DE102017214960A1 - Hydrogen storage tank and method of its operation - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoffspeichersystems (10) für ein Brennstoffzellensystem (3) sowie ein Wasserstoffspeichersystem (10). Das Wasserstoffspeichersystem (10) umfasst einen Kryo-Drucktank (11) und einen Metallhydrid-Speichertank (12), welche fluidführend miteinander verbunden, mit dem Brennstoffzellensystem (3) verbindbar und separat aus einer externen Befülleinheit befüllbar sind, sowie eine steuertechnisch mit dem Kryo-Drucktank (11) und dem Metallhydrid-Speichertank (12) verbundenen Kontrolleinheit (13).
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren ein Betanken des Kryo-Drucktanks (11) und des Metallhydrid-Speichertanks (12) aus der externen Befülleinheit mit flüssigem Wasserstoff umfasst und eine Füllmenge des Kryo-Drucktanks (11) und der Metallhydrid-Speichertanks (12) und/oder das Verhältnis der Füllmengen zueinander über die Kontrolleinheit (13) gesteuert wird.

Figure DE102017214960A1_0000
The invention relates to a method for operating a hydrogen storage system (10) for a fuel cell system (3) and to a hydrogen storage system (10). The hydrogen storage system (10) comprises a cryogenic pressure tank (11) and a metal hydride storage tank (12), which are connected to one another in a fluid-conducting manner, can be connected to the fuel cell system (3) and can be filled separately from an external filling unit, and can also be used with the cryogenic system. Pressure tank (11) and the metal hydride storage tank (12) connected control unit (13).
According to the invention, the method comprises filling the cryogenic pressure tank (11) and the metal hydride storage tank (12) from the external filling unit with liquid hydrogen and a filling amount of the cryogenic pressure tank (11) and the metal hydride storage tank (12). and / or the ratio of the quantities to each other via the control unit (13) is controlled.
Figure DE102017214960A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserstoffspeichersystem zur Versorgung einer Brennstoffzelle mit Wasserstoff sowie ein zugehöriges Verfahren.The invention relates to a hydrogen storage system for supplying a fuel cell with hydrogen and an associated method.

Brennstoffzellen sind bekannt. Sie werden auf der Suche nach immer umweltfreundlicheren Fahrzeugantrieben auch in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Daneben wird auch der Einsatz in konventionellen Antriebssträngen untersucht. Hierbei stehen zurzeit drei Speichertechnologien für Wasserstoff zur Verfügung: Der Druckwasserstofftank, in dem bei 350 bar oder 700 bar gasförmig komprimierter Wasserstoff gespeichert wird, der Kryotank für bei -253 °C flüssig vorliegendem Wasserstoff und der sogenannte Metallhydrid-Hybrid-Speicher. In letzterem kann über einen weiten Betriebsbereich hinsichtlich Druck und Temperatur Wasserstoff gespeichert und aus dem Speicherhydrid wieder freigesetzt werden. An diesen Speichern ist allerdings nachteilig, dass sie einerseits ein hohes Gewicht aufweisen, und zum anderen die chemischen Prozesse, die zur Absorption und zur Desorption des Wasserstoffes führen, relativ langsam ablaufen und dies im Wesentlichen unter fahrzeuguntypischen Umgebungsbedingungen erreicht wird.Fuel cells are known. They are used in the search for ever more environmentally friendly vehicle drives in motor vehicles. In addition, the use in conventional drive trains is also being investigated. Three storage technologies for hydrogen are currently available: the pressurized hydrogen tank, which stores hydrogen gas at 350 bar or 700 bar, the cryotank for hydrogen at -253 ° C and the so-called hybrid metal hydride storage tank. In the latter can be stored over a wide operating range in terms of pressure and temperature hydrogen and released from the storage hydride again. However, it is disadvantageous in these stores that, on the one hand, they have a high weight, and, on the other hand, the chemical processes which lead to the absorption and desorption of the hydrogen take place relatively slowly and this is essentially achieved under under-vehicle environmental conditions.

Metallhydride sind entweder salzartig aufgebaut oder ähneln Lösungen von Wasserstoff in Metall oder Legierungen. Dabei werden Wasserstoff-Moleküle auf der Oberfläche des Metalls zunächst adsorbiert und dann als elementarer Wasserstoff in das Metallgitter eingebaut. Dadurch entsteht ein recht sprödes Metallhydrid, das aber luft- und wasserunempfindlich ist. Unterschiedliche Metalle/Metalllegierungen können Wasserstoff unterschiedlich gut aufnehmen, sodass die Aufnahmefähigkeit pro Kubikzentimeter Metall von 20 bis 600 Kubikzentimeter gasförmigen Wasserstoff schwankt. In Metallhydrid kann bei gleichem Volumen mehr Wasserstoff gespeichert werden, als Wasserstoff in flüssiger Form einnimmt. Technisch verwendet werden Metallhydride hauptsächlich in Metallhydridspeichern für Wasserstoff. Man findet sie aber auch in Metallen, die länger Wasserstoff ausgesetzt waren, da sie sich dort ungewollt bilden.Metal hydrides are either salt-like or similar to solutions of hydrogen in metal or alloys. Hydrogen molecules are first adsorbed on the surface of the metal and then incorporated into the metal lattice as elemental hydrogen. This creates a fairly brittle metal hydride, which is insensitive to air and water. Different metals / metal alloys can absorb hydrogen differently, so that the absorption capacity per cubic centimeter of metal varies from 20 to 600 cubic centimeters of gaseous hydrogen. In metal hydride, more hydrogen can be stored at the same volume than hydrogen in liquid form. Metal hydrides are used industrially mainly in metal hydride storage for hydrogen. However, they are also found in metals that have been exposed to hydrogen for longer, as they form there unintentionally.

Flüssiger Wasserstoff (LH2 = engl. liquid hydrogen) lässt sich hingegen in stationären und mobilen Tanks, die durch spezielle Isolierungen eine Abdampfrate von unter 0,05% erreichen können, speichern. Diese Tanks werden auch Kryotanks oder Kryospeicher genannt (griech. kryos = kalt). Zwar liegt die volumenspezifische Speicherdichte bei 2,13 kWh/l (ca. 4,5 kWh/kg), doch der Wasserstoff muss dafür zunächst verflüssigt werden. Die Verflüssigung bedarf jedoch einer Energie von 36 kJ/g, um Wasserstoff auf eine Temperatur von -253°C herunterzukühlen, was ca. einem Drittel der gespeicherten Energie entspricht.By contrast, liquid hydrogen (LH 2 ) can be stored in stationary and mobile tanks, which can achieve an evaporation rate of less than 0.05% thanks to special insulation. These tanks are also called cryotanks or cryospeicher (Greek kryos = cold). Although the volume-specific storage density is 2.13 kWh / l (about 4.5 kWh / kg), the hydrogen must first be liquefied. However, liquefaction requires energy of 36 kJ / g to cool hydrogen to a temperature of -253 ° C, which is about one-third of the stored energy.

