DE102008031344B4

DE102008031344B4 - Betriebsverfahren für einen mit einer Vakuumisolation versehenen Kryotank eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008031344B4
Application number: DE102008031344.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schnagl Johann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: DE102008031344A1

Abstract

Betriebsverfahren für einen mit einer Vakuumisolation versehenen Kryotank eines Kraftfahrzeugs, in welchem insbesondere Wasserstoff in kryogenem Zustand als Energieträger vorzugsweise für den Antrieb des Kraftfahrzeugs gespeichert wird, wobei in der Vakuumisolationsschicht des Kryotanks ein Getter-Material vorgesehen ist, um das Vakuum möglichst lange zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine elektronische Steuereinheit in gewissen Zeitabständen der Beladungszustand des Getter-Materials ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen mit einer Vakuumisolation versehenen Kryotank eines Kraftfahrzeugs, in welchem insbesondere Wasserstoff in kryogenem Zustand als Energieträger vorzugsweise für den Antrieb des Kraftfahrzeugs gespeichert wird, wobei in der Vakuumisolationsschicht des Kryotanks ein Getter-Material vorgesehen ist, um das Vakuum möglichst lange zu erhalten. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 44 43 079 C2 verwiesen.
Kryotanks für Kraftfahrzeuge sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Bekannt ist weiterhin, dass die den sog. Innenbehälter des Kryotanks umgebende Vakuumisolationsschicht eines solchen Kryotanks bzw. das entsprechende Vakuum durch Vorsehen von Getter-Materialien in dieser Vakuumisolationsschicht über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden kann. Bekanntlich handelt es sich bei einem Getter-Material um ein chemisch reaktives Material, welches geeignet ist, ein Vakuum möglichst lange zu erhalten. An der Oberfläche eines Getter-Materials gehen unvermeidbarerweise in das Vakuum eingedrungene Gasmoleküle mit den Atomen des Getter-Materials eine direkte chemische Verbindung ein oder es werden solche Gasmoleküle durch Sorption festgehalten. Stets werden auf diese Weise unerwünschte Gasmoleküle durch das Getter-Material ”eingefangen”.
Sollte in der die Vakuumisolationsschicht einschleißenden Außenhülle des Kryotanks ein kleines Leck entstehen, so werden die über dieses Leck eindringenden Gasmoleküle zunächst ebenfalls vom Getter-Material eingefangen, so dass die Isolationswirkung der Vakuumisolationsschicht trotz dieses kleinen Lecks zunächst nicht beeinträchtigt ist. Ist jedoch zu einem späteren Zeitpunkt das Getter-Material vollständig beladen und kann damit keine weiteren Gasmoleküle einfangen, so wird sich aufgrund dieses kleinen Lecks die Isolationswirkung der Vakuumisolationsschicht infolge eines Zusammenbruchs des Vakuums binnen kürzester Zeit erheblich verschlechtern. Eine solche nahezu schlagartige Verschlechterung der Isolationswirkung ist jedoch unerwünscht, da hiermit der grundsätzlich unerwünschte Wärmeeintrag in den Innenbehälter des Kryotanks plötzlich derart intensiv würde, dass hierdurch der Innendruck im Innenbehälter – abhängig von dessen Befüllungsgrad – nahezu schlagartig auf derart hohe Werte ansteigen würde, dass ein Abblasen des im Innenbehälter gespeicherten Wasserstoffs (oder anderen Mediums) über ein Sicherheitsventil erfolgen würde, da über das übliche – und dem Fachmann bekannte – Boil-Off-Ventil derartige immense Drucksteigerungen nicht mehr abgebaut werden können.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe besteht für ein Betriebsverfahren für einen mit einer Vakuumisolation versehenen Kryotank eines Kraftfahrzeugs, in welchem insbesondere Wasserstoff (oder ein anderes Medium) in kryogenem Zustand als Energieträger vorzugsweise für den Antrieb des Kraftfahrzeugs gespeichert wird und wobei in der Vakuumisolationsschicht des Kryotanks ein Getter-Material vorgesehen ist, um das Vakuum möglichst lange zu erhalten, darin, dass durch eine elektronische Steuereinheit in gewissen Zeitabständen der Beladungszustand des Getter-Materials ermittelt wird. Dabei kann der Beladungszustand des Getter-Materials durch Ermittlung von dessen elektrischer Leitfähigkeit oder von dessen vorzugsweise akustischer Eigenfrequenz bestimmt werden oder es kann der Beladungszustand des Getter-Materials mit einem Ausheizen desselben anhand der daraus resultierenden Änderung der Boil-Off-Rate oder der Innendruck-Aufbaurate des Kryotanks bestimmt werden. Schließlich kann anhand des ermittelten Beladungszustands des Getter-Materials die Notwendigkeit für dessen Austausch angezeigt werden und/oder es kann anhand einer Langzeitbetrachtung des Beladungszustands auf eine Leckagestelle des Kryotanks geschlossen und hierauf hingewiesen werden.
Erfindungsgemäß wird die Beladung des Getter-Materials automatisch überwacht, so dass der Nutzer des Kraftfahrzeugs – ohne selbst tätig werden zu müssen – auf einen sich aus dem jeweiligen Beladungszustand des Getter-Materials möglicherweise in näherer Zukunft ergebenden kritischen Zustand bereits vorab hingewiesen werden kann. Wenn also erkennbar ist wie stark das Getter-Material beladen ist, so ergeben sich diverse Vorteile. Beispielsweise kann der Zeitpunkt, zu welchem das Getter-Material ausgetauscht oder regeneriert werden muss, vorab ausreichend genau bestimmt und dem Fahrzeug-Nutzer angezeigt werden. Durch eine wiederholte Ermittlung des Beladungszustands des Getter-Materials in Form einer Langzeitbetrachtung lässt sich sogar feststellen, ob eine Leckagestelle am Kryotank vorhanden ist bzw. sogar ob eine bereits vorhandene kleine Leckagestelle größer wird. Somit ist es möglich, auf aufkeimende Isolations-Probleme zu reagieren, ehe deren Auswirkungen nicht mehr einfach vermieden bzw. gelöst werden können. Insbesondere kann dem Fahrzeug-Nutzer angezeigt werden, dass nicht mehr in eine Garage eingefahren werden soll, da bspw. mit höheren Abblasemengen gerechnet werden muss. All dies wird ermöglicht, wenn eine elektronische Steuereinheit den Beladungszustand des Getter-Materials in gewissen Zeitabständen ermittelt. Eine kontinuierliche Ermittlung ist selbstverständlich nicht erforderlich; was die Größe der Zeitabstände betrifft, nach denen die elektronische Steuereinheit jeweils die besagte Ermittlung vornimmt, so können diese im Bereich zwischen mehreren Stunden und mehreren Tagen liegen, wobei diese Zeitabstände keineswegs konstant sein müssen, sondern ihrerseits von der Änderungsrate des erkannten Beladungszustandes des Getter-Materials abhängig sein können.
Was die Ermittlung des Beladungszustands des Getter-Materials als solche betrifft, so sind hierfür verschiedene Verfahren möglich. Nachdem sich die elektrische Leitfähigkeit von bestimmten Getter-Materialien ändert, wenn diese beladen werden, kann mittels einer einfach durchführbaren Messung der elektrischen Leitfähigkeit eines solchen Getter-Materials dessen Beladungszustand oder Beladungsgrad ermittelt werden. Gleiches gilt für die akustische Eigenfrequenz, die sich für viele der verwendeten Getter-Materialen ebenfalls mit dem Beladungszustand oder Beladungsgrad ändert. Dabei können die akustischen Eigenfrequenzen des verwendeten Getter-Materials mit Schwingquarzen oder elektrischen Stimmgabeln angeregt und daraufhin eine Verstimmung festgestellt werden.
Weiterhin lassen sich bestimmte Getter-Materialen ausheizen, wie auch in der eingangs genannten Schrift dargestellt ist. Wenn bei Verwendung eines solchen Getter-Materials beispielsweise während einer Boil-Off-Phase des Kryotanks, während derer in dem Fachmann bekannter Weise aufgrund eines unvermeidbaren Druckanstiegs im Innenbehälter eine kleine Teilmenge des darin gespeicherten Wasserstoffs (bzw. Mediums) abgeblasen wird, das Getter-Material in der Vakuumisolationsschicht geringfügig erwärmt wird, so kann eine daraus resultierende Änderung der Boil-Off-Rate festgestellt und anhand dieser Änderung auf den Beladungszustand des Getter-Materials geschlossen werden. Eine solche Beheizung oder anderweitige kurzzeitige Freisetzung von im Getter-Material eingefangenen Molekülen, welche im übrigen nach Ermittlung des Beladungszustands vom getter-Material wieder von Neuem eingefangen werden, sowie mit einer auf dieser Freisetzung aufbauenden Schlussfolgerung über den Beladungszustand des Getter-Materials kann aber auch während einer Druckaufbau-Phase im Innenbehälter des Kryotanks durchgeführt werden. Mit dem zeitweisen Freisetzen von im Getter-Material eingefangenen Molekülen wird nämlich der Wärmeeintrag in den Innenbehälter des Kryotanks erhöht, wodurch sich der Druckaufbau im Kryotank verstärkt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass es sich beim Kryotank um einen solchen handeln kann, der einen lediglich relativ geringen Überdruck innerhalb seines Innentanks halten kann; alternativ kann es sich jedoch auch um einen sog. Kryo-Drucktank handeln, in dem das kryogene Speichermedium unter Absolutdruckwerten in der Größenordnung von 150 bar oder mehr gespeichert werden kann. Hierzu wird beispielshalber auf die DE 10 2007 011 530 verwiesen.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, möglichst keine elektrischen Verbindungen in den Vakuumraum des Kryotanks zu verbauen, sondern die benötigte Meßsensorik so weit als möglich kontaktlos zu versorgen, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Betriebsverfahren für einen mit einer Vakuumisolation versehenen Kryotank eines Kraftfahrzeugs, in welchem insbesondere Wasserstoff in kryogenem Zustand als Energieträger vorzugsweise für den Antrieb des Kraftfahrzeugs gespeichert wird, wobei in der Vakuumisolationsschicht des Kryotanks ein Getter-Material vorgesehen ist, um das Vakuum möglichst lange zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine elektronische Steuereinheit in gewissen Zeitabständen der Beladungszustand des Getter-Materials ermittelt wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beladungszustand des Getter-Materials durch Ermittlung von dessen elektrischer Leitfähigkeit oder von dessen vorzugsweise akustischer Eigenfrequenz bestimmt wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beladungszustand des Getter-Materials mit einem Ausheizen desselben anhand der daraus resultierenden Änderung der Boil-Off-Rate oder der Innendruck-Aufbaurate des Kryotanks bestimmt wird.
Betriebsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ermittelten Beladungszustands des Getter-Materials die Notwendigkeit für dessen Austausch angezeigt wird und/oder dass anhand einer Langzeitbetrachtung des Beladungszustands des Getter-Materials auf eine Leckagestelle des Kryotanks geschlossen und hierauf hingewiesen wird.