DE102010043815A1

DE102010043815A1 - Brennstoffersatztank mit einer Steuereinheit für gasbetriebene Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102010043815A1
Application number: DE102010043815A
Authority: DE
Inventors: Nils Kaiser; Jan-Michael Graehn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffersatztank (10) zum Beschicken eines Energieumwandlungssystems eines Fahrzeugs, insbesondere mit einem gasförmigen Brennstoff. Um im Fall eines leeren Brennstofftanks des Fahrzeugs die Fahrt mit dem Fahrzeug sicher fortsetzen zu können, umfasst der Brennstoffersatztank (10) einen Brennstoffbehälter (11) zum Speichern von Brennstoff, eine Tankkupplung (12) zum lösbaren, gasdichten Anschließen des Brennstoffbehälters (11) an eine zur Tankkupplung (12) korrespondierend ausgebildete Tankkupplungsaufnahme (22) des Energieumwandlungssystems (20), ein automatisch einstellbares Brennstoffbehälterbetankungsventil (13) zum Einstellen der Brennstoffabgabe und/oder -zufuhr des Brennstoffbehälters (11), eine Steuereinheit (14) zum Steuern des Absperrventils (13) und eine Kommunikationsschnittstelle (15) zum Austauschen von Daten zwischen der Steuereinheit (14) des Brennstoffersatztank (10) und einem Steuergerät (24) des Energieumwandlungssystems (20). Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Adapter zum Anschließen des Brennstoffersatztanks (10) an eine Tanksäule, ein Energieumwandlungssystem, Fahrzeug, Ersatztanksystem, Tanksystem sowie Betriebsverfahren.

Description

Stand der Technik
Herkömmlicherweise setzen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor Kraftstoffe, wie Benzin oder Diesel, um, die bei Normaldruck (1 atm) flüssig sind und in dieser Form im Kraftstofftank gespeichert vorliegen. Diese Fahrzeuge können in der Regel an allen Tankstellen betankt werden.
Brennstoffe, welche bei Normaldruck (1 atm) gasförmig sind, wie Naturgas (Erdgas/Biogas) oder Wasserstoff, stehen jedoch derzeit nur an wenigen Orten zum Betanken von Fahrzeugen zur Verfügung.
Die Druckschrift DE 10 2004 036 318 A1 beschreibt eine Reserveschaltung für flüssiggasbetriebene Fahrzeuge.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffersatztank zum Beschicken eines Energieumwandlungssystems, beispielsweise eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, mit einem, insbesondere gasförmigen, Brennstoff. Insbesondere kann der Brennstoffersatztank zum Beschicken eines Wasserstoff- oder Naturgasbrennstoffzellensystems oder eines Wasserstoff- oder Naturgasverbrennungsmotorsystems ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß umfasst der Brennstoffersatztank einen Brennstoffbehälter, beispielsweise einen Wasserstoff- oder Naturgasbehälter, zum Speichern des Brennstoffs, beispielsweise Wasserstoff oder Naturgas. Weiterhin umfasst der Brennstoffersatztank eine Tankkupplung zum lösbaren, gasdichten Anschließen des Brennstoffbehälters an eine zur Tankkupplung korrespondierend ausgebildete Tankkupplungsaufnahme des Energieumwandlungssystems. Vorzugsweise umfasst der Brennstoffersatztank weiterhin ein automatisch einstellbares Brennstoffbehälterbetankungsventil zum Einstellen der Brennstoffabgabe und/oder -zufuhr des Brennstoffbehälters. Weiterhin umfasst der Brennstoffersatztank vorzugsweise eine Steuereinheit zum Steuern des Brennstoffbehälterbetankungsventils. Darüber hinaus umfasst der Brennstoffersatztank vorzugsweise eine Kommunikationsschnittstelle zum Austauschen von Daten zwischen der Steuereinheit und einem Steuergerät des Energieumwandlungssystems.
Durch den erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank, den später erläuterten, erfindungsgemäßen Adapter, das später erläuterte, erfindungsgemäße Energieumwandlungssystem, Fahrzeug, Ersatztanksystem, Tanksystem und Verfahren können vorteilhafterweise die Reichweite und die Einsatzmöglichkeiten von, insbesondere Brennstoffzellen betriebenen, Fahrzeugen unter Wahrung hoher Sicherheitsstandards erhöht werden. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass durch den. Datenaustausch zwischen der Steuereinheit und dem Steuergerät ein sicherer Betankungsvorgang auch durch Laien vorgenommen werden kann. Dabei können die Tankkupplung, Steuereinheit und/oder Kommunikationsschnittstelle insbesondere wie eine Tankkupplung, Steuereinheit und/oder Kommunikationsschnittstelle einer genormten Tanksäule ausgestaltet sein. So kann vorteilhafterweise gewährleistet werden, dass der Brennstoffersatztank mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Fahrzeugen eingesetzt werden kann, welche mit einer korrespondierenden, genormten Tankkupplungsaufnahme und/oder Datenschnittstelle ausgestattet sind.
Unter einem Brennstoffersatztank, wie einem Wasserstoffersatztank oder einem Naturgasersatztank, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Brennstofftank verstanden werden, welcher dazu ausgelegt ist den Energieumwandler eines Energiewandlungssystems, insbesondere anstelle eines regulären Brennstofftanks des Energiewandlungssystems, mit Brennstoff zu beschicken.
Unter einem Energieumwandler kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche dazu ausgelegt ist chemische Energie in mechanische und/oder elektrische Energie umzuwandeln. Insbesondere kann unter einem Energiewandler im Sinn der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle oder einen Verbrennungsmotor, beispielsweise eine Wasserstoffbrennstoffzelle, einen Wasserstoffverbrennungsmotor, eine Naturgasbrennstoffzelle oder einen Naturgasverbrennungsmotor, verstanden werden.
Unter einem Energieumwandlungssystem kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein System verstanden werden, welches einen Energieumwandler und eine oder mehrere Einrichtungen zum Betrieb des Energieumwandler, beispielsweise einen oder mehrere Brennstofftanks, Leitung/en, Ventil/e, umfasst.
Unter Beschicken kann beispielsweise Zuführen, Beströmen, Übertragen, oder Befüllen verstanden werden. Betanken kann dabei als Spezialfall des Beschickens verstanden werden.
