DE102016217643A1 - Pressure vessel system with a temperature monitoring device and method for monitoring a temperature - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug. Das Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter 20 zur Speicherung von Brennstoff, mindestens einen Brennstoffverbraucher 30, mindestens einen Druckminderer 11, mindestens eine weitere Komponente und mindestens eine Temperaturüberwachungsvorrichtung 40. Der Druckminderer 11 ist stromab vom mindestens einen Druckbehälter 20 und stromauf vom mindestens einen Brennstoffverbraucher 30 angeordnet. Die mindestens eine weitere Komponente ist zwischen dem Brennstoffverbraucher 30 und dem Druckminderer 11 angeordnet. Die mindestens eine Temperaturüberwachungsvorrichtung 40 ist ausgebildet, die Temperatur von der mindestens einen weiteren Komponente 12, 13, 14 und/oder vom Druckminderer 11 zu überwachen. Die Temperaturüberwachungsvorrichtung 40 ist eingerichtet, mindestens eine Schutzmaßnahme zu initiieren, wenn die Temperatur eine erste Grenztemperatur überschreitet oder überschritten hat. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zum Überwachen des hier offenbarten Druckbehältersystems.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel system for a motor vehicle. The pressure vessel system comprises at least one pressure vessel 20 for storing fuel, at least one fuel consumer 30, at least one pressure reducer 11, at least one further component and at least one temperature monitoring device 40. The pressure reducer 11 is arranged downstream of the at least one pressure vessel 20 and upstream of the at least one fuel consumer 30 , The at least one further component is arranged between the fuel consumer 30 and the pressure reducer 11. The at least one temperature monitoring device 40 is designed to monitor the temperature of the at least one further component 12, 13, 14 and / or of the pressure reducer 11. The temperature monitoring device 40 is configured to initiate at least one protective measure when the temperature has exceeded or exceeded a first limit temperature. Further, the technology disclosed herein relates to a method of monitoring the pressure vessel system disclosed herein.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem mit einer Temperaturüberwachungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Überwachen einer Temperatur eines Druckbehältersystems. The technology disclosed herein relates to a pressure vessel system having a temperature monitoring device and a method for monitoring a temperature of a pressure vessel system.

Hochdruckgasbehältersysteme (auch „CGH2-Systeme“ genannt) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie 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. High pressure gas container systems (also called "CGH2 systems") are known in the art. They are designed to store fuel at ambient temperatures permanently at a pressure of over about 350 bar (= overpressure relative to the atmospheric pressure), furthermore preferably above about 500 bar and especially preferably above about 700 bar.

Der mindestens eine Druckbehälter eines solchen Druckbehältersystems erwärmt sich bei der Betankung. Druckbehälter, insbesondere Typ-4 Druckbehälter, sind i.d.R. bis zu einer maximalen Druckbehältertemperatur (z.B. 90°C) abgesichert. Zum Stand der Technik gehört bei den meisten Druckbehältersystemen ein Tankabsperrventil, mit dem die Verbindung zwischen dem Druckbehälter und der Tankstelle getrennt werden kann, und eine IR (Infrarot) Schnittstelle, welche eine Kommunikation zwischen Tankstelle und Druckbehältersystem ermöglicht. Ferner verfügen die meisten Druckbehälter über einen Drucksensor, mit dem der Gasdruck im Druckbehälter gemessen werden kann, und über einen Temperatursensor, mit dem die Gastemperatur im Druckbehälter gemessen werden kann. Der Betankungsprozess wird durch die Tankstelle geführt. Dabei regelt die Tankstelle die Betankungsparameter. In Abhängigkeit von der Druckbehälterspeicherkapazität, dem Druckbehälterinnendruck und der Außentemperatur wird eine Druckrampe ausgewählt, welche die Einhaltung des Druckbehälterwandtemperaturgrenzwertes garantiert. The at least one pressure vessel of such a pressure vessel system heats up during refueling. Pressure vessels, in particular type-4 pressure vessels, are i.d.R. up to a maximum pressure tank temperature (e.g., 90 ° C). The state of the art in most pressure vessel systems includes a Tankabsperrventil with which the connection between the pressure vessel and the gas station can be separated, and an IR (infrared) interface, which allows communication between gas station and pressure vessel system. Furthermore, most pressure vessels have a pressure sensor to measure the gas pressure in the pressure vessel and a temperature sensor to measure the gas temperature in the pressure vessel. The refueling process is led through the gas station. The gas station regulates the refueling parameters. Depending on the pressure vessel storage capacity, the internal pressure of the pressure vessel and the outside temperature, a pressure ramp is selected which guarantees compliance with the pressure vessel wall temperature limit.

Steigt die Druckbehälterwandtemperatur doch aufgrund einer Fehlfunktion auf einen Wert von über 90°C an, kann eine strukturelle Schädigung der Druckbehälterwand eintreten. Die strukturelle Schädigung könnte die Lebensdauer des Druckbehälters verkürzen. Falls eine solche Schädigung nicht rechtzeitig erkannt wird, könnte die Schädigung zu einer sicherheitsrelevanten Situation führen. Erfolgt eine regelmäßige Belastung durch eine zu hohe Druckbehälterwandtemperatur, z.B. durch eine systematische Tankstellenfehlfunktion, kann der Druckbehälter versagen, z.B. undicht werden oder bersten. If the pressure of the pressure vessel wall rises to a value of more than 90 ° C due to a malfunction, structural damage to the pressure vessel wall can occur. The structural damage could shorten the life of the pressure vessel. If such damage is not detected in time, the injury could lead to a safety-relevant situation. If a regular load is caused by too high a pressure vessel wall temperature, e.g. by a systematic gas station malfunction, the pressure vessel may fail, e.g. to leak or burst.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, Nachteile von vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Es ist ferner eine bevorzugte Aufgabe, strukturelle Schäden an weiteren Komponenten eines Anodensubsystems zu vermeiden und/oder diese zumindest zu kommunizieren. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar. It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate disadvantages of prior art solutions. It is also a preferred object to avoid structural damage to other components of an anode subsystem and / or at least to communicate. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.

Es wurde festgestellt, dass insbesondere in den Komponenten des Anodensubsystems zwischen dem Druckminderer und dem Brennstoffverbraucher des Kraftfahrzeugs ebenfalls hohe bzw. zu hohe Temperaturen auftreten können. Werden die Brennstoffverbraucher während oder kurz nach der Betankung betrieben, könnten die im Druckbehälter gespeicherten heißen Gase neben den Druckbehälter auch etwaige nachgelagerte Komponenten beschädigen. Selbst wenn die gespeicherten Gase im Druckbehälter noch keine kritische Temperatur aufweisen, könnten sich in den nachgelagerten Komponenten zu hohe Temperaturen einstellen. Bei Kraftfahrzeugen, die unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff in Druckbehältern speichern, kann sich die Gastemperatur über den Druckregler durch den Joule-Thomson-Effekt trotz Gasentspannung erhöhen. D.h. selbst wenn die Gastemperatur vor dem Druckregler noch unter dem maximal zulässigen Temperaturgrenzwert der nachfolgenden Bauteile liegt, kann der Temperaturgrenzwert nach dem Druckregler trotz der Gasentspannung überschritten werden. Eine Überschreitung des Temperaturgrenzwertes nach dem Druckregler kann dann zur Schädigung und gegebenenfalls zum Versagen der stromab vom Druckregler angeordneten Komponenten führen. It has been found that, in particular in the components of the anode subsystem between the pressure reducer and the fuel consumer of the motor vehicle also high or too high temperatures can occur. If the fuel consumers are operated during or shortly after refueling, the hot gases stored in the pressure vessel in addition to the pressure vessel could damage any downstream components. Even if the stored gases in the pressure vessel are not yet at a critical temperature, too high temperatures could occur in the downstream components. In motor vehicles that store gaseous fuel in pressure vessels under ambient conditions, the gas temperature can increase via the pressure regulator by the Joule-Thomson effect despite gas relaxation. That even if the gas temperature before the pressure regulator is still below the maximum permissible temperature limit of the downstream components, the temperature limit value according to the pressure regulator can be exceeded despite the gas release. Exceeding the temperature limit after the pressure regulator can then lead to damage and possibly failure of the components arranged downstream of the pressure regulator.

