CN104718408A - 用于填充机动车的燃料储存设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为机动车的燃料储存设备填充处于较高压力下的燃料的方法，燃料储存设备具有能够通过主填充管进行填充直至达到极限压力的主贮箱并且具有辅助储存器，每当填充管与提供处于超过贮箱极限压力的压力下的燃料的供应站连接时，便在主贮箱内达到极限压力之前及时地关闭设置在该填充管中的贮箱截止阀，并开启位于辅助储存器填充管中的加注辅助阀，该辅助储存器填充管在所述贮箱截止阀的上游从主填充管分支出来并通向设计为用于接收处于比所述贮箱极限压力更高的压力下的燃料的辅助储存器。辅助储存器可以在设置于通向消耗器的供应管道内并且在主贮箱填充过程中关闭的闭锁阀的下游如此地与所述供应管道连接，使得消耗器在闭锁阀关闭的情况下能够由辅助储存器供应运行。

Description

用于填充机动车的燃料储存设备的方法
本发明涉及一种用于为机动车的燃料储存设备填充处于较高压力下的燃料的方法，其中，所述燃料储存设备具有能够通过主填充管进行填充直至达到极限压力的主贮箱并且具有辅助储存器。明确地说，所述燃料仅仅优选为氢，关于现有技术除了DE 10 2008 060 127 A1之外还可参阅DE 100 21 681 C2。
在机动车内氢的储存技术目前正处于广泛发展之中，因为氢被视为用于机动车动力装置的针对由石油所获取燃料以外的未来备选方案。除了低温状态下液态氢的储存之外，对气态氢的压力储存以及-在一定程度上作为前述方式的组合–对深冷氢在超临界状态中的低温压力储存得到进一步开发。对于气态氢的压力储存(实践中是在环境温度下)，目前是将压力值设定在600bar至700bar的数量级内，由加注站或者一般来说由供应站方面提供具有这种压力值的气态氢，而对于最后提及的低温压力储存则设定一个与此相比更低的、数量级为300bar的压力水平。作为现有技术，对此还可以列举文首述及的DE 102008 060 127 A1。
在文首另外述及的DE 100 21 681 C2中介绍了一种用于储存特别是低温氢的储能系统，该储能系统除了本文所述的主贮箱之外还具有一个本文所述的辅助储存器。须从主贮箱中吹出的氢被储存在该辅助储存器中，之所以必须要从构造为低温贮箱的主贮箱中吹出氢，是为了防止在主贮箱内出现不容许高的升压，该升压是由加温引起的，即由于有微少热量不可避免地从环境进入到贮箱中之故而使得该主贮箱内所含的氢受到加温。
与纯粹的压力储存相比，低温压力储存具有下述优点：可以在较小压力下储存较大量的氢或者一般来说储存介质(或者说燃料)，这一点特别是在主贮箱的重量方面(以及因此还在配备有该主贮箱的机动车的重量方面)是有利的。与纯粹的低温储存相比，低温压力储存的优点是：由不可避免的热量进入所导致的吹出量明显更小。有益的是，配备有低温压力贮箱作为主贮箱的机动车不仅可以填充超临界状态下的低温氢，而且，如果没有低温氢可供使用的话，还可以向主贮箱内填充气态氢。
然而在填充主贮箱(该主贮箱比如在至今所开发的低温压力贮箱技术情况下只能被填充到一定的极限压力-现今例如数量级为300bar)时，如果该填充是在一种提供与此相比较高压力水平(例如600bar)下的气态氢(或者一般来说燃料)的加注站等(一般来说：供应站)实施的话，那么必须要注意在主贮箱内不产生超过所述极限压力的压力。这一点原则上可以比较简单地通过如下方式得以保证：在设置于机动车中并通向主贮箱的填充管内-该填充管的与主贮箱相对置的端部与所述提供(在这样高的压力水平下的)气态氢的加注站等相连接并且在该填充管中设置有一个这里所说的贮箱截止阀，一旦在主贮箱内借助压力传感器确认了一个接近于所说的极限压力或者其极限压力的压力，便优选通过电子控制单元受控地将所述贮箱截止阀关闭。
然而，远在由加注站或者供应站提供的最大压力水平以下就比较迅猛地关闭这样的贮箱截止阀可能会导致在燃料供应系统中或加注站或者供应站的填充系统中的压力冲击，并在那里造成损害。
本发明的目的是，提出如何能够防止上述情况的应对方案。