Unter einem gasförmigen Brennstoff kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Brennstoff verstanden werden, welcher bei Normaldruck, das heißt bei 1 atm, und Normaltemperatur, das heißt bei 0°C, im Wesentlichen gasförmig ist. Dabei kann unter im Wesentlichen gasförmig insbesondere verstanden werden, dass der Brennstoff einen geringen Anteil, insbesondere ≤ 10 Volumenprozent, beispielsweise ≤ 5 Volumenprozent, an Komponenten umfassen kann, welche bei Normaldruck und Normaltemperatur flüssig und/oder fest, insbesondere flüssig, sind, wie im Fall von Naturgas Alkane mit einer Kettenlänge ≥ 5, zum Beispiel Pentan, und/oder Wasser. Insbesondere kann der Brennstoff eine oder mehrere brennbare, insbesondere gasförmige, Komponenten umfassen, welche ausgewählt sind, aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Ethan, Ethen, Propan, Butan und Mischungen davon. Insbesondere kann der gasförmige Brennstoff Wasserstoff oder Naturgas sein.
Der Begriff Naturgas kann insbesondere als Obergriff für fossile sowie chemisch und/oder biologisch hergestellte Gase auf Alkanbasis, wie Erdgas, Biogas, Methan-, Ethan-, Propan- und/oder Butan enthaltende Gase verstanden werden.
Der Brennstoff kann in dem Brennstoffbehälter als Gas und/oder Flüssigkeit und/oder Feststoff, insbesondere als Gas und/oder Flüssigkeit, vorliegen. Insbesondere können innerhalb des Brennstoffbehälters auch gasförmige Brennstoffe, also Brennstoffe die bei Normaldruck und Normaltemperatur gasförmig sind, wie Wasserstoff und Naturgas, zumindest teilweise flüssig und/oder fest vorliegen. Insbesondere kann der Brennstoffbehälter ein Druckgasbehälter sein.
Unter einer Tankkupplungsaufnahme kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere das Gegenstück zu einer Tankkupplung verstanden werden. Eine Tankkupplung und die zur Tankkupplung korrespondierend ausgebildete Tankkupplungsaufnahme können dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung, nachdem sie miteinander verbunden oder angeschlossen wurden, eine Einheit bilden. Dabei kann es sich beispielsweise um eine genormte Tankkupplung beziehungsweise eine genormte Tankkupplungsaufnahme handeln. Beispielsweise kann es sich um eine genormte Tankkupplung beziehungsweise eine genormte Tankkupplungsaufnahme gemäß den Betankungsprotokollen zugrundeliegenden Formaten SAE J2601 und SAE J2799 handeln. Die Tankkupplung kann beispielsweise in Form einer Düse und die Tankkupplungsaufnahme in Form einer Düsenaufnahme ausgestaltet sein. Die Tankkupplung kann insbesondere einen manuell bedienbaren Arretiermechanismus, beispielsweise einen Tankkupplungsverschluss- und/oder -hebel aufweisen.
Vorzugsweise ist die Tankkupplung über das Brennstoffbehälterbetankungsventil an den Brennstoffbehälter angeschlossen. Insbesondere kann das Brennstoffbehälterbetankungsventil in Abhängigkeit von den ausgetauschten Daten durch die Steuereinheit steuerbar sein.
Unter einer Kommunikationsschnittstelle beziehungsweise Datenschnittstelle im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Schnittstelle verstanden werden, welche mit der Steuereinheit beziehungsweise mit dem Steuergerät signaltechnisch verbunden ist. Die Verbindung kann dabei drahtlos, beispielsweise mittels WPAN-(WPAN: Kurzstrecken-Funkübertragung, englisch: „Wireless Personal Area Network”), beispielsweise Bluetooth, oder einer WLAN-(WLAN: drahtloses lokales Netwerk, englisch: „Wireless Local Area Network”) oder Infrarot-Schnittstelle erfolgen. Die Steuereinheit beziehungsweise das Steuergerät können dabei beispielsweise eine Komponente zur Steuerung und Überwachung von Ein-/Ausgabebefehlern auf einem oder auch auf mehreren Kanälen umfassen, insbesondere können die Steuereinheit und/oder das Steuergerät einen Mikrokontroller oder einen Mikroprozessor umfassen. In Prozessoren kann die Steuereinheit oder das Steuergerät den Datenfluss zwischen der Zentraleinheit (CPU) und den Peripheriegeräten steuern.
Des Weiteren kann im Sinne der Erfindung die Kommunikationsschnittstelle zusätzlich zum Austauschen von Daten mit einem Steuergerät einer Tanksäule, insbesondere einer Wasserstoff-Tanksäule und/oder Naturgas-Tanksäule, ausgebildet sein. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Datenabgleich zwischen dem Brennstoffersatztank und der jeweiligen Tanksäule beim Wiederbefüllen des Brennstoffersatztanks erfolgen.
Im Rahmen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks sind die Tankkupplung und die Kommunikationsschnittstelle gemeinsam in eine Kupplungseinrichtung integriert. Auf diese können die Tankkupplung und die Kommunikationsschnittstelle gleichzeitig durch Anschließen der Kupplungseinrichtung angeschlossen werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks ist der Brennstoffersatztank tragbar und/oder rollbar. Insbesondere kann der Brennstoffersatztank derart ausgestaltet sein, dass dieser von einem Menschen tragbar und/oder rollbar ist. So kann der Brennstoffersatztank vorteilhafterweise auch von einer einzigen Person angeschlossen werden.
