KR20210010418A - 차량 배터리를 모니터링하기 위한 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체 레벨(12)과 관련하여 차량 배터리(2)를 모니터링하기 위한 측정 장치(10)에 관한 것으로, 차량 배터리(2) 내로 안내되는 제 1 및 제 2 광 도파관(24, 36)을 갖는 광 도파관 쌍(26), 광학 측정 신호(22)를 제 1 광 도파관(24)으로 공급하기 위한 공급 유닛(18)과 제 2 광 도파관(36)에서 응답 신호(34)를 수신하고 응답 신호(34)를 평가 유닛으로 전달하기 위한 수신 유닛(20)을 가진 광학 모듈(16) 및, 광 도파관 쌍(26)의 배터리 측 단부면(30)에 배치되거나 배치 가능하고 제 1 광 도파관(24)의 측정 신호를 응답 신호(34)로서 제 2 광 도파관(36) 내로 적어도 부분적으로 전송할 수 있는 편향 소자(32, 44)를 포함하고, 상기 편향 소자(32, 44)는 차량 배터리(2) 내의 유체 투과성 편향 소자 하우징(28) 내에 배치되고, 유체 레벨(12)이 변할 때 광 도파관 쌍(26)의 광 도파관(24, 36) 사이에서 편향 소자(32, 44)의 전송 변화가 발생한다.
Description
본 발명은 유체 레벨과 관련하여, 특히 배터리 하우징 내의 수위와 관련하여 차량 배터리를 모니터링하기 위한 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 측정 장치를 구비한 차량 배터리에 관한 것이다.
예를 들어 전기 또는 하이브리드 차량과 같은 전기식으로 또는 전동식으로 구동되거나 구동 가능한 자동차는 일반적으로 하나 또는 2개의 차축을 구동할 수 있는 전기 모터를 포함한다. 전기 에너지를 공급하기 위해, 전기 모터는 일반적으로 전기 에너지 저장 장치로서 온보드 (고전압) 배터리에 연결된다.
특히 전기 화학 배터리란 여기에서 및 이하 특히 자동차의 소위 부가적 배터리(이차 배터리)로 이해되어야 한다. 이러한 (부가적) 차량 배터리에서, 소비된 화학 에너지는 전기(충전) 과정에 의해 복구될 수 있다. 이러한 차량 배터리는 예를 들어 전기 화학 축전지, 특히 리튬-이온 축전지로서 구현된다. 충분히 높은 작동 전압을 발생시키거나 제공하기 위해, 이러한 차량 배터리는 일반적으로, 복수의 개별 배터리 셀이 모듈 방식으로 상호 연결된 적어도 하나의 배터리 모듈을 갖는다.
배터리 셀 또는 배터리 모듈은 이 경우 일반적으로 차량 배터리의 배터리 하우징 내에 수용된다. 상호 연결된 배터리 셀/-모듈의 제어 및/또는 조절뿐만 아니라 모니터링 및 보호를 위해, 일반적으로 컨트롤러 형태의 배터리 전자 장치는 제어부 또는 배터리 관리 시스템(BMS)으로서 제공된다.
충전 상태 감지, 과방전 보호 또는 과충전 보호와 같은 차량 배터리의 작동 기능의 제어 또는 모니터링에 추가하여, 배터리 전자 장치는 예를 들어 배터리 하우징 내부의 수위 센서에 결합되므로, 배터리 하우징 내로 물 또는 습기의 바람직하지 않은 침투가 검출될 수 있다. 이러한 수위 센서는 비용 집약적이고, 기능과 관련하여 배터리 하우징 내부 바닥 깊이 설치되어야 한다. 배터리 전자 장치에 결합하기 위해, 이러한 수위 센서는 특히 자동차 호환 전기 접속부를 갖는다.
DE 695 27 386 T2호는 유체 레벨을 검출하기 위한 측정 장치를 기술하고, 상기 측정 장치에서 광은 광학 섬유를 통해 프리즘 장치 내로 안내되고, 상기 프리즘 장치는, 유체 레벨에 따라 프리즘 장치 내에서 광 반사의 변화가 발생하도록 유체에 노출될 수 있다.
