Verfahren zum Ansteuern einer Tankvorrichtung und Tankvorrichtung zur Spei cherung eines gasförmigen Mediums

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Tankvorrichtung und eine Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbeson dere Wasserstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoff zellenantrieb oder in Fahrzeugen mit einem Wasserstoffverbrenner als Antrieb.

Stand der Technik

Die DE 10 2017 212 485 Al beschreibt eine Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden, die als Kraftstoff für ein Fahrzeug dienen, wobei die Einrich tung mindestens zwei rohrförmige Tankmodule und mindestens einen Hoch druckkraftstoffzuteiler mit mindestens einer integrierten Regel- und Sicherheits technik umfasst.

Für die Sicherheitsvorkehrungen solch einer Einrichtung ist eine Vielzahl von Ventilen notwendig, wodurch die Komplexität des gesamten Gasspeichersystems sowie dessen Kosten erhöht werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5 weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass in einfacher Weise eine konstruktiv kompakte Tankvorrichtung mit gleichzeitiger Kostenersparnis realisiert wird.

Für das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern einer Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums sind mindestens zwei Tankbehälter und eine mit den Tankbehältern verbindbare Zufuhrleitung vorhanden, wobei je der Tankbehälter mindestens ein druckgesteuertes Steuerventil aufweist. Über das Steuerventil strömt gasförmiges Medium aus der Tankvorrichtung in die Zu fuhrleitung in Richtung eines Verbrauchersystems. Das erfindungsgemäße Ver fahren weist den folgenden Schritt auf:

Gleichzeitiges Öffnen der Steuerventile der Tankbehälter in einem Abstand von Millisekunden während einer Versorgung des Verbrauchersystems, so dass gasförmiges Medium aus der Tankvorrichtung über die Zufuhrleitung in Richtung des Verbrauchersystems geleitet wird.

Durch das nahezu gleichzeitige Öffnen der Steuerventile, d.h. in einem Abstand von Millisekunden, kann der geforderte maximale Massestrom für die Tankvor richtung realisiert werden, ohne die Tankvorrichtung und insbesondere die Quer schnitte der Steuerventile zu groß und zu teuer gestalten zu müssen. Auch die dazugehörige Magnetbaugruppe als Ansteuerung der Steuerventile kann in kon struktiv kompakter Weise ausgelegt werden. Auf diese Weise kann eine kom pakte und kostengünstige Tankvorrichtung realisiert werden.

In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Abstand des Öff nens der Steuerventile einen Bereich von 1 Millisekunde bis 20 Millisekunden umfasst. So kann beispielsweise die Belastung durch den Stromfluss auf ein Steuergerät der Tankvorrichtung minimiert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Tankvorrichtung eine mit den Tankbehältern verbindbare Ventilleitung umfasst, in welcher Ventilleitung ein zentrales Schmelzsicherheitsventil angeordnet ist. Das Schmelzsicherheitsventil öffnet bei Überschreiten eines vorbestimmten Tempera turschwellwerts und leitet so das gasförmige Medium aus den Tankbehältern über die Ventilleitung in eine Umgebung. So ist sichergestellt, dass im Falle eines Wärmeeintrags auf die Tankvorrichtung, d.h. beispielsweise ein Brand, das gas förmige Medium aus den Tankbehältern geleitet und ein Bersten dieser verhin dert wird.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass zwischen den jeweiligen Tankbehältern und der Ventilleitung jeweils ein Steuerventil angeordnet ist, durch welches Steuerventil eine fluidische Verbindung zwischen den Tankbehältern und der Ventilleitung gesteuert wird. Auf diese Weise kann das gasförmige Me dium aus den Tankbehältern in die Ventilleitung abgeströmt werden oder durch Absperren des Steuerventils in dem jeweiligen Tankbehälter gespeichert bleiben. Letzteres ist insbesondere auch als Sicherheitsvorkehrung, beispielsweise bei einem Bruch der Ventilleitung von Vorteil.

Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Me diums, insbesondere Wasserstoff weist mindestens zwei Tankbehälter und eine mit den Tankbehältern verbindbare Zufuhrleitung auf. Jeder Tankbehälter um fasst mindestens ein druckgesteuertes Steuerventil, welches Steuerventil zwi schen dem jeweiligen Tankbehälter und der Zufuhrleitung angeordnet ist. Die Zu fuhrleitung ist mit einem Verbrauchersystem fluidisch verbunden, wobei die Tank vorrichtung ein Steuergerät aufweist, welches Steuergerät dazu eingerichtet ist, das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. So kann in konstruktiv kompakter und auf kostensparende Weise eine Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums für verschiedene Verbrauchersysteme realisiert werden.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Steuerventil des jewei ligen Tankbehälters als Magnetventil ausgebildet ist. So ist eine einfache Ansteu erung möglich.

In vorteilhafter Weiterbildung sind die Tankbehälter röhrenförmig ausgebildet. Vorteilhafterweise umfassen die Tankbehälter ein kohlefaserverstärktes Material. Durch die Geometrie und geeignete Wahl der Tankbehälter können diese in ein facher Weise an das gasförmige Medium und beispielsweise an ein Chassis ei nes Fahrzeugs angepasst werden.

Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Steuergerät vorhanden, welches dazu einge richtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Die beschriebene Tankvorrichtung und das die Tankvorrichtung ansteuernde Verfahren eignen sich vorzugsweise in einem Brennstoffzellensystem zum Spei chern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, für den Betrieb einer Brennstoffzelle.

In vorteilhaften Verwendungen kann die Tankvorrichtung und das erfindungsge mäße Verfahren in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb verwendet werden.

In vorteilhaften Verwendungen kann die Tankvorrichtung und das erfindungsge mäße Verfahren in Fahrzeugen mit einem Wasserstoffantrieb verwendet werden, beispielsweise in einem Fahrzeug mit Wasserstoff-Verbrenner als Antrieb.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Tankvorrichtung mit einem er findungsgemäßen Verfahren zum Ansteuern der Tankvorrichtung dargestellt. Es zeigt in

Fig. leine Draufsicht eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Tankvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren. Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig.l ist eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsge mäßen Tankvorrichtung 1 gezeigt. Die Tankvorrichtung 1 weist mehrere Tankbe hälter 2 auf, welche mit gasförmigem Medium, beispielsweise Wasserstoff, befüllt sind. Die Tankbehälter 2 sind röhrenförmig ausgebildet. Außerdem umfassen die Tankbehälter 2 beispielsweise ein kohlefaserverstärktes Material.

Weiterhin ist jeder Tankbehälter 2 an einem ersten Ende über eine Abzweigung 26 mit einer Zufuhrleitung 3 verbunden, wobei in der Abzweigung 26 der Zufuhr leitung 3 ein Steuerventil 5 angeordnet ist. Somit weist jeder Tankbehälter 2 ein Steuerventil 5 auf, über welches das gasförmige Medium aus dem Tankbehälter 2 in Richtung der Zufuhrleitung 3 ableitbar ist. Die Steuerventile 5 sind beispiels weise durch einen Elektromagneten ansteuerbar.

In der Zufuhrleitung 3 ist weiterhin ein Druckregelventil 8 angeordnet, welches hier als Magnetventil ausgebildet ist. Das Druckregelventil 8 steuert so mit Hilfe eines Elektromagneten die Wasserstoffzufuhr aus der Tankvorrichtung 1 in Rich tung eines Verbrauchersystems 40, beispielsweise eines Brennstoffzellensys tems oder eines Wasserstoffverbrennersystems. Das Druckregelventil 8 reguliert hierbei auch den Druck des gasförmigen Mediums, insbesondere als Druckmin derung des gasförmigen Mediums für dessen Bereitstellung für das Verbraucher system 40.

Weiterhin ist jeder Tankbehälter 2 in einer alternativen Anordnung an einem an deren Ende 24 mit einer Ventilleitung 6 verbunden, wobei zwischen jedem einzel nen Tankbehälter 2 und der Ventilleitung 6 ein weiteres Steuerventil 50 angeord net ist. Im normalen Betriebszustand sind auch die weiteren Steuerventile 50 ge öffnet, so dass eine Verbindung zwischen dem Innern des Tankbehälters 2 und der Ventilleitung 6 geöffnet ist. In der Ventilleitung 6 ist ein zentrales Schmelzsi cherheitsventil 10 angeordnet. Das Schmelzsicherheitsventil 10 ist im Normalfall geschlossen und öffnet lediglich im Brandfall oder bei Überschreitung eines vor bestimmten Temperaturschwellwertes von beispielsweise 105°C, so dass der Wasserstoff aus den Tankbehältern 2 über die Ventilleitung 6 in eine Umgebung 30 ausgeleitet werden kann und eine mögliche Explosion der Tankbehälter 2 auf grund eines zu hohen Drucks unterbunden wird.

Die Steuerventile 5, 50 sind jeweils an den Enden 22, 24 der Tankbehälter 2 an geordnet, so dass im Falle eines Unfalls der Tankvorrichtung 1 oder bei einem Bruch der ersten Leitung 3 und/oder der Ventilleitung 6 die Steuerventile 5, 50 schließen und das gasförmige Medium nicht aus dem Tankbehälter 2 austreten kann.

Weiterhin umfasst die Tankvorrichtung 1 ein Steuergerät 80, welches mit den Steuerventilen 5, 50 und dem Schmelzsicherheitsventil 10 verbunden ist. Das Steuergerät 80 weist auch eine Schnittstelle zu einer nicht gezeigten Steuerein heit des Verbrauchersystems 40 auf.

Soll nun dem Verbrauchersystem 40 gasförmiges Medium, beispielsweise Was serstoff, zugeführt werden, werden alle Steuerventile 5 der Tankbehälter 2 über den jeweiligen Elektromagneten des jeweiligen Steuerventils 5 mittels des Steu ergeräts 80 gleichzeitig in einem Abstand von Millisekunden angesteuert und ge öffnet und das gasförmige Medium aus der Tankvorrichtung 1 über die Zufuhrlei tung 3 in Richtung des Verbrauchersystems 40 geleitet. Das heißt, die Steuer ventile 5 werden in einem Abstand von 1 Millisekunde bis 20 Millisekunden nach einander geöffnet. Dadurch ist eine Realisierung von geringen geometrischen Di mensionen der Steuerventilquerschnitte trotz beispielsweise maximalem Mas sestroms möglich. Weiterhin kann so beispielsweise ein Brennstoffzellensystem als Verbrauchersystem 40 mit Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, versorgt werden.

Weiterhin eignet sich die Tankvorrichtung 1 und das genannte Verfahren dazu auch einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug für die Bereitstellung des Brennstoffs, beispielsweise Wasserstoff, oder in einem wasserstoffbetriebenen Fahrzeug für die Bereitstellung von Wasserstoff.