Vorzugsweise ist der Brennstoffersatztank als eine, insbesondere kompakte, Einheit ausgebildet. Insbesondere können dabei Brennstoffbehälter, die Tankkupplung, das Brennstoffbehälterbetankungsventil, die Steuereinheit und die Kommunikationsschnittstelle zu einer Einheit miteinander verbunden sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks umfasst der Brennstoffersatztank eine Stromversorgungseinrichtung. So können die elektrisch betriebenen Einrichtungen des Brennstoffersatztanks, wie die Aktoren der Brennstoffbehälterbetankungsventile, die Steuereinheit, die Kommunikationsschnittstelle, Sensoren, etc., mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Stromversorgungseinrichtung kann eine Batterie oder einen Akkumulator umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Stromversorgungseinrichtung eine Brennstoffzellen- oder Photovoltaikeinheit umfassen. Die Brennstoffzelleneinheit ist dabei vorzugsweise mit dem im Brennstoffbehälter gespeicherten Brennstoff betreibbar.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks sind Statusdaten, Zustandsdaten und/oder Kommandodaten durch die Kommunikationsschnittstelle austauschbar. Die Statusdaten können beispielsweise Daten zu konstanten Parametern sein und umfassen beispielsweise den Protokoll-Identifier, der das Betankungsprotokoll vorgibt, die Software-Versionsnummer, das Tankvolumen und/oder das Druckniveau des Brennstoffersatztanks. Zustandsdaten können beispielsweise Daten zu variablen Parametern sein und umfassen beispielsweise den gemessenen Gasdruck und/oder die gemessene Gastemperatur in dem Energieumwandlungssystem eines Fahrzeugs. Die Kommandodaten umfassen Befehle, wie beispielsweise das „Füllen”, das „Unterbrechen” der Betankung und/oder das „Abbrechen” der Betankung. Wie bereits erläutert kann mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank durch den Austausch der Daten vorteilhafterweise ein sicherer Betankungsvorgang auch durch Laien vorgenommen werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Brennstoffersatztank mindestens einen Sensor umfassen. Der mindestens eine Sensor kann insbesondere an dem Brennstoffbehälter angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Sensor mit der Steuereinheit signaltechnisch verbunden. Der Sensor kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Temperatursensoren, Drucksensoren, Massenflusssensoren, Gassensoren, Feuchtigkeitssensoren und Kombinationen davon. Der oder die Sensoren können zur Berechnung des Füllgrades des Brennstoffbehälters dienen. Dadurch kann vorteilhafterweise über die Menge des Brennstoffs im Brennstoffbehälter im Voraus berechnet werden, wie lange ein angeschlossener Energieumwandler, insbesondere eine Wasserstoffbrennstoffzelle, ein Wasserstoffverbrennungsmotor, eine Naturgasbrennstoffzelle oder ein Naturgasverbrennungsmotor, noch betrieben werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die Fahrzeugstrecke anzugeben, für die der Brennstoff aus dem Brennstoffbehälter ausgelegt ist.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks ist der Brennstoffbehälter ein Gasdruckbehälter und/oder weist der Brennstoffbehälter ein Füllvolumen von ≥ 0,01 m³ bis ≤ 0,2 m³, beispielsweise von ≥ 0,01 m³ bis ≤ 0,1 m³, zum Beispiel von ≥ 0,01 m³ bis ≤ 0,05 m³, auf und/oder ist der Brennstoffbehälter für einen Druckbereich von ≥ 10 bar bis ≤ 700 bar vorgesehen. Für Personenkraftfahrzeuge kann der Brennstoffbehälter zum Beispiel ein Füllvolumen von ≥ 0,01 m³ bis ≤ 0,02 m³ aufweisen. Für Lastkraftfahrzeuge kann der Brennstoffbehälter größer ausgestaltet sein und beispielsweise eine Füllvolumen von ≥ 0,01 m³ bis ≤ 0,2 m³ aufweisen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks weist der Brennstoffbehälter eine Berstschutzvorrichtung, insbesondere ein Überdruckventil und/oder eine Berstscheibe, auf. Dadurch kann vorteilhafterweise eine erhöhte Sicherheit gewährleistet werden. Des Weiteren kann der Brennstoffbehälter durch Stützstreben und/oder durch eine Wabenstruktur verstärkt werden. Dadurch kann beispielsweise nach kompletter Entleerung des Brennstoffbehälters einem Belastungswechsel von Über- zu Unterdruck entgegengewirkt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks weist der Brennstoffersatztank eine Brennstoffverfügbarkeitsanzeige auf. So kann vorteilhafterweise dem Anwender der Status des Brennstoffersatztank, wie voll, leer, einsatzbereit, nicht einsatzbereit, etc. signalisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Brennstoffverfügbarkeitsanzeige eine Füllstandsanzeige sein. So kann der Anwender der Anzeige auch den Befüllungsgrad beziehungsweise die Füllmenge entnehmen. Die Brennstoffverfügbarkeitsanzeige kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige (LED-Anzeige) sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks ist der Brennstoffersatztank ein Wasserstoffersatztank zum Beschicken eines Wasserstoffbrennstoffzellen- oder Wasserstoffverbrennungsmotorsystems oder ein Naturgasersatztank zum Beschicken eines Naturgasbrennstoffzellen- oder Naturgasverbrennungsmotorsystems.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Adapter, Energieumwandlungssystem, Fahrzeug, Ersatztanksystem, Tanksystem und Verfahren sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Adapter zum Anschließen eines erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks an eine Tanksäule, insbesondere zum Anschließen der Tankkupplung und der Kommunikationsschnittstelle des Brennstoffersatztanks an eine Tankkupplung und Kommunikationsschnittstelle einer Tanksäule. Insbesondere können die Tankkupplung des Brennstoffersatztanks und die Tankkupplung der Tanksäule im Wesentlichen gleichartig und nicht korrespondierend zueinander ausgebildet sein. Der Adapter ermöglicht es vorteilhafterweise dennoch die Tankkupplung des Brennstoffersatztanks an die Tankkupplung der Tanksäule anzuschließen. Dies hat den Vorteil, dass der Brennstoffersatztank an vielen Orten auf einfache Weise wieder aufgefüllt werden kann und es zum Wiederbefüllen des Brennstoffersatztanks keiner speziellen Auffüllanlage bedarf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer Tanksäule eine stationäre Einheit zu verstehen, die sich auf Tankstellen befindet.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank, Energieumwandlungssystem, Fahrzeug, Ersatztanksystem, Tanksystem und Verfahren sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Energieumwandlungssystem beziehungsweise ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Energieumwandlungssystem, welches einen Energieumwandler, mindestens einen Brennstofftank zum Speichern eines, insbesondere gasförmigen, Brennstoffs und zum Beschicken des Energieumwandlers mit dem Brennstoff, mindestens ein automatisch einstellbares Ventil zum Einstellen der Brennstoffabgabe und/oder -zufuhr des Brennstofftanks und/oder des Energieumwandlers, eine Tankkupplungsaufnahme zum lösbaren, gasdichten Anschließen des Brennstofftanks und/oder des Energieumwandlers an eine korrespondierend ausgebildete Tankkupplung eines Tanksystems, insbesondere eines erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks oder einer Tanksäule, ein Steuergerät zur Steuerung der Ventile und eine Datenschnittstelle zum Austauschen von Daten zwischen dem Steuergerät und einer Steuereinheit des Tanksystems umfasst.
