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DE102023200437A1 - Tanksystem und Verfahren zum Überwachen einer Dichtheit eines Tanksystems - Google Patents

Tanksystem und Verfahren zum Überwachen einer Dichtheit eines Tanksystems Download PDF

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DE102023200437A1
DE102023200437A1 DE102023200437.2A DE102023200437A DE102023200437A1 DE 102023200437 A1 DE102023200437 A1 DE 102023200437A1 DE 102023200437 A DE102023200437 A DE 102023200437A DE 102023200437 A1 DE102023200437 A1 DE 102023200437A1
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DE
Germany
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tank
separation valve
system separation
area
fluid mass
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023200437.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Kuhnert
Stefan Kieferle
Markus Strasser
Martin Schwab
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to KR1020257027188A priority patent/KR20250135280A/ko
Priority to CN202380091676.3A priority patent/CN120548432A/zh
Priority to JP2025540297A priority patent/JP2026501808A/ja
Priority to PCT/EP2023/087849 priority patent/WO2024153445A1/de
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Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Tanksystem (100) zum Versorgen eines Verbrauchers (115) mit einem Fluid,wobei das Tanksystem (100) umfasst:- mindestens einen Tank (101),- ein Systemtrennungsventil (107),- einen mechanisch gesteuerten Druckregler (111),- wobei das Systemtrennungsventil (107) mit dem Druckregler (111) über eine Systemleitung (113) fluidleitend verbunden ist,wobei der mindestens eine Tank (101) ein Tankventil (103) umfasst,wobei das Tankventil (103) mit dem Systemtrennungsventil (107) über eine Tankleitung (109) fluidleitend verbunden ist,- einen an der Tankleitung (105) angeordneten Tankleitungssensor (109),- einen an der Systemleitung (113) angeordneten Systemleitungssensor (117), und- eine Recheneinheit (119).

Description

  • Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Tanksystem, ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Überwachen einer Dichtheit eines Tanksystems gemäß den beigefügten Ansprüchen.
  • Stand der Technik
  • Tanksysteme mit Hochdruckspeichern, wie sie bspw. zum Versorgen eines Brennstoffzellensystems mit Wasserstoff eingesetzt werden, umfassen in der Regel ein Systemtrennungsventil, das einen Hochdruckbereich eines jeweiligen Tanksystems von einem Mitteldruckbereich trennt.
  • Ein mechanischer Druckregler wird zwischen dem Systemtrennungsventil und dem Verbraucher angeordnet, um einen Druck, mit dem Fluid aus einem jeweiligen Hochdruckspeicher dem Verbraucher zugeführt wird, einzustellen.
  • Um das Systemtrennungsventil als redundantes Absperrventil nutzen zu können, ist eine Überwachung einer Dichtheit des Systemtrennungsventils notwendig.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Tanksystem, ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Überwachen einer Dichtheit eines Tanksystems vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Tanksystem bzw. dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, ein verlässliches Tanksystem bereitzustellen.
  • Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Tanksystem zum Versorgen eines Verbrauchers mit einem Fluid vorgestellt.
  • Das vorgestellte Tanksystem umfasst mindestens einen Tank, ein Systemtrennungsventil, einen mechanisch gesteuerten Druckregler, wobei das Systemtrennungsventil mit dem Druckregler über eine Zwischenleitung fluidleitend verbunden ist, wobei der mindestens eine Tank ein Tankventil umfasst, wobei das Tankventil mit dem Systemtrennungsventil über eine Tankleitung fluidleitend verbunden ist, und eine Recheneinheit.
  • Die Recheneinheit ist mit dem Tankventil und dem Systemtrennungsventil elektrisch verbunden und dazu konfiguriert, in einem ersten Schnitt, während Fluid aus dem Tanksystem zu dem Verbraucher strömt, zunächst das Tankventil des mindestens einen Tanks zu schließen und in einem zweiten Schritt anschließend das Systemtrennungsventil zu schließen, sodass ein Tankdruck in dem mindestens einen Tank größer ist als ein Tankleitungsdruck in der Tankleitung und der Tankleitungsdruck größer ist als ein Systemleitungsdruck in der Systemleitung, und der Druckregler sich öffnet, um eine Zwischenleitung im Zwischenbereich zwischen dem Systemtrennungsventil und dem Druckregler mit einer Versorgungsleitung zwischen dem Druckregler und dem Verbraucher fluidleitend zu verbinden.
