DE102015203702A1 - Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters sowie Kraftfahrzeug mit einem kryogenen Druckbehälter - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters sowie Kraftfahrzeug mit einem kryogenen Druckbehälter Download PDF

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters 100, umfassend die Schritte: – Ermitteln der zeitlichen Veränderungsrate der Dichte ρ eines Fluids F, das in einem Innenbehälter 110 des kryogenen Druckbehälters 100 gespeichert ist; und – Ermitteln der zeitlichen Veränderungsrate der im Innenbehälter 110 gespeicherten Wärmemenge Q, wenn die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des Fluids F kleiner als ein Grenzwert rh. o ist.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters sowie Kraftfahrzeug mit einem kryogenen Druckbehälter
  • Kryogene Druckbehälter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter sowie einen diesen unter Bildung eines superisolierten (z. B. evakuierten) (Zwischen)Raumes umgebenden Außenbehälter. Kryogene Druckbehälter werden bspw. für Kraftfahrzeuge eingesetzt, in denen ein unter Umgebungsbedingungen gasförmiger Kraftstoff tiefkalt und somit im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand im Wesentlichen also mit gegenüber den Umgebungsbedingungen deutlich höherer Dichte gespeichert wird. Solche Kraftstoffe, beispielsweise Wasserstoff oder komprimiertes Erdgas, werden bspw. bei Temperaturen von ca. 30 K bis 360 K in den kryogenen Druckbehältern gespeichert. Die Druckbehälter bedürfen daher einer extrem guten thermischen Isolation, um den unerwünschten Wärmeeintrag in das kryogen gespeicherte Medium so weit wie möglich zu verhindern. Es sind daher hochwirksame Isolationshüllen (z. B. Vakuumhüllen) vorgesehen. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 einen solchen Druckbehälter.
  • Die Wärmeisolation kann altern bzw. degradieren. Ist die Wärmeisolation des Druckbehälters unzureichend oder ist die Wärmeisolation beschädigt, erwärmt sich der gespeicherte Kraftstoff langsam. Dabei steigt zeitgleich der Druck im Druckbehälter langsam an. Wird ein Grenzdruck überschritten, so muss der Kraftstoff über geeignete Sicherheitseinrichtungen entweichen, um eine Schädigung des kryogenen Druckbehälters zu vermeiden. Hierzu kommt beispielsweise ein sogenanntes Blow-Off Management-System bzw. Boil-Off-Management-System (nachstehend: BMS) zum Einsatz. Diese Systeme lassen ein Entweichen von Kraftstoff zu, wobei der abgelassene Kraftstoff beispielsweise in einem Katalysator umgesetzt wird. Ferner werden zusätzlich mechanische Sicherheitseinrichtungen wie z. B. Sicherheitsventile (SVT) bzw. Überdruckventile und Bestscheiben verwendet, die dem BMS funktional nachgelagert den Kraftstoff freisetzen können.
  • Wird ein Druckbehälter trotz degradierter Wärmeisolation mit der maximalen Speicherdichte eines unbeschädigten Druckbehälters betrieben, so werden nach und nach die vorgenannten Sicherheitseinrichtungen aktiv. Sofern der abgelassene Kraftstoff nicht durch das BMS umgesetzt werden kann, wird der Kraftstoff ungenutzt und nicht umgesetzt/umgewandelt in die Umgebung abgelassen. Es könnte dann ein explosives oder zumindest brandfähiges Gemisch entstehen. Die Nutzung des Fahrzeugs mit defekter Wärmeisolation sollte daher unterbleiben und der Druckbehälter sollte umgehend ausgetauscht werden. Je nach Beschädigung der Wärmeisolation ist es erforderlich, das Fahrzeug augenblicklich stillzulegen, ohne dass die nächste Servicewerkstatt noch angefahren werden kann. Derzeit erfolgt jedoch keine regelmäßige Auswertung/Überprüfung der Wärmeisolation.
  • Der DE 10 2012 204 820 A1 ist zu entnehmen, dass durch kontinuierliche Messung von Druck und Temperatur im Innentank eine Bestimmung der Vakuumgüte möglich ist. Um verlässliche Prognosen (über die verlustfreie Speicherzeit) zu erstellen, ist es wünschenswert, besonders genaue Rückschlüsse auf die Isolation ziehen zu können.
  • Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, einen kryogenen Druckbehälter zu verbessern bzw. eine alternative Ausgestaltung bereitzustellen. Es ist beispielsweise eine Aufgabe, ein Fahrzeug mit einem kryogenen Druckbehälter sicherer zu betreiben. Ferner soll bevorzugt das Liegenbleiben des Fahrzeuges oder das unerwünschte Ablassen von Brennstoff in die Umgebung verringert bzw. vermieden werden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Patentansprüche stellen bevorzugte Ausführungen dar.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug umfasst einen oder mehrere kryogene Druckbehälter. Der kryogene Druckbehälter ist beispielsweise ein kryogener Druckbehälter wie er im einleitenden Teil beschrieben worden ist. Insbesondere ist er geeignet Kraftstoff, bevorzugt Wasserstoff, im kryogenen Bereich, also bevorzugt im Auslegungs- bzw. Betriebstemperaturfenster von ca. 30 K bis ca. 360 K, besonders bevorzugt im Temperaturfenster von ca. 40 K bis ca. 330 K zu speichern. Bevorzugt speichert der kryogene Druckbehälter den Kraftstoff gleichzeitig in einem Druckbereich von ca. 5 bar bis ca. 1000 bar, bevorzugt in einem Druckbereich von ca. 5 bar bis ca. 700 bar, und besonders bevorzugt von ca. 20 bar bis ca. 350 bar.
  • Der kryogene Druckbehälter umfasst u. a. einen ein Fluid speichernden Innenbehälter sowie einen Außenbehälter, der den Innenbehälter umgibt. Der Innenbehälter ist möglichst wärmeisoliert im Außenbehälter gehaltert. Eine Wärmeisolation V ist zumindest bereichsweise zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter angeordnet. Der Begriff „Wärmeisolation” umfasst hier neben einer idealen bzw. perfekten Isolation ebenfalls eine Wärmedämmung, bei der noch ein geringer Wärmeaustausch stattfindet. Der Wärmeaustausch kann jeglicher Art sein, beispielsweise Wärmeleitung, Wärmestrahlung, Wärmekonvektion, etc. Die Wärmeisolation V kann beispielsweise als ein evakuierter Raum V ausgebildet sein.
  • Ferner kann mindestens ein (bevorzugt zwei) Sensor(en) zur Überwachung der Wärmeisolation V am oder im Innenbehälter vorgesehen sein. Die mindestens zwei Sensoren können den Fluiddruck und die Fluidtemperatur im Innenbehälter messen. Aus diesen Größen lassen sich die Fluiddichte und der Wärmestrom in den Innenbehälter berechnen.
  • Das Kraftfahrzeug umfasst ferner eine oder mehrere Steuerung(en). Zumindest eine Steuerung ist ausgebildet, die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des Fluids F zu ermitteln, das in dem Innenbehälter des kryogenen Druckbehälters gespeichert ist. Ferner ist die zumindest eine Steuerung ausgebildet, die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge Q zu ermitteln, wenn die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des Fluids F kleiner als ein Grenzwert ρ . ist.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters eines Kraftfahrzeuges, umfassend die Schritte:
    • – Ermitteln der zeitlichen Veränderungsrate der Dichte ρ eines Fluids F, das in einem Innenbehälter des kryogenen Druckbehälters gespeichert ist; und
    • – Ermitteln der zeitlichen Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge Q, wenn die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des Fluids F kleiner als ein Grenzwert ρ . ist.
  • Bevorzugt ist die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ gleich null oder so gering, dass sie bei der Berechnung der zeitlichen Veränderungsrate der Wärmemenge Q vernachlässigt werden kann. Mit der hier offenbarten Technologie ist es vorteilhaft möglich, mit einfachen Mitteln verlässlich die Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters anhand der zeitlichen Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge Q zu ermitteln, da diese zeitliche Veränderungsrate der Wärmemenge Q direkt ein Maß für die Isolationsgüte ist. Die Isolationsgüte entspricht der zeitlichen Änderung der Wärmemenge. Da zur Ermittlung nur Veränderungsraten der Wärmemenge Q herangezogen werden, bei denen Dichteänderungen einen geringen Einfluss haben, werden mit einfachen Mitteln genauere Ergebnisse erhalten.
