EP2932279A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung elektrischer spannung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur messung elektrischer spannung

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EP2932279A1
EP2932279A1 EP13811815.3A EP13811815A EP2932279A1 EP 2932279 A1 EP2932279 A1 EP 2932279A1 EP 13811815 A EP13811815 A EP 13811815A EP 2932279 A1 EP2932279 A1 EP 2932279A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier material
optical
battery
bragg grating
optical sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13811815.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Schade
Martin Angelmahr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2932279A1 publication Critical patent/EP2932279A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring electrical voltages. Furthermore, the invention relates to a battery with such a device and a method for measuring an electrical voltage. Devices and methods of the type mentioned can be used to detect the cell voltage of battery cells to control charging and / or discharge currents of individual battery cells of a battery.
  • a disadvantage of this known method is the multiplicity of electrical lines which are required in the case of large batteries with many individual battery cells. Due to the large number of electrical lines, the reliability of the voltage measurement can decrease. Furthermore, the battery operated with high alternating currents, which cause electromagnetic Senfeider in the vicinity of the signal lines. As a result, the measurement can be disturbed, so that incorrect values to the control or. Control device to be delivered.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an apparatus and a method for measuring electrical voltages with increased reliability.
  • the object is achieved by a device according to claim 1, a method according to claim 9 and a battery according to claim 13.
  • a device for measuring an electrical voltage which contains at least one carrier material and one optical sensor.
  • the carrier material may be a piezoelectric
  • a piezoelectric material is understood as meaning a material which shows a change in length when an electric field is applied.
  • the piezoelectric material may be a non-conductive ferroelectric material.
  • the support material may have a perovskite structure.
  • the piezoelectric material may be selected from quartz, barium titanate, lithium niobate, gallium orthophosphate, lead zirconate titanate, berlinite, potassium nitrate or langasite.
  • the carrier material may be multi-layered, wherein a plurality of different layers of different materials are deposited on each other.
  • individual layers may also consist of materials which show no piezoelectric effect.
  • On and / or in the carrier material at least one optical sensor is non-positively arranged.
  • the optical sensor contains at least one optical waveguide with at least one Bragg grating.
  • the optical waveguide has at least one core and a jacket surrounding the core. There is a difference in the refractive index between the core and the cladding so that light guided in the core is totally reflected at the interface with the cladding. In this way, light can propagate with low losses along the longitudinal extent of the optical waveguide.
  • the cladding of the optical waveguide may be the carrier material, so that no geometrically defined cladding is visible in the device in addition to the core of the optical waveguide.
  • At least one Bragg grating is arranged in the optical waveguide.
  • the Bragg grating consists of individual spatial regions, which have a difference in refractive index to the material of the core.
  • the Bragg grating is thus a periodic one
  • Perturbation of the refractive index of the core of the optical waveguide The individual spatial regions with different refractive index have the effect that at each interface part of the light guided in the nucleus is reflected, whereas another part of the light is transmitted.
  • the reflected and transmitted components are superimposed, so that a prescribable wavelength resp. one wavelength range is reflected by the Bragg grating, whereas light of other wavelengths is transmitted.
  • the wavelength reflected by the Bragg grating is determined by the lattice constant of the Bragg grating, which in turn depends on the distance of the individual Bragg grating forming regions of different refractive index.
  • This distance is given on the one hand by the distance selected during the production of the Bragg grating and changes during operation of the device due to mechanical stresses in the carrier material.
  • the carrier material contains or consists of a piezoelectric material, a mechanical stress can be generated in the piezoelectric material by applying an electrical voltage. Due to the non-positive connection of the optical sensor with the carrier material, the mechanical stress of the carrier material leads to a change in the lattice constants of the Bragg grating in the optical waveguide, so that after calibration of the device from the change of the reflected wavelength to the height of the measured or , applied voltage can be closed.
  • a force-locking connection of the optical sensor to the carrier material is understood to mean that a mechanical stress in the carrier material results in a mechanical stress or a stress in the carrier material.
  • Deformation of the optical sensor causes. This can be done by gluing and laminating or by laser material processing, so that a geometrically defined spatial area of the carrier material forms the optical sensor.
  • the support material may be optically transparent between about 500 nm and about 1500 nm. In this wavelength range, a large number of light sources of high quality are available, for example light emitting diodes, superluminescent diodes or semiconductor lasers, so that a simple and reliable signal readout is possible.
  • the support material may be optically transparent between about 1300 nm and about 1600 nm. This wavelength range is used in optical communications technology for data transmission. Therefore, telecommunications components can be used to generate and read out the electrical voltage-representing optical measurement signal, which are produced in large numbers and are thus readily and inexpensively available.
  • the carrier material may have a thickness of about 0.1 mm to about 1 mm. This thickness range ensures a sufficiently high field strength in the carrier material even at low absolute values of the electrical voltage, so that a measurable mechanical stress is induced in the carrier material ,
  • the carrier material can be provided on two opposite surfaces with at least two electrodes with which an electric field extending approximately orthogonally to the longitudinal extent of the waveguide can be generated.
  • the arrangement of the electrodes directly on the carrier material allows a mechanically robust construction of the device, so that it can be used even under mechanical stress due to vibration or oscillation and in a corrosive environment.
  • the at least two electrodes may be adhesively secured to the surface of the substrate.
  • the electrodes can be made from thin sheet metal or metal sheet. Be produced film and secured by means of an adhesive, such as epoxy resin, on the substrate.
  • the electrodes may be printed on the substrate by screen printing, pad printing, ink jet printing or paste printing with electrically conductive inks.
  • the at least two electrodes can be applied by thin-film techniques such as vapor deposition, sputtering or galvanic or electroless deposition on the substrate.
