DE102012220292A1 - Verfahren zum Bestimmen der in einem Drucktank oder Kryodrucktank eines Kraftfahrzeugs verfügbaren Kraftstoff-Restmenge - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen der in einem Drucktank oder Kryodrucktank eines Kraftfahrzeugs verfügbaren Kraftstoff-Restmenge Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Restreichweite eines mit einem Drucktank oder Kryodrucktank für die Kraftstoff-Speicherung ausgerüsteten Kraftfahrzeugs aus einem geeigneten Schätzwert für den Kraftstoff-Verbrauch und der noch verfügbaren Kraftstoff-Restmenge, welche aus dem mittels eines tankinternen oder stromauf einer in einer Kraftstoff-Entnahmeleitung befindlichen Druck-Reduziervorrichtung vorgesehen Drucksensors ermittelten Druck und der Temperatur des im Tank gespeicherten Kraftstoffs bestimmt wird. Es kann dann, wenn die mittels des Druck-Messwerts des besagten Drucksensors ermittelte Restmenge geringer als die mittels des Druck-Messwerts eines in der Kraftstoff-Entnahmeleitung stromab der Druck-Reduziervorrichtung vorgesehenen Drucksensors ermittelte Restmenge ist, die zuletzt genannte Restmenge verwendet werden, oder es kann dann, wenn sich aus der Restmengen-Bestimmung mittels des stromauf der Druck-Reduziervorrichtung ermittelten Druckwertes eine Restreichweite von „Null” ergibt, die von da ab bis zu einer Wiederbefüllung des Tanks zurückgelegte Fahrtstrecke bei der künftigen Bestimmung der verfügbaren Restmenge aus den Messwerten des stromauf der Druck-Reduziervorrichtung vorgesehenen Drucksensors zur Steigerung der Genauigkeit künftiger Bestimmungen berücksichtigt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Restreichweite eines mit einem Drucktank oder Kryodrucktank für die Kraftstoff-Speicherung ausgerüsteten Kraftfahrzeugs oder der im Tank noch verfügbaren Kraftstoff-Restmenge, wobei die Restreichweite aus einem geeigneten Schätzwert für den Kraftstoff-Verbrauch und der noch verfügbaren Kraftstoff-Restmenge bestimmt wird und die noch verfügbare Kraftstoff-Restmenge aus dem mittels eines tankinternen oder stromauf einer in einer Kraftstoff-Entnahmeleitung befindlichen Druckreglers vorgesehen Druck-Reduziervorrichtung ermittelten Druck und der Temperatur des im Tank gespeicherten Kraftstoffs bestimmt wird. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 196 53 048 A1 und zur Technologie der Kryodruck-Speicherung auf die DE 10 2007 011 530 A1 sowie den darin zitierten Stand der Technik verwiesen.
  • In der letztgenannten Schrift ist ein Verfahren zum Befüllen eines für ein tiefkaltes Speichermedium, insbesondere Wasserstoff, vorgesehenen Druckspeichers beschrieben, wobei das Speichermedium, welches vorliegend Wasserstoff ist, in überkritischem Zustand in einen sog. Kryo-Drucktank eingebracht wird. Ein solcher Kryo-Drucktank zeichnet sich durch extreme Isolation mit einer Vakuum-Isolationsschicht gegenüber der Umgebung aus, so dass hierin ein kryogenes Medium bzw. kryogener Wasserstoff 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 oder Kraftstoff eines Kraftfahrzeugs, nämlich einerseits unter hohem Druck unter Umgebungstemperatur im gasförmigen Zustand und andererseits tiefkalt im flüssigen (bzw. nach der DE 10 2007 011 530 A1 im überkritischen) Zustand. Die in der o. g. Schrift zitierte US 6 708 502 B1 erwähnt explizit die beiden bis dato bekannten Alternativen der Speicherung im gasförmigen Zustand unter hohem Druck einerseits oder im flüssigen Zustand bei allenfalls minimalem Überdruck andererseits.