  • Die Recheneinheit ist weiterhin dazu konfiguriert, anhand einer zu einem ersten Zeitpunkt ermittelten ersten Tankleitungstemperatur und einem Druck in der Tankleitung auf eine erste Fluidmasse in einem Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu dem ersten Zeitpunkt und anhand einer zu dem ersten Zeitpunkt ermittelten Systemleitungstemperatur und einem Druck in der Systemleitung auf eine erste Fluidmasse in einem Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu dem ersten Zeitpunkt zu schließen.
  • Die Recheneinheit ist weiterhin dazu konfiguriert, anhand von einer zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelten zweiten Tankleitungstemperatur und einem Druck in der Tankleitung auf eine zweite Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu dem zweiten Zeitpunkt und anhand von einer zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten zweiten Systemleitungstemperatur und einem Druck in der Systemleitung auf eine zweite Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu dem zweiten Zeitpunkt zu schließen, und anhand einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil und/oder einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil eine Dichtheit des Tanksystems zu überwachen.
  • Unter einer Recheneinheit ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Computer, ein Prozessor, ein Subprozessor, ein Steuergerät oder jeder weitere programmierbare Schaltkreis zu verstehen.
  • Unter einem Bereich vor dem Systemtrennungsventil ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein in Strömungsrichtung von aus dem Tank strömendem Fluid vor dem Systemtrennungsventil angeordneter Bereich, insbesondere ein Bereich zwischen Tank und Systemtrennungsventil, zu verstehen. Entsprechend ist unter einem Bereich nach dem Systemtrennungsventil im Kontext der vorgestellten Erfindung ein in Strömungsrichtung von aus dem Tank strömendem Fluid nach dem Systemtrennungsventil angeordneter Bereich, insbesondere ein Bereich zwischen Systemtrennungsventil und Verbraucher, zu verstehen.
  • Unter einem zweiten Zeitpunkt ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein zeitlich nach einem ersten Zeitpunkt liegender Zeitpunkt zu verstehen.
  • Die vorgestellte Erfindung basiert auf einem Tanksystem, das elektrisch gesteuerte Ventile, nämlich ein Tankventil eines jeweiligen Tanks und ein Systemtrennungsventil umfasst. Entsprechend können das Tankventil bzw. die Tankventile und das Systemtrennungsventil durch die erfindungsgemäß vorgesehene Recheneinheit gesteuert bzw. geregelt werden. Dazu sind die Ventile mit der Recheneinheit bspw. über eine drahtgebundene Schnittstelle verbunden.
  • Zum Überwachen einer Dichtheit des vorgestellten Tanksystems führt die Recheneinheit einen Prozess aus, bei dem während ein Verbraucher Fluid aus dem Tanksystem bezieht bzw. fördert, in einem ersten Schritt zunächst das Tankventil geschlossen wird, sodass sich in einer Tankleitung zwischen dem Tank und dem Verbraucher bzw. dem Systemtrennungsventil eine Druckdifferenz einstellt, da Fluidmasse durch den Verbraucher aus der Tankleitung entfernt wird und der Druck in der Tankleitung reduziert wird.
  • Anschließend, d.h. zeitlich nach dem ersten Schritt, wird das Systemtrennungsventil in einem zweiten Schritt geschlossen, sodass sich zwischen einem Bereich vor dem Systemtrennungsventil und einem Bereich nach dem Systemtrennungsventil eine Druckdifferenz einstellt, da Fluidmasse durch den Verbraucher aus dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil entfernt wird und der Druck in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil reduziert wird. Entsprechend stellt sich nach dem zweiten Schritt ein Zustand in dem Tanksystem ein, bei dem ein Tankdruck in dem Tank größer ist als ein Tankleitungsdruck in der Tankleitung und der Tankleitungsdruck größer ist als ein Systemleitungsdruck in einer Systemleitung im Bereich nach dem Systemtrennungsventil, und der Druckregler sich öffnet, um eine Zwischenleitung im Zwischenbereich zwischen dem Systemtrennungsventil und dem Druckregler mit einer Versorgungsleitung zwischen dem Druckregler und dem Verbraucher fluidleitend zu verbinden. Dies bedeutet, dass durch den zweiten Schritt der Druckregler auch nach einem Abstellen bzw. Deaktivieren des Verbrauchers geöffnet bleibt.
