DE102016111558A1 - Method and device for tank filling a hydrogen-powered motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystem (A, B) zur Hochdruckspeicherung von gasförmigem Wasserstoff an Bord eines Fahrzeuges in einem fahrzeugseitigen Teilsystem (H2) des Betankungssystems (A, B), welches mindestens einen fahrzeugseitigen Speicherbehälter (FBn) zur Speicherung des Wasserstoffs aufweist, der zur vollständigen Befüllung oder Wiederbefüllung des mindestens einen fahrzeugseitigen Speicherbehälters (FBn) über eine Schnittstelle (S; 30, 31) mit mindestens einem tankstellenseitigen Vorratsspeicherbehälter (TBn) eines tankstellenseitigen Teilsystems (L1) des Betankungssystems (A, B) in Verbindung steht. Es ist vorgesehen, dass der mindestens eine fahrzeugseitige Speicherbehälter (FBn) des fahrzeugseitigen Teilsystems (H2) oder mehrere fahrzeugseitige Speicherbehälter (FBn) des fahrzeugseitigen Teilsystems (H2) zusammen eine Tankkapazität aufweist/en, die innerhalb eines einzigen Betankungsvorgangs oberhalb eines von dem tankstellenseitigen Teilsystem (L1) lieferbaren Kapazitäts-Schwellenwertes einer Betankungskapazität liegt, wobei das fahrzeugseitige Teilsystem (H2) eine Betankungseinheit (100, 200) mit mindestens einem Steuerelement (110, 210) umfasst, welches die Teilsysteme (L1, H2) dahingehend anpasst, dass das mit dem tankstellenseitigen Teilsystem (L1) gekoppelte fahrzeugseitige Teilsystem (H2) ohne Überschreitung des Kapazitäts-Schwellenwertes der Betankungskapazität kapazitätsabhängig mehrere Betankungsvorgänge zulässt, wodurch die vollständige Befüllung oder vollständige Wiederbefüllung unter Ausnutzung der vollständigen Tankkapazität des oder der fahrzeugseitigen Speicherbehälter/s (FBn) bewirkbar ist.The invention relates to a hydrogen supply and refueling system (A, B) for high-pressure storage of gaseous hydrogen on board a vehicle in a vehicle-side subsystem (H2) of the refueling system (A, B), which has at least one vehicle-side storage tank (FBn) for storing the hydrogen which is connected to the complete filling or refilling of the at least one vehicle-side storage tank (FBn) via an interface (S; 30, 31) with at least one storage tank side storage tank (TBn) of a filling station side subsystem (L1) of the refueling system (A, B). It is envisaged that the at least one vehicle-side storage tank (FBn) of the vehicle-mounted subsystem (H2) or several vehicle-mounted storage tank (FBn) of the vehicle-mounted subsystem (H2) together have a tank capacity which is within a single refueling operation above one of the filling station side subsystem (L1) available capacity threshold of a refueling capacity, wherein the vehicle-mounted subsystem (H2) comprises a refueling unit (100, 200) with at least one control element (110, 210), which adapts the subsystems (L1, H2) such that with the tank-side subsystem (L1) coupled vehicle-mounted subsystem (H2) without exceeding the capacity threshold of the refueling capacity capacity-dependent several refueling operations, whereby the complete filling or full refilling taking advantage of the full tank capacity of the vehicle or Eitigen Speicherbehälter / s (FBn) is effected.
Description
Die Infrastruktur zur Betankung wasserstoffbetriebener Fahrzeuge befindet sich derzeit im Aufbau. The infrastructure for refueling hydrogen-powered vehicles is currently under construction.
Die Erfindung betrifft ein Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystem zur Hochdruckspeicherung von gasförmigem Wasserstoff an Bord eines Fahrzeuges in einem fahrzeugseitigen Teilsystem des Betankungssystems, welches mindestens einen fahrzeugseitigen Speicherbehälter zur Speicherung des Wasserstoffs aufweist, der zur vollständigen Befüllung oder Wiederbefüllung über eine Schnittstelle mit mindestens einem tankstellenseitigen Vorratsspeicherbehälter eines tankstellenseitigen Teilsystems des Betankungssystems in Verbindung steht.The invention relates to a hydrogen supply and refueling system for high-pressure storage of gaseous hydrogen on board a vehicle in a vehicle-side subsystem of the refueling system, which has at least one vehicle-side storage tank for storing the hydrogen, the complete filling or refilling via an interface with at least one gas station side storage tank of a gas station-side subsystem of the refueling system is in communication.
