DE102016209170A1

DE102016209170A1 - Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines katalytischen Konverters zum Umwandeln eines Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016209170A1
Application number: DE102016209170.0A
Authority: DE
Inventors: Jan-Mark Kunberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines katalytischen Konverters (35) zum Umwandeln eines Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, in einem Fahrzeug aufgezeigt, wobei der katalytische Konverter (35) mit einem Druckbehälter (10) zum Speichern des Brennstoffs mittels einer Verbindungsleitung (20) fluidverbunden ist, wobei ein Entlastungsventil (30) in der Verbindungsleitung (20) angeordnet ist und zum Passieren lassen von Brennstoff zu dem katalytischen Konverter (35), wenn der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) einen Druckwert überschreitet, ausgebildet ist, umfassend die Schritte: Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zu dem katalytischen Konverter (35), obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt, und Erfassen eines Messwerts mindestens einer Eigenschaft des katalytischen Konverters (35), während des Zuführens von Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zu dem katalytischen Konverter (35), obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines katalytischen Konverters zum Umwandeln eines Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, in einem Fahrzeug und ein Druckbehältersystem in einem Fahrzeug umfassend einen Druckbehälter zum Speichern eines Brennstoffs.
Kryogene Druckbehältersysteme (werden auch „CcH2-Systeme“ genannt) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen kryogene Druckbehälter. Ein solcher Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter sowie einen diesen unter Bildung eines superisolierten (z.B. evakuierten) (Zwischen)Raumes umgebenden Außenbehälter. Kryogene Druckbehälter bzw. Drucktanks werden beispielsweise für Kraftfahrzeuge eingesetzt, in denen ein unter Umgebungsbedingungen gasförmiger Kraftstoff bzw. Brennstoff tiefkalt und somit im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand im Wesentlichen also mit gegenüber den Umgebungsbedingungen deutlich höherer Dichte gespeichert wird. Es sind daher hochwirksame Isolationshüllen (z.B. Vakuumhüllen) vorgesehen. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 einen solchen Druckbehälter.
Hochdruckgasbehältersysteme (auch „CGH2-Systeme“ genannt) sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem Druck von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.
Trotz guter thermischer Isolation erwärmt sich der gespeicherte Brennstoff bei längerer Standzeit langsam. Dabei steigt zeitgleich der Druck im Druckbehälter langsam an. Wird ein Grenzdruck überschritten, so muss der Brennstoff über geeignete Sicherheitseinrichtungen entweichen, um eine Schädigung des kryogenen Druckbehälters zu vermeiden, was auch als Abblasen bezeichnet werden kann.
Hierzu werden druckbetätigte Entlastungsventile eingesetzt, die ein schrittweises Entweichen des Mediums erlauben. Den Entlastungsventilen nachgeschaltet kann beispielsweise ein sogenanntes Blow-Off Management-System bzw. Boil-Off-Management-System (nachstehend: BMS) zum Einsatz kommen. Ein BMS kann einen katalytischen Konverter bzw. Katalysator aufweisen, der Brennstoff (beispielsweise Wasserstoff) mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft umsetzt (im Fall von Wasserstoff ist das Reaktionsprodukt Wasser).
Der katalytische Konverter bzw. das Blow-Off Management-System ist ein sicherheitsrelevantes Element, da das Nichtfunktionieren des katalytischen Konverters, d.h. der katalytische Konverter setzt den Brennstoff nicht um, z.B. Wasserstoff in Wasser, zu gefährlichen Situationen führen kann. Beispielsweise kann das Abblasen von Wasserstoff in die Umgebung gefährlich sein, da sich der Wasserstoff entzünden kann und zu einem Brand führen kann. Auch ist vorstellbar, dass der abgeblasene Wasserstoff, der von dem katalytischen Konverter nicht in Wasser umgewandelt wird, in geschlossenen Räumen Menschen ersticken kann.
Längere Nichtbenutzung des katalytischen Konverters, beispielsweise durch einen hohen Fahranteil und niedrigen Parkanteil (wodurch der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter stets unterhalb eines Maximaldrucks des Druckbehälters bleibt) oder ein hoher Parkanteil, wobei die Dichte im Druckbehälter unterkritisch ist (d.h. Parken bei einer warmen, nicht-kryogenen, Befüllung des Druckbehälters), kann dazu führen, dass der katalytische Konverter bzw. Teile hiervon oxydieren und nicht mehr funktionieren. Dies führt dazu, dass der Brennstoff nicht mehr bzw. nicht mehr vollständig umgesetzt wird. Daher ist das Überprüfen der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters sicherheitsrelevant.
Verschiedene Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters sind bekannt. So besteht eine bekannte Möglichkeit darin abzuwarten, bis die Umgebungstemperatur den Brennstoff in dem Druckbehälter derart erwärmt hat, dass das Überdruckventil bzw. das Entlastungsventil, das zwischen dem Druckbehälter und dem katalytischen Konverter angeordnet ist, aufgrund des Überdrucks in dem Druckbehälter öffnet, und während des Öffnens des Entlastungsventils die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters zu überprüfen. Nachteilig hieran ist, dass man u.U. eine große Zeitspanne abwarten muss, bis Brennstoff dem katalytischen Konverter zugeführt wird und man erst dann die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters während des Zuführens von Brennstoff überprüfen kann. Zudem kann das Abblasen einer nicht-geringen Menge von Brennstoff, auch beim Feststellen der Nicht-Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters, nicht mehr verhindert werden, da der Brennstoff in dem Druckbehälter einen hohen Druck, nämlich nur geringfügig unterhalb des maximal erlaubten bzw. zulässigen Drucks (Maximaldrucks bzw. max. Betriebsdrucks), aufweist. Dieses Vorgehen überprüft die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters in einer sicherheitsrelevanten Situation. D.h. man benötigt hierbei zusätzliche organisatorische Maßnahmen, um die sicherheitsrelevante Situation zu beherrschen.
Eine weitere bekannte Möglichkeit ist, dem katalytischen Konverter über eine externe Brennstoffleitung, d.h. nicht aus dem Druckbehälter, Brennstoff zuzuführen, um dessen Funktionsfähigkeit zu testen. Nachteilig hieran ist, dass dies technisch aufwändig ist, da u.a. ein spezielles externes Überprüfungsgerät notwendig ist. Zudem ist nachteilig, dass die Verbindungsleitung zwischen Druckbehälter und katalytischem Konverter unterbrochen werden muss. Daher kann die Dichtigkeit der Verbindungsleitung zwischen Druckbehälter und katalytischem Konverter hierbei nicht überprüft werden.
Eine weitere bekannte Möglichkeit ist, dass das Blow-Off Management-System bzw. der katalytische Konverter aus dem Fahrzeug ausgebaut wird, um die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters zu überprüfen. Dies ist technisch sehr aufwändig und zeitaufwändig. Zudem muss auch hier die Verbindungsleitung zwischen Druckbehälter und katalytischem Konverter unterbrochen werden, so dass die Dichtigkeit der Verbindung zwischen Druckbehälter und katalytischem Konverter hierbei nicht überprüft werden kann.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere bevorzugte Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie durch den Gegenstand des Patentanspruchs 6 der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines katalytischen Konverters zum Umwandeln eines Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, in einem Fahrzeug gelöst, wobei der katalytische Konverter mit einem Druckbehälter zum Speichern des Brennstoffs mittels einer Verbindungsleitung fluidverbunden ist, wobei ein Entlastungsventil in der Verbindungsleitung angeordnet ist und zum Passieren lassen von Brennstoff zu dem katalytischen Konverter, wenn der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter einen Druckwert überschreitet, ausgebildet ist, umfassend die Schritte: Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt, und Erfassen eines Messwerts mindestens einer Eigenschaft des katalytischen Konverters, während des Zuführens von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt.
Ein Vorteil hiervon ist, dass die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters zu jedem Zeitpunkt überprüfbar ist, nämlich unabhängig vom Druck des Brennstoffs im Druckbehälter bzw. am Entlastungsventil. Somit kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters auch im Fahrzeugbetrieb durchgeführt werden, d.h. während Brennstoff dem Druckbehälter entnommen wird und folglich der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts ist, bei dem das Entlastungsventil öffnet. Eine Vorkonditionierung, z.B. durch Übertanken des Druckbehälters oder ein Abwarten, bis das Entlastungsventil aufgrund eines Überdrucks des Brennstoffs im Druckbehälter öffnet, ist ebenfalls nicht notwendig. Zudem kann auch die Dichtheit der Verbindung zwischen dem Druckbehälter und dem katalytischen Konverter überprüft werden. Darüber hinaus kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters ohne mechanische Arbeiten, wie z.B. das Anschließen zusätzlicher externer Leitungen oder den Ein- und Ausbau von Komponenten, durchgeführt werden. Dies spart Zeit und senkt die Kosten. Ein Überprüfungsgerät kann den einen Messwert erfassen. Eine Eigenschaft des katalytischen Konverters kann z.B. die Temperatur des katalytischen Konverters oder der Druck des Brennstoffs im katalytischen Konverter sein.
Der Druckwert, bei dem das Entlastungsventil öffnet und Brennstoff von dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter passieren lässt bzw. strömen lässt, kann derart bestimmt bzw. festgelegt sein, dass dieser dem Maximaldruck des Druckbehälters entspricht, d.h. dem maximalen Betriebsdruck des Druckbehälters.
Bei dem Betriebsdruck entstehen typischerweise keine Beschädigungen am Druckbehälter bzw. der Druckbehälter ist für diesen Betriebsdruck ausgelegt.
Das Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt, kann stattfinden, indem unter Umgehung des Entlastungsventils Brennstoff aus dem Druckbehälter dem katalytischen Konverter zugeführt wird. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Entlastungsventil technisch besonders einfach ausgestaltet sein kann. Zudem kann ein übliches druckbetätigtes Entlastungsventil bzw. Überdruckventil bei diesem Verfahren verwendet werden, mit dem besonders viel Erfahrung vorhanden ist. Dies erhöht die Sicherheit. Die Umgehung des Entlastungsventils kann durch eine Umgehungsleitung geschehen, die (in Strömungsrichtung des Brennstoffs) vor dem Entlastungsventil aus der Verbindungsleitung abzweigt und entweder nach dem Entlastungsventil wieder in die Verbindungsleitung mündet oder direkt zu dem katalytischen Konverter führt. In der Umgehungsleitung kann dann beispielsweise ein (von einem Überprüfungsgerät) steuerbares Aktuatorventil angeordnet sein.
Das Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt, kann stattfinden, indem das Entlastungsventil geöffnet wird, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt. Ein Vorteil hiervon ist, dass keine zusätzliche Fluidleitung und -dichtung notwendig ist. Dadurch kann das Verfahren auch bei Druckbehältersystemen durchgeführt werden, deren Gewicht nicht wesentlich höher ist als bei bisher bekannten Druckbehältersystemen. Ferner benötigt der Druckbehälter keine zusätzliche Dichtung, sodass die Druckbehälterdichtheit nicht negativ beeinflusst ist. Ein bzw. das Überprüfungsgerät kann das Entlastungsventil öffnen, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt.
Ein Überprüfungsgerät, das den einen Messwert erfasst und/oder das Entlastungsventil öffnet, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt, kann von einem thermoelektrischen Generator mit Strom versorgt werden, wobei der thermoelektrische Generator mittels der von dem katalytischen Konverter erzeugten Abwärme Strom erzeugt. Vorteilhaft hieran ist, dass das Überprüfungsgerät „aufgeweckt“ bzw. mit Strom versorgt wird, sobald Brennstoff dem katalytischen Konverter zugeführt wird und dieser daraufhin Wärme erzeugt. Dieser Zustand tritt insbesondere beim längeren Parken auf, wenn aufgrund der Umgebungstemperatur der Druck des Brennstoffs in dem Druckbehälter über den Druckwert des Entlastungsventils steigt, und somit ohne Eingriff des Überprüfungsgeräts dem katalytischen Konverter Brennstoff zugeführt wird. In diesem Fall kann somit die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters auch dann überprüft werden, wenn Brennstoff ohne Eingriff des Überprüfungsgeräts, aufgrund des Öffnens des Überdruckventils bzw. des Entlastungsventil, d.h. passiv, dem katalytischen Konverter zugeführt wird. Somit kann eine geplante bzw. anstehende Überprüfung des katalytischen Konverters durch aktives Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter (über eine Umgehungsleitung oder durch aktives Öffnen des Entlastungsventils durch das Überprüfungsgerät) durch das Überprüfungsgerät zeitlich verschoben werden bzw. ausgefallen lassen werden. Somit kann Brennstoff gespart werden. Zudem wird hierdurch die Sicherheit erhöht.
Das Überwachungsgerät kann zudem von dem Bordnetz des Fahrzeugs mit Strom versorgt werden.
Die mindestens eine Eigenschaft des katalytischen Konverters kann den Druck des Brennstoffs im katalytischen Konverter und/oder die Temperatur des katalytischen Konverters umfassen. Ein Vorteil hiervon ist, dass mittels des erfassten Messwerts oder der erfassten Messwerte die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters besonders zuverlässig und technisch einfach festgestellt werden kann. Weitere Eigenschaften des katalytischen Konverters, wie z.B. die produzierte Menge an Abgas bzw. Reaktionsprodukt pro Zeiteinheit, können als Messwerte erfasst bzw. gemessen werden.
Das Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt, kann stattfinden, wenn das Überprüfungsgerät feststellt, dass die Zeitspanne seit dem letzten Erfassen des einen Messwerts größer als ein Maximalwert ist. Somit wird sichergestellt, dass die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters regelmäßig bzw. in nicht zu großen Zeitabständen überprüft wird. Dies senkt die Ausfallwahrscheinlichkeit und erhöht die Sicherheit. Der Maximalwert kann z.B. ein Tag, eine Woche oder ein Monat sein.
Die Aufgabe wird insbesondere auch durch ein Druckbehältersystem in einem Fahrzeug gelöst, umfassend einen Druckbehälter zum Speichern eines Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, einen katalytischen Konverter zum Umwandeln des Brennstoffs und ein Entlastungsventil, das in einer Verbindungsleitung zwischen dem Druckbehälter und dem katalytischen Konverter angeordnet ist und zum Passieren lassen von Brennstoff zu dem katalytischen Konverter, wenn der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter einen Druckwert überschreitet, ausgebildet ist, wobei das Druckbehältersystem ferner ein Überprüfungsgerät zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters umfasst, wobei das Druckbehältersystem derart ausgebildet ist, dass dem katalytischen Konverter Brennstoff aus dem Druckbehälter zuführbar ist, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt, und dass das Überprüfungsgerät während des Zuführens von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt, einen Messwert mindestens einer Eigenschaft des katalytischen Konverters erfasst.
Ein Vorteil hiervon ist, dass die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters zu jedem Zeitpunkt überprüfbar ist, nämlich unabhängig vom Druck des Brennstoffs im Druckbehälter bzw. am Entlastungsventil. Somit kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters auch im Fahrzeugbetrieb durchgeführt werden, d.h. während Brennstoff dem Druckbehälter entnommen wird und folglich der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts ist, bei dem das Entlastungsventil öffnet. Auch kann eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit erfolgen, wenn bzw. sobald bei der Betankung bzw. Befüllung des Druckbehälters eine überkritische Dichte an Brennstoff (Kryobetrieb) erreicht bzw. überschritten wurde. Eine Vorkonditionierung, z.B. durch Übertanken des Druckbehälters oder ein Abwarten, bis das Entlastungsventil aufgrund eines Überdrucks des Brennstoffs im Druckbehälter öffnet, ist ebenfalls nicht notwendig. Zudem kann auch die Dichtheit der Verbindung zwischen dem Druckbehälter und dem katalytischen Konverter überprüft werden. Darüber hinaus kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters ohne mechanische Arbeiten, wie z.B. das Anschließen zusätzlicher externer Leitungen oder den Ein- und Ausbau von Komponenten, durchgeführt werden. Dies spart Zeit und senkt die Kosten.
Das Druckbehältersystem kann ferner ein Aktuatorventil umfassen, welches in einer Umgehungsleitung, die in Strömungsrichtung des Gases vor dem Entlastungsventil von der Verbindungsleitung abzweigt und mit dem katalytischen Konverter fluidverbunden ist, angeordnet ist und von dem Überprüfungsgerät öffenbar und schließbar ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Entlastungsventil technisch besonders einfach ausgestaltet sein kann. Zudem kann ein übliches druckbetätigtes Entlastungsventil bzw. Überdruckventil in der Verbindungsleitung verwendet werden, mit dem besonders viel Erfahrung vorhanden ist. Dies erhöht die Sicherheit. Die Umgehungsleitung kann nach dem Entlastungsventil wieder in die Verbindungsleitung münden oder direkt zu dem katalytischen Konverter führen.
Das Entlastungsventil kann derart ausgebildet sein, dass das Entlastungsventil durch das Überprüfungsgerät öffenbar ist, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter unterhalb des Druckwerts liegt. Ein Vorteil hiervon ist, dass keine zusätzliche Fluidleitung und -dichtung notwendig ist. Dadurch kann das Druckbehältersystem ein geringes Gewicht aufweisen. Ferner wird die Dichtheit des Druckbehältersystems nicht negativ beeinflusst.
Das Druckbehältersystem kann ferner einen thermoelektrischen Generator zum Aktivieren und/oder Versorgen des Überprüfungsgeräts mit Strom umfassen, wobei der thermoelektrische Generator derart ausgebildet ist, dass der thermoelektrische Generator mittels der von dem katalytischen Konverter beim Umwandeln des Brennstoffs erzeugten Abwärme Strom erzeugt. Vorteilhaft hieran ist, dass das Überprüfungsgerät „aufgeweckt“ bzw. mit Strom versorgt werden kann, sobald Brennstoff dem katalytischen Konverter zugeführt wird und dieser daraufhin Wärme erzeugt. Dieser Zustand tritt insbesondere beim längeren Parken auf, wenn aufgrund der Umgebungstemperatur der Druck des Brennstoffs in dem Druckbehälter über den Druckwert des Entlastungsventils steigt, und somit ohne Eingriff des Überprüfungsgeräts dem katalytischen Konverter Brennstoff zugeführt wird. In diesem Fall kann somit der Betrieb und die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters auch dann überprüft werden, wenn Brennstoff ohne Eingriff des Überprüfungsgeräts, aufgrund des Öffnens des Überdruckventils bzw. des Entlastungsventil, d.h. passiv, dem katalytischen Konverter zugeführt wird. Somit kann eine geplante bzw. anstehende Überprüfung des katalytischen Konverters durch aktives Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter (über eine Umgehungsleitung oder durch aktives Öffnen des Entlastungsventils durch das Überprüfungsgerät) durch das Überprüfungsgerät zeitlich verschoben werden bzw. ausgefallen lassen werden. Somit kann Brennstoff gespart werden. Zudem wird hierdurch die Sicherheit erhöht.
Die mindestens eine Eigenschaft des katalytischen Konverters kann den Druck des Brennstoffs im katalytischen Konverter und/oder die Temperatur des katalytischen Konverters umfassen. Ein Vorteil hiervon ist, dass mittels des erfassten Messwerts oder der erfassten Messwerte die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters besonders zuverlässig und technisch einfach festgestellt werden kann. Weitere Eigenschaften bzw. Größen des katalytischen Konverters, wie z.B. die produzierte Menge an Abgas bzw. Reaktionsprodukt pro Zeiteinheit, können als Messwerte erfasst werden.
Das Überprüfungsgerät kann den Zeitpunkt des Erfassens bzw. Messens des einen Messwerts und/oder den einen erfassten Messwert einer Eigenschaft des katalytischen Konverters in einem nicht-flüchtigen Speicher speichern.
Das Druckbehältersystem kann ferner einen nicht-flüchtigen Speicher umfassen, wobei das Überprüfungsgerät zum Speichern des einen erfassten Messwerts mindestens einer Eigenschaft des katalytischen Konverters und/oder des Zeitpunkt des Erfassens des einen Messwerts in dem nicht-flüchtigen Speicher ausgebildet ist.
Das Überprüfungsgerät kann derart ausgebildet sein, dass das Überprüfungsgerät Brennstoff aus dem Druckbehälter in die Verbindungsleitung führt und unter Umgehung des Entlastungsventils dem katalytischen Konverter zuführt, wenn bzw. sobald das Überprüfungsgerät feststellt, dass die Zeitspanne seit dem letzten Erfassen des einen Messwerts größer als ein Maximalwert ist.
Der katalytische Konverter bzw. Katalysator setzt Brennstoff (beispielsweise Wasserstoff) mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft um (im Fall von Wasserstoff ist das Reaktionsprodukt Wasser).
Der katalytische Konverter ist dann funktionsfähig, wenn er den aus dem Druckbehälter abgeblasenen Brennstoff, z.B. Wasserstoff, unter Aufnahme von Luft aus der Umgebung in einen anderen, insbesondere ungefährlichen, Stoff als Reaktionsprodukt, z.B. Wasser oder Wasserdampf, (insbesondere im Wesentlichen vollständig) umwandelt und diesen an die Umgebung abgibt.
Das Überprüfungsgerät kann den oder die Messwerte jeweils mit Referenzwerten bzw. Referenzbereichen vergleichen. Falls der oder die Messwerte nicht innerhalb von Fehlertoleranzen mit einem Referenzwert übereinstimmen oder innerhalb eines Referenzbereichs liegen, stellt das Überprüfungsgerät fest, dass der katalytische Konverter betrieben wurde, jedoch nicht (voll) funktionsfähig ist. Wenn der oder die Messwerte innerhalb von Fehlertoleranzen mit einem Referenzwert übereinstimmen oder innerhalb eines Referenzbereichs liegen, stellt das Überprüfungsgerät fest, dass der katalytische Konverter betrieben wurde und funktionsfähig ist.
Das Überprüfungsgerät kann auch einen oder mehrere Messwerte einer oder mehrerer Eigenschaften bzw. Größen des katalytischen Konverters erfassen, während Brennstoff aus dem Druckbehälter dem katalytischen Konverter zugeführt wird, wenn der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter einen Druckwert überschreitet.
Das Bordnetz des Fahrzeugs kann während des Zuführens von Brennstoff aus dem Druckbehälter zu dem katalytischen Konverter das Überprüfungsgerät mit Strom versorgen.
Der Brennstoff kann ein (bei Standarddruck von 1,000 bar und Standardtemperatur von 0 °C) gasförmiger Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, sein.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem mit einem Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff für ein Kraftfahrzeug. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (CGH2) sein.
Hochdruckgasbehältersysteme (CGH2-Systeme) sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff (z.B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem max. Betriebsdruck (auch maximum operating pressure oder MOP genannt) von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.
Das kryogene Druckbehältersystem (CcH2-System) umfasst einen kryogenen Druckbehälter. Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatzustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegen, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i.d.R. ca. –40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für max. Betriebsdrücke (MOPs) bis ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Im Innenbehälter ist der Brennstoff gespeichert. Der Außenbehälter schließt den Druckbehälter bevorzugt nach außen hin ab. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum mit einem Absolutdruck im Bereich von 10^–9 mbar bis 10^–1 mbar, ferner bevorzugt von 10^–7 mbar bis 10^–3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10^–5 mbar, dass zumindest bereichsweise zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter in einem evakuierten (Zwischen)Raum bzw. Vakuum V angeordnet ist. Die Speicherung bei Temperaturen (knapp) oberhalb des kritischen Punktes hat gegenüber der Speicherung bei Temperaturen unterhalb des kritischen Punktes den Vorteil, dass das Speichermedium einphasig vorliegt. Es gibt also beispielsweise keine Grenzfläche zwischen flüssig und gasförmig.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems;
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems; und
3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems 1. Das Druckbehältersystem 1 umfasst einen Druckbehälter 10 zum Speichern des Brennstoffs. Der Brennstoff kann insbesondere ein Gas, z.B. Wasserstoff, sein. Der Druckbehälter 10 kann insbesondere ein kryogener Druckbehälter sein. Vorstellbar ist auch, dass der Druckbehälter 10 ein nicht-kryogener Druckbehälter ist. Der Druckbehälter 10 kann zum Speichern von LH₂ (liquid hydrogen), CcH₂ (cryo-compressed hydrogen) oder CGH₂ (compressed gaseous hydrogen) ausgebildet sein.
Das Druckbehältersystem 1 kann in einem Fahrzeug bzw. Kraftfahrzeug, z.B. einem PKW oder LKW, angeordnet sein. Der Druckbehälter 10 kann mit einer Brennstoffzelle verbunden sein (nicht gezeigt). Der Wasserstoff wird dann beispielsweise aus dem Druckbehälter 10 der Brennstoffzelle zugeführt. Die Brennstoffzelle dient zum Antreiben des Fahrzeugs.
Wenn der Druck des Brennstoffs in dem Druckbehälter 10 über einen (vorgegebenen) Druckwert steigt, müssen, um Beschädigungen oder gar ein Bersten des Druckbehälters 10 zu verhindern, Teile des Brennstoffs aus dem Druckbehälter 10 abgeführt bzw. abgelassen werden, sogenannter Blow-Off. Hierdurch erfolgt eine Druckentlastung des Druckbehälters 10.
Insbesondere bei längeren Stand- bzw. Parkzeiten, d.h. Zeiten, in denen dem Druckbehälter 10 kein Brennstoff entnommen wird, steigt die Temperatur des Druckbehälters 10 und somit die Temperatur des Brennstoffs im Druckbehälter 10 durch Wärmeeintrag aus der Umgebung an. Damit der abgeblasene Brennstoff nicht einfach in die Umgebung gelangt, ist ein Blow-Off-Management-System mit einem katalytischen Konverter 35 bzw. Katalysator vorhanden, der (Umgebungs-)Luft 40 und den Brennstoff, z.B. Wasserstoff, aufnimmt und diesen in ein ungefährliches Produkt, z.B. Wasser bzw. Wasserdampf, umwandelt bzw. umsetzt.
Daher ist der Druckbehälter 10 über eine Verbindungsleitung 20 mit dem katalytischen Konverter 35 bzw. einem Blow-Off-Management-System bzw. Boil-Off-Management-System fluidverbunden. Das Blow-Off-Management-System bzw. Boil-Off-Management-System umfasst den katalytischen Konverter 35. In der Verbindungsleitung 20 ist eine Verschraubung 12 angeordnet, mittels der Teil der Verbindungsleitung 20 des katalytischen Konverters 35 mit dem Teil der Verbindungsleitung 20 des Druckbehälters 10 im Wesentlich fluiddicht verschraubbar ist. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Druckabfall an der Verschraubung 12 unterhalb der Messgrenze liegt. Die Verschraubung 12 ist lösbar ausgebildet. Auch vorstellbar ist, dass keine Verschraubung vorhanden ist, sondern eine andere Art von Verbindung bzw. eine direkte Verbindung des Druckbehälters 10 mit dem katalytischen Konverter 35.
Ein Überprüfungsgerät 70 dient zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35. Das Überprüfungsgerät 70 kann ein Steuergerät sein bzw. Teil eines Steuergeräts des Druckbehälters 10 oder des Fahrzeugs sein. Der katalytische Konverter 35 ist dann funktionsfähig, wenn er den aus dem Druckbehälter 10 abgeblasenen Brennstoff, z.B. Wasserstoff, unter Aufnahme von Luft 40 aus der Umgebung in einen ungefährlichen Stoff als Reaktionsprodukt 45, z.B. Wasser oder Wasserdampf, (insbesondere im Wesentlichen vollständig) umwandelt (und diesen an die Umgebung abgibt).
In der Verbindungsleitung 20 zwischen dem Druckbehälter 10 und dem katalytischen Konverter 35 ist ein Entlastungsventil 30 (auch Abblaseventil bzw. ABV genannt) angeordnet. Das Entlastungsventil 30 ist ein Überdruckventil. D.h., wenn der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10 und somit auch der Druck des Brennstoffs am Entlastungsventil 30 über einem (vorgegebenen bzw. bestimmten) Druckwert liegt, öffnet das Entlastungsventil 30 und lässt den Brennstoff in Richtung des katalytischen Konverters 35 passieren. Sobald der Druck des Brennstoffs unterhalb des Druckwerts liegt, schließt das Entlastungsventil 30 wieder. Der Brennstoff strömt nach Öffnen des Entlastungsventils 30 aus dem Druckbehälter 10 durch das Entlastungsventil 30 zu dem katalytischen Konverter 35. Im katalytischen Konverter 35 wird Luft 40 aus der Umgebung aufgenommen und der Brennstoff, z.B. Wasserstoff, in einen ungefährlichen Stoff, z.B. Wasser oder Wasserdampf, umgewandelt und an die Umgebung abgegeben.
Das Druckbehältersystem 1 umfasst eine Umgehungsleitung 50, die von der Verbindungsleitung 20 vor dem Entlastungsventil 30 (d.h. auf der Seite des Druckbehälters 10; in 1 links) abzweigt, an dem Entlastungsventil 30 vorbeiführt und nach dem Entlastungsventil 30 (d.h. auf der Seite des katalytischen Konverters 35; in 1 rechts) wieder in die Verbindungsleitung 20 zweigt bzw. mündet. Somit lässt sich der Brennstoff aus dem Druckbehälter 10 unter Umgehung des Entlastungsventils 30 dem katalytischen Konverter 35 zuführen. Vorstellbar ist auch, dass die Umgehungsleitung 50 nicht wieder in die Verbindungsleitung 20 mündet, sondern direkt in den katalytischen Konverter 35 führt. In der Umgehungsleitung 50 ist ein Aktuatorventil 60 angeordnet, welches normalerweise geschlossen ist. Das Aktuatorventil 60 wird von einem Aktuator 65 geöffnet und geschlossen. Das Aktuatorventil 60 kann z.B. ein Magnetventil sein. Auch vorstellbar ist, dass Brennstoff aus der Zuleitung von dem Druckspeicher zur Brennstoffzelle unter Umgehung des Entlastungsventils 30 dem katalytischen Konverter 35 zugeführt wird, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10 unterhalb des Druckwerts liegt (nicht in den Zeichnungen gezeigt).
Das Aktuatorventil 60 kann mittels des Aktuators 65 von dem Überprüfungsgerät 70 geöffnet werden. Somit kann Brennstoff aus dem Druckbehälter 10 zu dem katalytischen Konverter 35 auch dann geführt werden, wenn bzw. obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10 und somit der Druck des Brennstoffs am Entlastungsventil 30 unterhalb des (vorgegebenen) Druckwerts des Entlastungsventils 30 liegt.
Ein Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter 10 zu dem katalytischen Konverter 35 bedeutet, dass zwischen dem Druckbehälter 10 und dem katalytischen Konverter 35 eine offene Fluidverbindung besteht, d.h. kein geschlossenes Ventil oder ähnliches in der Fluidverbindung vorhanden ist. Ob tatsächlich Brennstoff sich aus dem Druckbehälter 10 zu dem katalytischen Konverter 35 bewegt, ist hierfür unbeachtlich. So wird auch bei einer vollständigen Verstopfung des katalytischen Konverters 35 dem katalytischen Konverter 35 Brennstoff aus dem Druckbehälter 10 zugeführt, sofern zwischen dem katalytischen Konverter 35 und dem Druckbehälter 10 eine offene Fluidverbindung besteht, indem z.B. das Aktuatorventil 60 oder das Entlastungsventil 30 geöffnet ist.
Das Überprüfungsgerät 70 erfasst über Messleitungen 75‘, 75‘‘ die Temperatur des katalytischen Konverters 35 mittels eines Temperaturmessgeräts 78 und/oder den Druck des Brennstoffs am bzw. im katalytischen Konverter 35 mittels eines Druckmessgeräts 77. Auch der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10 ist über eine Messleitung 75 mittels eines Druckbehälterdruckmessgeräts 76 durch das Überprüfungsgerät 70 erfassbar bzw. messbar. Eine drahtlose Verbindung zwischen dem Überprüfungsgerät 70 und dem Druckmessgerät des katalytischen Konverters 35, dem Temperaturmessgeräts des katalytischen Konverters 35 und/oder dem Druckmessgerät des Druckbehälters 10 ist vorstellbar. Die Temperatur des katalytischen Konverters 35 ist ein starkes Indiz hinsichtlich der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35, da die Umwandlung von Wasserstoff und Luft 40 in Wasser bzw. Wasserdampf exotherm ist, d.h. Abwärme erzeugt. Sofern somit eine entsprechende Erhöhung der Temperatur des katalytischen Konverters 35 gemessen wird, während Brennstoff dem katalytischen Konverter 35 zugeführt wird, ist dies Anzeichen dafür, dass der katalytische Konverter 35 funktionsfähig ist, d.h. seine Funktion (vollumfänglich) erfüllt. Wenn keine Temperaturerhöhung bzw. keine ausreichende Temperaturerhöhung des katalytischen Konverters 35 gemessen wird, während Brennstoff dem katalytischen Konverter 35 zugeführt wird, ist dies ein Anzeichen dafür, dass der katalytische Konverter 35 nicht (voll) funktionsfähig ist. Die Zuführung von Brennstoff zu dem katalytischen Konverter 35 kann z.B. daran erkannt werden, dass ein gegenüber der Umgebung erhöhter bzw. deutlich erhöhter Druck, z.B. ein Druck nahe dem Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10, an dem katalytischen Konverter 35 festgestellt wird.
Die Temperatur des katalytischen Konverters 35 kann u.a. am Einlass für den Brennstoff und/oder am Auslass des Abfallprodukts bzw. des Reaktionsprodukts (bei Wasserstoff ist dies Wasser), das an die Umgebung abgegeben wird, gemessen werden.
Da der Druck des Brennstoffs am katalytischen Konverter 35 erfasst wird, kann eine Undichtigkeit in der Verbindungsleitung 20 (oder in der Umgehungsleitung 50), z.B. eine Undichtigkeit der Verschraubung 12, erkannt werden. Zudem kann durch die Druckmessung festgestellt werden, ob Brennstoff strömt bzw. fließt. Wenn ein gegenüber der Umgebung erhöhter Druck (z.B. ein Druck nahe dem Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10) festgestellt wird, zeigt dies, dass Brennstoff zu dem katalytischen Konverter 35 strömt bzw. fließt.
Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35 kann somit unabhängig davon durchgeführt werden, ob der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10 bzw. am Entlastungsventil 30 (d.h. auf der Druckbehälterseite des Entlastungsventils 30) oberhalb eines vorgegebenen Druckwerts liegt bzw. den vorgegebenen Druckwert erreicht. Ein Überschreiten des Druckwerts umfasst auch, dass der Druck den Druckwert erreicht.
Folglich kann jederzeit, auch während der Entnahme von Brennstoff aus dem Druckbehälter 10, eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35 stattfinden. Hierfür öffnet das Überprüfungsgerät 70 das Aktuatorventil 60 mittels des Aktuators 65 und misst einen oder mehrere Messwerte einer oder mehrere Eigenschaften bzw. Größen des katalytischen Konverters 35. Nach dem Erfassen der Messwerte oder nach dem Erfassen der Messwerte über einen vorgegebenen Zeitraum schließt das Überprüfungsgerät 70 das Aktuatorventil 60 wieder.
Die Eigenschaft bzw. die Eigenschaften können den Druck des Brennstoffs am Eingang des katalytischen Konverters 35, die Temperatur des katalytischen Konverters 35, die Temperatur des Umwandlungs- bzw. Reaktionsprodukts, welches vom katalytischen Konverter 35 abgegeben wird, und/oder die Temperatur des Brennstoffs im Druckbehälter 10 sein.
Das Überprüfungsgerät 70 kann den oder die Messwerte jeweils mit Referenzwerten bzw. Referenzbereichen vergleichen. Falls der jeweils gemessene Messwert nicht (innerhalb eines Toleranzbereichs) mit dem Referenzwert übereinstimmt oder nicht innerhalb eines Referenzbereichs liegt, wird festgestellt, dass der katalytische Konverter 35 nicht (voll) funktionsfähig ist bzw. sich in einem nicht (voll) funktionsfähigen Status befindet. Der Referenzwert bzw. der Referenzbereich kann abhängig von Variablen (wie z.B. dem Zeitpunkt der letzten Prüfung, der Umgebungstemperatur, dem Umgebungsdruck und/oder der Luftfeuchtigkeit) sein oder fest vorgegeben sein.
Der bzw. die Messwerte können in einem nicht-flüchtigen Speicher, z.B. EPROM, FLASH, FeRAM, MRAM, PCRAM oder Festplatte, gespeichert werden. Auch kann der Status der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35 gespeichert werden. Das Überprüfungsgerät 70 kann auch ein entsprechendes Warnsignal ausgeben, welches z.B. mittels eines optischen Signals (z.B. Fehlfunktionslampe) und/oder akustischen Signals dem Fahrer des Fahrzeugs übermittelt wird, wenn festgestellt wird, dass der katalytische Konverter 35 nicht funktionsfähig ist bzw. voll funktionsfähig ist. Eine weitere Schutzreaktion kann die Sperrung der Betankung (z.B. Sperrung der Tankklappe) oder die Sperrung der kryogenen Betankung bzw. die Anzeige, dass nur eine Warmbetankung (d.h. nicht kryogene Betankung des Druckbehälters 10) zulässig ist, sein.