  • At least one optical waveguide and / or at least one Bragg grating may be obtainable or obtained by laser irradiation of the carrier material. be generated .
  • laser irradiation may be by point-to-point writing with a short pulse laser.
  • the short pulse laser may, in some embodiments of the invention, have a pulse duration of from about 50 fs to about 10 ps.
  • the pulse shape can be influenced by modulating the amplitude and / or the phase so that the short-pulse laser emits pulse trains instead of individual pulses, each of which contains a plurality of individual pulses. Adjacent individual pulses of a pulse train have a shorter time interval from each other than adjacent pulse trains.
  • the absorption of the laser radiation in the carrier material causes a change in the refractive index, so that the core of an optical waveguide can be formed in the carrier material.
  • the light waveguide may be a glass or polymer fiber which is adhesively bonded to the substrate by gluing, soldering, welding or sintering.
  • optical fibers ver for example glass or polymer fibers.
  • sensors of different carrier materials may have a different lattice constant of the respective Bragg grating contained, so that different carrier materials and thus different measuring locations can be discriminated by the optical spectrum reflected by the respective optical sensor.
  • a pulsed optical signal can be used to measure the mechanical stress, so that different measuring locations can be distinguished on account of the signal propagation time of the optical signal.
  • the carrier material may comprise a second optical sensor which is arranged in the piezoelectric material so that the lattice constant of the Bragg grating contained therein does not change under the influence of the mechanical stress of the carrier material. the change remains below a predefinable limit.
  • a second optical sensor can be used to control the temperature of the
  • the optical fibers used to bond a plurality of substrates may in turn contain at least one Bragg grating. This allows the temperature measurement at the location of the Bragg grating, so that with a single, the battery cells connecting optical fiber, both the electrical voltage and the temperature in or. can be determined on the battery cells.
  • the substrate may include at least one recess provided for receiving an optical fiber. This makes it possible to connect glass or polymer fibers which are known per se in order to supply an optical interrogation signal to the optical sensor arranged on the carrier material and to detect or reflect the light emitted by the Bragg grating. to transmit transmitted light to an analyzer.
  • this analyzer may be a microspectrometer, such as an arrayed waveguide grating.
  • the recess of the carrier material may have a V-shaped cross-section. This allows a clear positioning of a glass or polymer fiber with a round cross-section, since it can always be arranged depending on the opening angle and the depth of the recess and the outer diameter of the optical fiber so that the core of the optical fiber with the core of the optical waveguide on a common optical Axis is.
  • Fig. 1 shows a cross section through an embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 2 shows a three-dimensional representation of the proposed device.
  • Fig. 3 shows the use of the proposed device for monitoring a battery.
  • Fig. 1 shows the cross section through an embodiment of the device 1 according to the invention.
  • a carrier material 10 in the form of an approximately rectangular plate. The thickness can be between about 0, 1 mm and about 1 mm.
  • the substrate 10 has a first side 101 and an opposite second side 102.
  • the carrier material 10 is designed substantially homogeneous.
  • the carrier material 10 may be embodied as a piezoelectric polymorph, for example as a bimorph or trimorph. Such a polymorph contains a plurality of material layers with different expansion behavior, so that a predeterminable electric field causes a greater mechanical deformation.
  • the device 1 can then have a greater accuracy of measurement and / or improved sensitivity.
  • a homogeneous carrier material 10 according to FIG. 1 can be obtained in some embodiments of the invention by melting potassium nitrate by laser radiation and cooling it in a trapdoor. The obtained spheres can subsequently be sintered and tempered to obtain a piezoelectric substrate 10.
  • an optical waveguide 21 is formed by irradiation with a short pulse laser.
  • the light waveguide 21 has a greater refractive index than the surrounding carrier material, so that coupled-in light propagates along the longitudinal extension of the optical waveguide, with total reflection taking place at the boundary surfaces to the carrier material.
  • a plurality of spatial regions 25 are formed, which have a refractive index which is different from the core 21.
  • This periodic variation of the refractive index forms a Bragg grating 3.
  • the optical waveguide 21 with at least one Bragg grating 3 is referred to as an optical sensor 2 in the sense of the present description.
  • the optical sensor 2 does not necessarily have to be arranged in the middle of the carrier material 10. It may also be located closer to the first side 101 or closer to the second side 102 in some embodiments of the invention. In this case, stronger deformations may occur, so that even low electrical voltages exert a comparatively large mechanical stress on the optical sensor 2, so that the measurement accuracy is increased.
  • first electrode 12 On the first side 101 of the carrier material 10 is a first electrode 12 and on the opposite second side 102, a second electrode 13 is arranged.
  • the electrodes can be applied by thin-film methods known per se, for example sputtering, vapor deposition, printing methods or electrodeposition.
  • the electrodes 12 and 13 are connected to the voltage source to be measured, so that an electric field E is formed in the interior of the carrier material 10.
  • the electric field leads to the piezoelectric deformation of the carrier material 10, which can be detected by changing the lattice constants of the Bragg grating 3. Since the deformation is proportional to the electric field E, the electrical voltage can be determined from the change in the lattice constants of the Bragg grating 3.
  • the device according to the invention therefore allows the measurement of electrical voltage by an optical signal, so that a fail-safe measurement is possible and a plurality of electrical voltages can be carried out with only a single line. As a result, the reliability can be increased.
  • FIG. 2 shows a view of a further embodiment of the invention.
  • the embodiment of FIG. 2 has a carrier material 10.
  • an optical sensor 2 with a Bragg grating 3 is arranged in the carrier material 10.
  • electrodes 12 and 13 which can generate an electric field at least in a partial volume of the carrier material 10, if an electrical voltage is applied to the electrodes.
