DE102016217757A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Speicherbehälter für Wasserstoff unter Überdruck - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Speicherbehälter für Wasserstoff unter Überdruck Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem absperrbaren Speicherbehälter, in welchem ein Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff unter Überdruck in der Größenordnung von 300 bar und mehr speicherbar ist, sowie mit einem Energiewandler zum Wandeln des Kraftstoffs in elektrische Energie, welche zur Versorgung eines elektromotorischen Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs vorgesehen und zumindest teilweise in einem Akkumulator zwischenspeicherbar ist, weiterhin mit einem elektronischen Überwachungssystem, welches in der Lage ist, einen bevorstehenden Zusammenprall des Fahrzeugs mit einem anderen Objekt mit gewisser Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein in unmittelbarer Nähe des Speicherbehälters vorgesehenes Absperrventil geschlossen wird, sobald das elektronische Überwachungssystem mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit einen bevorstehenden Zusammenprall erkennt, und dass dann das Antriebsaggregat aus dem Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem absperrbaren Speicherbehälter, in welchem ein Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff unter nennenswertem Überdruck (bspw. in der Größenordnung von 300 bar und mehr – es können jedoch auch bspw. 25 bar ein nennenswerter und möglicherweise kritischer Überdruck sein) speicherbar ist, sowie mit einem Energiewandler zum Wandeln des Kraftstoffs in elektrische Energie, welche zur Versorgung eines elektromotorischen Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs vorgesehen und zumindest teilweise in einem Akkumulator zwischenspeicherbar ist, und weiterhin mit einem elektronischen Überwachungssystem, welches in der Lage ist, einen bevorstehenden Zusammenprall des Fahrzeugs mit einem anderen Objekt mit gewisser Wahrscheinlichkeit vorherzusagen. Hinsichtlich eines solchen Überwachungssystems wird beispielshalber auf die DE 10 2015 200 776 A1 als Stand der Technik verwiesen.
  • Eine attraktive Möglichkeit zum Ersetzen fossiler Energiequellen für den Antrieb von Kraftfahrzeugen ist die Umwandlung von Wasserstoff in einer Brennstoffzelle in elektrische Energie, mit welcher ein elektrischer Antriebsmotor gespeist wird, insbesondere falls der Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung regenerativer Energien gewonnen wurde. Etwas aufwändiger als die Speicherung von aus Erdöl gewonnenem Benzin oder Dieselkraftstoff stellt sich jedoch die Speicherung von Wasserstoff im Fahrzeug wegen seiner geringeren Energiedichte dar. So ist es angestrebt, gasförmigen Wasserstoff unter sehr hohem Überdruck bis in die Größenordnung von 600 bar im Kraftfahrzeug zu speichern.
  • Im Falle eines Unfalls, d.h. insbesondere eines Zusammenpralls mit einem anderen Objekt oder Fahrzeug eines mit einem solchen Speicherbehälter ausgerüsteten Fahrzeugs sollte ein Austreten von Wasserstoff in die Umgebung idealerweise vermieden werden. Aus diesem Grunde sind Fahrzeug-Speicherbehälter zur Aufnahme von Wasserstoff unter hohem Druck nicht nur selbst äußerst sicher gestaltet und im Fahrzeug an möglichst sicherer Stelle verbaut, sondern es ist auch vorgesehen, ein Absperrventil, welches in einer Wasserstoff aus dem Speicher abführenden Leitung vorgesehen ist, zu schließen, wenn ein in jüngeren Kraftfahrzeugen vorhandener Crashsensor einen bereits erfolgten Unfall erkennt.
