WO2022189103A1 - Vorrichtung und verfahren zur überprüfung des inertisierungszustands eines brennstoff-bereitstellungssystems - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur überprüfung des inertisierungszustands eines brennstoff-bereitstellungssystems Download PDF

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the technology disclosed here relates to a vehicle with a fuel cell unit for generating electrical energy for an electric drive machine of the vehicle, the fuel cell unit being supplied with fuel from a fuel supply system of the vehicle.
  • the invention relates to a method and a device for checking the inerting of the fuel delivery system of a vehicle.
  • An electrically powered vehicle can have a fuel cell unit with one or more fuel cells, which is set up to generate electrical energy based on a fuel, in particular based on hydrogen, for the operation of the electrical drive machine of the vehicle.
  • the fuel for the fuel cell unit is provided by a fuel supply system of the vehicle, with the fuel supply system typically having one or more containers, in particular pressure containers and/or cryogenic containers, for storing the fuel.
  • the inerting of a fuel supply system is typically a manual or a semi-automated process that is carried out, for example, by a service employee.
  • a service employee When performing the manual Inerting process can lead to incorrect operation by the service employee and possibly to insufficient inerting of the fuel supply system.
  • a device for determining status information relating to the inerting of a fuel According to one aspect, a device for determining status information relating to the inerting of a fuel
  • the fuel delivery system can be set up to supply a fuel cell unit with fuel.
  • the fuel cell unit can have a fuel cell stack with one or more fuel cells, for example.
  • the fuel cell unit can be set up to generate electrical energy based on the fuel.
  • the fuel can comprise hydrogen or be hydrogen, in particular Eh or compressed gaseous hydrogen (CGH2).
  • the fuel cell unit is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles (eg passenger cars, motorcycles, commercial vehicles), in particular for providing the energy for at least one drive motor for moving the motor vehicle.
  • motor vehicles eg passenger cars, motorcycles, commercial vehicles
  • Fuel cell an electrochemical energy converter that converts fuel (eg, hydrogen) and oxidants (eg, air, oxygen, and/or peroxides) into reaction products, producing electricity and heat in the process.
  • the fuel delivery system can include at least one container, in particular a pressure container, for storing fuel.
  • the canister may be configured to store fuel that is gaseous under ambient conditions.
  • the fuel supply system can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed (also called Compressed Natural Gas or CNG) or liquefied (also called Liquid Natural Gas or LNG) natural gas or with hydrogen as fuel.
  • the fuel delivery system typically includes one or more fuel lines that are designed to conduct fuel from the at least one container and/or from a refueling access (in particular from a refueling coupling) of the fuel delivery system to the fuel cell unit.
  • the vessel of the fuel delivery system can be a composite overwrapped pressure vessel, a cryogenic pressure vessel, and/or a high pressure gas vessel.
  • NWP nominal working pressure
  • a cryogenic pressure vessel is suitable for storing the fuel at the aforementioned operating pressures even at temperatures that are significantly (e.g. more than 50 Kelvin or more than 100 Kelvin) below the operating temperature of the motor vehicle.
  • the inerting of the fuel supply system can be designed to supply the fuel in the fuel supply system and/or the fuel cell unit with an inert gas (in particular with nitrogen). replace (apart from the fuel in the one or more pressure vessels of the fuel delivery system).
  • an inert gas in particular with nitrogen
  • replace an inert gas (in particular with nitrogen).
  • replace an inert gas (in particular with nitrogen).
  • replace an inerting process it can be brought about that the fuel arranged outside of the one or more pressure vessels is essentially completely (eg 99% or more or 99.9% or more) replaced with the inert gas.
  • reliable maintenance of the fuel supply system and/or the fuel cell unit can be made possible.
  • the apparatus described in this document is designed to verify that the fuel delivery system is in fact in the inert state (eg 99% or more of the fuel has been replaced by the inert gas).
  • the device is set up to cause the fuel cell unit to be supplied with gas from the fuel supply system.
  • the fuel cell unit can be provided with gas from the one or more fuel lines (possibly exclusively).
  • gas can be made available to the fuel cell unit while the pressure vessel is closed and/or without fuel being removed from the (or any) pressure vessel. It can thus be effected that the fuel cell unit is supplied, in particular flushed, with the gas that is in the fuel supply system outside any pressure container of the fuel supply system.
  • the device can also be set up to determine measurement information relating to the electrical current and/or relating to the electrical voltage that is caused as a result of the supply (in particular the flushing) of the fuel cell unit with gas from the fuel supply system. It can thus be determined whether the gas from the fuel delivery system causes a voltage and/or current in the fuel cell unit (which would indicate that the gas still contains fuel).
  • the measurement information can be and/or the voltage measuring unit of the fuel cell unit can be determined or recorded.
  • the device is set up to determine the status information relating to the inerting of the fuel supply system on the basis of the measurement information.
  • status information can be determined which indicates the concentration of fuel in the gas from the fuel supply system.
  • the status information can indicate the degree of inerting of the fuel delivery system.
  • the status information can indicate whether the fuel supply system is in an inert state or not.
  • the status information may indicate whether the gas from the fuel delivery system has a concentration of fuel equal to or less than a predefined concentration threshold (e.g. 1% or 0.1%).
  • the device can be set up to bring about a measure in relation to the inerting of the fuel supply system, the measure depending on the ascertained status information.
  • the measure can include issuing an indication, for example issuing an indication as to whether the fuel delivery system is in an inert state or not, and/or issuing an indication in relation to the concentration of fuel in the gas from the fuel supply system. In this way, the reliability of the maintenance of the fuel delivery system can be further increased.
  • the device can be set up to determine whether an inerting process of the fuel supply system has taken place. As already explained above, the inerting process can be designed to fuel in the one or more fuel lines of the fuel
  • a user interface can be used to query a user as to whether an inerting process has been carried out. It can then be determined based on user input in response to the query whether or not an inerting process has been performed.
  • the device can be set up to cause the fuel cell unit to be supplied with gas from the fuel supply system (possibly only then) in order to determine the status information if it was determined that an inerting process of the fuel supply system had previously taken place.
  • the checking of the inerting status described in this document can be carried out selectively (possibly only then) if it has been determined that an inerting process has previously been carried out. In this way, a particularly safe and reliable determination of the inerting state can be made possible.
  • the device can be set up to determine measurement information relating to the level of the electrical voltage and/or the level or the strength of the electrical current. State information that indicates the concentration of fuel in the gas from the fuel supply system can then be determined in a particularly precise manner on the basis of the measurement information (in particular on the basis of the voltage level or current intensity).
  • the device can be set up to transmit measurement information in relation to the
  • the measurement information can indicate the concentration and/or the amount of fuel in the exhaust gas of the fuel cell unit.
  • the measurement information can be determined using an exhaust gas and/or fuel sensor of the fuel cell unit.
  • the status information can then also be determined in a particularly precise manner on the basis of the measurement information relating to the presence of fuel in the exhaust gas of the fuel cell unit.