  • FIG. 2 shows the electrical wiring.
  • a battery cell 61 has two connection contacts or. Pole on which the voltage to be measured can be tapped. In this case, each pole is connected via connecting leads 81 and 82 to an associated electrode 12 and 13. Since the substrate 10 is nonconductive, an electric field forms inside the substrate 10 as described above. As a result, at least in a partial volume of the carrier material 10, a piezoelectric deformation is triggered.
  • the carrier material 10 has a recess 15 on both sides.
  • the recess 15 adjoins the ends of the optical sensor 2 on both sides.
  • the recesses 15 have an approximately V-shaped profile.
  • the optical sensor 2 can be contacted by optical fibers, for example a glass or polymer fiber.
  • the shape and size of the cross section of the recesses 15 are selected so that the outer diameter of the optical fiber can be received in the recess 15, wherein the core of the optical fiber together with the optical waveguide 21 of the optical sensor 2 on a common optical axis lies .
  • light with low losses can be coupled into and out of the optical sensor 2.
  • FIG. 3 shows again the application of the device 1 shown in Figures 1 and 2 for monitoring a battery 6.
  • the battery 6 is composed of a plurality of battery cells. In the illustrated embodiment, two battery cells 61 and 62 are shown by way of example. In other embodiments of the invention, the number of battery cells can also be larger and, for example, between six and 6000.
  • the battery cells can be connected in a manner known per se serially and / or parallel to each other, so that the output voltage and / or the réelleström the battery 6 is greater than the current or voltage values of a single battery cell 61st
  • the voltage and / or current carrying capacity of individual battery cells 61 and 62 within a battery 6 is different. In order to extend the service life and / or the operational reliability, it is therefore known to selectively regulate a charging or discharging current as a function of the performance of the respective battery cell. Especially for batteries 6 with a large number of battery cells, the required determination of the cell voltage is very complex.
  • the device 1 is arranged on each battery cell 61 and 62 in such a way that it is connected via associated line connectors 82 to the respective connection contacts or terminals.
  • Battery poles 611, 612, 621 and 622 of the battery cells 61 and 62 can be connected.
  • the carrier material 10 is permanently exposed to an electric field, which is proportional to the cell voltage of the battery cells. The deformation of the piezoelectric substrate 10 caused thereby can be measured by the optical sensor disposed in the device 1.
  • optical fiber 5 For the readout of the optical sensor is an optical fiber 5, which may be for example a glass or polymer fiber can.
  • the optical fiber 5 connects the devices 1 of the individual battery cells 61 and 62 with an evaluation circuit 7.
  • the evaluation circuit 7 contains at least one
  • Light source 71 for example, a super-luminescent diode, which can emit a broadband electromagnetic radiation.
  • the light of the light source 71 is coupled into the optical fiber and propagates along its longitudinal extent.
  • temperature sensors 55a, 55b, 55c and 55d may optionally be arranged. In the exemplary embodiment shown, two temperature sensors 55 are arranged in each battery cell 61. In other embodiments of the invention, the number of temperature sensors may be larger or smaller. In some embodiments of the invention, the temperature sensors 55 may also be omitted.
  • the temperature sensors 55 each contain a Bragg grating, which is analogous to that described with reference to FIG. 1 explained Bragg grating 3 is constructed.
  • the Bragg gratings 55 for temperature measurement and the Bragg gratings 33 in the devices 1 may differ in their lattice constants, so that each Bragg lattice reflects a different wavelength range and transmits the remaining wavelengths. In this way, the respective measuring location in the device 7 can be discriminated on the basis of the wavelength range. Alternatively or additionally, the measuring location can also be distinguished by the signal propagation time of the optical signal on the optical fiber 5.
  • a change in the temperature of the battery cell 61 or 62 causes a change in the lattice constants of the temperature sensors 55.
  • a change in the electrical voltage changes the mechanical stress acting on the substrate 10 of the device 1 and thereby the lattice constants of the Bragg gratings 3 in the devices 1
  • the change of the reflected spectrum can be used as a measure of the cell temperature of the battery cells 61 and 62 and as a measure of the cell voltage of the battery cells 61 and 62 become .
  • Due to the optical measuring principle the determination of the temperatures and the cell voltages is mechanically robust and unaffected by electromagnetic interference fields. Since an optical fiber can monitor a plurality of battery cells, the wiring of the battery 6 can be done easily with a reduced number of lines and thus mechanically robust and reliable.
  • a microspectrometer 72 is available in the device 7.
  • the microspectrometer 72 may, for example, contain an AWG and thus be constructed monolithically in an integrated optical component together with an evaluation electronics and / or the light source 71.
  • the temperature and voltage values of the individual battery cells measured by the device 7 can be routed as an optical or electrical signal to a battery management system 75 which is, for example, a component of a vehicle or of an electrical machine.
  • a battery management system 75 which is, for example, a component of a vehicle or of an electrical machine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Messung elektrischer Spannung mit zumindest einem Trägermaterial (10), auf welchem zumindest ein optischer Sensor (2) kraftschlüssig angeordnet ist, welcher zumindest einen Lichtwellenleiter (21) mit zumindest einem Bragg-Gitter (3) enthält, wobei das Trägermaterial (10) ein piezoelektrisches Material enthält oder daraus besteht. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung einer elektrischen Spannung, bei welchem in einem piezoelektrischen Trägermaterial (10) durch die zu messende Spannung ein elektrisches Feld (E) erzeugt und die Verformung des Trägermaterials (10) mit zumindest einem optischer Sensor (2 ) bestimmt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung elektrischer Spannung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung elektri - scher Spannungen . Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterie mit einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung einer elektrischen Spannung . Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art können dazu eingesetzt werden, die ZellSpannung von Batteriezellen zu erfassen, um Lade- und/oder Entladströme einzelner Batteriezellen einer Batterie zu kontrollieren .