  • Durch Ausführen des ersten Schritts und des zweiten Schritts werden in dem Tanksystem zumindest im Bereich vor dem Systemtrennungsventil und nach dem Systemtrennungsventil unterschiedliche Drücke eingestellt und die Bereiche voneinander getrennt. Entsprechend kann ein Druckverlauf im Bereich vor dem Systemtrennungsventil unabhängig von einem Druckverlauf in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil ausgewertet werden, wenn das Systemtrennungsventil korrekt schließt bzw. dicht ist.
  • Um die Dichtheit des Tanksystems über die Zeit hinweg zu überwachen, ist vorgesehen, dass mittels des im Bereich vor dem Systemtrennungsventil angeordneten Tankleitungssensors zu einem ersten Zeitpunkt, insbesondere nach einer Deaktivierung des Verbrauchers, ein Druck im Bereich vor dem Systemtrennungsventil ermittelt wird und anhand des Drucks auf eine erste Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu dem ersten Zeitpunkt geschlossen wird und die erste Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil mit einer zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil abgeglichen wird, die mittels eines durch den Tankleitungssensor zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelten Drucks bestimmt wird.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, durch den Tankleitungssensor ermittelte Messwerte mit einer Temperatur in dem Tanksystem und einem vorgegebenen Volumen des Bereichs vor dem Systemtrennungsventil mathematisch in Beziehung zu setzen, um eine Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu bestimmen und durch den Systemleitungssensor ermittelte Messwerte mit einer Temperatur in dem Tanksystem und einem vorgegebenen Volumen des Bereichs nach dem Systemtrennungsventil mathematisch in Beziehung zu setzen, um eine Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu bestimmen.
  • Zum Bestimmen der Temperatur in dem Tanksystem kann ein Temperatursensor in dem Tanksystem, insbesondere in einem jeweiligen Tank bzw. einer Umgebung des Tanksystems und/oder ein mathematisches Modell des Tanksystems verwendet werden.
  • Durch den Abgleich der ersten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil mit der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil kann auf eine Veränderung der Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil über die Zeit geschlossen werden, sodass eine Leckage im Bereich vor dem Systemtrennungsventil zuverlässig erkannt werden kann, wenn bspw. die zweite Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil kleiner ist als die erste Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil.
  • Durch den Abgleich der zweiten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil mit der ersten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil kann auf eine Veränderung der Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil über die Zeit geschlossen werden, sodass eine Leckage im Bereich nach dem Systemtrennungsventil zuverlässig erkannt werden kann, wenn bspw. die zweite Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil kleiner ist als die erste Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass eine Abnahme der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil gegenüber der ersten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil in Verbindung mit einer Zunahme der zweiten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil im Bereich nach dem Systemtrennungsventil gegenüber der ersten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil auftritt, eine Fehlermeldung auszugeben, die eine Leckage des Systemtrennungsventils anzeigt.
  • Bei einer Zunahme der zweiten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil und einer gleichzeitigen Abnahme der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil kann davon ausgegangen werden, dass Fluid in Richtung eines Druckgefälles aus dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil, durch das Systemtrennungsventil hindurch, in den Bereich nach dem Systemtrennungsventil gewandert ist. Entsprechend kann darauf geschlossen werden, dass das Systemtrennungsventil undicht bzw. fehlerhaft ist und eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben werden.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass eine Abnahme der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil gegenüber der ersten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil in Verbindung mit keiner Zunahme der zweiten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil gegenüber der ersten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil auftritt, eine Fehlermeldung auszugeben, die eine Leckage im Bereich zwischen Tankventil und Systemtrennungsventils anzeigt.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass die zweite Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil gegenüber der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil größer ist, eine Fehlermeldung auszugeben, die eine Leckage in einem Bereich vor dem Systemtrennungsventil, insbesondere zumindest eines Tankventils, anzeigt.
  • Bei einer Zunahme der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil gegenüber der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil, d.h. wenn über die Zeit die Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil, insbesondere in der Tankleitung zunimmt, kann davon ausgegangen werden, dass Fluid aus dem Tank in den Bereich vor dem Systemtrennungsventil bzw. in die Tankleitung strömt, was aus zumindest einem undichten Tankventil resultieren muss.
