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Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie mit einem Batteriegehäuse. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie.
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Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Traktionsbatterie (Hochvolt, HV-Batterie) auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Traktionsbatterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und/oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle) zu verstehen, welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Traktionsbatterie zwischenspeichert.
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Typischerweise ist eine solche Traktionsbatterie fluiddicht, insbesondere wasserdicht verschlossen, sodass ein Eindringen von Wasser in die Traktionsbatterie, also in dessen Batteriegehäuse, vermieden wird. Aufgrund einer Korrosion des Batteriegehäuses, einer fehlerhaften Dichtung oder einer fehlerhaften Steckverbindung kann jedoch unerwünscht Wasser in das Batteriegehäuse eindringen.
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Beispielsweise kann Wasser innerhalb des Batteriegehäuses einen vergleichsweise hohen Strom, einen Kurzschluss oder sogar einen Batteriebrand verursachen. Folglich kann das Kraftfahrzeug beschädigt und/oder ein Insasse verletzt werden.
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Aus der
US 2009/0194714 A1 ist ein Flüssigkeitssensor bekannt, welcher eine Lichtquelle, einen Lichtdetektor sowie zwei Lichtleitern bekannt, die endseitig miteinander verbunden sind. Dabei ist ein den lichtführenden Kern umfassender Mantel des Lichtleiters an diesen Enden entfernt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine besonders geeignete Traktionsbatterie anzugeben, bei welcher insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, innerhalb des Batteriegehäuses möglichst zuverlässig und/oder auch bei einer vergleichsweise geringen Menge an der Flüssigkeit erkannt wird. Zudem soll ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie angegeben werden.
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Bezüglich der Traktionsbatterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Kraftfahrzeugs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Traktionsbatterie sinngemäß auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Die Traktionsbatterie weist ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden und mit einem Gehäuserahmen auf. Die Traktionsbatterie ist insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen. Der Gehäuserahmen ist zweckmäßigerweise mittels zwei Gehäusequerwänden und zwei zu diesen quer verlaufenden Gehäuselängswänden gebildet. Geeigneterweise bilden der Gehäuseboden und der Gehäuserahmen eine wannenförmige Aufnahme für eine Anzahl an Zellmodulen, welche miteinander in Serie und/oder parallel geschaltet sind, um eine Spannung für einen an die Traktionsbatterie angeschlossenen Verbraucher, wie beispielsweise einem Elektromotor zum Antrieb des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, bereitzustellen. Zudem weist das Batteriegehäuse zweckmäßigerweise einen Gehäusedeckel auf, mittels welchem die Aufnahme das Batteriegehäuse verschlossen ist.
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Die Traktionsbatterie weist des Weiteren einen Flüssigkeitssensor mit einer Einspeiseeinheit zur Einspeisung eines optischen Messsignals in einen (ersten) Lichtwellenleiter des Flüssigkeitssensors auf. Eine optische Empfangseinheit des Flüssigkeitssensors ist zum Empfangen eines Antwortsignals vom Lichtwellenleiter ausgebildet und eingerichtet.
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Das Messsignal und das Antwortsignal sind optische Lichtsignale, beispielsweise in Form eines kontinuierlichen Lichtstrahls, in Form eines gepulsten oder getakteten Lichtstrahls oder in Form eines Lichtimpulses. Das Messsignal ist also das anhand der Einspeiseeinheit eingespeiste Lichtsignal und das Antwortsignal das von der Empfangseinheit empfangene Lichtsignal.
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Der Lichtwellenleiter ist beispielsweise als optische Faser, insbesondere als Glasfaser ausgeführt. Die Einspeiseeinheit ist beispielsweise eine Lichtquelle, insbesondere ein Laserdioden-Halbleiter (Laserdiode), wobei die Empfangseinheit insbesondere als ein Fotodioden-Halbleiter (Fotodiode) ausgebildet ist.
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Der Lichtwellenleiter weist einen Kern auf, welcher umfangsseitig von einem Mantel umschlossen ist. Dabei ist der Brechungsindex (Brechzahl) des Mantels kleiner als der Brechungsindex des Kerns, so dass in den Kern eingespeistes Licht bzw. das in den Kern eingespeiste Lichtsignal aufgrund einer Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Mantel geführt ist. Aufgrund dessen wird der Kern auch als lichtführender Kern bezeichnet.