Aus der Praxis ist bekannt , die zu messenden Spannung über eine WiderStandskaskade zu teilen und die über einen dieser Widerstände abfallende Spannung mittels eines A/D-Wandlers zu digitalisieren . Dieser digitale Wert kann einem elektronischen Steuergerät zugeführt werden, welches mit diesen Spannungswerten den den j eweiligen Batteriezellen zu- oder abgeführte Strom steuert bzw . regelt .
Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist j edoch die Vielzahl elektrischer Leitungen, welche bei großen Batterien mit vielen einzelnen Batteriezellen erforderlich sind . Durch die Vielzahl elektrischer Leitungen kann die Betriebssicherheit der Spannungsmessung sinken . Weiterhin wird die Batte- rie mit hohen wechselnden Strömen betrieben, welche elektromagnetische Wechselfeider in der Nähe der Signalleitungen bewirken . Hierdurch kann die Messwerterfassung gestört sein, so dass fehlerhafte Werte an die Steuer- bzw . Regeleinrichtung geliefert werden .
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde , eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung elektrischer Spannungen mit erhöhter Betriebssicherheit anzugeben .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , ein Verfahren gemäß Anspruch 9 und eine Batterie gemäß Anspruch 13 gelöst .
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Messung einer elektrischen Spannung eine Vorrichtung einzusetzen, welche zumindest ein Trägermaterial und einen optischen Sensor enthält . Das Trägermaterial kann ein piezoelektrisches
Material enthalten oder daraus bestehen . Unter einem piezoelektrischen Material wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein Material verstanden, welches bei Anlegen eines elektrischen Feldes eine Längenänderung zeigt . In einigen Ausführungsformen kann das piezoelektrische Material ein nicht leitendes ferro-elektrisches Material sein . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial eine Perowskit-Struktur aufweisen . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das piezoelektrische Material ausgewählt sein aus Quarz , Bariumtitanat , Lithiumniobat , Galliumortho- phosphat , Bleizirkonattitanat , Berlinit , Kaliumnitrat oder Langasit . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial mehrschichtig ausgeführt sein, wobei eine Mehrzahl unterschiedlicher Schichten aus unterschiedlichen Materialien aufeinander abgeschieden ist . In diesem Fall können einzelne Schichten auch aus Materialien bestehen, welche keinen piezoelektrischen Effekt zeigen . Auf und/oder im Trägermaterial ist zumindest ein optischer Sensor kraftschlüssig angeordnet . Der optische Sensor enthält zumindest einen Lichtwellenleiter mit zumindest einem Bragg-Gitter . Der Lichtwellenleiter weist zumindest einen Kern und einen den Kern umgebenden Mantel auf . Zwischen Kern und Mantel besteht ein Unterschied im Brechnungsindex, so dass im Kern geführtes Licht an der Grenzfläche zum Mantel totalreflektiert wird . Auf diese Weise kann sich Licht mit geringen Verlusten entlang der Längserstreckung des Lichtwellenleiters ausbreiten . Der Mantel des Lichtwellenleiters kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung das Träger- material sein, so dass in der Vorrichtung neben dem Kern des Lichtwellenleiters kein geometrisch definierter Mantel sichtbar ist .
Im Lichtwellenleiter ist zumindest ein Bragg-Gitter angeordnet . Das Bragg-Gitter besteht aus einzelnen Raumbereichen, welche einen Brechzahlunterschied zum Material des Kerns aufweisen . Das Bragg-Gitter ist somit eine periodische
Störung des Brechungsindex des Kerns des Lichtwellenleiters . Die einzelnen Raumbereiche mit unterschiedlichem Brechungs - index haben die Wirkung , dass an j eder Grenzfläche ein Teil des im Kern geführten Lichts reflektiert wird, wohingegen ein anderer Teil des Lichtes transmittiert wird . Die reflektierten und transmittierten Anteile überlagern sich, so dass eine vorgebbare Wellenlänge bzw . ein Wellenlängenbereich vom Bragg-Gitter reflektiert wird, wohingegen Licht anderer Wellenlängen transmittiert wird . Die vom Bragg-Gitter reflektierte Wellenlänge wird von der Gitterkonstante des Bragg-Gitters bestimmt , welche ihrerseits vom Abstand der einzelnen das Bragg-Gitter bildenden Raumbereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex abhängt . Dieser Abstand ist einerseits durch den bei der Herstellung des Bragg-Gitters gewählten Abstand gegeben und ändert sich bei Betrieb der Vorrichtung aufgrund von mechanischen Spannungen im Trägermaterial . Da das Trägermaterial ein piezoelektrisches Material enthält oder aus einem solchen besteht , kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Spannung im piezoelektrischen Material erzeugt werden . Durch die kraftschlüssige Ver indung des optischen Sensors mit dem Trägermaterial führt die mechanische Spannung des Trägermaterials zu einer Änderung der Gitterkonstanten des Bragg-Gitters im Lichtwel - lenleiter , so dass nach Kalibrierung der Vorrichtung aus der Änderung der reflektierten Wellenlänge auf die Höhe der zu messenden bzw . anliegenden elektrischen Spannung geschlossen werden kann . Unter einer kraftschlüssigen Verbindung des optischen Sensors mit dem Trägermaterial wird für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung verstanden, dass eine mechani - sehe Spannung im Trägermaterial eine mechanische Spannung bzw . Verformung des optischen Sensors bewirkt . Dies kann durch Klebung und Laminieren erfolgen oder durch Lasermaterialbearbeitung, so dass ein geometrisch definierter Raumbe- reich des Trägermaterials den optischen Sensor bildet .