DE102023200439A1

DE102023200439A1 - Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs und Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs

Info

Publication number: DE102023200439A1
Application number: DE102023200439.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Kuhnert; Birgit Lenz; Stefan Kieferle; Markus Strasser; Nicolas Wussler; Martin Schwab; Christian Schugger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-01-20
Filing date: 2023-01-20
Publication date: 2024-07-25
Also published as: JP2026501959A; WO2024153444A1; CN120604072A; KR20250129812A

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung (1) zum Speichern eines Gastreibstoffs für ein Fahrzeug, das Verfahren umfassend die Schritte: Entnehmen von Gas aus dem Tankbehälter über das Gasleitungssystem (GL); Ermitteln eines Drucks in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL) durch den Drucksensor während des Entnehmens von Gas aus dem Tankbehälter; Ermitteln einer Temperatur im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) während des Entnehmens von Gas aus dem Tankbehälter; Ermitteln eines jeweiligen Tankstands im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) an vorbestimmten Zeitpunkten während des Entnehmens von Gas aus dem jeweiligen Tankbehälter aus der ermittelten Temperatur am jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) und dem Druck in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL); Ermitteln einer Änderung eines Tankstands des jeweiligen oder aller Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) über die vorbestimmten Zeitpunkte; Ermitteln eines Gasverbrauchs eines mit dem Gasleitungssystem verbundenen Verbrauchersystems über die vorbestimmten Zeitpunkte; und Vergleichen des Gasverbrauchs mit der Änderung des Tankstands oder aller Tankstände und Erkennen eines Lecks in der Tankvorrichtung, wenn die Änderung des Tankstands oder aller Tankstände vom Gasverbrauch um mehr als eine vorbestimmte Toleranzabweichung abweicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs und eine Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs.
Stand der Technik
Bei bekannten Druckspeichertanks können Sicherheitsvorrichtungen und/oder Ventile verbaut sein. Dazu sind Brennstoffzellensysteme mit Tankanordnungen oder Tanks für gasförmige Medien bekannt. Um Druckspeichertanks bei einer Erhöhung der Temperatur des Speichermediums oder bei einem Leck zu stabilisieren und ein Ausströmen des Gases zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, können diese beispielsweise mit Ventilen ausgestattet sein. Dabei kann es jedoch in weitere Folge auch wünschenswert sein, eine bessere Kenntnis über einen Tankfüllstand von Tankvorrichtungen zu erhalten um das Fahrzeug und dessen Treibstoffzufuhr in einem Betriebszustand besser zu betreiben.
Bei üblichen H2-Tanksystemen mit mehreren Gastanks, welche jeweils mit einem eigenen Tankventil ausgestattet sind, sind nicht notwendigerweise alle Tanks mit einem eigenen Drucksensor ausgestattet. Eine Ermittlung des Tankstands an dem Tank und bei mehreren Tanks nach Erreichen des Druckausgleichs ist wünschenswert.
In der DE112006003013B4 wird ein Tank mit einer Armatur und einem Ventil beschrieben, wobei das Ventil in der Armatur befestigt ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs nach Anspruch 1 und eine Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs nach Anspruch 6.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs und eine Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs anzugeben, wobei ein Leck in der Tankvorrichtung besser ermittelt werden kann.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung ein Entnehmen von Gas aus dem Tankbehälter über das Gasleitungssystem; ein Ermitteln eines Drucks in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems durch den Drucksensor während des Entnehmens von Gas aus dem Tankbehälter; ein Ermitteln einer Temperatur im jeweiligen Tankbehälter während des Entnehmens von Gas aus dem Tankbehälter; ein Ermitteln eines jeweiligen Tankstands im jeweiligen Tankbehälter an vorbestimmten Zeitpunkten während des Entnehmens von Gas aus dem jeweiligen Tankbehälter aus der ermittelten Temperatur am jeweiligen Tankbehälter und dem Druck in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems; ein Ermitteln einer Änderung eines Tankstands des jeweiligen oder aller Tankbehälter über die vorbestimmten Zeitpunkte; ein Ermitteln eines Gasverbrauchs eines mit dem Gasleitungssystem verbundenen Verbrauchersystems über die vorbestimmten Zeitpunkte; und ein Vergleichen des Gasverbrauchs mit der Änderung des Tankstands oder aller Tankstände und Erkennen eines Lecks in der Tankvorrichtung, wenn die Änderung des Tankstands oder aller Tankstände vom Gasverbrauch um mehr als eine vorbestimmte Toleranzabweichung abweicht. Die Tankvorrichtung umfasst dazu zumindest einen Tankbehälter; ein Gasleitungssystem, mit dem der zumindest eine Tankbehälter verbunden ist; zumindest einen Temperatursensor im jeweiligen Tankbehälter und einen Drucksensor in einem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems, wobei der jeweilige Tankbehälter mit dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems verbunden ist; und eine Steuereinrichtung, welche mit dem jeweiligen Temperatursensor und dem Drucksensor verbunden ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft in einem Betrieb des Fahrzeugs und/oder Verbrauchersystems ein Leck an der Tankvorrichtung erkannt werden. Der Betrieb der Tankvorrichtung kann dann nach dem Erkennen eines Lecks in einen sichereren Zustand überführt werden. Es kann vorteilhaft ein Auswerten der Drucksensorik im Hochdruckbereich des Gasleitungssystems und ein Auswerten der Temperatursensorik der jeweiligen Tankbehälter erfolgen und ein Ermitteln des Tankstands zu verschiedenen Zeitpunkten an einem oder allen Tankbehältern erfolgen. Der Wortlaut des jeweiligen Tankbehälters kann im Sinne der Erfindung auch durch „einen Tankbehälter“ oder durch „alle Tankbehälter“ ersetzt werden, ebenso für den Tankstand.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Druck in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems ermittelt, wenn in einem Betrieb des Fahrzeugs innerhalb eines Toleranzbereichs von einem Druckausgleich zwischen den jeweiligen Tankbehälter und dem Hochdruckbereich ausgegangen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt bei erkanntem Leck eine Warnung und/oder eine Unterbrechung des Betriebs des Fahrzeugs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Gasverbrauch aus einem Betrieb einer Brennstoffzelle ermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein ermittelter Gasverbrauch aus einem Betrieb eines Verbrauchersystems anteilsweise auf eine Änderung der Tankstände aller Tankbehälter rückberechnet.