对于如权利要求1前序部分所述的方法，实现此目的的解决方案在于：每当填充管与提供处于超过贮箱极限压力的压力下的燃料的供应站连接时，便在主贮箱内达到极限压力之前及时地关闭一个设置在该填充管中的贮箱截止阀(Tankabsperrventil)，并开启一个位于辅助储存器填充管中的加注辅助阀，该辅助储存器填充管在所述贮箱截止阀的上游从主填充管分支出来并通向设计为用于接收处于比所述贮箱极限压力更高的压力下的燃料的辅助储存器。各从属权利要求的内容为一些有益的发展设计。
根据本发明，通过电子控制单元，优选借助适当定位的压力传感器在主贮箱填充过程期间对该主贮箱内的升压进行监视，并且，若随着对主贮箱的进一步填充而产生了超过其极限压力的危险，则通过关闭一个适当的阀-在此称为贮箱截止阀–来阻止进一步填充。辅助储存器与关闭所述贮箱截止阀基本上同时地、然而为了安全起见略微提前一点时间地，与所述贮箱截止阀上游的填充管接通，使得现在由加注站/供应站提供的燃料到达辅助储存器中。该辅助储存器设计为能够承受由(目前)气态氢的加注站通常所提供的最大压力水平。远在上文，作为这个最大压力水平的示例性的或者说目前的数值列出了数量级为600bar至700bar的值。在优选具有较小储存容积的辅助储存器中于是较短时地、然而至少以如下所述方式缓慢地形成一个接近于由加注站所提供的(600至700bar的)最大压力的压力：使得加注站的填充系统以通常方式能够对此做出反应。在加注站中或者说由其填充系统电子控制地接着-类似于在给其他机动车的为接收这样高的压力水平下的气态氢而设计的其他压力贮箱进行填充时那样–开始执行对填充过程的缓和关停。
虽然为了实施本发明的方法必要的是：机动车除了优选为低温压力贮箱(对此参照文首述及的DE 10 2008 060 127 A1)的主贮箱之外还补充配备有一个能够承受在(这里：)氢-加注站所提供的最大压力水平的辅助储存器，但是可以将该辅助储存器保持得相对较小。因为如前所述，仅仅需要一个很小的储存容积，所以这种小的辅助储存器仅仅是在很小程度上提高配备该辅助储存器的机动车的重量。这样的辅助储存器还可以有益地承担其他一些功能，诸如-正如原则上由文首述及的DE 100 21 681 C2已知的那样-暂时储存必要时同样对于低温压力贮箱的情况为了避免在贮箱内出现不容许高的压力上升而需吹出或排出的部分氢(一般来说为燃料)，用于以后由消耗器使用或者燃烧。
所述辅助储存器的另一有益的附加功能可以在于：即使在主贮箱的填充过程中，也能够实现主要储存于主贮箱内的燃料的消耗器的运行或者说继续运行。出于各种不同原因，可能值得推荐的是：在主贮箱填充过程期间将所谓的供应管道关断，设置在机动车内的消耗器(其在此优选为燃料电池或者内燃机)通过该供应管道由主贮箱供应燃料。现在提出：将辅助储存器如此地在一个设置于通向消耗器的供应管道内的闭锁阀(Sperrventil)(该闭锁阀在主贮箱填充过程中关闭)的下游如此地与所述供应管道连接，例如通过开启相应的阀，使得消耗器即便在闭锁阀关闭的情况下也能够由辅助储存器供应运行。这一点特别是在消耗器为燃料电池系统时是有益的，因为：仅仅为实现主贮箱的填充过程而使燃料电池趋于关停运转和重新运转起来显得过于浪费或者说过于昂贵了。
另外还提出：通过从辅助储存器中适当地提取燃料而保证该辅助储存器及时地在主贮箱填充过程结束之前至少接近排空。这一点是有益的，因为由此可以将辅助储存器以最大可能容量用作燃料的附加储存容积。虽然这样暂时不再能将其他的、必要时为了防止不容许的压力上升从主贮箱中将由主贮箱吹出的燃料/氢导入辅助储存器中，但是可以简单地通过如下方式削弱这个影响：在继主贮箱的填充过程之后使消耗器首先单独由辅助储存器供应(燃料)，而且优选如此长时间地进行，直到辅助储存器内的压力至少下降到主贮箱的极限压力水平为止。
在所附原理图中示意性示出了机动车的燃料储存设备，本发明的方法可以运用在该燃料储存设备上。在此，利用附图标记1表示一个构造成低温压力贮箱的主贮箱，其用于储存压力值到300bar(＝主贮箱的极限压力)以下的处于深冷的、超临界状态中的氢。这个主贮箱1通过在其内设置一个贮箱截止阀3的填充管2而可以在一个加注站(供应站)填充超临界状态的低温氢或者高压下的气态氢。其中设置有一个调压阀5的供应管道4从主贮箱1通到一个消耗器6，特别是形式上为燃料电池的消耗器。调压阀5将主贮箱1内存在的氢压力降低到适合消耗器6的水平。在主贮箱1旁，在供应管道4中设置有一个闭锁阀7，当主贮箱1在加注站进行填充时，该闭锁阀被关闭。