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial zwischen etwa 500 nm und etwa 1500 nm optisch transparent sein . In diesem Wellenlängenbereich steht eine große Anzahl an Lichtquellen hoher Güte zur Verfügung , beispielsweise Leuchtdioden, Superlumineszenzdioden oder Halbleiterlaser, so dass eine einfache und zuverlässige Signalauslese möglich ist .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial zwischen etwa 1300 nm und etwa 1600 nm optisch transparent sein . Dieser Wellenlängenbereich wird in der optischen Nachrichtentechnik zur Datenübertragung verwendet . Daher können zur Erzeugung und Auslese des die elektrische Spannung repräsentierenden optischen Messsignals Komponenten aus der Telekommunikation verwendet werden, welche in großen Stückzahlen hergestellt werden und damit leicht und kostengünstig verfügbar sind . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial eine Dicke von etwa 0 , 1 mm bis etwa 1 mm aufweisen Dieser Dickenbereich sichert auch bei geringen absoluten Werten der elektrischen Spannung eine hinreichend hohe Feldstärke im Trägermaterial , so dass eine messbare mechani sehe Spannung im Trägermaterial induziert wird .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial an zwei gegenüberliegenden Flächen mit zumindest zwei Elektroden versehen sein , mit welchen ein in etwa orthogonal zur Längserstreckung des Wellenleiters verlaufen des elektrisches Feld erzeugbar ist . Die Anordnung der Elektroden unmittelbar auf dem Trägermaterial erlaubt einen mechanisch robusten Aufbau der Vorrichtung, so dass diese auch bei mechanischer Beanspruchung durch Erschütterung ode Schwingung und in korrosiver Umgebung eingesetzt werden kann .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die zumin dest zwei Elektroden durch Klebung auf der Oberfläche des Trägermaterials befestigt sein . Beispielsweise können die Elektroden aus Dünnblech bzw . Folie gefertigt sein und mittels eines Klebstoffes , beispielsweise Epoxydharz , auf dem Trägermaterial befestigt werden . In anderen Ausführungs formen der Erfindung können die Elektroden durch Siebdruck, Tampondruck, Tintenstrahldruck oder Pastendruck mit elektrisch leitfähigen Tinten auf das Trägermaterial aufgedruckt sein . In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die zumindest zwei Elektroden durch Dünnschicht techniken wie Aufdampfen, Sputtern oder galvanisches oder außenstromloses Abscheiden auf das Trägermaterial aufgebracht werden . Diese Verfahren erlauben Elektroden mit gute Haftfestigkeit und damit hoher mechanischer Beständigkeit herzustellen und gleichzeitig eine Miniaturisierung der Vorrichtung, wenn die Elektroden in einem nachfolgenden Schritt durch Photolithographie und/oder Ätzen strukturiert werden . In einigen Ausführungsformen der Erfindung können zumindest ein Lichtwellenleiter und/oder zumindest ein Bragg-Gitter durch LaserbeStrahlung des Trägermaterials erhältlich sein bzw . erzeugt werden . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die LaserbeStrahlung durch Punkt- zu-Punkt - Schreiben mit einem Kurzpulslaser erfolgen . Der Kurzpulslaser kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Pulsdauer von etwa 50 fs bis etwa 10 ps aufweisen . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann durch Modulation der Amplitude und/oder der Phase die Pulsform beeinflusst werden, so dass der Kurzpulslaser statt Einzelpulsen Pulszüge aussendet , welche j eweils eine Mehrzahl von Einzelpulsen enthalten . Benachbarte Einzelpulse eines Pulszuges weisen dabei einen geringeren zeitlichen Abstand zueinander auf als benachbarte Pulszüge .
In j edem Fall bewirkt die Absorption der LaserStrahlung im Trägermaterial eine Änderung des Brechungsindex, so dass im Trägermaterial der Kern eines Lichtwellenleiters ausgebildet werden kann . Durch nochmaliges Bestrahlen von einzelnen Raumbereichen des Kerns kann eine weitere Änderung des
Brechungsindex erfolgen, so dass sich im Kern zumindest ein Bragg-Gitter ausbildet . Dieses Herstellungsverfahren ist schnell und einfach durchführbar, so dass die beschriebene Vorrichtung als Massenprodukt in hohen Stückzahlen gefertigt werden kann .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Licht - Wellenleiter eine Glas- oder Polymerfaser sein, welche durch Kleben, Löten, Schweißen oder Sintern mit dem Trägermaterial kraftschlüssig verbunden ist .
