Kühlmittel-Füllstandssensor für flüssigkeitsgekühlte Batteriespeicher (BESS) und Rechenzentrums-CDUs

Flüssigkeitskühlung ist bei zwei stark wachsenden Anwendungen inzwischen Standard: in Batteriespeicher-Containern, in denen die Zellen über einen Wasser-Glykol-Kreislauf gekühlt werden, und in KI- bzw. High-Density-Serverracks, in denen eine Coolant Distribution Unit (CDU) dielektrisches Kühlmittel oder aufbereitetes Wasser zu den Cold Plates pumpt. Beide Kreisläufe haben dieselbe Schwachstelle: Nur im Vorrats- oder Ausgleichsbehälter wird eine schleichende Leckage, Verdunstung oder eine Luftblase sichtbar, bevor die Pumpe kavitiert oder eine Cold Plate trockenläuft. Dieser Leitfaden zeigt, was der Füllstandssensor an diesem Behälter leisten muss, welches Messprinzip zu welchem Kreislauf passt und wie die veröffentlichten Kennwerte der Füllstandssensoren von SEGMENsensor zur Anforderung passen. Den kompletten CDU-Sensorsatz mit Durchfluss und Druck beschreibt der CDU-Sensorleitfaden (Englisch).

Warum ist der Füllstand der erste Alarm im Flüssigkühlkreislauf?

Weil ein geschlossener Kühlkreislauf auf ein festes Volumen ausgelegt ist – jede Änderung des Behälterfüllstands ist deshalb eine Information. Sinkt der Füllstand, verlässt Kühlmittel den Kreislauf über eine Verschraubung, eine Schnellkupplung oder einen permeablen Schlauch. Steigt er in einem System mit Wärmetauscher, kann Gebäudekühlwasser in den Sekundärkreis übertreten. Temperatur- und Durchflusssensoren melden die Folge einer Leckage erst, wenn die Kühlleistung bereits gesunken ist. Der Füllstandssensor meldet die Ursache, meist Stunden oder Tage früher.

In BESS- wie in CDU-Konstruktionen übernimmt der Behälter-Füllstandssensor drei Aufgaben:

• Trockenlaufschutz der Pumpe. Ein Relaiskontakt oder Schaltausgang in der Pumpenverriegelung verhindert, dass die Pumpe trocken läuft.
• Kontinuierlicher Füllstandsverlauf. Ein 4–20-mA- oder RS-485-Signal an das Batteriemanagementsystem (BMS), die SPS oder den Rack-Management-Controller, damit ein langsamer Verlust als Trend sichtbar wird und das Nachfüllen vor dem Alarm geplant werden kann.
• Maximal- bzw. Überlaufalarm. Ein zweiter Kontakt meldet Überfüllung durch Wärmeausdehnung oder den Übertritt von Gebäudekühlwasser über den Wärmetauscher.

Welche Messprinzipien eignen sich für einen Kühlmittelbehälter?

Je nach Behälter und Kühlmittel ein anderes: Der Behälter einer CDU ist meist ein kleiner Kunststofftank mit Schauglas; der Ausgleichsbehälter im BESS-Container ist größer und häufig aus Edelstahl oder HDPE. Als Kühlmittel kommen vollentsalztes Wasser, Propylenglykol- oder Ethylenglykol-Gemische oder dielektrische Flüssigkeiten zum Einsatz. Jede Kombination begünstigt ein anderes Messprinzip.

Für die meisten CDU-Behälter ist der Ultraschallsensor die naheliegende Wahl, weil nichts Metallisches das Kühlmittel berührt – wichtig bei dielektrischen Flüssigkeiten und bei VE-Wasser, dessen Leitfähigkeit niedrig bleiben muss. Im BESS-Container genügt oft der Schwimmerschalter, da die Steuerung vor allem eine harte Minimum-Verriegelung braucht und weniger einen kontinuierlichen Messwert; ein Mehrschwimmer-Stab liefert zusätzlich 4–20 mA, wenn das BMS einen Trend erfassen soll. Kühlmittel-Vorratstanks auf Anlagenebene decken der magnetostriktive Füllstandstransmitter oder eine hydrostatische Pegelsonde ab.