  • Zum Ausgeben einer Fehlermeldung kann die Recheneinheit die Fehlermeldung bspw. abrufbar in einem Speicher, wie bspw. einem Fehlerspeicher hinterlegen und/oder die Fehlermeldung an eine Anzeige, wie bspw. ein Display eines durch das Tanksystem mit Fluid versorgten Verbrauchers übermitteln.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass die erste Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil gleich der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil ist und die erste Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil gleich der zweiten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil ist, eine Plausibilisierungsmeldung auszugegeben, die eine Dichtheit des Tanksystems anzeigt.
  • Für den Fall, dass sämtliche Fluidmassen über die Zeit hinweg konstant sind bzw. bleiben, kann davon ausgegangen werden, dass keine Leckage im Tanksystem vorliegt, sodass eine Plausibilisierungsmeldung ausgegeben werden kann.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit eine Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Verbraucher umfasst und die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, einen Deaktivierungsbefehl zum Deaktivieren des Verbrauchers von dem Verbraucher zu empfangen und einen Zeitpunkt zum Schließen des Tankventils in Reaktion auf den Deaktivierungsbefehl zu wählen oder einen Zeitpunkt zum Schließen des Tankventils von dem Verbraucher zu empfangen.
  • Um einen kontrollierten Druckabfall in dem vorgestellten Tanksystem zu nutzen und unterschiedliche Druckbereiche in dem Tanksystem einzustellen, muss ein Verbraucher sich in einem Zustand befinden, in dem dieser Fluid aus dem Tanksystem fördert, jedoch durch ein Schließen des Tankventils und des Systemtrennungsventils nicht in seiner Funktion gestört wird. Ein solcher Zustand stellt sich beim Deaktivieren des Verbrauchers ein, sodass der Zeitpunkt zum Schließen des Tankventils in Abhängigkeit eines Deaktivierungsbefehls zum Deaktivieren des Verbrauchers, bspw. zu einem vorgegebenen Zeitbereich nach dem Deaktivierungsbefehl, gewählt werden kann.
  • Ein Zeitpunkt zum Schließen des Systemtrennungsventils kann entsprechend in Abhängigkeit des Zeitpunkts zum Schließen des Tankventils und/oder in Abhängigkeit des Deaktivierungsbefehls gewählt werden und einem vorgegebenen Zeitbereich nach dem Zeitpunkt zum Schließen des Tankventils entsprechen.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, eine Information über einen seitens des Verbrauchers erwarteten Fluidkonsum von dem Verbraucher zu empfangen und den Zeitpunkt zum Schließen des Systemtrennungsventils in Reaktion auf den erwarteten Fluidkonsum derart zu wählen, dass der Verbraucher einen Druck im Bereich nach dem Systemtrennungsventil senkt und den Druckregler öffnet.
  • Um einen Fluidkonsum eines jeweiligen Verbrauchers zu nutzen, um einen Druck im Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu senken sollte ein Zustand, in dem das Systemtrennungsventil geschlossen wird und der Verbraucher kein Fluid mehr entnimmt, vermieden werden. Entsprechend kann der Zeitpunkt zu dem das Systemtrennungsventil geschlossen wird, derart gewählt werden, dass eine Restmenge, die der Verbraucher vor einer Deaktivierung der Entnahme von Fluid noch entnimmt, einer Fluidmasse entspricht, die sich im Bereich nach dem Systemtrennungsventil und vor dem Verbraucher befindet.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Tanksystem ein Wasserstoffdrucktanksystem ist und der mindestens eine Tank ein Wasserstoffdrucktank ist.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, die Tankleitungstemperatur in der Tankleitung mittels eines Tankleitungstemperatursensors und/oder eines mathematischen Modells zum Ermitteln der Tankleitungstemperatur zu ermitteln und/oder die Systemleitungstemperatur in der Systemleitung mittels eines Systemleitungstemperatursensors und/oder eines mathematischen Modells zum Ermitteln der Systemleitungstemperatur zu ermitteln.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Brennstoffzellensystem.
  • Das vorgestellte Brennstoffzellensystem umfasst eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Tanksystems, wobei ein Steuergerät des Brennstoffzellensystems mit der Recheneinheit des Tanksystems kommunikativ verbunden ist.