Zur Messung einer Mehrzahl elektrischer Spannungen an unterschiedlichen Orten, beispielsweise zur Messung der Zellspannungen einer mehrere Batteriezellen enthaltenden Batterie , kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, eine Mehrzahl von Trägermaterialien mit zugeordneten optischen Sensoren durch optischen Fasern zu ver inden, beispielsweise Glas- oder Polymerfasern . Die optischen
Sensoren unterschiedlicher Trägermaterialien können in einigen Ausfuhrungsformen der Erfindung eine unterschiedliche Gitterkonstante des j eweils enthaltenen Bragg-Gitters aufweisen, so dass unterschiedliche Trägermaterialien und damit unterschiedliche Messorte durch das vom j eweiligen optischen Sensor reflektierte optische Spektrum diskriminiert werden können . In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann zusätzlich oder ausschließlich ein gepulstes optisches Signal zur Messung der mechanischen Spannung verwendet werden, so dass unterschiedliche Messorte aufgrund der Signallaufzeit des optischen Signals unterschieden werden können .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial einen zweiten optischen Sensor enthalten, welcher im piezoelektrischen Material so angeordnet ist , dass sich die Gitterkonstante des darin enthaltenen Bragg-Gitters unter dem Einfluss der mechanischen Spannung des Trägermaterials nicht ändert bzw . die Änderung unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes bleiben . Ein solcher zweiter optischer Sensor kann dazu eingesetzt werden, die Temperatur des
Trägermaterials zu erfassen, was eine Temperaturkompensation des Messsignals ermöglicht . Hierdurch kann die Messgenauigkeit der elektrischen Spannung weiter erhöht werden .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die zur Verbindung einer Mehrzahl von Trägermaterialien eingesetzten optischen Fasern ihrerseits zumindest ein Bragg-Gitter enthalten . Dies ermöglicht die Temperaturmessung am Ort des Bragg-Gitters , so dass mit einer einzigen, die Batteriezellen verbindenden optischen Faser sowohl die elektrische Spannung als auch die Temperatur in bzw . an den Batteriezellen bestimmt werden kann . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial zumindest eine Aussparung aufweisen , welche zur Aufnahme einer optischen Faser vorgesehen ist . Dies ermöglicht den Anschluss von an sich bekannten Glas- oder Polymerfasern, um dem auf dem Trägermaterial angeordneten optischen Sensor ein optisches Abfragesignal zuzuführen und das vom Bragg-Gitter reflektierte bzw . transmittierte Licht einem Analysator zuzuführen . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dieser Analysator ein Mikrospektrometer sein, beispielsweise ein Arrayed-Waveguide-Grating . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Aussparung des Trägermaterials einen V-förmigen Querschnitt aufweisen . Dies ermöglicht eine eindeutige Positionierung einer Glasoder Polymerfaser mit rundem Querschnitt , da diese in Abhängigkeit des Öffnungswinkels und der Tiefe der Aussparung sowie dem Außendurchmesser der optischen Faser stets so angeordnet werden kann, dass der Kern der optischen Faser mit dem Kern des Lichtwellenleiters auf einer gemeinsamen optischen Achse liegt .
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne
Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden . Dabei zeigt
Fig . 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung .
Fig . 2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der vorgeschlagenen Vorrichtung .
Fig . 3 zeigt die Verwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Überwachung einer Batterie .
Fig . 1 zeigt den Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Dargestellt ist ein Trägermaterial 10 in Form eines in etwa rechteckigen Plättchens . Die Dicke kann zwischen etwa 0 , 1 mm und etwa 1 mm betragen . Das Trägermaterial 10 weist eine erste Seite 101 und eine gegenüberliegende zweite Seite 102 auf . Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trägermaterial 10 im Wesentlichen homogen ausgeführt . In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trägermaterial 10 als piezoelektrischer Polymorph ausgeführt sein, beispielsweise als Bimorph oder Trimorph . Ein solcher Polymorph enthält eine Mehrzahl von Materiallagen mit unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten, so dass ein vorgebbares elektrisches Feld eine größere mechani - sehe Verformung bewirkt . Die Vorrichtung 1 kann dann eine größere Messgenauigkeit und/oder eine verbesserte Empfindlichkeit aufweisen .
Ein homogenes Trägermaterial 10 gemäß Fig . 1 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung dadurch erhalten werden, dass Kaliumnitrat durch LaserStrahlung aufgeschmolzen und in einem Falltürm abgekühlt wird . Die erhaltenen Kugeln können nachfolgend versintert und getempert werden, um ein piezoelektrisches Trägermaterial 10 zu erhalten .
Im Trägermaterial 10 wird durch Bestrahlung mit einem Kurz - pulslaser ein Lichtwellenleiter 21 ausgebildet . Der Licht - Wellenleiter 21 weist einen größeren Brechungsindex auf als das umgebende Trägermaterial , so dass eingekoppeltes Licht entlang der Längserstreckung des Lichtwellenleiters propagiert , wobei an den Grenzflächen zum Trägermaterial Total - reflektion auftritt .
Im Lichtwellenleiter 21 ist eine Mehrzahl von Raumbereichen 25 ausgebildet , welche einen gegenüber dem Kern 21 veränderten Brechungsindex aufweisen . Diese periodische Variation des Brechungsindex bildet ein Bragg-Gitter 3. Der Lichtwellenleiter 21 mit zumindest einem Bragg-Gitter 3 wird im Sinne der vorliegenden Beschreibung als optischer Sensor 2 bezeichnet . Der optische Sensor 2 muss nicht zwingend in der Mitte des Trägermaterials 10 angeordnet sein . Er kann auch in einigen Ausführungsformen der Erfindung näher an der ersten Seite 101 oder näher an der zweiten Seite 102 angeordnet sein . In diesem Fall können stärkere Verformungen auftreten, so dass auch geringe elektrische Spannungen eine vergleichsweise große mechanische Spannung auf den optischen Sensor 2 ausüben, so dass die Messgenauigkeit erhöht wird .
Auf der ersten Seite 101 des Trägermaterials 10 befindet sich eine erste Elektrode 12 und auf der gegenüberliegenden zweiten Seite 102 ist eine zweite Elektrode 13 angeordnet . Die Elektroden können durch an sich bekannte Dünnschichtverfahren aufgebracht werden, beispielsweise Sputtern, Aufdampfen, Druckverfahren oder galvanisches Abscheiden . Die Elektroden 12 und 13 werden mit der zu messenden Spannungsquelle verbunden, so dass sich im Inneren des Trägermaterials 10 ein elektrisches Feld E ausbildet . Das elektrische Feld führt zur piezoelektrischen Verformung des Trägermaterials 10 , welche durch Änderung der Gitterkonstanten des Bragg- Gitters 3 nachgewiesen werden kann . Da die Verformung proportional zum elektrischen Feld E ist , kann die elektrische Spannung aus der Änderung der Gitterkonstanten des Bragg- Gitters 3 ermittelt werden .