  • status information can be determined which indicates the concentration of fuel in the gas from the fuel supply system.
  • a further device for determining status information relating to the inerting of a fuel supply system with an inert gas is described.
  • the measures described in this document are also applicable to this device.
  • the device is set up to cause the fuel cell unit to be supplied with gas from the fuel supply system. Furthermore, the device can be set up to determine measurement information relating to the presence of fuel in the exhaust gas of the fuel cell unit, which is caused as a result of the supply of gas to the fuel cell unit from the fuel supply system. The device is also set up to determine the status information relating to the inerting of the fuel delivery system on the basis of the measurement information.
  • a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) which comprises the device described in this document.
  • the vehicle can in particular have an electric drive motor for driving the have vehicle.
  • the vehicle can include a fuel cell unit that is set up to generate electricity based on a fuel for the operation of the drive motor.
  • the vehicle can include a fuel supply system that is set up to supply the fuel cell unit with fuel.
  • a method for determining status information relating to the inerting of a fuel supply system with an inert gas is described.
  • the fuel supply system is set up to supply a fuel cell unit with fuel.
  • the method includes causing the fuel cell unit to be supplied with gas from the fuel delivery system.
  • the method also includes determining measurement information relating to the electrical current and/or relating to the electrical voltage that is caused as a result of the fuel cell unit being supplied with gas from the fuel supply system.
  • the method includes determining measurement information relating to the presence of fuel in the exhaust gas of the fuel cell unit, which is caused as a result of the fuel cell unit being supplied with gas from the fuel supply system.
  • the method also includes determining status information relating to the inerting of the fuel delivery system based on the measurement information.
  • SW software program
  • the SW program can be set up to be executed on a processor (e.g. on a vehicle's control unit) and thereby to carry out the method described in this document.
  • the storage medium can include a SW program, which is set up to to be executed on a processor and thereby to carry out the method described in this document.
  • FIG. 1a shows an exemplary vehicle with a fuel supply system
  • Figure lb an exemplary fuel delivery system
  • FIGS. 2a and 2b are flowcharts of exemplary methods for determining status information relating to the inerting of a fuel
  • the vehicle 100 includes a (monitoring) device 101 which is set up to ascertain status information relating to a status of the fuel supply system 150 .
  • the status can relate to the inerting, in particular the degree of inerting, of the fuel supply system 150 .
  • the device 101 can also be set up to bring about a measure in relation to the fuel supply system 150, such as a protective measure to protect the fuel supply system 150, as a function of the ascertained status information.
  • a user interface 102 of the vehicle 100 can indicate whether the fuel delivery system 150 has a sufficiently high degree of inerting or not.
  • the fuel delivery system 150 typically includes a pressure vessel 110 that can be used to store fuel (especially hydrogen) for the fuel cell unit 151.
  • the pressure vessel 110 is connected to the fuel cell unit 151 via at least one fuel line 112, 117.
  • the pressure vessel 110 has a controllable valve 115 through which fuel can be fed from the pressure vessel 110 into the fuel line 112 .
  • the valve 115 of the pressure vessel 110 is typically closed in an idle state, so that no fuel can escape from the pressure vessel 110 via the valve 115 .
  • the valve 115 of the pressure vessel 110 can be configured to be opened in response to a control signal, such as a control signal from the device 101 .
  • the pressure vessel 110 can be refueled with fuel via a refueling port 114 (e.g. via a refueling nipple).
  • fuel can be conveyed from a fuel pump via the fuel line 112 into the pressure vessel 110 via the fueling access 114 .
  • the fuel cell unit 151 is typically operated at a relatively low operating pressure (e.g. in the range of 10-20 barg), with the low pressure for the fuel cell unit 151 usually being substantially below the high pressure (e.g in the range of 700 barg) in the fuel line 112 and in the pressure vessel 110.
  • a pressure converter 116 (in particular a pressure regulator) can therefore be arranged between the pressure vessel 110 and the fuel cell 101, which is set up to pump fuel from the high-pressure fuel line 112 (which has a relatively high pressure) into a low-pressure fuel line 117 (at a relatively low pressure). The fuel is then supplied to the fuel cell unit 151 via the low-pressure fuel line 117 .
  • the fuel supply system 150 can have a relief valve 121, through which fuel can be discharged from the fuel line 112, 117 into an area surrounding the fuel supply system 150, in particular into an area surrounding the vehicle 100.
  • a vehicle-external relief hose 133 can be connected to the relief valve 121 by means of a coupling element 131 . By coupling the relief hose 133, the relief valve 121 can be opened so that fuel can be discharged from the fuel delivery system 150.
  • the inert state can be reached, for example, when the proportion of fuel, in particular Eh, in the components outside the pressure vessel 110, in particular in the one or more fuel lines 112, 117, is equal to or less than a predefined concentration threshold value ( about 0.1%).
  • the inerting of the fuel supply system 150 can take place in such a way that 1) the gas pressure in the fuel supply system 150 (outside the pressure vessel 110), ie in particular in the one or more fuel lines 112, 117 and/or in the fuel cell unit 151, is reduced, for example to 0 barg; for this purpose, for example, the relief valve 121 can be opened to vent gas from the fuel delivery system 150; alternatively or additionally, the gas can be routed from the fuel supply system 150 via the fuel cell unit 151; and subsequently
  • an inert gas e.g., nitrogen
  • the gas pressure in the fuel delivery system 150 is increased again, e.g., to 15 barg.
  • the inert gas can be supplied via the refueling access 114 .
  • the above steps represent a cycle of the inerting process, in which cycle the concentration of fuel in the delivery system (outside the pressure vessel 110) can be reduced by a certain factor, for example by a factor of 10.
  • the inerting process may include multiple cycles to iteratively cause the fuel concentration in the delivery system (outside the pressure vessel 110) to meet or fall below the concentration threshold.
  • tank system 150 During service work on an Fh tank system 150, it may therefore be necessary to transfer the tank system 150 to a safe and/or inert state.
  • the hydrogen is replaced by a non-flammable (inert) gas. This inerting can be triggered and/or effected by a diagnostic job.
  • the Fh system 150 is relieved of pressure down to 0 bar and then pressurized to a pressure of, for example, 15 bar with the inert gas (eg nitrogen). The pressure is then completely released again and pressurized again with the inert gas (eg nitrogen) to a pressure of eg 15 bar. This process is repeated as often, for example, until the hydrogen in the system 150 is diluted below a certain concentration threshold value (for example 1 per mil) and can therefore no longer react with other substances.
  • concentration threshold may be equal to or less than a lower explosive limit (LEL) of hydrogen.
  • This document describes a diagnostic method for diagnosing the gas in the system 150, which can be used to guarantee that the Eh system 150 is "hydrogen-free".
  • the device 101 can be set up to cause gas from the fuel supply system 150, in particular gas from the fuel line 112, 117, to be flushed through the fuel cell unit 151.