Die Tankkupplungsaufnahme kann dabei insbesondere innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Beispielsweise kann die Tankkupplungsaufnahme im Innenraum des Fahrzeugs, insbesondere im Laderaum/Kofferraum, im Motorraum, im Passagierraum und/oder im Fußraum oder im Motorraum verstaubar sein. Vorteilhafterweise kann so der Brennstoffersatztank auf einfache Weise angebracht und während der Fahrt genutzt werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Tankkupplungsaufnahme an der Außenseite des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei das Fahrzeug an der Außenseite eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Brennstoffersatztanks, insbesondere eines erfindungsgemäßen Brennstofftanks, aufweist. Zweckmäßigerweise ist die Befestigungsvorrichtung dazu ausgelegt, den Brennstoffersatztank in dem an der Tankkupplungsaufnahme montierten Zustand während der Fahrt zu fixieren. Eine außerhalb des Fahrzeugs angeordnete Tankkupplungsaufnahme kann besonders vorteilhaft für Geländefahrzeuge oder Baumaschinen sein, die aufgrund ihrer Bauweise beispielsweise über einer ausreichende, offene Ladefläche für einen Brennstoffersatztank verfügen. Vorteilhafterweise kann eine außerhalb des Fahrzeugs angeordnete Befestigungsvorrichtung ein Ablösen der Tankkupplung des Brennstoffersatztanks von der Tankkupplungsaufnahme im Fall von Erschütterungen oder Vibrationen verhindern.
Das Energieumwandlungssystem kann dabei insbesondere ein Wasserstoff- oder Naturgasbrennstoffzellensystem oder ein Wasserstoff- oder Naturgasverbrennungsmotorsystem sein. Dementsprechend kann der Energieumwandler eine Wasserstoff- oder Naturgasbrennstoffzelle oder einen Wasserstoff- oder Naturgasverbrennungsmotor und der Brennstoff Wasserstoff oder Naturgas sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist das Energieumwandlungssystem ein automatisch einstellbares Betankungsventil und eine Gasdruckleitung auf. Dabei kann das Betankungsventil einerseits über die Gasdruckleitung mit dem Energieumwandler und andererseits mit der Tankkupplungsaufnahme verbunden sein. Der oder die Brennstofftanks können dabei über ein automatisch einstellbares Brennstofftankabsperrventil mit der Gasdruckleitung verbunden sein. Zwischen dem Betankungsventil und dem Energieumwandler beziehungsweise dem Brennstofftankabsperrventil und dem Energiewandler kann die Gasdruckleitung ein oder mehr weitere Ventile, beispielsweise automatisch einstellbare Ventile, zum Beispiel einen Druckminderer, aufweisen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann unter dem Teil eines Brennstoffersatztanks, an dem die Tankkupplung, der Tankkupplungsverschluss und das Absperrventil angeordnet sind, ein Tankstutzen sein.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank, Adapter, Ersatztanksystem, Tanksystem und Verfahren sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.
Eine weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ersatztanksystem, welches ein Energieumwandlungssystem und einen daran angeschlossenen erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank umfasst.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank, Adapter, Energieumwandlungssystem, Fahrzeug, Tanksystem und Verfahren sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.
Eine weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Tanksystem, welches eine Tanksäule, insbesondere eine Wasserstoff-Tanksäule und/oder Naturgas-Tanksäule, und einen über einen erfindungsgemäßen Adapter an die Tanksäule angeschlossenen erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank umfasst.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank, Adapter, Energieumwandlungssystem, Fahrzeug, Ersatztanksystem und Verfahren sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.
Vorzugsweise wird beim Betanken des Brennstoffersatztanks ein ähnliches Betankungsprotokoll wie beim Betanken des Energieumwandlungssystems durchgeführt. Dabei kann der Verbraucher beim Betanken des Brennstoffersatztanks vorteilhafterweise ähnliche beziehungsweise die gleichen Handlungsschritte wie beim Betanken des Fahrzeugs vornehmen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren Betriebsverfahren für einen erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank und/oder einen erfindungsgemäßes Energieumwandlungssystem, insbesondere ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem Energieumwandlungssystem welches den Verfahrensschritt a): Gasdichtes Ankoppeln der Tankkupplung des Brennstoffersatztanks an die Tankkupplungsaufnahme des Energieumwandlungssystems oder eine Tankkupplung einer Tanksäule. Das Ankoppeln der Tankkupplung des Brennstoffersatztanks an die Tankkupplung der Tanksäule kann insbesondere über den erfindungsgemäßen Adapter erfolgen.
Weiterhin kann das Verfahren den Verfahrensschritt b): Signaltechnisches Verbinden der Steuereinheit des Brennstoffersatztanks mit dem Steuergerät des Energieumwandlungssystems oder der Tanksäule, insbesondere über die Kommunikationsschnittstelle des Brennstoffersatztanks und einer Datenschnittstelle des Energieumwandlungssystems oder der Tanksäule, insbesondere um ein Betankungsprotokoll auszuführen, umfassen. Dabei kann der Verfahrensschritt b) vor, nach oder gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt a) durchgeführt werden.