Es könnten somit wirtschaftliche Schäden und/oder sicherheitsrelevante Situationen eintreten, sofern nicht geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden. Z.B. könnten die Dichtungen der Komponenten versagen und/oder die Komponenten könnten undicht werden. Basierend auf dieser Erkenntnis schlägt die hier offenbarte Technologie Gegenmaßnahmen vor. Thus, economic damage and / or safety-related situations could occur unless appropriate countermeasures are taken. For example, The seals of the components could fail and / or the components could leak. Based on this insight, the technology disclosed here suggests countermeasures.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem mit mindestens einem Druckbehälter zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Ein solcher Druckbehälter ist insbesondere ein in ein Kraftfahrzeug eingebauter bzw. einbaubarer Druckbehälter. 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. The technology disclosed herein relates to a pressure vessel system having at least one pressure vessel for storing gaseous fuel under ambient conditions. Such a pressure vessel is in particular a pressure vessel which is installed or can be installed in a motor vehicle. The pressure vessel can be used in a motor vehicle, which is operated for example with compressed ("compressed natural gas" = CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen.

Der Druckbehälter kann beispielsweise ein Hochdruckgasbehälter (CGH2) sein. Hochdruckgasbehälter 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. The pressure vessel may be, for example, a high-pressure gas vessel (CGH2). High-pressure gas containers are formed, substantially at ambient temperatures fuel (eg hydrogen) permanently at a max. Operating pressure (also called maximum operating pressure or MOP) of about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), further preferably of about 500 barü and more preferably of about 700 barü store.

Die hier offenbarte Technologie betrifft mindestens einen Brennstoffverbraucher. Der Brennstoffverbraucher kann beispielsweise ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle sein. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode weist eine Zufuhr für einen Brennstoff zur Anode auf. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode weist beispielsweise eine Zufuhr für Oxidationsmittel auf. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nafion®, Flemion® und Aciplex®. Ein Brennstoffzellensystem umfasst mindestens eine Brennstoffzelle sowie periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst. The technology disclosed herein relates to at least one fuel consumer. The fuel consumer may be, for example, a fuel cell system with at least one fuel cell. The fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles, in particular for providing the energy for at least one drive machine for locomotion of the motor vehicle. In its simplest form, a fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidant into reaction products, producing electricity and heat. The fuel cell includes an anode and a cathode separated by an ion-selective or ion-permeable separator. The anode has a supply for a fuel to the anode. Preferred fuels are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode has, for example, a supply of oxidizing agent. Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides. The ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM). Preferably, a cation-selective polymer electrolyte membrane is used. Materials for such a membrane are, for example: Nafion ®, Flemion ® and Aciplex ®. A fuel cell system comprises at least one fuel cell and peripheral system components (BOP components) that can be used during operation of the at least one fuel cell. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack or stack.

Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Anodensubsystem, das von den brennstoffführenden Bauelementen des Brennstoffzellensystems ausgebildet wird. Ein Anodensubsystem kann mindestens einen Druckbehälter, mindestens ein Tankabsperrventil, mindestens einen Druckminderer, mindestens eine zum Anodeneinlass führende Anodenzuleitung, einen Anodenraum im Brennstoffzellenstapel, mindestens eine vom Anodenauslass wegführende Anodenabgasleitung, mindestens einen Wasserabscheider (= AWS), mindestens ein Anodenspülventil (= APV), mindestens ein aktive oder passive Brennstoff-Rezirkulationsförderer (= ARE bzw ARB) und/oder mindestens eine Rezirkulationsleitung sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Anodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Brennstoff an die elektrochemisch aktiven Flächen des Anodenraums und die Abfuhr von Anodenabgas. The fuel cell system includes an anode subsystem formed by the fuel-bearing components of the fuel cell system. An anode subsystem may comprise at least one pressure vessel, at least one tank shut-off valve, at least one pressure reducer, at least one anode inlet leading to the anode inlet, an anode compartment in the fuel cell stack, at least one anode exhaust conduit leading away from the anode outlet, at least one water separator (= AWS), at least one anode purge valve (= APV), at least one active or passive fuel recirculation conveyor (= ARE or ARB) and / or at least one recirculation line and other elements. The main task of the Anodensubsystems is the introduction and distribution of fuel to the electrochemically active surfaces of the anode compartment and the removal of anode exhaust gas.

Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner mindestens einen Druckminderer bzw. Druckregler. Der Druckminderer ist stromab vom mindestens einen Druckbehälter und stromauf vom mindestens einen Brennstoffverbraucher im Anodensubsystem angeordnet. Der mindestens eine Druckbehälter, der mindestens eine Brennstoffverbraucher und der mindestens eine Druckminderer sind also über brennstoffführende Leitungen miteinander fluidverbunden. Der Druckminderer ist ausgebildet, den am Eingang des Druckminderers anliegenden Brennstoff-Eingangsdruck auf einen am Ausgang des Druckminderers anliegenden Brennstoff-Ausgangsdruck bzw. Hinterdruck zu reduzieren. In der einfachsten Form kann es sich dabei um eine Drossel handeln. In der Regel umfasst der Druckminderer ein Druckminderungsventil, das trotz unterschiedlicher Eingangsdrücke dafür sorgt, dass auf der Ausgangsseite ein bestimmter Ausgangsdruck nicht überschritten wird. Im Druckminderer expandiert der Brennstoff. The technology disclosed herein further comprises at least one pressure reducer or pressure regulator. The pressure reducer is arranged downstream of the at least one pressure vessel and upstream of the at least one fuel consumer in the anode subsystem. The at least one pressure vessel, the at least one fuel consumer and the at least one pressure reducer are thus fluidly connected to one another via fuel-carrying lines. The pressure reducer is designed to reduce the pressure applied to the input of the pressure reducer fuel inlet pressure to a voltage applied to the output of the pressure reducer fuel outlet pressure or back pressure. In the simplest form, this can be a throttle. In general, the pressure reducer includes a pressure reducing valve, which ensures despite different input pressures that on the output side, a certain output pressure is not exceeded. The fuel expands in the pressure reducer.

Die hier offenbarte Technologie kann mindestens eine weitere Komponente des Anodensubsystems umfassen, die zwischen dem Brennstoffverbraucher und dem Druckminderer angeordnet ist. Die weitere Komponente kann beispielsweise sein: ein weiterer Druckminderer, eine Dichtung, eine Leitung (z.B. die Anodenzuleitung), ein Druckentlastungsventil, etc.. Ein weiterer Druckminderer kann beispielsweise vorgesehen sein, wenn der Behälterdruck nicht in einer Druckstufe auf den Druck des Brennstoffverbrauchers abgesenkt werden kann. The technology disclosed herein may include at least one other component of the anode subsystem disposed between the fuel consumer and the pressure reducer. The further component can be, for example: another pressure reducer, a seal, a line (eg the anode feed line), a pressure relief valve, etc. Another pressure reducer can be provided, for example, if the reservoir pressure is not lowered to the pressure of the fuel consumer in a pressure stage can.

Nicht als weitere Komponente anzusehen ist in diesem Zusammenhang der Brennstoffverbraucher selbst. Kommt als Brennstoffverbraucher beispielsweise ein Brennstoffzellensystem zum Einsatz, so verfügt der Brennstoffzellenstapel in der Regel über eine gesonderte Temperaturüberwachung. Not to be regarded as a further component in this context is the fuel consumer itself. If, for example, a fuel cell system is used as the fuel consumer, the fuel cell stack generally has separate temperature monitoring.

Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner mindestens eine Temperaturüberwachungsvorrichtung. Die Temperaturüberwachungsvorrichtung ist ausgebildet, die Temperatur von der mindestens einen weiteren Komponenten und/oder die Temperatur vom Druckminderer zu überwachen. The technology disclosed herein further includes at least one temperature monitoring device. The temperature monitoring device is designed to monitor the temperature of the at least one further component and / or the temperature of the pressure reducer.

Bevorzugt umfasst die Temperaturüberwachungsvorrichtung mindestens einen Temperatursensor. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Temperatursensor an dem oder unmittelbar benachbart zum Ausgang des Druckminderers vorgesehen. Der Temperatursensor ist ausgebildet, die Temperatur des Druckminderers und/oder der weiteren Komponenten direkt oder indirekt zu erfassen. Preferably, the temperature monitoring device comprises at least one temperature sensor. In a preferred embodiment, the temperature sensor is provided on or immediately adjacent to the outlet of the pressure reducer. The temperature sensor is designed, the Temperature of the pressure reducer and / or the other components to detect directly or indirectly.