본 발명의 과제는, 차량 배터리 내의 유체 레벨을 검출하는데 특히 적합한 측정 장치를 제공하는 것이다. 특히, 가능한 한 저렴하고 자동차 호환 측정 장치가 제공되어야 한다. 본 발명의 과제는 또한, 이러한 측정 장치를 구비한 특히 적합한 차량 배터리를 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 측정 장치와 관련하여 청구항 제 1 항의 특징들로 해결되고, 차량 배터리와 관련하여 청구항 제 8 항의 특징들로 해결된다. 바람직한 실시예 및 개선예들은 각각의 종속 청구항의 대상이다. 측정 장치와 관련하여 언급된 장점 및 구성은 차량 배터리에도 유사하게 적용될 수 있고 그 반대도 마찬가지이다.
본 발명에 따른 측정 장치는 유체 레벨과 관련하여 차량 배터리를 모니터링하는데 적합하며 이를 위해 설정된다. 유체 레벨 또는 유체 수위란 여기에서 및 이하, 규정된 마크에 대하여, 특히 차량 배터리의 배터리 하우징의 바닥에 대하여, 유체 준위의, 즉 유체 표면의 높이로 이해되어야 한다. 모니터링되는 유체는 특히 물이며, 이는, 측정 장치가 특히 차량 배터리의 물 감지 센서 또는 수위 센서로서 형성되는 것을 의미한다.
측정 장치는 차량 배터리 내로 또는 차량 배터리 내에서 안내되는 제 1 및 제 2 광 도파관을 갖는 광 도파관 쌍을 포함한다. 측정 장치는 또한 광학 측정 신호를 제 1 광 도파관 내로 공급하기 위한 공급 유닛과 제 2 광 도파관에서 응답 신호를 수신하고 응답 신호를 평가 유닛으로 전달하기 위한 수신 유닛을 가진 광학 모듈을 포함한다.
광 도파관 쌍의 배터리 측 단부면에 편향 소자가 배치되거나 배치 가능하다. 편향 소자는, 제 1 광 도파관의 측정 신호를 응답 신호로서 제 2 광 도파관 내로 적어도 부분적으로 전송하도록, 즉 편향시키거나 결합시키도록 제공되고 설정된다. 편향 소자는 이 경우 차량 배터리 내의 유체 투과성 편향 소자 하우징 내에 배치된다.
편향 소자는, 차량 배터리 내의 유체 레벨이 변할 때, 광 도파관 쌍의 광 도파관들 사이에서 전송 변화가 발생하도록 형성된다. 이는, 유체 레벨이 변할 때 응답 신호로서 측정 신호의 전송 또는 전달의 변화가 발생하는 것을 의미한다. 다시 말해서, 예를 들어, 측정 신호의 더 크거나 작은 비율이 응답 신호로서 제 2 광 도파관 내로 안내된다. 그 결과 특히 적합한 측정 장치가 실현된다.
광 도파관들 사이에서 전송 변화란 이 경우 특히 제 1 광 도파관으로부터 편향 소자를 통해 제 2 광 도파관 내로 신호 전파의 변화로 이해되어야 한다. 측정 신호 및 응답 신호는, 예를 들어 연속 광빔 또는 펄스 또는 클록 광빔의 형태로 또는 광 펄스로서 광학 광 신호이다.
유체 레벨의 변화 또는 유체 레벨의 변화란 이 경우 상승하는 유체 준위 또는 유체와 편향 소자가 적어도 부분적으로 접촉하게 됨으로써, 편향 소자를 통한 측정 신호의 신호 전파가 영향을 받는, 특히 차량 배터리 내의 또는 편향 소자 하우징 내의 유체 레벨의 증가로 이해되어야 한다. 유체 준위의 상승 과정에서 신호 전파에 영향을 미침으로써, 간단한 방식으로, 평가 유닛을 이용해서 차량 배터리 내의 유체 레벨을 검출 및 모니터링하는 것이 가능하다. 다시 말해서, 편향 소자를 포함하는 광 도파관 쌍은 모니터링되는 차량 배터리의 유체 레벨 또는 유체 수위를 검출하기 위한 측정- 또는 센서 소자로서 작용한다. 그 결과, 침투하는 유체 또는 물과 관련해서 차량 배터리의 모니터링이 간단하고 저렴한 방식으로 실현된다.