  • the fuel cell unit 151 can be operated with gas from the fuel supply system 150, in particular with gas from the fuel line 112, 117.
  • Flushing the fuel cell unit 151 with gas from the fuel supply system 150 causes the fuel remaining in the gas to cause a chemical reaction in the fuel cell unit 151, which in turn leads to a voltage drop across the fuel cell unit 151 and/or to a current flow through the fuel cell unit 151 leads.
  • the presence of fuel within the gas from the fuel supply system 150 can thus be detected using a voltage and/or current measuring unit 161 for measuring the electrical voltage at and/or the electrical current through the fuel cell unit 151 .
  • the height of the Voltage and/or the magnitude of the current typically depends on the concentration of fuel in the gas from fuel delivery system 150 .
  • the device 101 can thus be set up to determine measurement information relating to the voltage and/or the current at the fuel cell unit 151 (e.g. using the voltage and/or current measuring unit 161).
  • the state of the fuel supply system 150 with regard to the inerting can then be determined in a reliable manner on the basis of the measurement information.
  • the fuel supply system 150 can include an exhaust gas sensor 162 which is set up to acquire measurement information relating to the presence of fuel in the exhaust gas of the fuel cell unit 151 .
  • the device 101 can be set up to determine the state of the fuel supply system 150 with regard to inerting on the basis of the measurement information relating to the exhaust gas of the fuel cell unit 151 .
  • the state of the fuel supply system 150 with regard to inerting can thus be determined in an efficient and reliable manner.
  • the degree of inerting such as the remaining concentration of fuel in the fuel supply system 150, can be determined.
  • a measure can then be taken, for example to prompt the user of the fuel delivery system 150 to continue the inerting process, or to inform the user that the fuel delivery system 150 is in an inert state.
  • a particularly reliable operation of the fuel delivery system 150 can be made possible in this way.
  • a hydrogen sensor 162 can be arranged in the exhaust gas line of the fuel cell unit 151 . This can be used as a measured variable for detecting residual hydrogen.
  • a diagnostic function can thus be provided that measures the cell voltage (in response to the gas purging of the fuel cell unit 151) and measures the Eh concentration in the exhaust gas. The measured values can then be evaluated and feedback relating to the evaluation can be provided (for example via a user interface 102).
  • the device 101 can cause all necessary valves to be switched in order to flush the fuel cell unit 151 with the gas from the Eh system 150 (which is arranged outside the one or more pressure vessels 110).
  • the Eh system 150 which is arranged outside the one or more pressure vessels 110.
  • the hydrogen sensor 162 By evaluating the cell voltage and/or the hydrogen sensor 162 in the exhaust air, it can be detected whether or not there is still hydrogen in the gas. If there is still hydrogen in the Eh system 150, the fuel cell unit 151 generates a measurable voltage via its one or more fuel cells. At the same time, a concentration of hydrogen can be detected at the hydrogen sensor 162 in the exhaust air system.
  • FIG. 2a shows a flowchart of an exemplary (possibly computer-implemented) method 200 for determining status information relating to the inerting of a fuel delivery system 150 (which may be part of a vehicle 100) with an inert gas (e.g., with nitrogen).
  • the fuel delivery system is 150 set up to supply a fuel cell unit 151 (eg a fuel cell stack) with (a gaseous) fuel (in particular with H2).
  • the method 200 includes causing 201 that the fuel cell unit 151 is supplied, in particular flushed, with gas from the fuel supply system 150, in particular with gas from the one or more fuel lines 112, 117 of the fuel supply system 150 (without, that fuel is taken from any pressure vessel 110 of the fuel delivery system 150).
  • the gas provided to the fuel cell unit 151 should be essentially (at least 99% or more) the inert gas.
  • the method 200 also includes determining 202 measurement information relating to the electrical current and/or relating to the electrical voltage that is caused as a result of the fuel cell unit 151 being supplied with gas from the fuel supply system 150 .
  • the measurement information can be determined using a current and/or voltage measurement unit 161 of the fuel cell unit 151 .
  • the measurement information can indicate, in particular, whether and, if so, how strong the voltage is that is caused by the fuel cell unit 151 being purged with the gas from the (inert) fuel supply system 150 .
  • the method 200 includes the determination 203 of status information relating to the inerting of the fuel supply system 150 on the basis of the measurement information.
  • the status information can indicate in particular whether the fuel supply system 150 is in an inert (safe) status or not.
  • FIG. 2 b shows a flowchart of a further exemplary (possibly computer-implemented) method 210 for determining status information with regard to the inerting of a fuel supply system 150 an inert gas (e.g. with nitrogen).
  • the methods 200, 210 can be combined with one another in any way.
  • the method 210 includes causing 211 that the fuel cell unit 151 is supplied, in particular flushed, with gas from the fuel supply system 150, in particular with gas from the one or more fuel lines 112, 117 of the fuel supply system 150 (without that fuel is taken from any pressure vessel 110 of the fuel delivery system 150).
  • the method 210 further includes determining 212 measurement information relating to the presence of fuel in the exhaust gas of the fuel cell unit 151 caused as a result of the fuel cell unit 151 being supplied with gas from the fuel delivery system 150 .
  • the measurement information can be determined using a fuel and/or exhaust gas sensor 162 of the fuel cell unit 151 .
  • the method 210 includes the determination 213 of status information relating to the inerting of the fuel supply system 150 on the basis of the measurement information.
  • the status information can indicate in particular whether the fuel supply system 150 is in an inert (safe) status or not.
  • the inerting state of a fuel delivery system 150 can be determined in a reliable manner by the measures described in this document, as a result of which the safety of maintenance work on the fuel delivery system 150 can be increased.

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß eine Vorrichtung (101) zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) mit einem inerten Gas, wobei das Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) eingerichtet ist, eine Brennstoffzelleneinheit (151) mit Brennstoff zu versorgen. Die Vorrichtung (101) ist eingerichtet, zu bewirken, dass die Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) versorgt wird. Des Weiteren ist die Vorrichtung (101) eingerichtet, Messinformation in Bezug auf einen elektrischen Strom und/oder in Bezug auf eine elektrische Spannung zu ermitteln, die infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) bewirkt werden. Die Vorrichtung (101) ist ferner eingerichtet, die Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) auf Basis der Messinformation zu ermitteln.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung des Inertisierungszustands eines Brennstoff-Bereitstellungssystems
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Fahrzeug mit einer Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebsmaschine des Fahrzeugs, wobei die Brennstoffzelleneinheit aus einem Brennstoff-Bereitstellungssystem des Fahrzeugs mit Brennstoff versorgt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Inertisierung des Brennstoff- Bereitstellungssystems eines Fahrzeugs.
Ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug kann eine Brennstoffzelleneinheit mit einer oder mehreren Brennstoffzellen aufweisen, die eingerichtet ist, auf Basis eines Brennstoffs, insbesondere auf Basis von Wasserstoff, elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs zu erzeugen. Der Brennstoff für die Brennstoffzelleneinheit wird durch ein Brennstoff- Bereitstellungssystem des Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Brennstoff- Bereitstellungssystem typischerweise ein oder mehrere Behälter, insbesondere Druckbehälter und/oder Kryobehälter, zur Speicherung des Brennstoffs aufweist.