Das Betankungsprotokoll kann beispielsweise das SAE J2799 Format beinhalten. Dabei kann vorzugsweise auch das SAE J2601 Format in das SAE J2799 Format integriert werden. Dazu werden bei einer Frequenz von 10 Hz zwischen der Steuereinheit und Kommunikationsschnittstelle des Brennstoffersatztanks und der Datenschnittstelle und dem Steuergerät des Energieumwandlungssystems beziehungsweise des Fahrzeugs oder der Tanksäule Daten übermittelt beziehungsweise ausgetauscht. Für die Parametrierung des Beschickens- beziehungsweise des Betankungsvorgangs kann bei vorhandener Kommunikation die Art der Zapfsäule (Dispenser Typ) als Statusinformation übertragen werden. Dabei kann vorteilhafterweise zwischen einer stationären Tanksäule und dem Brennstoffersatztank unterschieden werden. Die Daten umfassen Statusdaten, wie beispielsweise den Protokoll-Identifier, die Software-Versionsnummer, das Tankvolumen und/oder das Druckniveau des Brennstoffersatztanks. Die Daten umfassen ebenfalls Zustandsdaten, wie beispielsweise den gemessenen Gasdruck und/oder die gemessene Gastemperatur in der Brennstoffspeicheranlage. Beispielsweise kann bei unbekannter Temperatur in der Brennstoffspeicheranlage die Beschickung langsamer erfolgen bis ein gewisser Grenzdruck erreicht worden ist. Der Grenzdruck kann dabei sowohl von der Füllmenge, als auch von der Temperatur beim Beschicken abhängen. Zum Beispiel kann ein Volltanken nicht mehr möglich sein, wenn eine zulässige Temperatur beispielsweise von 85°C überschritten wird. Bei vorhandener Kommunikation kann die Brennstoffspeicheranlage vorteilhafterweise bis zu 125% des normalen Arbeitsdrucks befüllt werden.
Der Verfahrensschritt b) kann das elektronische Anmelden des Brennstoffersatztanks an dem Steuergerät des Energieumwandlungssystems mittels der Steuereinheit umfassen. Dabei kann das Anmelden über die Datenschnittstelle des Steuergeräts und die Kommunikationsschnittstelle der Steuereinheit erfolgen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren mit einem Energieumwandlungssystem durchgeführt, welches einen Energiewandler, ein automatisch einstellbares Betankungsventil, eine Gasdruckleitung, mindestens einen, über ein automatisch einstellbares Brennstofftankabsperrventil mit der Gasdruckleitung verbundenen Brennstofftank und eine Tankkupplungsaufnahme aufweist. Dabei kann das Betankungsventil insbesondere einerseits über die Gasdruckleitung mit dem Energieumwandler und andererseits mit der Tankkupplungsaufnahme verbunden sein.
Dabei kann das Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt c): Schließen von gegebenenfalls offenen Brennstofftankabsperrventilen des Energieumwandlungssystems/Fahrzeugs umfassen. Dabei können offene Brennstofftankabsperrventile geschlossen werden und bereits geschlossene Brennstofftankabsperrventile geschlossen bleiben. Auf diese Weise kann der Energiewandler direkt, das heißt ohne vorheriges Durchströmen/Befüllen der Tanks des Energieumwandlungssystems, aus dem Brennstoffersatztank beschickt werden. Dabei kann das Steuergerät beispielsweise veranlassen, dass die Brennstofftankabsperrventile geschlossen werden, insbesondere wenn die Brennstofftankabsperrventile geöffnet sind. Dabei kann der Verfahrensschritt c) vor, nach oder gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt b) durchgeführt werden. Insbesondere können die Brennstofftankabsperrventile an dem Brennstofftank vollständig geschlossen werden. Vorteilhafterweise kann während dieses Verfahrensschritts c) überprüft werden, ob die Brennstofftankabsperrventile offen sind. Das bietet den Vorteil, dass der zugeführte Brennstoff sich nicht unnötig im Brennstofftank ausdehnt und stattdessen über die Gasdruckleitung zum Energieumwandler geleitet wird.
Weiterhin kann das Verfahren den Verfahrensschritt d): Öffnen des Betankungsventils des Energieumwandlungssystems umfassen. Dabei kann das Steuergerät beispielsweise veranlassen, dass das Betankungsventil geöffnet wird, indem beispielsweise ein Signal von dem Steuergerät an das automatisch betriebene Betankungsventil geleitet wird. Der Verfahrensschritt d) kann nach oder gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt c) durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann während des Verfahrensschritts d) überprüft werden, ob die Verbindung von der Brennstoffspeicheranlage zu dem Brennstoffersatztank dicht ist. Dabei bedeutet dicht im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass kein Brennstoff, insbesondere Wasserstoff und/oder Naturgas, aus dem Ersatztanksystem heraustreten kann.
Weiterhin kann das Verfahren den Verfahrensschritt e): Öffnen des Brennstoffbehälterbetankungsventils des Brennstoffersatztanks umfassen. Dabei kann das Steuergerät beispielsweise veranlassen, dass das Brennstoffbehälterbetankungsventils geöffnet wird, indem beispielsweise ein Signal von der Steuereinheit an das automatisch betriebene Brennstoffbehälterbetankungsventils geleitet wird. Dabei kann der Verfahrensschritt e) nach oder gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt d) durchgeführt werden. Nach dem Öffnen des Brennstoffbehälterbetankungsventils kann insbesondere der Fahrzeugbetrieb aufgenommen werden.
Weiterhin kann das Verfahren den Verfahrensschritt f): Versorgen des Energieumwandlers, insbesondere der Wasserstoffbrennstoffzelle, des Wasserstoffverbrennungsmotors, der Naturgasbrennstoffzelle und/oder des Naturgasverbrennungsmotors, mit Brennstoff aus dem Brennstoffersatztank, umfassen. Dabei kann vorteilhafterweise der Brennstoff aus dem Brennstoffersatztank aufgrund seines erhöhten Drucks zu dem Energieumwandler gelangen. Das von der Steuereinheit verschließbare Brennstoffbehälterbetankungsventil bietet insbesondere eine erhöhte Sicherheit des Betankungsvorgangs. Erst, wenn verschiedene Parameter während des Betankungsvorgangs abgeglichen wurden, öffnet sich vorzugsweise das Brennstoffbehälterbetankungsventils. Somit kann ein fehlerhaftes manuelles Bedienen des Brennstoffbehälterbetankungsventils vermieden werden. Dabei kann der Verfahrensschritt f) nach dem Verfahrensschritt e) durchgeführt werden. Während dieses Verfahrensschritts können Informationen über die verfügbare Menge des Brennstoffs übermittelt beziehungsweise ausgetauscht werden. Insbesondere können bei Beendigung der Fahrt die Betankungsventile und die Absperrventile geschlossen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Brennstoffspeicheranlage mehrere Brennstofftanks umfassen. Dabei kann gegebenenfalls bei mindestens einem Brennstofftank das Brennstofftankabsperrventil geöffnet werden. Auf diese Weise kann bei dieser Ausgestaltung der Brennstofftank aufgefüllt werden. Eine Wiederholung des Vorgangs bei einem weiteren Brennstofftank mit beispielsweise einem weiteren Brennstoffersatztank kann zu einer weiteren Auffüllung der Brennstofftanks führen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn innerhalb einer großen Distanz keine stationären Tanksäulen zur Verfügung stehen.
Vorteilhafterweise kann das Steuergerät, insbesondere das Fahrzeugsteuergerät, während eines Notlaufs, die Leistung reduzieren, um die Reichweite zu erhöhen. Dabei kann unter einem Notlauf ein Fahrbetrieb mit Brennstoff aus dem Brennstoffersatztank verstanden werden. Während des Notlaufs können ständig Daten, beispielsweise der Füllstand des Brennstoffersatztanks, zwischen dem Steuergerät und der Steuereinheit übermittelt beziehungsweise ausgetauscht werden. So kann dem Fahrer vorteilhafterweise eine möglichst genaue Rückmeldung über die verfügbare Restreichweite gegeben werden. Vorteilhafterweise kann nach Beendigung des Fahrbetriebs die Arretierung der Tankkupplung und der Tankkupplungsaufnahme mittels eines Tankkupplungsverschlusses gelöst werden. Dadurch können beispielsweise die Brennstofftankabsperrventile und das Betankungsventile geschlossen werden. Der Brennstoffersatztank kann dann von der Brennstoffspeicheranlage gelöst werden.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank Adapter, Energieumwandlungssystem, Fahrzeug, Ersatztanksystem und Verfahren sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.
Eine weitere Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betanken des erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks, wobei ein Brennstoffersatztank, insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Adapters, an eine Tanksäule gekoppelt wird und Wasserstoff in den Brennstoffersatztank eingeleitet wird.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank, Adapter, Energieumwandlungssystem, Ersatztanksystem, Tanksystem und Verfahren sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks
2 einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform eines Energieumwandlungssystems;
3 einen schematischen Aufbau eines, an ein erfindungsgemäßes Energieumwandlungssystem angeschlossenen, erfindungsgemäßen Brennstoffersatztanks;
4 ein Diagramm über die Reichweite eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Tankgröße und dem Druck;
5 ein Flussdiagramm eines Betankungsprotokolls
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffersatztank 10, beispielsweise einen Wasserstoff- oder Naturgasersatztanks, zum Beschicken eines Energieumwandlungssystems, beispielsweise eines Wasserstoff- oder Naturgasbrennstoffzellen- oder -verbrennungsmotorsystems (nicht gezeigt). 1 zeigt, dass der Brennstoffersatztank 10 einen Brennstoffbehälter 11 zum Speichern von beispielsweise Wasserstoff oder Naturgas mit einem automatisch einstellbaren Brennstoffbehälterbetankungsventil 13, einer Tankkupplung 12 und einem Tankkupplungsverschluss 12' aufweist. Die Einheit aus Brennstoffbehälterbetankungsventil 13, Tankkupplungsverschluss 12' und Tankkupplung 12 kann auch als Tankstutzenadapter bezeichnet werden. 1 veranschaulicht, dass der Brennstoffersatztank 10 sowohl eine Steuereinheit 14, als auch eine Kommunikationsschnittstelle 15 aufweist. 1 illustriert, dass an dem Brennstoffbehälter 11 ein Drucksensor 16a und ein Temperatursensor 16b angeordnet sind, welche mit der Steuereinheit 15 signaltechnisch verbunden sind. Ebenfalls ist die Steuereinheit 14 mit dem Brennstoffbehälterbetankungsventil 13, der Kommunikationsschnittstelle 15 und einer Brennstoffverfügbarkeitsanzeige 18 signaltechnisch verbunden. Um den Brennstoffbehälter 11 gegen eine Beschädigung, beispielsweise aufgrund eines Überdrucks zu schützen, weist der Brennstoffbehälter 11 ein Überdruckventil 17 auf.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Energieumwandlungssystems 20, welches einen Energieumwandler E, beispielsweise eine Wasserstoff- oder Naturgasbrennstoffzelle- oder ein Wasserstoff- oder Naturgasverbrennungsmotor, umfasst. Darüber hinaus umfasst das Energieumwandlungssystem 20 drei Brennstofftanks 21 zum Speichern eines gasförmigen Brennstoffs, beispielsweise von Wasserstoff oder Naturgas, und zum Beschicken des Energieumwandlers E mit dem Brennstoff. Dabei weist jeder Brennstofftank 21 ein automatisch einstellbares Brennstofftankabsperrventil 23b zum Einstellen der Brennstoffabgabe und/oder -zufuhr der Brennstofftanks 21 auf. Weiterhin weist das Energieumwandlungssystem 20 ein automatisch einstellbares Betankungsventil 23a und eine Gasdruckleitung 26 auf. Dabei ist das Betankungsventil 23a einerseits über die Gasdruckleitung 26 mit dem Energieumwandler E und andererseits mit einer Tankkupplungsaufnahme 22 verbunden. Die Brennstofftanks 21 sind dabei über die Brennstofftankabsperrventile 23b mit der Gasdruckleitung 26 verbundenen. Die Tankkupplungsaufnahme 22 ist zum lösbaren, gasdichten Anschließen der Brennstofftanks 21 und/oder des Energieumwandlers E an eine korrespondierend ausgebildete Tankkupplung eines Tanksystems, beispielsweise eines Brennstoffersatztanks oder einer Tanksäule (nicht gezeigt) ausgebildet. Die 2 veranschaulicht, dass das Energieumwandlungssystems 20 weiterhin ein Steuergerät 24 zur Steuerung der Ventile 23a, 23b und eine Datenschnittstelle 25 zum Austauschen von Daten zwischen dem Steuergerät 24 und einer Steuereinheit 14 des Tanksystems 10 aufweist. 2 zeigt weiterhin, dass die Gasdruckleitung 26 zwischen dem Betankungsventil 23a und den Brennstofftankabsperrventilen 23b einerseits und dem Energiewandler E andererseits einen Druckminderer 27 umfasst.