Nach Kalibrierung erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung daher die Messung elektrischer Spannung durch ein optisches Signal , so dass eine störungssichere Messung möglich ist und eine Mehrzahl von elektrischen Spannungen mit nur einer einzigen Leitung erfolgen kann . Dadurch kann die Betriebssicherheit erhöht sein .
Fig . 2 zeigt eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung . Gleiche Teile der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt . Auch die Ausführungsform gemäß Fig . 2 weist ein Trägermaterial 10 auf . Im Trägermaterial 10 ist ein optischer Sensor 2 mit einem Bragg-Gitter 3 angeordnet . Auf gegenüberliegenden Seiten befinden sich Elektroden 12 und 13 , welche zumindest in einem TeiIvolumen des Trägermaterials 10 ein elektrisches Feld erzeugen können, wenn an die Elektroden eine elektri - sehe Spannung angelegt ist .
Weiterhin ist in Fig . 2 die elektrische Beschaltung dargestellt . Eine Batteriezelle 61 weist zwei Anschlusskontakte bzw . Pole auf , an welchen die zu messende Spannung abgegriffen werden kann . Dabei wird j eder Pol über Anschlussleitun- gen 81 und 82 mit einer zugeordneten Elektrode 12 und 13 verbunden . Da das Substrat 10 nicht leitend ist , bildet sich im Inneren des Substrats 10 ein elektrisches Feld aus , wie vorstehend beschrieben . Dadurch wird zumindest in einem Tei Ivolumen des Trägermaterials 10 eine piezoelektrische Verformung ausgelöst .
Weiterhin ist in Fig . 2 ersichtlich, dass das Trägermaterial 10 beidseitig eine Aussparung 15 aufweist . Die Aussparung 15 schließt sich beiderseits an die Enden des optischen Sensors 2 an . Die Aussparungen 15 weisen ein in etwa V- förmiges Profil auf . Hierdurch kann der optische Sensor 2 durch optische Fasern kontaktiert werden, beispielsweise eine Glas- oder Polymerfaser . Hierzu wird die Form und Größe des Querschnitts der Aussparungen 15 so gewählt , dass der Außen- durchmesser der optischen Faser in der Aussparung 15 aufgenommen werden kann, wobei der Kern der optischen Faser zusammen mit dem Lichtwellenleiter 21 des optischen Sensors 2 auf einer gemeinsamen optischen Achse liegt . Hierdurch kann Licht mit geringen Verlusten in den optischen Sensor 2 ein- und ausgekoppelt werden . Dies ermöglicht das Einkoppeln eines optischen Abfragesignals und das Auskoppeln des vom Bragg-Gitter 3 reflektierten Lichtes , so dass dieses einem Spektrometer zur Analyse zugeführt werden kann . Fig. 3 zeigt nochmals die Anwendung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtung 1 zur Überwachung einer Batterie 6. Die Batterie 6 ist aus einer Mehrzahl von Batteriezellen zusammengesetzt . Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind exemplarisch zwei Batteriezellen 61 und 62 dargestellt . In anderen Ausfuhrungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Batteriezellen auch größer sein und beispielsweise zwischen sechs und 6000 betragen . Die Batteriezellen können in an sich bekannter Weise seriell und/oder parallel zueinander verschaltet sein, so dass die AusgangsSpannung und/oder der Ausgangsström der Batterie 6 größer ist als die Strom- oder Spannungswerte einer einzelnen Batteriezelle 61.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen ist die Spannungs - und/oder Strombelastbar einzelner Batteriezellen 61 und 62 innerhalb einer Batterie 6 unterschiedlich . Zur Verlängerung der Lebensdauer und/oder der Betriebssicherheit ist daher bekannt , einen Lade- oder Entladestrom in Abhängigkeit der Leistungsfähigkeit der j eweiligen Batteriezelle selektiv zu regeln . Speziell bei Batterien 6 mit einer großen Anzahl von Batteriezellen ist die dafür erforderliche Bestimmung der ZellSpannung sehr aufwändig .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an j eder Batteriezelle 61 und 62 so angeordnet , dass diese über zugeordnete Leitungsverbinder 82 mit den j eweiligen Anschlusskontakten bzw . Batteriepolen 611 , 612 , 621 und 622 der Batteriezellen 61 und 62 verbunden werden kann . Auf diese Weise ist das Trägermaterial 10 permanent einem elektrischen Feld ausgesetzt , welches zur ZellSpannung der Batteriezellen proportional ist . Die dadurch hervorgerufene Verformung des piezoelektrischen Trägermaterials 10 kann durch den in der Vorrichtung 1 angeordneten optischen Sensor gemessen werden .