Bevorzugt umfasst die Temperaturüberwachungsvorrichtung mindestens ein Steuergerät. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, basierend auf den Signalen des Temperatursensors die Temperatur des Druckminderers und/oder der weiteren Komponente zu überwachen, beispielsweise indem ein Vergleich mit einer ersten oder zweiten Grenztemperatur erfolgt. Preferably, the temperature monitoring device comprises at least one control unit. The control unit may be configured to monitor the temperature of the pressure reducer and / or the further component based on the signals of the temperature sensor, for example by a comparison with a first or second limit temperature.

Die hier offenbarte Temperaturüberwachungsvorrichtung ist eingerichtet, mindestens eine Schutzmaßnahme zu initiieren, wenn die Temperatur eine erste Grenztemperatur überschreitet oder überschritten hat. Die mindestens eine Schutzmaßnahme kann jegliche Maßnahme sein, die dazu führt, dass die weitere Komponente und/oder der Druckminderer nicht bzw. weniger durch die thermische Belastung beeinträchtigt bzw. beschädigt wird. Bevorzugt wird die mindestens eine Schutzmaßnahme in Abhängigkeit von einer ersten Grenztemperatur und einer zweiten Grenztemperatur durchgeführt. The temperature monitoring device disclosed herein is arranged to initiate at least one protective measure when the temperature has exceeded or exceeded a first limit temperature. The at least one protective measure can be any measure that results in the further component and / or the pressure reducer being not or less affected or damaged by the thermal load. The at least one protective measure is preferably carried out as a function of a first limit temperature and a second limit temperature.

Die erste Grenztemperatur kann insbesondere kleiner sein oder den gleichen Wert aufweisen wie die maximal zulässige Betriebstemperatur des Druckminderers und/oder der mindestens einen weiteren Komponente. Die maximal zulässige Betriebstemperatur ist dabei die Temperatur, die im regulären Betrieb des Druckbehältersystems maximal auftreten darf. Die maximal zulässige Betriebstemperatur wird in der Regel für die Konstruktion des jeweiligen Bauelementes vorgegeben. Im tatsächlichen Einsatz können sich jedoch aufgrund von Messfehlern bei der Temperaturbestimmung und/oder aufgrund von Herstellungs- und/oder Materialtoleranzen von der Realtemperatur abweichende Temperaturen einstellen. Aus diesem Grund werden die Bauelemente in der Regel auf etwas höhere Temperaturen ausgelegt. Beispielsweise kann vorgegeben sein, dass die maximal zulässige Betriebstemperatur 85 °C beträgt. In diesem Fall kann der Druckminderer bzw. die mindestens eine weitere Komponente für einen Einsatz bis zu 90 °C (= Absicherungstemperatur) tatsächlich ausgelegt sein. Mit anderen Worten wird also die maximal zulässige Betriebstemperatur gegenüber der Absicherungstemperatur um einen gewissen Sicherheitsfaktor reduziert. The first limit temperature may in particular be smaller or have the same value as the maximum permissible operating temperature of the pressure reducer and / or the at least one further component. The maximum permissible operating temperature is the maximum temperature that may occur during regular operation of the pressure vessel system. The maximum permissible operating temperature is usually specified for the construction of the respective component. In actual use, however, temperatures deviating from the real temperature may be due to measurement errors in the temperature determination and / or due to manufacturing and / or material tolerances. For this reason, the components are usually designed for slightly higher temperatures. For example, it may be specified that the maximum permissible operating temperature is 85 ° C. In this case, the pressure reducer or the at least one further component for use up to 90 ° C (= protection temperature) can actually be designed. In other words, therefore, the maximum permissible operating temperature compared to the hedge temperature is reduced by a certain safety factor.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erste Grenztemperatur einen Wert auf, der mindestens 5 °C oder 10 °C unter der maximal zulässigen Betriebstemperatur des Druckminderers bzw. der weiteren Komponente liegt. Mit anderen Worten ist die erste Grenztemperatur so gewählt, dass auch zur maximal zulässigen Betriebstemperatur ein gewisser Sicherheitsabstand besteht. Somit kann das Druckbehältersystem bereits Schutzmaßnahmen initiieren, bevor die maximal zulässige Betriebstemperatur erreicht wird. In a preferred embodiment, the first limit temperature has a value which is at least 5 ° C. or 10 ° C. below the maximum permissible operating temperature of the pressure reducer or of the further component. In other words, the first limit temperature is selected so that there is a certain safety distance to the maximum permissible operating temperature. Thus, the pressure vessel system can already initiate protective measures before the maximum permissible operating temperature is reached.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Temperaturüberwachungsvorrichtung ausgebildet sein, weitere Schutzmaßnahmen zu initiieren, wenn die Temperatur des Druckminderers bzw. der weiteren Komponente einen zweiten Grenzwert überschreitet oder überschritten hat, der höher ist als der erste Grenzwert. In a preferred embodiment, the temperature monitoring device may be configured to initiate further protective measures if the temperature of the pressure reducer or of the further component has exceeded or exceeded a second limit which is higher than the first limit value.

Die Temperaturüberwachungsvorrichtung kann eingerichtet sein, als Schutzmaßnahme bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der ersten Grenztemperatur mindestens einer der folgenden Schritte durchzuführen:

  • – Reduzieren des Brennstoffverbrauchs des mindestens einen Brennstoffverbrauchers; und/oder
  • – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Brennstoffs; und/oder
  • – (Beginnen zu) Kühlen oder verstärktes Kühlen des Brennstoffverbrauchers, insbesondere durch Kühleinrichtung des Brennstoffverbrauchers; und/oder
  • – (Beginnen zu)Kühlen oder verstärktes Kühlen des Druckminderers und/oder der weiteren Komponente, insbesondere durch mindestens einen Kühler.
The temperature monitoring device may be set up as a protective measure at a temperature equal to or above the first limit temperature of at least one of the following steps:
  • Reducing the fuel consumption of the at least one fuel consumer; and or
  • - cooling or intensified cooling of the fuel; and or
  • - (To start) Cooling or increased cooling of the fuel consumer, in particular by means of cooling device of the fuel consumer; and or
  • - (To start) Cooling or intensified cooling of the pressure reducer and / or the further component, in particular by at least one cooler.

Zum Reduzieren des Brennstoffverbrauchs kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Brennstoffverbraucher (z.B. eine Brennstoffzelle) in einem Lastpunkt betrieben wird, in dem er weniger Brennstoff benötigt. Insbesondere kann die Abgabeleistung des Brennstoffverbrauchers reduziert werden. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Verbrauch von Nebenverbrauchern des Brennstoffverbrauchers, beispielsweise eine Klimaanlage, etc., verringert wird. For example, to reduce fuel consumption, it may be provided that the fuel consumer (e.g., a fuel cell) is operated at a load point where it requires less fuel. In particular, the output of the fuel consumer can be reduced. In addition, it may be provided that the consumption of secondary consumers of the fuel consumer, for example an air conditioner, etc., is reduced.

Der mindestens eine Brennstoffverbraucher umfasst in der Regel mindestens eine Kühleinrichtung, die eingerichtet ist den mindestens einen Brennstoffverbraucher zu kühlen. Für Brennstoffzellensysteme sind beispielsweise aus dem Stand der Technik Kühlkreisläufe bekannt, die die Einzelzellen durch Zu- und Abfuhr eines geeigneten Kühlmittels kühlen. Zum Schutz des Brennstoffverbrauchers kann also rechtzeitig die Kühlleistung der Kühleinrichtung erhöht werden, um so präventiv eine thermische Überlast zu vermeiden. As a rule, the at least one fuel consumer comprises at least one cooling device which is set up to cool the at least one fuel consumer. For fuel cell systems, for example, cooling circuits are known from the prior art, which cool the individual cells by supplying and removing a suitable coolant. To protect the fuel consumer so the cooling capacity of the cooling device can be increased in good time so as to avoid preventive thermal overload.