Da der Kryotank im Fahrzeug keine eigene Kühlung besitzt, ist eine besondere Isolierung erforderlich. Zusätzlich muss der Druck begrenzt werden, da der Kryotank normalerweise nicht für den Druck ausgelegt wird, bei dem sich der verflüssigte Inhalt wieder in Gas (Boil-Off-Gas) verwandelt hat. Bei Wasserstoff-Fahrzeugtanks geht man von etwa 2 % Verlust je Tag aus, wenn der Druckanstieg nicht durch Gasentnahme für den Motor reduziert wird.Since the cryogenic tank in the vehicle does not have its own cooling, special insulation is required. In addition, the pressure must be limited because the cryotank is not normally designed for the pressure at which the liquefied content has turned back into gas (boil-off-gas). For hydrogen vehicle tanks, it is estimated that there will be about 2% loss per day if the pressure increase is not reduced by gas extraction for the engine.

Es sind verschiedene konstruktive Einschränkungen für Kryotanks in Fahrzeugen bekannt, so soll nur Boil-Off-Gas entnommen werden, um die Kühlwirkung und den Verlust zu minimieren, die Entnahme erfolgt am obersten Punkt, der zusätzlich durch Trennbleche geschützt wird, damit auch bei Kurvenfahrt nur gasförmiger Kraftstoff entnommen wird. Spezielle Einbauten stellen sicher, dass der Tank in fast jeder Lage Gas abgibt, und keine Flüssigkeit.There are various design restrictions for cryogenic tanks known in vehicles, so only boil-off gas should be removed to minimize the cooling effect and the loss, the removal takes place at the top point, which is also protected by dividers, so even when cornering only gaseous fuel is removed. Special installations ensure that the tank delivers gas in almost any position, and no liquid.

Um die genannten Nachteile zu reduzieren, ist beispielsweise bekannt, Metallhydridspeicher unter Druck zu verwenden oder die Speichermethode von flüssigem Wasserstoff mit der eines Kryo-Drucksystems (engl. Cryo-compressed-Systems) zu verbinden. Aus der WO 03/002451 A1 und aus der DE 2407706 A1 ist ferner ein System bekannt, welches das Metallhydrid-Speichersystem mit einem solchen Kryo-Drucksystem verbindet. Dabei ist ein Metallhydrid-Hybrid-Tank mit einem komprimierten flüssigen Wasserstoff aufweisenden Cryo-Compressed-Tank verbunden und dient als Pufferspeicher, in welchem das oben beschriebene Boil-off Wasserstoffgas aus dem Kryotank zwischengelagert wird.To reduce the mentioned disadvantages, it is known, for example, to use metal hydride storage under pressure or to connect the storage method of liquid hydrogen with that of a cryo-compressed system. From the WO 03/002451 A1 and from the DE 2407706 A1 Further, a system is known which connects the metal hydride storage system with such a cryogenic printing system. In this case, a hybrid metal hydride tank is connected to a compressed liquid hydrogen-containing cryo-compressed tank and serves as a buffer storage, in which the above-described boil-off hydrogen gas is stored intermediately from the cryotank.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun ein Verfahren zur Bereitstellung von Wasserstoff aus einem Wasserstoffspeichersystem sowie ein Wasserstoffspeichersystem bereitzustellen, bei denen, insbesondere bei Nutzung für ein Brennstoffzellensystem, die bereitstellbare Menge Wasserstoff einer Beladungseinheit erhöht ist.The object of the present invention is now to provide a method for providing hydrogen from a hydrogen storage system and a hydrogen storage system in which, in particular when used for a fuel cell system, the amount of hydrogen that can be supplied to a loading unit is increased.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoffspeichersystems sowie ein Wasserstoffspeichersystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved by a method for operating a hydrogen storage system and a hydrogen storage system having the features of the independent claims.

Somit betrifft ein erster Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoffspeichersystems für ein Brennstoffzellensystem. Das erfindungsgemäße Wasserstoffspeichersystem umfasst einen Kryo-Drucktank für Wasserstoff sowie einen Metallhydrid-Speichertank, welche beide über eine Verbindung fluidführend miteinander verbunden sind und zudem mit dem Brennstoffzellensystem verbindbar sind. Der Kryo-Drucktank und der Metallhydrid-Speichertank sind unabhängig voneinander separat befüllbar ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren ein Betanken des Kryo-Drucktanks und des Metallhydrid-Speichertanks mit flüssigem Wasserstoff aus einer externen Befülleinheit, wobei die Füllmenge des Kryo-Drucktanks und des Metallhydrid-Speichertanks und/oder das Verhältnis der Füllmengen zueinander über die Kontrolleinheit gesteuert werden.Thus, a first aspect of the invention relates to a method of operating a hydrogen storage system for a fuel cell system. The hydrogen storage system according to the invention comprises a cryogenic pressurized tank for hydrogen and a metal hydride storage tank, both of which are fluidly connected to one another via a connection and also with the fuel cell system are connectable. The cryopressure tank and the metal hydride storage tank are independently refillable. According to the invention, the method comprises refueling the cryogenic pressure tank and the metal hydride storage tank with liquid hydrogen from an external filling unit, wherein the filling quantity of the cryogenic pressure tank and the metal hydride storage tank and / or the ratio of the quantities to one another are controlled via the control unit.

Der Kryo-Drucktank und der Metallhydrid-Speichertank sind hierzu vorzugsweise räumlich voneinander getrennt und gegeneinander abgeschlossen, d.h. ein Austausch von Wasserstoff findet lediglich über die fluidführende Verbindung statt.The cryopressure tank and the metal hydride storage tank are for this purpose preferably spatially separated from each other and locked against each other, i. an exchange of hydrogen takes place only via the fluid-conducting connection.

Unter einem Metallhydrid-Speichertank soll nachfolgend vorzugsweise ein Metallhydrid-Hybrid-Speichertank verstanden werden. Er fungiert im erfindungsgemäßen Wasserstoffspeichersystem sowohl als Vorratsspeicher als auch als Pufferspeicher für aus dem Kryo-Drucktank zu entnehmenden erwärmten gasförmigen Wasserstoff.A metal hydride storage tank is to be understood below as meaning preferably a metal hydride hybrid storage tank. It acts in the hydrogen storage system according to the invention both as a storage reservoir and as a buffer for heated gaseous hydrogen to be withdrawn from the cryopressure tank.

Das erfindungsgemäße Wasserstoffspeichersystem bietet den Vorteil, dass eine schnellere Betankung des Wasserstoffspeichersystems mit Wasserstoff möglich ist als bei herkömmlichen Wasserstoffspeichersystemen mit reinen Metallhydrid-Speichertanks. Bei letzteren wird beim Betanken aufgrund der externen Reaktion der Bindung von Wasserstoff als Metallhydrid, eine hohe Energiemenge freigesetzt, die durch reduzierte Betankungsgeschwindigkeit kontrolliert wird.The hydrogen storage system according to the invention offers the advantage that a faster refueling of the hydrogen storage system with hydrogen is possible than with conventional hydrogen storage systems with pure metal hydride storage tanks. In the case of refueling, due to the external reaction of hydrogen bonding as metal hydride, a high amount of energy is released, which is controlled by reduced refueling rate.