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Der Lichtwellenleiter weist einen sensitiven Abschnitt (sensitiven Bereich) auf. In diesem sensitiven Abschnitt weist der Lichtwellenleiter keinen Mantel auf, welcher den Kern des Lichtwellenleiters umfasse. Mit anderen Worten ist im sensitiven Abschnitt der lichtführende Kern des Lichtwellenleiters nicht von einem Mantel umfasst. Mit noch anderen Worten ist der sensitive Abschnitt des Lichtwellenleiters ein mantelfreier Abschnitt. Beispielsweise ist der den Kern umfassende Mantel im sensitiven Abschnitt hierzu ausgespart oder abgetragen. Insbesondere weist der Lichtwellenleiter im sensitiven Abschnitt ebenfalls keine weitere Schutzschicht oder Hülle auf. Allenfalls ist auf diese Weise ein direkter Kontakt des Kerns mit der Flüssigkeit möglich.
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Die Umgebungsluft im Batteriegehäuse weist einen Brechungsindex auf, welcher kleiner als der Brechungsindex des Kerns ist. Folglich ist in den Kern eingespeistes Licht bzw. das in den Kern eingespeiste Lichtsignal aufgrund einer Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem Kern und der Umgebungsluft geführt. Jedoch tritt bei Kontakt des sensitiven Abschnitts und somit des Kerns mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, das im Kern geführte Licht des Lichtsignal zumindest teilweise aus den Kern in die Flüssigkeit aus. Es findet also bei Kontakt des Kerns mit der Flüssigkeit dort keine Totalreflexion des Lichts des Lichtsignals an der Grenzfläche zwischen dem Kern und der Flüssigkeit statt. Folglich ist eine Intensität des Lichtsignals entsprechend reduziert (gedämpft). Das als Antwortsignal empfangene Lichtsignal weist dann eine kleinere Intensität als das als Messsignal in den Lichtwellenleiter eingespeiste Lichtsignal auf.
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Geeigneter Weise ist der sensitive Abschnitt des Lichtwellenleiters in einem Abstand zum Gehäuseboden (Höhe) angeordnet, welcher ein kritischen Flüssigkeitsniveau (Flüssigkeitslevel) repräsentiert, bei dem eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, Komponenten der Batterie beschädigen oder eine Fehlfunktion dieser Komponenten bewirken kann. Unter einem Flüssigkeitsniveau ist dabei die Höhe eines Flüssigkeitsspiegels, also der Oberfläche der Flüssigkeit, bezüglich des Gehäusebodens zu verstehen.
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Zusammenfassend ist der Flüssigkeitssensor zur Überwachung der Traktionsbatterie hinsichtlich eines Flüssigkeitsniveaus, insbesondere eines Wasserniveaus, geeignet und eingerichtet.
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Insbesondere sind die Einspeiseeinheit und die Empfangseinheit mit einer Steuer- oder Auswerteeinheit signalübertragungstechnisch verbunden, welche beispielsweise in das sogenannten Batterie-Management-System integriert ist. Sofern die Flüssigkeit innerhalb des Batteriegehäuses anhand des Flüssigkeitssensors erkannt wird, wird geeigneter Weise eine Warnung an einen Benutzer der Traktionsbatterie ausgegeben.
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Vorzugsweise ist der Flüssigkeitssensor komplett im Batteriegehäuse angeordnet. Alternativ hierzu sind die Einspeiseeinheit und/oder die Empfangseinheit außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet, wobei der Lichtwellenleiter dann durch eine entsprechende Öffnung des Batteriegehäuses in dieses hinein geführt ist.