除了主贮箱1之外还补充设置有一个用于储存燃料或者氢的辅助储存器8，该辅助储存器通过一根供给管9与供应管道4在闭锁阀7的下游、也就是说在该闭锁阀的朝向消耗器6的一侧上以及在调压阀5的上游连接。另外，辅助储存器8还可以以如下方式通过一根辅助储存器填充管11与填充管2连接/连通，即，将设置在辅助储存器填充管11中的所谓的加注辅助阀10开启。关于这一点的技术背景，亦即防止在贮箱截止阀3上游在关闭该贮箱截止阀3的情况下对主贮箱1进行填充过程期间产生的以及进入加注站或者进入其填充系统中的压力冲击已经远在上文进行了说明。据此，当在只提供例如700bar压力水平下的气态氢的加注站对主贮箱1进行填充时，借助一个未示出的压力传感器连续地监视主贮箱1内的压力，例如当这个压力为285bar并因此略微低于所述的贮箱极限压力时，则开启起初为关闭状态的加注辅助阀10。一旦主贮箱1内的压力随着氢从加注站中进一步流入而上升到295bar时，就立刻将贮箱截止阀3关闭，在此之后仍然如此长时间地从加注站将氢输送到填充管2和辅助储存器填充管11中并通过打开着的加注辅助阀10输送到辅助储存器8中，直至在该辅助储存器内达到由加注站所提供的例如700bar的最大压力为止。
在辅助储存器8与供应管道4之间的供给管9中设置有一个阀12，该阀在开启状态中能够实现：当另一在供应管道4中在这里设置于调压阀5的上游和供给管9通入口的下游的阀13(还将对该阀的功能进行说明)开启时，消耗器6在闭锁阀7关闭的情况下由辅助储存器8供应燃料并且由此能够运行。优选地，闭锁阀7在主贮箱1完全填充之后仍然如此长时间地保持关闭以及因此消耗器6仍由辅助储存器8供应(燃料)，直至辅助储存器8内的压力至少下降到主贮箱1的极限压力为止，由此保证：辅助储存器8在主贮箱1的以后的填充过程中能够执行其主要的、远在上文叙述过的功能，亦即防止出现到达加注站中的压力冲击。
若相反在消耗器6不运行时(并且特别是在机动车停驻时)阀13(以及当然还有阀10和3)处于关闭状态并且阀7和12被开启或者已处于开启状态，那么特别是由进入主贮箱1中的热量在主贮箱1内所造成的升压(由于该升压而可能超过其极限压力)可以消减到辅助储存器8之中，而所储存的燃料并无损失，方式是：从主贮箱1中为安全起见于是通过开启的闭锁阀7被排出的燃料经过供给管9到达辅助储存器8中，并且如此长时间地暂时储存在那里，直到由该辅助储存器8为消耗器6供应燃料为止。

Claims (3)

1.用于为机动车的燃料储存设备填充处于较高压力下的燃料的方法，其中，所述燃料储存设备具有能够通过主填充管(2)进行填充直至达到极限压力的主贮箱(1)并且具有辅助储存器(8)，其特征在于：每当填充管与提供处于超过贮箱极限压力的压力下的燃料的供应站连接时，便在主贮箱(1)内达到极限压力之前及时地关闭一个设置在该填充管中的贮箱截止阀(3)，并开启一个位于辅助储存器填充管中的加注辅助阀(10)，该辅助储存器填充管在所述贮箱截止阀(3)的上游从主填充管(2)分支出来并通向设计为用于接收处于比所述贮箱极限压力更高的压力下的燃料的辅助储存器(8)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助储存器(8)在设置于通向消耗器的供应管道(4)内并且在主贮箱(1)填充过程中关闭的闭锁阀(7)的下游如此地与所述供应管道(4)连接，使得该消耗器(6)在所述闭锁阀(7)关闭的情况下能够由所述辅助储存器(8)运行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过从所述辅助储存器(8)中适当地提取燃料而保证该辅助储存器及时地在主贮箱(1)填充过程结束之前至少接近排空。
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