Insbesondere die Verwendung der Kontrolleinheit zur Steuerung der Füllmengen des Kryo-Drucktanks und des Metallhydrid-Speichertanks schafft die Voraussetzung zur Erhöhung der gravimetrischen und der volumetrischen Energiedichte des Metallhydrid-Speichers gegenüber bekannter Traktionsbatterien. Darüber hinaus wird das mögliche Speichervolumen im erfindungsgemäßen Wasserstoffspeichersystem gegenüber bekannten Speichersystemen, in denen ein Kryo-Drucktank vergleichbaren Fassungsvermögens Verwendung findet, erhöht, da der Metallhydrid-Speichertank nicht nur als Pufferspeicher sondern auch als Vorratsspeicher dient, als solcher separat betankt werden kann und nicht nur Boil-off-Gas aus dem Kryo-Drucktank sondern eine zusätzliche Menge aufnehmen kann. Das Fassungsvermögen des erfindungsgemäßen Wasserstoffspeichersystems wird also nicht durch das Fassungsvermögen des Kryo-Drucktanks begrenzt.In particular, the use of the control unit for controlling the quantities of the cryopressure tank and the metal hydride storage tank creates the prerequisite for increasing the gravimetric and the volumetric energy density of the metal hydride storage tank over known traction batteries. In addition, the potential storage volume in the hydrogen storage system according to the invention over known storage systems, in which a cryogenic pressure tank of comparable capacity is used, increased since the metal hydride storage tank not only serves as a buffer but also as a storage, as such can be refueled separately and not only Boil off gas from the cryopressure tank but can take up an extra amount. The capacity of the hydrogen storage system according to the invention is therefore not limited by the capacity of the cryogenic pressure tank.

Mit anderen Worten, es werden im erfindungsgemäßen Wasserstoffspeichersystem ein Kryo-Drucktank mit einem Metallhydrid-Speichertank derart über eine Kontrolleinheit miteinander gekoppelt, dass sich die Nachteile beider Systeme untereinander ausgleichen und die Energiedichte des gesamten Wasserstoffspeichersystems sowie die Anforderungen an das Wasserstoffspeichersystem beim Betanken und Bereitstellen von Wasserstoff optimiert sind.In other words, in the hydrogen storage system according to the invention, a cryopressure tank with a metal hydride storage tank are coupled together via a control unit such that the disadvantages of the two systems balance each other and the energy density of the entire hydrogen storage system and the requirements of the hydrogen storage system when refueling and providing Are optimized for hydrogen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Betanken des Kryo-Drucktanks und des Metallhydrid-Speichertanks gleichzeitig, insbesondere bei einer Temperatur von bis zu 40 K, erfolgt. Dabei steht der Kryo-Drucktank nach der Betankung unter einem Druck von vorzugsweise mindestens 30 MPa, insbesondere unter einem Druck im Bereich von 30 bis 35 MPa. Dies hat den Vorteil, dass zum einen die gravimetrische und die volumetrische Energiedichte im Kryo-Drucktank erhöht sind. Zum anderen ist die mögliche Füllmenge des Metallhydrid-Speichertanks durch die niedrige Temperatur von 40 K physikalisch limitiert. Durch die Beladung bei bis zu 40 K wird die bei der Bindung des Wasserstoffs als Metallhydrid freiwerdende Energiemenge abgepuffert und eine maximal mögliche Betankungsgeschwindigkeit im Vergleich zum Stand der Technik erhöht.In a preferred embodiment of the method it is provided that the refueling of the cryogenic pressure tank and the metal hydride storage tank takes place simultaneously, in particular at a temperature of up to 40 K. The cryopressure tank after refueling is under a pressure of preferably at least 30 MPa, in particular under a pressure in the range of 30 to 35 MPa. This has the advantage that on the one hand the gravimetric and the volumetric energy density are increased in the cryopressure tank. On the other hand, the possible filling capacity of the metal hydride storage tank is physically limited by the low temperature of 40 K. By loading at up to 40 K, the amount of energy released as the metal hydride in the binding of hydrogen is buffered and a maximum possible refueling speed is increased in comparison to the prior art.

Weiterhin ist bevorzugt, dass der Kryo-Drucktank bei der Betankung maximal gefüllt wird und der Metallhydrid-Speichertank mit einer durch die Kontrolleinheit vorgegebenen Füllmenge gefüllt wird, welche unterhalb des Fassungsvermögens des Metallhydrid-Speichertanks liegt. Dies hat den Vorteil, dass die vorrätige Menge an Wasserstoff über die Füllmenge des Kryo-Drucktanks hinausgeht, ohne dass ein zusätzlicher Vorratsspeicher vorgesehen wird. Die Füllmenge des Metallhydrid-Speichertanks muss zum einen aufgrund der niedrigen Temperatur des flüssigen Wasserstoffs limitiert werden, da der Metallhydrid-Speichertank nicht gekühlt wird und der sich im Metallhydrid-Speichertank erwärmende Wasserstoff ausdehnt. Ferner ist sicherzustellen, dass auch nach Erwärmen des Wasserstoffs auf die im Metallhydrid-Speichertank herrschende Temperatur die maximale Füllmenge des Metallhydrid-Speichertanks nicht erreicht ist, da sonst dessen Funktion als Pufferspeicher zur Aufnahme von im Kryo-Drucktank erwärmten Wasserstoff nicht gewährleistet wird. Die Füllmenge des Metallhydrid-Speichertanks wird unter anderem anhand dieser beiden Kriterien durch die Kontrolleinheit bestimmt und entsprechend die Betankung des Metallhydrid-Speichertanks ebenfalls durch die Kontrolleinheit gesteuert. Hierzu weist das Wasserstoffspeichersystem Steuermittel auf, die vorzugsweise stromaufwärts eines Zugangs zum Metallhydrid-Speichertank angeordnet und mit der Kontrolleinheit steuerungstechnisch gebunden sind.Furthermore, it is preferred that the cryogenic pressure tank is filled to the maximum in the refueling and the metal hydride storage tank is filled with a predetermined by the control unit filling amount, which is below the capacity of the metal hydride storage tank. This has the advantage that the available quantity of hydrogen exceeds the filling quantity of the cryogenic pressure tank without providing an additional storage reservoir. The fill level of the metal hydride storage tank must be limited due to the low temperature of the liquid hydrogen, because the metal hydride storage tank is not cooled and the hydrogen in the metal hydride storage tank expands. It must also be ensured that even after the hydrogen has been heated to the temperature prevailing in the metal hydride storage tank, the maximum fill quantity of the metal hydride storage tank has not been reached, since otherwise its function as a buffer tank for receiving hydrogen heated in the cryogenic pressure tank is not guaranteed. The filling quantity of the metal hydride storage tank is determined, inter alia, on the basis of these two criteria by the control unit and, accordingly, the refueling of the metal hydride storage tank is also controlled by the control unit. For this purpose, the hydrogen storage system on control means, which are preferably arranged upstream of an access to the metal hydride storage tank and bound to the control unit control technology.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Kryo-Drucktank eine vordefinierte Temperatur und/oder ein vordefinierter Druck aufrechterhalten werden, indem ein Volumenstrom an Wasserstoff über die fluidführende Verbindung vom Kryo-Drucktank in den Metallhydrid-Speichertank über die Kontrolleinheit kontrolliert überführt wird. Mit anderen Worten, es erfolgt die Überführung von im Kryo-Drucktank erwärmten Wasserstoff (Boil-Off-Gas) nicht lediglich passiv aufgrund von Diffusion, Druckausgleich oder ähnlichem, sondern wird kontrolliert über die Kontrolleinheit gesteuert. Dies hat den Vorteil, dass die Geschwindigkeit der Überführung sowie die Menge kontrolliert, eingestellt, dokumentiert und damit überwacht werden kann. Insbesondere ist eine gesteuerte, langsame Überführung von Wasserstoff aus dem Kryo-Drucktank in den Metallhydrid-Speichertank wünschenswert, damit auf eine Kühlung des Metallhydrid-Speichertanks verzichtet werden kann. D.h. im inaktiven Zustand des Fahrzeugsystems wird weiter keine weitere Sekundärenergie für eine aktive Kühlung benötigt. Insbesondere in dieser Ausführungsform weist die fluidführende Verbindung Steuermittel und/oder Sensoren zur Messung und Steuerung des Volumenstroms in der fluidführenden Verbindung auf, die mit der Kontrolleinheit verbunden sind.In a preferred embodiment, it is provided that in the cryopressure tank a predefined temperature and / or a predefined pressure be maintained by a volume flow of hydrogen via the fluid-carrying compound from the cryogenic pressure tank controlled in the metal hydride storage tank via the control unit is transferred. In other words, the transfer of hydrogen heated in the cryopressure tank (boil-off gas) is not merely passive due to diffusion, pressure equalization or the like, but controlled by the control unit. This has the advantage that the speed of the transfer and the amount controlled, adjusted, documented and thus can be monitored. In particular, a controlled, slow transfer of hydrogen from the cryopressure tank into the metal hydride storage tank is desirable in order to dispense with cooling of the metal hydride storage tank. That is, in the inactive state of the vehicle system, no further secondary energy is required for active cooling. In particular, in this embodiment, the fluid-carrying connection on control means and / or sensors for measuring and controlling the volume flow in the fluid-carrying connection, which are connected to the control unit.