  • Während der Bestimmung der Isolationsgüte bzw. der zeitlichen Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge Q wird bevorzugt kein Fluid F aus dem Innentank über den Hauptfluidauslass (d. h. nicht über eine Sicherheitseinrichtung) entnommen oder hinzugefügt. Ferner bevorzugt wird die Menge an Fluid F des Innentanks nicht über mindestens eine Sicherheitseinrichtung reduziert, wenn die Isolationsgüte bestimmt wird. Die Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge Q kann beispielsweise ermittelt werden, während das Fahrzeug geparkt ist, weil dann in der Regel über einen längeren Zeitraum kein Fluid F dem Innentank entnommen oder hinzugefügt wird. Beim Parken ist also ein Entnehmen und/oder Hinzufügen (z. B. tanken) von Fluid durch den Fluidhauptauslass zu vermeiden.
  • Die Ermittlung der zeitlichen Veränderungsrate der Dichte ρ kann anhand von Druck- und Temperaturmessungen im Innentank erfolgen.
  • Bevorzugt wird die Isolationsgüte bestimmt, indem zu Beginn eines Parkvorgangs und am Ende eines Parkvorgangs die Temperatur und der Druck im Innentank gemessen werden. Aus diesen Werten kann die Dichte des Fluids im Innentank zu Beginn und am Ende des Parkvorgangs bestimmt werden. Aus diesen Dichtewerten kann dann die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ermittelt werden.
  • Zu Beginn des Parkvorgangs bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Fahrzeug abgestellt ist und der Betrieb des Fahrzeugs eingestellt wurde, so dass kein Fluidverbraucher dem Innentank Fluid entnimmt. Die Messung von Temperatur und Druck im Innentank zu Beginn des Parkvorgangs kann auch zeitlich verzögert durchgeführt werden und beispielsweise erst wenige Minuten nach dem Abschalten des Fahrzeugs starten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Brennstoffzellensystem nach dem Abschalten noch weiter betrieben wird, um die Restfeuchte der Brennstoffzelle zu verringern (auch „Blow-Down oder Nachlauf genannt).
  • Das Ende des Parkvorgangs ist hierbei ein Zeitpunkt kurz bevor ein Fluidverbraucher (wieder) aus dem Innentank Fluid entnimmt. Die Messung von Temperatur und Druck im Innentank am Ende des Parkvorgangs kann zeitlich auch früher durchgeführt werden und beispielsweise bereits beginnen, wenn ein Fahrzeugführer das Signal zum Entriegeln der Zentralverriegelung auslöst.
  • Bevorzugt wird die Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge Q gespeichert. Ferner bevorzugt wird die Temperatur T und der Druck p des im Innenbehälter gespeicherten Fluids F zu Beginn eines Parkvorgangs und am Ende des Parkvorgangs gespeichert. Hierzu können verschiedenste Speichermedien zum Einsatz kommen.
  • Bevorzugt verstreicht zwischen der Messung zu Beginn des Parkvorgangs und der Messung am Ende des Parkvorgangs mindestens 5 Stunden, ferner bevorzugt mindestens 10 Stunden, und besonders bevorzugt mindestens 24 Stunden.
  • In einer Ausführungsform ist die Druckbehältersteuerung zwischen den Messungen ausgeschaltet.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines kryogenen Druckbehälters eines Kraftfahrzeuges, umfassend den Schritt: Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters mit dem hier gezeigten Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters.
  • Ferner umfasst das Verfahren die Schritte:
    • – Ermitteln der Reduktions-Zeit tred, die verbleibt, bis zumindest ein Teil der Menge an Fluid F durch eine Sicherheitseinrichtung genutzt oder ungenutzt reduziert werden muss, damit der Druck im Innenbehälter nicht über einen Innenbehälterdruckgrenzwert Pgrenz ansteigt; und/oder
    • – Ermitteln der Ablass-Zeit tab, die verbleibt, bis zumindest ein Teil der Menge an Fluid F durch eine Sicherheitseinrichtung insbesondere ungenutzt und nicht umgesetzt bzw. nicht umgewandelt in die Umgebung abgelassen werden muss, damit der Druck im Innenbehälter nicht über einen Innenbehälterdruckgrenzwert Pgrenz ansteigt.