편향 소자 하우징 내의 유체 수위가 낮거나 존재하지 않을 때 편향 소자는 실질적으로 공개된 전송도, 즉 측정 신호의 얼마의 비율이 응답 신호로서 제 2 광 도파관 내로 전송되는지의 정도를 갖는다. 유체 레벨 변화는 전송도에 작용하여, 편향 소자에 의해 광 도파관들 사이에서 전송 변화가 발생한다. 이로 인해 신호 전파에 영향을 미치므로, 신호 전파를 평가함으로써, 즉 응답 신호를 평가함으로써, 전송 변화 및 유체 레벨 변화에 대한 추론이 가능하다.
평가 유닛은 이 경우, 응답 신호에 따라 수신 유닛에 의해 검출된 측정 신호의 신호 전파에 기초해서 전송 변화 및 유체 레벨 변화를 추론하고 이를 결정하도록 적절한 방식으로 설계되고 설정된다. 특히, 편향 소자 및/또는 광 도파관의 관 재료로 인한 라인 감쇠도 신호 평가 시 고려된다. 연접 "및/또는"은 여기에서 및 이하, 이러한 연접에 의해 논리 연산된 특징들은 조합하여 그리고 서로에 대한 대안으로서 형성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
광 도파관은 예를 들어 광학 섬유 또는 광학 섬유 다발로서 구현된다. 공급 유닛은 예를 들어 광원, 특히 레이저 다이오드 반도체(레이저 다이오드)이며, 이 경우 수신 유닛은 특히 포토다이오드 반도체(포토다이오드)로서 형성된다. 공급 유닛과 수신 유닛은 바람직하게는 공통의 송수신 유닛, 즉 트랜시버로서 형성된다.
평가 유닛은 예를 들어 또한 트랜시버의 일부이므로, 수신 위치에서 직접 평가가 수행된다. 대안으로서 평가 유닛은 외부에, 즉 측정 장치와 별도로 구현된다. 특히, 자동차에서 측정 장치의 사용 시 예를 들어, 수신 유닛에 의해 수신된 응답 신호는, 예를 들어 배터리 관리 시스템의 및/또는 상위 (자동차) 제어부의 일부인 평가 유닛으로 전달되는 것이 제공된다. 이로 인해 특히 저렴하고 리소스 효율적인 평가가 가능해진다.
이러한 모니터링에 의해, 차량 배터리 내의 유체의 유체 레벨을 신뢰적으로 및 작동 안정적으로 검출하는 것이 가능하다. 특히 차량 배터리는, 유체가 차량 배터리 또는 배터리 하우징 내의 허용 가능한 최대 유체 수위를 초과하지 않는 것과 관련해서 모니터링될 수 있다. 평가 유닛은 이 경우 예를 들어, 현재 유체 레벨을 사용자에게 표시 또는 전달하고, 필요하다면, 유체의 레벨이 차량 배터리 내에서 또는 편향 소자 하우징 내에서 원하지 않는 높이에 도달하거나 이를 초과하는 경우, 경고 신호를 생성하는데 적합하고 이를 위해 설정된다.
바람직한 실시예에서 광학 모듈은 결합된 공급- 및 수신 유닛을 가진 섬유 광학 트랜시버(FOT, Fiber Optical Transceiver)로서 구현된다. FOT는 이 경우 버스 시스템 기술, 특히 미디어 지향 시스템 전송 버스 시스템 기술(MOST 버스)로 구현된다. 다시 말해서, 광학 모듈은 광학 신호의 MOST 호환 발송, 전송 및 수신에 적합하고 이를 위해 설정된다. 이는, 광학 모듈이 특히 MOST FOT-모듈로서 구현된 것을 의미한다.
MOST 버스는 광 도파관을 통한 데이터 신호 전송에 적합하고 이를 위해 설정된 직렬 버스 시스템이다. MOST 기술은 일반적으로 자동차의 멀티미디어 애플리케이션에서 사용되므로, MOST FOT-모듈을 사용함으로써 차량 배터리 내의 유체 레벨을 결정하기 위해 광 도파관 쌍을 통해 특히 저렴하고 자동차 호환 또는 자동차에 적합한 광학 통신이 실현된다.
섬유 광학 트랜시버는 측정- 및 응답 신호의 송수신을 위해 광 섬유 기술을 이용한다. 트랜시버는 이 경우 데이터를 광 펄스로(및 그 반대로) 컨디셔닝 및 코딩 또는 디코딩하기 위한 전자(컨버터) 부품을 가지며, 이를 특히 전기 신호로서 결합된 평가 유닛에 전송한다. 측정 장치의 광학 측정- 및 응답 신호는 특히 MOST 버스 신호의 방식으로 생성된다.
