DE19705601A1 - Erdgas-Betankungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betanken eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen mit in gasförmigem Aggregatzustand getankten und im Tank des Kraftwagens aufbewahrten Gas.

Bei einem bekannten Gasbetankungsverfahren, bspw. für Gas oder Wasserstoff wird der Druck im Fahrzeugtank vor Beginn der Betankung bemessen. Danach wird in einer Vielzahl von Einzelschritten jeweils eine bestimmte Gasmenge eingefüllt und jeweils erneut der Druck im Fahrzeugtank gemessen, bis nach einem letzten Tank­ schritt der Enddruck gemessen worden ist. Zwischen dem Abbrechen der Gaszufuhr und dem Messen des Tankdruckes muß eine bestimmte Zeit verstreichen, damit sich der Druck im Tank und in dem Betankungssystem ausgleichen kann. Diese Unterbrechungen der Betankung bewirken Druckstöße, die sich negativ auf die Haltbarkeit der Betankungskomponenten auswirken können. Es ist bekannt, daß beim Einfüllen einer größeren Menge von Erdgas an den Engstellen, bspw. an den Ventilen Abkühlungen auf­ treten. Im Tank selbst kommt es dann zu einer Erwär­ mung. Nach dem Einfüllen einer größeren Menge von Erd­ gas kommt es deshalb bei diesem Verfahren bei der Be­ stimmung des Füllzustandes zu falschen Meßergebnissen. Dies hat zur Folge, daß trotz Erreichen des Enddrucks der Tank im Fahrzeug nie richtig voll wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betank­ ungsverfahren anzugeben, welches handhabungstechnisch günstiger ist und zu einem höheren Befüllungsgrad im Kraftfahrzeugtank führt.

Gelöst wird die Aufgabe durch das in den Ansprüchen angegebene Verfahren.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß nach dem Anschlie­ ßen der Füllkupplung bspw. durch den Kunden am Fahrzeug und Betätigen einer Starttaste eine geöffnete Verbin­ dung zwischen dem Kraftfahrzeugtank und einem in der Zapfanlage vorgesehenen Drucksensor hergestellt wird. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, daß ein kurzer Druck­ stoß (ca. 1 sec) in den Zapfschlauch gegeben wird, so daß alle Rückschlagventile bis zum Tank geöffnet wer­ den. Nach dem Öffnen dieser Strömungsverbindung und einer kurzen Wartezeit (ca. 3 sec) wird der im Fahrzeug­ tank bestehende Druck durch den in der Zapfanlage vorge­ sehenen Drucksensor gemessen. Dieser erste Druckwert wird in einem ersten Speicher einer Speicher- und Re­ chenanordnung, bspw. einem Mikrocomputer gespeichert. Sodann wird in den Tank eine definierte Gasmasse, bspw. 0,5 oder 1 Kilogramm abgegeben. Diese Prüfmasse wird mittels eines Massendurchflußzählers definiert abgege­ ben. Sodann wird kurz gewartet, bis der Druck im Tank und am Drucksensor, welcher über dem Zapfschlauch mit dem Tank verbunden ist, gleich ist bzw. der gemessene Druckwert sich stabilisiert hat. Der dann dort gemesse­ ne Druck wird in einem zweiten Speicher abgespeichert. Durch In-Beziehung-setzen dieser beiden Druckwerte und eines mittels eines Thermometers aufgenommenen Tempera­ turwertes der Umgebungstemperatur der Zapfsäule, wird sodann die noch fehlende Gasmasse zum Erreichen eines Enddruckes im Tank ermittelt. Diese Gasmasse wird an­ schließend ohne weitere Zwischenmessungen abgegeben. Bevorzugt wird diese Gasmasse auch ohne weitere Unter­ brechung in den Tank abgegeben. In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Betankung mit einer begleitenden Druckmessung erfolgt.

