DE102021203208A1 - Tanksystem - Google Patents

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tank
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longitudinal axis
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Jochen Wessner
Armin Schuelke
Matthias Kuntz
Udo Schaich
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Ein Tanksystem, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden Tankbehälter zur Aufnahme von Gas und eine Sensoranordnung mit einer sich entlang der Längsachse erstreckenden Sensoreinrichtung oder mit mehreren entlang der Längsachse verteilt angeordneten Sensoreinrichtungen, wobei jede Sensoreinrichtung als Verformungsaufnehmer ausgebildet und dazu eingerichtet ist, infolge einer Verformung ein elektrisches Signal auszugeben oder zu verändern.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tanksystem, insbesondere zum Speichern eines Gases wie z.B. Wasserstoff, wobei das Tanksystem als mobiles Tanksystem, beispielsweise in Fahrzeugen, insbesondere in Straßenfahrzeugen wie z.B. Autos einsetzbar ist.
  • Stand der Technik
  • In Fahrzeugen, z.B. in PKWs oder LKWs, können gasförmige Kraftstoffe wie Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad in Brennstoffzellen genutzt werden. Hierzu führen Fahrzeuge entsprechende Tanksysteme mit Tankbehältern mit, in denen der Kraftstoff gespeichert oder gelagert ist. Um bei thermischen oder mechanischen Einwirkungen auf die Tankbehälter ein unkontrolliertes Austreten von Gas zu verhindern, sind die Tankbehälter üblicherweise mit einem Sicherheitsventil versehen, über welches das Gas bei Erreichen eines Grenzdrucks und/oder einer Grenztemperatur im Tankbehälter entweichen kann. Solche Sicherheitsventile weisen in der Regel einen thermisch getriggerten und einen durch Druck getriggerten Auslösemechanismus auf und werden auch als TPRD bezeichnet, wobei „TPRD“ als Abkürzung für den englischen Ausdruck „Thermal and Pressure Relief Device“ steht.
  • In der US 2018/0172215 A1 wird ein Gasbehälter offenbart, der ein Sicherheitsventil und eine Sensoranordnung aufweist, die ein oder mehrere über die Erstreckung des Gasbehälters verteilt angeordnete temperatursensitive Elemente aufweist. Die temperatursensitiven Elemente erzeugen ein Signal, um das Sicherheitsventil zu öffnen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß ist ein Tanksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
  • Ein Tanksystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug oder allgemein als mobiles Tanksystem ausgebildet sein und umfasst einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden Tankbehälter zur Aufnahme von Gas, wie z.B. Wasserstoff, und eine Sensoranordnung mit einer sich entlang der Längsachse erstreckenden Sensoreinrichtung oder mit mehreren entlang der Längsachse verteilt angeordneten Sensoreinrichtungen, wobei jede Sensoreinrichtung als Verformungsaufnehmer ausgebildet und dazu eingerichtet ist, infolge einer Verformung ein elektrisches Signal auszugeben oder zu verändern.
  • Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, entlang der gesamten Länge eines Tankbehälters ein Messsystem vorzusehen, um möglicherweise nur lokal wirkende Hitzeeinflüsse oder mechanische Einflüsse erfassen zu können. Entlang der Längserstreckung des Tankbehälters, welcher z.B. flaschen- oder zylinderförmig ausgebildet sein kann, wird daher entweder eine sich über die Länge des Tankbehälters erstreckende Sensoreinrichtung angeordnet, welche einen verformbaren Messaufnehmer z.B. in Form eines elektrischen Leiters aufweist. Alternativ kann eine Vielzahl von Sensoreinrichtungen mit je einem verformbaren Messaufnehmer, z.B. in Form eines elektrischen Leiters, entlang der Längserstreckung des Tankbehälters verteilt angeordnet sein. Jede Sensoreinrichtung ist dazu eingerichtet, bei Verformung des Messaufnehmers, z.B. infolge einer Temperaturänderung oder infolge einer mechanisch auf den Messaufnehmer einwirkenden Kraft, ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu verändern. Beispielsweise kann der Messaufnehmer infolge der Verformung in Kontakt mit einer stromführenden Struktur gelangen und dadurch ein elektrisches Signal ausgeben. Ferner kann auch der Messaufnehmer selbst stromdurchflossen sein, wobei sich der elektrische Widerstand des Messaufnehmers infolge der Verformung ändert, was als eine Änderung des elektrischen Signals, z.B. des Stroms oder der Spannung, detektierbar ist.
  • Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass auch lediglich lokal wirkende Hitzeeinflüsse oder mechanische Einflüsse zuverlässig erfasst werden. Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass die Sensoreinrichtung bzw. die Sensoreinrichtungen als Verformungsaufnehmer ausgebildet sind, da diese dazu eingerichtet sind, sowohl infolge einer Temperaturänderung als auch infolge mechanischer Verformungen, z.B. aufgrund von Änderungen des Drucks im Tankbehälter oder aufgrund äußerer Einwirkungen, ein elektrisches Signal auszugeben oder zu variieren. Somit kann die Anzahl an Sensoren insgesamt vorteilhaft verringert werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung eine sich entlang der Längsachse erstreckenden Sensoreinrichtung aufweist, wobei die Sensoreinrichtung einen mechanisch ortsfest mit dem Tankbehälter verbundenen ersten elektrischen Leiter, welcher einen mäanderförmig verlaufenden ersten Abschnitt aufweist, und einen zweiten elektrischen Leiter aufweist, welcher einen parallel zu dem ersten Abschnitt des ersten Leiters mäanderförmig verlaufenden zweiten Abschnitt aufweist, wobei der zweite Abschnitt des zweiten elektrischen Leiters relativ zu dem ersten elektrischen Leiter derart bewegbar angeordnet ist, dass bei Verformung des zweiten Leiters ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt herstellbar ist. Der erste und der zweite elektrische Leiter weisen somit jeweils zick-zack- oder schlangenlinienförmig verlaufende Abschnitte auf, wobei die elektrischen Leiter in diesen Abschnitten parallel verlaufen. Das heißt, die Mäander oder Schlangenlinien von erstem und zweitem elektrischen Leiter verlaufen unmittelbar nebeneinander. Wenn der frei bewegbare zweite elektrische Leiter verformt wird, beispielsweise weil er sich infolge von Erwärmung ausdehnt, gelangt das Mäander des zweiten elektrischen Leiters in Kontakt mit einem parallel bzw. benachbart verlaufenden Mäander des ersten elektrischen Leiters. Wenn einer der beiden elektrischen Leiter mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist, z.B. mit einer Batterie, kann an dem anderen elektrischen Leiter im Kontaktfall ein entsprechendes elektrisches Signal abgegriffen werden.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise kann der zweite elektrische Leiter einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als der erste elektrische Leiter, so dass sich der zweite elektrische Leiter bei einer Temperaturänderung stärker ausdehnt als der erste elektrische Leiter. Dadurch spricht die Sensoreinrichtung noch schneller bzw. zuverlässiger an.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann der zweite elektrische Leiter thermisch, insbesondere mittels einer Wärmeleitpaste, an den Tankbehälter gekoppelt sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die elektrischen Leiter an einer Außenfläche des Tankbehälters angebracht sind, da auf diese Weise eine verbesserte Wärmeleitung zwischen dem Tankbehälter und dem zweiten elektrischen Leiter erzielt wird.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der erste und der zweite elektrische Leiter an mehreren entlang der Längsachse beabstandet angeordneten Trennstellen ortsfest an dem Tankbehälter befestigt sind, so dass zwischen den Trennstellen jeweils ein Sensorsegment ausgebildet ist. Insbesondere sind der mäandernde erste Abschnitt des ersten Leiters und der mäandernde zweite Abschnitt des zweiten Leiters an den Trennstellen fixiert. Somit kann sich insbesondere der zweite elektrische Leiter innerhalb eines Segmente unabhängig von den anderen Segmenten ausdehnen bzw. verformen. Durch Auswertung des infolge des Kontakts von erstem und zweitem Leiter in einem der Segmente ausgegebenen elektrischen Signals kann das Segment ermittelt werden, in welchem der Kontakt stattgefunden hat, z.B. basierend auf der Spannung, da die Leiterlänge der ersten und zweiten elektrischen Leiter bis zu den einzelnen Segmenten verschieden ist, was jeweils verschiedene elektrische Widerstände definiert. Alternativ kann der elektrischen Leiter, welcher nicht permanent mit der Spannungsquelle verbunden ist, an den Trennstellen elektrisch getrennt bzw. unterbrochen sein, so dass je Sensorsegment ein Leitersegment vorgesehen ist. Somit kann für jedes Leitersegment im Kontaktfall mit dem zweiten Leitersegment ein eigenes Signal detektiert werden. Somit wird vorteilhaft auf sehr einfache Weise eine lokal aufgelöste Überwachung der Verformung ermöglicht. Beispielsweise kann für jedes Sensorsegment das Erreichen einer Grenztemperatur, bei der der erste und der zweite Leiter in Kontakt kommen, detektiert werden.