DE102016217028A1 - Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs - Google Patents

Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs Download PDF

Info

Publication number
DE102016217028A1
DE102016217028A1 DE102016217028.7A DE102016217028A DE102016217028A1 DE 102016217028 A1 DE102016217028 A1 DE 102016217028A1 DE 102016217028 A DE102016217028 A DE 102016217028A DE 102016217028 A1 DE102016217028 A1 DE 102016217028A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
opening element
vehicle
pressure vessel
safety system
safety valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016217028.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Jan-Mark Kunberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102016217028.7A priority Critical patent/DE102016217028A1/de
Publication of DE102016217028A1 publication Critical patent/DE102016217028A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/36Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves actuated in consequence of extraneous circumstances, e.g. shock, change of position
    • F16K17/38Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves actuated in consequence of extraneous circumstances, e.g. shock, change of position of excessive temperature
    • F16K17/383Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves actuated in consequence of extraneous circumstances, e.g. shock, change of position of excessive temperature the valve comprising fusible, softening or meltable elements, e.g. used as link, blocking element, seal, closure plug
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/40Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves with a fracturing member, e.g. fracturing diaphragm, glass, fusible joint
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/025Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic actuated by thermo-electric means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/12Arrangements or mounting of devices for preventing or minimising the effect of explosion ; Other safety measures
    • F17C13/123Arrangements or mounting of devices for preventing or minimising the effect of explosion ; Other safety measures for gas bottles, cylinders or reservoirs for tank vehicles or for railway tank wagons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0311Closure means
    • F17C2205/0317Closure means fusing or melting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323Valves
    • F17C2205/0332Safety valves or pressure relief valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01Pure fluids
    • F17C2221/012Hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03Mixtures
    • F17C2221/032Hydrocarbons
    • F17C2221/033Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107Single phase
    • F17C2223/0123Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036Very high pressure (>80 bar)
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404Parameters indicated or measured
    • F17C2250/0482Acceleration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/04Reducing risks and environmental impact
    • F17C2260/042Reducing risk of explosion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00Applications
    • F17C2270/01Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs, umfassend ein Sicherheitsventil zur Druckentlastung des Druckbehälters, mit einem thermisch aktivierbaren Öffnungselement, wobei das vollständige Öffnungselement durch die thermische Aktivierung in seiner Form veränderbar ist und/oder durch die thermische Aktivierung zerstörbar ist, um das Sicherheitsventil zu öffnen, und eine elektrische Stromführung, ausgebildet zum Anschluss zumindest einer elektrischen Energiequelle, wobei die Stromführung durch das Öffnungselement hindurch verläuft, um das Öffnungselement bei fließendem elektrischem Strom durch die Stromführung thermisch zu aktivieren.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit dem Sicherheitssystem.
  • Druckbehälter werden in Fahrzeugen zur Bevorratung von Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas verwendet. Der Brennstoff wird im Fahrzeug in einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor umgesetzt, um Energie für den Antrieb des Fahrzeugs zu erzeugen. Die Druckbehälter stehen unter einem relativ hohen Druck. Bei thermischen Ereignissen, beispielsweise einem Fahrzeugbrand, muss der Druck aus dem Druckbehälter kontrolliert abgelassen werden. Hierzu sind entsprechende Sicherheitsventile vorgeschrieben. Diese Sicherheitsventile werden auch als thermische Druckentlastungsventile oder TPRD (Thermal Pressure Release Device) bezeichnet.
  • Die Sicherheitsventile weisen ein thermisch aktivierbares Öffnungselement auf. Bei der thermischen Aktivierung, üblicherweise bei der Temperatur ab 110 °C, verändern die Öffnungselemente ihre Form oder werden zerstört. Dadurch öffnet sich das Sicherheitsventil. Im Stand der Technik sind Sicherheitsventile mit unterschiedlichen Öffnungselementen bekannt, beispielsweise ausgebildet als Glasampullen, aus Schmelzmaterial oder aus Formgedächtnismetall.