In Vorbereitung zu einer Wartungsmaßnahme an dem Brennstoff- Bereitstellungssystem und/oder an der Brennstoffzelleneinheit kann es erforderlich sein, das Brennstoff-Bereitstellungssystem zu inertisieren, wobei im Rahmen der Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems Brennstoff in dem Brennstoff-Bereitstellungssystem, insbesondere in ein oder mehreren Leitungen des Brennstoff-Bereitstellungssystems, durch ein inertes Gas ersetzt wird.
Die Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems ist typischerweise ein manueller oder ein teilautomatisierter Prozess, der z.B. durch einen Service- Mitarbeiter durchgeführt wird. Bei der Durchführung des manuellen Inertisierungsprozesses kann es zu Fehlbedienungen des Service-Mitarbeiters und dabei ggf. zu einer unzureichenden Inertisierung des Brennstoff- Bereitstellungssystems kommen.
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 eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, eine effiziente, zuverlässige und sichere Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems zu ermöglichen. Die Aufgabe(n) wird/werden jeweils gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung eines Brennstoff-
Bereitstellungssystems mit einem inerten Gas beschrieben. Das Brennstoff- Bereitstellungssystem kann dabei eingerichtet sein, eine Brennstoffzelleneinheit mit Brennstoff zu versorgen. Die Brennstoffzelleneinheit kann z.B. einen Brennstoffzellenstapel mit ein oder mehreren Brennstoffzellen aufweisen. Die Brennstoffzelleneinheit kann eingerichtet sein, auf Basis des Brennstoffs elektrische Energie zu erzeugen. Der Brennstoff kann Wasserstoff umfassen bzw. Wasserstoff, insbesondere Eh bzw. compressed gaseous hydrogen (CGH2), sein. Die Brennstoffzelleneinheit ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff (z.B. Wasserstoff) und Oxidationsmittel (z.B. Luft, Sauerstoff und/oder Peroxide) in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert.
Das Brennstoff-Bereitstellungssystem kann zumindest einen Behälter, insbesondere Druckbehälter, zur Speicherung von Brennstoff umfassen. Der Behälter kann ausgebildet sein, Brennstoff zu speichern, der unter Umgebungsbedingungen gasförmig ist. Das Brennstoff-Bereitstellungssystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch Compressed Natural Gas oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch Liquid Natural Gas oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff als Brennstoff betrieben wird. Das Brennstoff-Bereitstellungssystem umfasst typischerweise ein oder mehrere Brennstoff-Leitungen, die ausgebildet sind, Brennstoff von dem zumindest einen Behälter und/oder von einem Betankungszugang (insbesondere von einer Betankungskupplung) des Brennstoff- Bereitstellungssystems zu der Brennstoffzelleneinheit zu leiten.
Der Behälter des Brennstoff-Bereitstellungssystems kann ein composite overwrapped pressure vessel, ein kryogener Druckbehälter und/oder ein Hochdruckgasbehälter sein. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von mindestens 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck) oder mindestens 700 barü zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich (z.B. mehr als 50 Kelvin oder mehr als 100 Kelvin) unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.
Die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems kann darauf ausgelegt sein, den Brennstoff in dem Brennstoff-Bereitstellungssystem und/oder der Brennstoffzelleneinheit mit einem inerten Gas (insbesondere mit Stickstoff) zu ersetzen (abgesehen von dem Brennstoff in den ein oder mehreren Druckbehältern des Brennstoff-Bereitstellungssystems). Mit anderen Worten, es kann in einem Inertisierungsprozess bewirkt werden, dass der außerhalb der ein oder mehreren Druckbehälter angeordnete Brennstoff im Wesentlichen vollständig (z.B. zu 99% oder mehr oder zu 99.9% oder mehr) mit dem inerten Gas ersetzt wird. So kann eine sichere Wartung des Brennstoff-Bereitstellungssystems und/oder der Brennstoffzelleneinheit ermöglicht werden. Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung ist darauf ausgerichtet zu überprüfen, ob sich das Brennstoff-Bereitstellungssystem tatsächlich in dem inerten Zustand befindet (bei dem z.B. 99% oder mehr des Brennstoffs durch das inerte Gas ersetzt wurden).
Die Vorrichtung ist eingerichtet, zu bewirken, dass die Brennstoffzelleneinheit mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem versorgt wird. Dabei kann insbesondere bewirkt werden, dass der Brennstoffzelleneinheit (ggf. ausschließlich) Gas aus den ein oder mehreren Brennstoff-Leitungen bereitgestellt wird. Alternativ oder ergänzend kann bewirkt werden, dass der Brennstoffzelleneinheit Gas bereitgestellt wird, während der Druckbehälter geschlossen ist und/oder ohne, dass dabei Brennstoff aus dem (oder aus irgendeinem) Druckbehälter entnommen wird. Es kann somit bewirkt werden, dass die Brennstoffzelleneinheit mit dem Gas versorgt, insbesondere gespült wird, das sich in dem Brennstoff-Bereitstellungssystem außerhalb irgendeines Druckbehälters des Brennstoff-Bereitstellungssystems befindet.
Die Vorrichtung kann ferner eingerichtet sein, Messinformation in Bezug auf den elektrischen Strom und/oder in Bezug auf die elektrische Spannung zu ermitteln, die infolge der Versorgung (insbesondere der Spülung) der Brennstoffzelleneinheit mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem bewirkt werden. Es kann somit ermittelt werden, ob das Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem eine Spannung und/oder einen Strom in der Brennstoffzelleneinheit bewirkt (was darauf schließen ließe, dass das Gas weiterhin Brennstoff aufweist). Die Messinformation kann anhand einer Strom- und/oder Spannungs-Messeinheit der Brennstoffzelleneinheit ermittelt bzw. erfasst werden.
Des Weiteren ist die Vorrichtung eingerichtet, die Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems auf Basis der Messinformation zu ermitteln. Dabei kann auf Basis der Messinformation insbesondere Zustandsinformation ermittelt werden, die die Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem anzeigt. Alternativ oder ergänzend kann die Zustandsinformation den Grad der Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems anzeigen. Alternativ oder ergänzend kann die Zustandsinformation anzeigen, ob sich das Brennstoff- Bereitstellungssystem in einem inerten Zustand befindet oder nicht. Alternativ oder ergänzend kann die Zustandsinformation anzeigen, ob das Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem eine Konzentration an Brennstoff aufweist, die gleich wie oder kleiner als ein vordefinierter Konzentrations-Schwellenwert (z.B. von 1% oder von 0,1%) ist.