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Ein Flüssigkeitsniveau ist, beispielsweise aufgrund einer Fahrzeugbeschleunigung oder eines unebenen Untergrundes, typischerweise in den Eckbereichen des Batteriegehäuses am höchsten. Unter den Eckbereichen des Batteriegehäuses sind dabei diejenigen Bereiche zu verstehen, in welchem die Gehäusequerwände und die Gehäuselängswände miteinander verbunden sind. Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung ist der sensitive Abschnitt aufgrund dessen in einem der Eckbereiche des Gehäuserahmens angeordnet. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine Erkennung der Flüssigkeit auch bei einer vergleichsweise geringen Menge an Flüssigkeit innerhalb des Batteriegehäuses ermöglicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Lichtwellenleiter mehrere sensitive Abschnitte auf. Dabei sind die sensitiven Abschnitte zueinander beabstandet. Insbesondere ist entlang der Erstreckungsrichtung des Lichtwellenleiters zwischen zwei sensitiven Abschnitten ein Abschnitt mit einem Mantel angeordnet. Dies wird auch als Serienschaltung der sensitiven Abschnitte bezeichnet. Auch bei Kontakt lediglich einer der sensitiven Abschnitte mit der Flüssigkeit wird auf diese Weise die Intensität des eingespeisten Lichtsignals (Messsignals) reduziert. Das Antwortsignal hat dementsprechend also auch bei Kontakt lediglich einer der sensitiven Abschnitte mit der Flüssigkeit eine geringere Intensität wie das Messsignal.
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Geeigneterweise ist in jedem der Eckbereich des Gehäuserahmens einer der sensitiven Abschnitte angeordnet. Zweckmäßigerweise weisen die sensitiven Abschnitte denselben Abstand zum Gehäuseboden auf.
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Vorteilhaft sind auf diese Weise lediglich eine einzige Einspeiseeinheit und eine einzige Empfangseinheit zur Überwachung aller Eckbereiche notwendig. Somit ist eine Überwachung mehrerer Bereiche des Batteriegehäuses mittels eines einzigen Lichtwellenleiters ermöglicht.
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Beispielsweise liegt der Lichtwellenleiter auf dem Gehäuseboden auf. Alternativ ist der Lichtwellenleiter am Gehäuserahmen befestigt und spannt dabei eine Ebene parallel zum Gehäuseboden auf.
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Beispielsweise erstrecken sich ausgehend von den Quer- und/oder den Längswänden des Gehäuserahmen Versteifungselemente des Batteriegehäuses. Aufgrund des Bauraumbedarfs dieser Versteifungselemente, der Zellmodule und/oder weiterer Batteriekomponenten kann es notwendig sein, dass der Lichtwellenleiter über dem kritischen Flüssigkeitsniveau angeordnet werden muss.
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Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung umfasst der Lichtwellenleiter einen zum Gehäuseboden hin schlaufenförmig oder mäanderförmig gebogenen Abschnitt. Dieser gebogene Abschnitt weist den sensitiven Abschnitt oder, sofern der Lichtwellenseiter mehrere sensitive Abschnitte aufweist, einen der sensitiven Abschnitte auf. Mit anderen Worten bildet der jeweilige sensitive Abschnitt einen Teilabschnitt des gebogenen Abschnitt Dabei ist dieser sensitive Abschnitt bezogen auf den gesamten gebogenen Abschnitt dem Gehäuseboden am nächsten angeordnet, mit anderen Worten weist der sensitive Abschnitt bezogen auf den gesamten gebogenen Abschnitt den geringsten Abstand zum Gehäuseboden auf. Alternativ bildet der sensitive Abschnitt den gebogenen Abschnitt. Allenfalls ist der sensitive Abschnitt folglich auch bei einem Bauraumbedarf der Zellmodule oder anderer Batteriekomponenten auf Höhe des kritischen Flüssigkeitsniveaus anordenbar.
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Zweckmäßigerweise ist der Lichtwellenleiter in dessen sensitiven Abschnitten derart gebogen, dass ein sogenannter Biegeverlust, also eine Abstrahlung von Leistung aus dem Kern lediglich aufgrund dessen Biegung, vermieden oder möglichst reduziert ist. Eine solcher Biegeverlust, also eine solche Dämpfung von Licht, erfolgt beispielsweise für einen Kern aus Polymethylmethacrylat (PMMA) bei einem Radius der Biegung, welcher kleiner als das 5-fache des Durchmessers des Kerns ist. Der Radius der Biegung wird hier und im Folgenden als Biegeradius oder Krümmungsradius bezeichnet. Nachteilig ist eine Unterscheidung zwischen der Dämpfung, also eine Reduktion der Intensität, von Licht aufgrund eines solchen Biegeverlustes und aufgrund der Flüssigkeit vergleichsweise schwierig. Der Biegeradius des Lichtwellenleiters sollte demnach entsprechend des Materials des Kerns ausreichend groß gewählt sein.
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Andererseits erfolgt aufgrund der Biegung des Lichtwellenleiters im sensitiven Abschnitt dort eine vergleichsweise große Anzahl an Reflexionen des Lichtsignals, wobei bei Kontakt des sensitiven Abschnitts mit einer Flüssigkeit keine Totalreflexion an der Oberfläche des Kerns stattfindet, sondern das Licht des Lichtsignals entsprechend zumindest teilweise aus dem Kern des Lichtwellenleiters austritt. Das Antwortsignal weist deshalb eine vergleichsweise geringe Intensität auf. Dementsprechend ist ein Unterschied der Intensitäten des Messsignals und des Antwortsignals vergleichsweise groß. Damit einhergehend ist vorteilhaft eine besonders zuverlässige Erfassung der Flüssigkeit ermöglicht. Der Biegeradius des Lichtwellenleiters sollte demnach ausreichend klein gewählt sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lichtwellenleiter in dessen sensitiven Abschnitt, oder sofern der Lichtwellenleiter mehr als einen sensitiven Abschnitt aufweist in jedem sensitiven Abschnitt, derart gebogen, dass der als Biegeradius oder Krümmungsradius bezeichnete Radius der Biegung dort zwischen dem 5-fachen und dem 10-fachen, insbesondere zwischen dem 5-fachen und dem 7-fachen, vorzugsweise das 5-fache, des Durchmessers des Kerns des Lichtwellenleiters beträgt. Insbesondere ist aufgrund dessen der Biegeradius ausreichend groß, um Biegeverluste zu vermieden, und ausreichend klein, so dass bei Kontakt des sensitiven Abschnitts mit der Flüssigkeit eine ausreichende Dämpfung des Lichtsignals erfolgt.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der oder jeder sensitive Abschnitt des Lichtwellenleiters jeweils in einem fluiddurchlässigen Leitergehäuse gehalten. Also ist der sensitive Abschnitt innerhalb des Leitergehäuses angeordnet, wobei die Flüssigkeit in das Leitergehäuse hinein bzw. aus dem Leitergehäuse heraus strömen kann. Sofern der Lichtwellenleiter den oben dargestellten und zum Gehäuseboden hin schlaufenförmig oder mäanderförmig gebogenen Abschnitt aufweist, ist beispielsweise der gesamte gebogene Abschnitt im Gehäuse aufgenommen.
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Das Leitergehäuse erfüllt dabei vorteilhaft eine Doppelfunktion. Zum einen dient es der mechanischen Halterung des Lichtwellenleiters. Insbesondere ist auf diese Weise eine definierte Biegung und Anordnung des Lichtwellenleiters im Batteriegehäuse realisiert. Zum anderen dient das Leitergehäuse als ein Schutz gegen eine Verschmutzung, insbesondere durch Staubpartikel, des sensitiven Abschnitts.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Flüssigkeitssensor einen zweiten Lichtwellenleiter mit mindestens einem sensitiven Abschnitt auf. Der sensitive Abschnitt des zweiten Lichtwellenleiters ist dabei näher zum Gehäuseboden angeordnet als der bzw. als einer der sensitiven Abschnitte des (ersten) Lichtwellenleiters.
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Vorzugsweise weist der zweite Lichtwellenleiter eine Anzahl an sensitiven Abschnitten auf, welcher der Anzahl der sensitiven Abschnitte des ersten Lichtwellenleiters entspricht, wobei jedem der sensitiven Abschnitte des ersten Lichtwellenleiters ein sensitiver Abschnitt des zweiten Lichtwellenleiters zugeordnet ist. Insbesondere ist dabei jeweils der sensitive Abschnitt des zweiten Lichtwellenleiters unterhalb des sensitiven Abschnitts des ersten Lichtwellenleiters angeordnet. Mit anderen Worten ist jeweils der sensitive Abschnitt des zweiten Lichtwellenleiters zwischen dem Gehäuseboden und dem zugeordneten sensitiven Abschnitt des ersten Lichtwellenleiters angeordnet. Zweckmäßigerweise ist dabei der sensitive Abschnitt des zweiten Lichtwellenleiters im Leitergehäuse des zugeordneten sensitiven Abschnitts des ersten Lichtwellenleiters gehalten.
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Vorteilhaft ist somit eine redundante Erkennung von Flüssigkeit ermöglicht. Insbesondere sind dabei aufgrund der Anordnung der einander zugeordneten sensitiven Abschnitte des ersten und des zweiten Lichtwellenleiters in unterschiedlichem Abstand zum Gehäuseboden zwei unterschiedliche Flüssigkeitsniveaus erfassbar, von denen das weiter zum Gehäuseboden beabstandete das kritische Flüssigkeitsniveau repräsentiert und das andere für eine Vorwarnung, beispielsweise für eine Diagnose oder für Personal einer Werkstatt, herangezogen wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eine Traktionsbatterie in einer der oben dargestellten Varianten auf. Insbesondere weist die Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs also einen Flüssigkeitssensor auf, dessen Lichtwellenleiter zumindest einen sensitiven Abschnitt aufweist, welcher innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet ist, wobei der sensitive Abschnitt des Lichtwellenleiters zweckmäßigerweise in einer Distanz vom Gehäuseboden beabstandet angeordnet ist, welche einen kritischen Flüssigkeitsstand repräsentiert.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie, wobei auf dem Gehäuseboden deren Batteriegehäuse ein erster Lichtwellenleiter eines Flüssigkeitssensors angeordnet ist, und wobei der erste Lichtwellenleiter mehrere sensitive Abschnitte aufweist, in denen der erste Lichtwellenleiter keinen dessen Kern umfassenden Mantel aufweist,
- 2 schematisch in perspektivischer Ansicht die Traktionsbatterie des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit einer alternativen Ausgestaltung des Flüssigkeitssensors, wobei der erste Lichtwellenleiter schlaufenförmig zum Gehäuseboden hin gebogene Abschnitte umfasst, und wobei dessen sensitiven Abschnitte jeweils einen Teilabschnitt einer der gebogenen Abschnitte bildet,
- 3 schematisch in perspektivischer Ansicht die Traktionsbatterie gemäß der 2, wobei der Flüssigkeitssensor einen zweiten Lichtwellenleiter aufweist, dessen sensitive Abschnitte zwischen dem Gehäuseboden und den sensitiven Abschnitten des ersten Lichtwellenleiters angeordnet sind,
- 4a schematisch in vergrößertem Ausschnitt einen der sensitiven Bereiche einer der Lichtwellenleiter, und
- 4b schematisch in den sensitiven Bereich des Lichtwellenleiters gemäß der 4a, wobei dessen sensitiver Abschnitt in Kontakt mit einer Flüssigkeit ist, so dass in den Lichtwellenleiter eingespeistes Licht eines Lichtsignals zumindest teilweise aus dem Lichtwellenleiter austritt.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 mit einer Traktionsbatterie 4 dargestellt. Die Traktionsbatterie 4 weist eine Anzahl an Zellmodulen 6 auf, welche miteinander in Serie und/oder zueinander parallel geschaltet sind, so dass die Traktionsbatterie 4 elektrische Energie für einen nicht weiter dargestellten Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 bereitstellen kann. Dabei sind zum Zwecke einer besseren Übersicht lediglich vier Zellmodule 6 dargestellt.
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Die Traktionsbatterie 4 weist ein Batteriegehäuse 8 mit einem Gehäuseboden 10 und mit einem Gehäuserahmen 12 auf, welcher mittels zwei sich in Fahrzeugquerrichtung Y Gehäusequerwänden 14 und mittels zwei zu diesen quer verlaufenden und sich in Fahrzeuglängsrichtung X erstreckenden Gehäuselängswänden 16 gebildet ist. Die Bereiche der Traktionsbatterie 4, in welchen die Gehäusequerwände 14 und die Gehäuselängswände 16 miteinander verbunden sind, werden als Eckbereiche bezeichnet.
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Zudem weist das Batteriegehäuse 8 einen nicht weiter dargestellten Gehäusedeckel auf, mittels welchem eine mittels des Gehäusebodens 10 und mittels des Gehäuserahmens 12 gebildete Aufnahme für die Zellmodule 6 verschlossen ist.
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Zur Überwachung der Traktionsbatterie 4 hinsichtlich eines Flüssigkeitsniveaus einer Flüssigkeit F, insbesondere eines Wasserniveaus, innerhalb des Batteriegehäuses 8, weist die Traktionsbatterie 4 einen Flüssigkeitssensor 18 mit einem (ersten) Lichtwellenleiter 20, mit einer Einspeiseeinheit 22 und mit einer Empfangseinheit 24 auf. Der Flüssigkeitssensor 18 ist dabei im Batteriegehäuse 8 angeordnet.
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Dabei ist die Einspeiseeinheit 22 als eine Laserdiode ausgebildet, mittels welcher ein optisches Lichtsignal in den Lichtwellenleiter 20 als Messsignal 26 eingespeist wird. Die Empfangseinheit 24 ist als eine Fotodiode ausgebildet, mittels welcher ein optisches Lichtsignal vom Lichtwellenleiter 20 als Antwortsignal 28 empfangen wird. Zusammenfassend sind das Messsignal 26 und das Antwortsignal 28 optische Lichtsignale aus Licht, in Form eines kontinuierlichen Lichtstrahls, in Form eines gepulsten oder getakteten Lichtstrahls oder in Form eines Lichtimpulses.
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Der erste Lichtwellenleiter 20 ist als eine optische Faser mit einem lichtführenden Kern 30 und mit einem den Kern umfassenden Mantel 32 ausgebildet, wobei der Brechungsindex des Mantels 32 kleiner als der Brechungsindex des Kerns 30 ist. An der Grenzfläche zwischen dem Kern 30 und dem Mantel 32 wird Licht infolgedessen aufgrund von Totalreflexion im Kern 30 geführt.
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Der erste Lichtwellenleiter 20 ist dabei beabstandet zum Gehäuseboden 10 angeordnet und spannt eine Ebene parallel zum Gehäuseboden 10 auf. Dabei ist der erste Lichtwellenleiter 20 zwischen dem Gehäuserahmen 12 und den Zellmodulen 6 angeordnet.
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Weiterhin weist der erste Lichtwellenleiter 20 vier sensitive Abschnitte 34 auf, welche jeweils in einem der Eckbereiche des Batteriegehäuses 8 angeordnet sind. Diese sind zum Zwecke einer besseren Erkennbarkeit schraffiert dargestellt. Zusammenfassend werden mittels lediglich eines einzigen Lichtwellenleiters 20 alle Eckbereiche des Batteriegehäuses 8 überwacht.
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In jedem der sensitiven Abschnitte 34 ist der Lichtwellenleiter 20 mantelfrei. Mit anderen Worten weist der Lichtwellenleiter 20 in dessen sensitiven Abschnitten 34 keinen Mantel 32 auf. Folglich kann die Flüssigkeit F den Kern des sensitiven Abschnitts 34 direkt kontaktieren.
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Der erste Lichtwellenleiter 20 weist in jedem sensitiven Abschnitt 34 eine Biegung B auf. Der Radius dieser Biegung B, also der Biegeradius oder Krümmungsradius beträgt dabei zwischen dem 5-fachen und dem 10-fachen, gemäß der Ausgestaltung der 1 das 5-fache, des Durchmessers des Kerns 30 des ersten Lichtwellenleiters 20.
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Des Weiteren sind die sensitiven Abschnitte 34 des ersten Lichtwellenleiters 20 jeweils in einem Leitergehäuse 36 gehalten. Mittels des Leitergehäuses 36 ist eine definierte Biegung B und Anordnung des jeweiligen sensitiven Abschnitts 34 im Batteriegehäuse 8 realisiert. Dabei ist das Leitergehäuse 36 fluiddurchlässig, so dass die Flüssigkeit F in dieses hineinfließen und den jeweiligen sensitiven Abschnitt 34 kontaktieren kann.
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In der 2 ist die Traktionsbatterie 4 mit einer alternativen Ausgestaltung des Flüssigkeitssensors 18 dargestellt. Der Gehäuserahmen ist dabei zum Zwecke einer besseren Erkennbarkeit transparent dargestellt. Hierbei ist der erste Lichtwellenleiter 20 zum Gehäuseboden 10 beabstandet angeordnet. Dabei erstreckt sich der erste Lichtwellenleiter 20 entlang des Gehäuserahmens 12, wobei der erste Lichtwellenleiter 20 bezüglich der Fahrzeughochrichtung Z über den Zellmodulen 6 angeordnet ist. Lediglich in den Eckbereichen des Batteriegehäuses 8 weist der erste Lichtwellenleiter 20 jeweils einen gebogenen Abschnitt 38 auf, welcher zum Gehäuseboden 10 hin ragt. Jeder der gebogenen Abschnitte 38 weist eine Schlaufenform auf, wobei der bezüglich der Fahrzeughochrichtung Z tiefste Teilabschnitt des gebogenen Abschnitts 38 mittels einem der sensitiven Abschnitte 34 des ersten Lichtwellenleiters 20 gebildet ist. Dabei beträgt der Biegeradius der Biegung B des jeweiligen sensitiven Abschnitts 34 zwischen dem 5-fachen und dem 10-fachen, gemäß der Ausgestaltung der 2 das 5-fache, des Durchmessers des Kerns 30.
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Die sensitiven Abschnitte 34 weisen dabei den gleichen Abstand zum Gehäuseboden 10 in Fahrzeughochrichtung Z, also die gleiche Höhe, auf. Dabei sind die sensitiven Abschnitte 34 im jeweiligen Leitergehäuse 36 derart gehalten, dass die Höhe des sensitiven Abschnitts einem kritischen Flüssigkeitsniveau entspricht, bei welchem eine Komponenten der Traktionsbatterie 4 aufgrund der Flüssigkeit F beschädigt werden können oder eine Fehlfunktion dieser Komponenten bewirken kann.
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In der 3 ist die Traktionsbatterie 4 mit einer Weiterbildung des Flüssigkeitssensors 18 gemäß der 2 dargestellt. Mit Ausnahme des im Folgenden beschriebenen gelten die Ausführungen zum Flüssigkeitssensor 18 zur 2 in analoger Weise. Der Flüssigkeitssensor 18 weist zusätzlich zum ersten Lichtwellenleiter 20 einen zweiten Lichtwellenleiter 40 auf. Der zweite Lichtwellenleiter 40 weist eine Anzahl an sensitiven Abschnitten 34 auf, die der Anzahl an sensitiven Abschnitten 34 des ersten Wellenleiters 20 entspricht, wobei in jedem der Eckbereiche des Batteriegehäuses einer der sensitiven Abschnitte 34 des zweiten Lichtwellenleiters 40 angeordnet ist. Weiterhin sind die sensitiven Abschnitte 34 des zweiten Lichtwellenleiters 40 jeweils unterhalb der sensitiven Abschnitte 34 des ersten Lichtwellenleiters 20 im zugeordneten Leitergehäuse 36 angeordnet.
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Die Einspeiseeinheit 22 ist hierbei dazu ausgebildet ein optisches Lichtsignal als Messsignal 26 sowohl in den ersten Lichtwellenleiter 20 als auch in den zweiten Lichtwellenleiter einzuspeisen. Die Empfangseinheit 24 ist dementsprechend dazu ausgebildet, ein optisches Lichtsignal als Antwortsignal 28 sowohl vom ersten Lichtwellenleiter 20 als auch vom zweiten Lichtwellenleiter 40 zu empfangen.
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Der Biegeradius der sensitiven Abschnitte 34 des zweiten Lichtwellenleiters 40 beträgt ebenfalls das 5-fache des Durchmessers des Kerns des zweiten Lichtwellenleiters 40.
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In den 4a und 4b zeigen einen der sensitiven Abschnitte 34 einer der beiden Lichtwellenleiter 20 bzw. 40 der 1 bis 3. Die folgenden Ausführungen gelten also sowohl für einen sensitiven Abschnitt 34 des ersten Lichtwellenleiters 20 als auch für einen sensitiven Abschnitt 34 des zweiten Lichtwellenleiters 40.