바람직한 개선예에서, 광 도파관 쌍은 제 1 플러그 연결부로 광학 모듈에 결합된다. 이는, 광 도파관 쌍이 모듈 측 단부면에 예를 들어 플러그 커넥터를 갖고, 상기 플러그 커넥터는 광학 모듈의 대응하는 소켓에 플러그 연결되거나 플러그 연결 가능한 것을 의미한다. 플러그 연결부 또는 플러그 커넥터 또는 소켓은 이 경우 바람직하게 MOST 기술에 따라 구현된다. 그 결과 광학 모듈에 광 도파관 쌍의 신뢰할 수 있고, 작동 안정적이며 자동차 호환 결합이 실현된다.
적합한 실시예에서, 광 도파관 쌍의 배터리 측 단부면은 제 2 플러그 연결부로 편향 소자 하우징에 결합된다. 광 도파관 쌍은 이 경우 바람직하게, 편향 소자 하우징의 대응하는 소켓에 삽입될 수 있는 MOST-호환 플러그 커넥터를 갖는다. 그 결과 편향 소자를 수용하는 편향 소자 하우징에 대한 간단하고 신뢰적이고 복잡성이 감소한 결합이 실현된다.
가능한 실시예에서, 편향 소자는 광 도파관 쌍의 배터리 측 단부면에 고정 결합된 광학 프리즘이다. 프리즘은, 광학 측정 신호가 프리즘 내로 결합되고 거기에서 특히 프리즘 표면에서의 전반사(TIR, total internal reflection)에 의해 제 2 광 도파관의 방향으로 편향되는 방식으로 제 1 광 도파관에 연결된다. 제 2 광 도파관은 적절한 방식으로, 반사 및 우회된 광학 신호가 가능한 한 손실 없이 응답 신호로서 제 2 광 도파관 내로 결합될 수 있도록 프리즘에 연결된다. 프리즘의 횡단면은 특히 삼각형, 바람직하게는 직각 삼각형이며, 이 경우 광 도파관 쌍은 빗변 측에 배치되어, 프리즘의 인변 측(인접변, 대변)에서 2회 전반사가 이루어진다.
유체 레벨이 상승하면 프리즘은 유체와 접촉한다. 이로 인해 프리즘의 경계- 또는 전이 표면에서 굴절률이 변경되고, 이로써 특히 프리즘 주변에서의 굴절률은 프리즘 물질의 굴절률보다 큰 값으로 증가하고, 그 결과 프리즘 측에서 전반사가 이루어지지 않는다. 이로 인해 측정 신호는 응답 신호로서 제 2 광 도파관 내로 더 이상 반사되지 않고, 그 결과 전송도가 감소한다. 이는, 응답 신호의 진폭 또는 강도가 감소함으로써, 유체 레벨의 간단한 검출이 실현됨을 의미한다.
가능한 실시예에서, 차량 배터리 내에 또는 편향 소자 하우징 내에 유체 또는 물이 없으면, 광신호, 즉 MOST FOT-모듈로부터 나오는 측정 신호는 프리즘에 의해 다시 MOST FOT-모듈로 응답 신호로서 편향된다. 그와 달리, 차량 배터리 내에 또는 편향 소자 하우징 내에 유체 또는 물이 있는 경우, MOST FOT-모듈에서 나오는 측정 신호는 프리즘 유체 경계면에서 변경된 굴절률에 의해 다시 편향되지 않는다. 이로 인해 MOST FOT-모듈은 응답 신호를 수신하지 않는다.
대안적인 실시예에서, 편향 소자는 기계적 플로트로서 구현된다. 편향 소자는 즉 유체 내에서 (정적) 부력을 갖는 몸체로서 형성되며, 이 경우 부력은 바람직하게, 편향 소자가 유체 내로 완전히 잠기지 않을 정도로, 즉 유체 레벨 또는 유체 수위 보다 적어도 부분적으로 올라올 정도로 크다. 유체 레벨이 증가함에 따라, 편향 소자 또는 플로트가 상승하여 광 도파관의 배터리 측 단부면으로 안내된다. 바람직한 개선예에서 이 경우 제 3 광 도파관이 편향 소자에 통합되고, 상기 제 3 광 도파관은 편향 소자가 광 도파관 쌍의 배터리 측 단부면과 실질적으로 접촉하는 해당 유체 레벨에서, 제 1 광 도파관의 측정 신호를 안내하고 응답 신호로서 제 2 광 도파관 내로 공급한다. 이는, 광 가이드 또는 편향이 가변 유체 레벨에 의해 기계적으로 제어됨을 의미한다.
차량 배터리 내에 또는 편향 소자 하우징 내에 유체 레벨이 없거나 낮은 유체 레벨만이 있는 경우, 편향 소자는 실질적으로 바닥에 놓이고 따라서 광 도파관 쌍에 대해 이격되어 배치된다. 그 결과, MOST FOT-모듈에서 나오는 측정 신호는 차량 배터리 내에 또는 편향 소자 하우징 내에 유체 또는 물이 없으면, 편향되지 않는다. 그와 달리, 차량 배터리 내에 또는 편향 소자 하우징 내에 유체 또는 물이 있으면, 편향 소자는 증가하는 유체 수위에 의해 상승하여 광 도파관으로 안내된다. 결과적으로, MOST FOT-모듈에서 나오는 측정 신호는 편향 소자의 제 3 광 도파관을 통해 다시 편향된다. 이로 인해 MOST FOT-모듈이 응답 신호를 수신한다.
바람직한 응용예에서, 측정 장치는 모니터링될 차량 배터리의 일부이다. 차량 배터리는 바람직하게는 자동차, 특히 전기적으로 구동되는 또는 구동 가능한 자동차, 예를 들어 전기- 또는 하이브리드 차량의 온 보드 에너지 저장 장치이다. 차량 배터리는 이 경우 컨트롤러 또는 배터리 관리 시스템 형태의 배터리 전자 장치 및 배터리 하우징을 갖는다.
바람직한 실시예에서, 컨트롤러 또는 배터리 전자 장치는 프로세서 및 데이터 메모리를 갖는 마이크로 컨트롤러에 의해 적어도 코어 내에 형성되며, 상기 마이크로 컨트롤러에서 관련 차량 배터리의 작동을 위한 기능이 작동 소프트웨어(펌웨어) 형태로 프로그램 기술적으로 구현되므로, 방법은 - 경우에 따라서 장치 사용자와 상호 작용 시 - 마이크로 컨트롤러에서 작동 소프트웨어가 실행될 때 자동으로 수행된다. 컨트롤러는 대안적으로 차량 배터리의 작동을 위한 기능이 회로 기술적인 수단을 사용하여 구현되는 ASIC(application-specific integrated circuit)와 같은 프로그래밍 불가능한 전자 부품에 의해 형성될 수도 있다.
본 발명의 추가적인 또는 다른 양상은, 배터리 전자 장치 또는(배터리) 컨트롤러가 측정 장치의 광학 모듈 또는 MOST FOT-모듈이 배치된 프린트 회로 기판을 포함하는 것을 제공한다. 다시 말해서, 광학 모듈 또는 MOST FOT-모듈은 차량 배터리의 배터리 관리 전자 장치의 프린트 회로 기판 또는 기판 상에 배치된다. 이로 인해 광학 모듈의 특히 바람직한 배치가 실현되고, 특히 광학 모듈은 이 경우 배터리 하우징 외부에 배치되고, 따라서 가능한 유체 레벨로부터 공간적으로 이격되거나 분리되어 배치된다.
바람직한 실시예에서, 편향 소자 하우징은 배터리 하우징의 바닥에 배치된다. 바람직하지 않게 배터리 하우징으로 침투하는 또는 유입되는 유체는 중력으로 인해 바닥에, 즉 기저부를 향한 하우징 영역에 수집되므로, 편향 소자 하우징의 배치는 유체 레벨의 특히 신뢰적이고 신속한 검출을 가능하게 한다.
계속해서 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 도면은 개략적이고 간단하게 도시한다:
도 1은 배터리 하우징, 배터리 전자 장치 및 유체 레벨과 관련하여 차량 배터리를 모니터링하기 위한 측정 장치를 포함하는 차량 배터리를 도시한 도면.
도 2는 유체로 채워지지 않은 배터리 하우징에서 측정 장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 3은 배터리 하우징 내의 유체 레벨에서 도 2에 따른 측정 장치를 도시한 도면.
도 4는 유체로 채워지지 않은 배터리 하우징에서 측정 장치의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 5는 배터리 하우징 내의 유체 레벨에서 도 4에 따른 측정 장치를 도시한 도면.
도 2는 유체로 채워지지 않은 배터리 하우징에서 측정 장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 3은 배터리 하우징 내의 유체 레벨에서 도 2에 따른 측정 장치를 도시한 도면.
도 4는 유체로 채워지지 않은 배터리 하우징에서 측정 장치의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 5는 배터리 하우징 내의 유체 레벨에서 도 4에 따른 측정 장치를 도시한 도면.
서로 일치하는 부품들과 치수들은 모든 도면에서 항상 동일한 참조번호를 갖는다.
도 1은 예를 들어 4개의 배터리 모듈(6)이 수용되는 배터리 하우징(4)을 가진 자동차의 차량 배터리(2)를 개략적으로 간단하게 도시한다. 배터리 작동을 제어 및/또는 조절하기 위해, 차량 배터리(2)는 배터리 관리 시스템으로서 컨트롤러 또는 배터리 전자 장치(8)를 갖는다. 배터리 전자 장치(8)는 예를 들어 배터리 하우징(4) 외부에 배치된다.
차량 배터리(2)는 유체(14; 도 3, 도 5)의 유체 레벨(12)과 관련해서 차량 배터리(2) 또는 배터리 하우징(4)을 모니터링하기 위한 측정 장치(10)를 갖는다. 유체(14)는 이 경우 특히 물이며, 이는, 측정 장치(10)가 특히 차량 배터리(2) 또는 배터리 하우징(4)의 물 감지 센서 또는 수위 센서로서 형성되는 것을 의미한다.
계속해서 측정 장치(10)의 제 1 실시예는 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명된다.
측정 장치(10)는 배터리 전자 장치(8)의 프린트 회로 기판 상에 배치된 광학 모듈(16)을 갖는다. 모듈(16)은 MOST FOT-모듈 형태의 섬유 광학 트랜시버로서 구현되고, 수신 유닛(20)과 결합된 공급 유닛(18)을 갖는다. 공급 유닛(18)은 예를 들어 광 생성 레이저 다이오드 반도체 소자(레이저 다이오드)로서 구현되고, 수신 유닛(20)은 예를 들어 감광성 포토다이오드 반도체 소자(포토다이오드)로서 구현된다.
측정 장치(10)의 작동 시 공급 유닛(18)에 의해 광 측정 신호(22)가 생성되어, 광 도파관 쌍(26)의 하나의 광 도파관(24) 내로 공급된다. 광 도파관 쌍(26)은 배터리 전자 장치(8) 또는 모듈(16)로부터 배터리 하우징(4) 내로 또는 배터리 하우징(4) 내에 안내된다. 측정 신호(22)는 예를 들어, 광 빔이거나 또는 광 펄스의 시퀀스이며, 이는 예를 들어 광학 섬유 또는 광학 섬유 다발로서 구현된 광 도파관(24)을 통해 광학 모듈(16)로부터 유체 투과성 편향 소자 하우징(28)으로 안내된다. 측정 신호(22)는 광 도파관 쌍(26) 또는 광 도파관(24)의 배터리 측 단부면(30)에서 나오고, 편향 소자(32)로서 거기에 배치된 프리즘에 결합된다.
프리즘 또는 편향 소자(32)의 횡단면은 직각 삼각형의 형상을 가지며, 빗변은 단부면(30)에 접촉한다. 단부면(30)으로부터 편향 소자(32)로 들어가는 측정 신호(22)는 편향 소자(32)에서 이중 전반사를 통해 단부면(30)으로 다시 반사되고, 거기에서 응답 신호(34)로서 광 도파관 쌍(26)의 (제 2) 광 도파관(36) 내로 들어간다. 측정 신호(22)의 경로는 도면에 화살표로 개략적으로 도시되어 있다.
유체- 또는 물 투과성 편향 소자 하우징(28)은 배터리 하우징(4)의 (하우징) 바닥(38)에 배치된다.
광 도파관 쌍(26)은 단부에 각각 플러그 커넥터(40, 42)를 갖는다. 광 도파관 쌍(26)은 MOST 플러그 연결부로서, 한편으로는 플러그 커넥터(40)에 의해 광학 모듈(16)에 접속되고, 다른 한편으로 플러그 커넥터(42)에 의해 편향 소자 하우징(28)에 접속된다.
작동 시, MOST FOT-모듈 또는 모듈(16)로부터 나오는 측정 신호(22)는, 차량 배터리(2) 내에 또는 편향 소자 하우징(28) 내에 유체 또는 물(14)이 없으면, 응답 신호(34)로서 프리즘(32)에 의해 모듈(16)의 수신 유닛(20)으로 다시 편향된다(도 2).
배터리 하우징(4) 내로 유체(14)가 침투하면, 유체 레벨(12)은 바닥(38)부터 증가한다. 결과적으로, 유체(14)는 유체 투과성 편향 소자 하우징(28) 내로도 침투한다. 유체 레벨(12)이 충분히 상승하면, 프리즘(32)은 유체(14)와 접촉하게 된다. 결과적으로, 측정 신호(22)는 프리즘-유체 계면에서의 굴절률 변화로 인해 전반사되지 않거나 광 도파관(36)으로 다시 편향된다. 이로 인해 수신 유닛(20)은 응답 신호(34)를 수신하지 않는다.
모듈(16)은 수신된 응답 신호(34)를 배터리 전자 장치(8)의 평가 유닛으로 전달한다. 이 경우 배터리 전자 장치(8)의 평가 유닛은 응답 신호(34)의 진폭에 기초하여 편향 소자 하우징(28) 내의 및 배터리 하우징(4) 내의 유체 레벨(12)을 결정하는데 적합하고 이를 위해 설계된다.
도 4 및 도 5는 측정 장치(10)의 제 2 실시예를 도시한다. 이 실시예에서 기계적 플로트로서 형성된 편향 소자(44)가 편향 소자 하우징(28) 내에 배치된다. 편향 소자 또는 플로트(44)는 유체(14) 내에서 (정적) 부력을 갖는 몸체로서 설계되며, 이 경우 부력은, 플로트(44)가 유체(14) 내로 완전히 잠기지 않을 정도로, 즉 유체 레벨(12) 위로 적어도 부분적으로 올라올 정도로 충분한 크기로 치수 설정된다(도 5). 결과적으로, 플로트(44)는 유체 수위(12)가 증가할 때 바닥(38)으로부터 상승되어 광 도파관 쌍(26)의 단부면(30)으로 안내된다.
플로트(44)는 통합된 광 도파관(46)을 갖고, 상기 광 도파관은 플로트(44)가 광 도파관 쌍(26)의 단부면(30)과 접촉하는 도 4에 도시된 유체 레벨(12)에서, 광 도파관(24)의 측정 신호(22)를 안내하며 응답 신호(34)로서 광 도파관(36)으로 공급한다.
차량 배터리(2) 내에 또는 편향 소자 하우징(28) 내에 유체 레벨(12)이 없거나 낮은 유체 레벨만이 있는 경우, 플로트(44)는 실질적으로 바닥에 놓이고 따라서 광 도파관 쌍(26)에 대해 이격되어 배치된다(도 4). 결과적으로 차량 배터리(2) 내에 또는 편향 소자 하우징(28) 내에 충분히 높은 유체 레벨(12)이 없으면, 모듈(16)로부터 나오는 측정 신호(22)는 광 도파관(36)으로 편향되지 않는다. 그와 달리, 차량 배터리(2) 내에 또는 편향 소자 하우징(28) 내에 충분히 높은 유체 레벨(12)이 있는 경우, 플로트(44)는 유체(14)에 의해 상승하여 광 도파관(24, 36)으로 안내된다. 결과적으로, 모듈(16)로부터 나오는 측정 신호(22)는 광 도파관(46)을 통해 광 도파관(36)으로 편향된다. 그 결과 모듈(16)에 의해 응답 신호(34)가 수신되어 배터리 전자 장치(8)의 평가 유닛으로 전달된다.
청구된 본 발명은 전술한 실시예들에 제한되지 않는다. 청구된 본 발명의 대상을 벗어나지 않고, 개시된 청구 범위 내에서 당업자에 의해 이것으로부터 본 발명의 다른 변형도 유도될 수 있다. 특히, 다양한 실시예들과 관련하여 설명된 모든 개별 특징들은 또한 청구된 본 발명의 대상을 벗어나지 않고, 개시된 청구 범위 내에서 다른 방식으로도 결합될 수 있다.
2: 차량 배터리
4: 배터리 하우징
6: 배터리 모듈 8: 배터리 전자 장치
10: 측정 장치 12: 유체 레벨
14: 유체 16: 모듈
18: 공급 유닛 20: 수신 유닛
22: 측정 신호 24: 광 도파관
26: 광 도파관 쌍 28: 편향 소자 하우징
30: 단부면 32: 편향 소자/프리즘
34: 응답 신호 36: 광 도파관
38: 바닥 40, 42: 플러그 커넥터
44: 편향 소자/플로트 46: 광 도파관
6: 배터리 모듈 8: 배터리 전자 장치
10: 측정 장치 12: 유체 레벨
14: 유체 16: 모듈
18: 공급 유닛 20: 수신 유닛
22: 측정 신호 24: 광 도파관
26: 광 도파관 쌍 28: 편향 소자 하우징
30: 단부면 32: 편향 소자/프리즘
34: 응답 신호 36: 광 도파관
38: 바닥 40, 42: 플러그 커넥터
44: 편향 소자/플로트 46: 광 도파관
Claims (10)
- 유체 레벨(12)과 관련하여 차량 배터리(2)를 모니터링하기 위한 측정 장치(10)로서,
- 상기 차량 배터리(2) 내로 안내되는, 제 1 광 도파관 및 제 2 광 도파관(24, 36)을 갖는 광 도파관 쌍(26),
- 광학 측정 신호(22)를 상기 제 1 광 도파관(24) 내로 공급하기 위한 공급 유닛(18)과 상기 제 2 광 도파관(36)에서 응답 신호(34)를 수신하고 상기 응답 신호(34)를 평가 유닛으로 전달하기 위한 수신 유닛(20)을 갖는 광학 모듈(16), 및
- 편향 소자(32, 44)를 포함하고, 상기 편향 소자(32, 44)는 상기 광 도파관 쌍(26)의 배터리 측 단부면(30)에 배치되거나 배치 가능하고, 상기 편향 소자(32, 44)에 의해 상기 제 1 광 도파관(24)의 측정 신호(22)는 상기 응답 신호(34)로서 상기 제 2 광 도파관(36) 내로 적어도 부분적으로 전송 가능하며,
- 상기 편향 소자(32, 44)는 상기 차량 배터리(2) 내의 유체 투과성 편향 소자 하우징(28) 내에 배치되고,
- 상기 유체 레벨(12)이 변할 때 상기 광 도파관 쌍(26)의 광 도파관들(24, 36) 사이에서 상기 편향 소자(32, 44)의 전송 변화가 발생하는 것인 차량 배터리(2)를 모니터링하기 위한 측정 장치(10). - 제 1 항에 있어서, 섬유 광학 트랜시버를 갖는 상기 광학 모듈(16)은 결합된 상기 공급 유닛(18) 및 상기 수신 유닛(20)으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 측정 장치(10).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광 도파관 쌍(26)은 제 1 플러그 연결부(40)로 상기 광학 모듈(16)에 결합되는 것을 특징으로 하는 측정 장치(10).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광 도파관 쌍(26)의 배터리 측 단부면(30)은 제 2 플러그 연결부(42)로 상기 편향 소자 하우징(28)에 결합되는 것을 특징으로 하는 측정 장치(10).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 편향 소자(32)는 상기 광 도파관 쌍(26)의 배터리 측 단부면(30)에 고정 결합된 광학 프리즘인 것을 특징으로 하는 측정 장치(10).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 편향 소자(44)는 상기 유체 레벨(12)이 증가함에 따라 상기 광 도파관 쌍(26)의 배터리 측 단부면(30)으로 안내되는 플로트인 것을 특징으로 하는 측정 장치(10).
- 제 6 항에 있어서, 상기 편향 소자(44)에 제 3 광 도파관(46)이 통합되며, 상기 제 3 광 도파관은 상기 유체 레벨(12)에서 상기 제 1 광 도파관(24)의 측정 신호(22)를 안내하고 상기 응답 신호(34)로서 상기 제 2 광 도파관(36) 내로 공급하는 것을 특징으로 하는 측정 장치(10).
- 배터리 하우징(4), 배터리 전자 장치(8) 및 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 측정 장치(10)를 구비한 자동차의 차량 배터리(2).
- 제 8 항에 있어서, 상기 배터리 전자 장치(8)는 상기 측정 장치(10)의 광학 모듈(16)이 배치된 프린트 회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리(2).
- 제 8 항에 있어서, 상기 배터리 하우징(4)의 바닥(38)에 편향 소자 하우징(28)이 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 배터리(2).
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