Zur Auslese des optischen Sensors dient eine optische Faser 5, welche beispielsweise eine Glas- oder Polymerfaser sein kann . Die optische Faser 5 verbindet die Vorrichtungen 1 der einzelnen Batteriezellen 61 und 62 mit einer Auswerteschaltung 7. Die Auswerteschaltung 7 enthält zumindest eine
Lichtquelle 71 , beispielsweise eine Superlumineszenzdiode , welche eine breitbandige elektromagnetische Strahlung aussenden kann . Das Licht der Lichtquelle 71 wird in die optische Faser eingekoppelt und propagiert entlang deren Längserstreckung . Innerhalb der Batteriezellen 61 und/oder 62 können optional Temperatursensoren 55a, 55b, 55c und 55d angeordnet sein . Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in j eder Batteriezelle 61 zwei Temperatursensoren 55 angeordnet . In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Temperatursensoren größer oder auch geringer sein . In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Temperatursensoren 55 auch entfallen . Die Temperatursensoren 55 enthalten j eweils ein Bragg-Gitter, welches analog dem anhand von Fig . 1 erläuterten Bragg-Gitter 3 aufgebaut ist . Die Bragg-Gitter 55 zur Temperaturmessung und die Bragg- Gitter 33 in den Vorrichtungen 1 können sich durch ihre Gitterkonstante unterscheiden, so dass j edes Bragg-Gitter einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich reflektiert und die verbleibenden Wellenlängen transmittiert . Auf diese Weise kann der j eweilige Messort in der Vorrichtung 7 auf - grund des Wellenlängenbereichs diskriminiert werden . Alternativ oder zusätzlich kann der Messort auch durch die Signallaufzeit des optischen Signals auf der optischen Faser 5 unterschieden werden .
Eine Veränderung der Temperatur der Batteriezelle 61 oder 62 bewirkt eine Änderung der Gitterkonstanten der Temperatur- sensoren 55. Eine Änderung der elektrischen Spannung verändert die auf das Trägermaterial 10 der Vorrichtung 1 einwirkende mechanische Spannung und dadurch die Gitterkonstanten der Bragg-Gitter 3 in den Vorrichtungen 1. Auf diese Weise kann die Veränderung des reflektierten Spektrums als Maß für die Zelltemperatur der Batteriezellen 61 und 62 und als Maß für die ZellSpannung der Batteriezellen 61 und 62 verwendet werden . Aufgrund des optischen Messprinzips ist die Bestimmung der Temperaturen und der ZellSpannungen mechanisch robust und durch elektromagnetische Störfelder unbeeinflusst möglich . Da eine optische Faser eine Mehrzahl von Batteriezellen überwachen kann, kann die Verkabelung der Batterie 6 einfach mit einer reduzierten Anzahl von Leitungen und damit mechanisch robust und zuverlässig erfolgen .
Zur Analyse des von den Bragg-Gittern reflektierten Lichtes steht in der Einrichtung 7 ein Mikrospektrometer 72 zur Verfügung . Das Mikrospektrometer 72 kann beispielsweise ein AWG enthalten und damit zusammen mit einer Auswerteelektronik und/oder der Lichtquelle 71 monolithisch in einer integrierten optischen Komponente aufgebaut sein .
Die von der Einrichtung 7 gemessenen Temperatur- und Spannungswerte der einzelnen Batteriezellen können als optisches oder elektrisches Signal an ein Batteriemanagementsystem 75 geleitet werden, welches beispielsweise Bestandteil eines Fahrzeuges oder einer elektrischen Maschine ist . Hierdurch kann der Lade- und/oder Entladeström für j ede Batteriezelle 61 oder 62 individuell bestimmt werden um die maximale
Leistung und/oder Lebensdauer der Batterie 6 sicherzustellen .
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt . Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen . Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist . Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus . Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste " und „ zweite" Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale , ohne eine Rangfolge festzulegen .

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Messung elektrischer Spannung mit zumindest einem Trägermaterial (10) , auf welchem zumindest ein optischer Sensor (2 ) kraftschlüssig angeordnet ist , welcher zumindest einen Lichtwellenleiter (21) mit zumindest einem Bragg-Gitter (3 ) enthält , wobei das Trägermaterial ( 10 ) ein piezoelektrisches Material enthält oder daraus besteht .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Trägermaterial ( 10 ) Kaliumnitrat und/oder Langa- sit enthält .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das Trägermaterial (10) zwischen etwa
500 nm und etwa 1500 nm optisch transparent ist oder dass das Trägermaterial zwischen etwa 1300 nm und etwa 1600 nm optisch transparent ist .
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, gekennzeichnet , dass das Trägermaterial ( 10 ) eine Dicke von etwa 0 , 1 mm bis etwa 1 mm aufweist .
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Trägermaterial ( 10 ) an zwei gegenüberliegenden Flächen ( 101 , 102 ) mit zumindest zwei Elektroden (41 , 42 ) versehen ist , mit welchen ein in etwa orthogonal zur Längserstreckung des Wellenleiters (2 ) verlaufendes elektrisches Feld (E) erzeugbar ist .
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass zumindest ein Lichtwellenleiter (21) und/oder zumindest ein Bragg-Gitter (3 ) durch Laserbe- strahlung des Trägermaterials ( 10 ) erhältlich sind .
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass das Trägermaterial (10) zumindest eine Aussparung ( 15 ) aufweist , welche zur Aufnahme einer optischen Faser (5) vorgesehen ist .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass eine Mehrzahl von Trägermaterialien (10) mit zugeordneten optischen Sensoren (2 ) durch optische Fasern (5) verbunden sind .
9. Verfahren zur Messung einer elektrischen Spannung
dadurch gekennzeichnet , dass in einem piezoelektrischen Trägermaterial ( 10 ) durch die zu messende Spannung ein elektrisches Feld (E) erzeugt wird und die Verformung des Trägermaterials ( 10 ) mit zumindest einem optischer Sensor (2 ) bestimmt wird .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass die Zell Spannung einer Mehrzahl von Batteriezellen (61, 62) gemessen wird, welche Teil einer Batterie (6) sind .
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 , dadurch gekennzeichnet , dass weiterhin zumindest eine Temperatur mit zumindest einem optischer Sensor (2 ) bestimmt wird .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Lade- und/oder Entladestrom zumindest einer Batteriezelle ( 61 , 62 ) in Abhängigkeit von zumindest einer elektrischen Spannung geregelt wird .
13. Batterie mit einer Vorrichtung (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis 8.
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