Derzeit werden Tankstellen mit einem Tanksystem für kleinere nicht unter die Kategorie der Nutzkraftfahrzeuge fallende Personenkraftfahrzeuge mit einem Nennspeicherdruck von 700 bar aufgebaut. Das dafür entwickelte Betankungsprotokoll mit der Bezeichnung
Zu Beginn der Betankung wird ein Druckstoß ausgeführt, über den innerhalb der Tankstelle der Startdruck im fahrzeugseitigen Speicherbehälter ermittelt wird. Nach einem Leckagecheck des fahrzeugseitigen Tanksystems beginnt die Betankung mit der in Abhängigkeit von dem Startdruck und der Außentemperatur nach der SAE-Tabelle des Betankungsprotokolls
Für Nutzkraftfahrzeuge hingegen, insbesondere für Busse, existiert derzeit ein anderes Tanksystem, welches mit einem Nennspeicherdruck von 350 bar zum Einsatz kommt. Der Grund für den gegenüber den Personenkraftfahrzeugen geringeren Nennspeicherdruck von 350 bar liegt unter anderem in den geringeren Systemkosten gegenüber 700 bar Systemen und dem bei Nutzfahrzeugen in der Regel größeren zur Verfügung stehenden Platzangebot. Beispielsweise sind die fahrzeugseitigen Speicherbehälter bei Nutzfahrzeugen, insbesondere bei Bussen, anders als bei Personenkraftfahrzeugen unter Verbrauch eines größeren zur Verfügung stehenden Bauraumes zumeist auf dem Dach angeordnet. Nutzkraftfahrzeuge benötigen eine deutlich höhere Wasserstoffmenge mit einer höheren vorzusehenden Tankkapazität von beispielsweise 40 kg Wasserstoff, damit eine zufriedenstellende Reichweite realisiert werden kann. For commercial vehicles, however, especially for buses, there is currently another tank system, which is used with a nominal storage pressure of 350 bar. The reason for the lower nominal storage pressure of 350 bar compared to passenger vehicles is, inter alia, the lower system costs compared to 700 bar systems and the generally larger space available for commercial vehicles. For example, the vehicle-side storage container in commercial vehicles, especially buses, unlike passenger cars with consumption of a larger available space usually arranged on the roof. Commercial vehicles require a significantly higher amount of hydrogen with a higher to be provided tank capacity of, for example, 40 kg of hydrogen, so that a satisfactory range can be realized.
Betankt werden solche Nutzkraftfahrzeuge mit höherer Tankkapazität zum Beispiel unter Berücksichtigung eines sich von dem ersten Betankungsprotokoll
Aus den Vorbetrachtungen wird deutlich, dass es derzeit nicht möglich ist, ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, welches tankstellenseitig und fahrzeugseitig für die Betankung über das „H“-Tanksystem ausgelegt ist, an einer Tankstelle zur betanken, die tankstellenseitig für das „L“-Tanksystem ausgelegt ist. It is clear from the preliminary considerations that it is currently not possible to refuel a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, which is designed for refueling via the "H" tank system on the filling station side and on the vehicle side, at a petrol station filling station, which is responsible for the "L" Tank system is designed.
Bekannt ist die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung anzubieten, die es ermöglicht, Kraftfahrzeuge, deren Tankkapazität größer ist als die von der Tankstelle zur Verfügung stehende Betankungskapazität, trotzdem an diesen Tankstellen vollständig, im Sinne einer vollständigen Befüllung oder Wiederbefüllung des oder der fahrzeugseitigen Speicherbehälters/Speicherbehälter betanken zu können.The object of the invention is to offer a solution which makes it possible for motor vehicles whose tank capacity is greater than the refueling capacity available from the filling station, nevertheless at these filling stations completely, in the sense of a complete filling or refilling of the vehicle-side storage container / Refuel storage tank.
Mit anderen Worten, Kraftfahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge mit höherer Tankkapazität oberhalb eines Kapazitäts-Schwellenwertes einer Betankungskapazität der Tankstelle, derzeit insbesondere > 10 kg, sollen an Tankstellen mit einer maximalen Betankungskapazität von kleiner/gleich </= 10 kg betankt werden können, die bisher für die Betankung von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Personenkraftfahrzeugen, vorgesehen sind, die über eine Tankkapazität kleiner/gleich des Kapazitäts-Schwellenwertes, derzeit insbesondere kleiner/gleich </= 10 kg verfügen.In other words, motor vehicles, in particular commercial vehicles with higher tank capacity above a capacity threshold of refueling capacity of the gas station, currently> 10 kg in particular, should be refueled at filling stations with a maximum refueling capacity of less than or equal to 10 kg the refueling of motor vehicles, in particular of passenger cars, are provided, which have a tank capacity less than / equal to the capacity threshold, currently in particular less than or equal to </ = 10 kg.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystem zur Hochdruckspeicherung von gasförmigem Wasserstoff an Bord eines Fahrzeuges in einem fahrzeugseitigen Teilsystem des Betankungssystems. Das Betankungssystem weist mindestens einen fahrzeugseitigen Speicherbehälter zur Speicherung des Wasserstoffs auf, der zur vollständigen Befüllung oder Wiederbefüllung des Speicherbehälters oder der Speicherbehälter über eine Schnittstelle mit mindestens einem tankstellenseitigen Vorratsspeicherbehälter eines tankstellenseitigen Teilsystems des Betankungssystems in Verbindung steht.The starting point of the invention is a hydrogen supply and refueling system for high-pressure storage of gaseous hydrogen on board a vehicle in a vehicle-side subsystem of the refueling system. The refueling system has at least one vehicle-side storage container for storing the hydrogen, which is connected to the complete filling or refilling of the storage container or the storage container via an interface with at least one gas station side storage tank of a filling station side subsystem of the refueling system.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- a) der mindestens eine fahrzeugseitige Speicherbehälter des fahrzeugseitigen Teilsystems eine Tankkapazität aufweist oder
- b) mehrere fahrzeugseitige Speicherbehälter des fahrzeugseitigen Teilsystems zusammen eine Tankkapazität aufweisen,
- a) the at least one vehicle-side storage container of the vehicle-side subsystem has a tank capacity or
- b) a plurality of vehicle-side storage containers of the vehicle-side subsystem together have a tank capacity,
Das fahrzeugseitige Teilsystem umfasst erfindungsgemäß eine Betankungseinheit mit mindestens einem Steuerelement, welches die Teilsysteme dahingehend anpasst, dass das mit dem tankstellenseitigen Teilsystem gekoppelte fahrzeugseitige Teilsystem ohne Überschreitung des Kapazitäts-Schwellenwertes der Betankungskapazität kapazitätsabhängig mehrere Betankungsvorgänge zulässt, wodurch in vorteilhafter Weise die vollständige Befüllung oder vollständige Wiederbefüllung unter Ausnutzung der vollständigen Tankkapazität des oder der fahrzeugseitigen Speicherbehälter/s bewirkbar ist.According to the invention, the vehicle-side subsystem comprises a refueling unit with at least one control element which adapts the subsystems such that the tank-side subsystem coupled to the filling station side subsystem permits a plurality of refueling operations without exceeding the capacity threshold value of the refueling capacity, thereby advantageously providing complete refilling or complete refilling taking advantage of the full tank capacity of the vehicle-side storage tank / s is effected.