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung mehrere entlang der Längsachse verteilt angeordnete Sensoreinrichtungen in Form von Dehnmessstreifen aufweist, welche mit dem Tankbehälter verbunden sind. Die Dehnmessstreifen verformen sich somit zusammen mit dem Tankbehälter, z.B. infolge einer Temperaturänderung oder infolge einer mechanischen induzierten Verformung. Durch die Anordnung der Dehnmessstreifen verteilt entlang der Längsachse des Tankbehälters kann auf einfache Weise ortsaufgelöst eine Verformung detektiert werden.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung an einer Innenfläche und/oder an einer Außenfläche des Tankbehälters angeordnete Sensoreinrichtungen aufweist. Beispielsweise können die oben beschriebenen elektrischen Leiter und/oder die Dehnmessstreifen an der Außenumfangsfläche des Tankbehälters angebracht sein. Dies erleichtert die Installation der Sensoranordnung. Ein weiterer Vorteil der Installation der Sensoreinrichtungen an der Außenfläche liegt darin, dass sehr schnell äußere Hitzeeinflüsse, z.B. im Brandfall detektierbar sind. Auch ist eine Anbringung an der Innenumfangsfläche des Tankbehälters denkbar, wodurch insbesondere Temperaturänderungen des im Tankbehälter gelagerten Gases sehr präzise und mit kurzer Latenzzeit erfasst werden können.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann Tanksystem ein mit einer Auslassöffnung des Tankbehälters verbundenes Sicherheitsventil aufweisen, welches zwischen einem Schließzustand, in dem es die Auslassöffnung fluiddicht abschließt, und einem Öffnungszustand schaltbar, in dem es eine Fluidströmung durch die Auslassöffnung zulässt, wobei das Sicherheitsventil mit der Sensoranordnung signalverbunden und basierend auf dem von der Sensoranordnung ausgegebenen oder veränderten elektrischen Signal schaltbar ist. Das Sicherheitsventil kann insbesondere als sogenannte TPRD ausgebildet sein, welche dazu ausgebildet ist, bei Erreichen einer Grenztemperatur oder bei Erreichen eines Grenzdrucks zu öffnen. Das Sicherheitsventil kann ferner einen elektromechanischen Schaltmechanismus aufweisen, welcher infolge des von der Sensoranordnung ausgegebenen oder veränderten elektrischen Signals das Sicherheitsventil vom Schließzustand in den Öffnungszustand schaltet. Beispielsweise kann das Sicherheitsventil einen Magnetschalter aufweisen, welcher das Ventil im stromlosen im Schließzustand hält und bei Anlegen einer Betätigungsspannung öffnet. Der Magnetschalter kann insbesondere parallel zu einem thermischen Auslösemechanismus und einem Druckauslösemechanismus vorgesehen sein.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Tanksystem eine mit der Sensoranordnung elektrisch verbundene Steuerungsvorrichtung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, basierend auf dem von der Sensoranordnung ausgegebenen oder veränderten elektrische Signal zumindest einen ersten Temperaturwert zu ermitteln.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Tanksystem einen Drucksensor zum Erfassen eines Drucks im Tankbehälter aufweisen, wobei der Drucksensor elektrisch mit der Steuerungsvorrichtung verbunden ist, und wobei die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, basierend auf dem erfassten Druck einen zweiten Temperaturwert zu ermitteln, den ersten und den zweiten Temperaturwert zu vergleichen und ein Abweichungssignal auszugeben, wenn der erste Temperaturwert und der zweite Temperaturwert um mehr als einen Grenzwert voneinander abweichen. Beispielsweise kann bei bekannter Füllmenge des Tankbehälters über die allgemeine Gasgleichung die Temperatur anhand des Drucks angenähert werden. Wenn die Temperatur, die durch die Sensoranordnung erfasst wird, deutlich davon abweicht, kann dies auf einen Fehlerzustand der Sensoren oder auf das Vorliegen einer Wärmequelle hindeuten.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
    • 1 eine schematische Schnittansicht eines Tanksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    • 2 eine schematische Schnittansicht eines Tanksystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • 1 zeigt rein schematisch ein Tanksystem 100, welches z.B. in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Straßenfahrzeug wie einem PKW oder einem LKW verwendbar ist. Wie in 1 beispielhaft dargestellt, weist das Tanksystem 100 einen Tankbehälter 1 und eine Sensoranordnung 2. Optional kann ferner ein Sicherheitsventil 3 vorgesehen sein. Ebenso optional können eine elektrische Spannungsquelle 4 und/oder eine Steuerungsvorrichtung 5 Teil des Tanksystems 100 sein.