Es kann somit im Anschluss an die Durchführung eines Inertisierungsprozesses Zustandsinformation in Bezug auf den tatsächlichen Inertisierungszustand des Brennstoff-Bereitstellungssystems ermittelt werden. So kann eine besonders sichere Wartung des Brennstoff-Bereitstellungssystems ermöglicht werden.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, eine Maßnahme in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems zu bewirken, wobei die Maßnahme von der ermittelten Zustandsinformation abhängt. Die Maßnahme kann dabei die Ausgabe eines Hinweises umfassen, z.B. die Ausgabe eines Hinweises dahingehend, ob sich das Brennstoff-Bereitstellungssystem in einem inerten Zustand befindet oder nicht, und/oder die Ausgabe eines Hinweises in Bezug auf die Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem. So kann die Sicherheit der Wartung des Brennstoff- Bereitstellungssystems weiter erhöht werden. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, zu bestimmen, ob ein Inertisierungsprozess des Brennstoff-Bereitstellungssystems erfolgt ist. Wie bereits oben dargelegt, kann der Inertisierungsprozess darauf ausgelegt sein, Brennstoff in den ein oder mehreren Brennstoff-Leitungen des Brennstoff-
Bereitstellungssystems und/oder in der Brennstoffzelleneinheit (im Wesentlichen vollständig, etwa zu 99% oder mehr, oder zu 99,9% oder mehr) durch das inerte Gas zu ersetzen. Beispielsweise kann über eine Benutzerschnittstelle eine Abfrage an einen Nutzer dahingehend erfolgen, ob ein Inertisierungsprozess durchgeführt wurde. Es kann dann auf Basis einer Nutzereingabe in Reaktion auf die Abfrage bestimmt werden, ob ein Inertisierungsprozess durchgeführt wurde oder nicht.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, zu bewirken, dass die Brennstoffzelleneinheit (ggf. nur dann) mit Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem versorgt wird, um die Zustandsinformation zu ermitteln, wenn bestimmt wurde, dass zuvor ein Inertisierungsprozess des Brennstoff- Bereitstellungssystems erfolgt ist. Mit anderen Worten, die in diesem Dokument beschriebene Überprüfung des Inertisierungszustands kann selektiv (ggf. nur dann) erfolgen, wenn bestimmt wurde, dass zuvor ein Inertisierungsprozess durchgeführt wurde. So kann eine besonders sichere und zuverlässige Ermittlung des Inertisierungszustands ermöglicht werden.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Messinformation in Bezug auf die Höhe der elektrischen Spannung und/oder die Höhe bzw. die Stärke des elektrischen Stroms zu ermitteln. Es kann dann in besonders präziser Weise auf Basis der Messinformation (insbesondere auf Basis der Spannungshöhe bzw. der Stromstärke) Zustandsinformation ermittelt werden, die die Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem anzeigt. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Messinformation in Bezug auf das
Vorliegen von Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit zu ermitteln, das infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem bewirkt wird. Die Messinformation kann dabei insbesondere, die Konzentration und/oder die Menge an Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit anzeigen. Die Messinformation kann anhand eines Abgas- und/oder Brennstoff-Sensors der Brennstoffzelleneinheit ermittelt werden.
Die Zustandsinformation kann dann in besonders präziser Weise auch auf Basis der Messinformation in Bezug auf das Vorliegen von Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit ermittelt werden. Insbesondere kann auf Basis der Messinformation Zustandsinformation ermittelt werden, die die Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem anzeigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine weitere Vorrichtung zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung eines Brennstoff- Bereitstellungssystems mit einem inerten Gas beschrieben. Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen sind auch auf diese Vorrichtung anwendbar.
Die Vorrichtung ist eingerichtet, zu bewirken, dass die Brennstoffzelleneinheit mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem versorgt wird. Des Weiteren kann die Vorrichtung eingerichtet sein, Messinformation in Bezug auf das Vorliegen von Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit zu ermitteln, das infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem bewirkt wird. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, die Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems auf Basis der Messinformation zu ermitteln.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst. Das Fahrzeug kann insbesondere einen elektrischen Antriebsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs aufweisen. Des Weiteren kann das Fahrzeug eine Brennstoffzelleneinheit umfassen, die eingerichtet ist, auf Basis eines Brennstoffs elektrischen Strom für den Betrieb des Antriebsmotors zu generieren. Außerdem kann das Fahrzeug ein Brennstoff-Bereitstellungssystem umfassen, das eingerichtet ist, die Brennstoffzelleneinheit mit Brennstoff zu versorgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung eines Brennstoff- Bereitstellungssystems mit einem inerten Gas beschrieben. Das Brennstoff- Bereitstellungssystem ist eingerichtet, eine Brennstoffzelleneinheit mit Brennstoff zu versorgen. Das Verfahren umfasst das Bewirken, dass die Brennstoffzelleneinheit mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem versorgt wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln von Messinformation in Bezug auf den elektrischen Strom und/oder in Bezug auf die elektrische Spannung, die infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem bewirkt werden. Alternativ oder ergänzend umfasst das Verfahren das Ermitteln von Messinformation in Bezug auf das Vorliegen von Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit, das infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem bewirkt wird. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff- Bereitstellungssystems auf Basis der Messinformation.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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
Figur la ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Brennstoff-Bereitstellungssystem;
Figur lb ein beispielhaftes Brennstoff-Bereitstellungssystem; und
Figuren 2a und 2b Ablaufdiagramme von beispielhaften Verfahren zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung eines Brennstoff-
Bereitstellungssystems.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Inertisierung eines Brennstoff- Bereitstellungssystems. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. la ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150, das ausgebildet ist, eine Brennstoffzelleneinheit des Fahrzeugs 100 (die ggf. Teil des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150 ist) mit einem Brennstoff, insbesondere mit Wasserstoff bzw. Fh, zu versorgen. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug 100 eine (Überwachungs-) Vorrichtung 101, die eingerichtet ist, Zustandsinformation in Bezug auf einen Zustand des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 zu ermitteln. Der Zustand kann sich auf die Inertisierung, insbesondere auf den Grad der Inertisierung, des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 beziehen. Die Vorrichtung 101 kann ferner eingerichtet sein, in Abhängigkeit von der ermittelten Zustandsinformation eine Maßnahme in Bezug auf das Brennstoff- Bereitstellungssystem 150, etwa eine Schutzmaßnahme zum Schutz des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150, zu bewirken. Beispielsweise kann über eine Benutzerschnittstelle 102 des Fahrzeugs 100 angezeigt werden, ob das Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 einen ausreichend hohen Grad der Inertisierung aufweist oder nicht.
Fig. lb zeigt ein beispielhaftes Brennstoff-Bereitstellungssystem 150. Das Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 umfasst typischerweise einen Druckbehälter 110, der dazu verwendet werden kann, Brennstoff (insbesondere Wasserstoff) für die Brennstoffzelleneinheit 151 zu speichern. Der Druckbehälter 110 ist über zumindest eine Brennstoff-Leitung 112, 117 mit der Brennstoffzelleneinheit 151 verbunden.
