WO2018219660A1 - Druckbehältersystem für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2018219660A1
WO2018219660A1 PCT/EP2018/062863 EP2018062863W WO2018219660A1 WO 2018219660 A1 WO2018219660 A1 WO 2018219660A1 EP 2018062863 W EP2018062863 W EP 2018062863W WO 2018219660 A1 WO2018219660 A1 WO 2018219660A1
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pressure vessel
unit
fuel
vessel system
vehicle
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PCT/EP2018/062863
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English (en)
French (fr)
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Lorenz Ehgartner
Timo Gutmann
Leander Kögl
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a pressure vessel system for a vehicle, with one or more pressure vessels for receiving a fuel.
  • a road vehicle may comprise a fuel cell based on a fuel such as a fuel. Hydrogen electrical energy for operation,
  • the fuel can be stored in one or more pressure vessels or pressure tanks of the vehicle.
  • the fuel can be fed via a valve from a pressure vessel to the fuel cell of the vehicle.
  • a pressure vessel may be disposed on the underbody or in the underbody of a vehicle.
  • the present document deals with the technical problem of providing a pressure vessel system for a vehicle, which makes it possible to reliably and efficiently transfer the one or more pressure vessels of the pressure vessel system to a safe state.
  • a pressure vessel system for a vehicle without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim may form an independent and independent of the combination of all features of the independent claim invention, the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application be made can. This applies equally to technical teachings described in the specification, which may form an independent invention of the features of the independent claims.
  • a pressure vessel system for a vehicle without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim may form an independent and independent of the combination of all features of the independent claim invention, the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application be made can. This applies equally to technical teachings described in the specification, which may form an independent invention of the features of the independent claims.
  • a pressure vessel system for a vehicle without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim may form an independent and independent of the combination of all features of the independent claim invention, the subject of an independent claim
  • Pressure vessel system includes a pressure vessel for receiving a
  • the pressure vessel system comprises a fuel line, which is arranged to lead fuel from the pressure vessel to a fuel consumer (in particular to a fuel cell or to a fuel cell stack).
  • Pressure vessel system may include a plurality of pressure vessels each configured to store fuel for the fuel consumer.
  • the fuel can in a pressure vessel a pressure against the
  • the pressure vessel system further comprises at least one barrier unit
  • the pressure vessel system for each pressure vessel of the pressure vessel system comprises at least one barrier unit.
  • the pressure vessel system comprises at least one drive unit for the blocking unit, which is set up to transfer the blocking unit from the idle state into an active state under the action of electrical energy, wherein in the active state, fuel can escape from the pressure vessel into the fuel line.
  • the blocking unit can thus be closed in a non-energized state.
  • the barrier unit can be opened by an electric current.
  • an electric current in the drive unit can be caused to generate a magnetic field with an electric current in order to open the blocking unit.
  • the pressure vessel system typically includes an electrically conductive connection to an electrical system of the vehicle, via which electrical energy can be provided for controlling the barrier unit.
  • the drive unit of a blocking unit can be coupled via the electrically conductive connection directly or via internal interface units (for example via a vehicle-internal plug-in connection) to the on-board network of the vehicle and / or to an in-vehicle control unit. So can the lockout of a
  • Pressure vessel reliably in the context of the operation of a vehicle (for example, for the drive of the vehicle) driven (i.e., opened if necessary).
  • the pressure vessel system comprises an access interface unit via which electrical energy (in particular an electric current) to the
  • Control of the blocking unit can be provided by an external power supply when no electrical energy from the electrical system of the vehicle is available. Via the access interface unit, electrical energy can thus be provided independently of the electrical system of the vehicle in order to open the barrier unit of a pressure vessel.
  • the pressure vessel can be opened independently of the vehicle electrical system to fuel in the fuel line and further out of the
  • the access interface unit may be configured to form a connector to an external interface unit to provide electrical power from the external power supply.
  • the external interface unit may be part of a discharge unit, wherein the discharge unit comprises the external power supply, which can be coupled via the external interface unit to the access interface unit and thus to the drive unit of the blocking unit.
  • the access interface unit may be formed as a socket into which an external plug designed as a plug
  • Interface unit can be inserted.
  • the connector can then be provided in a reliable and efficient way electrical energy for opening the barrier unit of a pressure vessel.
  • the access interface unit may be located at a location of the pressure vessel system and / or the vehicle that is conveniently accessible to a user.
  • the access interface unit can be arranged on the body of the vehicle in which the pressure vessel system is installed.
  • the access interface unit may comprise a coding.
  • the coding may be specific to pressure vessel systems.
  • the access interface unit may be standardized specifically for pressure vessel systems.
  • the coding may e.g. be effected by one or more grooves and / or pins.
  • the electrically conductive connection may include a branch and / or switch, which is formed, the drive unit electrically conductive both to the Vehicle electrical system (eg via an internal interface unit) and to connect to the access interface unit.
  • a vehicle-external power supply can be reliably enabled.
  • the pressure vessel system may include a switching element configured to electrically connect the access interface unit to the drive unit or to disconnect it from the drive unit.
  • a switching element configured to electrically connect the access interface unit to the drive unit or to disconnect it from the drive unit.
  • an electrically conductive connection between the access interface unit and the drive unit can be closed or interrupted by the switching element.
  • the switching element may e.g. a relay and / or a
  • Semiconductor switching element e.g., a MOSFET or an IGBT.
  • the switching element may be configured to disconnect the access interface unit from the drive unit in a standard operating state.
  • the switching element may be configured to connect the access interface unit to the drive unit in an electrically conductive manner in response to a trigger signal, in particular in response to an accident signal.
  • the trigger signal may e.g. be sent from a control unit of the vehicle, in which the pressure vessel system is installed. By closing the switching element can be ensured that, if necessary, an external power supply can be done to open the barrier unit of a pressure vessel.
  • the pressure vessel system may include a relief valve configured to direct fuel from the fuel line into an environment of the
  • the relief valve may include a valve that is closed in an idle state so that no fuel from the fuel line into the
  • the relief valve can be opened to let fuel into the environment.
  • the pressure vessel system may comprise a coupling element to which an external discharge channel for discharging fuel from the
  • Fuel line can be connected.
  • the discharge channel may e.g. include a tube or hose through which fuel can be passed.
  • the discharge channel can be used to release the fuel at a certain distance from the pressure vessel system or from the vehicle in the atmosphere.
  • the discharge channel may e.g. about one
  • the relief valve is typically disposed between the fuel line and the coupling element.
  • the coupling element may be configured to open the relief valve when an external
  • Relief channel was connected to the coupling element.
  • Relief valve can be effected by a mechanical or electrical connection between the coupling element and the relief valve.
  • the pressure vessel system may include a pressure transducer configured to control the pressure of fuel in the fuel line between the
  • Pressure vessel and the fuel consumer to reduce (eg from more than 300 bar to less than 20 bar).
  • the relief valve and the coupling element may be disposed at a portion of the fuel line between the pressure transducer and the fuel consumer (ie, in a low pressure region of the pressure vessel system).
  • the relief valve and the coupling element may be connected to a portion of the fuel line between the pressure vessel and the
  • Pressure transducer i.e., in a low pressure region of the
  • the pressure vessel system can each have a coupling element in the
  • High-pressure range and in the low-pressure region have to allow as needed, an efficient or rapid removal of fuel.
  • the coupling element (for discharging fuel) and the access interface unit (for controlling the barrier unit of a pressure vessel) may be arranged in close proximity to each other.
  • Coupling element and the access interface unit are arranged.
  • Pressure vessel system allows.