Erfindungsgemäß umfasst die Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs für ein Fahrzeug zumindest einen Tankbehälter; ein Gasleitungssystem, mit dem der zumindest eine Tankbehälter verbunden ist; zumindest einen Temperatursensor im jeweiligen, oder allen, Tankbehälter und einen Drucksensor in einem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems, wobei der jeweilige Tankbehälter mit dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems verbunden ist; und eine Steuereinrichtung, welche mit dem jeweiligen Temperatursensor und dem Drucksensor verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tankvorrichtung ist die Steuereinrichtung mit einer Brennstoffzelle des Fahrzeugs verbindbar und dazu eingerichtet, einen nötigen Gasverbrauch für eine erzeugte Leistung der Brennstoffzelle von der Brennstoffzelle zu ermitteln.
Die Gasleitung kann zum Zuführen des Gastreibstoffs zu den Tankbehältern dienen und auch zum Abtransport des Gases von den Tankbehältern zum Motor oder zur Brennstoffzelle des Fahrzeugs hin. Die Ventileinrichtung kann ein verschließbares Ventil umfassen, welches elektrisch geöffnet und geschlossen werden kann.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Brennstoffzellen-Fahrzeug handeln. Der Gastreibstoff kann dabei ein gasförmiges Gas für das Betreiben einer Brennstoffzelle sein, beispielsweise Wasserstoff oder auch andere dafür mögliche Gase. Andererseits kann es sich bei dem Gastreibstoff auch um ein Gas für ein gasbetriebenes Fahrzeug handeln, etwa CNG oder LPG, hierbei kann es sich auch um Flüssiggas handeln.
Bei Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellensystem können mit dem Gastreibstoff befüllte Tankbehälter vorliegen, wobei der oder die Tankbehälter unter hohem Druck (bis ca. nominell 700 bar) stehen können. Während der Stillstandzeit eines Fahrzeugs mit H2 Speichersystem können sich in den einzelnen Tanks unterschiedliche Drücke einstellen. Ursächlich hierfür sind unterschiedliche Temperaturänderungen in den einzelnen Tanks, beispielsweise durch unterschiedliche Aufheizung oder Abkühlung aufgrund unterschiedlicher Tankausführungen oder unterschiedlicher Umgebungsrandbedingungen an den Tanks. Diese Unterschiede bzw. Auswirkungen können auf einzelne Tanks berücksichtigt werden.
Die Tankvorrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in der schematischen Figur der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Tankvorrichtung zum Speichern eines Gastreibstoffs für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Tankvorrichtung 1 umfasst zumindest einen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn); ein Gasleitungssystem GL, mit dem der zumindest eine Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) verbunden ist; zumindest einen Temperatursensor im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) und einen Drucksensor in einem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems GL, wobei der jeweilige Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) mit dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems GL verbunden ist; und eine Steuereinrichtung, welche mit dem jeweiligen Temperatursensor und dem Drucksensor verbunden ist. Bei dem Verfahren erfolgt ein Entnehmen von Gas aus dem Tankbehälter über das Gasleitungssystem GL; ein Ermitteln eines Drucks in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems GL durch den Drucksensor während des Entnehmens von Gas aus dem Tankbehälter; ein Ermitteln einer Temperatur im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) während des Entnehmens von Gas aus dem Tankbehälter; ein Ermitteln eines jeweiligen Tankstands im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) an vorbestimmten Zeitpunkten während des Entnehmens von Gas aus dem jeweiligen Tankbehälter aus der ermittelten Temperatur am jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) und dem Druck in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems GL; ein Ermitteln einer Änderung eines Tankstands des jeweiligen oder aller Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) über die vorbestimmten Zeitpunkte; ein Ermitteln eines Gasverbrauchs eines mit dem Gasleitungssystem verbundenen Verbrauchersystems über die vorbestimmten Zeitpunkte; und ein Vergleichen des Gasverbrauchs mit der Änderung des Tankstands oder aller Tankstände und Erkennen eines Lecks in der Tankvorrichtung, wenn die Änderung des Tankstands oder aller Tankstände vom Gasverbrauch um mehr als eine vorbestimmte Toleranzabweichung abweicht.