  • Sicherheitseinrichtungen sind dabei die Einrichtungen, die Fluid reduzieren und so eine Schädigung des kryogenen Druckbehälters vermeiden. Hierzu kommt beispielsweise das bereits beschriebene Blow-Off Management-System bzw. Boil-Off-Management-System (nachstehend: BMS) zum Einsatz. Ferner können die Sicherheitseinrichtungen als Sicherheitsventile (nachstehend: SVT) bzw. Überdruckventile und Bestscheiben ausgestaltet sein, die in der Regel dem BMS funktional nachgelagert den Kraftstoff nicht umgesetzt bzw. umgewandelt freisetzen bzw. ablassen können. Der Begriff „Sicherheitseinrichtung” ist hier nicht auf den fehlerhaften Betrieb des Druckbehälters/Kraftfahrzeuges beschränkt, sondern umfasst auch den BMS-Betrieb währen des fehlerfreien Betriebs des Speichersystems. Der Begriff „reduzieren” umfasst jede Form der Verringerung des Fluids im Behälter. Das nicht umsetzende bzw. umwandelnde Ablassen in die Umgebung ist beispielsweise eine Form der Reduktion. Eine weitere Form ist das Umsetzen/Umwandeln von Fluid (z. B: Wasserstoff) in etwas nicht oder schwer brennbares. Bevorzugt ist die Reduktions-Zeit tred, die Zeit, die verbleibt, bis zumindest ein Teil der Menge an Fluid F durch ein BMS genutzt oder ungenutzt umgewandelt werden muss.
  • Vorteilhaft wird die Veränderungsrate der im Innenbehälter 110 gespeicherten Wärmemenge Q in einem adaptiven Kennfeld gespeichert. Da sich die Isolationsfunktion mit der Zeit ändert (schlechter wird), können dann Betriebsfunktionen, welche den Wärmeeintrag zur Berechnung nutzen (z. B. Bestimmung der verlustfreien Standzeit) immer auf einen aktuellen Wärmeeintragswert zurückgreifen, wenn dieser nach der Messung abgespeichert wird. Da der Wärmeeintragswert von der Tanktemperatur abhängig ist, ergibt sich ein Wärmeeintragskennfeld, das in Abhängigkeit der Betankungstemperaturen immer aktualisiert (adaptiert) wird.
  • Bevorzugt wird die Reduktions-Zeit tred und/oder die Ablass-Zeit tab dem Fahrer und/oder einem Dritten mitgeteilt. Mitteilen umfasst dabei jede Form der Kommunikation wie beispielsweise eine visuelle Rückmeldung über eine Textanzeige. Der Fahrer kann dann also sehen, ob im beabsichtigen Parkintervall Fluid aus dem Druckbehälter reduziert/abgelassen wird oder nicht. Der Fahrer kann also einerseits einen geeigneten Abstellort (z. B. nicht in der Garage) oder eine geeignete Abstellzeit auswählen oder rechtzeitig eine Service-Werkstatt aufsuchen. Ferner kann ein Dritter, beispielsweise eine Service-Werkstatt, direkt informiert werden. Sowohl der Fahrzeugführer als auch ein Dritter können beispielsweise auf telemetrischem Weg, wie es beispielsweise in der DE 10 2012 210 137 A1 gezeigt ist, über den Zustand des Druckbehälters informiert werden, insbesondere über die vorgenannten verbleibenden Zeiten tred, tab. Ein Liegenbleiben kann vermieden werden. Zusammen mit den Informationen über den Druckbehälter können ferner gleichzeitig Geodaten über den Abstellort mit übertragen werden. Ist anhand der übermittelten Daten ersichtlich, dass eine Isolationsgüte so stark degradiert ist, dass für die Situation oder Umgebung zu hohe Fluidkonzentrationen abgelassen werden müssen, könnte ein Dritter, beispielsweise eine Leitstelle, Gegenmaßnahmen einleiten oder Rettungskräfte an einer Unfallstelle informieren.