  • Der Druckbehälter im Fahrzeug kann, beispielsweise bei einem Unfall, beschädigt werden. Dadurch kann der Berstdruck des Druckbehälter unter den Betriebsdruck abgesenkt werden oder zumindest unter den Auslösedruck der vorgesehenen Sicherheitseinrichtungen. Zwar ist am Druckbehälter üblicherweise eine manuelle Entleerung möglich, jedoch sind diese Vorrichtungen unter Umständen an einer schwer erreichbaren Stelle am Fahrzeug angeordnet oder durch den vorliegenden Unfall schwer zugänglich. Die Druckschrift DE 10 2014 205 712 A beschreibt eine Möglichkeit, wie das Sicherheitsventil auch ohne einem Fahrzeugbrand, beispielsweise durch die Rettungskräfte, geöffnet werden kann. Hierzu befindet sich neben dem Sicherheitsventil eine elektrische Heizung. An das Fahrzeug kann eine externe elektrische Energiequelle zum Betreiben dieser elektrischen Heizung angeschlossen werden. Mittels der elektrischen Heizung wird das Öffnungselement im Sicherheitsventil thermisch aktiviert, sodass das Sicherheitsventil öffnet. Die in DE 10 2014 205 712 A beschriebene Lösung ist jedoch relativ aufwendig und kostenintensiv, da eine separate elektrische Heizung verbaut werden muss.
  • Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe vorliegender Technologie, ein Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs anzugeben, dass bei einfacher Herstellung und wartungsfreiem Betrieb, eine sichere Aktivierung des Sicherheitsventils zum Ablassen des Drucks aus dem Druckbehälter ermöglicht. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Sicherheitssystem für einen Druckbehälter in einem Fahrzeug. Der Druckbehälter kann auch als Drucktank oder Hochdrucktank bezeichnet werden. In dem Druckbehälter wird ein Brennstoff bevorratet, der im Fahrzeug umgesetzt wird. Dabei gewonnene Energie dient insbesondere zum Antrieb des Fahrzeuges. Vorzugsweise dient der Druckbehälter zur Aufnahme von Wasserstoff oder Erdgas.
  • Das Sicherheitssystem umfasst ein Sicherheitsventil. Das Sicherheitsventil wird auch als thermisches Druckentlastungsventil oder TPRD (Thermal Pressure Release Device) bezeichnet. Das Sicherheitsventil ist am Druckbehälter angeordnet oder entsprechend fluidleitend mit dem Druckbehälter verbunden. Im normalen Betriebszustand ist das Sicherheitsventil geschlossen. Im Notfall öffnet sich das Sicherheitsventil, um Druck aus dem Druckbehälter abzulassen. Das Sicherheitsventil umfasst ein Öffnungselement. Das Öffnungselement ist thermisch aktivierbar. Durch die thermische Aktivierung verändert das Öffnungselement seine Form oder das Öffnungselement wird durch die thermische Aktivierung zerstört. Der Begriff „Öffnungselement“ ist im Rahmen dieser Erfindung auf den Bereich des Sicherheitsventils beschränkt, der durch die thermische Aktivierung zweckmäßig vollständig in seiner Form veränderbar bzw. zerstörbar ist. Im geschlossenen Zustand des Sicherheitsventils verschließt das Öffnungselement das Sicherheitsventil entweder direkt oder indirekt. Beim indirekten Verschließen hält das Öffnungselement beispielsweise einen Ventilkörper, wobei der Ventilkörper wiederum das Sicherheitsventil verschließt.
  • Das Öffnungselement ist so ausgebildet, dass es bei einer sicherheitskritischen Temperatur, beispielsweise von 110 °C, öffnet. Die sicherheitskritische Temperatur ist so gewählt, dass bei einem Fahrzeugbrand ein Bersten des Druckbehälters durch thermische Strukturschwächung vermieden wird.