Ferner kann bevorzugt im Anodensubsystem zwischen dem mindestens einen Druckbehälter und dem mindestens einen Brennstoffverbraucher mindestens ein Kühler vorgesehen sein. Der Kühler kann beispielsweise stromauf vom Druckminderer angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kühler stromab vom Druckminderer angeordnet sein, bevorzugt unmittelbar benachbart zum Druckminderer. Der Kühler ist zweckmäßig ausgebildet, den expandierenden bzw. expandierten Brennstoff zu kühlen. Zweckmäßig ist der Kühler ausgebildet, die durch den Joule-Thomson-Effekt verursachte Erwärmung des Brennstoffs insbesondere im Druckminderer und/oder den stromab angeordneten weiteren Komponenten zu kompensieren. Wird der Kühler des Druckminderers bzw. der weiteren Komponente beim Überschreiten der ersten Grenztemperatur zugeschaltet bzw. dessen Kühlleistung erhöht, so wäre der Druckminderer bzw. die weitere Komponente besser gekühlt. Somit kann präventiv eine thermische Überlast vermieden werden. Furthermore, at least one cooler may preferably be provided in the anode subsystem between the at least one pressure vessel and the at least one fuel consumer. The cooler may for example be arranged upstream of the pressure reducer. Alternatively or additionally, the cooler may be arranged downstream of the pressure reducer, preferably immediately adjacent to the pressure reducer. The cooler is expediently designed to cool the expanding or expanded fuel. Suitably, the cooler is designed to compensate for the heating of the fuel caused by the Joule-Thomson effect, in particular in the pressure reducer and / or the further components arranged downstream. Will the radiator of the Reduced pressure reducer or the other component when exceeding the first limit temperature or increases its cooling capacity, the pressure reducer or the further component would be better cooled. Thus, a preventive thermal overload can be avoided.

Die Temperaturüberwachungsvorrichtung kann ferner eingerichtet sein, als (weitere) Schutzmaßnahme bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der ersten oder zweiten Grenztemperatur mindestens einer der folgenden Schritte durchzuführen:

  • – Schließen des Tankabsperrventils des Druckbehälters; und/oder
  • – Abbruch oder Verhinderung der Betankung des Druckbehälters.
The temperature monitoring device can furthermore be set up as a (further) protective measure at a temperature equal to or above the first or second limit temperature of at least one of the following steps:
  • - closing the Tankabsperrventils the pressure vessel; and or
  • - Cancellation or prevention of refueling of the pressure vessel.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Tankabsperrventil (TAV; en.: shut-off valve). Das Tankabsperrventil ist das Ventil, dessen Eingangsdruck dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Das Tankabsperrventil ist i.d.R. in ein On Tank Valve (OTV) integriert. Das On-Tank-Valve ist die direkt an einem Ende des Druckbehälters montierte und mit dem Inneren des Druckbehälters direkt fluidverbundene Ventileinheit. Wird ein Tankabsperrventil während der Betankung geschlossen, so kann der Druck innerhalb der Betankungsleitung sprunghaft ansteigen und die Tankstelle kann die Betankung beenden. Alternativ kann aber auch ein Shuttle-Valve vorgesehen sein. Eine weitere Erwärmung des Brennstoffs im Druckbehälter wird unterbunden. Sofern der Brennstoffverbraucher mit Brennstoff versorgt wurde, wird durch das Schließen des Tankabsperrventils die Brennstoffzufuhr zum Druckminderer und zu den weiteren Komponenten zwischen Druckminderer und Brennstoffverbraucher unterbunden. Diese Bauelemente können sich folglich nicht weiter erwärmen. The technology disclosed herein further relates to a tank shut-off valve (TAV). The Tankabsperrventil is the valve whose inlet pressure corresponds to the tank pressure. The tank shut-off valve is in particular a controllable or controllable and in particular normally closed valve. The tank shut-off valve is i.d.R. integrated into an on-tank valve (OTV). The on-tank valve is the valve unit mounted directly at one end of the pressure vessel and directly fluidly connected to the interior of the pressure vessel. If a Tankabsperrventil is closed during refueling, so the pressure within the refueling line may increase suddenly and the gas station can stop the refueling. Alternatively, however, a shuttle valve may also be provided. Further heating of the fuel in the pressure vessel is prevented. If the fuel consumer has been supplied with fuel, the fuel supply to the pressure reducer and to the other components between pressure reducer and fuel consumer is prevented by closing the Tankabsperrventils. Consequently, these components can not continue to heat up.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Betankung des Druckbehälters auch durch andere Schutzmaßnahmen unterbunden bzw. abgebrochen werden. Beispielsweise kann der Tankklappenverschluss verriegelt werden und/oder es kann ein Betankungsabbruchsignal über die Infrarotschnittstelle an die Tankstelle versendet werden. Alternatively or additionally, refueling of the pressure vessel can also be prevented or interrupted by other protective measures. For example, the tank flap closure can be locked and / or a refueling stop signal can be sent via the infrared interface to the gas station.

Die Temperaturüberwachungsvorrichtung kann ferner eingerichtet sein, bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der ersten oder zweiten Grenztemperatur mindestens einer der folgenden Schritte als Schutzmaßnahmen durchzuführen:

  • – Ausgeben eines Warnsignals (z.B. an eine Tankstelle, an einen Fahrzeugführer und/oder an einen Dritten), dass die erste und/oder die zweite Grenztemperatur überschritten wurde(n); und/oder dass eine sicherheitsrelevante Situation vorliegt; und/oder
  • – Aufforderung an den Fahrzeugführer, die Servicewerkstatt aufzusuchen.
The temperature monitoring device may be further configured to perform at a temperature equal to or above the first or second limit temperature of at least one of the following steps as protective measures:
  • - Issuing a warning signal (eg to a gas station, to a driver and / or to a third party) that the first and / or the second limit temperature has been exceeded (n); and / or that a security-relevant situation exists; and or
  • - Request the driver to go to the service workshop.

Das Warnsignal kann jeglicher Art sein. Insbesondere kann es sich dabei um das vorgenannte Abbruchsignale handeln. Ferner kann es sich dabei um eine visuell oder akustisch wiedergegebene Warnmeldung an den Fahrzeugführer handeln. Die Information(en) kann beispielsweise auf dem Display der Tankstelle und/oder in der Anwenderbedienkonsole des Kraftfahrzeugs dargestellt werden. In der Servicewerkstatt kann die thermische Einwirkung auf den Druckminderer bzw. den weiteren Komponenten näher untersucht werden. Gegebenenfalls beschädigte Komponenten, wie beispielsweise Dichtungen, etc. können dann rechtzeitig ausgetauscht werden, bevor ein größerer Schaden entsteht. The warning signal can be of any kind. In particular, these may be the aforementioned abort signals. Furthermore, this may be a visually or acoustically reproduced warning message to the vehicle driver. The information (s) can be displayed for example on the display of the gas station and / or in the user interface console of the motor vehicle. In the service workshop, the thermal effect on the pressure reducer or the other components can be examined more closely. If necessary, damaged components, such as seals, etc., can then be replaced in good time before major damage occurs.