  • Wie in 1 schematisch dargestellt, kann der Tankbehälter 1 im Wesentlichen flaschenförmig ausgebildet sein. Allgemein definiert der Tankbehälter 1 einen Innenraum 10 zur Aufnahme von Gas, wie z.B. Wasserstoff, und erstreckt sich entlang einer Längsachse L1. Der Innenraum 10 ist durch eine Innenfläche 1a des Tankbehälters 1 umgrenzt. Die Innenfläche 1a umschließt die Längsachse L1. Eine Außenfläche 1b des Tankbehälters 1a ist entgegengesetzt zu der Innenfläche 1a orientiert, wie dies in 1 schematisch gezeigt ist. Der Tankbehälter 1 kann beispielsweise einen Innenbehälter (nicht dargestellt) aus einem Metallmaterial aufweisen, welcher die Innenfläche 1a bildet, und einen Außenbehälter (nicht dargestellt), welcher den Innenbehälter umschließt und die Außenfläche 1b bildet. Der Außenbehälter kann z.B. aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet sein. Wie in 1 ferner schematisch dargestellt ist, kann der Tankbehälter 1 eine Auslassöffnung 11 aufweisen, welche in Bezug auf die Längsachse L1 z.B. an einem ersten Ende des Tankbehälters 1 ausgebildet sein kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt. Ferner kann der Tankbehälter 1 eine Ladeöffnung 12 aufweisen, welche in Bezug auf die Längsachse L1 z.B. an einem zweiten Ende des Tankbehälters 1 ausgebildet sein kann, wie in 1 rein beispielhaft gezeigt.
  • Das optionale Sicherheitsventil 3 kann insbesondere in der Auslassöffnung 11 angeordnet sein, wie dies in 1 beispielhaft und schematisch dargestellt ist. Allgemein ist das Sicherheitsventil 3 fluidisch leitend mit der Auslassöffnung 11 verbunden. Das Sicherheitsventil 3 dient dazu, das im Tankbehälter 1 gespeicherte Gas durch die Auslassöffnung 11 abzulassen, wenn der Druck oder die Temperatur im Innenraum des Tankbehälters 1 einen Grenzwert erreichen. Allgemein ist das Sicherheitsventil somit zwischen einem Schließzustand, in dem es die Auslassöffnung 11 fluiddicht abschließt, und einem Öffnungszustand schaltbar, in dem es eine Fluidströmung durch die Auslassöffnung 11 zulässt. Um eine automatische Auslösung sicherzustellen, kann das Sicherheitsventil 3 selbst eine thermische Auslöseeinrichtung, z.B. in Form eines gasgefüllten Glaskolbens, der bei Erreichen des Temperaturgrenzwerts platzt, und eine Druckauslöseeinrichtung aufweisen, z.B. in Form einer auf einen Ventilkörper wirkenden Feder. Die thermische und die Druckauslöseeinrichtung schalten das Sicherheitsventil somit vom Schließ- in den Öffnungszustand, wenn der Druck oder die Temperatur im Innenraum des Tankbehälters 1 einen Grenzwert erreicht. Ferner kann das Sicherheitsventil eine mechanisch parallel zu der thermischen Auslöseeinrichtung und der Druckauslöseeinrichtung geschalteten Betätigungsmechanismus aufweisen, z.B. in Form eines stromlos geschlossenen Magnetschalters (nicht dargestellt).