Der Druckbehälter 110 weist ein steuerbares Ventil 115 auf, durch das Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 in die Brennstoff-Leitung 112 geführt werden kann. Das Ventil 115 des Druckbehälters 110 ist typischerweise in einem Ruhezustand verschlossen, so dass über das Ventil 115 kein Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 austreten kann. Das Ventil 115 des Druckbehälters 110 kann ausgebildet sein, in Reaktion auf ein Steuersignal, etwa ein Steuersignal der Vorrichtung 101, geöffnet zu werden.
Der Druckbehälter 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 Brennstoff- Leitung 112 in den Druckbehälter 110 gefördert werden.
Die Brennstoffzelleneinheit 151 wird typischerweise mit einem relativ niedrigen Betriebsdruck (z.B. im Bereich von 10-20 barü) betrieben, wobei der Niederdruck für die Brennstoffzelleneinheit 151 meist substantiell unter dem Hochdruck (z.B. im Bereich von 700 barü) in der Brennstoff-Leitung 112 und im Druckbehälter 110 liegt. Zwischen dem Druckbehälter 110 und der Brennstoffzelle 101 kann daher ein Druckwandler 116 (insbesondere ein Druckregler) angeordnet sein, der eingerichtet ist, Brennstoff aus der Hochdruck-Brennstoff-Leitung 112 (der einen relativ hohen Druck aufweist) in eine Niederdruck-Brennstoff-Leitung 117 (mit einem relativ niedrigen Druck) zu überführen. Der Brennstoff wird dann über die Niederdruck-Brennstoff-Leitung 117 zu der Brennstoffzelleneinheit 151 geführt.
Durch das Öffnen des Ventils 115 des Druckbehälters 110 kann Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 in die Brennstoff-Leitung 112, 117 gelangen. Das Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 kann ein Entlastungsventil 121 aufweisen, durch das Brennstoff aus der Brennstoff-Leitung 112, 117 in eine Umgebung des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150, insbesondere in eine Umgebung des Fahrzeugs 100, abgeführt werden kann. Insbesondere kann ein Fahrzeug-externer Entlastungsschlauch 133 mittels eines Kupplungselements 131 mit dem Entlastungsventil 121 verbunden werden. Durch Ankupplung des Entlastungsschlauchs 133 kann das Entlastungsventil 121 geöffnet werden, so dass Brennstoff aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 abgeführt werden kann.
Im Vorfeld zu Wartungsarbeiten an dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 kann es erforderlich sein, das Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 zu inertisieren bzw. in einen inerten Zustand zu überführen. Der inerte Zustand kann z.B. erreicht sein, wenn der Anteil an Brennstoff, insbesondere an Eh, in den Komponenten außerhalb des Druckbehälters 110, insbesondere in den ein oder mehreren Brennstoff-Leitungen 112, 117, gleich wie oder kleiner als ein vordefinierter Konzentrations-Schwellenwert (etwa von 0,1%) ist.
Die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 kann derart erfolgen, dass 1) der Gasdruck in dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 (außerhalb des Druckbehälters 110), d.h. insbesondere in den ein oder mehreren Brennstoff-Leitungen 112, 117 und/oder in der Brennstoffzelleneinheit 151, reduziert wird, z.B. auf 0 barü; zu diesem Zweck kann z.B. das Entlastungsventil 121 geöffnet werden, um Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem 150 abzulassen; alternativ oder ergänzend kann das Gas über die Brennstoffzelleneinheit 151 aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem 150 geführt werden; und anschließend
2) ein inertes Gas, z.B. Stickstoff, in das Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 geleitet wird, und dabei der Gasdruck in dem Brennstoff- Bereitstellungssystem 150 (außerhalb des Druckbehälters 110) wieder erhöht wird, z.B. auf 15 barü). Das inerte Gas kann dabei über den Betankungszugang 114 zugeführt werden.
Die o.g. Schritte stellen einen Zyklus des Inertisierungsprozesses dar, wobei in einem Zyklus die Konzentration an Brennstoff in dem Bereitstellungssystem (außerhalb des Druckbehälters 110) um einen bestimmten Faktor, z.B. um den Faktor 10, reduziert werden kann. Der Inertisierungsprozess kann mehrere Zyklen aufweisen, um iterativ zu bewirken, dass die Brennstoff-Konzentration in dem Bereitstellungssystem (außerhalb des Druckbehälters 110) den Konzentrations- Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Bei Servicearbeiten an einem Fh-Tanksystem 150 kann es somit erforderlich sein, das Tanksystem 150 in einen sicheren und/oder inerten Zustand zu überführen. Dabei wird der Wasserstoff durch ein nicht brennbares (inertes) Gas ersetzt. Diese Inertisierung kann durch einen Diagnosejob angestoßen und/oder bewirkt werden.
Im Rahmen der Inertisierung wird das Fh-System 150 bis auf 0 bar entlastet und anschließend mit dem inerten Gas (z.B. Stickstoff) auf einen Druck von z.B. 15 bar bedrückt. Anschließend wird der Druck wieder komplett entlastet und erneut mit dem inerten Gas (z.B. Stickstoff) auf einen Druck von z.B. 15 bar bedrückt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, z.B. bis der Wasserstoff im System 150 unter einen bestimmten Konzentrations-Schwellenwert (z.B. 1 Promille) verdünnt ist und damit nicht mehr mit anderen Stoffen reagieren kann. Der Konzentrations- Schwellenwert kann gleich wie oder kleiner als eine Untere-Explosions-Grenze (UEG) von Wasserstoff sein.
Die Ausführung des Diagnosejobs kann allerdings ein fehlerhaftes Bedienen durch einen Service-Mitarbeiter nicht ausschließen und die Wasserstofffreiheit kann somit nicht garantiert werden. In diesem Dokument wird ein Diagnoseverfahren zur Diagnose des im System 150 befindlichen Gases beschrieben, durch das garantiert werden kann, dass das Eh-System 150 "wasserstofffrei" ist.
Zur Überprüfung des Inertisierungszustands des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150 kann die Vorrichtung 101 eingerichtet sein, zu bewirken, dass Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150, insbesondere Gas aus der Brennstoff-Leitung 112, 117, durch die Brennstoffzelleneinheit 151 gespült wird. Mit anderen Worten, es kann bewirkt werden, dass die Brennstoffzelleneinheit 151 mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150, insbesondere mit Gas aus der Brennstoff-Leitung 112, 117, betrieben wird.
Das Spülen der Brennstoffzelleneinheit 151 mit Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem 150 führt dazu, dass der in dem Gas verbliebene Brennstoff in der Brennstoffzelleneinheit 151 eine chemische Reaktion bewirkt, die wiederum zu einem Spannungsabfall an der Brennstoffzelleneinheit 151 und/oder zu einem Stromfluss durch die Brennstoffzelleneinheit 151 führt. Das Vorliegen von Brennstoff innerhalb des Gases aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 kann somit anhand einer Spannungs- und/oder Strom-Messeinheit 161 zur Messung der elektrischen Spannung an der und/oder des elektrischen Stroms durch die Brennstoffzelleneinheit 151 erkannt werden. Dabei hängen die Höhe der Spannung und/oder die Stärke des Stroms typischerweise von der Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 ab.