  • Ferner umfasst die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zum Betrieb eines kryogenen Druckbehälters mit den Schritten:
    • – Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters mit dem hier gezeigten Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters, und
    • – Benachrichtigen des Fahrers und/oder einen Dritten, falls die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge Q oberhalb eines ersten Grenzwertes Q .1 liegt, und/oder
    • – Einschränken der Fahrzeugfunktion, falls die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge oberhalb eines zweiten Grenzwertes Q .2 liegt
  • Der erste Grenzwert Q .1 kann beispielsweise so gewählt sein, dass oberhalb dieses Wertes bereits von einer nicht tolerierbaren Degradation der Isolation ausgegangen werden kann, die in einer Service-Werkstatt behoben werden sollte. Dies kann beispielsweise dem Fahrzeugführer angezeigt werden. Evtl. kann auch die Service-Werkstatt auf telemetrischem Weg (vgl. DE 10 2012 210 137 A19 ) informiert werden. Der zweite Grenzwert Q .2 kann so gewählt sein, dass beim Überschreiten von Q .2 bereits von einer deutlichen Fehlfunktion ausgegangen werden muss. Insbesondere zusätzlich zur Information über die Fehlfunktion kann überdies die Fahrzeugfunktion eingeschränkt werden, beispielsweise indem das Fahrzeug nicht mehr in geschlossenen Parkhäusern oder Tunneln einfahren darf und/oder die maximale Betankungsdichte auf eine unkritische Dichte beschränkt wird und/oder das Fahrzeug nicht mehr in Betrieb genommen werden darf.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 den prinzipiellen Aufbau eines kryogenen Druckbehälters 100, und
  • 2 und 3 schematisch das Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte.
  • Der in 1 dargestellte kryogene Druckbehälter 100 ist an seinen beiden Enden an der Fahrzeugkarosserie 50 montiert. Der Außenbehälter 120 grenzt den kryogenen Druckbehälter 100 gegenüber der Umgebung ab. Etwaige zusätzliche Komponenten des kryogenen Druckbehälters (z. B. Wärmetauscher) sind in dieser vereinfachten Darstellung weggelassen worden. Der Innenbehälter 110 ist beabstandet vom Außenbehälter 120 im Außenbehälter 120 angeordnet. Der hier dargestellte Innenbehälter 110 umfasst an seinen beiden Enden Dome. Zwischen dem Innenbehälter 110 und dem Außenbehälter 120 befindet sich ein weitgehend evakuierter bzw. superisolierter Raum V. Der Innenbehälter 110 ist an seinen Domen über eine Aufhängung mit dem Außenbehälter 120 verbunden. An einem Ende des Innenbehälters 110 ist eine Leitung 200 mit dem Innenbehälter 110 verbunden. Durch die Leitung 200 wird der Innenbehälter 110 betankt und dem Innenbehälter 110 Fluid F für die Verbraucher, beispielsweise eine Brennstoffzelle oder eine Brennkraftmaschine, entnommen. Im Inneren des Innenbehälters 110 sind Sensoren 130 angeordnet, beispielsweise zum Messen der Temperatur T und des Drucks D des Fluids F.
  • Die Sicherheitseinrichtung 210 ist hier direkt an der Anschlussstelle der Leitung 200 vorgesehen. Die Sicherheitseinrichtung 210 umfasst hier ein BMS und nachgelagerte Sicherheitsventile.
  • Die Steuerung 140 ist ausgebildet, die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des Fluids F zu ermitteln, das in dem Innenbehälter 110 des kryogenen Druckbehälters gespeichert ist. Ferner ist die zumindest eine Steuerung ausgebildet, die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter gespeicherten Wärmemenge Q zu ermitteln, wenn die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des Fluids F kleiner als ein Grenzwert ρ . ist.
  • 2 zeigt ein Ablaufschema zur Bestimmung der Isolationsgüte. Das Schema startet mit dem Schritt S10.
  • Im Schritt S30 wird die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F ermittelt (vgl. 3).
  • Im Schritt S40 wird geprüft, ob die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F irrelevant ist. Die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ muss dazu gleich null oder so gering sein, dass sie bei der Berechnung der zeitlichen Veränderungsrate der Wärmemenge Q vernachlässigt werden kann. Wird im Schritt S40 festgestellt, dass sich die Dichte während des Parkvorgangs im relevanten Maße geändert hat, so kann der Fahrer und gegebenenfalls ein Dritter darüber informiert werden, dass Fluid F ausgetreten ist oder verbraucht (z. B. durch BMS) wurde (vgl. Schritt S50).
