DE102012205887A1 - Display system for displaying fuel filling amount of cryo-compressed tank for motor car, has display unit to display possible filling amounts for fuel in gaseous state and for low-cold fuel in supercritical state as tank fuel amount - Google Patents

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    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment

Abstract

The display system has a display unit to display the possible filling amounts for fuel in the gaseous state under ambient temperature and for low-cold fuel in the supercritical state as the fuel amount present in a cryo-compressed tank. The current fuel amount present in the cryo-compressed tank is derived from the current value of pressure and temperature of the stored fuel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzeigesystem über den Füllzustand eines Kryo-Drucktanks eines Kraftfahrzeugs, in den ein Betriebsstoff, insbesondere Wasserstoff, wahlweise gasförmig unter hohem Druck, beispielsweise in der Größenordnung von 350 bar und einer Temperatur in der Größenordnung der Umgebungstemperatur, oder im tiefkalten überkritischen Zustand mit einer Temperatur geringfügig oberhalb der kritischen Temperatur unter Druck einbringbar und im Kryo-Drucktank speicherbar sowie aus diesem zur Versorgung eines Verbrauchers gezielt entnehmbar ist. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 10 2007 011 742 A1 verwiesen.The invention relates to a display system on the filling state of a cryogenic pressure tank of a motor vehicle, in which a fuel, in particular hydrogen, optionally gaseous under high pressure, for example in the order of 350 bar and a temperature in the order of the ambient temperature, or in the cryogenic supercritical state can be introduced under pressure at a temperature slightly above the critical temperature and can be stored in the cryogenic pressure tank and can be removed from it in a targeted manner to supply a consumer. The prior art is by way of example on the DE 10 2007 011 742 A1 directed.

In der genannten Schrift ist ein Verfahren zum Befüllen eines für ein tiefkaltes Speichermedium, insbesondere Wasserstoff, vorgesehenen Druckspeichers beschrieben, wobei das Speichermedium, welches vorliegend als Betriebsstoff bezeichnet ist, in überkritischem Zustand in einen sog. Kryo-Drucktank eingebracht wird. Ein solcher Kryo-Drucktank zeichnet sich durch extreme Isolation gegenüber der Umgebung aus, so dass hierin ein kryogenes Medium unter Temperaturen in der Größenordnung von bspw. 40 Kelvin über längere Zeit gespeichert werden kann, sowie durch eine relativ hohe Druckfestigkeit, die einen Speicherdruck in der Größenordnung von bspw. 350 bar ermöglicht. Insofern kombiniert ein solcher Kryo-Drucktank bzw. ein in der genannten Schrift offenbartes Verfahren die bis dato bekannten Speicher-Möglichkeiten für einen unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Betriebsstoff, nämlich einerseits unter hohem Druck unter Umgebungstemperatur im gasförmigen Zustand und andererseits tiefkalt im flüssigen Zustand. Die in der o. g. Schrift zitierte US 6 708 502 B1 erwähnt explizit diese beiden bis dato bekannten Alternativen.The cited document describes a method for filling a pressure accumulator provided for a cryogenic storage medium, in particular hydrogen, wherein the storage medium, which is referred to herein as operating material, is introduced in a supercritical state into a so-called cryopressure tank. Such a cryogenic pressure tank is characterized by extreme isolation from the environment, so that a cryogenic medium at temperatures of the order of, for example, 40 Kelvin can be stored there for a long time, as well as by a relatively high pressure resistance, which is a storage pressure in the Magnitude of, for example, 350 bar allows. In this respect, such a cryogenic pressure tank or a method disclosed in the cited document combines the hitherto known storage possibilities for a gaseous under ambient conditions operating material, namely on the one hand under high pressure below ambient temperature in the gaseous state and on the other hand cryogenic in the liquid state. The cited in the above scripture US Pat. No. 6,708,502 B1 explicitly mentions these two previously known alternatives.