Die Vorrichtung 101 kann somit eingerichtet sein, Messinformation in Bezug auf die Spannung und/oder den Strom an der Brennstoffzelleneinheit 151 zu ermitteln (z.B. anhand der Spannungs- und/oder Strom-Messeinheit 161). Der Zustand des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 in Bezug auf die Inertisierung kann dann in zuverlässiger Weise auf Basis der Messinformation ermittelt werden.
Alternativ oder ergänzend kann das Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 einen Abgas-Sensor 162 umfassen, der eingerichtet ist, Messinformation in Bezug auf das Vorliegen von Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit 151 zu erfassen. Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, den Zustand des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150 in Bezug auf die Inertisierung auf Basis der Messinformation bzgl. des Abgases der Brennstoffzelleneinheit 151 zu ermitteln.
Auf Basis der Messinformation der Spannungs- und/oder Strom-Messeinheit 161 und/oder des Abgas-Sensors 162 kann somit in effizienter und zuverlässiger Weise der Zustand des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 in Bezug auf die Inertisierung ermittelt werden. Insbesondere kann der Grad der Inertisierung, etwa die verbliebene Konzentration an Brennstoff in dem Brennstoff- Bereitstellungssystem 150, ermittelt werden. In Abhängigkeit von dem ermittelten Inertisierungszustand des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 kann dann ggf. eine Maßnahme bewirkt werden, z.B. um den Nutzer des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150 zu veranlassen, den Inertisierungsprozess fortzuführen, oder um den Nutzer darüber zu informieren, dass sich das Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 in einem inerten Zustand befindet. So kann ein besonders sicherer Betrieb des Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 ermöglicht werden. Es kann somit zur Analyse, ob das Fh-System 150 ausreichend gespült wurde, die Brennstoffzelleneinheit 151 mit dem im Eh-System 150 befindlichen Gas durchspült werden. Wenn sich kein Wasserstoff mehr im Gas befindet, erzeugt die Brennstoffzelleneinheit 151 keine Spannung. Dies kann von dem Steuergerät 101 des Systems 150 gemessen und zurückgemeldet werden. Alternativ oder ergänzend kann in der Abgasleitung der Brennstoffzelleneinheit 151 ein Wasserstoffsensor 162 angeordnet sein. Dieser kann als Messgröße zur Erkennung von Rest-Wasserstoff verwendet werden. Es kann somit eine Diagnosefunktion bereitgestellt werden, die (in Reaktion auf das Spülen der Brennstoffzelleneinheit 151 mit Gas) die Zellspannung misst und die Eh Konzentration im Abgas misst. Es kann dann eine Auswertung der Messwerte erfolgen und eine Rückmeldung in Bezug auf die Auswertung (z.B. über eine Benutzerschnittstelle 102) bereitgestellt werden.
Zur Ermittlung der Zustandsinformation kann von der Vorrichtung 101 bewirkt werden, dass alle erforderlichen Ventile geschaltet werden, um die Brennstoffzelleneinheit 151 mit dem Gas aus dem Eh-System 150 (das außerhalb der ein oder mehreren Druckbehälter 110 angeordnet ist) zu spülen. Durch Auswertung der Zellspannung und/oder des Wasserstoffsensors 162 in der Abluft kann detektiert werden, ob sich im Gas noch Wasserstoff befindet oder nicht. Sollte sich noch Wasserstoff im Eh-System 150 befinden, erzeugt die Brennstoffzelleneinheit 151 über ihre ein oder mehreren Brennstoffzellen eine messbare Spannung. Gleichzeitig ist am Wasserstoffsensor 162 in der Abluftanlage eine Konzentration an Wasserstoff zu erkennen.
Fig. 2a zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften (ggf. Computer implementierten) Verfahrens 200 zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 (das ggf. Teil eines Fahrzeugs 100 ist) mit einem inerten Gas (z.B. mit Stickstoff). Wie in diesem Dokument dargelegt, ist das Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 eingerichtet, eine Brennstoffzelleneinheit 151 (z.B. einen Brennstoffzellenstapel) mit (einem gasförmigen) Brennstoff (insbesondere mit H2) zu versorgen.
Das Verfahren 200 umfasst das Bewirken 201, dass die Brennstoffzelleneinheit 151 mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150, insbesondere mit Gas aus den ein oder mehreren Brennstoff-Leitungen 112, 117 des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150, versorgt, insbesondere gespült, wird (ohne, dass dabei Brennstoff aus irgendeinem Druckbehälter 110 des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150 entnommen wird). Nach einer erfolgreichen Inertisierung sollte das der Brennstoffzelleneinheit 151 bereitgestellte Gas im Wesentlichen (zumindest zu 99% oder mehr) das inerte Gas sein.
Das Verfahren 200 umfasst ferner das Ermitteln 202 von Messinformation in Bezug auf den elektrischen Strom und/oder in Bezug auf die elektrische Spannung, die infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit 151 mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 bewirkt werden. Die Messinformation kann anhand einer Strom- und/oder Spannungs-Messeinheit 161 der Brennstoffzelleneinheit 151 ermittelt werden. Die Messinformation kann insbesondere anzeigen, ob und ggf. wie stark die Spannung ist, die dadurch bewirkt wird, dass die Brennstoffzelleneinheit 151 mit dem Gas aus dem (inerten) Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 gespült wird.
Des Weiteren umfasst das Verfahren 200 das Ermitteln 203 von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150 auf Basis der Messinformation. Dabei kann die Zustandsinformation insbesondere anzeigen, ob sich das Brennstoff- Bereitstellungssystem 150 in einem inerten (sicheren) Zustand befindet oder nicht.
Fig. 2b zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren beispielhaften (ggf. Computer implementierten) Verfahrens 210 zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 mit einem inerten Gas (z.B. mit Stickstoff). Die Verfahren 200, 210 können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
Das Verfahren 210 umfasst, das Bewirken 211, dass die Brennstoffzelleneinheit 151 mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150, insbesondere mit Gas aus den ein oder mehreren Brennstoff-Leitungen 112, 117 des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150, versorgt, insbesondere gespült, wird (ohne, dass dabei Brennstoff aus irgendeinem Druckbehälter 110 des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150 entnommen wird).
Das Verfahren 210 umfasst ferner das Ermitteln 212 von Messinformation in Bezug auf das Vorliegen von Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit 151, das infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit 151 mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 bewirkt wird. Die Messinformation kann anhand eines Brennstoff- und/oder Abgas-Sensors 162 der Brennstoffzelleneinheit 151 ermittelt werden.
Des Weiteren umfasst das Verfahren 210 das Ermitteln 213 von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff- Bereitstellungssystems 150 auf Basis der Messinformation. Dabei kann die Zustandsinformation insbesondere anzeigen, ob sich das Brennstoff- Bereitstellungssystem 150 in einem inerten (sicheren) Zustand befindet oder nicht.