Ein schematischer Aufbau eines Ersatztanksystems, welches ein Energieumwandlungssystem 20 und einen daran angeschlossenen Brennstoffersatztank 10 umfasst ist in 3 dargestellt. 3 veranschaulicht, dass der Brennstoffbehälter 11 des Brennstoffersatztanks über die Tankkupplung 12 und den Tankkupplungsverschluss 12' mit der zur Tankkupplung 12 korrespondierend ausgebildeten Tankkupplungsaufnahme 22 des Energieumwandlungssystems 20 verbunden ist. Dabei fixiert der Tankkupplungsverschluss 12' die Tankkupplung 12 und die zur Tankkupplung 12 korrespondierend ausgebildete Tankkupplungsaufnahme 22. Weiterhin sind in der 3 die Datenschnittstelle 25 des Energieumwandlungssystems 20 und die Kommunikationsschnittstelle 15 des Brennstoffersatztanks 10 miteinander signaltechnisch verbunden.
4 zeigt ein Diagramm der Reichweite eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Tankgröße und dem Druck. Dabei wird ein Verbrauch von 15 kWh mechanischer Energie am Rad pro 100 km (zurückgelegt im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ), Golfklasse) und einem Tank-To-Wheel-Wirkungsgrad von 50% bei einem Wasserstoffverbrauch von ca. 9 g/km zugrunde gelegt. Bei einer Auslegung des Brennstoffersatztanks auf 50 km Reichweite und auf einen Nenndruck von 350 bar reicht ein inneres Tankvolumen von 16 Liter (inneres Tankvolumen: 1 = 1 l, 2 = 2 l, 3 = 4 l, 4 = 8 l, 5 = 12 l, 6 = 16, 7 = 20 l).
5 zeigt ein Flussdiagramm einer Variante des Betankungsprotokolls SAE J2601. Das Flussdiagramm startet in dem obersten Rechteck „Start” mit einer Abfrage, dargestellt durch die Verzweigung A, nach einem Kommunikationssignal. Wenn die Abfrage negativ ausfällt „Pfeil N” werden gemäß der Operation D Messungen am Fahrzeug vorgenommen. Danach erfolgt gemäß der Operation K ein Protokoll zur Befüllung. Bei dieser Operation gehen weiterhin die Abfragen nach der Art der Zapfsäule gemäß Operation B und eine Abfrage nach der Umgebungstemperatur gemäß der Operation C ein. Nach der Operation K erfolgt die Abfrage der Vergleichsdaten gemäß Operation L, woran die die Beendigung des Betankungsvorgangs „Ende” schließt.
Erfolgt eine positive Abfrage „Pfeil J” des Kommunikationssignals wird gemäß Operation M nach der Verwendung des Brennstoffersatztanks 10 gefragt. Bei einer negativen Antwort „Pfeil N”, keiner Verwendung eines Brennstoffersatztanks 10, werden gemäß der Operation D Messungen am Fahrzeug vorgenommen. Danach wird die Operation G durchgeführt, wobei die Autorisierung der Anstiegsrate abgefragt wird. Bei einer negativen Antwort „Pfeil N” wird ein definiertes Protokoll zur durchschnittlichen Druckanstiegsrate gemäß Operation H vorgenommen, bei einer positiven Antwort Pfeil J wird ein anderes definiertes Protokoll zur durchschnittlichen Druckanstiegsrate gemäß Operation I vorgenommen. Bei der Operation H gehen weiterhin die Messungen aus der Operation D mit ein. Danach erfolgt für jeweils die Operation I und H ein Abgleich der Vergleichsdaten gemäß der Operation W. Dabei gehen die Daten aus dem Fahrzeug- und Qualitätscheck gemäß der Operation F mit ein, wobei diese positiv ausfallen müssen „Pfeil J”, um die Operation W auszuführen. In die Daten der Operation F gehen die Fahrzeugdaten der Operation E mit ein. Wenn die Daten in der Operation W und F fehlerhaft sind, erfolgt die Operation K und die danach in dem Flussdiagramm folgenden. Bei nicht fehlerhafter Operation ist der Betankungsvorgang hier beendet.
Erfolgt in der Operation M eine positive Abfrage „Pfeil J”, erfolgt das Schließen des Brennstofftankabsperrventils 23b des leeren Brennstofftanks 21 gemäß der Operation V und das Öffnen des Betankungsventils 23a gemäß Operation O an. Danach wird gemäß der Operation P die Dichtheit geprüft. Bei nicht gegebener Dichtheit „Pfeil N” ist der Vorgang hier beendet. Bei Dichtheit „Pfeil J” erfolgt gemäß der Operation Q das Öffnen des Brennstoffbehälterbetankungsventils 13 des Brennstoffersatztanks 10, gefolgt von der Operation R, dem Starten des Fahrzeugantriebssystems und das Fahren, gefolgt von der Operation S, dem Übertragen von Information des Brennstoffersatztanks 10 an das Fahrzeug. Anschließend erfolgt gemäß der Operation T die Abfrage, ob die Fahrt beendet ist oder der Brennstoffersatztank 10 leer ist. Bei einer negativen Antwort „Pfeil N” erfolgt eine Rückschleife zu der Operation S, bei einer positiven Antwort „Pfeil J” wird gemäß der Operation U das Betankungsventil 23a des Fahrzeugs und das Brennstoffbehälterbetankungsventil 13 am Brennstoffersatztank 10 geschlossen und der Vorgang ist beendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004036318 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE J2601 [0014]
SAE J2799 [0014]
SAE J2799 [0045]
SAE J2601 [0045]
SAE J2799 [0045]
SAE J2601 [0067]

Claims

Brennstoffersatztank (10) zum Beschicken eines Energieumwandlungssystems (20), beispielsweise eines Fahrzeugs, mit einem, insbesondere gasförmigen, Brennstoff, umfassend – einen Brennstoffbehälter (11) zum Speichern des Brennstoffs, – eine Tankkupplung (12) zum lösbaren, gasdichten Anschließen des Brennstoffbehälters (11) an eine zur Tankkupplung (12) korrespondierend ausgebildete Tankkupplungsaufnahme (22) des Energieumwandlungssystems (20), – ein automatisch einstellbares Brennstoffbehälterbetankungsventil (13) zum Einstellen der Brennstoffabgabe und/oder -zufuhr des Brennstoffbehälters (11), – eine Steuereinheit (14) zum Steuern des Brennstoffbehälterbetankungsventils (13) und – eine Kommunikationsschnittstelle (15) zum Austauschen von Daten zwischen der Steuereinheit (14) und einem Steuergerät (24) des Energieumwandlungssystems (20).