  • Ferner umfasst das Sicherheitssystem eine elektrische Stromführung. Die elektrische Stromführung ist dazu ausgebildet, um zumindest eine elektrische Energiequelle, beispielsweise eine Batterie, an die Stromführung anzuschließen. Bei der elektrischen Energiequelle handelt es sich insbesondere um eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Energiequelle, die beispielsweise von Rettungskräften, an das Fahrzeug angeschlossen wird. Zusätzlich oder alternativ kann jedoch an die elektrische Stromführung auch eine fahrzeuginterne elektrische Energiequelle angeschlossen werden, sodass in der Stromführung aufgrund eines vom Fahrzeug gegebenen Steuerbefehls oder eines externen Steuerbefehls Strom aus der fahrzeuginternen elektrischen Energiequelle fließen kann.
  • Die Stromführung verläuft unmittelbar durch das Öffnungselement hindurch. Dadurch fließt, sobald an der Stromführung eine elektrische Energiequelle angeschlossen ist und der zugehörige Stromkreis geschlossen ist, elektrischer Strom durch das Öffnungselement. Dementsprechend ist das Öffnungselement auch elektrisch leitend ausgebildet. Durch den elektrischen Widerstand des Öffnungselements wirkt das Öffnungselement selbst als Heizung. Bei fließendem elektrischen Strom kommt es zur direkten Erwärmung des Öffnungselements und somit zur thermischen Aktivierung des Öffnungselements. Dadurch öffnet sich das Sicherheitsventil.
  • Die Stromführung kann auch als Stromkreis bezeichnet werden. Der Stromkreis ist insbesondere durch das Anschließen der Energiequelle geschlossen. Dabei ist es auch möglich, dass der Stromkreis über die Erde oder die Masse führt, sodass lediglich ein Pol der Energiequelle an die Stromführung angeschlossen werden muss.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Öffnungselement aus Schmelzmaterial besteht. Das Schmelzmaterial ist elektrisch leitend und verändert bei der thermischen Aktivierung schmelzend seine Form. Das Schmelzmaterial kann als Verschlussmasse ausgebildet sein, wobei bei der thermischen Aktivierung die Verschlussmasse schmilzt und dabei, aufgrund der Schwerkraft, zu fließen beginnt. Alternativ kann das Schmelzmaterial auch in Form eines gespannten Drahtes oder Stabes vorliegen, der bei der thermischen Aktivierung bricht oder reist.
  • Als Schmelzmaterial wird hier beispielsweise ein Metall, insbesondere ein Lot verwendet. Allerdings können als Schmelzmaterial auch Kunststoffe, die über entsprechende Partikel oder Additive elektrisch leitend sind, verwendet werden.
  • Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Öffnungselement das Schmelzmaterial, nicht zwangsläufig elektrisch leitend, und eine separate elektrische Widerstandsheizung, vorzugsweise als Widerstandsdraht, im oder am Schmelzmaterial umfasst. Bei der thermischen Aktivierung fließt der Strom durch die Widerstandsheizung und bringt so das Schmelzmaterial zum Schmelzen.
  • Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Öffnungselement aus einem Formgedächtnismetall besteht. Das Formgedächtnismetall wird auch als Formgedächtnislegierungen bezeichnet. Das Formgedächtnismetall ist elektrisch leitend und verändert bei der thermischen Aktivierung seine Form. Das Formgedächtnismetall kann dabei in unterschiedlichsten geometrischen Formen verwendet werden. Beispielsweise wird das Öffnungselement hier in Form eines Drahtes, eines Stabes, eines Bleches oder einer Feder gestaltet. Diese Elemente können sich bei der thermischen Aktivierung verbiegen, zusammenziehen oder ausdehnen.
  • Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Öffnungselement das Formgedächtnismetall, nicht zwangsläufig elektrisch leitend, und eine separate elektrische Widerstandsheizung, vorzugsweise als Widerstandsdraht, im oder am Formgedächtnismetall umfasst. Bei der thermischen Aktivierung fließt der Strom durch die Widerstandsheizung und erwärmt so das Formgedächtnismetall.
  • Gemäß einer weiteren Möglichkeit, ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Öffnungselement eine Glasampulle ist. In die Glasampulle ist ein elektrischer Leiter integriert. Durch diesen elektrischen Leiter verläuft die Stromführung des Sicherheitssystems. Die Glasampulle weist einen geschlossenen Hohlraum auf. Bei der thermischen Aktivierung dehnt sich das, vorzugsweise in flüssiger Form vorliegende, Fluidvolumen in diesem Hohlraum aus, wodurch es zum Bersten der Glasampulle kommt. Das Material für die Glasampulle ist nicht auf “Glas“ beschränkt, sondern es kann jedes Material gewählt werden, dass ausreichend spröde ist.