Kühlmittel-Füllstand im flüssigkeitsgekühlten BESS-Container überwachen

Ein flüssigkeitsgekühlter Batteriecontainer führt in der Regel einen Wasser-Glykol-Kreislauf durch Cold Plates unter jedem Batteriemodul; Kältemaschine und Ausgleichsbehälter sitzen im Thermomanagement-Abteil. Der Kreislauf arbeitet mit mäßigem Druck und mit Kühlmitteltemperaturen von unter dem Gefrierpunkt bei winterlicher Lagerung bis zur Rücklauftemperatur der Kältemaschine. Der Füllstandssensor sitzt am Ausgleichsbehälter und muss das Glykolgemisch, Außentemperaturschwankungen und die Vibration beim Containertransport aushalten.

Die Schwimmerschalter von SEGMENsensor sind für diese Aufgabe spezifiziert: Reedketten- oder Mikroschalter-Technik, medienberührte Werkstoffe PP, PVDF oder SUS 316L für Glykolbeständigkeit, Betriebstemperatur −40 °C bis +120 °C (Hochtemperaturausführung bis 150 °C), Schutzart IP67 oder IP68 sowie seitlicher, Einbau von oben oder Flanschmontage. Ein Zweipunkt-Schwimmerschalter liefert dem BMS über eine einzige Behälteröffnung eine Minimum-Verriegelung und einen Maximalalarm. Will der Betreiber den Kühlmittelverlust über eine ganze Containerflotte als Trend verfolgen, speist die Mehrschwimmer-Ausführung mit 4–20-mA-Ausgang denselben BMS-Analogeingang wie die Druck- und Temperaturtransmitter.

Da BESS-Container als komplette Einheiten ausgeliefert werden, sollte der Sensor gleich mit der endgültigen Kabellänge, dem Steckverbinder und der Kabelverschraubung bestellt werden, damit an der Integrationslinie keine Nacharbeit anfällt. SEGMENsensor fertigt diese Varianten auftragsbezogen zu denselben Musterbedingungen (Muster mit 1–5 Stück).

Kühlmittel-Füllstand in der Rechenzentrums-CDU überwachen

Rechenzentren gehören zu den energieintensivsten Gebäudetypen; das US-Energieministerium beschreibt in seiner Übersicht Data Centers and Servers ↗, dass sie pro Grundfläche ein Vielfaches der Energie eines typischen Bürogebäudes verbrauchen. Direkte Flüssigkeitskühlung ist eine der wichtigsten Antworten auf diese Last. Die CDU für eine Reihe oder ein Rack enthält eine Pumpe, einen Wärmetauscher und einen kleinen Behälter, und dessen Füllstand ist der wichtigste Hinweis darauf, dass der Sekundärkreis dicht ist.

Der CDU-Kühlmittel-Füllstandssensor von SEGMENsensor (Englisch) ist ein von oben montierter Ultraschallsensor ohne medienberührte Metallteile. Er ist für dielektrisches Kühlmittel, VE-Wasser sowie PAG- und PGW-Gemische geeignet und passt zu den HDPE-, Polycarbonat- und Acryl-Schauglas-Tanks in CDU-Gehäusen. Der Messbereich von 25–1200 mm deckt Behälter von der 1-HE-In-Rack-CDU bis zur Reihen-CDU ab, mit ±1 mm Genauigkeit bei Messbereichen bis 300 mm. Ausgegeben werden 4–20 mA kontinuierlich und zwei Relaisalarme für Minimum und Maximum, sodass der Rack-Management-Controller einen Trend und die Pumpenverriegelung einen harten Kontakt vom selben Gerät erhält. Die Betriebstemperatur von −10 °C bis +60 °C passt zur CDU-Umgebung, die Versorgung mit DC 12–24 V kommt von der CDU-Steuerplatine.