  • Sowohl an einem Drucktank, in dem Wasserstoff oder allgemein ein Kraftstoff in gasförmigem Zustand unter Druckwerten bis zu 700 bar gespeichert wird, als auch bei Kryodrucktanks mit demgegenüber heute noch geringeren maximalen Speicherdrücken in der Größenordnung von 300 bar, die mit Wasserstoff in überkritischem Zustand befüllt werden, kann die im Tank befindliche bzw. gespeicherte Kraftstoff-Masse relativ einfach aus den aktuellen Werten von Druck und Temperatur des gespeicherten Kraftstoffs bestimmt werden. Hierfür muss also (theoretisch „nur”) ein ausreichend genauer Druck-Sensor sowie ein ausreichend genauer Temperatur-Sensor im Speichervolumen des Tanks installiert sein, deren Messwerte nach außen an eine elektronische Recheneinheit übermittelt werden, wo dann durch einfache Berechnung der aktuelle Füllstand und somit die verfügbare Kraftstoff-Restmenge bestimmt werden kann.
  • Während die Messgenauigkeit von Temperatur-Sensoren relativ hoch ist, sind heutige unter vertretbaren Kosten darstellbare Drucksensoren, die in der Lage sind, Druckwerte in der Größenordnung von 300 bar bis 700 bar zu messen, dann, wenn es um die Messung von erheblich niedrigeren Druckwerten in der Größenordnung von bspw. 5 bar bis 20 bar geht, relativ ungenau. Solche niedrige Druckwerte herrschen aber in einem Drucktank oder Kryodrucktank, wenn dieser relativ leer ist, und auch dann ist eine möglichst exakte Druckmessung grundsätzlich erwünscht, um die verfügbare Restmenge und somit die mögliche Reichweite, die das Kraftfahrzeug mit dieser Restmenge noch zurücklegen kann, möglichst genau ermitteln und angeben zu können.
  • Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Eine erste Lösung dieser Aufgabe ist für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die mittels des Druck-Messwerts des besagten Drucksensors ermittelte Restmenge geringer als die mittels des Druck-Messwerts eines in der Kraftstoff-Entnahmeleitung stromab der besagten Druck-Reduziervorrichtung vorgesehenen Drucksensors ermittelte Restmenge ist, die zuletzt genannte Restmenge verwendet wird, nämlich die mittels des Druck-Messwerts des in der Kraftstoff-Entnahmeleitung stromab der Druck-Reduziervorrichtung vorgesehenen Drucksensors ermittelte Restmenge. Eine weitere Lösung sowie eine vorteilhafte Weiterbildung der ersten Lösung werden an späterer Stelle beschrieben.
  • Im Rahmen der vorgeschlagenen ersten Lösung macht sich die vorliegende Erfindung die Erkenntnis zunutze, dass das Druckniveau des aus dem Drucktank oder Kryodrucktank entnommenen Kraftstoffs auf ein für den Verbraucher dieses Kraftstoffs geeignetes Druckniveau reduziert wird, und zwar mittels eines Druckreglers, der in den Patentansprüchen verallgemeinert als Druck-Reduziervorrichtung bezeichnet ist. Eine solche Druck-Reduziervorrichtung bzw. ein solcher Druckregler (dieser kürzere Begriff wird im weiteren verwendet, ohne hierdurch eine Beschränkung auf eine Druck-Reduziervorrichtung genau dieser Art ausdrücken zu wollen) reduziert den Druck des aus dem Tank entnommenen Kraftstoffs bzw. Wasserstoffs auf einen sogenannten Arbeitsdruck von beispielsweise 10 bar, jedenfalls solange im Tank ein Druck herrscht, der höher als dieser Arbeitsdruck ist. Sobald der Druck im Tank aufgrund weiterer Entnahme von Kraftstoff auf einen Wert unterhalb des besagten Arbeitsdrucks (der Druck-Reduziervorrichtung) abgefallen ist, kann ein Verbraucher, der über die Entnahmeleitung, in welcher üblicherweise der genannte Druckregler angeordnet ist, mit Kraftstoff aus dem Tank versorgt wird, zwar noch betrieben werden, gegebenenfalls jedoch mit verringerter Leistung. Nichtsdestotrotz strömt dann in der Entnahmeleitung stromab des Druckreglers Kraftstoff bzw. liegt dort mit einem Druck vor, mit welchem annähernd er aus dem Tank entnommen wurde. Folglich ist stromab des Druckreglers ein Druckwert messbar, der im wesentlichen dem Druck des im Tank gespeicherten Kraftstoffs entspricht, wenn letztgenannter Druck geringer ist als der besagte Arbeitsdruck des Druckreglers. Ein Drucksensor, der in der Entnahmeleitung stromab des Druckreglers angeordnet ist muss aber lediglich einem relativ geringem Maximaldruck, nämlich dem Arbeitsdruck des Druckreglers (also den weiter oben beispielhaft genannten 10 bar) standhalten. Die Messgenauigkeit eines solchen Drucksensors ist in diesem Messbereich relativ niedrigen Drucks aber wesentlich höher als diejenige eines Drucksensors, der einem wesentlich höherem Druck in der Größenordnung von 700 bar standhalten müsste. Auf diesen Überlegungen baut folglich der erfindungsgemäße Vorschlag auf, nämlich dann, wenn die mittels des Druck-Messwerts des stromauf des Druckreglers vorgesehenen Drucksensors ermittelte Restmenge geringer ist als die mittels des Druck-Messwerts eines in der Kraftstoff-Entnahmeleitung stromab des besagten Druckreglers vorgesehenen Drucksensors ermittelte Restmenge ist, die zuletzt genannte und jüngste ermittelte Restmenge (berechnet aus einer geeigneten Temperatur des Kraftstoffs und dem stromab des Druckreglers gemessenen Druck) als die im Tank befindliche Ist-Restmenge zu verwenden, sowie gegebenenfalls hieraus eine Restreichweite des Fahrzeugs zu ermitteln. Selbstverständlich kann dabei ein gewisser Druckabfall über dem Druckregler mittels einer geeigneten Korrektur berücksichtigt werden.
  • Neben einer geeigneten Korrektur für über dem Druckreger anfallende Druckverluste, die beispielse in Abhängigkeit von der Durchström-Menge als Kennlinie hinterlegt sein können, kann auch eine Änderung der Temperatur des Kraftstoffs auf dem Weg vom Tank zum Drucksensor stromab des Druckreglers insbesondere auch aufgrund des Joule-Thomson-Effekts über zumindest eine geeignete Korrekturrechnung oder Korrekturgröße, welche durch ein Modell oder durch Messung ermittelt wird, geeignet berücksichtigt werden. Im einfachsten Fall kann hierfür die Temperatur des Kraftstoffs im Bereich des (zweiten) Drucksensors stromab des Druckreglers gemessen werden; andere Möglichkeiten zur Temperatur, nämlich bspw. über Modellrechnungen oder dgl. sind aber auch möglich.
  • Es kann aber die hier vorgeschlagene quasi „Ersatz-Ermittlung” der im Tank befindlichen Kraftstoff-Restmenge aus der Temperatur des Kraftstoffs und dem Kraftstoffdruck stromab einer Druck-Reduziervorrichtung nicht nur in einem aktuell vorliegenden Fall durchgeführt werden, sondern es kann das so ermittelte Ergebnis auch genutzt werden, um die Genauigkeit in der künftigen Ermittlung der Restmenge von Kraftstoff (und/oder der Restreichweite eines entsprechenden Fahrzeugs) zu steigern. Mit denjenigen Druckwerten, die der stromab des Druckreglers vorgesehene Drucksensor ermittelt kann durch Vergleich mit den zeitlich im wesentlichen gleichzeitig ermittelten Druckwerten des stromauf des Druckreglers vorgesehenen Drucksensors letzterer, d. h. der stromauf des Druckreglers vorgesehene Drucksensor für den betreffenden Messbereich quasi geeicht werden. Geeignete Korrekturwerte können elektronisch ermittelt und in einer elektronischen Steuereinheit hinterlegt werden.