Diese Druckmessung kann über den Drucksensor erfolgen, welcher auch die ersten und zweiten Druckwerte ermit­ telt hat. Wird bei dieser Druckmessung ein nicht zu überschreitender Maximalwert, bspw. 250 Bar gemessen, so schaltet die Gasabgabe automatisch ab, um ein Ber­ sten des Kraftfahrzeugtanks zufolge Überdruck zu verhin­ dern. Das Gewicht der eingegeben Prüfmasse wird von einem Rechenprogramm in Abhängigkeit der Höhe des gemes­ senen Erstdruckes bestimmt. Bei einem niedrigen Erst­ druck wird eine hohe Prüfmasse, bspw. 1 Kilogramm einge­ geben. Bei einem hohen Erstdruck wird eine geringere Prüfmasse, bspw. 0,5 Kilogramm zugegeben. Die Ermitt­ lung der zum Erreichen eines Enddruckes, bspw. 200 Bar noch fehlende Gasmasse erfolgt entweder durch In-Bezie­ hung-setzen der beiden Druckwerte und des Temperaturwer­ tes in Form einer hinterlegten gasspezifischen Tabelle, das als Ergebnis die fehlende Gasmasse liefert. Es ist aber auch vorgesehen, daß in einem Rechenprogramm unter Berücksichtigung einer gasspezifischen Zustandsglei­ chung die noch fehlende Gasmasse aus den beiden Druck­ werten und dem Temperaturwert errechnet wird. Als gas­ spezifische Zustandsgleichung kommt bspw. die bekannte van-der-Waalssche Zustandgleichung realer Gase in Be­ tracht. Die beiden van-der-Waals Konstanten a und b sind dann gastypische Werte. Mit dieser Gleichung läßt sich bspw. mittels der beiden gemessenen Druckwerte, der gemessenen Temperatur und der bekannten Prüfmasse das Volumen des Tanks ermitteln. Aus dem zweiten Druck­ wert, dem Enddruckwert, dem Volumen des Tanks und der Temperatur kann dann mit eben dieser Gleichung die bis zum Erreichen des Enddrucks noch fehlende Masse berech­ net werden.

Eine Vorrichtung, an welcher das erfindungsgemäße Ver­ fahren angewandt werden kann, ist in beigefügter Zeich­ nung erläutert.

Ein Kraftfahrzeugtank 1 ist über ein am Tankeinlaßstut­ zen vorgesehenes Rückschlagventil 2 mit einem Zapf­ schlauch 3 verbunden. Der Zapfschlauch 3 geht von einer Zapfsäule 4 aus.

In der Zapfsäule 4 befindet sich eine Recheneinheit 5 mit einer Anzeige 6 zur Anzeige der getankten Gasmasse.

In den Zapfschlauch 3 ragt ein Drucksensor 9 ein, der damit gemessene Wert wird der Recheneinheit 5 zugelei­ tet. In der Zapfsäule ist ferner ein Thermometer 10 vorgesehen, dessen gemessener Temperaturwert ebenfalls der Recheneinheit 5 zugeführt wird. In der Zapfsäule ist ferner ein Massendurchflußzähler 11 vorgesehen, welcher beidendseitig mit einem Magnetventil 8, 12 verbunden ist. Die Magnetventile 8, 12 sind mit der Recheneinheit 5 verbunden, ebenso der Massendurchfluß­ zähler 11. Zum Magnetventil 12 welches druckseitig vom Massendurchflußzähler 11 angeordnet ist, führt eine Zuleitung 13 eines Vorratshochdrucktanks 14.

Wird von einem Kunden der Zapfschlauch 3 mit dem Ventil 2 des Kraftfahrzeugtanks druckfest verbunden und die Starttaste 7 gedrückt, so bewirkt ein kurzes Öffnen der beiden Ventile 8, 12 oder eines nicht dargestellten Beipaßventils, welches einen Gasfluß um den Massendurch­ flußzähler ermöglicht ein Gasstoß gegen das Rückschlag­ ventil 2, so daß dieses öffnet. Sodann expandiert der Restdruck im Tank 1 gegen das geschlossene Magnetventil 8. Am Drucksensor 9 stellt sich der Tankdruck ein. Dieser Druck wird als erster Druckwert in der Rechenein­ heit 5 gespeichert. Dieser Druck kann auf eine normier­ te Temperatur von bspw. 15°C umgerechnet werden. Sollte dieser normierte Druck größer als 200 Bar sein, d. h. der Fahrzeugtank noch voll sein, so wird der Betank­ ungsvorgang bereits zu diesem Zeitpunkt abgebrochen. Ist der Druck kleiner als 200 Bar, so erfolgt die Be­ tankung. Es öffnen die Magnetventile 8 und 12 solange, bis durch den Massendurchflußzähler 11 eine Prüfmasse angegeben worden ist. Das Gewicht der Prüfmasse wird von der Recheneinheit 5 festgelegt. Nach Abgabe der Prüfmasse schließt das Ventil 8. Sobald sich der Druck am Druckmeßgerät 9 stabilisiert hat, wird dieser dann dort herrschende Druckwert in einem zweiten Speicher der Recheneinheit 5 gespeichert. Die am Thermometer 10 gemessene Temperatur wird ebenfalls dort gespeichert. Auch hier wird nach einer Haltezeit von ungefähr 3 Sekunden der besagte Druckwert gemessen, um dann auf eine normierte Temperatur von 15°C umgerechnet zu wer­ den. Auch dieser Druck wird mit dem Maximaldruck von 200 Bar verglichen, um ggf. den Betankungsvorgang abzu­ brechen, wenn der Tank voll ist.