Mit dem in der o. g. Schrift beschriebenen Verfahren kann eine größere Masse von Betriebsstoff in ein bestimmtes einem gewissen Speicher-Druck standhaltendes Tank-Volumen eingebracht werden als nach dem bis dahin bekannten Stand der Technik. Ein besonderer Vorteil des Befüllens und Speicherns eines Betriebsstoffes, insbesondere von Wasserstoff, im überkritischen Zustand in einem Kryo-Drucktank liegt darin, dass die Zeitspanne, während derer der vollständig befüllte Tank ohne gezielte Entnahme von Betriebsstoff zur Versorgung eines Verbrauchers stehen kann, ohne dass eine geringe Menge von Betriebsstoff abgeblasen werden muss, um einen unzulässigen Druckanstieg aufgrund des unvermeidbaren Wärmeeintrags in den Tank zu vermeiden (= sog. „Blow-off-Problematik”), gegenüber einer Betankung mit tiefkaltem flüssigem Betriebsstoff signifikant gesteigert werden kann.With the in the o. G. Scripture described method, a larger mass of fuel can be introduced into a certain a certain memory pressure-resistant tank volume than after the hitherto known prior art. A particular advantage of filling and storing an operating material, in particular of hydrogen, in the supercritical state in a cryogenic pressure tank is that the time span during which the completely filled tank can be used to supply a consumer without targeted removal of operating material low amount of fuel must be blown off in order to avoid an impermissible pressure increase due to the unavoidable heat input into the tank (= so-called "blow-off problem"), compared to a refueling with cryogenic liquid fuel can be significantly increased.

Ein weiterer Vorteil eines soweit beschriebenen Kryo-Drucktanks ist darin zu sehen, dass ein solcher wahlweise entweder mit einem sich im gasförmigen Zustand unter hohem Druck und einer Temperatur in der Größenordnung der Umgebungstemperatur befindenden Betriebsstoff oder mit Betriebsstoff der sich im tiefkalten überkritischen Zustand befindet, unter Druck befüllt werden kann. Im Falle von Wasserstoff als Betriebsstoff ist nämlich ein Vorhalten von Wasserstoff zur Befüllung eines Tanks in drei verschiedenen Zuständen grundsätzlich möglich, nämlich erstens als CGH2, nämlich als verdichteter („compressed”) gasförmiger Wasserstoff, zweitens als CcH2, nämlich als verdichterer kryogener („compressed cryogenic”) Wasserstoff und drittens als kryogener flüssiger Wasserstoff mit einem Druck in der Größenordnung des Umgebungsdrucks. Problemlos kann in einen Kryo-Drucktank sowohl Wasserstoff im erstgenannten Zustand als auch Wasserstoff im zweitgenannten Zustand eingebracht werden, wobei es unerheblich ist, in welchem Zustand der noch im Kryo-Drucktank befindliche Wasserstoff vorliegt. Ohne im jetzigen Zeitpunkt genau absehen zu können, in welche Richtung sich künftige Wasserstoff-Tanksysteme für Kraftfahrzeuge entwickeln werden und wie sich demzufolge auch die Infrastruktur für die Betankung von Wasserstoff, d. h. das Angebot von Tankstellen für Wasserstoff, künftig entwickeln wird, ist zu vermuten, dass für eine gewisse Zeit verschiedene Systeme nebeneinander bestehen werden. Ein Nutzer eines mit einem Kryo-Drucktank ausgerüsteten Kraftfahrzeugs kann dann unter Berücksichtigung der ihm zur Verfügung stehenden Möglichkeiten wahlweise CGH2 oder CcH2 in seinen Tank füllen, wobei sich die jeweils einbringbaren Mengen naturgemäß voneinander unterscheiden.Another advantage of a cryogenic pressure tank described so far is to be seen in the fact that such is either with a located in the gaseous state under high pressure and a temperature in the order of the ambient temperature operating fluid or with the operating fluid in the cryogenic supercritical state Pressure can be filled. Namely, in the case of hydrogen as operating substance, it is basically possible to store hydrogen for filling a tank in three different states, namely firstly as CGH2, namely as compressed gaseous hydrogen, secondly as CcH2, namely as more compressed cryogenic cryogenic ") hydrogen and thirdly as cryogenic liquid hydrogen with a pressure of the order of the ambient pressure. Both hydrogen in the first-mentioned state and hydrogen in the second-mentioned state can be introduced into a cryogenic pressure tank without difficulty, in which state the hydrogen still present in the cryopressure tank is insignificant. Without being able to foresee exactly in which direction future hydrogen tank systems for motor vehicles will develop and, consequently, also the infrastructure for the refueling of hydrogen, ie. H. the supply of hydrogen filling stations will evolve in the future, it can be assumed that different systems will co-exist for a certain time. A user of a motor vehicle equipped with a cryogenic pressure tank can then optionally fill CGH2 or CcH2 into his tank, taking into account the options available to him, whereby the amounts which can be introduced in each case naturally differ from one another.