  • Wird im Schritt S40 festgestellt, dass sich die Dichte während des Parkvorgangs nur im irrelevanten Maße geändert hat, so wird im Schritt S60 die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter 110 gespeicherten Wärmemenge Q bzw. der Wärmestrom Q . anhand folgender Formeln ermittelt: Q = m0[cν(T0, ρ0)T0 – cν(T1, ρ0)T1] (1), wobei
    • Q:
    die Wärmemenge welche dem im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluid F im Zeitraum zwischen t0 und t1 zugeflossen ist;
    m0:
    die Masse des Fluids F zu einem ersten betrachteten Zeitpunkt t0 im Innentank 110 ist;
    T0:
    die Temperatur des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F zu einem ersten betrachteten Zeitpunkt t0 ist;
    T1:
    die Temperatur des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F zu einem zweiten Zeitpunkt t1 ist, der nach dem ersten Zeitpunkt t0 liegt;
    c:
    die spezifische isochore Wärmekapazität in Abhängigkeit der Dichte des Fluids F und der Temperatur des Fluids F zum ersten oder zweiten Zeitpunk ist; und
    ρ0:
    die Dichte des Fluids F sowohl zum ersten, als auch zum zweiten Zeitpunkt; und
    Figure DE102015203702A1_0002
    wobei
    Q:
    die Wärmemenge des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F ist;
    t0
    der erste betrachtete Zeitpunkt ist; und
    t1
    der zweite betrachtete Zeitpunkt ist, der nach dem ersten Zeitpunkt t0 liegt.
  • Im Schritt S70 wird geprüft, ob die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter 110 gespeicherten Wärmemenge Q unter einem ersten Grenzwert Q .1 liegt. Ist dies der Fall, liegt keine wesentliche Degradation der Isolation vor. Die Überprüfung der Isolationsgüte kann dann beendet werden (Schritt 110). Liegt die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter 110 gespeicherten Wärmemenge Q über dem ersten Grenzwert Q .1 , so wird im Schritt S80 geprüft, ob die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter 110 gespeicherten Wärmemenge Q auch größer als ein zweiter Grenzwert Q .2 ist. Ist dies der Fall, ist von einer deutlichen Fehlfunktion der Isolation auszugehen. Diese wird dem Fahrer und/oder einem Dritten mitgeteilt. Ferner darf das Fahrzeug nur noch eingeschränkt genutzt werden (Schritt 100). Beispielsweise darf es nicht in geschlossenen Räumen geparkt werden. Liegt die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter 110 gespeicherten Wärmemenge Q zwischen den ersten und zweiten Grenzwert Q .1, Q .2 , so darf das Fahrzeug noch uneingeschränkt betrieben werden und der Fahrzeugführer wird lediglich aufgefordert, zeitnah eine Service-Werkstatt aufzusuchen (Schritt 90).
  • 3 zeigt den schematischen Ablauf des Schritts S30, d. h. das Ermitteln der zeitlichen Veränderungsrate der Dichte ρ des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F.
  • In Schritt S32 werden die Temperatur T0 und Druck p0 des im Innentank 110 gespeicherten Fluid F zu Beginn eines Parkvorgangs ermittelt. Die Messung wird insbesondere dann durchgeführt, wenn kein Fluidverbraucher, z. B. eine Brennstoffzelle, mehr Fluid F aus dem Innentank 110 bezieht. Die gemessenen Werte werden dann gespeichert.
  • Im Schritt S34 werden dann Temperatur T1 und Druck p1 des im Innentank 110 gespeicherten Fluid F am Ende des Parkvorgangs ermittelt. Insbesondere werden die Werte gemessen noch bevor ein Fluidverbraucher, z. B. eine Brennstoffzelle, Fluid F aus dem Innentank 110 bezieht. Auch diese Werte werden bevorzugt gespeichert.
  • Im Schritt S36 wird dann die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F ermittelt. Die zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F ergibt sich aus:
    Figure DE102015203702A1_0003
    wobei
    • ρ .:
    zeitliche Veränderungsrate der Dichte ρ des im Innenbehälter 110 gespeicherten Fluids F ist;
    t0
    der Beginn des Parkvorgangs ist; und
    t1
    das Ende des Parkvorgangs ist.