  • Für die Integration des elektrischen Leiters in die Glasampulle gibt es mehrere Möglichkeiten:
    Gemäß einer ersten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass der elektrische Leiter, vorzugsweise ausgebildet als Heizdraht, durch den Hohlraum der Glasampulle verläuft.
  • Gemäß einer zweiten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass der elektrische Leiter, vorzugsweise ausgebildet als Heizdraht, in der Wandung der Glasampulle integriert ist. Dabei verläuft der elektrische Leiter durch die Wandung der Glasampulle und ist in der Wandung der Glasampulle unmittelbar und direkt von dem Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff, der Glasampulle umschlossen.
  • Gemäß einer dritten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass der elektrische Leiter als metallische Schicht auf die Glasampulle aufgebracht ist.
  • Gemäß einer vierten Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass die Glasampulle aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist. Beispielsweise können in das Material der Glasampulle, sowohl in Glas als auch in Kunststoff, entsprechende Partikel oder Additive eingesetzt werden, die zu einer elektrischen Leitfähigkeit führen.
  • Gemäß einer fünften Variante ist bevorzugt vorgesehen, dass der elektrische Leiter, vorzugsweise ausgebildet als Heizdraht, um den Hohlraum der Glasampulle gewickelt ist.
  • Vorzugsweise ist in der Stromführung ein Crashschalter angeordnet. Um einen Missbrauch des Sicherheitssystems zu verhindern, ist dieser Crashschalter im Regelfall offen. Bei geöffnetem Crashschalter ist der durch die Stromführung gebildete Stromkreis offen, sodass es zu keiner thermischen Aktivierung des Öffnungselements durch Anschluss der Energiequelle kommt. Der Crashschalter ist durch das Fahrzeug ansteuerbar. Sobald das Fahrzeug einen Crash erkennt, wird der Crashschalter geschlossen. Die Vorrichtungen zum Erkennen eines Crashs in einem Fahrzeug sind üblicherweise vorhanden und werden auch zum Auslösen von anderen Sicherheitssystemen, beispielsweise einem Airbag, verwendet.
  • Die Erfindung umfasst ferner ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Straßenfahrzeug. Das Fahrzeug umfasst eines der soeben beschriebenen Sicherheitssysteme und einen Druckbehälter. Das Sicherheitsventil ist zur Druckentlastung des Druckbehälters angeordnet. Das Sicherheitsventil wird auch als thermisches Druckentlastungsventil oder TPRD (Thermal Pressure Release Device) bezeichnet.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Stromführung zumindest einen Anschluss für die externe, außerhalb des Fahrzeugs befindliche elektrische Energiequelle. Dieser Anschluss kann einpolig oder mehrpolig sein. An den Anschluss wird, beispielsweise nach einem Unfall, die externe Energiequelle angeschlossen, um das Sicherheitsventil thermisch zu aktivieren und somit zu öffnen. Dementsprechend ist der Anschluss vorzugsweise von außen gut zugänglich am Fahrzeug angebracht.
  • Vorzugsweise umfasst die Stromführung mehrere Anschlüsse, die an unterschiedlichen Positionen am Fahrzeug angeordnet sind, sodass auch bei einer teilweisen Zerstörung oder Unzugänglichkeit stets ein Anschluss für die externe Energiequelle zur Verfügung steht. Die mehreren Anschlüsse in der Stromführung sind so angeordnet, dass der Stromkreis lediglich durch Anschluss einer Energiequelle an einem Anschluss geschlossen ist.
  • Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem sowie das erfindungsgemäße Fahrzeug ermöglichen, ohne zusätzliche Bauteile und somit ohne zusätzlichen Bauraum, eine thermische Aktivierung des Sicherheitsventils am Drucktank. Es bedarf dabei keiner zusätzlichen elektrischen Heizung, keiner pyrotechnischen Elemente und auch keiner hydraulischen Vorrichtungen.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs mit dem Sicherheitssystem gemäß der hier offenbarten Technologie,
  • 2 die Stromführung mit einer Glasampulle als Öffnungselement des Sicherheitssystems gemäß der hier offenbarten Technologie,
  • 3 die Stromführung mit einem Schmelzmaterial als Öffnungselement des Sicherheitssystems gemäß der hier offenbarten Technologie, und
  • 4 die Stromführung mit einem Formgedächtnismetall als Öffnungselement des Sicherheitssystems gemäß der hier offenbarten Technologie.
  • 1 beschreibt für alle Varianten den grundsätzlichen Aufbau eines Sicherheitssystems 1 in einem Fahrzeug 2. Die 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen eines Öffnungselements 6.
  • 1 zeigt rein schematisch das Fahrzeug 2, bzw. die äußeren Grenzen des Fahrzeugs 2. Innerhalb des Fahrzeugs 2 befinden sich ein Druckbehälter 4 und das Sicherheitssystem 1. Außerhalb des Fahrzeugs 2 ist eine externe elektrische Energiequelle 3 eingezeichnet.
  • Der Druckbehälter 4 im Fahrzeug 2 wird zur Bevorratung eines Brennstoffes verwendet, der in dem Druckbehälter 4 unter hohem Druck steht. Im Fahrzeug wird der Brennstoff in einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor umgesetzt, um somit Energie für den Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen.
  • Das Sicherheitssystem 1 umfasst ein Sicherheitsventil 5. Das Sicherheitsventil 5 wiederum umfasst ein Öffnungselement 6. Das Öffnungselement 6 ist thermisch aktivierbar. Durch die thermische Aktivierung verändert das vollständige Öffnungselement seine Form oder wird zerstört. Dadurch öffnet sich das Sicherheitsventil 5 und der Inhalt des Druckbehälters 4 wird in die Umgebung abgelassen.
  • Ferner umfasst das Sicherheitssystem 1 eine elektrische Stromführung 7. Die elektrische Stromführung 7 verläuft direkt durch das Öffnungselement 6. Am Fahrzeug 2, von außen zugänglich befindet sich zumindest ein Anschluss 8. An den Anschluss 8 kann die externe elektrische Energiequelle 3 angeschlossen werden. Sobald der durch die Stromführung 7 gebildete Stromkreis geschlossen ist, fließt der elektrische Strom durch das Öffnungselement 6. Aufgrund des elektrischen Widerstandes des Öffnungselements 6 erwärmt sich selbiges und es kommt zur thermischen Aktivierung des Öffnungselements 6, wodurch sich das Sicherheitsventil 5 öffnet.
  • In der Stromführung 7 befindet sich ein optionaler Crashschalter 9. Der Crashschalter 9 ist im Regelfall offen. Erst wenn das Fahrzeug 2 einen Crash detektiert, wird der Crashschalter 9 geschlossen. Dadurch wird ein Missbrauch des Sicherheitssystems 1 durch Anschluss der externen elektrischen Energiequelle 3 vermieden.
  • 2 zeigt die Ausgestaltung des Öffnungselements 6 als Glasampulle 10. Im geschlossenen Zustand des Sicherheitsventils 5 hält die Glasampulle 10 einen entsprechenden Ventilkörper, der wiederum das Sicherheitsventil 5 schließt. Die Glasampulle 10 weist einen geschlossenen Hohlraum 11 auf. Durch diesen Hohlraum 11 verläuft ein elektrischer Leiter 12, ausgebildet als Heizdraht. Der elektrische Leiter 12 ist somit in die Glasampulle 10 integriert.
  • Bei der thermischen Aktivierung durch einen Fahrzeugbrand, dehnt sich das Fluidvolumen im Hohlraum 11 aus und die Glasampulle 10 wird zerstört. Dadurch kann der von der Glasampulle 10 gehaltene Ventilkörper bewegt werden und das Sicherheitsventil 5 öffnet. Derselbe Effekt, nämlich die Erwärmung und Ausdehnung des Fluidvolumens im Hohlraum 11, wird auch durch die elektrische Heizung mittels des elektrischen Leiters 12 erreicht.