Technische Daten im Überblick

Alle Werte stammen von der Produktseite Füllstandssensoren von SEGMENsensor. Die Ultraschall-Spalte gilt für den CDU-Kühlmittel-Füllstandssensor, die Schwimmer-Spalte für den Standard-Magnet-Schwimmerschalter an BESS-Ausgleichsbehältern.

Die oben genannten Schutzarten folgen dem in IEC 60529 – Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code) ↗ definierten IP-Code. IP67 deckt Kondensat und Reinigung im CDU-Gehäuse ab; IP68 wird für Schwimmerschalter spezifiziert, die im BESS-Ausgleichsbehälter vollständig untergetaucht sein können.

Wie wird der Sensor an BMS, SPS oder Rack-Controller angebunden?

Über eine 2-Leiter-4–20-mA-Schleife nach IEC 60381-1 – Analogsignale für Prozessleitsysteme, Teil 1: Gleichstromsignale ↗: Sie lässt sich ohne Wandler an jeden Analogeingang von BMS, SPS oder Rack-Controller anschließen. Das Live Zero bei 4 mA erlaubt der Steuerung, einen leeren Behälter von einem Kabelbruch zu unterscheiden. Ist das Steuerungsnetz seriell, überträgt die Option RS-485 Modbus RTU Füllstand und Alarmstatus auf einem Bus gemeinsam mit den Durchfluss- und Drucktransmittern. Die Verdrahtung von 2- und 3-Leiter-Schleifen erklärt der Beitrag Drucktransmitter 4–20 mA anschließen; für Füllstandstransmitter gelten dieselben Regeln.

Relaisalarme sollten fehlersicher verdrahtet werden: Für die Minimum-Verriegelung der Pumpe den Öffner (NC) verwenden, damit auch ein Ausfall der Sensorversorgung die Pumpe stoppt. Den Minimum-Schaltpunkt oberhalb des Pumpensaugstutzens setzen, mit Reserve für die Schräglage beim Containertransport und für das Schwappen, wenn eine Rack-CDU an ihren Platz gerollt wird.

Welche Alarmpunkte braucht ein BESS- oder CDU-Kühlkreislauf?

• Der Füllstand zeigt die Ursache. Ein sinkender Behälterfüllstand deutet auf eine Leckage, ein steigender auf Überfüllung durch Wärmeausdehnung oder Übertritt von Gebäudekühlwasser.
• Der Druck zeigt den Strömungsweg. Niedriger Vorlaufdruck deutet auf die Pumpe oder eingeschlossene Luft; eine wachsende Differenz zwischen Vor- und Rücklauf auf einen verstopften Filter oder eine verschmutzte Cold Plate.
• Die Verriegelung muss fehlersicher sein. Den LL-Kontakt als Öffner verdrahten, damit ein Kabelbruch die Pumpe stoppt, statt den Alarm zu verdecken.

Die Tabelle nennt jeden Alarm, den liefernden Sensor und die Wahl des Schaltpunkts. Die Schaltpunkte legt der Kreislaufplaner anhand der Behälterzeichnung, der Höhe des Pumpensaugstutzens und des normalen Betriebsdruckbands fest; SEGMENsensor fertigt Schwimmerpunkte und Relaisschwellen auf die angegebenen Positionen.

Für die Druckpunkte deckt ein Drucktransmitter von SEGMENsensor Messbereiche von 0–0,1 bar bis 0–400 bar mit standardmäßig ±0,25 % FS Genauigkeit ab (Hochgenauigkeitsausführung ±0,1 % FS) und liefert 4–20 mA, 0–10 V oder RS-485 – dieselben Analogeingänge, die den Füllstandssensor lesen, erfassen also auch den Kreislaufdruck. Für einen tiefen Vorrats- oder Puffertank auf Anlagenebene liefert eine hydrostatische Pegelsonde den kontinuierlichen Füllstandsverlauf anstelle eines oben montierten Sensors.

