DE102015206939A1 - Verfahren zur Steuerung eines kryogenen Druckbehälters - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Steuerung eines kryogenen Druckbehälters von einem Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: i) Messen der Sauerstoffkonzentration während einer Parkdauer; und ii) Ausgeben von mindestens einer Rückmeldung, falls die Sauerstoffkonzentration in der Fahrzeugumgebung unter einen Grenzwert sinkt.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines kryogenen Druckbehälters
  • 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 werden tiefkalt in den kryogenen Druckbehältern gespeichert. Es sind daher hochwirksame Isolationshüllen (z. B. Vakuumhüllen) vorgesehen. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 einen solchen Druckbehälter.
  • Erwärmt sich der gespeicherte Kraftstoff langsam so steigt zeitgleich der Druck im Druckbehälter langsam an. Wird ein Grenzdruck überschritten, so muss der Kraftstoff über geeignete Sicherheitseinrichtungen entweichen, um ein Bersten 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. Die chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff führt zu einer Reduktion des Sauerstoffgehaltes in geschlossenen Räumen (z. B. Garage). Eine Verarmung von Sauerstoff in geschlossen Räumen würde ein Gefährdungspotenzial für den Menschen darstellen.
  • Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem kryogenen Druckbehälter und mindestens einer Steuerung. Der kryogenen Druckbehälter kann zur Speicherung von Brennstoff dienen. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, dass beispielsweise mit komprimiertem Erdgas, oft als Compressed Natural Gas (CNG) bezeichnet, oder mit Wasserstoff betrieben wird (fuel cell electrical vehicle). Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff bevorzugt im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Der Brennstoff kann bspw. bei Temperaturen von ca. 30 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert werden. Der Druckbehälter ist bevorzugt ausgebildet, Brennstoff dauerhaft bei einem Druck von über ca. 200 barü, ferner bevorzugt von über ca. 350 barü und besonders bevorzugt von über ca. 500 barü zu speichern. Der hier offenbarte Druckbehälter und die Steuerung sind bevorzugt ausgebildet, nach dem hier offenbarte Verfahren betrieben zu werden.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines kryogenen Druckbehälters von einem Kraftfahrzeug. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • – Ermitteln der Sauerstoffkonzentration während einer Parkdauer; und
    • – Ausgeben von mindestens einer Rückmeldung, falls die Sauerstoffkonzentration, insbesondere in der Fahrzeugumgebung bzw. in dem Raum, in dem sich das Fahrzeug befindet, unter einen Grenzwert sinkt.
  • Das Ermitteln der Sauerstoffkonzentration kann durch mindestens einen Sauerstoffsensor des Kraftfahrzeuges erfolgen. Es kann beispielsweise der Sauerstoffgehalt der das Kraftfahrzeug umgebenden Luft ermittelt werden.
  • Die Sauerstoffkonzentration kann auch durch mindestens eine Lambda-Sonde ermittelt werden. Lambda-Sonden als solche sind bekannt. Eine Lambda-Sonde ist ein Sensor, der in einem Verbrennungsabgas den jeweiligen Restsauerstoffgehalt misst. Daraus kann das Verbrennungsluftverhältnis λ (Verhältnis von Verbrennungsluft zu Kraftstoff) bestimmt und damit eingestellt werden. Die Lambda-Sonde kann beispielsweise den Sauerstoffgehalt am Auslass des BMS ermitteln. Lambda-Sonden können auch in einer Brennstoffzelle bzw. in deren Abgasstrang (beispielsweise bei einer Antriebsbrennstoffzelle oder einer „Auxillary Power Unit”) zum Einsatz kommen.
  • Das Kraftfahrzeug kann mindestens eine Komponente umfassen, in bzw. an der der Brennstoff des Kraftfahrzeuges mit Sauerstoff reagiert. Zur Ermittlung der Sauerstoffkonzentration können dann beispielsweise die Betriebsdaten dieser Komponente berücksichtigt werden.
  • Die Komponente kann ein Blow-Off Management-System oder Boil-Off-Management-System sein, deren Reaktionswärme ermittelt wird. Durch die Messung der Reaktionswärme im Katalysator des BMS (durch Temperaturvergleich von Katalysator und Umgebung) und des durch die Messung des Tankdrucks bekannten Wasserstoffmassenstroms sehr einfach auf den Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft geschlossen werden.
  • Die Komponente kann ferner eine Brennstoffzelle sein. Durch die beim Betrieb einer Brennstoffzelle selbst (ohne Lambda-Sonde) anfallenden Mess- und Regeldaten, ist der Schluss auf den Sauerstoffgehalt möglich.
  • Das zugrundeliegende Prinzip ist dabei, dass die Reaktionswärme (beim BMS) bzw. der elektrische Strom (bei der Brennstoffzelle) proportional zur pro Zeiteinheit mit Wasserstoff umgesetzten Sauerstoffmenge sind. Der Wasserstoffstrom ist aufgrund der Druckmessung bekannt, ebenso der Luftstrom. Bleibt deshalb die Reaktionswärme bzw. der elektrische Strom hinter den erwarteten Werten für den Wasserstoffmassenstrom zurück, muss eine Sauerstoffverarmung vorliegen.
  • Alternativ und/oder zusätzlich zur fahrzeugseitigen Messung der Sauerstoffkonzentration kann auch eine Fahrzeug-externe Messung der Sauerstoffkonzentration erfolgen. Dazu können beispielsweise in einer Garage oder in einem Parkhaus ein oder mehrere Sauerstoffsensoren vorgesehen sein, die die Sauerstoffkonzentration ermitteln. Die gemessenen Werte können dann an die abgestellten Kraftfahrzeuge kabellos übertragen werden. Die abgestellten Kraftfahrzeuge können dann diese externen Messungen mit den Grenzwerten vergleichen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine externe Vorrichtung ebenfalls die Messwerte mit den Grenzwerten vergleicht und lediglich das Ergebnis an die Kraftfahrzeuge übermittelt. Zur Messung der Sauerstoffkonzentrationen, dem Vergleich von Messwerten und Grenzwerten und/oder der Kommunikation mit den abgestellten Kraftfahrzeugen können entsprechende externe Steuerungen, beispielsweise in der Garage oder in dem Parkhaus, vorgesehen sein. Die Messungen können kontinuierlich oder in periodischen Zeitabständen nach dem Abstellen des Fahrzeugs oder auch während des Betriebs des Kraftfahrzeuges erfolgen.
  • Das Ausgeben von der mindestens einen Rückmeldung kann beispielsweise an den Fahrzeugbesitzer, den Fahrzeugführer und/oder an einem Dritten erfolgen. Es kann beispielsweise eine oder mehrere Kontaktmöglichkeiten (E-Mail-Adresse, Telefonnummer, Instant-Messaging-Dienste, etc.) des Fahrzeugbesitzers hinterlegt sein, an die eine Rückmeldung, bevorzugt instantan, versendet werden können. Ferner kann eine Nachricht an die Fernbedienung bzw. den Funkschlüssels des Kraftfahrzeuges übermittelt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Dritter, beispielsweise eine entsprechende Service-Zentrale des Automobilherstellers oder eine öffentliche Einrichtung, im Notfall alarmiert wird.
  • Die Rückmeldung kann bevorzugt die Anweisung beinhalten, die Sauerstoffaustauschrate in der Fahrzeugumgebung, insbesondere in dem geschlossenen Raum (Garage, Parkhaus) zu erhöhen. Die Anweisung kann beispielsweise direkt an eine externe Steuerung übertragen werden, die daraufhin die Sauerstoffaustauschrate erhöht. Beispielsweise kann hierzu ein Garagentor oder etwaige Notbelüftungen automatisch geöffnet werden. Ferner kann das Bedienpersonal oder bei privaten Garagen der Fahrzeugbesitzer bzw. der Fahrzeugführer zum Öffnen aufgefordert werden.
  • Neben einem Steuersignal kann die Rückmeldung auch jedes geeignete visuelle und/oder akustische (Warn)signal umfassen.
  • Die Rückmeldung kann bevorzugt auf telemetrischem Weg erfolgen, beispielsweise per Mobilfunk, Funk, WLAN, etc.
  • 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
    • EP 1546601 B1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung eines kryogenen Druckbehälters von einem Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: – Ermitteln der Sauerstoffkonzentration während einer Parkdauer; und – Ausgeben von mindestens einer Rückmeldung, falls die Sauerstoffkonzentration unter einen Grenzwert sinkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sauerstoffkonzentration durch mindestens einen Sauerstoffsensor des Kraftfahrzeuges ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kraftfahrzeug mindestens eine Komponente umfasst, in und/oder an der ein Brennstoff des Kraftfahrzeuges mit Sauerstoff reagiert, und wobei zur Ermittlung der Sauerstoffkonzentration die Betriebsdaten dieser mindestens einen Komponente berücksichtigt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Komponente ein Blow-Off Management-System oder Boil-Off-Management-System ist, deren Reaktionswärme ermittelt wird, und/oder wobei die Komponente eine Brennstoffzelle ist,
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sauerstoffkonzentration durch mindestens eine Lambda-Sonde ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei durch eine Fahrzeug-externe Messvorrichtung die Sauerstoffkonzentration ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rückmeldung die Anweisung beinhaltet, die Sauerstoffaustauschrate zu erhöhen.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rückmeldung an den Fahrzeugführer, den Fahrzeugbesitzer und/oder an einem Dritten erfolgt, und/oder wobei die Rückmeldung an eine externe Steuerung übertragen wird, die daraufhin die Sauerstoffaustauschrate erhöht.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rückmeldung auf telemetrischem Weg erfolgt.
  10. Kraftfahrzeug mit mindestens einem kryogenen Druckbehälter und mindestens einer Steuerung, wobei das Kraftfahrzeug ausgebildet ist, den kryogenen Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche zu betreiben.
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