  • Die Sensoranordnung 2 ist dazu ausgebildet, über die gesamte Längserstreckung des Tankbehälters 1 Verformungen zu erfassen. In 1 ist rein beispielhaft eine Sensoranordnung 2 dargestellt, welche eine sich entlang der Längsachse L1 des Tankbehälters 1 erstreckende Sensoreinrichtung 20 aufweist. Wie in 1 schematisch gezeigt, kann die Sensoreinrichtung 20 z.B. einen ersten elektrischen Leiter 21 aufweisen, der sich entlang der Längsachse L1 erstreckt, und einen zweiten elektrischen Leiter 22, der sich ebenfalls entlang der Längsachse L1 erstreckt. Beispielsweise können der erste und der zweite elektrische Leiter 21, 22 im Innenraum 10 des Tankbehälters 1, insbesondere an der Innenfläche 1a angeordnet sein, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist.
  • Alternativ können der erste und der zweite elektrische Leiter 21, 22 auch an der Außenfläche 1b des Tankbehälters 1 angeordnet sein.
  • Wie in 1 schematisch dargestellt, weist der erste elektrische Leiter 21 einen mäanderförmig verlaufenden ersten Abschnitt 21A auf. Der erste elektrische Leiter 21 kann insbesondere ortsfest mit dem Tankbehälter 1 verbunden, z.B. verklebt sein. Somit verformt sich der erste elektrische Leiter 21 in analoger Weise zur Verformung des Tankbehälters 1, z.B. wenn der Tankbehälter 1 sich infolge von Temperaturänderungen ausdehnt oder zusammenzieht.
  • Der zweite elektrische Leiter 22 weist ebenfalls einen mäanderförmig verlaufenden zweiten Abschnitt 22A auf, welcher parallel zu dem ersten Abschnitt 21A des ersten Leiters 21 verläuft, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist. Der erste und der zweite Abschnitt 21A, 22A greifen somit gewissermaßen ineinander, verlaufen jedoch beabstandet und parallel zueinander. Der zweite elektrische Leiter 22 kann thermisch an den Tankbehälter 1 gekoppelt sein, z.B. indem eine Wärmeleitpaste zwischen dem zweiten elektrischen Leiter 22 und der Innenfläche 1a oder der Außenfläche 1b des Tankbehälters 1 angeordnet ist. Ansonsten ist der zweite elektrische Leiter 22 zumindest in dem zweiten Abschnitt 22A frei bewegbar, insbesondere entlang der Längsachse L1. Der zweite elektrische Leiter 22 ist somit zumindest im zweiten Abschnitt 22A frei verformbar. Wenn sich der zweite elektrische Leiter 22 somit infolge einer Erwärmung ausdehnt, gelangt der zweite Abschnitt 22A des zweiten Leiters 22 in elektrischen Kontakt mit dem ersten Abschnitt 21A des ersten Leiters 21, wie dies in 1 schematisch durch das Symbol X dargestellt ist. Somit ist der zweite Abschnitt 22A des zweiten elektrischen Leiters 22 relativ zu dem ersten elektrischen Leiter 21 derart bewegbar angeordnet ist, dass bei Verformung des zweiten Leiters 22 ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 21A, 22A herstellbar ist. Der erste elektrische Leiter 21 und der zweite elektrische Leiter 22 können beispielsweise voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, insbesondere kann der zweite elektrische Leiter 22 auch einen von dem Material des Tankbehälters 1 verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dadurch kann der zweite elektrische Leiter 22, wenn er einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der erste elektrische Leiter 21 und/oder der Tankbehälter 1 aufweist sich bei einer Temperaturänderung stärker verformen als der erste elektrische Leiter 21, so dass eine Temperaturänderung schnell detektierbar ist.
  • Wie in 1 weiterhin schematisch gezeigt ist, kann der zweite elektrische Leiter 22 elektrisch leitend mit der Spannungsquelle 4 verbunden sein, welche z.B. durch eine Batterie gebildet sein kann. Wenn der zweite Abschnitt 22A des zweiten Leiters 22 durch Verformung in elektrischen Kontakt mit dem ersten Abschnitt 21A des ersten Leiters 21 gelangt, wie oben beschrieben, kann somit ein elektrisches Signal an dem ersten Leiter 21 abgegriffen werden.
