WO2019007654A1 - Verfahren zum druckentlasten von mindestens einem druckbehälter sowie druckbehältersystem - Google Patents

Verfahren zum druckentlasten von mindestens einem druckbehälter sowie druckbehältersystem Download PDF

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Simon Hettenkofer
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a method of relieving pressure from at least one pressure vessel. Further, the technology disclosed herein relates to a pressure vessel system for a motor vehicle.
  • thermal safety valves are known from the prior art. In the case of a thermal event, the thermal safety valve causes the pressure relief of the pressure vessel, so as to avoid a sudden bursting of the pressure vessel.
  • the technology disclosed herein relates to a method for relieving pressure from at least one pressure vessel of a motor vehicle.
  • the method comprises the steps:
  • a pre-crash situation is a situation in which an imminent collision of the moving motor vehicle with another stationary or moving object (for example, another
  • pre-crash systems in motor vehicles, which are able to detect a pre-crash situation.
  • attempts are either made to prevent the accident or to reduce its consequences.
  • the data of a surroundings detection system of the motor vehicle can be used.
  • the environment detection system advantageously comprises one or more of the following components: ultrasound sensor, radar sensor, lidar device, and / or camera device. Likewise, however, any other system which is set up to detect the environment of the motor vehicle can also be used. Likewise, however, any other system which is set up to detect the environment of the motor vehicle can also be used.
  • Wirelessly transmitted data can be provided, for example, by an external computing unit with respect to the motor vehicle, which evaluates the position of the motor vehicle and other objects and relates them to one another.
  • the pre-crash system can also collect data from at least one external processor for detecting a pre-crash. Process situation.
  • position data can be included by means of GPS systems or for calculation and validation.
  • the technology disclosed herein relates to a pressure vessel system for a motor vehicle (e.g., automobiles, motorcycles, utility vehicles).
  • the pressure vessel system is used for storing under
  • the pressure vessel system can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed natural gas (CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen.
  • CNG compressed natural gas
  • LNG liquefied
  • Such a pressure vessel system comprises at least one pressure vessel.
  • 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 at the aforementioned operating pressures even at temperatures well below the operating temperature of the motor vehicle.
  • the pressure relief or pressure relieving can preferably be carried out by at least one pressure relief device of the pressure vessel system.
  • the pressure relief is preferably carried out as characterized in that a pressure relief device is activated. Is it due to a pressure relief device
  • Pressure vessel system in particular reduced in at least one pressure vessel.
  • the pressure vessel may be a
  • the at least one pressure relief device is used for filling the
  • pressure relief can be useful for
  • Anodensubsystem parallel flow path can be used. I.d.R. is due to the pressure relief of the pressure vessel internal pressure
  • the pressure relief device may, for example, at least one pressure relief valve and / or at least one thermally activated
  • the thermally activated pressure relief device also called Thermal Pressure Release Device or TPRD
  • TPRD Thermal Pressure Release Device
  • Fuel off as soon as the trip temperature of the TPRDs is exceeded ( is thermally activated). It can also be provided trigger lines.
  • a system for thermal pressure relief is shown for example in DE 10 201 1 1 14725 A1 or EP 1 655 533 B1.
  • the pressure relief valve relieves the pressure vessel system, if the pressure in the pressure vessel system is at least partially above the trigger pressure of the pressure relief valve.
  • the pressure relief valve is a
  • the trigger pressure is greater than the max.
  • Operating pressure e.g. about 10% to about 20% larger than the max. Operating pressure. In particular, that is
  • Relief valve designed so that the pressure relief valve i.d.R. before too high a pressure causes the components of the pressure vessel system
  • the at least one pressure relief device may be electrically designed.
  • the pressure relief device is a normally closed valve device.
  • a solenoid may be provided in the pressure relief device, which opens the otherwise normally mechanically actuated closure mechanism of the pressure relief device. But there are others too
  • the system disclosed herein further includes at least one controller.
  • the control unit is, inter alia, set up to carry out the method steps disclosed here.
  • the controller based on provided signals, the actuators of the system at least partially and preferably fully regulate (engl, closed loop control) or control (engl, open loop control).
  • the control unit can influence at least the fuel cell system, in particular the cathode subsystem, anode subsystem and / or the cooling system of the fuel cell system.
  • the control unit can also be integrated in another control unit, for example in a higher-level control unit.
  • the control unit can interact with further control devices of the motor vehicle.
  • the controller may be configured to detect the pre-crash situation.
  • the controller may be configured to take further protective measures for the pressure vessel based on a signal indicative of a pre-crash situation.
  • the at least one control unit is set up, to which
  • Pressure relief device to send a signal, whereupon the
  • Pressure relief device initiates the pressure relief.
  • the technology disclosed herein further relates to a tank shut-off valve.
  • the Tankabsperrventil is the valve whose inlet pressure (substantially) corresponds to the tank pressure.
  • the tank shut-off valve is in particular a controllable or controllable and in particular normally closed valve.
  • OTV on-tank valve
  • the on-tank valve is the valve unit mounted directly at one end of the pressure vessel and directly fluidly connected to the interior of the pressure vessel.
  • Tankabsperrventil Type approval of hydrogen-powered motor vehicles, such Tankabsperrventil is also referred to as the first valve.
  • the pressure vessel system disclosed here can also have at least one self-sufficient energy supply, which is independent of the other energy storage device of the motor vehicle, such as the high-voltage battery.
  • a self-sufficient energy supply can be set up such that at least one control unit which has at least one control unit
  • Pressure relief device and / or the tank shut-off valve with to supply electrical energy are also take place in the case by the on-board network of the motor vehicle was damaged by the collision.
  • a value may be determined which is directly or indirectly indicative of the extent of a
  • the value can be, for example, the
  • the method disclosed herein may include the step of depressurizing the at least one pressure vessel if the determined value indicates damage to the motor vehicle and / or the pressure vessel, and if the damage is for structural
  • Component failure of at least one pressure vessel is relevant.
  • a pressure relief is thus performed if the indicative value predicts a structural component failure of the pressure vessel at least to a certain degree of probability.
  • the indicative value may be compared to a threshold or map indicative of an amount of damage relevant to structural failure of the pressure vessel (e.g., bursting).
  • a pressure relief can take place if, due to the effects of the predicted collision on the at least one pressure vessel, a pressure vessel rupture event is at least not unlikely.
  • the method disclosed here may further comprise the step of not venting the at least one pressure vessel, even in a pre-crash situation, if the determined value indicates damage or predicted, which is not relevant for a structural component failure of the at least one pressure vessel.
  • the method disclosed herein may include the step of predicting the extent of impending damage and whether or not pressure is relieved depending on the degree of damage. If the vehicle and the object meet each other only at a low speed, for example during a parking bump or in viscous traffic, then such a collision has no effect on the pressure vessel. In the motor vehicle, sufficient crumple zones are provided for this purpose, which absorb the impact energy. In such a case, a pressure relief is not required. Meanwhile, it is predicted that the vehicles inevitable with a high speed
  • the pressure relief can be started early on in order to reduce the probability of a burst event.
  • the system preferably remains in a safe state and the pressure relief is preferably not initiated.
  • the method disclosed herein may include the step of closing the tank shut-off valve if a pre-crash situation has been detected.
  • the tank shut-off valve may be closed if the determined value indicates damage that is not relevant to structural component failure of the at least one pressure vessel. Often a structural damage to the pressure vessel can be excluded even before the collision. At the same time, however, there may still be the risk that a fuel-carrying line of the anode subsystem due to a mechanical action is torn off or at least leaking. In such a case, it would be helpful if the tank stop valve is already at this time
  • Fuel quantity is reduced in the fuel-carrying lines. Thus, even less fuel could be released in a line break.
  • the technology disclosed herein further relates to at least one
  • the energy converter is set up to convert the chemical energy of the fuel into other forms of energy, for example electrical energy and / or kinetic energy.
  • the energy converter can be, for example, an internal combustion engine or a fuel cell system with at least one fuel cell.
  • the fuel cell system expediently comprises an anode subsystem, which is formed by the fuel-carrying components of the fuel cell system.
  • Anode subsystem may include at least one pressure vessel, at least one tank shut-off valve, at least one pressure reducer, at least one leading to the anode inlet of the fuel cell stack
  • Anodenzutrömungspfad an anode space in the fuel cell stack, at least one leading away from the anode outlet of the fuel cell stack recirculation flow path, at least one
  • the main task of the anode subsystem is the Introduction and distribution of fuel to the electrochemically active surfaces of the anode compartment and the removal of anode exhaust gas.
  • Pressure relief system The system can be an electronic
  • Include relief valve which can be actively opened (possibly with a separate self-sufficient power supply).
  • the existing sensors for autonomous driving for example radar, laser or camera or optical sensors
  • the distance and the speed of another road user can be detected.
  • Et al By means of the vehicle's own speed measurement as well as the impact angle and speed of the other road user, an accident event can be recorded and calculated before the accident occurs.
  • more detailed calculations can be made of available vehicle data of the road user in a digital networked traffic system
  • Predicting the impact of an accident event Predicting the impact of an accident event.
  • the safety can be improved by early pressure reduction before the collision. This can be achieved by comparatively space-saving and cost-effective additional measures, preferably, without the body and pressure tank must be mechanically reinforced, and without further fire protection materials are installed.
  • FIG. 1 is a schematic representation of one disclosed here
  • Fig. 2 is a schematic view of a flowchart of here
  • Fig. 1 shows a pressure vessel system which is connected to a fuel cell system of a motor vehicle.
  • the pressure vessel 100 may be, for example, a high-pressure gas container in which hydrogen is stored.
  • the anode inflow path 215 here connects the
  • the anode inflow path 215 here comprises a pressure reducer 212 and an ejector 234.
  • the electrochemical reaction takes place between the fuel and the oxidant 02 of the cathode subsystem.
  • the anode exhaust gas is at least partially recirculated by the recirculation conveyor 236.
  • Water is deposited in the water separator 232, which is discharged through an anode purge valve 238 into the anode purge line 239.
  • the cathode subsystem here comprises an oxidizer conveyor 410 which compresses the oxidizer before being cooled in the charge air cooler 420.
  • the cathode K of the fuel cell stack 300 can be shut off here by cathode-side stack shut-off valves 430, 440.
  • a cathode-side bypass 460 is provided here, upstream of the
  • the pressure relief device 213 is shown schematically here.
  • the pressure relief device 213 is here fluidically parallel to
  • Tankabsperrventil 21 1 provided. In other words, that's it
  • Tankabsperrventil 21 1 and the pressure relief device 213 not connected in series.
  • the inflow line opens to the
  • Pressure relief device 213 directly inside the pressure vessel 100th could also branch off upstream of the Tankabsperrventil 21 1.
  • FIG. 2 schematically shows the method disclosed here.
  • the method begins with step S100.
  • step S2 100 it is checked whether one exists. If no pre-crash situation has been detected, the routine begins again with step S100. If, however, a pre-crash situation has been detected, then this continues with the optional step S300. In step S300, it is judged whether the predicted crash is relevant to a structural failure of the at least one pressure vessel.
  • step S550 at least the tank shut-off valve 21 1 and optionally further valves of the anode subsystem can then be closed. If, however, it is determined in step S300 that the predicted collision is relevant for a structural component failure of the at least one pressure vessel, a pressure relief is initiated, for example by the pressure relief device 213 being activated.
  • the control unit can send a control signal to the designed as a valve pressure relief device 213, whereupon the valve is opened. Also in this case, it may be provided that in step S4 150, at least the tank shut-off valve 21 1 and possibly further valves of the anode subsystem are closed.
  • a feature of the technology disclosed herein is singularly defined (eg, the / a pressure vessel, the / a pressure relief device, the / Control unit, the / a valve, etc.) should be at the same time also their plurality disclosed (eg the at least one pressure vessel, the at least one pressure relief device, the at least one control unit, the at least one valve, etc.).

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Druckentlasten von mindestens einem Druckbehälter (100) sowie ein Druckbehältersystem. Das Verfahren umfasst die Schritte: i) Erfassen einer Pre-Crash-Situation; und ii) Ergreifen einer Schutzmaßnahme für den Druckbehälter (100), falls eine Pre-Crash-Situation erfasst wurde.

Description

Verfahren zum Druckentlasten von mindestens einem Druckbehälter sowie Druckbehältersystem
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Druckentlasten von mindestens einem Druckbehälter. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug.
Druckbehältersysteme für Kraftfahrzeuge als solche sind bekannt. Ferner sind thermische Sicherheitsventile (TPRDs) aus dem Stand der Technik bekannt. Im Falle von einem thermischen Ereignis bewirkt das thermische Sicherheitsventil die Druckentlastung des Druckbehälters, um somit ein schlagartiges Bersten des Druckbehälters zu vermeiden.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie,
zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die
Druckentlastung besonders sicher zu gestalten, bevorzugt ohne dass dadurch der Bauraumbedarf, Herstellungskosten und/oder Gewicht stark negativ beeinflusst werden. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte
Ausgestaltungen dar.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Druckentlasten von mindestens einem Druckbehälter eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Erfassen einer Pre-Crash-Situation; und Druckentlasten des mindestens einen Druckbehälters (100), falls eine Pre-Crash-Situation erfasst wurde.
Eine Pre-Crash-Situation ist eine Situation, in der ein bevorstehender Zusammenstoß des sich bewegenden Kraftfahrzeugs mit einem anderen ruhenden oder sich bewegenden Objekt (zum Beispiel ein anderes
Fahrzeug) prognostiziert wurde. Eine solche Pre-Crash-Situation wird beispielsweise angenommen, falls mit ausreichender Wahrscheinlichkeit ein bevorstehender Zusammenstoß vorhergesagt wird noch bevor dieser Zusammenstoß tatsächlich stattfindet. Diese Prognose findet hier also vor dem Zusammenstoß bzw. dem Kontakt zwischen Kraftfahrzeug und Objekt statt.
Grundsätzlich bekannt sind sog. Pre-Crash-Systeme in Kraftfahrzeugen, welche in der Lage sind, eine Pre-Crash-Situation zu erfassen. Mit Hilfe solcher Systeme wird versucht, den Unfall entweder zu verhindern oder dessen Folgen zu reduzieren. Hierzu können beispielsweise die Daten eines Umfelderkennungssystems des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Das
Umfelderkennungssystem umfasst dabei vorteilhaft eine oder mehrere der folgenden Komponenten: Ultraschallsensor, Radarsensor, Lidar-Vorrichtung, und/oder Kamera- Vorrichtung. Ebenso kann aber auch jedes andere System eingesetzt werden, welches eingerichtet ist, dass Umfeld des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Ebenso kann aber auch jedes andere System eingesetzt werden, welches eingerichtet ist, dass Umfeld des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Drahtlos übermittelte Daten können beispielsweise von einer mit Bezug auf das Kraftfahrzeug externe Recheneinheit bereitgestellt werden, die die Position vom Kraftfahrzeug und anderen Objekten auswertet und zueinander in Relation setzt. Auch kann das Pre-Crash-System Daten von mindestens einer externen Recheneinheit zur Erfassung einer Pre-Crash- Situation verarbeiten. Zudem können Positionsdaten mittels GPS-Systeme oder zur Berechnung und Validierung mit einbezogen werden.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter
Umgebungsbedingungen gasförmigen 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. 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 bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.
Die Druckentlastung bzw. das Druckentlasten kann bevorzugt durch mindestens eine Druckentlastungseinrichtung des Druckbehältersystems erfolgen. Die Druckentlastung erfolgt bevorzugt als dadurch, dass eine Druckentlastungseinrichtung aktiviert wird. Kommt es aufgrund einer
Fehlfunktion einer anderen Komponente und/oder durch eine äußere thermische und/oder mechanische Einwirkung (z.B. Unfall, lokale Flamme, etc.) zu einem Störfall, wird durch das Druckentlasten der Druck im
Druckbehältersystem, insbesondere im mindestens einen Druckbehälter verringert. Bei der Druckentlastung des Druckbehälters kann sich ein
Brennstoffentnahmemassenstrom einstellen, der größer (z.B. mindestens um den Faktor 1 ,5, 2, 5,10, 100 oder höher) ist als der maximale
Brennstoffentnahmemassenstrom durch den Entnahmepfad zum mindestens einen Energiewandler (i.d.R. durch ein Tankabsperrventil). Die mindestens eine Druckentlastungseinrichtung wird für die Befüllung des
Druckbehältersystems und/oder für die Entnahme von Brennstoff zur Bereitstellung von Energie im Kraftfahrzeug im Betrieb ohne Störfall i.d.R. nicht eingesetzt. Zur Druckentlastung kann zweckmäßig ein zum
Anodensubsystem paralleler Strömungspfad genutzt werden. I.d.R. wird durch die Druckentlastung der Druckbehälterinnendruck auf
Atmosphärendruck abgesenkt.
Die Druckentlastungseinrichtung kann beispielsweise mindestens ein Überdruckventil und/oder mindestens eine thermisch aktivierbare
Druckentlastungseinrichtung umfassen.
Die thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung, auch Thermal Pressure Release Device bzw. TPRD genannt, ist i.d. R. benachbart zum Druckbehälter vorgesehen. Bei Hitzeeinwirkung (z.B. durch Flammen) wird durch das TPRD der im Druckbehälter gespeicherte Brennstoff in die
Umgebung abgelassen. Die Druckentlastungseinrichtung lässt den
Brennstoff ab, sobald die Auslösetemperatur des TPRDs überschritten wird (=wird thermisch aktiviert). Es können ferner Auslöseleitungen vorgesehen sein. Ein solches System zur thermischen Druckentlastung ist beispielsweise in der DE 10 201 1 1 14725 A1 oder der EP 1 655 533 B1 gezeigt. Das Überdruckventil entlastet das Druckbehältersystem, falls der Druck im Druckbehältersystem zumindest bereichsweise oberhalb vom Auslösedruck des Überdruckventils liegt. Bevorzugt ist das Überdruckventil ein
mechanisches Ventil, welches geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Der Auslösedruck ist größer als der max. Betriebsdruck, z.B. ca. 10% bis ca. 20% größer als der max. Betriebsdruck. Insbesondere ist das
Überdruckventil so ausgelegt, dass das Überdruckventil i.d.R. auslöst, bevor ein zu hoher Druck die Komponenten des Druckbehältersystems
beschädigen könnte.
Bevorzugt kann die mindestens eine Druckentlastungseinrichtung elektrisch offenbar ausgestaltet sein. Bevorzugt ist die Druckentlastungseinrichtung eine stromlos geschlossene Ventileinrichtung. Hierzu kann beispielsweise ein Solenoid in der Druckentlastungseinrichtung vorgesehen sein, der den ansonsten in der Regel mechanisch aktuierten Verschlussmechanismus von der Druckentlastungseinrichtung öffnet. Es sind aber auch andere
Ausgestaltungen denkbar.
Das hier offenbarte System umfasst ferner mindestens ein Steuergerät. Das Steuergerät ist u.a. eingerichtet, die hier offenbarten Verfahrensschritte durchzuführen. Hierzu kann das Steuergerät basierend auf bereitgestellten Signalen die Aktuatoren des Systems zumindest teilweise und bevorzugt vollständig regeln (engl, closed loop control) oder steuern (engl, open loop control). Das Steuergerät kann zumindest das Brennstoffzellensystem beeinflussen, insbesondere das Kathodensubsystem, Anodensubsystem und/oder das Kühlsystem des Brennstoffzellensystems. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät auch in einem anderen Steuergerät mit integriert sein, z.B. in einem übergeordneten Steuergerät. Das Steuergerät kann mit weiteren Steuergeräten des Kraftfahrzeuges interagieren. Insbesondere kann das Steuergerät eingerichtet sein, die Pre-Crash- Situation zu erfassen. Ferner kann das Steuergerät eingerichtet sein, basierend auf ein Signal, welches indikativ für eine Pre-Crash-Situation ist, weitere Schutzmaßnahmen für den Druckbehälter zu ergreifen. Bevorzugt ist das mindestens eine Steuergerät eingerichtet, an die
Druckentlastungseinrichtung ein Signal zu senden, woraufhin die
Druckentlastungseinrichtung die Druckentlastung einleitet.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Tankabsperrventil (en. : shut-off valve). Das Tankabsperrventil ist das Ventil, dessen Eingangsdruck (im Wesentlichen) dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Das Tankabsperrventil ist i.d.R. in ein On-Tank-Valve (= OTV) integriert. Das On-Tank-Valve ist die direkt an einem Ende des Druckbehälters montierte und mit dem Inneren des Druckbehälters direkt fluidverbundene Ventileinheit. In der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26. April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates über die
Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen wird ein solches Tankabsperrventil auch als erstes Ventil bezeichnet.
Das hier offenbarte Druckbehältersystem kann ferner mindestens eine autarke Energieversorgung aufweisen, die unabhängig ist von der sonstigen Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise der Hochvoltbatterie. Eine solche autarke Energieversorgung kann eingerichtet sein, dass mindestens eine Steuergerät, die mindestens eine
Druckentlastungseinrichtung und/oder das Tank Absperrventil mit elektrischer Energie zu versorgen. Vorteilhaft kann somit die hier offenbarte Druckentlastung auch in dem Fall stattfinden, indem das Bordnetz des Kraftfahrzeugs durch den Zusammenstoß beschädigt wurde.
Gemäß dem hier offenbarten Verfahren kann ein Wert ermittelt werden, der direkt oder indirekt indikativ ist für das Ausmaß der durch einen
Zusammenstoß verursachten Beschädigung des Kraftfahrzeugs und oder des Druckbehälters. Der Wert kann beispielsweise die
Relativgeschwindigkeit zwischen den zukünftig zusammenstoßen Objekten berücksichtigen. Ferner kann der Wert die prognostizierte Aufprall Energie berücksichtigen.
Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach der mindestens eine Druckbehälter druckentlastet wird, falls der ermittelte Wert eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs und/oder des Druckbehälters indiziert bzw. prognostiziert, und falls die Beschädigung für ein strukturelles
Bauteilversagen des mindestens einen Druckbehälters relevant ist. Mit anderen Worten wird also eine Druckentlastung vollzogen, falls der indikative Wert ein strukturelles Bauteilversagen des Druckbehälters zumindest zu einer gewissen Wahrscheinlichkeit prognostiziert. Hierzu kann beispielsweise der indikative Wert mit einem Grenzwert oder Kennfeld verglichen werden, der indikativ ist für ein Ausmaß der Beschädigung, die für ein strukturelles Versagen des Druckbehälters (z.B. Bersten) relevant ist. Insbesondere kann eine Druckentlastung erfolgen, falls aufgrund der Auswirkungen des prognostizierten Zusammenstoßes auf den mindestens einen Druckbehälter ein Druckbehälter-Berstereignis zumindest nicht unwahrscheinlich ist.
Das hier offenbarte Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, wonach der mindestens eine Druckbehälter auch in einer Pre-Crash-Situation nicht druckentlastet wird, falls der ermittelte Wert eine Beschädigung indiziert bzw. prognostiziert, die für ein strukturelles Bauteilversagen des mindestens einen Druckbehälters nicht relevant ist. Mit anderen Worten kann das hier offenbarte Verfahren den Schritt umfassen, wonach das Ausmaß der bevorstehenden Beschädigung prognostiziert wird und wonach abhängig vom Ausmaß der Beschädigung eine Druckentlastung stattfindet, oder nicht. Treffen Fahrzeug und Objekt nur mit einer geringen Geschwindigkeit aufeinander, beispielsweise bei einem Parkrempler oder im zähflüssigen Verkehr, so hat ein solcher Zusammenstoß keinerlei Auswirkung auf den Druckbehälter. Im Kraftfahrzeug sind hierfür genügend Knautschzone vorgesehen, die die Aufprallenergie absorbieren. In einem solchen Fall ist eine Druckentlastung nicht erforderlich. Wird indessen prognostiziert, dass die Fahrzeuge mit einer hohen Geschwindigkeit unausweichlich
zusammenstoßen, so kann trotz ausgiebigen Energieabbaustrecken eine mechanische Auswirkung auf den Druckbehälter nicht immer
ausgeschlossen werden. In einem solchen Fall kann dann gemäß dem hier offenbarten Verfahren schon frühzeitig mit der Druckentlastung begonnen werden, um die Wahrscheinlichkeit von einem Berstereignis zu reduzieren. Bei einem Ausfall des Steuergerätes oder Systems verbleibt das System bevorzugt in einem sicheren Zustand und die Druckentlastung wird bevorzugt nicht eingeleitet.
Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Tankabsperrventil geschlossen wird, falls eine Pre-Crash-Situation erfasst wurde. Insbesondere kann das Tankabsperrventil geschlossen werden, falls der ermittelte Wert eine Beschädigung indiziert bzw. prognostiziert, die für ein strukturelles Bauteilversagen des mindestens einen Druckbehälters nicht relevant ist. Oftmals kann eine strukturelle Beschädigung des Druckbehälters schon vor dem Zusammenstoß ausgeschlossen werden. Gleichzeitig kann dann jedoch immer noch die Gefahr bestehen, dass eine brennstoffführende Leitung des Anodensubsystems aufgrund einer mechanischen Einwirkung abgerissen wird oder zumindest undicht wird. In einem solchen Fall wäre es hilfreich, wenn das Tankabsperrventil zu diesem Zeitpunkt bereits
geschlossen wäre. Ein unnötiges Ausströmen von Brennstoff kann somit verhindert bzw. verringert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann der mindestens eine
Energiewandler nach dem Erfassen einer Pre-Crash-Situation den Verbrauch an Brennstoff steigern, so dass bei geschlossenem Tankventil die
Brennstoffmenge in den brennstoffführenden Leitungen reduziert wird. Somit könnte bei einem Leitungsabriss noch weniger Brennstoff freigesetzt werden.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner mindestens einen
Energiewandler. Der Energiewandler ist eingerichtet, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln, beispielsweise elektrische Energie und/oder Bewegungsenergie. Der Energiewandler kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle sein. Das Brennstoffzellensystem umfasst zweckmäßig ein Anodensubsystem, das von den brennstoffführenden Bauelementen des Brennstoffzellensystems ausgebildet wird. Ein
Anodensubsystem kann mindestens einen Druckbehälter, mindestens ein Tankabsperrventil, mindestens einen Druckminderer, mindestens einen zum Anodeneinlass des Brennstoffzellenstapels führenden
Anodenzuströmungspfad, einen Anodenraum im Brennstoffzellenstapel, mindestens einen vom Anodenauslass des Brennstoffzellenstapels wegführenden Rezirkulationsströmungspfad, mindestens einen
Wasserabscheider (= AWS), mindestens ein Anodenspülventil, mindestens einen aktiven oder passiven Brennstoff-Rezirkulationsförderer sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Anodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Brennstoff an die elektrochemisch aktiven Flächen des Anodenraums und die Abfuhr von Anodenabgas.
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein
Druckentlastungssystem. Das System kann ein elektronisches
Entlastungsventil umfassen, das aktiv geöffnet werden kann (ggf. mit separater autarker Stromversorgung). In Verbindung mit der vorhanden Sensorik für autonomes Fahren (z.B. Radar-, Laser- oder Kamera- bzw. optische Sensorik) kann der Abstand und die Geschwindigkeit eines anderen Verkehrsteilnehmers erfasst werden. U.a. mittels der fahrzeugeigenen Geschwindigkeitsmessung sowie Auftreffwinkel und Geschwindigkeit des anderen Verkehrsteilnehmers kann ein Unfallereignis vor dem Eintreffen des Unfalls erfasst und berechnet werden. Alternativ oder zusätzlich können über verfügbare Fahrzeugdaten des Verkehrsteilnehmers in einem Digital vernetzten Verkehrssystem weitere detailliertere Berechnungen und
Vorhersagen der Auswirkung eines Unfallereignisses realisiert werden. Somit kann bevor der eigentliche Unfall eintritt durch Aktivierung der elektronischen Druckentlastungseinrichtung der Drucktank entlastet werden. Vorteilhaft kann die Sicherheit verbessert werden durch eine frühzeitige Druckminderung vor dem Zusammenstoß. Dies kann erzielt werden, durch vergleichsweise bauraumsparende und kostengünstige Zusatzmaßnahmen, bevorzugt, ohne dass Karosserie und Drucktank mechanisch verstärkt werden müssen, und ohne dass weitere Brandschutzmaterialien verbaut werden.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es Fig. 1 eine schematische Darstellung eines hier offenbarten
Druckbehältersystems; und
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Ablaufschemas der hier
offenbarten Technologie.
Die Fig. 1 zeigt ein Druckbehältersystem, das an ein Brennstoffzellensystem eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Der Druckbehälter 100 kann beispielsweise ein Hochdruckgasbehälter sein, in dem Wasserstoff gespeichert ist. Der Anodenzuströmungspfad 215 verbindet hier den
Druckbehälter 100 mit der Anode A des Brennstoffzellenstapels 300. Der Anodenzuströmungspfad 215 umfasst hier einen Druckminderer 212 und einen Ejektor 234. Im Brennstoffzellenstapel 300 findet die elektrochemische Reaktion zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel 02 des Kathodensubsystems statt. Nach der elektrochemischen Reaktion wird hier das Anodenabgas durch den Rezirkulationsförderer 236 zumindest teilweise rezirkuliert. Im Wasserabscheider 232 wird Wasser abgeschieden, welches durch ein Anodenspülventil 238 abgelassen wird in die Anodenspülleitung 239. Das Kathodensubsystem umfasst hier einen Oxidationsmittelförderer 410, der das Oxidationsmittel verdichtet, bevor es im Ladeluftkühler 420 gekühlt wird. Die Katode K des Brennstoffzellenstapels 300 ist hier absperrbar durch kathodenseitige Stapel-Absperrventile 430,440. Ferner ist hier ein kathodenseitiger Bypass 460 vorgesehen, der stromauf vom
Absperrventil 430 abzweigt und stromab vom Absperrventil 440 mündet.
Ferner ist hier schematisch die Druckentlastungseinrichtung 213 gezeigt. Die Druckentlastungseinrichtung 213 ist hier fluidisch parallel zum
Tankabsperrventil 21 1 vorgesehen. Mit anderen Worten sind das
Tankabsperrventil 21 1 und die Druckentlastungseinrichtung 213 nicht in Reihe geschaltet. Hier mündet die Zuströmungsleitung zur
Druckentlastungseinrichtung 213 direkt im Inneren vom Druckbehälter 100. Ebenso könnte diese Zuströmungsleitung auch stromauf vom Tankabsperrventil 21 1 abzweigen.
In der Fig. 2 ist schematisch das hier offenbarte Verfahren dargestellt. Mit dem Schritt S100 beginnt das Verfahren. Im Schritt S2 100 wird überprüft, ob eine vorliegt. Ist keine Pre-Crash-Situation detektiert worden, so beginnt die Routine wieder mit dem Schritt S100. Wurde indes eine Pre-Crash-Situation erkannt, so geht es hier weiter mit dem fakultativen Schritt S300. Im Schritt S300 wird bewertet, ob der prognostizierte Zusammenstoß relevant ist für ein strukturelles Bauteilversagen des mindestens einen Druckbehälters.
Beispielsweise könnte hierzu bewertet werden, ob ein bersten Ereignis eintreten könnte, oder nicht. Ist der prognostizierte Zusammenstoß nicht relevant für ein strukturelles Bauteilversagen des mindestens einen
Druckbehälters, so wird im Schritt S500 keine Druckentlastung durchgeführt. Bevorzugt kann dann im Schritt S550 zumindest das Tankabsperrventil 21 1 und gegebenenfalls weitere Ventile des Anodensubsystems geschlossen werden. Wird indes im Schritt S300 festgestellt, dass der prognostizierte Zusammenstoß relevant ist für ein strukturelles Bauteilversagen des mindestens einen Druckbehälters, so wird eine Druckentlastung initiiert, beispielsweise indem die Druckentlastungseinrichtung 213 aktiviert wird. Dazu kann beispielsweise das Steuergerät ein Steuersignal an die als Ventil ausgestaltete Druckentlastungseinrichtung 213 senden, woraufhin das Ventil geöffnet wird. Auch in diesem Fall kann vorgesehen sein, dass im Schritt S4 150 zumindest das Tankabsperrventil 21 1 und gegebenenfalls weitere Ventile des Anodensubsystems geschlossen werden.
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck
„mindestens ein(e)" teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter, die/eine Druckentlastungseinrichtung, das/ein Steuergerät, das/ein Ventil, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Druckentlastungseinrichtung, das mindestens eine Steuergerät, das mindestens eine Ventil, etc.).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der
Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer
Äquivalente zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Druckentlasten von mindestens einem Druckbehälter (100) eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte:
- Erfassen einer Pre-Crash-Situation; und
- Ergreifen einer Schutzmaßnahme für den Druckbehälter (100), falls eine Pre-Crash-Situation erfasst wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Ergreifen einer Schutzmaßnahme den Schritt umfasst: Druckentlasten des mindestens einen
Druckbehälters (100).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erfassen den Schritt
umfasst, wonach ein Wert ermittelt wird, der indikativ ist für das Ausmaß der durch einen Zusammenstoß verursachten Beschädigung des
Kraftfahrzeugs und/oder des Druckbehälters (100).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine Druckbehälter (100) druckentlastet wird, falls der ermittelte Wert eine Beschädigung indiziert, die für ein strukturelles Bauteilversagen des mindestens einen Druckbehälters(I OO) relevant ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der mindestens eine
Druckbehälter (100) auch in einer Pre-Crash-Situation nicht
druckentlastet wird, falls der ermittelte Wert eine Beschädigung indiziert, die für ein strukturelles Bauteilversagen des mindestens einen
Druckbehälters (100) nicht relevant ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, zusätzlich umfassend den Schritt, wonach ein Tankabsperrventil (21 1 ) geschlossen wird, falls eine Pre-Crash- Situation erfasst wurde.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Druckentlastung erfolgt, indem eine Druckentlastungseinrichtung (213) aktiviert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Druckentlastungseinrichtung (213) ein Überdruckventil oder eine thermisch aktivierbares
Druckentlastungseinrichtung ist, und wobei die
Druckentlastungseinrichtung (213) elektrisch offenbar ist.
9. Druckbehältersystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens ein Steuergerät, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, mindestens eines der hier offenbarten Verfahren durchzuführen.
10. Druckbehältersystem nach Anspruch 9, ferner umfassend mindestens ein Druckentlastungsventil (213), welches basierend auf ein Signal vom Steuergerät die Druckentlastung einleitet.
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