  • 3 zeigt die Ausgestaltung des Öffnungselements 6 als Schmelzmaterial 13. Das Schmelzmaterial 13 ist beispielsweise ein Lot. Das Schmelzmaterial 13 kann das Sicherheitsventil 5 direkt verschließen, oder es wird ein entsprechender Ventilkörper durch das Schmelzmaterial 13 gehalten. Sobald das Schmelzmaterial 13 bei der thermischen Aktivierung schmilzt, fängt das Schmelzmaterial 13 zum Fließen an und das Sicherheitsventil 5 öffnet sich.
  • 4 zeigt die Ausgestaltung des Öffnungselements 6 als Formgedächtnismetall 14. Das Formgedächtnismetall 14 kann eine beliebige geometrische Form aufweisen. Das Formgedächtnismetall 14 verschließt direkt oder indirekt, über einen Ventilkörper, dass Sicherheitsventil 5. Bei der thermischen Aktivierung verändert das Formgedächtnismetall 14 seine Form, es verbiegt sich, zieht sich zusammen oder dehnt sich aus, und öffnet somit das Sicherheitsventil 5.
  • 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
    Sicherheitssystem
    2
    Fahrzeug
    3
    externe elektrische Energiequelle
    4
    Druckbehälter
    5
    Sicherheitsventil
    6
    Öffnungselement
    7
    elektrische Stromführung
    8
    Anschluss
    9
    Crashschalter
    10
    Glasampulle
    11
    Hohlraum mit Fluid
    12
    elektrischer Leiter, vorzugsweise Heizdraht
    13
    Schmelzmaterial
    14
    Formgedächtnismetall
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014205712 A [0004, 0004]

Claims (10)

  1. Sicherheitssystem (1) für einen Druckbehälter (4) eines Fahrzeugs (2), umfassend • ein Sicherheitsventil (5) zur Druckentlastung des Druckbehälters (4), mit einem thermisch aktivierbaren Öffnungselement (6), wobei das vollständige Öffnungselement (6) durch die thermische Aktivierung in seiner Form veränderbar ist und/oder durch die thermische Aktivierung zerstörbar ist, um das Sicherheitsventil (5) zu öffnen, und • eine elektrische Stromführung (7), ausgebildet zum Anschluss zumindest einer elektrischen Energiequelle (3), • wobei die Stromführung (7) durch das Öffnungselement (6) hindurch verläuft, um das Öffnungselement bei fließendem elektrischem Strom durch die Stromführung (7) thermisch zu aktivieren.
  2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei das Öffnungselement (6) ein Schmelzmaterial (13) umfasst, das bei der thermischen Aktivierung schmelzend seine Form verändert.
  3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei das Öffnungselement (6) ein Formgedächtnismetall (14) umfasst, das bei der thermischen Aktivierung seine Form verändert.
  4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei das Öffnungselement (6) eine Glasampulle (10) mit integriertem elektrischen Leiter (12) ist, wobei die Glasampulle (10) einen geschlossenen Hohlraum (11), vorzugsweise gefüllt mit flüssigem Fluid, bildet.
  5. Sicherheitssystem nach Anspruch 4, wobei der elektrische Leiter (12), vorzugsweise als Heizdraht, durch oder um den Hohlraum (11) der Glasampulle (10) verläuft.
  6. Sicherheitssystem nach Anspruch 4, wobei der elektrische Leiter (12), vorzugsweise als Heizdraht, in der Wandung der Glasampulle (10) integriert ist.
  7. Sicherheitssystem nach Anspruch 4, wobei der elektrische Leiter (12) als metallische Schicht auf die Glasampulle (10) aufgebracht ist.
  8. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch einen vom Fahrzeug (2) ansteuerbaren Crashschalter (9) in der Stromführung (7).
  9. Fahrzeug (2) umfassend ein Sicherheitssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Druckbehälter (4), wobei das Sicherheitsventil (1) zur Druckentlastung des Druckbehälters (4) angeordnet ist.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Stromführung (7) zumindest einen Anschluss (8) für eine, vorzugsweise externe, außerhalb des Fahrzeugs (2) befindliche, elektrische Energiequelle (3) aufweist.