Das hier offenbarte Druckbehältersystem umfasst ferner ein thermochromes Material. Das thermochrome Material ist mit dem Druckminderer bzw. mit der weiteren Komponente wärmeübertragend verbunden. Thermochrome Materialien besitzen die Eigenschaft, bei Temperaturänderung die Farbe zu ändern. Diese Farbänderung ist dann indikativ für eine bestimmte materialabhängige Temperatur. Der zugrundeliegende Effekt ist die Thermochromie. Grundsätzlich sind sämtliche Arten der Wärmeübertragung vorstellbar. Besonders bevorzugt ist das thermochrome Material wärmeleitend mit dem Druckminderer und/oder mit der weiteren Komponente verbunden. Das thermochrome Material kann ausgebildet sein, die erste und/oder zweite Grenztemperatur, und/oder die maximal zulässige Betriebstemperatur und oder die Absicherungstemperatur zu indizieren. Dies kann reversibel oder irreversibel geschehen. Bevorzugt ist das thermochrome Material ausgebildet, irreversibel die vorgenannten Temperaturen zu indizieren. Vorteilhaft lässt sich somit in der Servicewerkstatt bereits durch visuelle Inspektion die erhöhte thermische Belastung erkennen. Überdies kann somit die Anzahl an Temperatursensoren reduziert werden. Beispielsweise kann lediglich ein Temperatursensor benachbart zum Druckminderer vorgesehen sein. Anhand der Farbänderung des thermochrome Materials lässt sich dann aufzeigen, ob die Komponenten stromab des Druckminderers ebenfalls thermisch überlastet wurden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das thermochrome Material unabhängig von der Temperaturüberwachungseinrichtung als zweites redundantes und sehr ausfallsicheres System zur Erfassung einer thermischen Überlast eingesetzt werden kann. The pressure vessel system disclosed herein further includes a thermochromic material. The thermochromic material is connected in a heat-transferring manner with the pressure reducer or with the further component. Thermochromic materials have the property of changing the color when the temperature changes. This color change is then indicative of a specific material-dependent temperature. The underlying effect is thermochromism. In principle, all types of heat transfer are conceivable. Particularly preferably, the thermochromic material is thermally conductively connected to the pressure reducer and / or to the further component. The thermochromic material may be configured to indicate the first and / or second limit temperature, and / or the maximum permissible operating temperature and or the protection temperature. This can be reversible or irreversible. The thermochromic material is preferably designed to irreversibly indicate the abovementioned temperatures. Advantageously, the increased thermal load can thus already be detected in the service workshop by visual inspection. Moreover, thus, the number of temperature sensors can be reduced. For example, only one temperature sensor may be provided adjacent to the pressure reducer. Based on the color change of the thermochromic material can then be shown whether the components were also thermally overloaded downstream of the pressure reducer. Another advantage is that the thermochromic material can be used independently of the temperature monitoring device as a second redundant and very fail-safe system for detecting a thermal overload.

Die Temperaturüberwachungsvorrichtung kann eingerichtet sein, permanent die Temperatur zu überwachen, insbesondere auch in den Betriebszuständen des Systems, in dem der mindestens eine Brennstoffverbraucher keine Energie dem Kraftfahrzeug bereitstellt, und/oder in denen der mindestens eine Druckbehälter betankt wird. The temperature monitoring device may be configured to permanently monitor the temperature, in particular also in the operating states of the system in which the at least one Fuel consumer provides energy to the motor vehicle, and / or in which the at least one pressure vessel is refueled.

Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner folgende Verfahren für das hier offenbarte Druckbehältersystem:
Verfahren zum Überwachen einer Temperatur des mindestens einen Druckminderers des Druckbehältersystems und/oder der mindestens einen weiteren Komponente, die zwischen dem Druckminderer und dem mindestens einen Brennstoffverbraucher des Druckbehältersystems angeordnet ist; umfassend die Schritte:

  • – Überwachen der Temperatur; und
  • – Initiieren von mindestens einer Schutzmaßnahme, wenn die Temperatur die erste Grenztemperatur überschreitet oder überschritten hat.
The technology disclosed herein further includes the following methods for the pressure vessel system disclosed herein:
A method for monitoring a temperature of the at least one pressure reducer of the pressure vessel system and / or the at least one further component, which is arranged between the pressure reducer and the at least one fuel consumer of the pressure vessel system; comprising the steps:
  • - monitoring the temperature; and
  • - Initiate at least one protective measure if the temperature has exceeded or exceeded the first limit temperature.

Bevorzugt kann bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der ersten Grenztemperatur mindestens einer der folgenden Schritte durchgeführt werden:

  • – Reduzieren des Brennstoffverbrauchs des mindestens einen Brennstoffverbrauchers; und/oder
  • – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Brennstoffs; und/oder
  • – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Brennstoffs durch eine nachgeschaltet Kühleinrichtung; und/oder
  • – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Druckminderers und/oder der weiteren Komponente durch den mindestens einen Kühler.
At least one of the following steps may preferably be carried out at a temperature equal to or above the first limit temperature:
  • Reducing the fuel consumption of the at least one fuel consumer; and or
  • - cooling or intensified cooling of the fuel; and or
  • - cooling or intensified cooling of the fuel by a downstream cooling device; and or
  • - Cooling or intensified cooling of the pressure reducer and / or the further component by the at least one radiator.

Bevorzugt kann bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der zweiten Grenztemperatur, die größer ist als die erste Grenztemperatur, mindestens einer der folgenden Schritte durchgeführt werden:

  • – Schließen des Tankabsperrventils des Druckbehälters; und/oder
  • – Abbruch oder Verhinderung der Betankung des Druckbehälters; und/oder Kommunikation eines Entnahmestopps an den Verbraucher
Preferably, at a temperature equal to or above the second limit temperature, which is greater than the first limit temperature, at least one of the following steps can be carried out:
  • - closing the Tankabsperrventils the pressure vessel; and or
  • - Cancellation or prevention of refueling of the pressure vessel; and / or communication of a withdrawal stop to the consumer

Bevorzugt kann bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der ersten oder zweiten Grenztemperatur insbesondere durch die Temperaturüberwachungsvorrichtung mindestens einer der folgenden Schritte durchgeführt werden:

  • – Ausgeben des Warnsignals an die Tankstelle und/oder an den Fahrzeugführer, dass die erste und/oder die zweite Grenztemperatur überschritten wurde(n); und/oder dass die sicherheitsrelevante Situation vorliegt; und/oder
  • – Ausgeben einer Aufforderung an den Fahrzeugführer, die Servicewerkstatt aufzusuchen.
Preferably, at a temperature equal to or above the first or second limit temperature, in particular by the temperature monitoring device, at least one of the following steps may be carried out:
  • - Issuing the warning signal to the gas station and / or the driver that the first and / or the second limit temperature has been exceeded (n); and / or that the security-relevant situation exists; and or
  • - Issuing a request to the vehicle driver to visit the service workshop.

Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein System mit mindestens einen Druckbehälter. Im Druckbehälter werden Gastemperatur und Gasdruck permanent überwacht. Übersteigt die von der Tankstelle angefahrene Druckrampe die zulässige Druckrampe oder/und übersteigt die Gas- oder Tankwandtemperatur den zulässigen Grenzwert (z.B. 85°C), kann das Tankabsperrventil geschlossen und die Betankung wird fahrzeugseitig abgebrochen werden. Besteht eine Kommunikationsbetankung kann die Betankung zusätzlich durch Kommunikation an die Tankstelle tankstellenseitig abgebrochen werden. Zur Tankwandtemperaturbestimmung kann entweder die Gastemperatur oder die Messwerte spezieller Temperatursensoren, welche auf der Tankwand angebracht sein können, herangezogen werden. In other words, the technology disclosed herein relates to a system having at least one pressure vessel. In the pressure vessel gas temperature and gas pressure are permanently monitored. If the pressure ramp approached by the gas station exceeds the allowable pressure ramp or / and the gas or tank wall temperature exceeds the allowable limit (e.g., 85 ° C), the tank shut-off valve may be closed and refueling will be discontinued on the vehicle. If there is a communication refueling, the refueling can additionally be interrupted by communication to the gas station petrol station. For tank wall temperature determination, either the gas temperature or the measured values of special temperature sensors, which can be mounted on the tank wall, are used.

Alternativ oder zusätzlich kann die Gas- oder Komponententemperatur nach dem Druckminderer überwacht werden. Übersteigt die gemessenen Gas- oder Komponententemperatur den zulässigen Temperaturgrenzwert, kann eine oder mehrere der Schutzreaktionen bzw. Schutzmaßnahmen ausgelöst werden. Alternatively or additionally, the gas or component temperature can be monitored after the pressure reducer. If the measured gas or component temperature exceeds the permissible temperature limit, one or more of the protective reactions or protective measures can be triggered.

a) Tankstellenseitiger Betankungsabbruch, falls: (a) refueling refueling if:

  • 1. p_gasdruck/t > p_max/t (nach ISO 2601 ); und/oder 1. p_gasdruck / t> p_max / t (nach ISO 2601 ); and or
  • 2. T_gas > T_max_gas; und/oder 2. T_gas> T_max_gas; and or
  • 3. T_tankwand > T_max_tankwand; und/oder 3. T_tank wall> T_max_tank wall; and or
  • 4. T_komponente > T_max_komponente; wobei:4. T_component> T_max_component; in which:

p_gasdruck/t:p_gasdruck / t: der Druckanstieg im Druckbehälter ist;the pressure rise in the pressure vessel is; p_max/t:p_max / t: die maximal zulässige Druckrampe entsprechend der Vorschrift (z.B. ISO 2601 ) oder der Auslegung ist;the maximum permissible pressure ramp according to the regulation (eg ISO 2601 ) or the design; T_gas:T_gas: die Gastemperatur im Druckbehälter ist;the gas temperature is in the pressure vessel; T_max_gas:T_max_gas: die maximal zulässige Gastemperatur des Druckbehälters entsprechend der Vorschrift oder der Auslegung ist;the maximum permissible gas temperature of the pressure vessel is according to the regulation or the design; T_tankwand:T_tankwand: die Tankwandtemperatur des Druckbehälters ist;the tank wall temperature of the pressure vessel is; T_max_tankwand:T_max_tankwand: die maximal zulässige Tankwandtemperatur des Druckbehälters ist;the maximum permissible tank wall temperature of the pressure vessel is; T_komponente:T_komponente: die Komponententemperatur ist;the component temperature is; T_max_komponente:T_max_komponente: die maximal zulässige Komponententemperatur. Ist.the maximum permissible component temperature. Is.

b) Fahrzeugseitige Schutzreaktionen: b) Vehicle-side protection reactions:

  • 1. Tankabsperrventil schließen; und/oder 1. Close the tank shut-off valve; and or
  • 2. Kommunikation eines Betankungsabbruchs an die Tankstelle, z.B. über IR-Schnittstelle 2. Communication of a refueling stop to the gas station, e.g. via IR interface

c) Schutzreaktionen bei zu hoher Komponententemperatur: c) Protection reactions at too high component temperature:

  • 1. Die Brennstoff-Entnahme wird eingeschränkt. D.h. die Brennstoffzellenleistung wird von der Steuerung so reduziert, dass sich die Komponente durch den angeforderten Wasserstoffmassenstrom nicht weiter erwärmt. Dabei wird die Leistungsreduktion bereits vor Erreichen des Temperaturgrenzwertes eingeleitet. 1. The fuel extraction is restricted. That the fuel cell power is reduced by the controller so that the component does not heat up further due to the requested hydrogen mass flow. The power reduction is already initiated before reaching the temperature limit.
  • 2. Das Fahrzeug bzw. das Tanksystem bricht die Betankung noch vor Eintreten eines kritischen Betankungszustandes ab. Das Tanksystem schützt sich dadurch selbst und der Druckbehälter wird nicht geschädigt. 2. The vehicle or tank system stops refueling before a critical refueling condition occurs. The tank system thereby protects itself and the pressure vessel is not damaged.
  • 3. Bei der Entnahme bricht das Tanksystem die Entnahme noch vor Eintreten einer kritischen Komponententemperatur ab. 3. Upon removal, the tank system will stop removal before any critical component temperature occurs.
  • 4. Alternativ wird der Entnahmemassenstrom so weit gesenkt, dass die Komponententemperatur nicht weiter ansteigt. 4. Alternatively, the extraction mass flow is lowered so that the component temperature does not increase further.
  • 5. In beiden Fällen entsteht kein wirtschaftlicher Schaden und keine sicherheitkritische Situation. 5. In both cases there is no economic damage and no security-critical situation.
  • 6. Die Tankstelle wird über Fehlfunktion informiert und der tankstellenseitige Fehler kann korrigiert werden. 6. The gas station is informed about malfunction and the gas station side error can be corrected.

Ist die Betankungsregelung der Tankstelle fehlerhaft, kann der Druckbehälter mit einer zu hohen Druckanstiegsrampe betankt und geschädigt werden. Die Gefahr einer Fehlbetankung wird mit der hier offenbarten Technologie zumindest verringert. Wird die Gas- oder Komponententemperatur nach dem Druckminderer nicht überwacht, könnten nachfolgende Komponenten aufgrund der Gaserwärmung im Anodensubsystem beschädigt werden. Die Gefahr einer solchen Beschädigung wird mit der hier offenbarten Technologie zumindest verringert. If the refueling control of the gas station is faulty, the pressure vessel can be refueled and damaged with too high a pressure increase ramp. The risk of misfuelling is at least reduced with the technology disclosed here. If the gas or component temperature downstream of the pressure reducer is not monitored, subsequent components may be damaged due to gas heating in the anode subsystem. The risk of such damage is at least reduced by the technology disclosed herein.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen 1 erläutert. Die 1 zeigt schematisch das hier offenbarte Druckbehältersystem. In dem Druckbehälter 20 ist Brennstoff gespeichert, z.B. Wasserstoff bei 700 bar. Der Druckbehälter 20 stellt den Wasserstoff bereit für einen Brennstoffzellenstapel 30 mit einer Vielzahl an Brennstoffzellen welche auf einem niedrigen Druckniveau betrieben werden, z.B. 0,5 bis 1 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck). An einem Ende des Druckbehälters 20 ist ein Tankabsperrventil 21 vorgesehen. Anstatt lediglich einem Druckbehälter 20 mit einem Tankabsperrventil 21 können ebenso mehrere Druckbehälter 20 mit mehreren Tankabsperrventilen 21 vorgesehen sein. In dem hier dargestellten System sind ferner zwei Druckstufen vorgesehen, welche jeweils mit separaten Druckminderern 11, 12 arbeiten. Die erste Druckstufe senkt den Druck von 700 bar auf ein Mitteldruckniveau von beispielsweise 11 bis 13 bar. Die zweite Druckstufe senkt den Druck vom Mitteldruck auf den Niederdruck der Brennstoffzellen. The technology disclosed here will now be described with reference to the schematic 1 explained. The 1 schematically shows the pressure vessel system disclosed here. In the pressure vessel 20 Fuel is stored, eg hydrogen at 700 bar. The pressure vessel 20 provides the hydrogen for a fuel cell stack 30 with a large number of fuel cells which are operated at a low pressure level, for example 0.5 to 1 bar (= overpressure relative to the atmospheric pressure). At one end of the pressure vessel 20 is a tank shut-off valve 21 intended. Instead of just a pressure vessel 20 with a tank shut-off valve 21 can also use several pressure vessels 20 with several tank shut-off valves 21 be provided. In the system shown here, two pressure levels are also provided, each with separate pressure reducers 11 . 12 work. The first pressure stage lowers the pressure from 700 bar to a medium pressure level of, for example, 11 to 13 bar. The second pressure level lowers the pressure from the medium pressure to the low pressure of the fuel cells.

Als erster Druckminderer 11 wird ein mechanischer Proportionaldruckregler eingesetzt. In der zweiten Druckstufe können verschiedene Technologien für den zweiten Druckregler 12 zum Einsatz kommen, z.B. Injektoren, Venturidüsen und mechanische Druckregler. Um ein Bersten der Rohrleitungen bei Fehlfunktion der Druckminderer 11, 12 zu verhindern ist auf der Niederdruckseite jeweils ein Druckentlastungsventil 13, 14 vorgesehen. Nicht gezeigt ist der mindestens einen Kühler, der eingesetzt werden kann, um den Brennstoff bzw. die brennstoffführenden Komponenten, wie beispielsweise die hier gezeigten Druckminderer, zu kühlen. Die hier gezeigten Komponenten mit dem Bezugszeichen 11, 12, 13, 14, 15, 20, 21, 22 (und teilweise) 30 sind alle Bestandteile des Anodensubsystems A. Die Strömungsrichtung des Brennstoffs wird hier mit einem Pfeil dargestellt. Während der Betankung des Druckbehältersystems strömt durch den Betankungsleitungsabschnitt 22 Brennstoff in den Druckbehälter 20. Der in den Druckbehälter 20 einströmende Brennstoff wird stark komprimiert. Dabei erwärmt sich der Brennstoff und mit ihm der Druckbehälter 20. Sofern die hier offenbarten Schutzreaktionen zur Betankung greifen, stellt sich in dem Druckbehälter 20 zweckmäßig eine Temperatur ein, die unterhalb der maximal zulässigen Betriebstemperatur (z. B. 85 °C) liegt. Wird nun dieser erhitzte Brennstoff über den Druckminderer 11 entspannt, so kann es aufgrund des Joule-Thomson-Effektes zur weiteren Erwärmung des Brennstoffs kommen. Am Ausgang des Druckminderers 11 ist ein Temperatursensor angeordnet. Der Temperatursensor generiert ein Signal, welches indikativ für die Temperatur am Ausgang des Druckminderers 11 ist. Das vom Temperatursensor generierte Signal wird von einer Temperaturüberwachungsvorrichtung 40 verarbeitet. Anhand des Signals erkennt die Temperaturüberwachungsvorrichtung 40, ob die Temperatur des Druckminderers und/oder einer stromab vom Druckminderer 11 angeordneten weiteren Komponente größer oder gleich der ersten Grenztemperatur ist. Die erste Grenztemperatur liegt hier 5° unter der maximal zulässigen Betriebstemperatur (z. B. 80 °C). Erreicht oder übersteigt die Temperatur die erste Grenztemperatur, so wird eine der hier offenbarten Schutzmaßnahmen durchgeführt. Beispielsweise kann der Brennstoff-Massenstrom zum Brennstoffzellenstapel 30 hin verringert werden. Dementsprechend wird auch die Ansteuerung des Brennstoffzellenstapels 30 geändert. Zusätzlich kann die Hybridisierungsstrategie bzgl. dem Brennstoffzellensystem und dem Hochvoltspeicher angepasst werden, so dass die aus dem Hochvoltspeicher für das Kraftfahrzeug bereitgestellte elektrische Leistung erhöht und die vom Brennstoffzellensystem für das Kraftfahrzeug bereitgestellte elektrische Leistung verringert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlung vom Druckminderer 11, von den weiteren Komponenten 12, 13, 14 stromab des Druckminderers 11 und/oder des Brennstoffzellenstapels 30 initiiert oder verstärkt werden. Steigt die Temperatur trotz dieser Maßnahmen weiterhin an, oder es wird aus irgendeinem Grund diese Maßnahmen nicht durchgeführt, so initiiert die Temperaturüberwachungsvorrichtung 40 bei Erreichen oder Überschreiten einer zweiten Grenztemperatur weitere Schutzmaßnahmen. Die zweite Grenztemperatur kann beispielsweise die Absicherungstemperatur der Bauelemente oder die Betriebstemperatur sein (z. B. 90 °C). Zum Beispiel kann das Tankabsperrventil 21 geschlossen werden, sodass weder eine Betankung möglich ist noch Brennstoff aus dem mindestens einen Druckbehälter 20 entnommen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Betankung des Druckbehälters 20 abgebrochen werden und/oder eine weitere Betankung des Druckbehälters 20 verhindert werden. In der 1 nicht dargestellt ist das mindestens eine thermochrome Material, welches auf dem Druckminderer 11 und oder auf den weiteren Komponenten 12, 13, 14 stromab des Druckminderers 11 zumindest bereichsweise auf diese Elemente aufgebracht sein kann. Vorteilhaft kann das mindestens eine thermochrome Material ausgebildet sein, die maximal zulässige Betriebstemperatur (z. B. 85 °C) und die Absicherungstemperatur (z. B. 90 °C) irreversibel zu indizieren. As the first pressure reducer 11 a mechanical proportional pressure regulator is used. In the second pressure stage, different technologies can be used for the second pressure regulator 12 For example, injectors, venturi nozzles and mechanical pressure regulators are used. To a bursting of the pipes in case of malfunction of the pressure reducer 11 . 12 To prevent is on the low pressure side each a pressure relief valve 13 . 14 intended. Not shown is the at least one radiator that may be used to cool the fuel (s), such as the pressure reducers shown here. The components shown here by the reference numeral 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 20 . 21 . 22 (and partly) 30 are all components of the anode subsystem A. The direction of flow of the fuel is shown here with an arrow. During refueling of the pressure vessel system flows through the refueling line section 22 Fuel in the pressure vessel 20 , The in the pressure vessel 20 incoming fuel is strongly compressed. At the same time the fuel warms up and with it the pressure vessel 20 , If the protective reactions disclosed here are used for refueling, the result is in the pressure vessel 20 suitably a temperature which is below the maximum permissible operating temperature (eg 85 ° C). Now this heated fuel via the pressure reducer 11 relaxed, it may come due to the Joule-Thomson effect further heating of the fuel. At the outlet of the pressure reducer 11 a temperature sensor is arranged. The temperature sensor generates a signal which is indicative of the temperature at the outlet of the pressure reducer 11 is. The signal generated by the temperature sensor is from a temperature monitor 40 processed. Based on the signal detects the temperature monitoring device 40 whether the temperature of the pressure reducer and / or a downstream of the pressure reducer 11 arranged further component is greater than or equal to the first limit temperature. The first limit temperature is 5 ° below the maximum permissible operating temperature (eg 80 ° C). If the temperature reaches or exceeds the first limit temperature, one of the protective measures disclosed here is carried out. For example, the fuel mass flow to the fuel cell stack 30 be reduced. Accordingly, the control of the fuel cell stack is 30 changed. In addition, the hybridization strategy with regard to the fuel cell system and the high-voltage storage be adapted so that the electric power supplied from the high-voltage storage for the motor vehicle increases and the electric power supplied by the fuel cell system for the motor vehicle is reduced. Alternatively or additionally, the cooling of the pressure reducer 11 , from the other components 12 . 13 . 14 downstream of the pressure reducer 11 and / or the fuel cell stack 30 initiated or strengthened. If the temperature continues to rise despite these measures, or if for some reason these measures are not taken, the temperature monitoring device will initiate 40 upon reaching or exceeding a second limit temperature further protective measures. The second limit temperature may be, for example, the fuse temperature of the components or the operating temperature (eg 90 ° C.). For example, the Tankabsperrventil 21 be closed so that neither refueling is possible nor fuel from the at least one pressure vessel 20 can be removed. Alternatively or additionally, a refueling of the pressure vessel 20 be canceled and / or another refueling of the pressure vessel 20 be prevented. In the 1 not shown is the at least one thermochromic material, which on the pressure reducer 11 and or on the other components 12 . 13 . 14 downstream of the pressure reducer 11 at least partially applied to these elements. Advantageously, the at least one thermochromic material can be designed to irreversibly indicate the maximum permissible operating temperature (eg 85 ° C.) and the protection temperature (eg 90 ° C.).

Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter, der/ein Druckminderer, die/eine weitere Komponente, der/ein Brennstoffverbraucher, die/eine Temperaturüberwachungsvorrichtung, der/ein Temperatursensor, das/ein Tankabsperrventil, der/ein Kühler, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. mindestens ein Druckbehälter, mindestens ein Druckminderer, mindestens eine weitere Komponente, mindestens ein Brennstoffverbraucher, mindestens eine Temperaturüberwachungsvorrichtung, mindestens ein Temperatursensor, mindestens ein Tankabsperrventil, mindestens ein Kühler, etc.). For the sake of legibility, the term "at least one" has been omitted for simplicity. If a feature of the technology disclosed herein is described in the singular or indefinite (eg the / a pressure vessel, the / a pressure reducer, the / a further component, the / a fuel consumer, the / a temperature monitoring device, the / a temperature sensor, / a Tankabsperrventil, the / a radiator, etc.) should be at the same time also the plurality of disclosed (eg at least one pressure vessel, at least one pressure reducer, at least one further component, at least one fuel consumer, at least one temperature monitoring device, at least one temperature sensor, at least one Tankabsperrventil , at least one cooler, etc.).