Zudem kann der Zeitpunkt der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35 gespeichert werden. Der Zeitpunkt kann insbesondere der Zeitpunkt des Öffnens des Aktuatorventils 60, des Schließens des Aktuatorventils 60 oder des Messens des Messwerts sein. Ein weiterer Zeitpunkt kann das Aufwecken des Überprüfungsgeräts durch Versorgung durch den thermoelektrischen Generator (TEG) sein. Es können zur Analyse mehrere Zeitpunkte gespeichert werden.
Das Überprüfungsgerät 70 kann ein Überprüfen der Funktionsfähigkeit dann durchführen, wenn die Zeitspanne zwischen der aktuellen Zeit und dem Zeitpunkt der letzten Überprüfung der Funktionsfähigkeit (z.B. dem Zeitpunkt des letzten Erfassens eines Messwerts einer Eigenschaft des katalytischen Konverters 35) einen vorgegebenen Wert bzw. Maximalwert (z.B. 1 Woche oder 1 Monat) übersteigt oder erreicht. Somit ist sichergestellt, dass der katalytische Konverter 35 regelmäßig, in nicht zu großen Zeitabständen auf seine Funktionsfähigkeit überprüft wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Überprüfungsgerät 70 ein Überprüfen der Funktionsfähigkeit dann durchführen, wenn bzw. sobald das Überprüfungsgerät 70 von dem thermoelektrischen Generator (TEG) 80 mit Strom versorgt wird.
Das Überprüfungsgerät 70 kann von dem Bordnetz des Fahrzeugs mit Strom versorgt werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems 1. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur darin, dass ein thermoelektrischer Generator 80 an dem katalytischen Konverter 35 angeordnet ist. Wenn der katalytische Konverter 35 Brennstoff und Luft 40 aufnimmt und beides zusammen in einen ungefährlichen Stoff, z.B. Wasser oder Wasserdampf, umwandelt, erwärmt sich der katalytische Konverter 35. Dieser erwärmt wiederum den thermoelektrischen Generator 80, der daraufhin Strom erzeugt und das Überprüfungsgerät 70 mit Strom versorgt und aktiviert. Der thermoelektrische Generator 80 kann auf dem Gehäuse des katalytischen Konverters 35 oder in diesem angeordnet sein.
Das Überprüfungsgerät 70 kann auch dann den einen Messwert oder die mehreren Messwerte einer Eigenschaft bzw. Größe des katalytischen Konverters 35 erfassen, wenn das Entlastungsventil 30 aufgrund eines (z.B. durch die Umgebungstemperatur verursachten) Überdrucks des Brennstoffs im Druckbehälter 10 öffnet und der katalytische Konverter 35 aktiv wird. Dieser Zeitpunkt kann als Zeitpunkt der letzten Überprüfung der Funktionsfähigkeit gespeichert werden. Dadurch kann beispielsweise das nächste aktive Überprüfen der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35 (nämlich durch gezieltes bzw. aktives Öffnen eines Ventils durch das Überprüfungsgerät 70) zeitlich nach hinten verschoben werden. Das Messen eines Messwerts einer Eigenschaft oder mehrere Eigenschaften des katalytischen Konverters 35 während eines Abblasens von Brennstoff aufgrund eines Überdrucks des Brennstoffs im Druckbehälter 10 ist somit gleichwertig zu dem Messen eines Messwerts einer Eigenschaft des katalytischen Konverters 35, während das Überprüfungsgerät 70 aktiv ein Ventil (Entlastungsventil 30 oder Aktuatorventil 60) öffnet, um Brennstoff zu dem katalytischen Konverter 35 zu führen, auch wenn bzw. ungeachtet der Tatsache, dass der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10 bzw. am Entlastungsventil 30 unterhalb des Druckwerts liegt, bei dem das Entlastungsventil 30 öffnet.
Somit kann das Überprüfungsgerät 70, das im Parkzustand des Fahrzeugs bzw. im ausgeschalteten Zustand des Fahrzeugs eventuell nicht vom Bordnetz mit Strom versorgt wird, aufwachen, d.h. aktiv werden, wenn dem katalytischen Konverter 35 Brennstoff durch das Entlastungsventil 30 aufgrund eines Überdrucks des Brennstoffs im Druckbehälter 10 zugeführt wird. Nach dem Aufwachen kann das Überprüfungsgerät 70 den oder die Messwerte einer oder mehrere Eigenschaften des katalytischen Konverters 35 erfassen und gegebenenfalls speichern. Folglich kann auch dann die Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35 überprüft werden, wenn das Überprüfungsgerät 70 nicht vom Bordnetz mit Strom versorgt wird (z.B. weil das Fahrzeug ausgeschaltet ist) und aufgrund eines Überdrucks des Brennstoffs im Druckbehälter 10 Brennstoff abgeblasen werden muss. Da hierbei der nächste Zeitpunkt des Überprüfens der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35 in die Zukunft verschoben werden kann, wird somit Brennstoff gespart.
Das Überprüfungsgerät 70 kann auch derart ausgebildet sein, dass ein oder mehrere Messwerte einer oder mehrere Eigenschaften des katalytischen Konverters 35 erfasst werden, sobald dem katalytischen Konverter 35 Brennstoff zugeführt wird, unabhängig vom Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des hier offenbarten Druckbehältersystems 1. Die in 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass keine Umgehungsleitung 50 und folglich auch kein Aktuatorventil 60 und kein Aktuator 65 vorhanden sind. Das Überprüfungsgerät 70 kann das Entlastungsventil 30 öffnen und schließen. Das Entlastungsventil 30 ist in diesem Fall z.B. ein elektrisch steuerbares Magnetventil. Das Entlastungsventil 30 ist somit von dem Überprüfungsgerät 70 öffenbar, ungeachtet der Tatsache, dass der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter 10 und folglich am Entlastungsventil 30 unterhalb des (vorgegebenen) Druckwerts liegt.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform wird gegenüber den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen Material und Platz gespart. Zudem sind keine zusätzlichen Komponenten bzw. zusätzlichen Ventile (die potentielle Leckagestellen sind) neben dem Entlastungsventil 30 notwendig. Vorteilhaft ist auch, dass zur Überprüfung derselbe Mechanismus verwendet werden kann, der auch zur Druckentlastung des Druckbehälters 10 verwendet wird. Somit ist keine zusätzliche Dichtung erforderlich. Die bereits vorhandene Funktion Druckentlastung enthält eine zusätzliche Funktion, nämlich die des Zuführens von Brennstoff zum katalytischen Konverter 35 zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35. Zum Durchführen des Überprüfens der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters 35 wird das Entlastungsventil 30 vom Überprüfungsgerät 70 geöffnet. Nach dem Durchführen des Überprüfens der Funktionsfähigkeit wird das Entlastungsventil 30 wieder geschlossen.
Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit (Test) des katalytischen Konverters 35 kann während des Betriebs des Fahrzeugs stattfinden, z.B. beim Abstellen/Parken und Ausschalten des Fahrzeugs oder im Anschluss an eine überkritische Betankung. Dies kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn der Brennstoff im Druckbehälter 10 einen Druck aufweist, der nur geringfügig (z.B. 1%, 5% oder 10%) unterhalb des Druckwerts liegt, bei dem das Entlastungsventil 30 (von sich aus) öffnet. In diesem Zustand ist nämlich damit zu rechnen, dass während des Parkens des Fahrzeugs ein Abblasen aufgrund eines Überdrucks des Brennstoffs im Druckbehälter 10 stattfinden wird und somit ein Umwandeln des Brennstoffs durch den katalytischen Konverter 35 stattfinden soll. Sofern festgestellt wird, dass der katalytische Konverter 35 nicht funktionsfähig ist, kann somit beim Abstellen des Fahrzeugs ein Warnsignal abgegeben werden, das darauf hinweist, dass Brennstoff bald abgeblasen werden muss und ein Umwandeln des abgeblasenen Brennstoffs durch den katalytischen Konverter 35 nicht bzw. nicht vollständig stattfinden wird, da dieser nicht funktionsfähig 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.
Bezugszeichenliste

1: Druckbehältersystem
10: Druckbehälter
12: Verschraubung
20: Verbindungsleitung
30: Entlastungsventil
35: katalytischen Konverter
40: Luft
45: Reaktionsprodukt des katalytischen Konverters (Wasserdampf)
50: Umgehungsleitung
60: Aktuatorventil
65: Aktuator
70: Überprüfungsgerät
75, 75‘, 75‘‘: Messleitungen
76: Druckbehälterdruckmessgerät
77: Druckmessgerät
78: Temperaturmessgerät
80: thermoelektrischer Generator

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

Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines katalytischen Konverters (35) zum Umwandeln eines Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, in einem Fahrzeug, wobei der katalytische Konverter (35) mit einem Druckbehälter (10) zum Speichern des Brennstoffs mittels einer Verbindungsleitung (20) fluidverbunden ist, wobei ein Entlastungsventil (30) in der Verbindungsleitung (20) angeordnet ist und zum Passieren lassen von Brennstoff zu dem katalytischen Konverter (35), wenn der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) einen Druckwert überschreitet, ausgebildet ist, umfassend die Schritte: Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zu dem katalytischen Konverter (35), obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt, und Erfassen eines Messwerts mindestens einer Eigenschaft des katalytischen Konverters (35), während des Zuführens von Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zu dem katalytischen Konverter (35), obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zu dem katalytischen Konverter (35), obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt, stattfindet, indem unter Umgehung des Entlastungsventils (30) Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) dem katalytischen Konverter (35) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zu dem katalytischen Konverter (35), obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt, stattfindet, indem das Entlastungsventil (30) geöffnet wird, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Eigenschaft des katalytischen Konverters (35) den Druck des Brennstoffs im katalytischen Konverter (35) und/oder die Temperatur des katalytischen Konverters (35) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zuführen von Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zu dem katalytischen Konverter (35), obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt, stattfindet, wenn festgestellt wird, dass die Zeitspanne seit dem letzten Erfassen des einen Messwerts größer als ein Maximalwert ist.
Druckbehältersystem (1) in einem Fahrzeug umfassend – einen Druckbehälter (10) zum Speichern eines Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, – einen katalytischen Konverter (35) zum Umwandeln des Brennstoffs und – ein Entlastungsventil (30), das in einer Verbindungsleitung (20) zwischen dem Druckbehälter (10) und dem katalytischen Konverter (35) angeordnet ist und zum Passieren lassen von Brennstoff zu dem katalytischen Konverter (35), wenn der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) einen Druckwert überschreitet, ausgebildet ist, wobei das Druckbehältersystem (1) ferner ein Überprüfungsgerät (70) zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des katalytischen Konverters (35) umfasst, wobei das Druckbehältersystem (1) derart ausgebildet ist, dass dem katalytischen Konverter (35) Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zuführbar ist, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt, und dass das Überprüfungsgerät (70) während des Zuführens von Brennstoff aus dem Druckbehälter (10) zu dem katalytischen Konverter (35), obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt, einen Messwert mindestens einer Eigenschaft des katalytischen Konverters (35) erfasst.
Druckbehältersystem (1) nach Anspruch 6, ferner umfassend ein Aktuatorventil (60), welches in einer Umgehungsleitung (50), die in Strömungsrichtung des Gases vor dem Entlastungsventil (30) von der Verbindungsleitung (20) abzweigt und mit dem katalytischen Konverter (35) fluidverbunden ist, angeordnet ist und von dem Überprüfungsgerät (70) öffenbar und schließbar ist.
Druckbehältersystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Entlastungsventil (30) derart ausgebildet ist, dass das Entlastungsventil (30) durch das Überprüfungsgerät (70) öffenbar ist, obwohl der Druck des Brennstoffs im Druckbehälter (10) unterhalb des Druckwerts liegt.
Druckbehältersystem (1) nach einem der Ansprüche 6–8, wobei das Druckbehältersystem (1) ferner einen thermoelektrischen Generator (80) zum Aktivieren und/oder Versorgen des Überprüfungsgeräts (70) mit Strom umfasst, wobei der thermoelektrische Generator (80) derart ausgebildet ist, dass der thermoelektrische Generator (80) mittels der von dem katalytischen Konverter (35) beim Umwandeln des Brennstoffs erzeugten Abwärme Strom erzeugt.
Druckbehältersystem (1) nach einem der Ansprüche 6–9, wobei die mindestens eine Eigenschaft des katalytischen Konverters (35) den Druck des Brennstoffs im katalytischen Konverter (35) und/oder die Temperatur des katalytischen Konverters (35) umfasst.