  • In 1 ist rein beispielhaft dargestellt, dass der erste elektrische Leiter 21 mit der Steuerungsvorrichtung 5 verbunden ist. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung 5 dazu eingerichtet sein, die am ersten Leiter 21 anliegende Spannung abzugreifen. Optional kann die Steuerungsvorrichtung 5 ferner mit dem Sicherheitsventil 3 verbunden sein, wie in 1 schematisch dargestellt, wobei die Steuerungsvorrichtung 5 dazu eingerichtet sein kann, basierend auf dem von dem ersten Leiter 21 oder allgemein von der Sensoranordnung 2 ausgegebenen elektrischen Signal ein Betätigungssignal zu erzeugen, um das Sicherheitsventil 3 vom geschlossenen in den geöffneten Zustand zu schalten. Es ist jedoch auch denkbar, dass der erste elektrische Leiter 21 elektrisch leitend mit dem Sicherheitsventil 3 verbunden ist. Wenn der erste und der zweite Abschnitt 21A, 22A der elektrischen Leiter 21, 22 in Kontakt gelangen, wird durch die am ersten Leiter 21 anliegende elektrische Spannung der Spannungsquelle 4 der Magnetschalter des Sicherheitsventils 3 betätigt, um dieses zu öffnen.
  • Da sich der erste und der zweite elektrische Leiter 21, 22 entlang der Längsachse L1 erstrecken kann zuverlässig eine nur lokal auftretende Verformung, z.B. infolge einer lokalen Hitzeentwicklung, auf einfache Weise detektiert werden. Die Verformung der Sensoreinrichtung 20 bewirkt die Ausgabe eines elektrischen Signals, welches optional ein Öffnen des Sicherheitsventils 3 veranlasst. Allgemein kann durch das elektrische Signal das Erreichen einer vorbestimmten Temperatur detektiert werden. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung 5 dazu eingerichtet sein, basierend auf dem von der Sensoranordnung 2 ausgegebenen elektrischen Signal zumindest einen ersten Temperaturwert zu ermitteln.
  • In 1 ist beispielhaft dargestellt, dass der zweite elektrische Leiter 22 mit der Spannungsquelle 4 verbunden ist. Selbstverständlich könnte alternativ hierzu der erste Leiter 21 mit der Spannungsquelle 4 verbunden sein.
  • Wie in 1 ferner schematisch dargestellt ist, kann optional ein Drucksensor 6 mit dem Innenraum 10 des Tankbehälters 1 verbunden sein, um einen im Tankbehälter 1 vorliegenden Druck zu erfassen. Der Drucksensor 6 kann signalleitend mit der Steuerungsvorrichtung 5 verbunden sein. Die Steuerungsvorrichtung 5 kann dazu eingerichtet sein, basierend auf dem erfassten Druck einen zweiten Temperaturwert zu ermitteln, den ersten und den zweiten Temperaturwert zu vergleichen und ein Abweichungssignal auszugeben, wenn der erste Temperaturwert und der zweite Temperaturwert um mehr als einen Grenzwert voneinander abweichen. Insbesondere können die von der Sensoreinrichtung 2 ermittelten Messwerte und die vom Drucksensor 6 ermittelten Messwerte somit einfach verifiziert werden. Beispielsweise kann, wenn die Füllmenge des Tankbehälters 1 bekannt ist, mittels der allgemeinen Gasgleichung anhand des vom Sensor 6 gemessenen Drucks die Temperatur ermittelt werden.
  • In 2 ist schematisch und beispielhaft ein weiteres Tanksystem 100 dargestellt. Das in 2 gezeigte Tanksystem 100 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Tanksystem 100 lediglich dadurch, dass der erste und der zweite elektrische Leiter 21, 22 an mehreren entlang der Längsachse L1 beabstandet angeordneten Trennstellen 23 ortsfest an dem Tankbehälter 1 befestigt sind, so dass zwischen den Trennstellen 23 jeweils ein Sensorsegment S20 ausgebildet ist. Wie in 2 schematisch dargestellt, können der erste und der zweite Abschnitt 21A, 22A der Leiter 21, 22 somit in einzelne Segmente S20 aufgeteilt werden. An den Trennstellen 23 können der erste und der zweite Leiter 21, 22 beispielsweise jeweils mit dem Tankbehälter 1 verklebt sein. Optional kann der erste Leiter 21 an den Trennstellen 23 elektrisch unterbrochen sein, so dass in jedem Sensorsegmenten S20 jeweils ein mäanderförmig verlaufendes, separates Leiterstück 21B vorgesehen ist. Wie in 2 ferner schematisch dargestellt kann jedes dieser Leiterstücke 21B separat mit der Steuerungsvorrichtung 5 verbunden sein. Wenn sich der zweite elektrische Leiter 22 in einem der Sensorsegmente S20 ausdehnt und dem jeweiligen Leiterstück 21B des ersten Leiters 21 in elektrischen Kontakt kommt, kann das so erzeugbare elektrische Signal dem jeweiligen Sensorsegment S20 zugeordnet werden. Damit kann auf einfache Weise ortsaufgelöst eine Temperatur und/oder eine mechanische Verformung erfasst werden.