Vorteilhafterweise wird der Volumenstrom erhöht, wenn zusätzliche Energie zur Erwärmung des Brennstoffzellensystems benötigt wird; insbesondere in den Fällen eines Kalt/Froststarts des Brennstoffzellensystems, bzw. erniedrigt, wenn oben genannte Eigenschaft nicht gefordert ist, bzw. sich das Fahrzeug im inaktiven Zustand befindet und so wenig parasitäre Energie wie möglich für das Wasserstoffmanagement aufgewandt werden soll.Advantageously, the volume flow is increased when additional energy is needed to heat the fuel cell system; in particular in the cases of a cold / frost start of the fuel cell system, or lowered, if the above property is not required, or the vehicle is in an inactive state and as little parasitic energy should be used as possible for the hydrogen management.

Mit besonderem Vorteil weist das Wasserstoffspeichersystem zusätzlich einen elektrischen Speicher auf, der mit einem Brennstoffzellensystem verbunden ist und elektrische Energie speichert, die, insbesondere bei Sättigung des Metallhydrid-Speichertanks, durch das Brennstoffzellensystem aus Wasserstoff erzeugt wird, der aus zumindest dem Kryo-Drucktank und/oder dem Metallhydrid-Speichertank entnommen wird. Bei dem elektrischen Speicher handelt es sich beispielsweise um eine Traktionsbatterie. Die zusätzliche Anordnung eines elektrischen Speichers im Wasserstoffspeichersystem ermöglicht die Speicherung von Energie aus Wasserstoff, welcher insbesondere bei vollständiger Füllung des Metallhydrid-Speichertanks aus dem Kryo-Drucktank entnommen werden muss, um die physikalischen Bedingungen im Kryo-Drucktank aufrechtzuerhalten. Der elektrische Speicher dient also als weiterer Pufferspeicher für den Kryo-Drucktank und findet insbesondere bei längerem Stillstand eines betankten erfindungsgemäßen Wasserstoffspeichersystems Verwendung.With particular advantage, the hydrogen storage system additionally has an electrical storage, which is connected to a fuel cell system and stores electrical energy, which is generated, in particular at saturation of the metal hydride storage tank, by the fuel cell system of hydrogen, which consists of at least the cryopressure tank and / or. or the metal hydride storage tank. The electrical storage is, for example, a traction battery. The additional arrangement of an electrical storage in the hydrogen storage system allows the storage of energy from hydrogen, which in particular must be removed from the cryopression tank when the metal hydride storage tank is completely filled in order to maintain the physical conditions in the cryopressure tank. The electrical memory thus serves as a further buffer memory for the cryogenic pressure tank and is used in particular during prolonged standstill of a refueled hydrogen storage system according to the invention.

In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bereitstellung von Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeichersystem bei geringen Wasserstoffbedarfen und/oder bis zum Unterschreiten eines vorbestimmten Füllstands des Metallhydrid-Speichertanks eine Entnahme nur aus diesem erfolgt. Dies ermöglicht die Reduzierung der Füllmenge des Metallhydrid-Speichertanks, wodurch sichergestellt wird, dass stets ein Leervolumen im Metallhydrid-Speichertank verbleibt und somit eine Überführung von sich kontinuierlich bildendem erwärmten Wasserstoff aus dem Kryo-Drucktank in den Metallhydrid-Speichertank erfolgen kann. Die Funktion des Metallhydrid-Speichertanks als Pufferspeicher kann damit über eine längere Zeit aufrechterhalten werden. Der Füllstand oder auch State of Charge (SOC) eines Metallhydrid-Speichertanks wird über dessen Druck und Temperatur ermittelt. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einem leeren Metallhydrid-Speichertank dessen vordefinierter Füllstand per se unterschritten ist.In a preferred embodiment of the method according to the invention it is provided that the provision of hydrogen from the hydrogen storage system takes place at low hydrogen requirements and / or to below a predetermined level of the metal hydride storage tank removal only from this. This makes it possible to reduce the capacity of the metal hydride storage tank, thereby ensuring that a void volume always remains in the metal hydride storage tank, thus allowing the transfer of continuously forming heated hydrogen from the cryopressure tank into the metal hydride storage tank. The function of the metal hydride storage tank as a buffer memory can thus be maintained over a longer time. The level or state of charge (SOC) of a metal hydride storage tank is determined by its pressure and temperature. It should be noted that in the case of an empty metal hydride storage tank, its predefined fill level per se is undercut.

Metallhydrid-Speichertanks benötigen aufgrund der stattfindenden endothermen Reaktionen bei der Freisetzung von Wasserstoff aus Metallhydriden zur Entnahme von großen Massenströmen eine hohe thermische Energie. Höhere Wasserstoffbedarfe, also Wasserstoffmengen von im Bereich von über 2 g/s bzw. Energiemengen im Bereich von mehr als 66Wh werden daher durch Überführung von Wasserstoff aus dem Kryo-Drucktank bzw. aus dem Kryo-Drucktank und dem Metallhydrid-Speichertank zum Brennstoffzellensystem erfüllt. Die Verteilung richtet sich nach dem SOC-Stand der beiden Tanksysteme.Metal hydride storage tanks require high thermal energy due to the ongoing endothermic reactions in the release of hydrogen from metal hydrides to remove large mass flows. Higher hydrogen requirements, ie amounts of hydrogen in the range of more than 2 g / s or amounts of energy in the range of more than 66 Wh are therefore met by transferring hydrogen from the cryopressure tank or from the cryopressure tank and the metal hydride storage tank to the fuel cell system. The distribution depends on the SOC level of the two tank systems.

Die Entnahmestrategie wird in einer Recheneinheit der Kontrolleinheit hinterlegt, gegebenenfalls nach Auswertung von Messparametern, wie der Füllmenge des Kryo-Drucktanks und/oder des Metallhydrid-Speichertanks, und an eine Steuereinheit, der Kontrolleinheit übergeben. Durch diese werden anschließend Steuermittel angesteuert und geöffnet bzw. geschlossen, welche sich stromaufwärts von Ausgängen des Kryo-Drucktanks und des Metallhydrid-Speichertanks befinden, wobei die Ausgänge fluidführend mit einem Brennstoffzellensystem verbunden bzw. verbindbar sind.The removal strategy is stored in a computing unit of the control unit, optionally after evaluation of measurement parameters, such as the filling amount of the cryogenic pressure tank and / or the metal hydride storage tank, and transferred to a control unit, the control unit. By this control means are then controlled and opened or closed, which are located upstream of the outputs of the cryopressure tank and the metal hydride storage tank, the outputs are fluidly connected to a fuel cell system or connectable.

Mit besonderem Vorteil wird die Menge an, aus dem Kryo-Drucktank in den Metallhydrid-Speichertank überführten, Wasserstoff während des Betriebs eines mit dem Wasserstoffspeichersystem verbunden Brennstoffzellensystems mittels der Kontrolleinheit verändert. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Anpassung der Füllmengenverhältnisse des Kryo-Drucktanks und des Metallhydrid-Speichertanks zueinander und somit eine Anpassung der Füllstände an die jeweilig benötigte Betriebsstrategie des Hybridsystems.With particular advantage, the amount of hydrogen transferred from the cryopressure tank into the metal hydride storage tank is changed during operation of a fuel cell system connected to the hydrogen storage system by means of the control unit. This allows a continuous adjustment of the filling ratio of the cryopressure tank and the metal hydride storage tank to each other and thus an adjustment of the levels to the respective operating strategy of the hybrid system required.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Wasserstoffspeichersystem für ein Brennstoffzellensystem, aufweisend eine Kontrolleinheit zur Steuerung eines Volumenstroms, einen Kryo-Drucktank und einen Metallhydrid-Speichertank, welche fluidführend miteinander verbunden und separat mit einer Befülleinheit sowie einem Brennstoffzellensystem verbunden bzw. verbindbar sind. Dabei ist die Kontrolleinheit so eingerichtet, dass ein über die fluidführende Verbindung förderbarer Wasserstoffstrom über die Kontrolleinheit gesteuert wird. Die Kontrolleinheit sowie die weiteren Komponenten des Wasserstoffspeichersystems weisen dabei insbesondere die vorstehend bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens genannten Eigenschaften auf. Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Wasserstoffspeichersystem die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und ist mit besonderem Vorteil eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.Another aspect of the invention relates to a hydrogen storage system for a A fuel cell system, comprising a control unit for controlling a volume flow, a cryopressure tank and a metal hydride storage tank, which are fluidly connected to each other and separately connected to a filling unit and a fuel cell system or connectable. In this case, the control unit is set up such that a hydrogen flow which can be conveyed via the fluid-carrying connection is controlled via the control unit. The control unit and the other components of the hydrogen storage system have in particular the properties mentioned above in the description of the method according to the invention. Advantageously, the hydrogen storage system according to the invention makes it possible to carry out the process according to the invention and is equipped with particular advantage to carry out the process according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing.

Es zeigt

  • 1: eine schematische Prinzipskizze eines Wasserstoffspeichersystems in einem Kraftfahrzeug in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
It shows
  • 1 : A schematic schematic diagram of a hydrogen storage system in a motor vehicle in a preferred embodiment of the invention.

1 offenbart ein in einem Kraftfahrzeug 1 angeordnetes Wasserstoffspeichersystems 10 in einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung. 1 discloses one in a motor vehicle 1 arranged hydrogen storage system 10 in a preferred embodiment of the invention.

Das Kraftfahrzeug 1 weist neben dem erfindungsgemäßen Wasserstoffspeichersystem 10 ein Brennstoffzellensystem 3, einen Elektromotor 2 sowie ein Verbindungsmodul 4 auf. Das Brennstoffzellensystem 3 sowie das Verbindungsmodul 4 sind in 1 nicht detailliert dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 3 weist einen Brennstoffzellenstapel auf Basis von Brennstoffzellen auf, welche im Wesentlichen in der Lage sind, Wasserstoff in elektrische Energie umzuwandeln. Das Verbindungsmodul 4 dient der Zuführung von elektrischer Energie zum Elektromotor 2 und somit im Wesentlichen der Steuerung der aus dem Brennstoffzellensystem 3 erzeugten elektrischen Energie und mittelbar der Verbindung des Brennstoffzellensystems 3 mit dem Elektromotor 2.The car 1 has in addition to the hydrogen storage system according to the invention 10 a fuel cell system 3 , an electric motor 2 and a connection module 4 on. The fuel cell system 3 as well as the connection module 4 are in 1 not shown in detail. The fuel cell system 3 has a fuel cell stack based on fuel cells, which are substantially capable of converting hydrogen into electrical energy. The connection module 4 serves the supply of electrical energy to the electric motor 2 and thus essentially the control of the fuel cell system 3 generated electrical energy and indirectly the connection of the fuel cell system 3 with the electric motor 2 ,

Das Wasserstoffspeichersystem 10 umfasst einen Kryo-Drucktank 11, einen Metallhydrid-Speichertank 12 sowie eine Kontrolleinheit 13.The hydrogen storage system 10 includes a cryogenic pressure tank 11 , a metal hydride storage tank 12 and a control unit 13 ,

Der Kryo-Drucktank 11 und der Metallhydrid-Speichertank 12 sind über eine fluidführende Verbindung 15 strömungstechnisch miteinander verbunden. Die fluidführende Verbindung 15 kann einen Sensor, z.B. einen Strömungs-, Temperatur- und/oder Drucksensor (nicht gezeigt), und/oder ein Stellmittel 16 aufweisen, der oder die jeweils mit der Kontrolleinheit 13 steuertechnisch verbunden ist oder sind.The cryogenic pressure tank 11 and the metal hydride storage tank 12 are via a fluid-conducting connection 15 fluidically interconnected. The fluid-carrying connection 15 may be a sensor, such as a flow, temperature and / or pressure sensor (not shown), and / or an actuating means 16 each having the control unit 13 tax technically linked or are.

Der Metallhydrid-Speichertank 12 umfasst eine Druckhülle, Metallhydridpulver, beispielsweise in Tablettenform gepresst, sowie ein Ventil und einen Feinstaubfilter, der ein Austragen des Pulvers verhindert. Im Metallhydrid liegt Wasserstoff chemisch gebunden vor. Aufgrund der bei der Be- und Entladung umzusetzenden Wärmemengen, ist der Metallhydrid-Speichertank 12 vorzugsweise nicht nur als Druckbehälter, sondern auch als Wärmetauscher ausgelegt. Der Metallhydrid-Speichertank 12 kann darüber hinaus unter Druck stehen, um die Energiedichte zu erhöhen. Der Metallhydrid-Speichertank 12 weist zwei Strömungseingänge auf, wobei einer mit der fluidführenden Verbindung 15 verbunden ist. Der zweite Strömungseingang ist mit einer externen Befülleinheit (nicht gezeigt) zum Betanken des Metallhydrid-Speichertanks 12 verbindbar. Ferner weist der Metallhydrid-Speichertank 12 einen Strömungsausgang auf, der mit dem Brennstoffzellensystem 3 verbindbar bzw. in der gezeigten Ausführungsform verbunden ist.The metal hydride storage tank 12 comprises a pressure shell, metal hydride powder, for example pressed in tablet form, as well as a valve and a fine dust filter, which prevents a discharge of the powder. Hydrogen is chemically bound in the metal hydride. Due to the amount of heat to be converted during loading and unloading, the metal hydride storage tank is 12 preferably designed not only as a pressure vessel, but also as a heat exchanger. The metal hydride storage tank 12 can also be under pressure to increase the energy density. The metal hydride storage tank 12 has two flow inputs, one with the fluid carrying connection 15 connected is. The second flow inlet is with an external filling unit (not shown) for refueling the metal hydride storage tank 12 connectable. Further, the metal hydride storage tank has 12 a flow outlet connected to the fuel cell system 3 connectable or connected in the embodiment shown.

Der Kryo-Drucktank 11 ist zur Aufrechterhaltung der Temperatur und der Druckverhältnisse bzw. aus Sicherheitsgründen bekannterweise mehrschalig aufgebaut. Der Kryo-Drucktank 11 weist einen Strömungseingang auf, der mit der oben genannten externen Befülleinheit (nicht gezeigt) zum Zwecke der Betankung verbindbar ist. Darüber hinaus weist der Kryo-Drucktank 11 zwei Strömungsausgänge auf, wovon einer mit der fluidführenden Verbindung 15 und der zweite mit dem Brennstoffzellensystem 3 verbunden ist. Im Kryo-Drucktank 11 herrschen im befüllten Zustand Temperaturen von bis zu 40 K, d.h. Temperaturen im Bereich von 40 - 293 K, und ein Druck im Bereich von 2 bis 35 MPa.The cryogenic pressure tank 11 is known to be multi-layered to maintain the temperature and pressure conditions or for safety reasons. The cryogenic pressure tank 11 has a flow inlet connectable to the above-mentioned external filling unit (not shown) for the purpose of refueling. In addition, the cryogenic pressure tank points 11 two flow outlets, one of which with the fluid-carrying connection 15 and the second with the fuel cell system 3 connected is. In the cryogenic pressure tank 11 when filled, temperatures of up to 40 K, ie temperatures in the range of 40 - 293 K, and a pressure in the range of 2 to 35 MPa.

Die Kontrolleinheit 13 umfasst eine Steuereinheit sowie eine Recheneinheit. Die Recheneinheit ist ausgelegt, elektrische Signale 21 und Messwerte 21 beispielsweise von Füllstands-, Temperatur- und Drucksensoren in dem Kryo-Drucktank 11 und dem Metallhydrid-Speichertank 12 oder Strömungssensoren in der fluidführende Verbindung 15 sowie Anforderungssignale 21 aus dem Brennstoffzellensystem 3 zu verarbeiten. Diese werden dann mittels in der Kontrolleinheit 13 hinterlegten mathematischen Modellen derart umgerechnet, dass die Steuereinheit Stellenmittel 16, 17, 18 in der fluidführenden Verbindung 15 und/oder in den Strömungssaus- und -eingängen im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens ansteuert.The control unit 13 includes a control unit and a computing unit. The arithmetic unit is designed to electrical signals 21 and readings 21 for example, level, temperature and pressure sensors in the cryogenic pressure tank 11 and the metal hydride storage tank 12 or flow sensors in the fluid conducting connection 15 as well as request signals 21 from the fuel cell system 3 to process. These are then by means of the control unit 13 deposited mathematical models converted such that the control unit means of employment 16 . 17 . 18 in the fluid carrying connection 15 and / or in the flow outlets and entrances in the sense of the method according to the invention.

Wird das Wasserstoffspeichersystem 10 betankt, werden der Kryo-Drucktank 11 und der Metallhydrid-Speichertank 12 mit flüssigem Wasserstoff über den jeweiligen Strömungseingang befüllt. Die Füllmenge in dem jeweiligen Kryo-Drucktank 11 oder Metallhydrid-Speichertank 12 wird dabei durch die Kontrolleinheit 13 gesteuert, indem je ein stromab des jeweiligen Strömungseingangs des jeweiligen Kryo-Drucktanks 11 oder Metallhydrid-Speichertanks 12 angeordnetes Stellmittel 17, 18 geöffnet bzw. geschlossen wird. Bevorzugt wird der Kryo-Drucktank 11 beim Betanken vollständig befüllt, während der Metallhydrid-Speichertank 12 nur mit einer vorbestimmten Füllmenge befüllt wird. Nach dem Befüllen werden die Stellmittel 17, 18 wieder geschlossen und das Wasserstoffspeichersystem 10 von der Befülleinheit getrennt.Will the hydrogen storage system 10 refueling, become the cryogenic pressure tank 11 and the metal hydride storage tank 12 filled with liquid hydrogen through the respective flow inlet. The Capacity in the respective cryopressure tank 11 or metal hydride storage tank 12 is doing by the control unit 13 controlled by one each downstream of the respective flow input of the respective cryopressure tank 11 or metal hydride storage tanks 12 arranged adjusting means 17 . 18 is opened or closed. Preference is given to the cryogenic pressure tank 11 completely filled during refueling, while the metal hydride storage tank 12 is filled only with a predetermined amount. After filling, the actuating means 17 . 18 closed again and the hydrogen storage system 10 separated from the filling unit.

Zur Aufrechterhaltung der niedrigen Temperaturen und des hohen Drucks im Kryo-Drucktank 11 wird gasförmiger Wasserstoff, der sich trotz der guten Isolierung des Kryo-Drucktank 11 in diesem gebildet hat, über die fluidführende Verbindung 15 vom Kryo-Drucktank 11 in den Metallhydrid-Speichertank 12 überführt. Der dabei auftretende Volumenstrom in der fluidführenden Verbindung 15 wird durch ein in dieser angeordnetes Stellmittel 16 eingestellt. Das Stellmittel 16 wiederum wird durch die Kontrolleinheit 13 geregelt. Somit wird mittels der Kontrolleinheit 13 der Volumenstrom in der fluidführenden Verbindung 15 zwischen 0 und 100% eingestellt.To maintain the low temperatures and high pressure in the cryogenic pressure tank 11 becomes gaseous hydrogen, which, despite the good isolation of the cryopressure tank 11 formed in this, via the fluid-conducting connection 15 from the cryopressure tank 11 in the metal hydride storage tank 12 transferred. The occurring volume flow in the fluid-carrying connection 15 is by a arranged in this actuator 16 set. The adjusting agent 16 turn is through the control unit 13 regulated. Thus, by means of the control unit 13 the volume flow in the fluid-carrying connection 15 between 0 and 100%.

Ferner regelt die Kontrolleinheit 13 einen Volumenstrom über den Strömungsausgang des jeweiligen Kryo-Drucktanks 11 oder Metallhydrid-Speichertanks 12 zum Brennstoffzellensystem 3. In Abhängigkeit der aktuellen Füllmenge des mit Metallhydrid-Speichertanks 12 und oder einer Menge an durch das Brennstoffzellensystem 3 angeforderten Wasserstoffs wird Wasserstoff aus dem Kryo-Drucktank 11 und/oder aus dem Metallhydrid-Speichertank 12 entnommen.Furthermore, the control unit regulates 13 a volume flow through the flow outlet of the respective cryopressure tank 11 or metal hydride storage tanks 12 to the fuel cell system 3 , Depending on the current capacity of the metal hydride storage tank 12 and or through the fuel cell system 3 Requested hydrogen becomes hydrogen from the cryopressure tank 11 and / or from the metal hydride storage tank 12 taken.

Das Wasserstoffspeichersystem 10 kann darüber hinaus einen elektrischen Speicher 14, beispielsweise in Form einer Traktionsbatterie aufweisen. Der elektrische Speicher 14 ist über das Verbindungsmodul 4 mit dem Brennstoffzellensystem 3 und dem Elektromotor 2 verbunden. Im elektrischen Speicher 14 wird elektrische Energie zwischengespeichert, die mittels des Brennstoffzellensystems 3 aus Wasserstoff gewonnen und nicht zeitgleich vom Elektromotor 2 verwertet wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Metallhydrid-Speichertank 12 seine maximale Füllmenge erreicht hat und somit keinen weiteren Wasserstoff aus dem Kryo-Drucktank 11 aufnehmen kann. Um die physikalischen Parameter im Kryo-Drucktank 11 noch aufrechterhalten zu können, wird Wasserstoff über die fluidführende Verbindung 19 zwischen Kryo-Drucktank 11 und Brennstoffzellensystem 3 oder die fluidführende Verbindung 20 zwischen Metallhydrid-Speichertank 12 und Brennstoffzellensystem 3 zum Brennstoffzellensystem 3 überführt und von diesem in elektrische Energie umgewandelt.The hydrogen storage system 10 In addition, an electrical storage 14 , For example, in the form of a traction battery. The electric storage 14 is via the connection module 4 with the fuel cell system 3 and the electric motor 2 connected. In the electric store 14 electrical energy is temporarily stored by means of the fuel cell system 3 obtained from hydrogen and not at the same time by the electric motor 2 is recycled. This is especially the case when the metal hydride storage tank 12 has reached its maximum capacity and thus no additional hydrogen from the cryogenic pressure tank 11 can record. To the physical parameters in the cryogenic pressure tank 11 To be able to maintain, hydrogen is via the fluid-carrying compound 19 between cryogenic pressure tank 11 and fuel cell system 3 or the fluid conducting connection 20 between metal hydride storage tank 12 and fuel cell system 3 to the fuel cell system 3 transferred and converted by this into electrical energy.

So können bei einer Betankung, geregelt über die Kontrolleinheit 13, der Kryo-Drucktank 11 und der Metallhydrid-Speichertank 12 schnell und tief kalt betankt werden. Durch eine thermische Überwachung wird der Metallhydrid-Speichertank 12 nach einer schnellen Tiefkaltbetankung nicht in Sättigung sein, d.h. also noch Potenzial für die langsame Aufnahme von Wasserstoff bieten können. Der Kryo-Drucktank 11 ist hingegen darauf angewiesen, dass die Tankinnentemperatur bei Betankungsstart bereits ca. 40 K beträgt, um die maximale Kapazität zu bieten. Dieses Temperaturniveau kann über die stetige und langsame Umlagerung von Wasserstoff über die Kontrolleinheit aus dem Kryo-Drucktank 11 in den Metallhydrid-Speichertank 12 gewährleistet werden. Sollte der Metallhydrid-Speichertank 12 in Sättigung gehen und eine weitere Druckanhebung nicht mehr möglich sein, kann der überschüssige Wasserstoff über das Brennstoffzellensystem 3 in dem elektrischen Speicher 14 gelagert werden.Thus, when refueling, regulated by the control unit 13 , the cryo-pressure tank 11 and the metal hydride storage tank 12 be refueled quickly and deeply cold. Through a thermal monitoring becomes the metal hydride storage tank 12 after a fast Tiefkaltstoffankankung not be in saturation, that is, still can offer potential for the slow absorption of hydrogen. The cryogenic pressure tank 11 On the other hand, it depends on the tank interior temperature at refueling start being already approx. 40 K to offer the maximum capacity. This temperature level can be controlled by the continuous and slow rearrangement of hydrogen via the control unit from the cryogenic pressure tank 11 in the metal hydride storage tank 12 be guaranteed. Should the metal hydride storage tank 12 Going into saturation and a further pressure increase may no longer be possible, the excess of hydrogen can be via the fuel cell system 3 in the electrical store 14 be stored.

Im Entnahmefall wird zuerst auf die im Metallhydrid-Speichertank 12 gespeicherte Wasserstoffmenge zurückgegriffen, um die Pufferwirkung weiterhin aufrecht halten zu können. Die notwendige Puffermenge kann erfahrungsgemäß während des Betriebs durch die Kontrolleinheit 13 variiert werden. In zweiter Instanz wird dann über die Kontrolleinheit 13 der Kryo-Drucktank 11 angefordert. Somit kann insbesondere bei der Nutzung des Wasserstoffspeichersystems 10 in einem Kraftfahrzeug 1 eine reale Langstreckentauglichkeit erreicht werden.In the case of removal, the first step is the one in the metal hydride storage tank 12 stored hydrogen amount used to maintain the buffer effect can continue to. The necessary amount of buffer can be experienced during operation by the control unit 13 be varied. In the second instance is then about the control unit 13 the cryogenic pressure tank 11 requested. Thus, especially when using the hydrogen storage system 10 in a motor vehicle 1 a real long-distance suitability can be achieved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kraftfahrzeugmotor vehicle
22
Elektromotorelectric motor
33
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
44
Verbindungsmodul connecting module
1010
WasserstoffspeichersystemHydrogen storage system
1111
Kryo-DrucktankCryo-compressed tank
1212
Metallhydrid-SpeichertankMetal hydride storage tank
1313
Kontrolleinheitcontrol unit
1414
elektrischer Speicherelectrical storage
15, 19, 2015, 19, 20
fluidführende Verwendungfluid-carrying use
16, 17, 1816, 17, 18
Stellmittelactuating means
2121
elektrische Signaleelectrical signals

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 03/002451 A1 [0007]WO 03/002451 A1 [0007]
  • DE 2407706 A1 [0007]DE 2407706 A1 [0007]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoffspeichersystems (10) für ein Brennstoffzellensystem (3), das Wasserstoffspeichersystem (10) umfassend einen Kryo-Drucktank (11), einen Metallhydrid-Speichertank (12), welche fluidführend miteinander verbunden, mit einem Brennstoffzellensystem (3) verbindbar und separat aus einer externen Befülleinheit befüllbar sind, und eine steuertechnisch mit dem Kryo-Drucktank (11) und dem Metallhydrid-Speichertank (12) verbundene Kontrolleinheit (13), wobei das Verfahren ein Betanken des Kryo-Drucktanks (11) und des Metallhydrid-Speichertanks (12) aus der externen Befülleinheit mit flüssigem Wasserstoff umfasst und eine Füllmenge des Kryo-Drucktanks (11) und des Metallhydrid-Speichertanks (12) und/oder das Verhältnis der Füllmengen zueinander über die Kontrolleinheit (13) gesteuert werden.A method of operating a hydrogen storage system (10) for a fuel cell system (3), the hydrogen storage system (10) comprising a cryogenic pressurized tank (11), a metal hydride storage tank (12) fluidly connected to each other, connectable to a fuel cell system (3) and separately fillable from an external filling unit, and a control unit (13) mechanically connected to the cryogenic pressure tank (11) and the metal hydride storage tank (12), the method comprising refueling the cryogenic pressure tank (11) and the metal hydride storage tank (12) from the external filling unit with liquid hydrogen and a filling amount of the cryogenic pressure tank (11) and the metal hydride storage tank (12) and / or the ratio of the amounts to each other via the control unit (13) are controlled. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betanken des Kryo-Drucktanks (11) und des Metallhydrid-Speichertanks (12) gleichzeitig und/oder bei einer Temperatur von bis zu 40 K erfolgt.Method according to Claim 1 , characterized in that the refueling of the cryogenic pressure tank (11) and the metal hydride storage tank (12) takes place simultaneously and / or at a temperature of up to 40 K. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kryo-Drucktank (11) bei der Betankung maximal gefüllt wird und der Metallhydrid-Speichertank (12) mit einer durch die Kontrolleinheit (13) vorgegebenen Füllmenge befüllt wird, welche unterhalb des Fassungsvermögens des Metallhydrid-Speichertanks (12) liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cryogenic pressure tank (11) is filled to the maximum during refueling and the metal hydride storage tank (12) is filled with a predetermined by the control unit (13) filling amount, which is below the capacity of the Metal hydride storage tanks (12) is located. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vordefinierte Temperatur und/oder ein vordefinierter Druck im Kryo-Drucktank (11) aufrechterhalten wird oder werden, indem ein Volumenstrom an Wasserstoff über die fluidführende Verbindung (15) vom Kryo-Drucktank (11) in den Metallhydrid-Speichertank (12) steuerbar durch die Kontrolleinheit (13) überführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a predefined temperature and / or a predefined pressure in the cryogenic pressure tank (11) is or are maintained by a volume flow of hydrogen through the fluid-carrying connection (15) from the cryogenic pressure tank (11 ) is controllably transferred into the metal hydride storage tank (12) by the control unit (13). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom bei erhöhtem Energiebedarf erhöht wird, insbesondere wenn eine zusätzliche Wärmequelle zur Erwärmung des Brennstoffzellensystems (3) benötigt wird.Method according to Claim 4 , characterized in that the volume flow is increased with increased energy consumption, in particular if an additional heat source for heating the fuel cell system (3) is required. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffspeichersystem (10) zusätzlich einen elektrischen Speicher (14) aufweist, der mit dem Brennstoffzellensystem (3) verbunden ist und elektrische Energie speichert, die insbesondere bei Sättigung des Metallhydrid-Speichertanks (12) durch das Brennstoffzellensystem (3) aus Wasserstoff erzeugt wird, der aus dem Kryo-Drucktanks (11) und/oder dem Metallhydrid-Speichertank (12) entnommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen storage system (10) additionally comprises an electrical memory (14) which is connected to the fuel cell system (3) and stores electrical energy, in particular when the metal hydride storage tank (12) is saturated. produced by the fuel cell system (3) from hydrogen taken from the cryogenic pressure tank (11) and / or the metal hydride storage tank (12). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bereitstellung von Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeichersystem (10) bei geringen Wasserstoffbedarfen und/oder bis zum Unterschreiten eines vorbestimmten Füllstands des Metallhydrid-Speichertanks (12) eine Entnahme nur aus diesem erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when hydrogen is provided from the hydrogen storage system (10) at low hydrogen requirements and / or until falling below a predetermined level of the metal hydride storage tank (12) removal takes place only from this. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an aus dem Kryo-Drucktank (11) in den Metallhydrid-Speichertank (12) überführten Wasserstoff, während des Betriebs eines mit dem Wasserstoffspeichersystem (10) verbundenen Brennstoffzellensystems (3), mittels der Kontrolleinheit (13) verändert wird.Method according to Claim 5 characterized in that the amount of hydrogen transferred from the cryopressure tank (11) into the metal hydride storage tank (12) changes during operation of a fuel cell system (3) connected to the hydrogen storage system (10) by means of the control unit (13) becomes. Wasserstoffspeichersystem (10) für ein Brennstoffzellensystem (3), aufweisend eine Kontrolleinheit (13) zur Steuerung eines Volumenstroms, einen Kryo-Drucktank (11) und einen Metallhydrid-Speichertank (12), welche fluidführend miteinander verbunden, mit einem Brennstoffzellensystem (3) verbindbar und separat mit einer externen Befülleinheit verbunden sind, wobei die Kontrolleinheit (13) so eingerichtet ist, dass ein über die fluidführende Verbindung (15, 19, 20) förderbarer Wasserstoffstrom über die Kontrolleinheit (13) gesteuert wird.A hydrogen storage system (10) for a fuel cell system (3), comprising a control unit (13) for controlling a volume flow, a cryogenic pressure tank (11) and a metal hydride storage tank (12), which are fluidly connected to each other, connectable to a fuel cell system (3) and separately connected to an external filling unit, wherein the control unit (13) is arranged so that a hydrogen flow which can be conveyed via the fluid-carrying connection (15, 19, 20) is controlled via the control unit (13). Wasserstoffspeichersystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffspeichersystem (10) eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.Hydrogen storage system (10) according to Claim 9 characterized in that the hydrogen storage system (10) is arranged to perform the method of any one of Claims 1 to 8th perform.
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