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. The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ISO 2601 [0038] ISO 2601 [0038]
  • ISO 2601 [0039] ISO 2601 [0039]

Claims (12)

Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – mindestens einen Druckbehälter (20) zur Speicherung von Brennstoff; – mindestens einen Brennstoffverbraucher (30); – mindestens einen Druckminderer (11), der stromab vom mindestens einen Druckbehälter (20) und stromauf vom mindestens einen Brennstoffverbraucher (30) angeordnet ist; – mindestens eine weitere Komponente (12, 13, 14), die zwischen dem Brennstoffverbraucher (30) und dem Druckminderer (11) angeordnet ist; und – mindestens eine Temperaturüberwachungsvorrichtung (40), die ausgebildet ist, die Temperatur von der mindestens einen weiteren Komponente (12, 13, 14) und/oder vom Druckminderer (11) zu überwachen; wobei die Temperaturüberwachungsvorrichtung (40) eingerichtet ist, mindestens eine Schutzmaßnahme zu initiieren, wenn die Temperatur eine erste Grenztemperatur überschreitet oder überschritten hat. Pressure vessel system for a motor vehicle, comprising: - at least one pressure vessel ( 20 ) for storing fuel; - at least one fuel consumer ( 30 ); - at least one pressure reducer ( 11 ) downstream of the at least one pressure vessel ( 20 ) and upstream of the at least one fuel consumer ( 30 ) is arranged; - at least one other component ( 12 . 13 . 14 ) between the fuel consumer ( 30 ) and the pressure reducer ( 11 ) is arranged; and at least one temperature monitoring device ( 40 ) which is adapted to measure the temperature of the at least one further component ( 12 . 13 . 14 ) and / or the pressure reducer ( 11 ) to monitor; the temperature monitoring device ( 40 ) is arranged to initiate at least one protective measure when the temperature has exceeded or exceeded a first limit temperature. Druckbehältersystem nach Anspruch 1, wobei die erste Grenztemperatur kleiner ist oder den gleichen Wert aufweist wie die maximal zulässige Betriebstemperatur des Druckminderers (11) und/oder der mindestens einen weiteren Komponente (12, 13, 14); oder wobei die erste Grenztemperatur einen Wert aufweist, der mindestens 5°C oder 10°C unter der maximal zulässigen Betriebstemperatur des Druckminderers (11) und/oder der mindestens einen weiteren Komponente (12, 13, 14) liegt. Pressure vessel system according to claim 1, wherein the first limit temperature is smaller or has the same value as the maximum permissible operating temperature of the pressure reducer (US Pat. 11 ) and / or the at least one further component ( 12 . 13 . 14 ); or the first limit temperature has a value which is at least 5 ° C or 10 ° C below the maximum permissible operating temperature of the pressure reducer ( 11 ) and / or the at least one further component ( 12 . 13 . 14 ) lies. Druckbehältersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturüberwachungsvorrichtung (40) eingerichtet ist, als Schutzmaßnahme bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der ersten Grenztemperatur mindestens einen der folgenden Schritte durchzuführen: – Reduzieren des Brennstoffverbrauchs des mindestens einen Brennstoffverbrauchers (30); und/oder – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Brennstoffs; und/oder – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Brennstoffverbrauchers (30); und/oder – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Druckminderers (11) und/oder der weiteren Komponente (12, 13, 14). Pressure vessel system according to claim 1 or 2, wherein the temperature monitoring device ( 40 ) is arranged to perform at least one of the following steps as a protective measure at a temperature equal to or above the first limit temperature: - reducing the fuel consumption of the at least one fuel consumer ( 30 ); and / or - cooling or intensifying cooling of the fuel; and / or - cooling or intensifying cooling of the fuel consumer ( 30 ); and / or - cooling or intensifying cooling of the pressure reducer ( 11 ) and / or the further component ( 12 . 13 . 14 ). Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Temperaturüberwachungsvorrichtung (40) eingerichtet ist, als Schutzmaßnahme bei einer Temperatur gleich oder oberhalb einer zweiten Grenztemperatur, die größer als die erste Grenztemperatur ist, mindestens einen der folgenden Schritte durchzuführen: – Schließen eines Tankabsperrventils (21) des Druckbehälters (20); und/oder – Abbruch oder Verhinderung der Betankung des Druckbehälters (20) des Druckbehältersystems. Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein the temperature monitoring device ( 40 ) is arranged, as a protective measure at a temperature equal to or above a second limit temperature, which is greater than the first limit temperature, to perform at least one of the following steps: - closing a Tankabsperrventils ( 21 ) of the pressure vessel ( 20 ); and / or - stopping or preventing refueling of the pressure vessel ( 20 ) of the pressure vessel system. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein weiterer Druckminderer (12), mindestens ein Druckentlastungsventil (13, 14), und/oder mindestens eine brennstoffführende Leitung (15) die mindestens eine weitere Komponente (12, 13, 14) ausbildet/ausbilden. Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein at least one further pressure reducer ( 12 ), at least one pressure relief valve ( 13 . 14 ), and / or at least one fuel-carrying line ( 15 ) the at least one further component ( 12 . 13 . 14 ) trains / train. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 5, ferner umfassend mindestens einen Kühler, wobei der Kühler ausgebildet ist, den Druckminderer (11) und/oder die weitere Komponente (12, 13, 14) zu kühlen. Pressure vessel system according to one of the preceding claims 3 to 5, further comprising at least one cooler, wherein the cooler is formed, the pressure reducer ( 11 ) and / or the further component ( 12 . 13 . 14 ) to cool. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend mindestens ein thermochromes Material, das mit dem Druckminderer (11) und/oder mit der weiteren Komponente (12, 13, 14) wärmeübertragend verbunden ist. Pressure vessel system according to one of the preceding claims, further comprising at least one thermochromic material which is connected to the pressure reducer ( 11 ) and / or with the further component ( 12 . 13 . 14 ) is heat transfer connected. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Temperaturüberwachungsvorrichtung (40) eingerichtet ist, permanent die Temperatur zu überwachen. Pressure vessel system according to one of the preceding claims, wherein the temperature monitoring device ( 40 ) is set up to permanently monitor the temperature. Verfahren zum Überwachen einer Temperatur von mindestens einem Druckminderer (11) eines Druckbehältersystems und/oder von mindestens einer weiteren Komponente (12, 13, 14), die zwischen dem Druckminderer (11) und mindestens einem Brennstoffverbraucher (30) des Druckbehältersystems angeordnet ist; umfassend die Schritte: – Überwachen der Temperatur; und – Initiieren von mindestens einer Schutzmaßnahme, wenn die Temperatur eine erste Grenztemperatur überschreitet oder überschritten hat. Method for monitoring a temperature of at least one pressure reducer ( 11 ) of a pressure vessel system and / or of at least one further component ( 12 . 13 . 14 ) between the pressure reducer ( 11 ) and at least one fuel consumer ( 30 ) is arranged of the pressure vessel system; comprising the steps of: - monitoring the temperature; and initiating at least one protective measure when the temperature has exceeded or exceeded a first limit temperature. Verfahren nach Anspruch 9, wobei bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der ersten Grenztemperatur mindestens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: – Reduzieren des Brennstoffverbrauchs des mindestens einen Brennstoffverbrauchers (30); und/oder – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Brennstoffs; und/oder – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Brennstoffverbrauchers (30); und/oder – Kühlen oder verstärktes Kühlen des Druckminderers (11) und/oder der weiteren Komponente (12, 13, 14). The method of claim 9, wherein at a temperature equal to or above the first limit temperature, at least one of the following steps is performed: - reducing the fuel consumption of the at least one fuel consumer ( 30 ); and / or - cooling or intensifying cooling of the fuel; and / or - cooling or intensifying cooling of the fuel consumer ( 30 ); and / or - cooling or intensifying cooling of the pressure reducer ( 11 ) and / or the further component ( 12 . 13 . 14 ). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei bei einer Temperatur gleich oder oberhalb einer zweiten Grenztemperatur, die größer als die erste Grenztemperatur ist, mindestens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: – Schließen eines Tankabsperrventils (21) von mindestens einem Druckbehälter (20); und/oder – Abbruch oder Verhinderung der Betankung des Druckbehälters (20) des Druckbehältersystems. The method of claim 9 or 10, wherein at a temperature equal to or above a second limit temperature, which is greater than the first limit temperature, at least one of the following steps is performed: - Closing a Tankabsperrventils ( 21 ) of at least one pressure vessel ( 20 ); and or - termination or prevention of refueling of the pressure vessel ( 20 ) of the pressure vessel system. Verfahren nach eine der Ansprüche 9 bis 11, wobei bei einer Temperatur gleich oder oberhalb der ersten oder zweiten Grenztemperatur mindestens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: – Ausgeben eines Warnsignals, dass die erste und/oder die zweite Grenztemperatur überschritten wurde(n) und/oder dass eine sicherheitsrelevante Situation vorliegt; und/oder – Ausgeben einer Aufforderung an den Fahrzeugführer, die Servicewerkstatt aufzusuchen.  Method according to one of claims 9 to 11, wherein at a temperature equal to or above the first or second limit temperature of at least one of the following steps is carried out: - Issuing a warning signal that the first and / or the second limit temperature has been exceeded (s) and / or that a security-relevant situation exists; and or - Issuing a request to the vehicle driver to visit the service workshop.
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