DE102016217028.7A 2016-09-07 2016-09-07 Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs Withdrawn DE102016217028A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016217028.7A DE102016217028A1 (de) 2016-09-07 2016-09-07 Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016217028.7A DE102016217028A1 (de) 2016-09-07 2016-09-07 Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016217028A1 true DE102016217028A1 (de) 2018-03-08

Family

ID=59713989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016217028.7A Withdrawn DE102016217028A1 (de) 2016-09-07 2016-09-07 Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016217028A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017209190A1 (de) 2017-05-31 2018-12-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines Druckbehältersystems
DE102017212491A1 (de) 2017-07-20 2019-01-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Druckentlastung mindestens einer brennstoffführenden Komponente sowie Druckbehältersystem
WO2019192804A1 (de) 2018-04-06 2019-10-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug mit einer thermisch aktivierbaren druckentlastungseinrichtung sowie verfahren zur druckentlastung
DE102018126518A1 (de) 2018-10-24 2020-04-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung, Druckbehältersystem und Kraftfahrzeug
DE102020120727A1 (de) 2020-08-06 2022-02-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckentlastungsanordnung und Druckbehälteranordnung
DE102021102183A1 (de) 2021-02-01 2022-08-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehältersystem und Kraftfahrzeug
WO2023191613A1 (en) * 2022-04-01 2023-10-05 Total Safety Solutions B.V. A safety plug for hydrogen vehicles and a system of such a plug and a remote interface

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2564295A (en) * 1946-07-30 1951-08-14 Phillips Petroleum Co Relieving pressure vessels when subjected to high temperatures
US20050241693A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Conception Et Developpement Michelin S.A. Gaseous fuel vehicle and automatic vent system
US20080041459A1 (en) * 2002-12-17 2008-02-21 Advanced Technology Materials, Inc. Gas storage and dispensing system for variable conductance dispensing of gas at constant flow rate
WO2012028798A1 (fr) * 2010-09-03 2012-03-08 L'air Liquide,Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Dispositif de purge automatique d'un reservoir et reservoir comprenant un tel dispositif
US8627841B2 (en) * 2006-07-12 2014-01-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Storage tank system and method of decompressing the storage tank system
CN104009246A (zh) * 2013-02-20 2014-08-27 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于压缩气体燃料罐的无源温度监控装置
DE102014205712A1 (de) 2014-03-27 2015-10-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft System zur Speicherung eines unter Druck stehenden Gases sowie Verfahren zum Entleeren eines Speicherbehälters für ein unter Druck stehendes Gas
US20160033085A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Lightsail Energy, Inc. Compressed gas storage unit and fill methods
DE102014014526A1 (de) * 2014-09-30 2016-03-31 Daimler Ag Ventil

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2564295A (en) * 1946-07-30 1951-08-14 Phillips Petroleum Co Relieving pressure vessels when subjected to high temperatures
US20080041459A1 (en) * 2002-12-17 2008-02-21 Advanced Technology Materials, Inc. Gas storage and dispensing system for variable conductance dispensing of gas at constant flow rate
US20050241693A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Conception Et Developpement Michelin S.A. Gaseous fuel vehicle and automatic vent system
US8627841B2 (en) * 2006-07-12 2014-01-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Storage tank system and method of decompressing the storage tank system
WO2012028798A1 (fr) * 2010-09-03 2012-03-08 L'air Liquide,Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Dispositif de purge automatique d'un reservoir et reservoir comprenant un tel dispositif
CN104009246A (zh) * 2013-02-20 2014-08-27 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于压缩气体燃料罐的无源温度监控装置
DE102014205712A1 (de) 2014-03-27 2015-10-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft System zur Speicherung eines unter Druck stehenden Gases sowie Verfahren zum Entleeren eines Speicherbehälters für ein unter Druck stehendes Gas