Brennstoffersatztank (10) nach Anspruch 1, wobei Statusdaten, Zustandsdaten und/oder Kommandodaten durch die Kommunikationsschnittstelle (15) austauschbar sind.
Brennstoffersatztank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Brennstoffersatztank (10) mindestens einen, mit der Steuereinheit (14) signaltechnisch verbundenen Sensor (16a, 16b) umfasst, wobei der Sensor (16a, 16b) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Temperatursensoren, Drucksensoren, Massenflusssensoren, Gassensoren, Feuchtigkeitssensoren und Kombinationen davon.
Brennstoffersatztank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Brennstoffbehälter (11) ein Gasdruckbehälter ist und/oder ein Füllvolumen von ≥ 0,01 m³ bis ≤ 0,2 m³ aufweist und/oder für einen Druckbereich von ≥ 10 bar bis ≤ 700 bar vorgesehen ist.
Brennstoffersatztank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Brennstoffbehälter (11) eine Berstschutzvorrichtung (17), insbesondere ein Überdruckventil und/oder eine Berstscheibe, aufweist.
Brennstoffersatztank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Brennstoffersatztank (10) eine Brennstoffverfügbarkeitsanzeige (18) aufweist.
Brennstoffersatztank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Brennstoffersatztank eine Stromversorgungseinrichtung, insbesondere mit einer Brennstoffzellen- oder Photovoltaikeinheit, umfasst, insbesondere wobei Brennstoffzelleneinheit mit dem im Brennstoffbehälter (11) gespeicherten Brennstoff betreibbar ist.
Brennstoffersatztank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Brennstoffersatztank (10) ein Wasserstoffersatztank zum Beschicken eines Wasserstoffbrennstoffzellen- oder Wasserstoffverbrennungsmotorsystems oder ein Naturgasersatztank zum Beschicken eines Naturgasbrennstoffzellen- oder Naturgasverbrennungsmotorsystems ist.
Brennstoffersatztank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Brennstoffersatztank, insbesondere von einem Menschen, tragbar und/oder rollbar ist.
Brennstoffersatztank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Brennstoffersatztank (10) die Tankkupplung (11) und die Kommunikationsschnittstelle (15) gemeinsam in eine Kupplungseinrichtung integriert sind.
Adapter zum Anschließen eines Brennstoffersatztanks (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 an eine Tanksäule, insbesondere zum Anschließen der Tankkupplung (12) und der Kommunikationsschnittstelle (15) des Brennstoffersatztanks (10) an eine Tankkupplung und Kommunikationsschnittstelle einer Tanksäule.
Fahrzeug mit einem Energieumwandlungssystem (20), insbesondere einem Wasserstoff- oder Naturgasbrennstoffzellensystem oder einem Wasserstoff- oder Naturgasverbrennungsmotorsystem, umfassend – einen Energieumwandler (E), insbesondere eine Wasserstoff- oder Naturgasbrennstoffzelle oder einen Wasserstoff- oder Naturgasverbrennungsmotor, – mindestens einen Brennstofftank (21) zum Speichern eines, insbesondere gasförmigen, Brennstoffs, beispielsweise von Wasserstoff oder Naturgas, und zum Beschicken des Energieumwandlers (E) mit dem Brennstoff, – mindestens ein automatisch einstellbares Ventil (23a, 23b) zum Einstellen der Brennstoffabgabe und/oder -zufuhr des Brennstofftanks (21) und/oder des Energieumwandlers (E), – eine Tankkupplungsaufnahme (22) zum lösbaren, gasdichten Anschließen des Brennstofftanks (21) und/oder des Energieumwandlers (E) an eine korrespondierend ausgebildete Tankkupplung (12) eines Tanksystems (10), insbesondere eines Brennstoffersatztanks (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Tanksäule, – ein Steuergerät (24) zur Steuerung der Ventile (23a, 23b) und – eine Datenschnittstelle (25) zum Austauschen von Daten zwischen dem Steuergerät (24) und einer Steuereinheit (14) des Tanksystems (10), wobei die Tankkupplungsaufnahme (22) innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist, und/oder wobei die Tankkupplungsaufnahme (22) an der Außenseite des Fahrzeugs angeordnet ist und das Fahrzeug an der Außenseite eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Brennstoffersatztanks (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Energieumwandlungssystem (20) ein automatisch einstellbares Betankungsventil (23a) und eine Gasdruckleitung (26) aufweist, wobei das Betankungsventil (23a) einerseits über die Gasdruckleitung (26) mit dem Energieumwandler (E) und andererseits mit der Tankkupplungsaufnahme (22) verbunden ist, wobei der Brennstofftank (21) über ein automatisch einstellbares Brennstofftankabsperrventil (23b) mit der Gasdruckleitung (26) verbundenen ist.
Betriebsverfahren für einen Brennstoffersatztank nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder ein Fahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, umfassend die Verfahrensschritte: a) Gasdichtes Ankoppeln der Tankkupplung des Brennstoffersatztanks (10) an die Tankkupplung des Energieumwandlungssystems (20) oder einer Tanksäule und b) Signaltechnisches Verbinden der Steuereinheit (14) des Brennstoffersatztanks (10) mit dem Steuergerät (24) des Energieumwandlungssystems (20) oder einer Tanksäule.
Betriebsverfahren nach Anspruch 14 mit einem Energieumwandlungssystem (20), welches einen Energiewandler (E), ein automatisch einstellbares Betankungsventil (23a), eine Gasdruckleitung (26), mindestens einen, über ein automatisch einstellbares Brennstofftankabsperrventil (23b) mit der Gasdruckleitung (26) verbundenen Brennstofftank (21) und eine Tankkupplungsaufnahme (22) aufweist, wobei das Betankungsventil (23a) einerseits über die Gasdruckleitung (26) mit dem Energieumwandler (E) und andererseits mit der Tankkupplungsaufnahme (22) verbunden ist, wobei das Verfahren weiterhin die Verfahrensschritte: c) Schließen von gegebenenfalls offenen Brennstofftankabsperrventilen (23b) des Energieumwandlungssystems (20), d) Öffnen des Betankungsventils (23) des Energieumwandlungssystems (20), und e) Öffnen des Brennstoffbehälterbetankungsventils (13), umfasst.