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. Auch wenn die Beschreibung hauptsächlich auf Wasserstoff als Kraftstoff gerichtet ist, sind ebenfalls andere Kraftstoffe, wie komprimiertes Erdgas, mit umfasst. Die genannten Zahlenwerte sind lediglich bevorzugte Werte. Ebenso ist es beispielsweise möglich, Innenbehälter 110 mit höheren oder niedrigen Auslegungsdrücken vorzusehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102012204820 A1 [0005]
    • DE 102012210137 A1 [0025]
    • DE 102012210137 A19 [0027]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters (100), umfassend die Schritte: – Ermitteln der zeitlichen Veränderungsrate der Dichte (ρ) eines Fluids (F), das in einem Innenbehälter (110) des kryogenen Druckbehälters (100) gespeichert ist; und – Ermitteln der zeitlichen Veränderungsrate der im Innenbehälter (110) gespeicherten Wärmemenge (Q), wenn die zeitliche Veränderungsrate der Dichte (ρ) des Fluids (F) kleiner als ein Grenzwert (ρ .) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während der Bestimmung der Isolationsgüte kein Fluid (F) aus dem Innentank (110) entnommen oder hinzugefügt und die Menge an Fluid (F) des Innentanks (110) nicht über mindestens eine Sicherheitseinrichtung (210) reduziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Veränderungsrate der im Innenbehälter (110) gespeicherten Wärmemenge (Q) ermittelt wird, während das Fahrzeug geparkt ist.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ermittlung der zeitlichen Veränderungsrate der Dichte (ρ) anhand von Druck- und Temperaturmessungen im Innentank (110) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Veränderungsrate der im Innenbehälter (110) gespeicherten Wärmemenge (Q) gespeichert wird, und/oder wobei die Temperatur (T) und der Druck (p) des im Innenbehälter gespeicherten Fluids (F) zu Beginn eines Parkvorgangs und am Ende des Parkvorgangs gespeichert wird.
  6. Verfahren zum Betrieb eines kryogenen Druckbehälters (100), umfassend die Schritte: – Bestimmen der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters (100) mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche; und – Ermitteln der Reduktions-Zeit (tred), die verbleibt, bis zumindest ein Teil der Menge an Fluid (F) durch eine Sicherheitseinrichtung (210) reduziert werden muss, damit der Druck im Innenbehälter (110) nicht über einen Innenbehälterdruckgrenzwert (Pgrenz) ansteigt; und/oder – Ermitteln der Ablass-Zeit (tab), die verbleibt, bis zumindest ein Teil der Menge an Fluid (F) durch eine Sicherheitseinrichtung (210) in die Umgebung abgelassen werden muss, damit der Druck im Innenbehälter (110) nicht über einen Innenbehälterdruckgrenzwert (Pgrenz) ansteigt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Reduktions-Zeit (tred) und/oder die Ablass-Zeit (tab) dem Fahrer und/oder einem Dritten mitgeteilt wird, und/oder wobei die Veränderungsrate der im Innenbehälter (110) gespeicherten Wärmemenge (Q) dem Fahrer und/oder einem Dritten mitgeteilt wird.
  8. Verfahren zum Betrieb eines kryogenen Druckbehälters (100), umfassend die Schritte: – Bestimmen der Isolationsgüte eines kryogenen Druckbehälters (100) mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche; und – Benachrichtigen des Fahrers und/oder einen Dritten, falls die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter (110) gespeicherten Wärmemenge (Q) oberhalb eines ersten Grenzwertes ( Q .1 ) liegt, und/oder – Einschränken der Fahrzeugfunktion, falls die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter (110) gespeicherten Wärmemenge (Q) oberhalb eines zweiten Grenzwertes ( Q .2 ) liegt
  9. Kraftfahrzeug, umfassend: – einen kryogenen Druckbehälter (100) mit einem ein Fluid speichernden Innenbehälter (110), einem Außenbehälter (120) und eine Wärmeisolation (V), die zwischen dem Innenbehälter (110) und dem Außenbehälter (120) zumindest bereichsweise angeordnet ist; und – eine Steuerung (140), wobei die Steuerung (140) ausgebildet ist, die zeitliche Veränderungsrate der Dichte (ρ) eines Fluids (F), das in einem Innenbehälter (110) des kryogenen Druckbehälters (100) gespeichert ist, zu ermitteln und die zeitliche Veränderungsrate der im Innenbehälter (110) gespeicherten Wärmemenge (Q) zu ermitteln, wenn die zeitliche Veränderungsrate der Dichte (ρ) des Fluids (F) kleiner als ein Grenzwert (ρ .) ist.
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