US20160033085A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Lightsail Energy, Inc. Compressed gas storage unit and fill methods
DE102014014526A1 (de) * 2014-09-30 2016-03-31 Daimler Ag Ventil

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CN104009246A_Engl_Transl *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017209190A1 (de) 2017-05-31 2018-12-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines Druckbehältersystems
DE102017212491A1 (de) 2017-07-20 2019-01-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Druckentlastung mindestens einer brennstoffführenden Komponente sowie Druckbehältersystem
WO2019192804A1 (de) 2018-04-06 2019-10-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug mit einer thermisch aktivierbaren druckentlastungseinrichtung sowie verfahren zur druckentlastung
DE102018205190A1 (de) 2018-04-06 2019-10-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug mit einer thermisch aktivierbaren Druckentlastungseinrichtung sowie Verfahren zur Druckentlastung
CN111902307A (zh) * 2018-04-06 2020-11-06 宝马股份公司 具有可热激活的卸压装置的机动车以及用于卸压的方法
US11993142B2 (en) 2018-04-06 2024-05-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Motor vehicle having a pressure relief device that can be thermally activated, and method for pressure relief
DE102018126518A1 (de) 2018-10-24 2020-04-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung, Druckbehältersystem und Kraftfahrzeug
DE102020120727A1 (de) 2020-08-06 2022-02-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckentlastungsanordnung und Druckbehälteranordnung
DE102021102183A1 (de) 2021-02-01 2022-08-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehältersystem und Kraftfahrzeug
WO2023191613A1 (en) * 2022-04-01 2023-10-05 Total Safety Solutions B.V. A safety plug for hydrogen vehicles and a system of such a plug and a remote interface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016217028A1 (de) Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs
DE102016200368A1 (de) Batteriesystem und Verfahren zum Löschen oder Verhindern eines Brandes eines Batteriemoduls in einem Batteriesystem
EP3123074B1 (de) System zur speicherung eines unter druck stehenden gases sowie verfahren zum entleeren eines speicherbehälters für ein unter druck stehendes gas
DE112007001582B4 (de) Speichertanksystem und Verfahren zum Dekomprimieren des Speichertanksystems
EP3055608B1 (de) Sicherheitseinrichtung eines druckgastanks insbesondere eines kraftfahrzeugs
DE102011114725A1 (de) Druckgasbehälter mit einer Ventileinrichtung
DE102016222339A1 (de) Pyrotechnischer schalter und zwischenkreis-entladungssystem
DE102013216071A1 (de) Galvanisches System umfassend eine Mehrzahl von galvanischen Zellen und eine Entgasungseinrichtung
DE102013001992B4 (de) Ventil zum Öffnen einer Fluidleitung
DE102014204263B4 (de) Batteriekühlsystem
DE102007022610A1 (de) Passives Druckentlastungsvorrichtungssystem auf Thermobatterie-Basis für einen Druckgas-Speichertank
DE102007048736A1 (de) Gasgenerator und Verfahren zur Beeinflussung einer Gasströmung in einem Gasgenerator
EP3811431A1 (de) Fahrzeug mit einem hochvoltspeicher
DE102017205645A1 (de) Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Kraftfahrzeugs
DE102014000616A1 (de) Thermisch auslösendes Sicherheitsventil
DE102017209190A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Druckbehältersystems
DE102014003587A1 (de) Gastank, Kraftfahrzeug
DE102015015004A1 (de) Ventileinrichtung
DE102014003586A1 (de) Kraftstofftank, Kraftfahrzeug
DE102018211964A1 (de) Sicherheitssystem für einen Druckbehälter eines Fahrzeugs
DE102013002777A1 (de) Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck
DE102013015755A1 (de) Elektrische Batterie für ein Fahrzeug
WO2014195048A1 (de) Sicherheitsventil zum schutz einer galvanischen zelle vor schädigendem überdruck sowie zellgehäusedeckel und galvanische zelle mit sicherheitsventil
DE102020134086B3 (de) Batterieentgasungseinrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen
DE102006052382B4 (de) Nichtmetallischer Druckgasbehälter

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F17C0013040000

Ipc: F17C0013120000

R163 Identified publications notified
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination