用于运行包含泵浦电池的固体电解质传感器元件的方法

文档序号:9382918阅读:258来源:国知局
用于运行包含泵浦电池的固体电解质传感器元件的方法
【专利说明】用于运行包含泵浦电池的固体电解质传感器元件的方法
【背景技术】
[0001] 由【背景技术】公知了传感器元件以及用于运行传感器元件的方法,所述传感器元件 用于确定在测量气体空间中的气体的至少一个含量。下面在不限制其他可能的实施方式的 情况下,主要参考下述的方法和装置说明本发明,所述方法和装置用于定量地和/或定性 地检测气体中、特别是混合气中的至少一个气体成分的至少一个浓度。例如混合气特别是 在机动车领域中可以特别是内燃机的废气。测量气体空间可以例如是排气装置。传感器元 件可以例如是进气量探测器。取而代之地,传感器元件也可以是NOJf感器。例如在罗伯特 博世有限公司:机动车中的传感器(Sensor im Kraftfahrzeug),2010年第1版,第160-165 页中描述了进气量探测器。气体成分可以特别是氧气和/或氮气和/或至少一种氮氧化物 和/或至少一种碳氢化合物和/或其他种类的气体成分。所述类型的传感器元件可以特别 是基于使用一种或多种固体电解质、即基于使用固体、特别是陶瓷固体,所述陶瓷固体是具 有离子导电特性、特别是氧离子导电特性。例如这种固体电解质是基于氧化锆的固体电解 质、例如氧化钇稳定氧化锆(YSZ)和/或氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)。进气量探测器通常根 据栗浦电池的原理运行。气体的含量可以优选地是氧分压和/或氧含量和/或氧体积百分 含量。由极限电流与氧分压之间的通常的线性关系例如可以进行测量废气中的氧分压。
[0002] 在也称为宽频带进气量传感器的宽频带进气量探测器中,扩散到测量空腔中 的O2含量或富油气体含量要么根据优选地在单电池中、特别是在LSP (Lambdasonde proportional,比例进气量探测器)中的极限电流来测量,要么根据用于将空腔浓度调节 到Lambda = 1所需的例如在双电池中、特别是在LSU(Lambdasonde universal宽域进气量 探测器)中的栗浦电流来测量,所述栗浦电流接着也可以相应于极限电流。特别是作为测 量电流的流过的栗浦电流通常与废气中的氧含量和/或废气中的富油气体含量成正比。
[0003] 通常在双电池中通过所谓的伦斯脱调节来确保用于固体电解质中的电化学反应 和欧姆损耗所需的栗浦电压。在单电池中,通常借助一个线性斜坡或多个例如具有不同坡 度的斜坡使栗浦电压跟踪栗浦电流。这例如称为栗浦电压跟踪。
[0004] 由【背景技术】公知的方法和装置具有一些缺点。例如在用于单电池的栗浦电压跟踪 的情况下内栗浦电极(IPE)的双层电容需要重新充电。由此产生的重新充电电流在测量气 体空间中气体含量改变时、例如在废气成分改变时,通常作为在探测器信号中、特别是是在 极限电流中的上冲或下冲是明显的并且导致例如信号误差。所述信号误差可能在测量气体 空间中的气体迅速速改变时、例如在气体迅速交换时特别明显地显现出来,并且例如会导 致,有些要求传感器信号的高动态的应用不能执行。因此期望一种方法和一种装置,其至少 部分地减轻了由【背景技术】公知的缺点。

【发明内容】

[0005] 与此相应地提出一种方法和一种装置,其至少很大程度上避免了公知的方法和装 置的缺点。根据本发明的装置包括至少一个传感器元件,所述传感器元件用于检测在测量 气体空间中的气体的至少一个含量。传感器元件原则上是任意一种用于检测所述测量气体 空间中气体含量的装置。优选地,传感器元件是进气量探测器、例如单电池和/或双电池。 传感器元件原则上也可以是感器和/或宽频带进气量探测器。例如传感器元件可以 是一种例如在罗伯特博世有限公司:机动车中的传感器(Sensor im Kraftfahrzeug),2010 年第1版,第160-165页中所述的进气量探测器。优选传感器元件优选地可以是陶瓷传感器 元件。所述检测原则上可以是在定量和/或定性的检测。气体原则上可以是任意的气体。 特别优选地,气体可以是内燃机的废气。气体含量可以例如是气体的至少一个气体成分的 浓度和/或百分含量和/或分压和/或体积百分含量。气体成分可以例如是氧和/或NO x 和/或氮氧化物和/或碳氢化合物。气体可以包括至少一个气体成分。测量气体空间原则 上可以是任意一个设置用于加载气体的空间。优选地,测量气体空间可以是排气装置。例 如测量气体空间可以是一个下述的空间,气体位于所述空间中。
[0006] 传感器元件具有至少一个栗浦电池,所述栗浦电池包括至少两个通过至少一个固 体电解质彼此连接的栗浦电极。栗浦电池原则可以是任意一个电化学电池,所述电化学电 池包括至少两个栗浦电极和固体电解质。优选地,所述电池在栗浦运行状态中工作。固体 电解质可以特别是一个陶瓷固体。优选地,固体电解质可以具有离子导电特性、特别是是氧 离子导电特性。这种固体电解质例如是基于氧化锆的固体电解质、例如氧化钇稳定氧化锆 (YSZ)和/或氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)。栗浦电池可以特别是一个下述的电池,离子流可 以流过所述电池和/或通过所述电池驱动离电流。在栗浦电池的栗浦电极上可以例如通过 氧化和/或还原反应进行将离子流转换成电子流和/或反之亦然。栗浦电极可以至少部分 地由至少一种导电材料、例如至少一种金属材料构成。在栗浦电极的至少一个表面上可以 进行将离子流转换成电子流。在所述栗浦电极中,第一栗浦电极、例如外栗浦电极能够暴露 于混合气中。第二栗浦电极可以例如通过至少一个多孔的扩散阻挡层和/或通过固体电解 质与气体分隔开地布置在空腔中。优选地,空腔可以与排气通道连接。例如,空腔也可以通 过一个另外的扩散阻挡层和/或通过固体电解质与一个另外的空间、例如至少一个参考气 体空间连接。第二栗浦电极可以例如是至少一个内栗浦电极。
[0007] 也就是说,栗浦电极可以包括例如至少一个第一栗浦电极和至少一个第二栗浦电 极。第一栗浦电极和/或第二栗浦电极原则上可以如同前述的栗浦电极那样构造。名称"第 一"和"第二"用作纯粹的名称并没有给出特别是关于顺序或者所述栗浦电极是否还包括其 他栗浦电极、例如至少一个第三电极的说明。装置可以包括例如至少一个另外的栗浦电极 和/或至少一个另外的电极、优选地至少一个参考电极。参考电极例如可以至少部分地布 置在至少一个参考气体通道中。术语"能够暴露于混合气中"可以例如理解为,特别是直接 地、然而也间接地、优选地通过至少一个多孔的层、例如通过至少一个多孔的保护层能够向 第一栗浦电极加载混合气体。例如扩散阻挡层可以例如理解为由一种材料构成的层,所述 层抑制气体和/或流体和/或混合气体和/或气体成分的流动,同时,所述层促进气体和/ 或流体和/或混合气体和/或气体成分和/或离子的扩散。空腔可以理解为一个在传感器 元件内部的空间,所述空间虽然结构上与测量气体空间分隔开,然而所述空间还是能够例 如通过至少一个进气路径和/或通过扩散阻挡层加载来自测量气体空间的气体成分和/或 混合气和/或气体。例如也可以仅仅通过固体电解质向空腔施加气体和/或气体成分。排 气通道可以例如是至外界空气的连接部,特别是用于阻止空腔中的过压。
[0008] 可替换地,第一栗浦电极可以是内栗浦电极,并且第二栗浦电极可以是排气通道 电极。内栗浦电极可以布置在空腔内。可以通过扩散阻挡层向内栗浦电极加载气体。排气 通道电极可以通过排气通道至少部分地与空气、特别是周围空气连接。
[0009] 装置包括至少一个控制装置。控制装置设置用于如下所述地执行根据本发明的用 于运行传感器元件的方法。控制装置和/或装置可以具有至少一个数据处理装置。数据处 理装置可以例如集成在控制装置中。然而数据处理装置也可以例如至少部分地与控制装置 分隔开地布置。控制装置和/或数据处理装置可以例如与传感器元件连接和/或是可连接 的。控制装置可以理解为一个下述的装置,所述装置设置用于支持和/或控制所述装置、特 别是是传感器元件的至少一个功能。"可连接的"可以例如理解为一种下述的特性,在所述 特性中可以建立或者已经存在电连接。控制装置可以完全或部分地与传感器元件分隔开地 构造,然而也可以完全或部分地集成在传感器元件中、例如集成在传感器元件的和/或所 述装置的至少一个插头中。控制装置可以包括至少一个电压测量装置和/或至少一个电流 测量装置,所述电压测量装置和/或电流测量装置用于检测至少一个栗浦电流和/或至少 一个栗浦电压和/或至少一个极限电流,和/或用于调节栗浦电压和/或用于调节栗浦电 流。
[0010] 特别优选地,控制装置可以至少部分地包括至少一个栗浦电压跟踪装置。栗浦电 压跟踪装置可以例如设置用于在单电池中使栗浦电压跟踪栗浦电流。可替换地或附加地, 控制装置和/或传感器元件和/或所述装置可以具有至少一个加载装置和/或至少一个栗 浦电压跟踪装置。加载装置可以特别是包括至少一个电压源和/或至少一个电流源。加载 装置例如可以设置用于对传感器元件施加栗浦电流和/或栗浦电压,和/或设置用于至少 部分地实现栗浦电压跟踪。
[0011] 在本发明的一个另外的方面中,提出一种用于运行传感器元件
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