  • a vehicle in particular a
  • Road vehicle e.g. a passenger car, a truck or a bus, which includes the pressure vessel system described in this document.
  • the pressure vessel system can be like this Document be described.
  • the unloading unit comprises an (external) interface unit (ie external with respect to the
  • Pressure vessel system configured to be connected to the access interface unit of the pressure vessel system.
  • the (external) interface unit of the relief unit with the access interface unit of the pressure vessel system can form an electrically conductive stretched connection.
  • the pressure vessel system includes a (external) power supply (e.g., a 12V or 48V power supply) that is configured to provide electrical power to the drive unit of the control unit via the external interface unit
  • a (external) power supply e.g., a 12V or 48V power supply
  • the relief unit may include a control unit that is configured to generate a control signal and to the external
  • control unit may be configured to modulate a current for the drive unit
  • Pressure vessel system is or is external to a vehicle in which the
  • Pressure tank system is installed, can be efficient and reliable
  • Enttankung a pressure vessel of the pressure vessel system can be achieved.
  • FIG. 1 and 2 an exemplary pressure vessel system for a vehicle
  • FIG. 3 is a flowchart of an exemplary method for transferring a pressure vessel to a safe state.
  • a pressure vessel system for a motor vehicle.
  • the pressure vessel system is used for storing under ambient conditions gaseous fuel or
  • CNG compressed natural gas
  • LNG liquefied
  • High-pressure gas containers are formed, essentially at
  • Operating pressure also called nominal working pressure or NWP
  • NWP nominal working pressure
  • a cryogenic pressure vessel is suitable to store the fuel or fuel at the aforementioned operating pressures even at temperatures well below the operating temperature of the
  • FIG. 1 shows an exemplary pressure vessel system 100 having a pressure tank 110 that may be used to fuel
  • Fuel cell 101 of a vehicle The pressure vessel 110 is connected to the fuel consumer 101 via a fuel line 112, 117.
  • the pressure vessel 110 may have at the end faces end pieces 111 which may be used in the manufacture of the pressure vessel 110 for holding the pressure vessel 110. Further, an opening 111 may be provided at an end portion 111 through which fuel may be passed from the pressure vessel 110 (e.g., via a valve 115 to the conduit 112). At an opening of the pressure vessel 110, a pressure relief device (not shown) can be arranged, which in the presence of a certain
  • Trigger condition (e.g., at a certain temperature) to release fuel from the pressure vessel 110 into the environment of the
  • Discharge pressure vessel 110 and so as to reduce the pressure in the pressure vessel 110.
  • the one or more valves 115 (generally referred to as barrier units) of a pressure vessel 110 are typically closed in a quiescent state such that no fuel is discharged from the one or more valves 115
  • a valve 115 of a pressure vessel 110 may be connected to a control device 102 via one or more electrical lines 105, wherein the control device 102 is set up to couple the valve 115 with a current and / or voltage source (eg with a 12V electrical system of a vehicle). to transfer the valve 115 from the closed rest state to an open active state.
  • the valve 115 can remain in the open active state, as long as the valve 115 is coupled to the current and / or voltage source.
  • the valve 115 automatically return to the idle state as soon as the valve 115 is decoupled from the current and / or voltage source.
  • the controller 102 may be coupled to the valve 115 via an (internal) connector 103, 104, with interface units 103, 104 (eg, with a plug and a socket).
  • the pressure tank 110 may be refueled via a refueling access 114 (e.g., via a tank nipple).
  • a refueling access 114 e.g., via a tank nipple.
  • Refueling access 114 fuel from a fuel pump via the fuel line 112 are fed into the pressure tank 110.
  • Check valve 201 (see FIG. 2), which inhibits a backflow of fuel from the pressure tank 110 to the refueling access 114.
  • a fuel cell 101 is typically operated at a relatively low pressure (e.g., in the range of 10-20 bar), with the low pressure for the
  • Fuel cell 101 is generally substantially below the high pressure (e.g., in the region of 700 bar) in fuel line 112 and pressure tank 110. Between the pressure tank 110 and the fuel cell 101 may therefore be arranged a pressure transducer 116 (in particular a pressure regulator), which is adapted to fuel from the high pressure fuel line 112 (which has a relatively high pressure) into a low pressure fuel line 117 (with a relative low pressure). The fuel is then fed via the low-pressure fuel line 117 to the fuel cell 101.
  • Fig. 2 shows a pressure vessel system 100 for a vehicle with several
  • FIG. 2 shows AnSteuerüen 215 for the pressure vessel valves 115 of the individual pressure vessel 110. Die
  • control units 215 can each comprise an electromagnet, by means of which a magnetic field for opening a valve 115 can be generated when current is applied.
  • a pressure vessel 110 of a pressure vessel system 100 of a vehicle is thus typically connected to a pressure transducer 116 via one or more valves 115 (in particular via one or more over-temperature valves or over-temperature valves (OTVs)).
  • OTVs over-temperature valves or over-temperature valves
  • Tankabsperrventil 115 can not be controlled. Thus, in such a situation emptying or depressurization of the pressure vessel 110 is not possible.
  • the one or more valves 115 of a pressure vessel 110 may be electrically conductively coupled to an access interface unit 122 via the electrically conductive signal line 105.
  • the access interface unit 122 may be located at a location in a vehicle that is easily accessible to a user (e.g., an assistant after an accident).
  • the access interface unit 122 may be configured according to the internal interface unit 104 to the controller 102.
  • the access interface unit 122 may allow a user to access a vehicle external power supply 134 via a vehicle external
  • the vehicle-external external power supply 134 may be configured (e.g., in combination with an external control unit 202) to drive the drive unit 201 of a valve 115 to cause the valve 115 to be closed
  • a pressure reduction in a pressure vessel 110 can be effected.
  • a device for autonomously activating the defrosting of a pressure vessel 110 (in particular a CGH2 and / or CCH2 pressure vessel) in a vehicle is described.
  • External access to the one or more control lines 105 may then be provided via a disconnectable connector or via a gateway with access plug (ie, via an access interface unit 122).
  • the access interface unit 122 may have a particular encoding (e.g., corresponding to a vehicle-internal interface unit 104 to the valve controller 102).
  • the coding may e.g. be effected by one or more (non-conductive) grooves and / or pins.
  • the coding can ensure a correct connection between the access interface unit 122 and a vehicle-external interface unit 132. Furthermore, the use of improper vehicle-external
  • Interface units 132 are avoided.
  • the vehicle-external device 132, 134 includes a vehicle-external interface unit 132 (eg, a possibly coded connector) configured to interface with the access interface unit 122.
  • the vehicle-external device 132, 134 includes a power supply 134 and a control unit or modulation unit 202, which correspond to the On-board controller 102, a control signal (eg, a PWM signal) for activating the one or more electrical locking units 115 generate.
  • the one or more valves 115 of a pressure vessel 110 can thus be energized externally.
  • an external power and / or voltage source can be applied via an access interface unit (e.g., a female connector) 122.
  • the wiring of the one or more valves 115 may be provided in this current path between the access interface unit 122 and the one or more valves 115 by one or more safety elements, e.g. a normally open contact, which is triggered by a crash signal, is protected against misuse.
  • Pressure vessels 110 enter the fuel line 112, 117.
  • Pressure vessel system 100 may include a relief valve 231 through which fuel from fuel line 112 into an environment of
  • Pressure vessel system 100 in particular in an environment of the vehicle, can be removed.
  • Relief hose 133 by means of a coupling 131, 121 with the
  • Relief valve 231 are connected. By coupling the
  • the coupling element 121 of the pressure vessel system 100 (eg connection of a discharge channel 133) may be arranged at a location of a vehicle that is easily accessible to a user, eg for rescue workers.
  • a relief interface 230 may be provided on a vehicle on which both the coupling element 121 and the access interface unit 122 are located. Possibly. can the coupling element 121 and / or the access interface unit 122 in immediate
  • the relief valve 231 and / or the coupling element 121 may preferably be coupled to the low pressure fuel line 117 (as shown in FIGS. 1 and 2). Thus, fuel can be removed in a controlled manner.
  • the relief valve 231 and / or the coupling member 121 may be coupled to the high pressure fuel line 112, allowing accelerated discharge of fuel.
  • a relief tube or hose 133 (generally a discharge channel) may be connected to discharge fuel from the pressure vessel system 100.
  • the release of the relief valve 231 can be done by the coupling 121, 131, which opens the relief valve 231 mechanically by plugging or has a hydraulic or electrical actuating mechanism for opening the relief valve 231.
  • a central unloading device e.g. emergency evacuation of a pressure vessel system 100 by rescue workers allows.
  • an access interface unit 122 By providing an access interface unit 122, as needed, without relying on the power and the bus systems of a vehicle, a fast, simple and standardizable or
  • a pressure vessel 110 (e.g., after a fall-over) can be reliably and efficiently transitioned to a safe state.
  • a standardization of the plug-in device and the control signal for controlling a locking unit 115 of a pressure vessel 110 carried to a universal vehicle-external discharge unit 132, 134 for rescue workers and workshops
  • FIG. 2 shows a flow chart of an exemplary method 300 for
  • the method 300 includes coupling 301 the access interface unit 122 of the pressure vessel system 100 to an external power supply 134.
  • Pressure vessel system 100 are supplied with electrical energy (even with interruption of the power supply from the electrical system of a vehicle) to open the one or more barrier units 115 and thereby fuel from the one or more pressure vessels 110 in the
  • Drain fuel line 112, 117 of the pressure vessel system 100 Drain fuel line 112, 117 of the pressure vessel system 100.
  • the method 300 includes opening 302 a relief valve 231 of the fuel line 112, 117 to exhaust fuel from the fuel line 112, 117 to an environment of the pressure vessel system 100.
  • Relief valve 231 may be e.g. be opened by that
  • Relief passage 133 (e.g., a hose) via a coupling element 121 to the pressure vessel system 100, in particular to the fuel line 112, 117, is connected.
  • a gas pressure vessel 110 e.g., CGH2 + CCH2
  • Locking unit 115 of the pressure vessel 110 to a safely accessible
  • connection point i.e., to an access interface unit 122.
  • the connection point can e.g. in addition to a HV (high-voltage) rescue separation point be arranged in the interior of the vehicle.
  • HV high-voltage
  • a power supply according to the vehicle electrical system voltage (eg 12V battery) for external energization of the electrically operated locking unit 115 of the pressure vessel 110 take place.
  • the external power supply 134 may be coupled to the access interface unit 122 via a connector 132, where the
  • Connection plug 132 is encoded according to the access interface unit 122.
  • a control or modulation unit 202 By means of a control or modulation unit 202, a
  • Control signal for activating the locking unit 115 are generated according to the vehicle-side control unit 102 (for example, by PWM modulation).
  • the fuel may then be routed out of the pressure vessel system 100 via a service port / de-fueling port 121 of the vehicle.

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Abstract

Es wird ein Druckbehältersystem (100) für ein Fahrzeug beschrieben. Das System (100) umfasst einen Druckbehälter (110) zur Aufnahme eines Brennstoffs sowie eine Brennstoffleitung, die eingerichtet ist, Brennstoff aus dem Druckbehälter (110) zu einem Brennstoff-Verbraucher (101) zu führen. Außerdem umfasst das System (100) eine Sperreinheit (115), die eingerichtet ist, in einem Ruhezustand den Austritt von Brennstoff aus dem Druckbehälter (110) in die Brennstoffleitung (112, 117) zu unterbinden. Das System (100) umfasst ferner eine Ansteuereinheit (215) für die Sperreinheit (115), die eingerichtet ist, unter Einwirken von elektrischer Energie die Sperreinheit (115) aus dem Ruhezustand in einen Aktivzustand zu überführen, in dem Brennstoff aus dem Druckbehälter (110) in die Brennstoffleitung austreten kann. Des Weiteren umfasst das System (100) eine elektrisch leitende Verbindung (105) zu einem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs, über die elektrische Energie zur Ansteuerung der Sperreinheit (115) bereitgestellt werden kann. Außerdem umfasst das System (100) eine Zugangs-Schnittstelleneinheit (122), über die elektrische Energie zur Ansteuerung der Sperreinheit (115) von einer externen Energieversorgung (134) bereitgestellt werden kann, wenn keine elektrische Energie aus dem Bordnetz des Fahrzeugs zur Verfügung steht.

Description

Druckbehältersystem für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Druckbehältersystem für ein Fahrzeug, mit ein oder mehreren Druckbehältern zur Aufnahme eines Brennstoffs.
Ein Straßenkraftfahrzeug kann eine Brennstoffzelle aufweisen, die auf Basis eines Brennstoffs wie z.B. Wasserstoff elektrische Energie für den Betrieb,
insbesondere für den Antrieb, des Fahrzeugs generiert. Der Brennstoff kann in einem oder mehreren Druckbehältern bzw. Drucktanks des Fahrzeugs gespeichert werden. Der Brennstoff kann über ein Ventil aus einem Druckbehälter zu der Brennstoffzelle des Fahrzeugs geführt werden. Ein Druckbehälter kann am Unterboden bzw. in der Bodengruppe eines Fahrzeugs angeordnet sein.
Es kann zu Situationen kommen, z.B. infolge eines Unfalls, in denen die ein oder mehreren Druckbehälter eines Fahrzeugs in einen gesicherten Zustand überführt werden sollen. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Druckbehältersystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, das es ermöglicht, die ein oder mehreren Druckbehälter des Druckbehältersystems zuverlässig und effizient in einen sicheren Zustand zu überführen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem
unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können. Gemäß einem Aspekt wird ein Druckbehältersystem für ein Fahrzeug
(insbesondere für ein Straßenkraftfahrzeug) beschrieben. Das
Druckbehältersystem umfasst einen Druckbehälter zur Aufnahme eines
Brennstoffs (insbesondere zur Aufnahme von Wasserstoff). Außerdem umfasst das Druckbehältersystem eine Brennstoffleitung, die eingerichtet ist, Brennstoff aus dem Druckbehälter zu einem Brennstoff- Verbraucher (insbesondere zu einer Brennstoffzelle bzw. zu einem Brennstoffzellenstapel) zu führen. Das
Druckbehältersystem kann mehrere Druckbehälter umfassen, die jeweils eingerichtet sind, Brennstoff für den Brennstoff- Verbraucher zu speichern. Der Brennstoff kann in einem Druckbehälter einen Druck gegenüber dem
Atmosphärendruck von 350 bar, 700 bar oder mehr aufweisen.
Das Druckbehältersystem umfasst weiter zumindest eine Sperreinheit
(insbesondere ein Ventil), die eingerichtet ist, in einem Ruhezustand den Austritt von Brennstoff aus dem Druckbehälter in die Brennstoffleitung zu unterbinden. Typischerweise umfasst das Druckbehältersystem für jeden Druckbehälter des Druckbehältersystems zumindest eine Sperreinheit.
Außerdem umfasst das Druckbehältersystem zumindest eine Ansteuereinheit für die Sperreinheit, die eingerichtet ist, unter Einwirken von elektrischer Energie die Sperreinheit aus dem Ruhezustand in einen Aktivzustand zu überführen, wobei in dem Aktivzustand Brennstoff aus dem Druckbehälter in die Brennstoffleitung austreten kann. Die Sperreinheit kann somit in einem nicht-bestromten Zustand geschlossen sein. Des Weiteren kann die Sperreinheit durch einen elektrischen Strom geöffnet werden. Beispielsweise kann mit einem elektrischen Strom ein Elektromagnet in der Ansteuereinheit veranlasst werden, ein Magnetfeld zu erzeugen, um die Sperreinheit zu öffnen. Durch die Verwendung einer Sperreinheit, die im Ruhezustand (d.h. wenn keine elektrische Energie bereitgestellt wird) geschlossen ist und die nur durch aktives Bereitstellen eines elektrischen Stroms geöffnet werden kann, kann ein zuverlässiges Verschließen der ein oder mehreren Druckbehälter des Druckbehältersystems gewährleistet werden.
Das Druckbehältersystem umfasst typischerweise eine elektrisch leitende Verbindung zu einem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs, über die elektrische Energie zur Ansteuerung der Sperreinheit bereitgestellt werden kann. Die Ansteuereinheit einer Sperreinheit kann über die elektrisch leitende Verbindung direkt oder über interne Schnittstelleneinheiten (z.B. über eine Fahrzeug-interne Steckverbindung) mit dem Bordnetz des Fahrzeugs und/oder mit einer Fahrzeuginternen Steuereinheit gekoppelt sein. So kann die Sperreinheit eines
Druckbehälters zuverlässig im Rahmen des Betriebs eines Fahrzeugs (z.B. für den Antrieb des Fahrzeugs) angesteuert (d.h. bei Bedarf geöffnet) werden.
Außerdem umfasst das Druckbehältersystem eine Zugangs-Schnittstelleneinheit, über die elektrische Energie (insbesondere ein elektrischer Strom) zur
Ansteuerung der Sperreinheit von einer externen Energieversorgung bereitgestellt werden kann, wenn keine elektrische Energie aus dem Bordnetz des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Über die Zugangs-Schnittstelleneinheit kann somit unabhängig von dem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs elektrische Energie bereitgestellt werden, um die Sperreinheit eines Druckbehälters zu öffnen. So kann der Druckbehälter unabhängig von dem Fahrzeug-Bordnetz geöffnet werden, um Brennstoff in die Brennstoffleitung und weiter aus dem
Druckbehältersystem zu führen. Es kann somit eine zuverlässige und effiziente Entlastung des Druckbehältersystems erfolgen (z.B. durch Rettungskräfte nach einem Unfall des Fahrzeugs). Insbesondere können die ein oder mehreren Druckbehälter des Druckbehältersystems in zuverlässiger und effizienter Weise in einen sicheren Zustand überführt werden. Die Zugangs-Schnittstelleneinheit kann ausgebildet sein, eine Steckverbindung mit einer externen Schnittstelleneinheit zu bilden, um elektrische Energie von der externen Energieversorgung bereitzustellen. Die externe Schnittstelleneinheit kann Teil einer Entlastungseinheit sein, wobei die Entlastungseinheit die externe Energieversorgung umfasst, die über die externe Schnittstelleneinheit an die Zugang-Schnittstelleneinheit und damit an die Ansteuereinheit der Sperreinheit gekoppelt werden kann. Beispielsweise kann die Zugangs-Schnittstelleneinheit als Buchse ausgebildet sein, in die eine als Stecker ausgebildete externe
Schnittstelleneinheit eingesteckt werde kann. Über die Steckverbindung kann dann in zuverlässiger und effizienter Weise elektrische Energie für das Öffnen der Sperreinheit eines Druckbehälters bereitgestellt werden.
Die Zugangs-Schnittstelleneinheit kann an einer Stelle des Druckbehältersystems und/oder des Fahrzeugs angeordnet sein, die in komfortabler Weise für einen Nutzer zugänglich ist. Beispielsweise kann die Zugangs-Schnittstelleneinheit an der Karosserie des Fahrzeugs angeordnet sein, in dem das Druckbehältersystem verbaut ist. So wird eine komfortable Zuführung von elektrischer Energie zu der Ansteuereinheit der Sperreinheit eines Druckbehälters ermöglicht. Die Zugangs-Schnittstelleneinheit kann eine Kodierung umfassen bzw. aufweisen. Die Kodierung kann spezifisch für Druckbehältersysteme sein. Insbesondere kann die Zugangs-Schnittstelleneinheit speziell für Druckbehältersysteme standardisiert sein. Die Kodierung kann z.B. durch ein oder mehrere Nuten und/oder Zapfen bewirkt werden. Durch die Verwendung einer besonders kodierten Zugangs- Schnittstelleneinheit, die nur mit einer entsprechend kodierten externen
Schnittstelleneinheit eine Verbindung bilden kann, kann gewährleistet werden, dass die Sperreinheit eines Druckbehälters nicht in unzulässiger Weise von einer externen Einheit mit Energie versorgt und damit geöffnet werden kann. Die elektrisch leitende Verbindung kann eine Abzweigung und/oder Weiche umfassen, die ausgebildet ist, die Ansteuereinheit elektrisch leitend sowohl an das Bordnetz des Fahrzeugs (z.B. über eine interne Schnittstelleneinheit) als auch an die Zugangs-Schnittstelleneinheit anzuschließen. So kann in zuverlässiger Weise bei Bedarf (z.B. infolge eines Unfalls oder bei der Wartung) eine Fahrzeugexterne Energieversorgung ermöglicht werden.
Das Druckbehältersystem kann ein Schaltelement umfassen, das eingerichtet ist, die Zugangs-Schnittstelleneinheit elektrisch leitend mit der Ansteuereinheit zu verbinden oder von der Ansteuereinheit zu trennen. Insbesondere kann durch das Schaltelement eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Zugangs- Schnittstelleneinheit und der Ansteuereinheit geschlossen oder unterbrochen werden. Das Schaltelement kann z.B. ein Relais und/oder ein
Halbleiterschaltelement (z.B. ein MOSFET oder ein IGBT) umfassen.
Das Schaltelement kann ausgebildet sein, die Zugangs-Schnittstelleneinheit in einem Standard-Betriebszustand von der Ansteuereinheit zu trennen. Im
Normalbetrieb des Druckbehältersystems und/oder des Fahrzeugs kann somit das Zugangs-Schnittstellenelement von der Ansteuereinheit der Sperreinheit entkoppelt sein. So kann eine unzulässige Bestromung der Ansteuereinheit von einer externen Energieversorgung zuverlässig vermieden werden.
Andererseits kann das Schaltelement ausgebildet sein, die Zugangs- Schnittstelleneinheit in Reaktion auf ein Triggersignal, insbesondere in Reaktion auf ein Unfallsignal, elektrisch leitend mit der Ansteuereinheit zu verbinden. Das Triggersignal kann z.B. von einer Steuereinheit des Fahrzeugs gesendet werden, in dem das Druckbehältersystem verbaut ist. Durch Schließen des Schaltelements kann gewährleistet werden, dass im Bedarfsfall eine externe Energieversorgung zum Öffnen der Sperreinheit eines Druckbehälters erfolgen kann.
Das Druckbehältersystem kann ein Entlastungsventil umfassen, das ausgebildet ist, Brennstoff aus der Brennstoffleitung in eine Umgebung des
Druckbehältersystems, insbesondere in eine Umgebung des Fahrzeugs, zu führen. Das Entlastungsventil kann ein Ventil umfassen, das in einem Ruhezustand geschlossen ist, so dass kein Brennstoff aus der Brennstoffleitung in die
Umgebung gelangen kann. Andererseits kann das Entlastungsventil geöffnet werden, um Brennstoff in die Umgebung zu lassen.
Außerdem kann das Druckbehältersystem ein Kupplungselement umfassen, an das ein externer Entlastungskanal zur Ableitung von Brennstoff aus der
Brennstoffleitung angeschlossen werden kann. Der Entlastungskanal kann z.B. ein Rohr oder einen Schlauch umfassen, durch den Brennstoff geführt werden kann. Der Entlastungskanal kann dazu verwendet werden, den Brennstoff erst in einer bestimmten Entfernung von dem Druckbehältersystem bzw. von dem Fahrzeug in der Atmosphäre freizusetzen. Der Entlastungskanal kann z.B. über ein
komplementäres Kupplungselement an dem Kupplungselement des
Druckbehältersystems befestigt werden, so dass eine gasleitende Verbindung zwischen der Brennstoffleitung und dem Entlastungskanal entsteht, die gasdicht (insbesondere in Bezug auf den Brennstoff) ist.
Das Entlastungsventil ist typischerweise zwischen der Brennstoffleitung und dem Kupplungselement angeordnet. Außerdem kann das Kupplungselement ausgebildet sein, das Entlastungsventil zu öffnen, wenn ein externer
Entlastungskanal an das Kupplungselement angeschlossen wurde. Beispielsweise kann durch das Anschließen des komplementären Kupplungselements des Entlastungskanals an das Kupplungselement des Druckbehältersystems das Öffnen des Entlastungsventils verursacht werden. Das Öffnen des
Entlastungsventils kann durch eine mechanische oder elektrische Verbindung zwischen dem Kupplungselement und dem Entlastungsventil bewirkt werden.
Das Druckbehältersystem kann einen Druckwandler umfassen, der eingerichtet ist, den Druck von Brennstoff in der Brennstoffleitung zwischen dem
Druckbehälter und dem Brennstoff- Verbraucher zu reduzieren (z.B. von mehr als 300 bar auf weniger als 20 bar). Das Entlastungsventil und das Kupplungselement können an einem Abschnitt der Brennstoffleitung zwischen dem Druckwandler und dem Brennstoff- Verbraucher angeordnet sein (d.h. in einem Niederruck- Bereich des Druckbehältersystems). So kann ein effizientes Abführen des Brennstoffs ermöglicht werden.
Alternativ können das Entlastungsventil und das Kupplungselement an einem Abschnitt der Brennstoffleitung zwischen dem Druckbehälter und dem
Druckwandler angeordnet sein (d.h. in einem Niederruck-Bereich des
Druckbehältersystems). So kann ein schnelles Abführen des Brennstoffs ermöglicht werden.
Ggf. kann das Druckbehältersystem jeweils ein Kupplungselement in dem
Hochdruck-Bereich und in dem Niederdruck-Bereich aufweisen, um je nach Bedarf ein effizientes bzw. schnelles Abführen von Brennstoff zu ermöglichen.
Das Kupplungselement (zum Abführen von Brennstoff) und die Zugangs- Schnittstelleneinheit (zur Ansteuerung der Sperreinheit eines Druckbehälters) können in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet sein.
Beispielsweise kann an einem Fahrzeug eine für einen Nutzer einfach zugängliche Entlastungs schnittsteile bereitgestellt werden, an der sowohl das
Kupplungselement als auch die Zugangs-Schnittstelleneinheit angeordnet sind. So wird eine komfortable Enttankung eines Druckbehälters eines
Druckbehältersystems ermöglicht. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug, insbesondere ein
Straßenkraftfahrzeug, z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Bus, beschrieben, der das in diesem Dokument beschriebene Druckbehältersystem umfasst. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Entlastungseinheit für ein
Druckbehältersystem beschrieben. Das Druckbehältersystem kann wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sein. Die Entlastungseinheit umfasst eine (externe) Schnittstelleneinheit (d.h. extern in Bezug auf das
Druckbehältersystem), die ausgebildet ist, mit der Zugangs-Schnittstelleneinheit des Druckbehältersystems verbunden zu werden. Insbesondere kann die (externe) Schnittstelleneinheit der Entlastungseinheit mit der Zugangs-Schnittstelleneinheit des Druckbehältersystems eine elektrisch leitende Streckverbindung bilden.
Außerdem umfasst das Druckbehältersystem eine (externe) Energieversorgung (z.B. eine 12V oder 48V Energieversorgung), die eingerichtet ist, über die externe Schnittstelleneinheit elektrische Energie für die Ansteuereinheit des
Druckbehältersystems bereitzustellen, um die Sperreinheit des Druckbehälters des Druckbehältersystems aus dem Ruhezustand in den Aktivzustand zu überführen.
Außerdem kann die Entlastungseinheit eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, ein Steuersignal zu generieren und an der externen
Schnittstelleneinheit bereitzustellen, um die Ansteuereinheit zu veranlassen, die Sperreinheit in den Aktivzustand zu überführen. Dabei kann die Steuereinheit eingerichtet sein, einen Strom für die Ansteuereinheit zu modulieren,
insbesondere mittels Pulsweitenmodulation, um das Steuersignal zu generieren. Durch das Modulieren des Stroms zum Öffnen der Sperreinheit kann auch eine Überlastung der Ansteuereinheit (z.B. eine Überlastung eines Elektromagneten) vermieden werden.
Durch die Bereitstellung einer Entlastungseinheit, die extern zu dem
Druckbehältersystem ist bzw. extern zu einem Fahrzeug ist, in dem das
Druckbehältersystem verbaut ist, kann eine effiziente und zuverlässige
Enttankung eines Druckbehälters des Druckbehältersystems erreicht werden.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figuren 1 und 2 ein beispielhaftes Druckbehältersystem für ein Fahrzeug; und Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überführen eines Druckbehälters in einen sicheren Zustand.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit einem Druckbehältersystem (insbesondere einem compressed hydrogen storage System (=CHS-System)) für ein Kraftfahrzeug. Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Kraftstoff bzw.
Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas" = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter bzw. Drucktank. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein.
Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei
Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen
Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bzw. Kraftstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des
Kraftfahrzeuges liegen. Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Druckbehältersystem 100 mit einem Drucktank bzw. Druckbehälter 110, der dazu verwendet werden kann, Brennstoff
(insbesondere Wasserstoff) für einen Brennstoff- Verbraucher (z.B. eine
Brennstoffzelle) 101 eines Fahrzeugs bereitzustellen. Der Druckbehälter 110 ist über eine Brennstoffleitung 112, 117 mit dem Brennstoff- Verbraucher 101 verbunden.
Der Druckbehälter 110 kann an den Stirnseiten Endstücke 111 aufweisen, die bei der Herstellung des Druckbehälters 110 zum Halten des Druckbehälters 110 verwendet werden können. Des Weiteren kann an einem Endstück 111 eine Öffnung bereitgestellt werden, durch die Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 geführt werden kann (z.B. über ein Ventil 115 zu der Leitung 112). An einer Öffnung des Druckbehälters 110 kann auch eine Druckentlastungsvorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet werden, die bei Vorliegen einer bestimmten
Auslösebedingung (z.B. bei Vorliegen einer bestimmten Temperatur) auslösen kann, um Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 in die Umgebung des
Druckbehälters 110 abzulassen, und um so den Druck in dem Druckbehälter 110 zu reduzieren.
Die ein oder mehreren Ventile 115 (allgemein als Sperreinheiten bezeichnet) eines Druckbehälters 110 sind typischerweise in einem Ruhezustand verschlossen, so dass über die ein oder mehreren Ventile 115 kein Brennstoff aus dem
Druckbehälter 110 austreten kann. Ein Ventil 115 eines Druckbehälters 110 kann über ein oder mehrere elektrische Leitungen 105 mit einem Steuergerät 102 verbunden sein, wobei das Steuergerät 102 eingerichtet ist, das Ventil 115 mit einer Strom- und/oder Spannungsquelle zu koppeln (z.B. mit einem 12V Bordnetz eines Fahrzeugs), um das Ventil 115 aus dem geschlossenen Ruhezustand in einen geöffneten Aktivzustand zu überführen. Das Ventil 115 kann dabei in dem geöffneten Aktivzustand verbleiben, solange das Ventil 115 mit der Strom- und/oder Spannungsquelle gekoppelt ist. Andererseits kann das Ventil 115 automatisch in den Ruhezustand zurückkehren, sobald das Ventil 115 von der Strom- und/oder Spannungsquelle entkoppelt wird. Das Steuergerät 102 kann über eine (interne) Steckverbindung 103, 104, mit Schnittstelleneinheiten 103, 104 (z.B. mit einem Stecker und einer Buchse), mit dem Ventil 115 gekoppelt sein.
Der Drucktank 110 kann über einen Betankungszugang 114 (z.B. über einen Tanknippel) mit Brennstoff betankt werden. Insbesondere kann über den
Betankungszugang 114 Brennstoff aus einer Tanksäule über die Brennstoffleitung 112 in den Drucktank 110 gefördert werden. Dabei befindet sich zwischen dem Betankungszugang 114 und der Brennstoffleitung 112 typischerweise ein
Rückschlagventil 201 (siehe Fig. 2), das einen Rückfluss von Brennstoff von dem Drucktank 110 zu dem Betankungszugang 114 unterbindet.
Eine Brennstoffzelle 101 wird typischerweise mit einem relativ niedrigen Druck (z.B. im Bereich von 10-20 bar) betrieben, wobei der Niederdruck für die
Brennstoffzelle 101 meist substantiell unter dem Hochdruck (z.B. im Bereich von 700 bar) in der Brennstoffleitung 112 und im Drucktank 110 liegt. Zwischen dem Drucktank 110 und der Brennstoffzelle 101 kann daher ein Druckwandler 116 (insbesondere ein Druckregler) angeordnet sein, der eingerichtet ist, Brennstoff aus der Hochdruck-Brennstoffleitung 112 (der einen relativ hohen Druck aufweist) in eine Niederdruck-Brennstoffleitung 117 (mit einem relativ niedrigen Druck) zu überführen. Der Brennstoff wird dann über die Niederdruck- Brennstoffleitung 117 zu der Brennstoffzelle 101 geführt. Fig. 2 zeigt ein Druckbehältersystem 100 für ein Fahrzeug mit mehreren
Druckbehältern 110. Des Weiteren zeigt Fig. 2 AnSteuereinheiten 215 für die Druckbehälter- Ventile 115 der einzelnen Druckbehälter 110. Die
AnSteuereinheiten 215 können z.B. jeweils einen Elektromagneten umfassen, durch den bei Bestromung ein Magnetfeld zum Öffnen eines Ventils 115 erzeugt werden kann. Ein Druckbehälter 110 eines Druckbehältersystems 100 eines Fahrzeugs ist somit typischerweise über ein oder mehrere Ventile 115 (insbesondere über ein oder mehrere Übertemperatur- Ventile bzw. Over-Temperatur- Valves (OTVs)) an einen Druckwandler 116 angeschlossen. Um Brennstoff aus einem Druckbehälter 110 zu entnehmen, müssen die ein oder mehreren Tankventile 115 über das Bordnetz des Fahrzeugs bestromt und damit geöffnet werden. Ein Tankventil 115 kann ohne Bordnetzversorgung (z.B. nach einem Unfall bzw. nach einem technischen Defekt) typicherweise nicht entleert werden, da das elektrisch betätigte
Tankabsperrventil 115 nicht angesteuert werden kann. Somit ist in einer solchen Situation eine Entleerung oder Druckentlastung des Druckbehälters 110 nicht möglich.
Die ein oder mehreren Ventile 115 eines Druckbehälters 110 können über die elektrisch leitende Signalleitung 105 mit einer Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 elektrisch leitend gekoppelt sein. Die Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 kann an einer Stelle in einem Fahrzeug angeordnet sein, die für einen Nutzer (z.B. für eine Hilfsperson nach einem Unfall) leicht zugänglich ist. Die Zugangs- Schnittstelleneinheit 122 kann entsprechend der internen Schnittstelleneinheit 104 zum Steuergerät 102 aufgebaut sein.
Die Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 kann es einem Nutzer ermöglichen, eine Fahrzeug-externe Energieversorgung 134 über eine Fahrzeug-externe
Schnittstelleneinheit 132 mit der Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 und somit mit der Ansteuereinheit 201 eines Ventils 115 zu koppeln. Die Fahrzeug-externe externe Energieversorgung 134 kann ausgebildet sein (z.B. in Kombination mit einer externen Steuereinheit 202), die Ansteuereinheit 201 eines Ventils 115 anzusteuern, um das Ventil 115 zu veranlassen von dem geschlossenen
Ruhezustand in den geöffneten Aktivzustand zu wechseln (z.B. analog zu dem Ventil-Steuergerät 102). Somit kann auch bei Unterbrechung der
Energieversorgung aus einem Bordnetz eines Fahrzeugs in zuverlässiger Weise ein Druckabbau in einem Druckbehälter 110 bewirkt werden. Es wird somit eine Vorrichtung zum autarken Aktivieren der Enttankung eines Druckbehälters 110 (insbesondere eines CGH2 und/oder CCH2 Druckbehälters) in einem Fahrzeug beschrieben. Zu diesem Zweck können die ein oder mehreren Steuerleitungen 105 zwischen dem Ventil-Steuergerät 102 des Fahrzeugs zu den ein oder mehreren Sperreinheiten (insbesondere Ventilen) 115 des Druckbehälters 110 an ein oder mehrere sicher zugängliche Orte des Fahrzeugs (z.B. neben einer Hochvolt-Rettungstrennstelle im Innenraum des Fahrzeugs) geführt werden. Es kann dann ein externer Zugang zu den ein oder mehreren Steuerleitungen 105 über eine trennbare Steckverbindung oder über eine Weiche mit Zugangstecker (d.h. über eine Zugangs-Schnittstelleneinheit 122) bereitgestellt werden.
Die Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 kann eine bestimmte Kodierung aufweisen (z.B. entsprechend einer Fahrzeug-internen Schnittstelleneinheit 104 zu dem Ventil-Steuergerät 102). Die Kodierung kann z.B. durch ein oder mehrere (nichtleitende) Nuten und/oder Zapfen bewirkt werden. Durch die Kodierung kann eine korrekte Verbindung zwischen der Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 und einer Fahrzeug-externen Schnittstelleneinheit 132 gewährleistet werden. Des Weiteren kann die Verwendung von unzulässigen Fahrzeug-externen
Schnittstelleneinheiten 132 vermieden werden.
Es kann eine Fahrzeug-externe, autarke Vorrichtung 132, 134 (in diesem
Dokument auch als Entlastungseinheit bezeichnet) bereitgestellt werden, durch die eine Spannungsversorgung entsprechend der Bordnetzspannung (z.B. 12V Batterie) zur externen Bestromung der elektrisch betätigten ein oder mehreren Sperreinheiten 115 bereitgestellt werden. Die Fahrzeug-externe Vorrichtung 132, 134 umfasst eine Fahrzeug-externe Schnittstelleneinheit 132 (z.B. einen, ggf. kodierten, Verbindungsstecker), die ausgebildet ist, mit der Zugangs- Schnittstelleneinheit 122 eine Steckverbindung zu bilden. Außerdem umfasst die Fahrzeug-externe Vorrichtung 132, 134 eine Energieversorgung 134 und eine Steuereinheit bzw. Modulationseinheit 202, die entsprechend dem fahrzeugseitigen Steuergerät 102 ein Steuerungssignal (z.B. ein PWM-Signal) zur Aktivierung der ein oder mehreren elektrischen Sperreinheiten 115 erzeugen.
Die ein oder mehreren Ventile 115 eines Druckbehälters 110 können somit extern bestromt werden. Dazu kann über eine Zugangs-Schnittstelleneinheit (z.B. eine Steckerbuchse) 122 eine externe Strom- und/oder Spannungsquelle angelegt werden. Die Beschaltung der ein oder mehreren Ventile 115 kann in diesem Strompfad zwischen der Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 und den ein oder mehreren Ventilen 115 durch ein oder mehrere Sicherheits- bzw. Schaltelemente, wie z.B. einen Schließer, der durch ein Crashsignal getriggert wird, gegen Missbrauch geschützt werden.
Durch das Öffnen der ein oder mehreren Sperreinheiten 115 der ein oder mehreren Druckbehälter 110 kann Brennstoff aus den ein oder mehreren
Druckbehältern 110 in die Brennstoffleitung 112, 117 gelangen. Das
Druckbehältersystem 100 kann ein Entlastungsventil 231 aufweisen, durch das Brennstoff aus der Brennstoffleitung 112 in eine Umgebung des
Druckbehältersystems 100, insbesondere in eine Umgebung des Fahrzeugs, abgeführt werden kann. Insbesondere kann ein Fahrzeug-externer
Entlastungs schlauch 133 mittels einer Kupplung 131, 121 mit dem
Entlastungsventil 231 verbunden werden. Durch Ankupplung des
Entlastungs schlauchs 133 kann das Entlastungsventil 231 geöffnet werden, so dass Brennstoff aus dem Druckbehältersystem 100 abgeführt werden kann. Das Kupplungselement 121 des Druckbehältersystems 100 (z.B. Anschluss eines Entlastungskanals 133) kann an einer Stelle eines Fahrzeugs angeordnet sein, die für einen Nutzer, z.B. für Rettungskräfte, leicht zugänglich ist. Beispielsweise kann eine Entlastungsschnittstelle 230 an einem Fahrzeug bereitgestellt werden, an der sowohl das Kupplungselement 121 als auch die Zugangs- Schnittstelleneinheit 122 angeordnet sind. Ggf. können das Kupplungselement 121 und/oder die Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 in unmittelbare
Nachbarschaft zu dem Betankungszugang angeordnet sein.
Das Entlastungsventil 231 und/oder das Kupplungselement 121 können bevorzugt mit der Niederdruck-Brennstoffleitung 117 gekoppelt sein (wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt). So kann in kontrollierter Weise Brennstoff abgeführt werden. Alternativ können das Entlastungsventil 231 und/oder das Kupplungselement 121 mit der Hochdruck-Brennstoffleitung 112 gekoppelt sein, was eine beschleunigte Abführung von Brennstoff ermöglicht.
An einer zentralen Schnellkupplung 121, 131 kann somit ein Entlastungsrohr oder -schlauch 133 (allgemein ein Entlastungskanal) angeschlossen werden, um Brennstoff aus dem Druckbehältersystem 100 abzuleiten. Die Auslösung des Entlastungs ventils 231 kann durch die Kupplung 121, 131 erfolgen, die das Entlastungsventil 231 mechanisch durch das Aufstecken öffnet oder die über einen hydraulischen bzw. elektrischen Betätigungsmechanismus zum Öffnen des Entlastungsventils 231 verfügt.
Es wird somit eine zentrale Entlastungs Vorrichtung beschrieben, die z.B. eine Notentleerung eines Druckbehältersystems 100 durch Rettungskräfte ermöglicht. Durch die Bereitstellung einer Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 kann nach Bedarf, ohne auf die Stromversorgung und die Bussysteme eines Fahrzeugs angewiesen zu sein, eine schnelle, einfache und standardisierbare bzw.
standardisierte Notentlastung eines Druckbehälters 110 eingeleitet werden. So kann ein Druckbehälter 110 (z.B. nach einem Umfall) zuverlässig und effizient in einen sicheren Zustand überführt werden. Vorteilhaft kann eine Standardisierung der Steckvorrichtung und des Steuersignals zur Ansteuerung einer Sperreinheit 115 eines Druckbehälters 110 erfolgen, um eine universelle Fahrzeug-externe Entlastungseinheit 132, 134 für Rettungskräfte und Werkstätten zur
Druckentlastung eines Druckbehälters 110 zu ermöglichen. Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur
Entlastung eines Druckbehältersystems 100. Das Verfahren 300 umfasst das Koppeln 301 der Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 des Druckbehältersystems 100 mit einer externen Energieversorgung 134. So können die ein oder mehreren Sperreinheiten 115 der ein oder mehreren Druckbehälter 110 des
Druckbehältersystems 100 mit elektrischer Energie versorgt werden (auch bei Unterbrechung der Energieversorgung aus dem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeugs), um die ein oder mehreren Sperreinheiten 115 zu öffnen und um dadurch Brennstoff aus den ein oder mehreren Druckbehältern 110 in die
Brennstoffleitung 112, 117 des Druckbehältersystems 100 abzulassen.
Außerdem umfasst das Verfahren 300 das Öffnen 302 eines Entlastungsventils 231 der Brennstoffleitung 112, 117, um Brennstoff aus der Brennstoffleitung 112, 117 in eine Umgebung des Druckbehältersystems 100 abzuführen. Das
Entlastungsventil 231 kann z.B. dadurch geöffnet werden, dass ein
Entlastungskanal 133 (z.B. ein Schlauch) über ein Kupplungselement 121 an das Druckbehältersystem 100, insbesondere an die Brennstoffleitung 112, 117, angeschlossen wird. Es wird somit eine Vorrichtung bzw. ein System zum autarken Aktivieren der Enttankung eines Gas-Druckbehälters 110 (z.B. CGH2 + CCH2) in einem
Fahrzeug beschrieben (z.B. wenn das Bordnetz des Fahrzeugs ohne Funktion ist). Dabei werden die ein oder mehreren elektrischen Leitungen 105 zu einer
Sperreinheit 115 des Druckbehälters 110 zu einer sicher zugänglichen
Anschlussstelle verlegt (d.h. zu einer Zugangs-Schnittstelleneinheit 122). Die Anschlussstelle kann z.B. neben einer HV (Hochvolt)-Rettungstrennstelle im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet sein.
Mit einer externen autarken Entlastungseinheit kann eine Spannungsversorgung entsprechend der Bordnetzspannung (z.B. 12V Batterie) zur externen Bestromung der elektrisch betätigten Sperreinheit 115 des Druckbehälters 110 erfolgen. Dabei kann die externe Energieversorgung 134 über einen Verbindungsstecker 132 mit der Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 gekoppelt werden, wobei der
Verbindungs Stecker 132 entsprechend der Zugangs-Schnittstelleneinheit 122 kodiert ist. Mittels einer Steuer- bzw. Modulationseinheit 202 kann ein
Steuerungs signal zur Aktivierung der Sperreinheit 115 entsprechend dem fahrzeugseitigen Steuergerät 102 generiert werden (z.B. durch PWM- Modulation). Der Brennstoff kann dann über einen Serviceport/Enttankungsport 121 des Fahrzeugs aus dem Druckbehältersystem 100 geführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
Bezugszeichenliste
100 Dmckbehältersystem
101 Brennstoff- Verbraucher
102 Steuergerät
103, 104 Schnittstelleneinheit
105 Steuerleitung
110 Druckbehälter
111 Endstück
112, 117 Brennstoffleitung
114 Betankungszugang
115 Sperreinheit (Ventil)
116 Druckwandler
121, 131 Kupplungselement
122 Zugangs-Schnittstelleneinheit
132 System-externe Schnittstelleneinheit
133 Entlastungskanal
134 System-externe Energieversorgung
201 Rückschlagventil
202 System-externe Steuereinheit
215 Ansteuereinheit
230 En tlastungs Schnittstelle
231 Entlastungsventil
300 Verfahren zur Entlastung eines Druckbehältersystems 301, 302 Verfahrensschritte

Claims

Ansprüche
1) Druckbehältersystem (100) für ein Fahrzeug, das umfasst,
- einen Druckbehälter (110) zur Aufnahme eines Brennstoffs;
- eine Brennstoffleitung (112), die eingerichtet ist, Brennstoff aus dem
Druckbehälter (110) zu einem Brennstoff- Verbraucher (101) zu führen;
- eine Sperreinheit (115), die eingerichtet ist, in einem Ruhezustand den Austritt von Brennstoff aus dem Druckbehälter (110) in die Brennstoffleitung (112, 117) zu unterbinden;
- eine Ansteuereinheit (215) für die Sperreinheit (115), die eingerichtet ist, unter Einwirken von elektrischer Energie die Sperreinheit (115) aus dem Ruhezustand in einen Aktivzustand zu überführen, in dem Brennstoff aus dem Druckbehälter (110) in die Brenn Stoffleitung austreten kann;
- eine elektrisch leitende Verbindung (105) zu einem elektrischen
Bordnetz des Fahrzeugs, über die elektrische Energie zur Ansteuerung der Sperreinheit (115) bereitgestellt werden kann; und
- eine Zugangs-Schnittstelleneinheit (122), über die elektrische Energie zur Ansteuerung der Sperreinheit (115) von einer externen
Energieversorgung (134) bereitgestellt werden kann, wenn keine elektrische Energie aus dem Bordnetz des Fahrzeugs zur Verfügung steht. 2) Druckbehältersystem (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Zugangs- Schnittstelleneinheit (122) ausgebildet ist, eine Steckverbindung mit einer externen Schnittstelleneinheit (132) zu bilden, um elektrische Energie von der externen Energieversorgung (134) bereitzustellen. 3) Druckbehältersystem (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Zugangs- Schnittstelleneinheit (122) eine Kodierung umfasst.
4) Druckbehältersystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende Verbindung (105) eine Abzweigung und/oder
Weiche umfasst, die ausgebildet ist, die Ansteuereinheit (215) elektrisch leitend sowohl an das Bordnetz des Fahrzeugs als auch an die Zugangs- Schnittstelleneinheit (122) anzuschließen. 5) Druckbehältersystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckbehältersystem (100) eine interne Schnittstelleneinheit (104) umfasst, die ausgebildet ist, die elektrisch leitende Verbindung (105) mit dem Bordnetz des Fahrzeugs zu verbunden.
Druckbehältersystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Druckbehältersystem (100) ein Schaltelement umfasst, das
eingerichtet ist, die Zugangs-Schnittstelleneinheit (122) elektrisch leitend mit der Ansteuereinheit (215) zu verbinden oder von der Ansteuereinheit (215) zu trennen;
- das Schaltelement ausgebildet ist, die Zugangs-Schnittstelleneinheit (122) in einem Standard-Betriebszustand von der Ansteuereinheit (215) zu trennen; und
- das Schaltelement ausgebildet ist, die Zugangs-Schnittstelleneinheit (122) in Reaktion auf ein Triggersignal, insbesondere in Reaktion auf ein Unfallsignal, elektrisch leitend mit der Ansteuereinheit (215) zu verbinden.
7) Druckbehältersystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Druckbehältersystem (100) ein Entlastungsventil (231) umfasst, das ausgebildet ist, Brennstoff aus der Brennstoffleitung (112, 117) in eine Umgebung des Druckbehältersystems (100) zu führen;
- das Druckbehältersystem (100) ein Kupplungselement (121) umfasst, an das ein externer Entlastungskanal (133) zur Ableitung von
Brennstoff aus der Brennstoffleitung (112, 117) angeschlossen werden kann;
- das Entlastungsventil (231) zwischen der Brennstoffleitung (112, 117) und dem Kupplungselement (121) angeordnet ist; und
- das Kupplungselement (121) ausgebildet ist, das Entlastungsventil
(231) zu öffnen, wenn ein externer Entlastungskanal (133) an das Kupplungselement (121) angeschlossen wurde.
8) Druckbehältersystem (100) gemäß Anspruch 7, wobei
- das Druckbehältersystem (100) einen Druckwandler (116) umfasst, der eingerichtet ist, den Druck von Brennstoff in der Brennstoffleitung (112, 117) zwischen dem Druckbehälter (110) und dem Brennstoff- Verbraucher (101) zu reduzieren; und
- das Entlastungsventil (231) und das Kupplungselement (121) an einem Abschnitt der Brennstoffleitung (112, 117) zwischen dem
Druckwandler (116) und dem Brennstoff- Verbraucher (101) angeordnet sind; oder
- das Entlastungsventil (231) und das Kupplungselement (121) an einem Abschnitt der Brennstoffleitung (112, 117) zwischen dem
Druckbehälter (110) und dem Druckwandler (116) angeordnet sind.
9) Druckbehältersystem (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei das Kupplungselement (121) und die Zugangs-Schnittstelleneinheit (122) in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet sind. 10) Entlastungseinheit für ein Druckbehältersystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entlastungseinheit umfasst,
- eine externe Schnittstelleneinheit (132), die ausgebildet ist, mit der Zugangs-Schnittstelleneinheit (122) des Druckbehältersystems (100) verbunden zu werden; und
- eine externe Energieversorgung (134), die eingerichtet ist, über die externe Schnittstelleneinheit (132) elektrische Energie für die Ansteuereinheit (215) des Druckbehältersystems (100) bereitzustellen, um die Sperreinheit (115) des Druckbehälters (110) des
Druckbehältersystems (100) aus dem Ruhezustand in den
Aktivzustand zu überführen.
11) Entlastungseinheit gemäß Anspruch 10, wobei die Entlastungseinheit eine Steuereinheit (202) umfasst, die eingerichtet ist, ein Steuersignal zu generieren und an der externen Schnittstelleneinheit (132) bereitzustellen, um die
Ansteuereinheit (215) zu veranlassen, die Sperreinheit (115) in den
Aktivzustand zu überführen.
12) Entlastungseinheit gemäß Anspruch 11, wobei die Steuereinheit (202)
eingerichtet ist, einen Strom für die Ansteuereinheit (215) zu modulieren, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation, um das Steuersignal zu generieren.
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