Datenblatt Drucktransmitter mit Messbereichen, Ausgängen, Prozessanschlüssen, Werkstoffen und Bestellschlüssel: Datenblatt Drucktransmitter (PDF, Englisch) · weitere Dokumente – keine Registrierung erforderlich.

Wie prüft man Füllstands- und Druckalarme? Checkliste in 7 Schritten

Bei der Inbetriebnahme und danach bei jedem vom Betreiber festgelegten Wartungstermin – immer mit denselben sieben Schritten, damit die Messwerte über die Zeit vergleichbar bleiben.

1. Ausgangswerte festhalten. Bei der Inbetriebnahme Füllstandssignal (mA oder %) sowie Vor- und Rücklaufdruck bei Nenndurchfluss notieren. Jeder spätere Messwert wird mit diesen Ausgangswerten verglichen.
2. Live Zero prüfen. Jedes 4–20-mA-Signal an der Steuerung ablesen. Ein Wert unter 4 mA bedeutet eine offene Schleife oder einen Sensorfehler, keinen leeren Tank und keinen Nulldruck.
3. LL-Verriegelung funktionsprüfen. Schwimmer absenken oder Kontakt trennen und bestätigen, dass die Pumpe stoppt. Danach wiederherstellen und bestätigen, dass die Pumpe erst nach Quittierung des Alarms wieder anläuft.
4. H- und L-Warnung testen. Schwimmer bewegen oder die Relaisschwelle des Ultraschallsensors verstellen und bestätigen, dass beide Meldungen BMS oder Rack-Controller erreichen.
5. Füllstandsverlauf vergleichen. Ein stetiges Absinken zwischen zwei Terminen bedeutet eine Leckage im Kreislauf, ein Anstieg Übertritt oder Überfüllung. Vor dem nächsten Nachfüllen der Ursache nachgehen.
6. Drucknullpunkt prüfen. Bei drucklosem, entlüftetem Kreislauf sollte ein Relativdrucktransmitter nahe null anzeigen. Eine Abweichung über die angegebene Genauigkeit hinaus erfordert Nachkalibrierung oder Austausch.
7. Sensorflächen und Verschraubungen kontrollieren. Kondensat oder Ablagerungen von der Ultraschallfläche und vom Schwimmerrohr entfernen, Kabelverschraubungen auf die geforderte Schutzart prüfen, nach jedem Nachfüllen entlüften und neue Ausgangswerte festhalten.

Auswahl-Checkliste: Was gehört in die erste Anfrage?

OEM-Lieferung für BESS- und CDU-Integratoren

Die SEGMEN (Shenzhen) Industrial Development Co., Ltd. wurde 2019 in Shenzhen gegründet; ihr Engineering-Team bringt mehr als 20 Jahre Sensorerfahrung mit und beliefert über 200 OEM-Kunden in mehr als 30 Ländern. Kühlmittel-Füllstandssensoren werden auftragsbezogen auf einer Fertigungslinie nach ISO 9001:2015 gebaut – das Muster, das an Ihrem CDU- oder Container-Prototyp die Qualifizierung besteht, ist dieselbe Konfiguration, die in der Serie geliefert wird. Kundenspezifische Halterungen, Kabellängen und Steckverbinder für die Rack- und Containerintegration sind möglich, ebenso Private-Label-Dokumentation für das Handbuch des Integrators.

Häufige Fragen (FAQ)

Weiterlesen: Füllstandssensoren – Produktseite · Füllstandssensor für Batteriespeicher (BESS) · Flüssigkeitsstand-Sensor auswählen · Füllstandssensor Vergleich · Hydrostatische Pegelsonden · Drucktransmitter · Float level switch selection guide (Englisch)
Zuletzt aktualisiert: 4. November 2026. Die technischen Daten entsprechen der Produktseite von SEGMENsensor zum Veröffentlichungsdatum; die aktuelle Datenblattrevision erhalten Sie auf Anfrage.