  • Einfacher als soweit beschrieben kann das praktische gleiche Prinzip auch ohne einen stromab des Druckreglers (bzw. der Druck-Reduziervorrichtung) vorgesehenen Drucksensor zur genaueren Bestimmung der Kraftstoff-Restmenge oder Restreichweite des Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 genutzt werden, indem dann, wenn sich aus einer Restmengen-Bestimmung unter Verwendung des mittels des vor oder stromauf der Druck-Reduziervorrichtung ermittelten Druckwertes eine Restmenge oder Restreichweite von nahezu „Null” ergibt, die von da ab noch bis zu einer Wiederbefüllung des Tanks zurückgelegte Fahrtstrecke oder die bis dahin durch eine Verbrauchsrechnung ermittelte Ist-Restmenge bei der künftigen Bestimmung der verfügbaren Restmenge aus den Messwerten des stromauf der Druck-Reduziervorrichtung vorgesehenen Drucksensors geeignet berücksichtigt wird.
  • Im übrigen kann das erfindungsgemäße Verfahren kann man auch dazu verwendet werden, die Drift mehrerer Temperatursensoren zumindest annähernd zu eliminieren. Wenn nämlich der Druck im Tank nahezu gleich dem Druck stromab des besagten Druckreglers ist und ein ausreichend großer Massenstrom von aus dem Tank entnommenen Kraftstoff vorliegt, so können die Temperatur-Messwerte der verschiedenen Temperatursensoren, nämlich im Tank sowie in der Entnahmeleitung stromauf und stromab des Druckreglers untereinander abgeglichen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19653048 A1 [0001]
    • DE 102007011530 A1 [0001, 0002]
    • US 6708502 B1 [0002]

Claims (4)

  1. Verfahren zum Bestimmen der Restreichweite eines mit einem Drucktank oder Kryodrucktank für die Kraftstoff-Speicherung ausgerüsteten Kraftfahrzeugs oder der im Tank noch verfügbaren Kraftstoff-Restmenge, wobei die Restreichweite aus einem geeigneten Schätzwert für den Kraftstoff-Verbrauch und der noch verfügbaren Kraftstoff-Restmenge bestimmt wird und die noch verfügbare Kraftstoff-Restmenge aus dem mittels eines tankinternen oder stromauf einer in einer Kraftstoff-Entnahmeleitung befindlichen Druck-Reduziervorrichtung vorgesehen Drucksensors ermittelten Druck und der Temperatur des im Tank gespeicherten Kraftstoffs bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die mittels des Druck-Messwerts des besagten Drucksensors ermittelte Restmenge geringer als die mittels des Druck-Messwerts eines in der Kraftstoff-Entnahmeleitung stromab der besagten Druck-Reduziervorrichtung vorgesehenen Drucksensors ermittelte Restmenge ist, die zuletzt genannte Restmenge verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Änderung der Temperatur des Kraftstoffs und/oder ein Drucklabfall über dem Druckregler durch zumindest eine geeignete Korrekturgröße, die durch ein Modell oder durch Messung ermittelt wird, berücksichtigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mittels des stromab des Druckreglers vorgesehenen Drucksensors bestimmten Werte für die verfügbare Kraftstoff-Restmenge verwendet werden, um die Genauigkeit der künftigen Bestimmung der verfügbaren Restmenge aus den Messwerten des stromauf der Druck-Reduziervorrichtung vorgesehenen Drucksensors zu steigern.
  4. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn sich aus dieser Restmengen-Bestimmung unter Verwendung des mittels des vor oder stromauf der Druck-Reduziervorrichtung ermittelten Druckwertes eine Restmenge oder Restreichweite von nahezu „Null” ergibt, die von da ab bis zu einer Wiederbefüllung des Tanks zurückgelegte Fahrtstrecke oder die bis zu einer Wiederbefüllung durch eine Verbrauchsrechnung ermittelte Ist-Restmenge bei der künftigen Bestimmung der verfügbaren Restmenge aus den Messwerten des stromauf der Druck-Reduziervorrichtung vorgesehenen Drucksensors zur Steigerung der Genauigkeit künftiger Bestimmungen berücksichtigt wird.
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