  • Insbesondere kann die Recheneinheit des Tanksystems dazu konfiguriert sein, Fehlermeldungen und/oder Plausibilisierungsmeldungen auf einer Anzeige des Brennstoffzellensystems auszugeben.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Dichtheit eines Tanksystems.
  • Das vorgestellte Verfahren umfasst das Schließen eines Tankventils mindestens eines Tanks des Tanksystems während Fluid aus dem Tanksystem zu einem Verbraucher strömt, das Schließen eines Systemtrennungsventils nach dem das Tankventil geschlossen wurde, sodass ein Tankdruck in dem mindestens einen Tank größer ist als ein Tankleitungsdruck in einer Tankleitung zwischen dem mindestens einen Tank und dem Systemtrennungsventil und der Tankleitungsdruck größer ist als ein Systemleitungsdruck in einer Systemleitung im Bereich nach dem Systemtrennungsventil, und ein Druckregler zwischen dem Systemtrennungsventil und einem Verbraucher sich öffnet, um eine Zwischenleitung im Zwischenbereich zwischen dem Systemtrennungsventil und dem Druckregler mit einer Versorgungsleitung zwischen dem Druckregler und dem Verbraucher fluidleitend zu verbinden, das Bestimmen einer ersten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu einem ersten Zeitpunkt einer für den Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu dem ersten Zeitpunkt ermittelten ersten Vorlauftemperatur, das Bestimmen einer zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu einem zweiten Zeitpunkt einer für den Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten zweiten Vorlauftemperatur,
    das Bestimmen einer ersten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu einem ersten Zeitpunkt anhand einer für den Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu dem ersten Zeitpunkt ermittelten ersten Nachlauftemperatur, das Bestimmen einer zweiten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu einem zweiten Zeitpunkt anhand einer für den Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten zweiten Nachlauftemperatur, das Überwachen einer Dichtheit des Tanksystems anhand einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil und/oder einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Tanksystems,
    • 2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Brennstoffzellensystems,
    • 3 eine Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens.
  • In 1 ist ein Tanksystem 100 dargestellt. Das Tanksystem 100 umfasst eine Vielzahl Tanks 101, die jeweils ein Tankventil 103 umfassen.
  • Über eine Tankleitung 105 sind die Tanks 101 bzw. die Tankventile 103 mit einem Systemtrennungsventil 107 fluidleitend verbunden.
  • An der Tankleitung 105 ist ein Tankleitungssensor 109 angeordnet, der dazu konfiguriert ist, einen Druck und optional auch eine Temperatur in der Tankleitung 105 zu erfassen.
  • Entsprechend bilden die Tanks 101, die Tankventile 103, die Tankleitung 105 und der Tankleitungssensor 109 einen Bereich vor dem Systemtrennungsventil 107.
  • In einem Bereich nach dem Systemtrennungsventil 107 ist ein Druckregler 111 angeordnet, der einen Druck einer Systemleitung 113 zum Versorgen eines Verbrauchers 115 einstellt.
  • An der Systemleitung 113 ist ein Systemleitungssensor 117 angeordnet, der dazu konfiguriert ist, einen Druck und optional auch eine Temperatur in der Systemleitung 113 zu erfassen.
  • Ferner umfasst das Tanksystem 100 eine Recheneinheit 119, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Schritt, während Fluid aus dem Tanksystem 100 zu dem Verbraucher 115 strömt, zunächst die Tankventile 103 zu schließen und in einem zweiten Schritt anschließend das Systemtrennungsventil 107 zu schließen, sodass ein Tankdruck in einem jeweiligen Tank 101 größer ist als ein Tankleitungsdruck in der Tankleitung 105 und der Tankleitungsdruck größer ist als ein Systemleitungsdruck in der Systemleitung 113, und der Druckregler 111 sich öffnet, um eine Zwischenleitung 121 im Zwischenbereich zwischen dem Systemtrennungsventil 107 und dem Druckregler 111 mit einer Versorgungsleitung 123 zwischen dem Druckregler111 und dem Verbraucher 115 fluidleitend zu verbinden.
  • Weiterhin ist die Recheneinheit 119 dazu konfiguriert, anhand von durch den Tankleitungssensor 109 zu einem ersten Zeitpunkt ermittelten Messwerten auf eine erste Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil 107 zu dem ersten Zeitpunkt und anhand von durch den Systemleitungssensor 117 zu dem ersten Zeitpunkt ermittelten Messwerten auf eine erste Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil 107 zu dem ersten Zeitpunkt zu schließen und anhand von durch den Tankleitungssensor 109 zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelten Messwerten auf eine zweite Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil 107 zu dem zweiten Zeitpunkt und anhand von durch den Systemleitungssensor 117 zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten Messwerten auf eine zweite Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil 107 zu dem zweiten Zeitpunkt zu schließen, und anhand einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil 107 gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil 107 und/oder einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil 107 gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil 107 eine Dichtheit des Tanksystems 101 zu überwachen.
  • Optional sind an den Tanks 101 Temperatursensoren 125 angeordnet, um eine Temperatur eines in einem jeweiligen Tank 101 gespeicherten Fluids, d.h. insbesondere Wasserstoff, zu erfassen und eine im Bereich vor dem Systemtrennungsventil 107 und/oder im Bereich nach dem Systemtrennungsventil 107 vorliegende Fluidmasse zu berechnen. Dazu können bspw. durch die Temperatursensoren 125 ermittelte Werte in ein mathematisches Modell des Tanksystems 100 eingespeist werden.
  • In 2 ist ein Brennstoffzellensystem 200 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 200 umfasst das Tanksystem 100 gemäß 1 und ein Steuergerät 201, das mit der Recheneinheit 119 des Tanksystems 100 kommunikativ verbunden ist.
  • In 3 ist Verfahren 300 zum Überwachen einer Dichtheit eines Tanksystems dargestellt.
  • Das Verfahren 300 umfasst einen ersten Schließungsschritt 301, bei dem ein Tankventil mindestens eines Tanks des Tanksystems geschlossen wird, während Fluid aus dem Tanksystem zu einem Verbraucher strömt, einen zweiten Schließungsschritt 303, bei dem ein Systemtrennungsventil geschlossen wird, nachdem das Tankventil geschlossen wurde, sodass ein Tankdruck in dem mindestens einen Tank größer ist als ein Tankleitungsdruck in einer Tankleitung zwischen dem mindestens einen Tank und dem Systemtrennungsventil und der Tankleitungsdruck größer ist als ein Systemleitungsdruck in einer Systemleitung im Bereich nach dem Systemtrennungsventil, und ein Druckregler zwischen dem Systemtrennungsventil und einem Verbraucher sich öffnet, um eine Zwischenleitung im Zwischenbereich zwischen dem Systemtrennungsventil und dem Druckregler mit einer Versorgungsleitung zwischen dem Druckregler und dem Verbraucher fluidleitend zu verbinden.
  • Ferner umfasst das Verfahren 300 einen ersten Bestimmungsschritt 305, bei dem eine erste Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu einem ersten Zeitpunkt anhand von durch einen im Bereich vor dem Systemtrennungsventil angeordneten Tankleitungssensor zu dem ersten Zeitpunkt ermittelte Messwerte und einem Druck in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil bestimmt wird, einen zweiten Bestimmungsschritt 307, bei dem eine zweite Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil zu einem zweiten Zeitpunkt anhand von durch den Tankleitungssensor zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten Messwerten und einem Druck im Bereich vor dem Systemtrennungsventil bestimmt wird, einen dritten Bestimmungsschritt 309, bei dem eine erste Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu einem ersten Zeitpunkt anhand von durch einen im Bereich nach dem Systemtrennungsventil angeordneten Systemleitungssensor ermittelte Messwerte und einem Druck im Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu dem ersten Zeitpunkt bestimmt wird, einen vierten Bestimmungsschritt 311, bei dem eine zweite Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil zu einem zweiten Zeitpunkt anhand von durch den Systemleitungssensor zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten Messwerten und einem Druck im Bereich nach dem Systemtrennungsventil bestimmt wird, und einen Überwachungsschritt 313, bei dem eine Dichtheit des Tanksystems anhand einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil und/oder einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil überwacht wird.
  • Insbesondere wird der dritte Bestimmungsschritt 309 parallel zu oder unmittelbar nach dem ersten Bestimmungsschritt 305 ausgeführt.
  • Insbesondere wird der vierte Bestimmungsschritt 311 parallel zu oder unmittelbar nach dem zweiten Bestimmungsschritt 307 ausgeführt.

Claims (13)

  1. Tanksystem (100) zum Versorgen eines Verbrauchers (115) mit einem Fluid, wobei das Tanksystem (100) umfasst: - mindestens einen Tank (101), - einen mechanisch gesteuerten Druckregler (111), - ein Systemtrennungsventil (107), wobei das Systemtrennungsventil (107) mit dem Druckregler (111) über eine Zwischenleitung (121) fluidleitend verbunden ist, wobei der mindestens eine Tank (101) ein Tankventil (103) umfasst, wobei das Tankventil (103) mit dem Systemtrennungsventil (107) über eine Tankleitung (105) fluidleitend verbunden ist, - und eine Recheneinheit (119), wobei die Recheneinheit (119) mit dem Tankventil (103) und dem Systemtrennungsventil (107) elektrisch verbunden ist, wobei die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, in einem ersten Schnitt, während Fluid aus dem Tanksystem (100) zu dem Verbraucher (115) strömt, zunächst das Tankventil (103) des mindestens einen Tanks (101) zu schließen und in einem zweiten Schritt anschließend das Systemtrennungsventil (107) zu schließen, sodass ein Tankdruck in dem mindestens einen Tank (101) größer ist als ein Tankleitungsdruck in der Tankleitung (105) und der Tankleitungsdruck größer ist als ein Systemleitungsdruck in der Systemleitung (113), und der Druckregler (111) sich öffnet, um die Zwischenleitung (121) im Zwischenbereich zwischen dem Systemtrennungsventil (107) und dem Druckregler (111) mit einer Versorgungsleitung (123) zwischen dem Druckregler (111) und dem Verbraucher (115) fluidleitend zu verbinden, und wobei die Recheneinheit (119) weiterhin dazu konfiguriert ist, anhand einer zu einem ersten Zeitpunkt ermittelten ersten Tankleitungstemperatur und einem Druck in der Tankleitung (105) auf eine erste Fluidmasse in einem Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) zu dem ersten Zeitpunkt und anhand einer zu dem ersten Zeitpunkt ermittelten ersten Systemleitungstemperatur und einem Druck in der Systemleitung (113) auf eine erste Fluidmasse in einem Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) zu dem ersten Zeitpunkt zu schließen, wobei die Recheneinheit (119) weiterhin dazu konfiguriert ist, anhand von einer zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelten zweiten Tankleitungstemperatur und einem Druck in der Tankleitung auf eine zweite Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) zu dem zweiten Zeitpunkt und anhand von einer zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten zweiten Systemleitungstemperatur und einem Druck in der Systemleitung (113) auf eine zweite Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) zu dem zweiten Zeitpunkt zu schließen, und anhand einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) und/oder einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) eine Dichtheit des Tanksystems (100) zu überwachen.
  2. Tanksystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass eine Abnahme der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der ersten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) in Verbindung mit einer Zunahme der zweiten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der ersten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) auftritt, eine Fehlermeldung auszugeben, die eine Leckage des Systemtrennungsventils (107) anzeigt.
  3. Tanksystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass eine Abnahme der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der ersten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) in Verbindung mit keiner Zunahme der zweiten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der ersten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) auftritt, eine Fehlermeldung auszugeben, die eine Leckage im Bereich zwischen Tankventil (103) und Systemtrennungsventils (107) anzeigt.
  4. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass die zweite Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) größer ist, eine Fehlermeldung auszugeben, die eine Leckage zumindest eines Tankventils (103) in den Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) anzeigt.
  5. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass die zweite Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der ersten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) kleiner ist, eine Fehlermeldung auszugeben, die eine Leckage im Bereich nach Systemtrennungsventil (107) anzeigt.
  6. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass die erste Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) gleich der zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) ist und die erste Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) gleich der zweiten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) ist, eine Plausibilisierungsmeldung auszugegeben, die eine Dichtheit des Tanksystems (100) anzeigt.
  7. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, durch den Tankleitungssensor (109) ermittelte Messwerte mit einer Temperatur in dem Tanksystem (100) und einem vorgegebenen Volumen des Bereichs vor dem Systemtrennungsventil (107) mathematisch in Beziehung zu setzen, um eine Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) zu bestimmen und durch den Systemleitungssensor (117) ermittelte Messwerte mit einer Temperatur in dem Tanksystem (100) und einem vorgegebenen Volumen des Bereichs nach dem Systemtrennungsventil (107) mathematisch in Beziehung zu setzen, um eine Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) zu bestimmen.
  8. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (119) eine Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Verbraucher (115) umfasst, und die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, einen Deaktivierungsbefehl zum Deaktivieren des Verbrauchers (115) von dem Verbraucher (115) zu empfangen und/oder einen Zeitpunkt zum Schließen des Tankventils (103) in Reaktion auf den Deaktivierungsbefehl zu wählen oder einen Zeitpunkt zum Schließen des Tankventils (103) von dem Verbraucher (115) zu empfangen.
  9. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (119) dazu konfiguriert ist, eine Information über einen seitens des Verbrauchers (115) erwarteten Fluidkonsum von dem Verbraucher (115) zu empfangen und einen Zeitpunkt zum Schließen des Systemtrennungsventils (107) in Reaktion auf den erwarteten Fluidkonsum derart zu wählen, dass der Verbraucher (115) einen Druck im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) senkt und den Druckregler (111) öffnet.
  10. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tanksystem (100) ein Wasserstoffdrucktanksystem ist und der mindestens eine Tank (101) ein Wasserstoffdrucktank ist.
  11. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, die Tankleitungstemperatur in der Tankleitung (105) mittels eines Tankleitungstemperatursensors und/oder eines mathematischen Modells zum Ermitteln der Tankleitungstemperatur zu ermitteln und/oder die Systemleitungstemperatur in der Systemleitung (113) mittels eines Systemleitungstemperatursensors und/oder eines mathematischen Modells zum Ermitteln der Systemleitungstemperatur zu ermitteln.
  12. Brennstoffzellensystem (200) zum Wandeln von Energie, wobei das Brennstoffzellensystem (200) ein Tanksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst, und wobei ein Steuergerät (201) des Brennstoffzellensystems (200) mit der Recheneinheit (119) des Tanksystems (100) kommunikativ verbunden ist.
  13. Verfahren (300) zum Überwachen einer Dichtheit eines Tanksystems (100), wobei das Verfahren (300) umfasst: - Schließen (301) eines Tankventils (103) mindestens eines Tanks (101) des Tanksystems (100) während Fluid aus dem Tanksystem (100) zu einem Verbraucher (115) strömt, - Schließen (303) eines Systemtrennungsventils (107) nach dem das Tankventil (103) geschlossen wurde, sodass ein Tankdruck in dem mindestens einen Tank (101) größer ist als ein Tankleitungsdruck in einer Tankleitung (105) zwischen dem mindestens einen Tank (101) und dem Systemtrennungsventil (107) und der Tankleitungsdruck größer ist als ein Systemleitungsdruck in einer Systemleitung (113) im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107), und ein Druckregler (111) zwischen dem Systemtrennungsventil (107) und einem Verbraucher (115) sich öffnet, um eine Zwischenleitung (121) im Zwischenbereich zwischen dem Systemtrennungsventil (107) und dem Druckregler (111) mit einer Versorgungsleitung (123) zwischen dem Druckregler (111) und dem Verbraucher (115) fluidleitend zu verbinden, - Bestimmen (305) einer ersten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) zu einem ersten Zeitpunkt anhand einer für den Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) zu dem ersten Zeitpunkt ermittelten ersten Vorlauftemperatur und einem Druck im Bereich vor dem Systemtrennungsventil, - Bestimmen (307) einer zweiten Fluidmasse im Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) zu einem zweiten Zeitpunkt einer für den Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten zweiten Vorlauftemperatur und einem Druck im Bereich vor dem Systemtrennungsventil, - Bestimmen (309) einer ersten Fluidmasse im Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) zu einem ersten Zeitpunkt anhand einer für den Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) zu dem ersten Zeitpunkt ermittelten ersten Nachlauftemperatur und einem Druck im Bereich nach dem Systemtrennungsventil, - Bestimmen (311) einer zweiten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) zu einem zweiten Zeitpunkt anhand einer für den Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) zu dem zweiten Zeitpunkt ermittelten zweiten Nachlauftemperatur und einem Druck im Bereich vor dem Systemtrennungsventil, - Überwachen (313) einer Dichtheit des Tanksystems (100) anhand einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich vor dem Systemtrennungsventil (107) und/oder einer Änderung der ersten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107) gegenüber der zweiten Fluidmasse in dem Bereich nach dem Systemtrennungsventil (107).
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