Der Vorteil besteht insbesondere darin, dass die Betankungseinheit mit dem mindestens einen Steuerelement fahrzeugseitig angeordnet ist, wodurch ein mit der Betankungseinheit und dem Steuerelement ausgerüstetes Kraftfahrzeug an einer Tankstelle betankt werden kann, die für Kraftfahrzeuge mit einer Tankkapazität oberhalb des Kapazitäts-Schwellenwertes nicht genutzt werden kann, da ein Betankungsvorgang ohne die erfindungsgemäße Betankungseinheit mit dem mindestens einen Steuerelement angebrochen wird, da mindestens einer der beschriebenen Messwerte oder berechneten Werte des ersten Betankungsprotokolls
Mit anderen Worten die Betankungseinheit mit mindestens einem Steuerelement sorgt dafür, dass eine unter Berücksichtigung des ersten Betankungsprotokolls
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerelement fahrzeugseitig stromab eines fahrzeugseitigen Füllkupplungsventils der das fahrzeugseitige Füllkupplungsventil und ein tankstellenseitiges Füllkupplungsventils umfassenden Schnittstelle in einer Hauptzuführ-Leitung integriert angeordnet ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the control on the vehicle side downstream of a vehicle-mounted Füllkupplungsventils the vehicle-side Füllkupplungsventil and a filling station filling point filling valve comprehensive interface is arranged integrated in a main feed line.
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist bevorzugt vorgesehen, dass das Steuerelement ein Steuerventilblock ist, der in die fahrzeugseitige Hauptzuführ-Leitung integriert ist und die Hauptzuführ-Leitung mit jeweils einem der mindestens zwei Speicherbehälter koppelt, die zusammen eine Tankkapazität aufweisen, die oberhalb des von dem tankstellenseitigen Teilsystem lieferbaren Kapazitäts-Schwellenwertes der maximalen Betankungskapazität liegt, wobei die Speicherbehälter eine maximale Tankkapazität aufweisen, die maximal dem Kapazitäts-Schwellenwert der Betankungskapazität entspricht.In a first exemplary embodiment, it is preferably provided that the control element is a control valve block which is integrated in the vehicle-side main supply line and couples the main supply line to one of the at least two storage containers, which together have a tank capacity which is above that of the filling station side Subsystem is available capacity threshold of the maximum refueling capacity, wherein the storage containers have a maximum tank capacity, which corresponds to the maximum capacity threshold of the refueling capacity.
Bevorzugt ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ferner, dass in der Hauptzuführ-Leitung stromab des Füllkupplungsventils ein Drucksensor angeordnet ist, der über eine Signalleitung mit dem Steuerventilblock in Verbindung steht.According to the first exemplary embodiment, it is further preferred that a pressure sensor which is connected to the control valve block via a signal line be arranged in the main supply line downstream of the filling coupling valve.
In einem ebenfalls bevorzugten zweiten Ausführungsbeispiel ist das Steuerelement ein Drosselventil, das in die fahrzeugseitige Hauptzuführ-Leitung integriert ist, die Hauptzuführ-Leitung dauerhaft mit dem mindestens einen fahrzeugseitigen Speicherbehälter oder mit mehreren Speicherbehältern koppelt, der oder die zusammen eine Tankkapazität aufweist/en, die oberhalb des von dem tankstellenseitigen Teilsystem lieferbaren Kapazitäts-Schwellenwertes der maximalen Betankungskapazität liegt. In a likewise preferred second embodiment, the control element is a throttle valve integrated into the vehicle-side main supply line which permanently couples the main supply line to the at least one vehicle-side storage container or to a plurality of storage containers which together have a tank capacity is above the capacity threshold of the maximum refueling capacity that can be supplied by the filling station side subsystem.
Bevorzugt ist es in dem zweiten Ausführungsbeispiel ferner, dass in der Hauptzuführ-Leitung stromauf und stromab des Drosselventils Drucksensoren angeordnet sind, die über je eine Signalleitung mit dem Drosselventil in Verbindung stehen. In the second exemplary embodiment, it is also preferable for pressure sensors to be arranged upstream and downstream of the throttle valve in the main supply line and to communicate with the throttle valve via a respective signal line.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass die Betankungseinheit zur Ermittlung einer Umgebungstemperatur des Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystems über eine Signalleitung mit einem Außentemperatur-Messgerät in Verbindung steht. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Betankung in Abhängigkeit der Außentemperatur durchgeführt werden, wie bereits erläutert wurde und im Rahmen der weiteren Figurenbeschreibung noch weiter erläutert wird.In both embodiments, it is provided that the refueling unit for determining an ambient temperature of the hydrogen supply and refueling system is connected via a signal line to an outside temperature measuring device. As a result, the refueling can advantageously be carried out as a function of the outside temperature, as has already been explained, and will be explained further in the context of the further description of the figures.
Die Erfindung geht von einem derzeit geltenden Kapazitäts-Schwellenwert der lieferbaren Betankungskapazität des tankstellenseitigen Teilsystems des Betankungssystems aus, der innerhalb eines Betankungsvorgangs maximal 10 kg Wasserstoff beträgt. Es versteht sich, dass der Kapazitäts-Schwellenwert der lieferbaren Betankungskapazität des tankstellenseitigen Teilsystems auch einen anderen Wert annehmen kann.The invention is based on a currently applicable capacity threshold of the deliverable refueling capacity of the filling station side subsystem of the refueling system, which is a maximum of 10 kg of hydrogen within a refueling operation. It is understood that the capacity threshold of the deliverable refueling capacity of the filling station side subsystem can also assume a different value.
Das Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystem zeichnet sich ferner dadurch aus, dass der Betankungseinheit mindestens ein Drucksensor zugordnet ist, der innerhalb der Betankungsvorgänge einen Startdruck und/oder einen Zieldruck in dem oder den fahrzeugseitigen Speicherbehälter/n ermittelt und die Ermittlung einer Betankungsdruckrampe erlaubt, wie in der nachfolgenden Beschreibung noch näher erläutert wird.The hydrogen supply and refueling system is further characterized in that at least one pressure sensor is assigned to the refueling unit, which determines a starting pressure and / or a target pressure in the vehicle-side storage container (s) within the refueling operations and permits the determination of a refueling pressure ramp, as in FIG The following description will be explained in more detail.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Hochdruckspeicherung von gasförmigem Wasserstoff an Bord eines Fahrzeuges in einem fahrzeugseitigen Teilsystem des Betankungssystems, welches mindestens einen fahrzeugseitigen Speicherbehälter zur Speicherung des Wasserstoffs aufweist. The invention also relates to a method for high-pressure storage of gaseous hydrogen on board a vehicle in a vehicle-side subsystem of the refueling system, which has at least one vehicle-side storage container for storing the hydrogen.
Das Verfahren dient zur vollständigen Befüllung oder Wiederbefüllung des mindestens einen fahrzeugseitigen Speicherbehälters über eine Schnittstelle, über die mindestens ein tankstellenseitiger Vorratsspeicherbehälter eines tankstellenseitigen Teilsystems des Betankungssystems mit dem mindestens einen fahrzeugseitigen Speicherbehälter in Verbindung gebracht wird.The method is used for the complete filling or refilling of the at least one vehicle-side storage container via an interface via which at least one gas station-side storage tank of a filling station side subsystem of the refueling system is brought into communication with the at least one vehicle-side storage tank.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- a) der mit dem tankstellenseitigen Teilsystem in Verbindung gebrachte mindestens eine fahrzeugseitige Speicherbehälter des fahrzeugseitigen Teilsystems eine Tankkapazität aufweist oder
- b) mehrere fahrzeugseitige Speicherbehälter des fahrzeugseitigen Teilsystems zusammen eine Tankkapazität aufweisen,
- a) the at least one vehicle-side storage container of the vehicle-side subsystem brought into connection with the filling station-side subsystem has a tank capacity or
- b) a plurality of vehicle-side storage containers of the vehicle-side subsystem together have a tank capacity,
Zur Überwindung dieser Inkompatibilität beziehungsweise zur Herstellung der Kompatibilität der Teilsysteme umfasst das fahrzeugseitige Teilsystem eine Betankungseinheit mit mindestens einem Steuerelement, welches die Teilsysteme dahingehend anpasst, dass das mit dem tankstellenseitigen Teilsystem gekoppelte fahrzeugseitige Teilsystem kapazitätsabhängig mehrere Betankungsvorgänge zulässt. In order to overcome this incompatibility or to produce the compatibility of the subsystems, the vehicle-side subsystem comprises a refueling unit with at least one control element which adapts the subsystems to the effect that the vehicle-side subsystem coupled to the filling station side subsystem permits a number of refueling operations depending on the capacity.
Durch die fahrzeugseitige Anpassung ist es bei Durchführung des Verfahrens in vorteilhafter Weise möglich, den oder die fahrzeugseitigen Speicherbehälter eines Kraftfahrzeuges, der oder die zusammen eine Tankkapazität oberhalb des Kapazitäts-Schwellenwertes der Betankungskapazität der Tankstelle aufweist/aufweisen, an eben dieser dafür nicht vorgesehenen und ausgerüsteten Tankstelle vollständig zu befüllen oder wiederzubefüllen.By the vehicle-side adaptation, it is possible in carrying out the method in an advantageous manner, the or the vehicle-side storage tank of a motor vehicle, which together has a tank capacity above the capacity threshold of refueling capacity of the gas station / at just this not provided and equipped Filling or refilling the filling station completely.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert, sind zwei nicht näher dargestellte Wasserstoffversorgungs- und Betankungssysteme bekannt. As already explained in the introduction, two hydrogen supply and refueling systems, not shown, are known.
Das „Low tank capacity“-System, abgekürzt „L“-System mit geringer Betankungskapazität, derzeit unterhalb oder gleich eines Kapazitäts-Schwellenwertes von </= 10 kg, umfasst ein erstes tankstellenseitiges Teilsystem L1 und ein zweites fahrzeugseitiges Teilsystem L2. The "low tank capacity" system, abbreviated "L" system with low refueling capacity, currently below or equal to a capacity threshold of </ = 10 kg, comprises a first station side subsystem L1 and a second vehicle side subsystem L2.
Das „High tank capacity“-System, abgekürzt „H“-System mit höherer Betankungskapazität oberhalb des Kapazitäts-Schwellenwertes von > 10 kg umfasst ein erstes tankstellenseitiges Teilsystem H1 und ein zweites fahrzeugseitiges Teilsystem H2. The "high tank capacity" system, abbreviated "H" system with a higher refueling capacity above the capacity threshold of> 10 kg, comprises a first filling station-side subsystem H1 and a second vehicle-side subsystem H2.
Gemäß der Aufgabe der Erfindung soll eine Lösung gefunden werden, die es ermöglicht, Kraftfahrzeuge mit höherer Tankkapazität oberhalb des Kapazitäts-Schwellenwertes, insbesondere > 10 kg, die mindestens einen Speicherbehälter (Wasserstofftank) mit höherer Tankkapazität oberhalb des je Betankungsvorgang liegenden Kapazitäts-Schwellenwertes der Betankungskapazität der Tankstelle aufweist, an Tankstellen betanken zu können, die für die Betankung von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, die mindestens einen Speicherbehälter (Wasserstofftank) mit geringerer Tankkapazität unterhalb oder gleich des Kapazitäts-Schwellenwertes, der je Betankungsvorgang möglichen Betankungskapazität, insbesondere mit einer Tankkapazität </= 10 kg aufweisen. In accordance with the object of the invention, a solution is to be found which makes it possible for motor vehicles with a higher tank capacity above the capacity threshold, in particular> 10 kg, to have at least one storage tank (hydrogen tank) with a higher tank capacity above the capacity threshold of the refueling capacity per refueling operation the refueling point is able to refuel at petrol stations intended for the refueling of motor vehicles, the at least one storage tank (hydrogen tank) with a lower tank capacity below or equal to the capacity threshold, the refueling process possible refueling capacity, in particular with a tank capacity 10 kg.
Erstes erfindungsgemäßes Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystem A:First hydrogen supply and refueling system A according to the invention
Das nachfolgend anhand der Figur erläuterte fahrzeugseitige Teilsystem H2 eines „H“-Tanksystems, welches für die Betankung mit höherer Tankkapazität > 10 kg bei einem Nennspeicherdruck von 700 bar vorgesehen ist, kann erfindungsgemäß in Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen verbaut werden, so dass in vorteilhafter Weise sowohl Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen die gleiche Tankstelle mit dem tankstellenseitigen Teilsystem L1 eines „L“-Tanksystems mit einem Nennspeicherdruck von beispielsweise 700 bar nutzen können.The vehicle-side subsystem H2 of an "H" tank system, which is provided for refueling with a higher tank capacity> 10 kg at a nominal accumulator pressure of 700 bar, can be installed according to the invention in passenger cars and commercial vehicles, so that in an advantageous manner both Passenger cars and commercial vehicles can use the same gas station with the gas station side subsystem L1 of an "L" tank system with a nominal storage pressure of, for example, 700 bar.
Die Schnittstelle S umfasst ausgehend von mindestens einem tankstellenseitigen Wasserstoff-Vorratsspeicherbehälter TBn, nachgeschaltet eine tankstellenseitige Füllkupplung
Die im Ausführungsbeispiel angeordneten fünf Speicherbehälter FBn (n = 1, 2, 3, 4, 5) weisen beispielsweise eine Tankkapazität von je 8 kg auf, so dass die Tankkapazität des Kraftfahrzeuges insgesamt bei 40 kg, mithin oberhalb des Kapazitäts-Schwellenwertes von </= 10 kg der Betankungskapazität der Tankstelle liegt.The arranged in the exemplary embodiment five storage container FB n (n = 1, 2, 3, 4, 5), for example, have a tank capacity of 8 kg, so that the tank capacity of the motor vehicle at a total of 40 kg, thus above the capacity threshold of < / = 10 kg of refueling capacity of the filling station.
In der bei einer Betankung des nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges vorgesehenen Strömungsrichtung des Wasserstoffs von dem tankstellenseitigen Füllkupplungsventil
Die Betankungseinheit
Der Steuerventilblock
Das heißt, das tankstellenseitige System L1 ist weiterhin unverändert für Kraftfahrzeuge ausgelegt, die ein fahrzeugseitiges Teilsystem L2 System mit mindestens einem tankstellenseitigen beispielsweise 900 bar aufgeladenen Vorratsspeicherbehälter TBn zur Betankung von Kraftfahrzeugen mit niedrigerer Tankkapazität (Kapazitäts-Schwellenwert je Betankungsvorgang </= 10kg) aufweisen.That is, the gas station side system L1 is still unchanged for motor vehicles having a vehicle-side subsystem L2 system with at least one gas station side, for example 900 bar charged storage tank TB n for refueling of vehicles with lower tank capacity (capacity threshold per refueling process </ = 10kg) ,
Dabei wird unter Verwendung der Bedieneinheit
Der Steuerventilblock
The
Der Steuerventilblock
Der Steuerventilblock
Der Steuerventilblock
Die Auf/Zu Ansteuerung der Ausgangsöffnungen des Steuerventilblockes
Die Ansteuerung im Sinne der Umschaltung der Ausgangsöffnungen des Steuerventilblockes
Dadurch sind nach Beendigung der mehreren Betankungsvorgänge des als „Kaskadierende“ oder „Partielle“ Betankung bezeichneten Betankungsprozesses im Ausführungsbeispiel insgesamt 40 kg Wasserstoff bei einem Zieldruck von 700 bar unter Einhaltung des ersten Betankungsprotokolls
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Hauptzuführ-Leitung
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Außentemperatur T1 über ein Außentemperatur-Messgerät T überwacht. In a further advantageous embodiment, the outside temperature T1 is monitored via an outside temperature measuring device T.
Alle ermittelten Messwerte und die berechneten Werte werden einem nicht dargestellten Steuergerät zugeführt, welches dem fahrzeugseitigen Tanksystem A zugeordnet ist, und welches die Betankungsvorgänge des „Kaskadierenden“ oder „Partiellen“ Betankungsprozesses steuert.All measured values determined and the calculated values are supplied to a control unit, not shown, which is assigned to the vehicle-side tank system A, and which controls the refueling operations of the "cascading" or "partial" refueling process.
Nachfolgende Messwerte und berechnete Werte werden dem Steuergerät zusammenfassend zur Verfügung gestellt:
- – Startdruck in jedem der Speicherbehälter FBn ermittelt über den Drucksensor P1;
- – Zieldruck in jedem der Speicherbehälter FBn ermittelt über den Drucksensor P1;
- – Betankungsdruckrampe (berechneter Wert) durch Ermittlung des zeitlichen Verlaufes zwischen dem Startdruck und dem Zieldruck;
- – Außentemperatur T1 zur Einstellung der Betankungsdruckrampe in Abhängigkeit der Außentemperatur T1 ermittelt über das Außentemperatur-Messgerät T.
- - Starting pressure in each of the storage tank FB n determined via the pressure sensor P1;
- - Target pressure in each of the storage tank FB n determined via the pressure sensor P1;
- Refueling pressure ramp (calculated value) by determining the time course between the starting pressure and the target pressure;
- - Outside temperature T1 for setting the refueling pressure ramp as a function of the outside temperature T1 determined via the outside temperature measuring device T.
Es wird davon ausgegangen, dass Tankstellen zukünftig mit tankstellenseitigen Teilsystemen H1‘ errichtet werden, die es ermöglichen, Kraftfahrzeuge mit höherer Tankkapazität, derzeit insbesondere mit einem Kapazitäts-Schwellenwert > 10 kg bei einem fahrzeugseitigen Nennspeicherdruck von 700 bar nach dem zweiten SAE-Betankungsprotokoll
Für diesen zukünftigen Fall wird in die Betankungseinheit
Auf die Bypass-Leitung
Damit eine Befüllung des Speicherbehälters oder der Speicherbehälter FBn nach dem zweiten Betankungsprotokoll
Die Rückschlagventile
Bei dem nicht über die Bypass-Leitung
Mit anderen Worten der „Kaskadierende“ oder „Partielle“ Betankungsprozess erfolgt, indem in einem Betankungsvorgang zunächst der erste Speicherbehälter FB1, danach in einem weiteren der zweite Speicherbehälter FB2 usw. befüllt werden, bis die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel angeordneten fünf Speicherbehälter FBn=5 unter Verwendung des ersten Betankungsprotokolls
Über den Drucksensor P1 kann der Druck p1 ermittelt werden. Dadurch kann druckabhängig ermittelt werden, dass ein Speicherbehälter FBn bei Erreichen seines vorgegebenen Zieldruckes vollständig gefüllt ist.The pressure p1 can be determined via the pressure sensor P1. As a result, it can be determined, depending on the pressure, that a storage container FB n is completely filled when its predetermined target pressure is reached.
Es wird deutlich, dass das erfindungsgemäße fahrzeugseitige Teilsystem H2 mit der erfindungsgemäßen ersten Betankungseinheit
Es versteht sich, dass die Anordnung der Bypass-Leitung
Die Entnahme des Wasserstoffs und Zuführung zu einer Brennstoffzelle oder einer Wasserstoff verbrennenden Verbrennungskraftmaschine erfolgt über die Entnahme-Leitungen
In der vorhergehenden Beschreibung zu dem ersten Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystem A wird deutlich, dass jedem Speicherbehälter FBn eine eigene behälterseitige Zuführ-Leitung
Bei dem nachfolgend erläuterten zweiten Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystem B wird zwischen der zweiten ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Betankungseinheit
Zweites erfindungsgemäßes Wasserstoffversorgungs- und Betankungssystem B:Second hydrogen supply and refueling system B according to the invention
Die Schnittstelle S umfasst ausgehend von mindestens einem tankstellenseitigen Wasserstoff-Vorratsspeicherbehälter TBn, nachgeschaltet eine tankstellenseitige Füllkupplung
Die im zweiten Ausführungsbeispiel vergleichsweise zum ersten Ausführungsbeispiel ebenfalls angeordneten fünf Speicherbehälter FBn (n = 1, 2, 3, 4, 5) weisen beispielsweise wiederum eine Tankkapazität von je 8 kg auf, so dass die Tankkapazität des Kraftfahrzeuges insgesamt bei 40 kg, mithin oberhalb des für einen Betankungsvorgang maximal möglichen Kapazitäts-Schwellenwertes von </= 10 kg der Betankungskapazität liegt.The five storage tanks FB n (n = 1, 2, 3, 4, 5), which are likewise arranged comparatively to the first exemplary embodiment in the second exemplary embodiment, for example, again have a tank capacity of 8 kg each, so that the tank capacity of the motor vehicle totals 40 kg, thus above the maximum possible capacity threshold value of </ = 10 kg of the refueling capacity for a refueling operation.
In der bei einer Betankung des nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges vorgesehenen Strömungsrichtung des Wasserstoffs von dem tankstellenseitigen Füllkupplungsventil
Die zweite Betankungseinheit
Das Drosselventil
Dabei ist das tankstellenseitige System L1 weiterhin für Kraftfahrzeuge ausgelegt, die ein fahrzeugseitiges Teilsystem L2 mit mindestens einem tankstellenseitigen beispielsweise 900 bar aufgeladenen Vorratsspeicherbehälter TBn zur Betankung von Kraftfahrzeugen mit niedrigerer Tankkapazität (Kapazitäts-Schwellenwert </= 10kg) aufweisen.In this case, the filling station side system L1 continues to be designed for motor vehicles having a vehicle-side subsystem L2 with at least one gas station side, for example, 900 bar charged storage tank TB n for refueling of vehicles with lower tank capacity (capacity threshold </ = 10kg).
Dabei wird wie folgt vorgegangen:
Über das Drosselventil
About the
Dabei wird mittels des Drosselventils
Der Startdruck p3 wird über einen Drucksensor P3 ermittelt, der vor dem oder den Speicherbehälter/n FBn angeordnet ist. Alternativ kann der Drucksensor P2 zur Ermittlung des Startdrucks verwendet werden, so dass p2 den Startdruck und im Betrieb den Druck p2 hinter dem Drosselventil
Ausgehend von dem im Ausführungsbeispiel verwendeten Startdruck p3 und der Außentemperatur T1 wird die adaptive Drosselung des Drosselventils
Im Ergebnis sind nach einem Betankungsvorgang im gesamten fahrzeugseitigen Tanksystem, mithin in dem mindestens einen fahrzeugseitige Speicherbehälter FBn (n = 1, 2, 3, 4, 5) des Kraftfahrzeuges 10 kg Wasserstoff verteilt, wobei der Zieldruck p3 ermittelt über den Drucksensor P3, der vor dem oder den Speicherbehälter/n FBn angeordnet ist, von 700 bar noch nicht erreicht ist. As a result, 10 kg of hydrogen are distributed after a refueling operation in the entire vehicle-side tank system, thus in the at least one vehicle-side storage tank FB n (n = 1, 2, 3, 4, 5) of the motor vehicle, the target pressure p3 determined via the pressure sensor P3, which is arranged in front of the or the storage container / n FB n , is not reached by 700 bar.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann der mindestens eine oder kann jeder der Speicherbehälter FBn (n = 1, 2, 3, 4, 5) im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel eine Tankkapazität aufweisen, die oberhalb oder unterhalb des Kapazitäts-Schwellenwertes liegt, da das Drosselventil
Durch einen weiteren Betankungsvorgang oder mehrere Betankungsvorgänge wird unter Einhaltung der Betankungsdruckrampe gemäß dem ersten Betankungsprotokoll
Das Drosselventil
Das Drosselventil
Das Drosselventil
Der Drosselventil
Die Auf/Zu Steuerung beziehungsweise die Regelung des Drosselventils
Die Steuerung und Regelung des Drosselventils
Dadurch sind nach Beendigung des als „Adaptive Drosselung“ bezeichneten Betankungsprozesses, der mehrere Betankungsvorgänge umfasst, im Ausführungsbeispiel insgesamt 40 kg Wasserstoff bei einem Zieldruck von 700 bar unter Einhaltung des ersten Betankungsprotokolls
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Hauptzuführ-Leitung
Dadurch kann die Steuerung und Regelung des Drosselventils
Alle ermittelten Messwerte und berechneten Werte werden einem nicht dargestellten Steuergerät zugeführt, welches dem fahrzeugseitigen Tanksystem B zugeordnet ist und welches den Betankungsprozess der „Adaptiven Drosselung“ steuert.All determined measured values and calculated values are fed to a control unit, not shown, which is assigned to the vehicle-side tank system B and which controls the refueling process of the "adaptive throttling".
Nachfolgende Messwerte und berechneten Werte werden dem Steuergerät zusammenfassend zur Verfügung gestellt:
- – Differenzdruckes Δp12 über
das Drosselventil 210 über die Drucksensoren P1, P2 - – Startdruck p3 in dem oder den Speicherbehälter/n FBn ermittelt über den Drucksensor P3 oder alternativ Verwendung von p2 als Startdruck ermittelt über den Drucksensor P2;
- – Zieldruck p3 in jedem der Speicherbehälter FBn ermittelt über den Drucksensor P3;
- – Betankungsdruckrampe (berechneter Wert) durch Ermittlung des zeitlichen Verlaufes zwischen dem Startdruck und dem Zieldruck;
- – Außentemperatur T1 zur Einstellung der Betankungsdruckrampe in Abhängigkeit der Außentemperatur T1 ermittelt durch das Außentemperatur-Messgerät T.
- - Differential pressure Δp12 via the
throttle valve 210 via the pressure sensors P1, P2 - - Starting pressure p3 in the or the storage tank / n FB n determined via the pressure sensor P3 or alternatively using p2 as the starting pressure determined via the pressure sensor P2;
- Target pressure p3 in each of the storage tanks FB n determined via the pressure sensor P3;
- Refueling pressure ramp (calculated value) by determining the time course between the starting pressure and the target pressure;
- - Outside temperature T1 for setting the refueling pressure ramp as a function of the outside temperature T1 determined by the outside temperature measuring device T.
Die Entnahme des Wasserstoffs und Zuführung zu einer Brennstoffzelle oder einer Wasserstoff verbrennenden Verbrennungskraftmaschine erfolgt bei dem zweiten Ausführungsbeispiel analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel über die Entnahme-Leitungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Stand der Technik:
- S
- Schnittstelle
- L
- 700 bar Tanksystem mit geringer Tankkapazität
- L1
- tankstellenseitiges Teilsystem (Kapazitäts-Schwellenwert </= 10 kg)
- L2
- fahrzeugseitiges Teilsystem (Kapazitäts-Schwellenwert </= 10 kg)
- H
- 350 bar Tanksystem mit hoher Tankkapazität
- H1
- tankstellenseitiges Teilsystem (Kapazitäts-Schwellenwert > 10 kg)
- H2
- fahrzeugseitiges Teilsystem (Kapazitäts-Schwellenwert > 10 kg)
- H1‘
- 700 bar tankstellenseitiges Teilsystem (Kapazitäts-Schwellenwert > 10 kg)
- TBn
- tankstellenseitige Vorratsspeicherbehälter (n = Anzahl)
- FBn
- fahrzeugseitige Speicherbehälter (n = Anzahl)
- 30
- tankstellenseitiges Füllkupplungsventil
- 31
- fahrzeugseitiges Füllkupplungsventil
- 130
- Hauptzuführ-Leitung
- A
- Betankungssystem
- 100
- Betankungseinheit
- 110
- Steuerelement
- 121
- Signalleitung
- 131; 132, 133, 134, 135
- behälterseitige Zuführ-Leitungen
- 140
- Bypass-Leitung
- 150
- Rückschlagventil/e
- 161; 162, 163, 164, 165
- behälterseitige Entnahme-Leitungen
- P1
- Drucksensor
- p1
- Druck
- T
- Außentemperatur-Messgerät
- T1
- Außentemperatur
- B
- Betankungssystem
- 200
- Betankungseinheit
- 210
- Steuerelement
- 130A; 130B, 130C, 130D, 130E
- behälterseitige Zuführ-Leitungen
- 161; 162, 163, 164, 165
- behälterseitige Entnahme-Leitungen
- P1
- Drucksensor
- p1
- Druck
- P2
- Drucksensor
- p2
- Druck
- P3
- Drucksensor
- p3
- Druck
- 221
- Signalleitungen
- Δp12
- Differenzdruck zwischen p1/p2
- T
- Außentemperatur-Messgerät
- T1
- Außentemperatur
- S
- interface
- L
- 700 bar tank system with low tank capacity
- L1
- Gas station side subsystem (capacity threshold </ = 10 kg)
- L2
- on-board subsystem (capacity threshold </ = 10 kg)
- H
- 350 bar tank system with high tank capacity
- H1
- Gas station side subsystem (capacity threshold> 10 kg)
- H2
- on-board subsystem (capacity threshold> 10 kg)
- H1 '
- 700 bar filling station-side subsystem (capacity threshold> 10 kg)
- TBn
- Tank storage tanks on the supply side (n = number)
- FB n
- vehicle storage tanks (n = number)
- 30
- filling station-side fueling valve
- 31
- on-board fueling valve
- 130
- Hauptzuführ line
- A
- refueling system
- 100
- refueling unit
- 110
- control
- 121
- signal line
- 131; 132, 133, 134, 135
- Container-side feed lines
- 140
- Bypass line
- 150
- Check valve / e
- 161; 162, 163, 164, 165
- Container-side removal lines
- P1
- pressure sensor
- p1
- T
- Outside temperature gauge
- T1
- outside temperature
- B
- refueling system
- 200
- refueling unit
- 210
- control
- 130A; 130B, 130C, 130D, 130E
- Container-side feed lines
- 161; 162, 163, 164, 165
- Container-side removal lines
- P1
- pressure sensor
- p1
- P2
- pressure sensor
- p2
- P3
- pressure sensor
- p3
- 221
- signal lines
- Δp12
- Differential pressure between p1 / p2
- T
- Outside temperature gauge
- T1
- outside temperature
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- SAE J2601-1 [0050] SAE J2601-1 [0050]
- SAE J2601-1 [0051] SAE J2601-1 [0051]
- J2601-2 [0056] J2601-2 [0056]
- SAE J2601-2 [0057] SAE J2601-2 [0057]
- SAE J2601-2 [0059] SAE J2601-2 [0059]
- SAE J2601-1 [0062] SAE J2601-1 [0062]
- SAE J2601-1 [0064] SAE J2601-1 [0064]
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- SAE J2601-1 [0074] SAE J2601-1 [0074]
- SAE J2601-1 [0077] SAE J2601-1 [0077]
- SAE J2601-1 [0079] SAE J2601-1 [0079]
- SAE J2601-1 [0082] SAE J2601-1 [0082]
- SAE J2601-1 [0088] SAE J2601-1 [0088]
- SAE J2601-1 [0089] SAE J2601-1 [0089]
Claims (11)
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DE102016111558.4A DE102016111558A1 (en) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Method and device for tank filling a hydrogen-powered motor vehicle |
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ID=60579243
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |