WO2019110515A1 - Verfahren zur erteilung einer betankungsfreigabe eines kraftfahrzeugs sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur erteilung einer betankungsfreigabe eines kraftfahrzeugs sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2019110515A1
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    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/0439—Temperature

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a method of issuing a refueling release of a motor vehicle. Further, the technology disclosed herein relates to a motor vehicle having a pressure vessel system employing the method disclosed herein.
  • Pressure tank systems as such are known. When refueling the pressure vessels, make sure that the temperature in the
  • Pressure vessel does not rise due to heat of compression to a value above a limit temperature.
  • a limit temperature can be predetermined, for example, in a standard and / or by the component design. For example, it is known from the standard SAE J2601-2014 of 15 July 2017 and its previous versions, the refueling taking into account the ambient temperature to be designed so that the temperature in the pressure vessel does not exceed the limit temperature.
  • the object is achieved by the method for issuing a refueling release disclosed here, by the method disclosed here
  • the method of issuing a refueling release disclosed herein comprises the steps of:
  • Ambient temperature value indicative of ambient temperature
  • the at least one tank temperature value may be indicative of the current temperature of the at least one pressure vessel.
  • the temperature of the pressure vessel can be detected directly or indirectly by different methods.
  • temperature sensors may be provided on the pressure vessel wall for this purpose.
  • the tank temperature value may be indicative of the current temperature of
  • Fuel stored in the pressure vessel Methods are known in the art for determining the temperature of the fuel in the pressure vessel to determine.
  • at least one temperature sensor can be installed in the interior of the pressure vessel.
  • the tank temperature value may be indicative of a maximum temperature or averaged average temperature. Likewise, the
  • Tank temperature value can also be approximated from other physical quantities.
  • the method disclosed herein further includes the step of having a
  • Ambient temperature value is detected directly or indirectly.
  • Ambient temperature value is indicative of the ambient temperature in the vehicle environment.
  • the ambient temperature value can be detected via an ambient temperature sensor of the motor vehicle.
  • the ambient temperature value can be provided to the vehicle by telemetric means.
  • the temperature difference value is indicative of the actual difference between the tank temperature value and the ambient temperature value.
  • the motor vehicle detects both the temperature of the fuel or of the pressure vessel so also the ambient temperature for determining the temperature difference value.
  • the ambient temperature is subtracted from the detected temperature of the fuel or of the pressure vessel.
  • the temperature difference limit is expediently chosen so that when refueling taking into account the ambient temperature value of maximum permissible tank temperature value is not reached.
  • the maximum permissible tank temperature value may be, for example, a value which is indicative of the maximum permissible temperature which the pressure vessel or the fuel may have, in particular during refueling.
  • the maximum allowable temperature may be a maximum allowable temperature of 85 ° C.
  • the temperature difference limit value can be indicative, for example, of a maximum temperature difference between the fuel or pressure vessel and the environment of a maximum of 20 ° C. or a maximum of 10 ° C.
  • the temperature difference limit value is constant. In another embodiment, the temperature difference limit varies with the ambient temperature. In particular, a first
  • Temperature difference limit to be associated with a first ambient temperature and a second temperature difference limit may be associated with a second ambient temperature, wherein the first
  • Ambient temperature is less than the second ambient temperature, and wherein the first temperature difference limit value is greater than the second temperature difference limit value. For example, at a
  • the method disclosed herein may include the step of releasing a fuel door.
  • the fuel filler flap is in the
  • Body outer skin provided so that it covers a filler neck of the pressure vessel system of the motor vehicle. Not in one When the fuel filler flap has been released, the fuel filler flap closes the filler neck so that the filler neck is not accessible for refueling. In the non-released state, the fuel filler flap is usually flush with the surrounding body shell. If not released, the fuel filler flap can not be opened. Instead, this requires a tank flap release from the motor vehicle or from the at least one control unit of the motor vehicle. In general, the fuel filler flap is only released for refueling of the pressure vessel system and is not released in all other operating states of the motor vehicle (eg during the ferry operation of the motor vehicle or in the parked state).
  • the temperature difference limit is a value that is indicative of the maximum temperature increase of the pressure vessel relative to the ambient temperature.
  • Temperature difference may for example result from the fact that the pressure vessel was previously refueled with comparatively warm fuel and the time to follow-up refilling was not sufficient for complete cooling.
  • the method disclosed here may further comprise the step, after which refueling of the motor vehicle is only granted after refueling, if the fuel filler flap has been closed again after refueling. In other words, therefore, the motor vehicle can only be started again after the fuel filler flap has been closed again.
  • it can be provided that by closing the tank flap the
  • Tank flap is returned to the non-released state. This procedural step ensures that in a subsequent (Sequence) refueling again the procedure disclosed here for issuing the refueling release must be passed. If a vehicle user undertakes a second refueling at another filling station of the filling station directly after a first refueling at a filling station of a filling station, the refueling flap of the motor vehicle must first be re-parked
  • the motor vehicle Before starting the second refueling at the other pump, the motor vehicle again passes through the method disclosed here for issuing refueling approval. Has now the pressure vessel heated excessively by the first refueling, so does the
  • the method disclosed herein may include the step of having a
  • the method disclosed here can furthermore detect the temperature difference value. This is particularly useful if after the not granted
  • Temperature difference limit the motor vehicle can be refueled. According to the method disclosed here, provision can be made for the driver to receive an indication that refueling is possible again.
  • the technology disclosed here concerns, as it were, a method for
  • the method comprises the steps:
  • Ambient temperature is known to those skilled in the art and is disclosed, for example, in the standard SAE J2601-2014 of 15 July 2017. With the technology disclosed here, it can be ensured that a pressure vessel is not subjected to excessive thermal stress by two successive refueling operations.
  • the technology disclosed herein further relates to a motor vehicle (e.g.
  • Passenger cars, motorcycles, utility vehicles arranged to perform at least one of the methods disclosed herein.
  • the motor vehicle includes a pressure vessel system.
  • Pressure tank 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
  • Pressure vessel system comprises at least one pressure vessel
  • Pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel or a Flochtikgas operably.
  • Flochtikgas employer are formed, at Ambient temperatures fuel permanently at a nominal
  • 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 motor vehicle disclosed here further comprises at least one control unit.
  • the control unit is u.a. set up to perform the process steps disclosed herein.
  • the control unit can regulate the actuators of the system based on provided signals (for example temperature measured values) at least partially and preferably completely (English closed loop control) or control (English open loop control).
  • the controller may affect at least the fuel filler flap.
  • the control unit may also be integrated in another control unit, e.g. 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 tank temperature value and the ambient temperature value and determine the temperature difference value. Furthermore, the control unit can be set up to release the at least one tank flap, wherein the control unit only releases the tank flap from the motor vehicle for refueling if the temperature difference value is smaller than the temperature difference limit value.
  • the technology disclosed herein relates to a method of refueling a pressure vessel system and a suitably configured pressure vessel system.
  • Refueling stop valve be provided in the vehicle, which is the beginning refueling from the beginning prevented or refueling on the vehicle side, if the temperature of the fuel
  • Fig. 1 is a schematic flow diagram of the disclosed here
  • Fig. 2 shows schematically the heating of the pressure vessel in
  • FIG. 3 shows schematically the time profile of the fuel temperature TF during refueling at a gas pump
  • FIG. and Fig. 4 shows schematically the time course of the fuel temperature TF during refueling at two dispensers.
  • step S200 it is checked whether a refueling request is present.
  • a refueling request may be the driver of the motor vehicle
  • step S200 If the controller does not detect any in step S200
  • step S300 If, however, a refueling request is present, it is determined in step S300 whether the current temperature difference value TDist is smaller than the one
  • Temperature difference limit TDgrenz the tank flap is not released.
  • a corresponding hint can then be output to the driver.
  • the driver can then drive the at least partially refueled motor vehicle, whereby the temperature of the fuel or the pressure vessel is reduced.
  • Refueling stop pressure pbl is stopped, so the fuel in the pressure vessel has heated by this partial refueling to the temperature Tbl. If the refueling now continued, the pressure vessel is usually not completely cooled. In the example shown here, the driver wants to initiate a second refueling at a time when the
  • Pressure vessel a pressure vessel internal pressure pb2 and the fuel one
  • Pressure vessel set a temperature Tb3, which is well above the maximum allowable tank temperature TG. Such refueling would lead to unacceptable overheating of the pressure vessel.
  • FIG. 3 schematically shows the time course of the
  • Fuel temperature during the first full refueling without refueling stop at a pump (e.g., solid line in Fig. 2).
  • the fuel at a temperature TFW flows into the pressure vessel, which is significantly higher than the temperature TFC of the
  • Gas station provided fuel lies. This is because the filling station-side and vehicle-side supply lines to the at least one pressure vessel are generally not cooled. Thus, the gas station side Fuel tempered on a temperature TFC on the way to
  • At least partially heated pressure vessel Gradually they cool
  • Refueling pressure p e is reached. Due to the heated supply lines an additional amount of heat is introduced into the pressure vessel, which is represented in Figure 3 by the hatched area.
  • FIG. 4 schematically shows the time course of the
  • Fuel It is thus introduced an additional amount of heat compared to the ideal cold refueling, which is shown here by the hatched area.
  • the pressure Pbl and the temperature Tbl can be set in the pressure vessel.
  • the temperature difference value is determined at time tb2, e.g. by the difference between the tank temperature Tb2 at time tb2 and the
  • Temperature difference greater than the temperature difference limit TDgrenz which may be here, for example, 10 ° C. Consequently, the second refueling would be inhibited here and issued a corresponding note to the driver.
  • the driver can continue to use the fuel from the first refueling the motor vehicle, whereby the pressure tank cools down. The motor vehicle then determines here while driving the continue
  • Temperature difference value TD ist As soon as the temperature difference value is smaller than the temperature difference limit value TDgrenz, a corresponding

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Erteilung einer Betankungsfreigabe eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte: i) Erfassen eines Tanktemperaturwertes Tist, der indikativ ist für die aktuelle Temperatur von mindestens einen Druckbehälter des Kraftfahrzeugs und/oder vom im mindestens einen Druckbehälter gespeicherten Brennstoff; ii) Bestimmen eines Temperaturdifferenzwertes TDist, der indikativ ist für die aktuelle Differenz zwischen dem Tanktemperaturwert Tist und einem Umgebungstemperaturwert, der indikativ für die Umgebungstemperatur ist; und iii) Freigeben einer Tankklappe, wobei die Tankklappe vom Kraftfahrzeug zur Betankung nur freigegeben wird, falls der Temperaturdifferenzwert TDist kleiner ist als ein Temperaturdifferenzgrenzwert TDgrenz. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Kraftfahrzeug mit einem Druckbehältersystem.

Description

Verfahren zur Erteilung einer Betankungsfreigabe eines Kraftfahrzeugs sowie Kraftfahrzeug
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Erteilung einer Betankungsfreigabe eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Kraftfahrzeug mit einem Druckbehältersystem, dass das hier offenbarte Verfahren einsetzt.
Druckbehältersysteme als solche sind bekannt. Bei der Betankung der Druckbehälter ist darauf zu achten, dass die Temperatur in dem
Druckbehälter aufgrund von Kompressionswärme nicht ansteigt auf einen Wert oberhalb von einer Grenztemperatur. Eine solche Grenztemperatur kann beispielsweise in einem Standard und/oder durch die Bauteilauslegung vorgegeben sein. Beispielsweise ist aus dem Standard SAE J2601 -2014 vom 15. Juli 2017 sowie dessen vorherigen Versionen bekannt, die Betankung unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur so zu gestalten, dass die Temperatur im Druckbehälter die Grenztemperatur nicht übersteigt.
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 Betankung von solchen Druckbehältersystemen unabhängig von der Tankstelle und/oder dem Druckbehälterzustand noch sicherer zu gestalten. 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 Aufgabe wird gelöst durch das hier offenbarte Verfahren zur Erteilung einer Betankungsfreigabe, durch das hier offenbarte Verfahren zur
Betankung sowie das hier offenbarte Kraftfahrzeug.
Das hier offenbarte Verfahren zur Erteilung einer Betankungsfreigabe umfasst die Schritte:
- Erfassen eines Tanktemperaturwertes, der indikativ ist für die aktuelle Temperatur vom mindestens einen Druckbehälter des Kraftfahrzeugs und/oder vom im mindestens einen Druckbehälter gespeicherten
Brennstoff;
- Bestimmen eines Temperaturdifferenzwertes, der indikativ ist für die
aktuelle Differenz zwischen dem Tanktemperaturwert und einem
Umgebungstemperaturwert, der indikativ für die Umgebungstemperatur ist; und
- Freigeben einer Tankklappe, wobei die Tankklappe vom Kraftfahrzeug zur Betankung nur freigegeben wird, falls der Temperaturdifferenzwert kleiner ist als ein Temperaturdifferenzgrenzwert.
Der mindestens eine Tanktemperaturwert kann indikativ sein für die aktuelle Temperatur vom mindestens einen Druckbehälter. Die Temperatur vom Druckbehälter kann durch unterschiedliche Verfahren direkt oder indirekt erfasst werden. Beispielsweise können hierzu Temperatursensoren an der Druckbehälterwand vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Tanktemperaturwert indikativ sein für die aktuelle Temperatur vom
Brennstoff, der im Druckbehälter gespeichert ist. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, um die Temperatur vom Brennstoff im Druckbehälter zu bestimmen. Beispielsweise kann im Inneren des Druckbehälters mindestens ein Temperatursensor verbaut sein.
Der Tanktemperaturwert kann indikativ sein für eine maximale Temperatur oder eine gemittelte Durchschnittstemperatur. Gleichsam könnte der
Tanktemperaturwert auch aus anderen physikalischen Größen approximiert werden.
Das hier offenbarte Verfahren umfasst ferner den Schritt, wonach ein
Umgebungstemperaturwert direkt oder indirekt erfasst wird. Der
Umgebungstemperaturwert ist indikativ für die Umgebungstemperatur in der Fahrzeugumgebung. Beispielsweise kann der Umgebungstemperaturwert über einen Umgebungstemperatursensor des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann auf telemetrischem Wege dem Fahrzeug der Umgebungstemperaturwert bereitgestellt werden.
Der Temperaturdifferenzwert ist indikativ für die aktuelle Differenz zwischen dem Tanktemperaturwert und dem Umgebungstemperaturwert. In einer bevorzugten Ausgestaltung erfasst das Kraftfahrzeug zur Bestimmung vom Temperaturdifferenzwert sowohl die Temperatur vom Brennstoff bzw. vom Druckbehälter also auch die Umgebungstemperatur. Bevorzugt ist beim hier offenbarten Verfahren vorgesehen, dass die Umgebungstemperatur von der erfassten Temperatur vom Brennstoff bzw. vom Druckbehälter abgezogen wird.
Der Temperaturdifferenzgrenzwert ist zweckmäßig so gewählt, dass bei einer Betankung unter Berücksichtigung des Umgebungstemperaturwertes der maximal zulässige Tanktemperaturwert nicht erreicht wird. Der maximal zulässige Tanktemperaturwert kann beispielsweise ein Wert sein, der indikativ ist für die maximal zulässige Temperatur, die der Druckbehälter bzw. der Brennstoff insbesondere während der Betankung aufweisen darf. Beispielsweise kann die maximal zulässige Temperatur eine maximal zulässige Temperatur von 85 °C sein. Der Temperaturdifferenzgrenzwert kann beispielsweise indikativ sein für eine maximale Temperaturdifferenz zwischen Brennstoff bzw. Druckbehälter und Umgebung von maximal 20 °C oder von maximal 10°C.
In einer Ausgestaltung ist der Temperaturdifferenzgrenzwert konstant. In einer anderen Ausgestaltung variiert der Temperaturdifferenzgrenzwert mit der Umgebungstemperatur. Insbesondere kann ein erster
Temperaturdifferenzgrenzwert einer ersten Umgebungstemperatur zugeordnet sein und ein zweiter Temperaturdifferenzgrenzwert kann einer zweiten Umgebungstemperatur zugeordnet sein, wobei die erste
Umgebungstemperatur geringer ist als die zweite Umgebungstemperatur, und wobei der erste Temperaturdifferenzgrenzwert größer ist als der zweite Temperaturdifferenzgrenzwert. Beispielsweise kann bei einer
Umgebungstemperatur von -30 °C und einer Tanktemperatur von -5°C die resultierende Temperaturdifferenz von 25 °C noch akzeptable sein, um durch die Betankung den Druckbehälter nicht unzulässig zu erhitzen, wohingegen dieselbe Temperaturdifferenz von 25 °C bei einer Umgebungstemperatur von +30 °C und einer Tanktemperatur von 55 °C kritisch sein könnte.
Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach eine Tankklappe freigegeben wird. Die Tankklappe ist dabei in der
Karosserieaußenhaut derart vorgesehen, dass sie einen Einfüllstutzen des Druckbehältersystems des Kraftfahrzeugs bedeckt. In einem nicht freigegebenen Zustand der Tankklappe verschließt die Tankklappe den Einfüllstutzen, so dass der Einfüllstutzen nicht für eine Betankung zugänglich ist. Im nicht freigegebenen Zustand verläuft die Tankklappe in der Regel bündig zur umgebenden Karosserieaußenhaut. Im nicht frei gegebenen Zustand lässt sich die Tankklappe nicht öffnen. Hierzu bedarf es vielmehr eine Tankklappe-Freigabe vom Kraftfahrzeug bzw. vom mindestens einen Steuergerät des Kraftfahrzeugs. In der Regel wird die Tankklappe nur zur Betankung des Druckbehältersystems freigegeben und ist in allen anderen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs (z.B. während des Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs oder im geparkten Zustand) nicht freigegeben.
Die Tankklappe vom Kraftfahrzeug zur Betankung wird dabei nur
freigegeben, falls der Temperaturdifferenzwert kleiner ist als ein
Temperaturdifferenzgrenzwert. Der Temperaturdifferenzgrenzwert ist dabei ein Wert, der indikativ ist für die maximale Temperaturüberhöhung des Druckbehälters gegenüber der Umgebungstemperatur. Eine solche
Temperaturdifferenz kann sich beispielsweise dadurch ergeben, dass der Druckbehälter zuvor mit vergleichsweise warmen Brennstoff betankt wurde und die Zeit bis zur Folgebetankung nicht zum vollständigen Auskühlen ausreichte.
Das hier offenbarte Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, wonach nach erfolgter Betankung eine Fahrbereitschaft des Kraftfahrzeuges nur erteilt wird, falls die Tankklappe nach der Betankung wieder geschlossen wurde. Mit anderen Worten kann also das Kraftfahrzeug erst wieder gestartet werden, nachdem die Tankklappe wieder geschlossen wurde. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass durch das Schließen der Tankklappe die
Tankklappe wieder in den nicht freigegebenen Zustand überführt wird. Dieser Verfahrensschritt stellt sicher, dass bei einer anschließenden (Folge)Betankung wieder das hier offenbarte Verfahren zur Erteilung der Betankungsfreigabe durchlaufen werden muss. Sofern ein Fahrzeugnutzer direkt nach einer ersten Betankung an einer Zapfsäule einer Tankstelle eine zweite Betankung an einer anderen Zapfsäule der Tankstelle vornimmt, so muss zum Umparken des Kraftfahrzeugs zunächst die Tankklappe
geschlossen werden. Vor Beginn der zweiten Betankung an der anderen Zapfsäule durchläuft das Kraftfahrzeug erneut das hier offenbarte Verfahren zur Erteilung der Betankungsfreigabe. Hat sich nun der Druckbehälter durch die erste Betankung unzulässig stark erwärmt, so steigt der
Temperaturdifferenzwert auf einen Wert oberhalb vom
Temperaturdifferenzgrenzwert an. Folglich wird die Tankklappe nicht freigegeben und die zweite Betankung an der anderen Zapfsäule wird verhindert.
Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach ein
Hinweis ausgegeben wird, falls der Temperaturdifferenzwert wieder kleiner ist als der Temperaturdifferenzgrenzwert. Wird also eine Betankungsfreigabe nicht erteilt, ist also zu einem ersten Zeitpunkt der Temperaturdifferenzwert nicht kleiner als ein Temperaturdifferenzgrenzwert, so kann das hier offenbarte Verfahren weiterhin den Temperaturdifferenzwert erfassen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn nach der nicht erteilten
Betankungsfreigabe weiterhin Brennstoff aus dem Druckbehälter entnommen wird und somit sich der Druckbehälter vergleichsweise schnell abkühlt. Sinkt nun zu einem zweiten Zeitpunkt, der zeitlich hinter dem ersten Zeitpunkt liegt, der Temperaturdifferenzwert auf einen Wert, der kleiner ist als der
Temperaturdifferenzgrenzwert, so kann das Kraftfahrzeug wieder betankt werden. Gemäß dem hier offenbarten Verfahren kann vorgesehen sein, dass dem Fahrer ein Hinweis ausgegeben wird, dass eine Betankung wieder möglich ist. Die hier offenbarte Technologie betrifft gleichsam ein Verfahren zur
Betankung eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Freigeben einer Tankklappe durch eines der hier offenbarten
Verfahren; und
Betanken des Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung des
Umgebungstemperaturwertes.
Die Betankung eines Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung der
Umgebungstemperatur ist dem Fachmann geläufig und ist beispielsweise in dem Standard SAE J2601 -2014 vom 15. Juli 2017 offenbart. Mit der hier offenbarten Technologie kann sichergestellt werden, dass ein Druckbehälter durch zwei aufeinanderfolgende Betankungen nicht unerlaubt stark thermisch beansprucht wird.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug (z.B.
Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge), das eingerichtet ist, zumindest eines der hier offenbarten Verfahren durchzuführen.
Das Kraftfahrzeug umfasst ein Druckbehältersystem. 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,
insbesondere einen composite overwrapped pressure vessel. Der
Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Flochdruckgasbehälter sein. Flochdruckgasbehälter sind ausgebildet, 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.
Das hier offenbarte Kraftfahrzeug umfasst ferner mindestens ein Steuergerät. Das Steuergerät ist u.a. eingerichtet, die hier offenbarten Verfahrensschritte durchzuführen. Hierzu kann das Steuergerät basierend auf bereitgestellten Signalen (z.B. Temperaturmesswerten) die Aktuatoren des Systems zumindest teilweise und bevorzugt vollständig regeln (engl closed loop control) oder steuern (engl open loop control). Das Steuergerät kann zumindest die Tankklappe beeinflussen. 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.
Das Steuergerät kann eingerichtet sein, den Tanktemperaturwert und den Umgebungstemperaturwert zu erfassen und den Temperaturdifferenzwert zu bestimmen. Ferner kann das Steuergerät eingerichtet sein, die mindestens eine Tankklappe freizugeben, wobei das Steuergerät die Tankklappe vom Kraftfahrzeug zur Betankung nur freigibt, falls der Temperaturdifferenzwert kleiner ist als der Temperaturdifferenzgrenzwert. Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zur Betankung eines Druckbehältersystems und ein entsprechend eingerichtetes Druckbehältersystem.
In der kurzen Zeit der Betankung (Dauer: i.d.R. wenige Minuten) steigt die Temperatur im Druckbehältersystem vor allem wegen der
Kompressionswärme. Wenn das Fahrzeug anschließend geparkt wird, dauert es relativ lange (i.d.R. mehrere Stunden) bis der Druckbehälter auskühlt, da der Druckbehälter durch die faserverstärkte Schicht relativ gut isoliert ist. Wenn das Fahrzeug stattdessen gefahren wird, kühlt sich der Druckbehälter wegen der Expansionskälte relativ schnell wieder ab. Um mit einfachen Mitteln eine Überhitzung des Druckbehälters durch Betankung eines zu warmen Behälters zu vermeiden, soll eine Betankung solange sicher verhindert werden, wie die Temperatur im Druckbehälter um mehr als ein Grenzbetrag, z.B. 10°C, größer ist als die Temperatur der Umgebungsluft. Anderenfalls kann die Betankung zugelassen werden. Somit wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass die Betankung basierend auf der
Umgebungstemperatur nicht zu einer Überhitzung des Druckbehälters führt.
Bei heutigen Tankstellen sind Betankungsabbrüche während einer
Betankung möglich, so dass ein Druckbehältersystem z.B. erst nach dem dritten Betankungsversuch vollgefüllt ist. Unmittelbare Folgebetankungen nach Betankungsabbrüchen können vorteilhaft weiterhin möglich sein. Hierzu kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Verhinderung der Folgebetankung erst aktiviert wird, wenn die Tankklappe geschlossen wurde und der Kunde mit dem Fahrzeug wieder wegfährt, also die Betriebsbereitschaft des
Fahrzeugs wieder vorliegt. Dies erkennt das Steuergerät in einer
Ausgestaltung durch den Betriebsmodus„Entnahme“, der dafür vorliegen muss. In einer Ausgestaltung kann auch mindestens ein
Betankungsabbruchventil im Fahrzeug vorgesehen sein, welches den Beginn einer Betankung von Anfang an verhindert oder aber eine Betankung fahrzeugseitig abbricht, falls die Temperatur vom Brennstoff einen
Brennstofftemperaturgrenzwert übersteigt. In diesem Fall könnte vorgesehen sein, nicht die Öffnung der Tankklappe zu verhindern, sondern das
Betankungsabbruchventil zu aktivieren und aktiviert zu halten, bis das Kriterium Temperaturdifferenz die Folgebetankung erlaubt.
Vorteilhaft wird eine Betankung verhindert, die zu hohe Temperaturen im Druckbehältersystem erzeugen könnte. Wenn das Druckbehältersystem wieder abgekühlt ist, wird sowohl eine vorgekühlte als auch eine
umgebungswarme Betankung wieder erlaubt. Wiederholte Betankungen an einer Tankstelle aufgrund von Betankungsabbrüchen können vorteilhaft ohne Einschränkungen zugelassen werden. Die hier offenbarte Technologie lässt sich ohne zusätzliche Komponenten oder nur mit wenigen zusätzlichen Komponenten realisieren. Diese Funktion lässt sich also vergleichsweise günstig, bauraum- und/oder gewichtsneutral realisieren. Die hier offenbarte Lösung regelt einen in der Praxis selten eintretenden Fall, ohne dass
Einbußen für die normale Betankung entstehen.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm der hier offenbarten
Technologie;
Fig. 2 schematisch die Erwärmung des Druckbehälters in
Abhängigkeit vom Druckbehälterinnendruck;
Fig. 3 schematisch den zeitlichen Verlauf der Brennstofftemperatur TF während der Betankung an einer Zapfsäule; und Fig. 4 schematisch den zeitlichen Verlauf der Brennstofftemperatur TF während der Betankung an zwei Zapfsäulen.
Mit dem Schritt S100 der Figur 1 beginnt das hier offenbarte Verfahren. Im Schritt S200 wird überprüft, ob eine Betankungsanforderung vorhanden ist. Eine Betankungsanforderung kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs
beispielsweise dadurch signalisieren, dass er einen Betankungsschalter betätigt. Eine solche Betankungsanforderung könnte aber auch anders signalisiert werden. Erfasst das Steuergerät im Schritt S200 keine
Betankungsanforderung, so wird das Verfahren erneut mit Schritt S100 begonnen. Liegt indes ein Betankungswunsch vor, so wird im Schritt S300 bestimmt, ob der aktuelle Temperaturdifferenzwert TDist kleiner ist als der
Temperaturdifferenzgrenzwert TDgrenz. Ist dies der Fall, so wird im Schritt
S400 die Tankklappe freigegeben. Somit lässt sich die Tankklappe öffnen und die Betankung des Druckbehältersystems kann ausgeführt werden. Ist indes der aktuelle Temperaturdifferenzwert TDist nicht kleiner als der
Temperaturdifferenzgrenzwert TDgrenz, so wird die Tankklappe nicht freigegeben. Bevorzugt kann dann ein entsprechender Hinweis an den Fahrer ausgegeben werden. Der Fahrer kann dann das zumindest teilweise betankte Kraftfahrzeug fahren, wodurch sich die Temperatur vom Brennstoff bzw. vom Druckbehälter reduziert.
In der Figur 2 ist die Temperatur im Druckbehälter über den
Druckbehälterinnendruck aufgetragen. Als durchgängige Linie ist hier eine erste Betankung gezeigt, die bei einem Ausgangstankdruck paO und einer Ausgangstemperatur TaO beginnt und hier beendet wird, wenn der Betankungsenddruck pe erreicht ist. Durch diese erste vollständige
Betankung ohne Betankungsabbruch erwärmt sich der Brennstoff auf die Temperatur Tal .
Wird nun angenommen, dass diese erste Betankung bei einem
Betankungsabbruchdruck pbl abgebrochen wird, so hat sich der Brennstoff im Druckbehälter durch diese Teilbetankung auf die Temperatur Tbl erwärmt. Würde die Betankung nun fortgesetzt, so ist der Druckbehälter in der Regel nicht vollständig abgekühlt. In dem hier gezeigten Beispiel möchte der Fahrer eine zweite Betankung zu einem Zeitpunkt initiieren, in dem der
Druckbehälter einen Druckbehälterinnendruck pb2 und der Brennstoff eine
Brennstofftemperatur Tb2 aufweist. Würde nun der Druckbehälter bis zum
Betankungsenddruck pe betankt, so würde sich im Inneren des
Druckbehälters eine Temperatur Tb3 einstellen, die deutlich über die maximal zulässige Tanktemperatur TG liegt. Eine solche Betankung würde zu einer unzulässigen Überhitzung des Druckbehälters führen.
Die Figur 3 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der
Brennstofftemperatur während der ersten vollständigen Betankung ohne Betankungsabbruch an einer Zapfsäule (z.B. durchgezogene Linie in Fig. 2).
Zu Beginn der Betankung strömt der Brennstoff mit einer Temperatur TFW in den Druckbehälter ein, die deutlich über der Temperatur TFC des von der
Tankstelle bereitgestellten Brennstoffs liegt. Dies liegt daran, dass die tankstellenseitigen und fahrzeugseitigen Zuleitungen zum mindestens einen Druckbehälter in der Regel nicht gekühlt sind. Somit wird der tankstellenseitig auf eine Temperatur TFC temperierte Brennstoff auf dem Weg zum
Druckbehälter zumindest teilweise erwärmt. Allmählich kühlen diese
Zuleitungen während der Betankung ab. Somit verringert sich die Temperatur TF des einströmenden Brennstoffs allmählich bis die Temperatur TF im
Wesentlichen der Temperatur TFC des Brennstoffs der Tankstelle entspricht.
Zum Zeitpunkt tal wird hier die erste Betankung abgeschlossen, sobald der
Betankungsenddruck pe erreicht ist. Durch die aufgewärmten Zuleitungen wird eine zusätzliche Wärmemenge in den Druckbehälter eingebracht, die in der Figur 3 durch die schraffierte Fläche repräsentiert wird.
Die Figur 4 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der
Brennstofftemperatur TF während zweier aufeinanderfolgenden
Betankungen, die an zwei unterschiedlichen Zapfsäulen erfolgen. Die erste Betankung an der ersten Zapfsäule beginnt wieder zum Zeitpunkt taO. Bis zum Zeitpunkt ta0‘ wird der Brennstoff mit einer Temperatur TF eingebracht, die höher ist als die Temperatur TFC des tankstellenseitig temperierten
Brennstoffs. Es wird somit eine zusätzliche Wärmemenge im Vergleich zur ideal kalten Betankung eingebracht, die hier durch die schraffierte Fläche dargestellt ist. Zum Zeitpunkt tbl wird die Betankung unterbrochen. Dabei kann sich im Druckbehälter beispielsweise der Druck Pbl und die Temperatur Tbl (vgl. Fig. 2) einstellen.
Falls nun die Betankung an einer anderen Zapfsäule fortgesetzt würde, so müsste wiederum diese Zuleitung der anderen Zapfsäule und zumindest teilweise die Zuleitung vom Druckbehälter abgekühlt werden. Mit Beginn der zweiten Betankung ab dem Zeitpunkt tb2 würde also eine weitere,
zusätzliche Wärmemenge eingebracht (zweite schraffierte Fläche), die bei einer einzigen vollständigen Betankung ohne Unterbrechung (vgl. Fig. 3) nicht eingebracht würde. Falls nun wiederum bis zum Betankungsenddruck pe betankt würde, so würde sich aufgrund der zweiten zusätzlichen
Wärmemenge eine zu hohe Brennstofftemperatur (z.B. Tb3 in Fig. 2) im Druckbehälter ergeben. Gemäß der hier offenbarten Technologie wird zum Zeitpunkt tb2 der Temperaturdifferenzwert bestimmt, z.B. indem die Differenz zwischen der Tanktemperatur Tb2 zum Zeitpunkt tb2 und der
Umgebungstemperatur ermittelt wird. Vorliegend ist diese
Temperaturdifferenz größer als der Temperaturdifferenzgrenzwert TDgrenz, der hier beispielsweise 10°C betragen kann. Folglich würde hier die zweite Betankung unterbunden und ein entsprechender Hinweis an den Fahrer ausgegeben. Der Fahrer kann mit dem Brennstoff aus der ersten Betankung das Kraftfahrzeug weiter nutzen, wodurch sich der Drucktank abkühlt. Das Kraftfahrzeug ermittelt dann hier während der Fahrt weiterhin den
Temperaturdifferenzwert TDist. Sobald der Temperaturdifferenzwert kleiner ist als der Temperaturdifferenzgrenzwert TDgrenz, wird ein entsprechender
Hinweis ausgegeben. Gleichsam kann dies prädiktiv erfolgen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug bzw. die Steuerung bestimmt, ob der Temperaturdifferenzwert kleiner sein wird als der
Temperaturdifferenzgrenzwert TDgrenz falls eine Tankstelle in der
Fahrzeugumgebung angefahren wird. 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

Ansprüche
1. Verfahren zur Erteilung einer Betankungsfreigabe eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte:
- Erfassen eines Tanktemperaturwertes (T ist), der indikativ ist für die aktuelle Temperatur von mindestens einem Druckbehälter des
Kraftfahrzeugs und/oder vom im mindestens einen Druckbehälter gespeicherten Brennstoff;
- Bestimmen eines Temperaturdifferenzwertes (TDist), der indikativ ist für die aktuelle Differenz zwischen dem Tanktemperaturwert (T ist) und einem Umgebungstemperaturwert, der indikativ für die
Umgebungstemperatur ist; und
- Freigeben einer Tankklappe, wobei die Tankklappe vom Kraftfahrzeug zur Betankung nur freigegeben wird, falls der Temperaturdifferenzwert
(TDist) kleiner ist als ein Temperaturdifferenzgrenzwert (TDgrenz).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Temperaturdifferenzgrenzwert (TDgrenz) so gewählt ist, dass bei einer Betankung unter
Berücksichtigung des Umgebungstemperaturwertes der maximal zulässige Tanktemperaturwert (TG) nicht erreicht wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Temperaturdifferenzgrenzwert (TDgrenz) indikativ ist für eine maximale Temperaturdifferenz von maximal 20 °C oder von maximal 10°C.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend den Schritt, wonach ein Hinweis ausgegeben wird, falls der
Temperaturdifferenzwert (TDist) nicht kleiner ist als der T emperaturdifferenzgrenzwert (TDgrenz).
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Temperaturdifferenzgrenzwert (TDgrenz) mit der Umgebungstemperatur variiert.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend den Schritt, wonach ein Hinweis ausgegeben wird, falls der
Temperaturdifferenzwert (TDist) wieder kleiner ist als der T emperaturdifferenzgrenzwert (TDgrenz).
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach erfolgter Betankung eine Fahrbereitschaft des Kraftfahrzeuges nur erteilt wird, falls die Tankklappe nach der Betankung wieder in den nicht
freigegebenen Zustand überführt wurde.
8. Verfahren zur Betankung eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte:
- Freigeben einer Tankklappe durch Erteilung einer Betankungsfreigabe nach einem der vorherigen Ansprüche; und
- Betanken des Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung des
Umgebungstemperaturwertes.
9. Kraftfahrzeug mit einem Druckbehältersystem, umfassend:
- mindestens einen Druckbehälter; - mindestens eine Tankklappe; und
- mindestens ein Steuergerät: wobei das Steuergerät eingerichtet ist, einen Tanktemperaturwert (T ist) zu erfassen, der indikativ ist für die aktuelle Temperatur vom mindestens einen Druckbehälter und/oder vom im mindestens einen Druckbehälter gespeicherten Brennstoff; wobei das Steuergerät eingerichtet ist, einen
Temperaturdifferenzwert (TDist) zu bestimmen, der indikativ ist für die aktuelle Differenz zwischen dem Temperaturwert (T ist) und einem
Umgebungstemperaturwert, der indikativ für die Umgebungstemperatur ist;
und wobei das Steuergerät die Tankklappe vom Kraftfahrzeug zur Betankung nur freigibt, falls der Temperaturdifferenzwert (TDist) kleiner ist als ein Temperaturdifferenzgrenzwert (TDgrenz).
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