Hiermit soll nun aufgezeigt werden, wie einem Nutzer hinsichtlich der aus der soeben geschilderten Flexibilität resultierenden Unsicherheit geholfen werden kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).This is intended to show how a user can be helped with regard to the uncertainty resulting from the flexibility just described (= object of the present invention).

Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Anzeigesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigesystem unter Berücksichtigung der im Kryo-Drucktank vorhandenen Betriebsstoff-Menge die möglichen Befüllmengen für Betriebsstoff im gasförmigen Zustand unter Umgebungstemperatur und für tiefkalten Betriebsstoff im überkritischen Zustand anzeigt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution to this problem is for a display system according to the preamble of claim 1, characterized in that the display system, taking into account the amount of fuel present in the cryogenic tank fuel quantity indicates the possible filling quantities for fuel in the gaseous state at ambient temperature and for cryogenic fuel in the supercritical state. Advantageous developments are content of the dependent claims.

In Kenntnis der im Kryo-Drucktank noch befindlichen Restmenge bzw. Rest-Masse von Betriebsstoff (im weiteren wird nur noch von Wasserstoff als Betriebsstoff gesprochen ohne die Erfindung hierauf beschränken zu wollen) soll dem Nutzer angezeigt werden, welche Menge von Wasserstoff für beide Fälle oder Möglichkeiten in den Tank eingebracht werden kann, nämlich die Menge von sich im gasförmigen Zustand unter hohem Druck und einer Temperatur in der Größenordnung der Umgebungstemperatur befindenden Betriebsstoff/Wasserstoff (CGH2) oder von sich im tiefkalten überkritischen Zustand unter Druck befindendem Betriebsstoff/Wasserstoff (CcH2). Die Anzeige der jeweils einbringbaren Menge kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen, nämlich bspw. in einer Gewichtsangabe oder in Form der mit der neu einbringbaren Menge erzielbaren Reichweite des Kraftfahrzeugs unter zusätzlicher Berücksichtigung des Durchschnittsverbrauchs über einer gewissen zurückliegenden Fahrtstrecke, oder auf andere dem Fachmann geläufige oder zumindest bekannte Weise.In knowledge of the still remaining in the cryogenic pressure tank residual amount or residual mass of fuel (hereinafter only spoken of hydrogen as fuel without the invention to be limited thereto) should be displayed to the user, which amount of hydrogen for both cases or Possibilities introduced into the tank can be, namely the amount of fuel / hydrogen (CGH2) in the gaseous state under high pressure and at a temperature of the order of the ambient temperature, or of fuel / hydrogen (CcH2) under pressure in the cryogenic supercritical state. The indication of the respective injectable amount can be carried out in different ways, namely, for example, in a weight or in the form of achievable with the newly recoverable amount range of the motor vehicle with additional consideration of the average consumption over a certain past distance, or other familiar to those skilled or at least known way.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Berücksichtigung der noch im Tank befindlichen Menge von Wasserstoff bei der Ermittlung der Anzeige der einbringbaren Mengen von CGH2 bzw. CcH2 keineswegs explizit erfolgen muss; vielmehr ist auch eine implizite Berücksichtigung möglich. Vorzugsweise wird die aktuell im Kryo-Drucktank noch vorhandene Menge von Wasserstoff (Betriebsstoff) aus den aktuellen Werten von Druck und Temperatur des im Tank gespeicherten Wasserstoffs/Betriebsstoffes abgeleitet. Hierzu können entsprechende Tabellen und/oder Formeln in einer elektronischen Steuereinheit, der die hierfür benötigten Werte in Form von Signalen von geeigneten Sensoren zugeführt werden, und die ein erfindungsgemäßes Anzeigesystem ansteuert, hinterlegt sein. Auch als wesentliche Eingangsgrößen für die Bestimmung der in den Tank jeweils einbringbaren Menge von CGH2 und CcH2 dienen unter Berücksichtigung von vorgegebenen Grenzwerten und beispielsweise des bekannten Zustandsdiagramms („Druck-Dichte-Diagramm”) des Betriebsstoffes bzw. Wasserstoffs, welches bspw. in der eingangs genannten Schrift als 1 ausschnittsweise dargestellt ist, die aktuellen Ist-Werte des/der im Speichervolumen des Kryo-Drucktanks herrschenden Drucks und Temperatur.It should be noted that the consideration of the amount of hydrogen still in the tank in the determination of the display of the injectable amounts of CGH2 or CcH2 by no means must be explicit; rather, an implicit consideration is possible. Preferably, the amount of hydrogen (fuel) still present in the cryogenic pressure tank is derived from the current values of pressure and temperature of the hydrogen / fuel stored in the tank. For this purpose, corresponding tables and / or formulas can be stored in an electronic control unit, which is supplied with the required values in the form of signals from suitable sensors, and which drives a display system according to the invention. Also serve as essential input variables for determining the amount of CGH2 and CcH2 which can be introduced into the tank, taking into account predetermined limit values and, for example, the known state diagram ("pressure-density diagram") of the operating substance or hydrogen, which, for example, in the beginning mentioned document as 1 is shown in sections, the current actual values of / in the storage volume of the cryopressure pressure and temperature prevailing.

Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann zusätzlich die verlustfreie mögliche Standzeit des Fahrzeugs, während derer ohne gezielte Entnahme zur Versorgung des Verbrauchers kein Abblasen von Betriebsstoff zur Verhinderung eines unzulässig hohen Druckaufbaus im Kryo-Drucktank erfolgen muss, angezeigt werden. Weiter oben wurde bereits die sog. Blow-off-Problematik erwähnt, die jedenfalls im Falle von kryogen unter überkritischem Druck gespeichertem Wasserstoff weiterhin besteht, wenngleich in einem gegenüber kryogen in flüssigem Zustand gespeichertem Wasserstoff signifikant geringerem Ausmaß. Insbesondere kann nicht nur die aktuell, d. h. ohne neuerliche Befüllung des Tanks verbleibende abblasfreie, d. h. verlustfreie mögliche Standzeit des Kraftfahrzeugs angezeigt werden, sondern auch diejenigen verlustfreien Standzeiten für den Fall des vollständigen Befüllens des Kryo-Drucktanks erstens mit Betriebsstoff im gasförmigen Zustand unter Umgebungstemperatur und zweitens mit tiefkaltem Betriebsstoff im überkritischen Zustand. Hiermit wird dem Fahrer die Möglichkeit gegeben, darüber zu entscheiden, ob eine vollständige Betankung im jeweiligen (bzw. jetzigen) Zeitpunkt unter Berücksichtigung der bevorstehenden Nutzung des Kraftfahrzeugs überhaupt sinnvoll ist. Dabei wird bei der Ermittlung der verlustfreien Standzeit vorzugsweise kein konstanter Wärmeeintrag in der Tank über dessen Isolationsschicht zugrunde gelegt, sondern es können aktuelle Werte nicht nur für die Umgebungstemperatur, sondern insbesondere für die aktuelle Isolationsgüte des Kryo-Drucktanks berücksichtigt werden, welche ihrerseits aus einer Modellberechnung anhand zurückliegender Erwärmungsvorgänge des im Tank gespeicherten Wasserstoffs, insbesondere ohne Entnahme einer Teilmenge, ermittelt werden oder ermittelt worden sein kann.In terms of an advantageous development, in addition, the loss-free possible service life of the vehicle, during which no targeted removal to supply the consumer no blowing off of fuel to prevent an inadmissibly high pressure build-up in the cryogenic pressure tank must be displayed. Earlier, the so-called blow-off problem has already been mentioned, which in any case continues to exist in the case of cryogenically stored hydrogen under supercritical pressure, although in a cryogenically stored liquid in a liquid state hydrogen significantly less extent. In particular, not only the current, d. H. remaining exhaust-free without re-filling the tank, d. H. loss-free possible life of the motor vehicle are displayed, but also those loss-free life in the event of complete filling of the cryogenic pressure tank first with fuel in the gaseous state below ambient temperature and secondly with cryogenic fuel in the supercritical state. Hereby, the driver is given the opportunity to decide whether a complete refueling in the respective (or current) time taking into account the imminent use of the motor vehicle makes sense at all. In determining the loss-free service life, preferably no constant heat input into the tank via its insulation layer is taken as the basis, but current values can be taken into account not only for the ambient temperature, but in particular for the current insulation quality of the cryopressure tank, which in turn results from a model calculation Based on previous heating processes of the hydrogen stored in the tank, in particular without removal of a subset, can be determined or determined.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007011742 A1 [0001] DE 102007011742 A1 [0001]
  • US 6708502 B1 [0002] US 6708502 B1 [0002]

Claims (4)

Anzeigesystem über den Füllzustand eines Kryo-Drucktanks eines Kraftfahrzeugs, in den ein Betriebsstoff, insbesondere Wasserstoff, wahlweise gasförmig unter hohem Druck, beispielsweise in der Größenordnung von 350 bar und einer Temperatur in der Größenordnung der Umgebungstemperatur, oder im tiefkalten überkritischen Zustand mit einer Temperatur geringfügig oberhalb der kritischen Temperatur unter Druck einbringbar und im Kryo-Drucktank speicherbar sowie aus diesem zur Versorgung eines Verbrauchers gezielt entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigesystem unter Berücksichtigung der im Kryo-Drucktank vorhandenen Betriebsstoff-Menge die möglichen Befüllmengen für Betriebsstoff im gasförmigen Zustand unter Umgebungstemperatur und für tiefkalten Betriebsstoff im überkritischen Zustand anzeigt.Display system on the filling state of a cryogenic pressure tank of a motor vehicle, in which a fuel, in particular hydrogen, optionally gaseous under high pressure, for example of the order of 350 bar and a temperature in the order of the ambient temperature, or in the cryogenic supercritical state with a temperature slightly can be introduced under pressure above the critical temperature and storable in the cryogenic pressure tank and can be removed therefrom to supply a consumer, characterized in that the display system, taking into account the amount of fuel present in the cryopressure tank, the possible filling quantities for fuel in the gaseous state Ambient temperature and for low-temperature fuel in the supercritical state. Anzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuell im Kryo-Drucktank vorhandene Betriebsstoff-Menge aus den aktuellen Werte von Druck und Temperatur des gespeicherten Betriebsstoffes abgeleitet wird.Display system according to claim 1, characterized in that the amount of fuel currently present in the cryopressure tank is derived from the current values of pressure and temperature of the stored fuel. Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die verlustfreie mögliche Standzeit des Fahrzeugs, während derer ohne gezielte Entnahme zur Versorgung des Verbrauchers kein Abblasen von Betriebsstoff zur Verhinderung eines unzulässig hohen Druckaufbaus im Kryo-Drucktank erfolgen muss, angezeigt wird.Display system according to claim 1 or 2, characterized in that in addition the loss-free possible service life of the vehicle, during which no targeted removal to supply the consumer no blowing off of fuel to prevent an inadmissibly high pressure build-up in the cryogenic pressure tank must be displayed. Anzeigesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verlustfreie Standzeit für den Fall des vollständigen Befüllens des Kryo-Drucktanks mit Betriebsstoff im gasförmigen Zustand unter Umgebungstemperatur und mit tiefkaltem Betriebsstoff im überkritischen Zustand angezeigt wird.A display system according to claim 3, characterized in that the lossless life is displayed in the case of complete filling of the cryopressure tank with fuel in the gaseous state at ambient temperature and with cryogenic fuel in the supercritical state.
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