  • In den 1 und 2 ist rein beispielhaft eine Sensoranordnung 2 mit einer sich entlang der Längsachse L1 erstreckenden Sensoreinrichtung 20 gezeigt, welche als Verformungsaufnehmer ausgebildet und dazu eingerichtet ist, infolge einer Verformung ein elektrisches Signal auszugeben. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Sensoreinrichtung 20 lediglich einen zumindest abschnittsweise mäanderförmig verlaufenden elektrischen Leiter aufweist, welcher sich entlang der Längsachse L1 erstreckt, wobei der elektrische Leiter mit der Spannungsquelle 4 verbindbar oder verbunden ist, und wobei eine Verformung des elektrischen Leiters anhand einer Änderung des elektrischen Widerstands erfasst wird, z.B. mithilfe einer in der Steuerungsvorrichtung 5 enthaltenen Auswerteschaltung. Somit kann die Sensoreinrichtung 20 als Verformungsaufnehmer ausgebildet und dazu eingerichtet sein, infolge einer Verformung ein elektrisches Signal zu verändern.
  • Weiterhin ist auch denkbar, anstelle eines oder mehrerer sich entlang der Längsachse L1 erstreckender elektrischer Leiter 21, 22, eine Vielzahl entlang der Längsachse L1 verteilt angeordneten Sensoreinrichtungen 20 vorzusehen. Beispielsweise kann in diesem Fall jede Sensoreinrichtung wie in 1 gezeigt ausgebildet sein. Alternativ ist denkbar, dass mehrere entlang der Längsachse L1 verteilt angeordnete Dehnmessstreifen, welche mit dem Tankbehälter 1 verbunden sind, als Sensoreinrichtungen 20 vorgesehen sind. Die Dehnmessstreifen verformen sich entweder zusammen mit dem Tankbehälter 1 oder sind lediglich an diesem gehlaten und verformen sich somit aufgrund deren eigenen Temperaturänderung. Durch deren Verformung wird der elektrischer Widerstand der Dehnmesstreifen verändert. Somit sind die Dehnmesstreifen dazu eingerichtet, infolge einer Verformung ein elektrisches Signal zu verändern.
  • Durch die Verteilung der Dehnmesstreifen entlang der Längsachse L1 ist somit eine ortsaufgelöste Ermittlung der Temperatur möglich.
  • Unabhängig von der Gestaltung der jeweiligen Sensoreinrichtungen 20, kann die Sensoranordnung 2 an der Innenfläche 1a und/oder an der Außenfläche 1b des Tankbehälters 1 angeordnete Sensoreinrichtungen 20 aufweisen.
  • Ein Vorteil der beschriebenen Sensoranordnungen 2 liegt darin, dass diese auch lediglich lokal auftretende Temperaturveränderung detektieren können. Dadurch kann z.B. eine Auslösung bzw ein Öffnen des Sicherheitsventils 3 bereits früher bzw. noch zuverlässiger eingeleitet werden. Wenn die Sensoranordnung 2 dazu eingerichtet ist, ortsabhängig Temperaturen zu erfassen, z.B. wie dies bei der in 2 gezeigten Sensoranordnung 2 der Fall ist oder wenn mehrere Sensoreinrichtungen 20 entlang der Längsachse L1 verteilt angeordnet sind, kann eine Temperaturverteilung am oder im Tankbehälter 1 ermittelt werden. Dies kann z.B. genutzt werden, um beim Beflüllen oder Entleeren des Tankbehälters 1 lokale Temperaturspitzen zu vermeiden oder zumindest zu erkennen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung in einem Straßenfahrzeug beschränkt, sondern kann auch in anderen mobilen Anwendungen wie Schienenfahrzeugen, Wasserfahrzeugen oder Luftfahrzeugen eingesetzt werden. Darüber hinaus ist auch stationäre Verwendung des Tanksystems denkbar.
  • 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
    • US 2018/0172215 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Tanksystem (100), insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend: einen sich entlang einer Längsachse (L1) erstreckenden Tankbehälter (1) zur Aufnahme von Gas; und eine Sensoranordnung (2) mit einer sich entlang der Längsachse (L1) erstreckenden Sensoreinrichtung (20) oder mit mehreren entlang der Längsachse (L1) verteilt angeordneten Sensoreinrichtungen (20), wobei jede Sensoreinrichtung (20) als Verformungsaufnehmer ausgebildet und dazu eingerichtet ist, infolge einer Verformung ein elektrisches Signal auszugeben oder zu verändern.
  2. Tanksystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Sensoranordnung (2) eine sich entlang der Längsachse (L1) erstreckenden Sensoreinrichtung (20) aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (20) einen mechanisch ortsfest mit dem Tankbehälter (1) verbundenen ersten elektrischen Leiter (21), welcher einen mäanderförmig verlaufenden ersten Abschnitt (21A) aufweist, und einen zweiten elektrischen Leiter (22) aufweist, welcher einen parallel zu dem ersten Abschnitt (21A) des ersten Leiters (21) mäanderförmig verlaufenden zweiten Abschnitt (22A) aufweist, wobei der zweite Abschnitt (22A) des zweiten elektrischen Leiters (22) relativ zu dem ersten elektrischen Leiter (21) derart bewegbar angeordnet ist, dass bei Verformung des zweiten Leiters (22) ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (21A, 22A) herstellbar ist.
  3. Tanksystem (100) nach Anspruch 2, wobei der erste elektrische Leiter (21) und der zweite elektrische Leiter (22) voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  4. Tanksystem (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zweite elektrische Leiter (22) thermisch, insbesondere mittels einer Wärmeleitpaste, an den Tankbehälter (1) gekoppelt ist.
  5. Tanksystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der erste und der zweite elektrische Leiter (21, 22) an mehreren entlang der Längsachse (L1) beabstandet angeordneten Trennstellen (23) ortsfest an dem Tankbehälter (1) befestigt sind, so dass zwischen den Trennstellen (23) jeweils ein Sensorsegment (S20) ausgebildet ist.
  6. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (20) mehrere entlang der Längsachse (L1) verteilt angeordnete Sensoreinrichtungen (20) in Form von Dehnmessstreifen aufweist, welche mit dem Tankbehälter (1) verbunden sind.
  7. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (2) an einer Innenfläche (1a) und/oder an einer Außenfläche (1b) des Tankbehälters (1) angeordnete Sensoreinrichtungen (20) aufweist.
  8. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend: ein mit einer Auslassöffnung (11) des Tankbehälters (1) verbundenes Sicherheitsventil (3), welches zwischen einem Schließzustand, in dem es die Auslassöffnung (11) fluiddicht abschließt, und einem Öffnungszustand schaltbar, in dem es eine Fluidströmung durch die Auslassöffnung (11) zulässt; wobei das Sicherheitsventil (3) mit der Sensoranordnung (2) signalverbunden und basierend auf dem von der Sensoranordnung (2) ausgegebenen oder veränderten elektrischen Signal schaltbar ist.
  9. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend: eine mit der Sensoranordnung (2) elektrisch verbundene Steuerungsvorrichtung (5), welche dazu eingerichtet ist, basierend auf dem von der Sensoranordnung (2) ausgegebenen oder veränderten elektrische Signal zumindest einen ersten Temperaturwert zu ermitteln.
  10. Tanksystem (100) nach Anspruch 9, zusätzlich aufweisend: einen Drucksensor (6) zum Erfassen eines Drucks im Tankbehälter (1); wobei der Drucksensor (6) elektrisch mit der Steuerungsvorrichtung verbunden ist; und wobei die Steuerungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem erfassten Druck einen zweiten Temperaturwert zu ermitteln, den ersten und den zweiten Temperaturwert zu vergleichen und ein Abweichungssignal auszugeben, wenn der erste Temperaturwert und der zweite Temperaturwert um mehr als einen Grenzwert voneinander abweichen.
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