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann in zuverlässiger Weise der Inertisierungszustand eines Brennstoff-Bereitstellungssystems 150 ermittelt werden, wodurch die Sicherheit von Wartungsarbeiten an dem Brennstoff-Bereitstellungssystem 150 erhöht werden können.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
Bezugszeichenliste
100 Fahrzeug
101 (Steuer-) Vorrichtung 102 Benutzerschnittstelle
110 Druckbehälter
112, 117 Brennstoff-Leitung
114 B etankungszugang
115 Druckbehälter-V entil 116 Druckwandler 121 Entlastungsventil 131 Kupplungsel ement 133 Entlastungsschlauch 150 Brennstoff-Bereitstellungssystem 151 Brennstoffzelleneinheit
161 Spannungs- und/oder Strom-Messeinheit 162 Abgas- und/oder Brennstoff-Sensor 200 Verfahren zur Ermittlung des Inertisierungszustands
201-203 Verfahrensschritte 210 Verfahren zur Ermittlung des Inertisierungszustands
211-213 Verfahrensschritte

Claims

Ansprüche
1) Vorrichtung (101) zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) mit einem inerten Gas; wobei das Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) eingerichtet ist, eine
Brennstoffzelleneinheit (151) mit Brennstoff zu versorgen; wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- zu bewirken, dass die Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) versorgt wird; - Messinformation in Bezug auf einen elektrischen Strom und/oder in
Bezug auf eine elektrische Spannung zu ermitteln, die infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) bewirkt werden; und
- die Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff- Bereitstellungssystems (150) auf Basis der Messinformation zu ermitteln.
2) Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 1, wobei
- das Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) zumindest einen Behälter (HO) zur Speicherung von Brennstoff und zumindest eine Brennstoff-
Leitung (112, 117) zwischen dem Behälter (110) und/oder zwischen einem Betankungszugang (114) zur Betankung des Behälters (110) und der Brennstoffzellen einheit (151) umfasst; und
- die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, zu bewirken, dass - der Brennstoffzelleneinheit (151) Gas aus der Brennstoff-
Leitung (112, 117) bereitgestellt wird; und/oder - der Brennstoffzelleneinheit (151) Gas bereitgestellt wird, während der Behälter (110) geschlossen ist und/oder ohne, dass dabei Brennstoff aus dem Behälter (110) entnommen wird. 3) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- zu bestimmen, ob ein Inertisierungsprozess des Brennstoff- Bereitstellungssystems (150) erfolgt ist, der darauf ausgelegt ist, Brennstoff in ein oder mehreren Brennstoff-Leitungen (112, 117) des Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) und/oder in der Brennstoffzelleneinheit (151) durch das inerte Gas zu ersetzen; und
- zu bewirken, dass die Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) versorgt wird, um die Zustandsinformation zu ermitteln, wenn bestimmt wurde, dass zuvor ein Inertisierungsprozess des Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) erfolgt ist.
4) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, auf Basis der Messinformation Zustandsinformation zu ermitteln, die anzeigt,
- eine Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem (150); und/oder
- einen Grad der Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems (150);
- ob sich das Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) in einem inerten Zustand befindet oder nicht; und/oder
- ob das Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) eine Konzentration an Brennstoff aufweist, die gleich wie oder kleiner als ein vordefinierter Konzentrations-Schwellenwert ist.
5) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, eine Maßnahme in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) zu bewirken;
- die Maßnahme von der ermittelten Zustandsinformation abhängt; und - die Maßnahme insbesondere die Ausgabe eines Hinweises umfasst,
- dahingehend, ob sich das Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) in einem inerten Zustand befindet oder nicht; und/oder
- in Bezug auf eine Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150).
6) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- Messinformation in Bezug auf eine Höhe der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms zu ermitteln; und
- auf Basis der Messinformation Zustandsinformation zu ermitteln, die eine Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem (150) anzeigt.
7) Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- Messinformation in Bezug auf ein Vorliegen von Brennstoff in Abgas der Brennstoffzelleneinheit (151) zu ermitteln, das infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) bewirkt wird; und
- die Zustandsinformation auch auf Basis der Messinformation in Bezug auf das Vorliegen von Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit (151) zu ermitteln.
8) Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 7, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- Messinformation zu ermitteln, die eine Konzentration und/oder eine Menge an Brennstoff in dem Abgas der Brennstoffzelleneinheit (151) anzeigt; und
- auf Basis der Messinformation Zustandsinformation zu ermitteln, die eine Konzentration von Brennstoff in dem Gas aus dem Brennstoff- Bereitstellungssystem (150) anzeigt.
9) Vorrichtung (101) zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) mit einem inerten Gas; wobei das Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) eingerichtet ist, eine Brennstoffzelleneinheit (151) mit Brennstoff zu versorgen; wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist,
- zu bewirken, dass die Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) versorgt wird;
- Messinformation in Bezug auf ein Vorliegen von Brennstoff in Abgas der Brennstoffzelleneinheit (151) zu ermitteln, das infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) bewirkt wird; und
- die Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff- Bereitstellungssystems (150) auf Basis der Messinformation zu ermitteln.
10) Kraftfahrzeug (100), das umfasst,
- einen elektrischen Antriebsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs (100);
- eine Brennstoffzelleneinheit (151), die eingerichtet ist, auf Basis eines Brennstoffs elektrischen Strom für den Betrieb des Antriebsmotors zu generieren;
- ein Brennstoff-Bereitstellungssystem (150), das eingerichtet ist, die Brennstoffzelleneinheit (151) mit Brennstoff zu versorgen; und
- eine Vorrichtung (101) zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) mit einem inerten Gas, die gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
11) Verfahren (200) zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) mit einem inerten Gas; wobei das Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) eingerichtet ist, eine Brennstoffzelleneinheit (151) mit Brennstoff zu versorgen; wobei das Verfahren (200) umfasst,
- Bewirken (201), dass die Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) versorgt wird;
- Ermitteln (202) von Messinformation in Bezug auf einen elektrischen Strom und/oder in Bezug auf eine elektrische Spannung, die infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) bewirkt werden; und
- Ermitteln (203) von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) auf Basis der Messinformation.
12) Verfahren (210) zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine Inertisierung eines Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) mit einem inerten Gas; wobei das Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) eingerichtet ist, eine Brennstoffzelleneinheit (151) mit Brennstoff zu versorgen; wobei das Verfahren (210) umfasst,
- Bewirken (211), dass die Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) versorgt wird;
- Ermitteln (212) von Messinformation in Bezug auf ein Vorliegen von Brennstoff in Abgas der Brennstoffzelleneinheit (151), das infolge der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit (151) mit Gas aus dem Brennstoff-Bereitstellungssystem (150) bewirkt wird; und
- Ermitteln (213) von Zustandsinformation in Bezug auf die Inertisierung des Brennstoff-Bereitstellungssystems (150) auf Basis der Messinformation.
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