Die 1 zeigt ein System aus einem Wasserstoffspeicher mit einer Tankvorrichtung 1 und einer Brennstoffzelleneinrichtung BZE.
Die Mehrzahl der Tankbehälter TB1, TB2, ... ist dabei symbolisch als ein Tank dargestellt, welcher mit einem Sicherheitsventil SV, etwa ein TPRD, und mit einem Absperrventil 2 verbunden sein kann. Eine Tankseite TS (etwa zu einer Tankstelle hin) kann mit einem Rückschlagventil RSV mit dem Tank TB1, ... verbunden sein. Das Absperrventil kann mittels eines Reglers R mit der Brennstoffzelle BZ in der Brennstoffzelleneinrichtung BZE verbunden sein, insbesondere über eine Gasleitung GL. Die Gasleitung GL kann selbst den Sensor Si auf der Hochdruckseite, d.h. in Flussrichtung vor dem Regler aufweisen, wobei die Seite an der Brennstoffzelle, d.h. nach dem Regler R auch einen solchen Druck- und/oder Temperatursensor Si aufweisen kann. Die Brennstoffzelle BZ kann mit einem Gebläse GB und mit einem Abgasbereich AB verbunden sein. Die Brennstoffzelle kann nachfolgend ein Energiemanagementsystem D versorgen, etwa mit einer Batterie Batt, einem oder mehrerer Kondensatoren C, einer zugehörigen Steuereinrichtung D-SE und einen Motor M antreiben.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112006003013 B4 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Tankvorrichtung (1) zum Speichern eines Gastreibstoffs für ein Fahrzeug, wobei die Tankvorrichtung (1) umfasst: zumindest einen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn); ein Gasleitungssystem (GL), mit dem der zumindest eine Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) verbunden ist; zumindest einen Temperatursensor im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) und einen Drucksensor in einem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL), wobei der jeweilige Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) mit dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL) verbunden ist; und eine Steuereinrichtung, welche mit dem jeweiligen Temperatursensor und dem Drucksensor verbunden ist; das Verfahren umfassend die Schritte: - Entnehmen von Gas aus dem Tankbehälter über das Gasleitungssystem (GL); - Ermitteln eines Drucks in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL) durch den Drucksensor während des Entnehmens von Gas aus dem Tankbehälter; - Ermitteln einer Temperatur im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) während des Entnehmens von Gas aus dem Tankbehälter; - Ermitteln eines jeweiligen Tankstands im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) an vorbestimmten Zeitpunkten während des Entnehmens von Gas aus dem jeweiligen Tankbehälter aus der ermittelten Temperatur am jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) und dem Druck in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL); - Ermitteln einer Änderung eines Tankstands des jeweiligen oder aller Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) über die vorbestimmten Zeitpunkte; - Ermitteln eines Gasverbrauchs eines mit dem Gasleitungssystem verbundenen Verbrauchersystems über die vorbestimmten Zeitpunkte; und Vergleichen des Gasverbrauchs mit der Änderung des Tankstands oder aller Tankstände und Erkennen eines Lecks in der Tankvorrichtung, wenn die Änderung des Tankstands oder aller Tankstände vom Gasverbrauch um mehr als eine vorbestimmte Toleranzabweichung abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Druck in dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL) ermittelt wird, wenn in einem Betrieb des Fahrzeugs innerhalb eines Toleranzbereichs von einem Druckausgleich zwischen den jeweiligen Tankbehälter und dem Hochdruckbereich ausgegangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem bei erkanntem Leck eine Warnung und/oder eine Unterbrechung des Betriebs des Fahrzeugs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Gasverbrauch aus einem Betrieb einer Brennstoffzelle ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem ein ermittelter Gasverbrauch aus einem Betrieb eines Verbrauchersystems anteilsweise auf eine Änderung der Tankstände aller Tankbehälter rückberechnet wird.
Tankvorrichtung (1) zum Speichern eines Gastreibstoffs für ein Fahrzeug (F), umfassend: zumindest einen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn); ein Gasleitungssystem (GL), mit dem der zumindest eine Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) verbunden ist; zumindest einen Temperatursensor im jeweiligen Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) und einen Drucksensor in einem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL), wobei der jeweilige Tankbehälter (TB1, TB2, ..., TBn) mit dem Hochdruckbereich des Gasleitungssystems (GL) verbunden ist; und eine Steuereinrichtung, welche mit dem jeweiligen Temperatursensor und dem Drucksensor verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 6, bei welcher die Steuereinrichtung mit einer Brennstoffzelle des Fahrzeugs verbindbar ist und dazu eingerichtet ist, einen nötigen Gasverbrauch für eine erzeugte Leistung der Brennstoffzelle von der Brennstoffzelle zu ermitteln.