Die Recheneinheit 5 ermittelt nun mittels eines Compu­ terprogrammes entweder an hinterlegten Tabellen oder mittels eines Rechenalgorithmus basierend auf einer spezifischen Zustandsgleichung des Gases, bspw. der van-der-Waals Gleichung, das Volumen des Kraftfahrzeug­ tanks 1 und ermittelt sodann unter Berücksichtigung des zu erzielenden Enddrucks die noch fehlende Gasmasse. Sodann öffnen die Magnetventile 8 und 12 solange, bis durch den Massendurchflußzähler die ermittelte Gasmasse abgegeben worden ist. Mittels des Drucksensors 9 wird stetig der im Zapfschlauch herrschende Druck gemessen. Überschreitet dieser Druck einen zulässigen Höchst­ druck, so wird eine Sicherheitsabschaltung dadurch eingeleitet, daß die Magnetventile 8 und 12 schließen.

Die tatsächlich abgegebene Gasmasse wird auf der Anzei­ ge 6 dargestellt.

Es ist möglich, den Tankvorgang während der Abgabe der noch fehlenden Gasmasse zu unterbrechen. Es ist aber nicht nötig, während dieser Unterbrechungen Messungen durchzuführen.

In einer Variante der Erfindung öffnet das Ventil bei der eigentlichen Betankung nur so lange, bis entweder 90% oder 97% der zuvorberechneten Gasmasse erreicht ist.

In einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, daß der Betankungsvorgang auch dann abgebrochen wird, wenn der Massestrom unter einem Grenzwert von bspw. 0,2 kg/sec tritt. Es kann auch vorgesehen sein, daß beim Unterschreiten eines Grenz-Massestroms auf einen ande­ ren Vorratsbehälter umgeschaltet wird, um so eine höhe­ re Druckdifferenz zwischen Vorratsbehälter und Fahrzeug­ tank zu erzielen. Vorzugsweise sind insgesamt drei ver­ schiedene Vorratsbehälter vorgesehen, welche nacheinan­ der aktivierbar sind. Das Umschalten von einem Vorrats­ behälter zum nächsten Vorratsbehälter erfolgt immer dann, wenn der Massestrom einen vordefinierten Grenz­ wert unterschritten hat. Sinkt auch der Massestrom des letzten Vorratsbehälters unter den Grenzwert, so wird der Betankungsvorgang für eine gewisse Zeit, bspw. 10 Sekunden unterbrochen, um eventuell stattgefundene Vereisungen abzutauen.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori­ tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt­ lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betanken eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen mit Erdgas, Methan, Wasserstoff oder einem ähnlichen, im gasförmigem Aggregatzustand getankten und im Tank des Kraftfahrzeuges aufbewahrten Gases, bei dem nach dem Anschluß eines Zapfschlauches an den Kraftfahr­ zeugtank eine Verbindung zu einem der Zapfanlage zuge­ ordneten Drucksensor (9) hergestellt wird und dann mit dem Drucksensor (9), der im Kraftfahrzeugtank (1) herrschen­ de Gasdruck gemessen und als erster Druckwert in einem ersten Speicher gespeichert wird, bei dem dann eine definierte Prüfmasse des Gases in den Tank abgegeben wird und nach Stabilisierung des Drucks im Tank selbi­ ger erneut gemessen und in einem zweiten Speicher ge­ speichert wird, wobei durch In-Beziehung-setzen der beiden Druckwerte und eines mittels eines Thermometers 10 aufgenommenen Temperaturwertes durch Verwendung entweder einer hinterlegten gasspezifischen Tabelle oder einer gasspezifischen Zustandsgleichung die noch fehlende Gasmasse zum Erreichen eines Enddrucks im Tank ermittelt wird und anschließend abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabgabe bis zum End­ druck ohne Unterbrechung erfolgt.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine die Betankung begleitende Druckmessung zur Überwachung eines nicht zu überschreitenden Maximal­ drucks, wobei die Betankung bei Erreichen des Maximal­ drucks abgebrochen wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gewicht der Prüfmasse abhängig von der Höhe des ersten Druckwertes gewählt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gewicht der Prüfmasse zwischen 0, 5 und 1 Kilogramm liegt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während der Betankung bei Unterschreiten eines Massestrom-Grenzwertes auf einen anderen Vorrats­ behälter umgeschaltet wird, welcher andere Vorratsbehäl­ ter einen höheren Gasdruck aufweist, als der zuvor verwendete.