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Wie in der 4a erkennbar ist, ist der Kern 30 umfangsseitig von einem Mantel 32 umschlossen, wobei der Brechungsindex (Brechzahl) des Mantels 32 kleiner als der Brechungsindex des Kerns 30 ist. Folglich ist das in den Kern 30 eingespeiste Lichtsignal aufgrund Totalreflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Kern 30 und dem Mantel 32 geführt. Im sensitiven Abschnitt 34 dagegen ist der Kern 30 von Umgebungsluft umgeben. Also ist keine oder vergleichsweise wenig Flüssigkeit F innerhalb des Batteriegehäuses 8. Die Umgebungsluft weist dabei einen Brechungsindex auf, welcher ebenfalls kleiner als der Brechungsindex des Kerns 30 ist. Somit wird das in den Lichtwellenleiter 20 bzw. 40 eingespeiste Lichtsignal aufgrund der Totalreflexionen auch im Bereich des sensitiven Abschnitts 34 an der Grenzfläche zwischen dem Kern 30 und der Umgebungsluft geführt.
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In der 4b ist der sensitive Abschnitt 34 mit der Flüssigkeit F in Kontakt. Hier taucht der sensitive Abschnitt 34 in die Flüssigkeit F ein. Die Flüssigkeit F, insbesondere Wasser, weist dabei einen vergleichsweise hohen Brechungsindex auf, so dass das Licht des Lichtsignals an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit F und dem Kern 30 nicht total reflektiert wird, sondern zumindest teilweise aus dem Kern austritt. Somit verringert sich die Intensität des im Kern 30 geführten Lichtsignals entsprechend. Dabei erfolgt aufgrund der Biegung des sensitiven Abschnitts 34 dort eine vergleichsweise große Anzahl an Reflexionen des Lichtsignals und damit einhergehend eine entsprechend große Reduzierung der Intensität des Lichtsignals. Folglich ist die Intensität des empfangenen Antwortsignals 28 im Vergleich zur Intensität des Messsignals 26 entsprechend klein.
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Die Einspeiseeinheit 22 sowie die Empfangseinheit 24 sind mit einer Steuer- oder Auswerteeinheit 42 signalübertragungstechnisch gekoppelt. Das Antwortsignal 28 wird mittels der Steuer- oder Auswerteeinheit 42 mit dem Messsignal 26 verglichen. Unterschreitet das Verhältnis der Intensitäten des Messsignals 26 und des Antwortsignals 28 einen vorgegebenen Schwellenwert oder überschreitet die Differenz der Intensitäten des Messsignals 26 und des Antwortsignals 28 einen vorgegebenen Schwellenwert, so wird das Vorhandensein der Flüssigkeit erkannt und gegebenenfalls eine Warnung an einen Benutzer des Kraftfahrzeugs 2 ausgegeben.
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In den 4a und 4b ist der reflektierte Anteil des Lichtsignals mit dem Bezugszeichen LR und der aus dem Kern 30 ausgetretene Anteil des Lichtsignals mit LA bezeichnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
- 4
- Traktionsbatterie
- 6
- Zellmodul
- 8
- Batteriegehäuse
- 10
- Gehäuseboden
- 12
- Gehäuserahmen
- 14
- Gehäusequerwand
- 16
- Gehäuselängswand
- 18
- Flüssigkeitssensor
- 20
- Lichtwellenleiter
- 22
- Einspeiseeinheit
- 24
- Empfangseinheit
- 26
- Messsignal
- 28
- Antwortsignal
- 30
- Kern
- 32
- Mantel
- 34
- sensitiver Abschnitt
- 36
- Leitergehäuse
- 38
- gebogener Abschnitt
- 40
- zweiter Lichtwellenleiter
- 42
- Steuer- oder Auswerteeinheit
- B
- Biegung
- F
- Flüssigkeit
- X
- Fahrzeuglängsrichtung
- Y
- Fahrzeugquerrichtung
- Z
- Fahrzeughochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0194714 A1 [0005]