  • Hiermit soll nun eine Maßnahme zur weiteren Steigerung der Sicherheit aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein in unmittelbarer Nähe des Speicherbehälter vorgesehenes Absperrventil geschlossen wird, sobald ein elektronisches Überwachungssystem, welches in der Lage ist, einen bevorstehenden Zusammenprall des Fahrzeugs mit einem anderen Objekt mit gewisser Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, einen möglicherweise bevorstehenden Zusammenprall erkennt, woraufhin das Antriebsaggregat aus dem Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
  • Grundsätzlich bekannt sind sog. Pre-Crash-Systeme in Kraftfahrzeugen, welche anhand diverser Sensorsignale in der Lage sind, einen bevorstehenden Zusammenprall eines sich bewegenden Kraftfahrzeugs mit einem anderen Objekt oder Kraftfahrzeug mit hinreichender Wahrscheinlichkeit vorherzusehen oder vorherzusagen noch bevor dieser Zusammenprall tatsächlich stattfindet. Mit Hilfe solcher Systeme wird versucht, den Unfall entweder zu verhindern oder dessen Folgen zu reduzieren. Vorliegend wird in diesem Sinne nun vorgeschlagen, auch den Kraftstoff-Speicherbehälter sofort abzusperren, falls ein Pre-Crash-System bzw. allgemein ein im Patentanspruch genanntes elektronisches Überwachungssystem eine hinreichende Wahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Zusammenprall erkennt. Jedoch muss das Kraftfahrzeug dann weiterhin bewegt werden können, nämlich einerseits um den Zusammenprall möglicherweise noch aktiv vermeiden zu können und andererseits um dann, falls der Zusammenprall doch nicht stattfindet, dem Fahrer die Weiterfahrt zu ermöglichen. Idealerweise soll nämlich der Fahrer überhaupt nicht bemerken, dass der Speicherbehälter abgesperrt und damit die Brennstoffzelle bzw. allgemein der Energiewandler nicht weiter arbeiten konnte. Diese Anforderungen können nun dadurch erfüllt werden, dass der das Fahrzeug antreibende Elektromotor aus dem ohnehin vorhandenen Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird.
  • Im Hinblick auf größtmögliche Sicherheit soll dabei das den Speicherbehälter absperrende Absperrventil in möglichst unmittelbarer Nähe des Speicherbehälters vorgesehen sein, um keine weniger als der Speicherbehälter selbst geschützte längere Kraftstoff-Leitung vorliegen zu haben. Vorzugsweise ist dieses Absperrventil dabei als stromlos geschlossenes Ventil ausgebildet, welches einfach durch Trennen von der elektrischen Stromversorgung durch ein hinreichend vorgespanntes Federelement oder dgl. sehr kurzfristig bzw. schlagartig in seine Schließposition überführt werden kann. Selbstverständlich wird dieses Ventil dann, wenn der vom elektronischen Überwachungssystem mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vorhergesagte Zusammenprall nicht stattgefunden hat, baldmöglichst wieder geöffnet. Dieses Schließen und Öffnen kann dabei von der genannten elektronischen Überwachungseinheit initiiert werden.
  • Üblicherweise schließt sich in Kraftstoffversorgungssystemen von Kraftfahrzeugen mit Hochdruck-Speicherbehältern (bspw. zur Speicherung von Wasserstoff) an den Auslass aus dem Speicherbehälter ein sog. Mitteldruckbereich an, in welchem der Kraftstoff bzw. Wasserstoff unter Druckwerten in der Größenordnung von 25 bar vorliegt, und an welchen sich ein Niederdruckbereich (mit Druckwerten in der Größenordnung von 4 bar anschließt. Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung können nun auch solche unterschiedlichen kraftstoffführende Abschnitte, in denen im Betrieb der Kraftstoff unter verschiedenen Druckwerten vorliegt, im Falle eines drohenden Zusammenpralls durch geeignete Ansteuerung von Ventilen voneinander getrennt werden. Damit kann verhindert werden, dass bei einer unfallbedingten, d.h. durch einen Zusammenprall verursachten Zerstörung des Niederdruckbereichs weiterer Kraftstoff aus dem Mitteldruckbereich unkontrolliert in die Umgebung gelangt.
  • Weiterhin könnten im Falle eines Zusammenpralls auch Schäden am elektrischen Bordnetz oder Energienetz des Fahrzeugs auftreten und möglicherweise einen elektrischen Kurzschluss verursachen, welcher möglicherweise aus dem Niederdruckbereich oder aus dem Mitteldruckbereich austretenden Kraftstoff entzünden könnte. Um auch diese Gefahr zu minimieren kann im Falle eines (mit der genannten Pre-Crash-Sensorik erkannten) drohenden Zusammenpralls weiterhin der Energiewandler vom elektrischen Energienetz des Fahrzeugs getrennt werden.
  • Ist unglücklicherweise ein Zusammenprall von signifikanter Schwere erfolgt, so kann es hingegen empfehlenswert sein, insbesondere aus dem Speicherbehälter den darin gespeicherten Kraftstoff (oder Wasserstoff) zumindest teilweise und kontrolliert in die Umgebung abströmen zu lassen. Bspw. in der DE 10 2013 226 913 A1 ist bereits beschrieben, dass in einem solchen Fall mittels eines Lagesensors festgestellt werden kann, ob das Fahrzeug nach einem Überschlag auf dem Dach liegt, wonach ein anderer Abströmweg für den abzuführenden Kraftstoff freigeschaltet ist, als wenn das Fahrzeug auf seinen Rädern steht. Diesen Prinzip weiter ausbauend wird vorliegend ergänzend vorgeschlagen, im Falle eines erfolgten Zusammenpralls von solcher Intensität, dass Kraftstoff sicherheitshalber aus dem Speicherbehälter abgeleitet wird, unter Auswertung der Signale einer diese Intensität sowie den Ort des Zusammenpralls am Fahrzeug ermittelnden geeigneten Sensorik durch eine elektronische Steuereinheit veranlasst den Kraftstoff in einem möglichst weit vom Ort des Zusammenpralls entfernt liegenden Bereich des Fahrzeugs in die Umgebung abzuführen. Insbesondere ausgehend von einer Notöffnungsstelle des Speicherbehälters führen in einem geeignet gestalteten Kraftfahrzeug dann Abblaseleitungen für den gasförmigen Kraftstoff an verschiedene Stellen des Fahrzeug-Aufbaus, wobei dann, wenn der Zusammenprall im Frontbereich des Kraftfahrzeugs erfolgt ist, eine in dessen Heckbereich mündende Abblaseleitung frei geschaltet wird, während im Falle eines Zusammenprall im Fzg.-Heckbereich eine in der Nähe der Fahrzeug-Front mündende Abblaseleitung genutzt werden sollte.
  • 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 102015200776 A1 [0001]
    • DE 102013226913 A1 [0010]

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem absperrbaren Speicherbehälter, in welchem ein Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff unter nennenswertem Überdruck speicherbar ist, sowie mit einem Energiewandler zum Wandeln des Kraftstoffs in elektrische Energie, welche zur Versorgung eines elektromotorischen Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs vorgesehen und zumindest teilweise in einem Akkumulator zwischenspeicherbar ist, weiterhin mit einem elektronischen Überwachungssystem, welches in der Lage ist, einen bevorstehenden Zusammenprall des Fahrzeugs mit einem anderen Objekt mit gewisser Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein in unmittelbarer Nähe des Speicherbehälters vorgesehenes Absperrventil geschlossen wird, sobald das elektronische Überwachungssystem mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit einen bevorstehenden Zusammenprall erkennt, und dass dann das Antriebsaggregat aus dem Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei weiterhin im Falle eines drohenden Zusammenpralls der Energiewandler vom elektrischen Energienetz des Fahrzeugs getrennt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei verschiedene kraftstoffführende Abschnitte, in denen im Betrieb der Kraftstoff unter verschiedenen Druckwerten vorliegt, im Falle eines drohenden Zusammenpralls durch geeignete Ansteuerung von Ventilen voneinander getrennt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Falle eines erfolgten Zusammenpralls von solcher Intensität, dass Kraftstoff sicherheitshalber aus dem Speicherbehälter abgeleitet wird, von einer diese Intensität sowie den Ort des Zusammenpralls am Fahrzeug unter Auswertung einer geeigneten Sensorik ermittelnden elektronischen Steuereinheit veranlasst wird, dass der Kraftstoff in einem möglichst weit vom Ort des Zusammenpralls entfernt liegenden Bereich des Fahrzeugs in die Umgebung abgeführt wird.
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