WO2023108186A1

WO2023108186A1 - System zur umweltschonenden befüllung eines kryobehälters an einem fahrzeug

Info

Publication number: WO2023108186A1
Application number: PCT/AT2022/060441
Authority: WO
Inventors: Matthias Rebernik; Ludwig Michal
Original assignee: Cryoshelter LH2 GmbH; Cryoshelter BioLNG GmbH
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System umfassend ein Fahrzeug, einen am Fahrzeug montierten Kryobehälter (2), bevorzugt einen Wasserstoffbehälter und besonders bevorzugt einen sLH2- Behälter, ein Nebensystem zum Befüllen des Kryobehälters (2) mit Kryofluid, wobei das Nebensystem eine in den Kryobehälter geführte Befüllleitung (3) mit einer Befüllkupplung (4) umfasst und der Kryobehälter (2) über die Befüllleitung (3) befüllbar ist, wobei das System zur genaueren Einstellung der Hold Time einen Zwischentank umfasst, t.

Description

System zur umweltschonenden Befüllung eines Kryobehälters an einem Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein System umfassend ein Fahrzeug, einen am Fahrzeug montierten Kryobehälter, bevorzugt einen Wasserstoffbehälter und besonders bevorzugt einen sLH2- Behälter, ein Nebensystem zum Befüllen des Kryobehälters mit Kryofluid, wobei das Nebensystem eine in den Kryobehälter geführte Befüllleitung mit einer Befüllkupplung umfasst und der Kryobehälter über die Befüllleitung befüllbar ist.

Gemäß dem Stand der Technik können verflüssigte Gase in Behältern („Kryobehältem“) gespeichert werden, um diese als Kraftstoff für beispielsweise einen Verbraucher wie einen Motor oder eine Brennstoffzelle zu lagern. Diese Fluide liegen im Kryobehälter bei äußerst niedrigen Temperaturen vor, beispielsweise bei unter 150 Kelvin, sodass sie hierin als Kryofluide bezeichnet werden. Die Kryofluide liegen je nach Temperatur und Druck in einem Einphasengemisch oder Zweiphasengemisch im Kryobehälter vor. Klassische Kryofluide wie LNG (Liquefied Natural Gas) liegen beispielsweise als Zweiphasengemisch vor. Zusätzlich zur dieser "klassischen" Kryospeicherung, d.h. Speicherung von Gasen in verflüssigter Form, gibt es auch Mischformen der Kryospeicherung, bei denen die Gase nur zum Teil bzw. zeitweise als Zweiphasengemisch vorliegen können, aber auch zeitweise als Einphasengemisch, d.h. außerhalb des thermodynamischen Naßdampfgebiets. Das sogenannte "sLH2 -Konzept" sieht z.B. eine Betankung mit einem unterkühlten Fluid (Wasserstoff) bei überkritischem Druck vor, daher die Bezeichnung "subcooled Liquid Hydrogen". Andere Konzepte sehen die Betankung mit Hochdruckgas bis zu 350 bar und mehr, welches allerdings -120°C oder sogar noch deutlich kälter (bis -250°C) ist.

Im Betrieb, wenn das Kryofluid aus dem Behälter entnommen und dem Verbraucher zugeführt wird, liegt das Kryofluid im Kryobehälter mit einem Arbeitsdruck vor, der beispielsweise zwischen 6 und 8 bar liegt. Bei Abschaltung des Systems und Beendigung der Entnahme steigt der Druck im Kryobehälter durch den Wärmestrom in das Kryofluid wieder an. Gleiches gilt nach Beendigung einer Betankung. Damit der Druck im Kryobehälter nicht zu hoch wird und eine Beschädigung bzw. Unfälle verhindert werden, ist der Kryobehälter mit einem Überdruckventil ausgestattet, welches bei einem vorbestimmten Druck auslöst. Die Zeit von der Beendigung der Entnahme bzw. Beendigung der Betankung bis zum Erreichen des vorbestimmten Drucks des Überdruckventils wird in Fachkreisen als „Hold Time“ bezeichnet. Dies ist beispielsweise ausführlich in der WO 2021/102489 beschrieben. Hierin wird „Hold Time" gleichbedeutend mit „Zeitspanne, nach der ein Druck im Kryobehälter einen vordefinierten Schwellwert erreicht“ verwendet. Wird die Hold Time überschritten, löst das Überdruckventil aus und Kryofluid wird abgelassen, sodass ein weiterer Druckanstieg verhindert wird. Das Ablassen von Kryofluid ist jedoch einerseits ein wirtschaftlicher Verlust, weil Kraftstoff ungenutzt entweicht, und andererseits ein Umweltproblem, weil die Speichereffizienz sinkt und Kryofluid in die Umgebung abgelassen wird. Es ist wünschenswert, dass die Hold Time des Kryobehälters so lange wie möglich ist, um lange Abstellzeiten zu ermöglichen, bzw. dass zumindest nach dem Abstellen des Fahrzeugs bis zur nächsten Wiederinbetriebnahme kein Kraftstoff entweicht.

Unabhängig von den vorstehenden Ausführungen zur Hold Time ist bei der Betankung von Kryobehältern, insbesondere von Wasserstoffbehältern bzw. sLH2 -Behältern, bekannt, das Kryofluid an einer Tankstelle mit einem bestimmten Druck, der hierin als Betankungsdruck bezeichnet wird, bereitzustellen. Dieser Betankungsdruck liegt üblicherweise nahe unter jenem Druck, bei dem das Überdruckventil auslöst. Dadurch kann eine möglichst große Menge an Kryofluid in den Kryobehälter gefüllt werden, sodass das Fahrzeug eine möglichst lange Strecke fahren kann.

Der übliche Betankungsvorgang (im Folgenden: Standardbetankung oder Normalbetankung) läuft derart ab, dass die Tankstelle das Kryofluid gekühlt bereitstellt, und Kryofluid mittels einer Zapfpistole oder ähnlichem in den Kryobehälter verbracht wird. Der Betankungsvorgang wird solange durchgeführt, bis der Druck im Kryobehälter einem Betankungsdruck entspricht, bis ein bestimmter Füllstand erreicht ist oder wenn Flüssigphase aus einer Ventleitung zurückströmt. Für den Betankungsvorgang muss der Tankdruck üblicherweise unter einem bestimmten Schwellwert - dem Betankungsstartdruck - liegen, um eine Betankung zu initiieren. Sofern der Tankdruck darüber liegt, kann dieser z.B. durch Venten (Entnahme einer ausreichenden Teilmenge) zumindest bis auf den Betankungsstartdruck oder darunter abgesenkt werden.

Während des Befüllvorganges erhöht sich der Flüssigkeitsspiegel im Kryobehälter (wenn das Kryofluid als Zweiphasengemisch vorliegt), wobei der Druck im Wesentlichen konstant unter dem Betankungsdruck vorliegt. Wenn Kryobehälter voll ist, kann weiterhin Kryofluid, das in diesem Temperatur- bzw. Druckbereich üblicherweise kompressibel ist, in den Kryobehälter getankt werden. Wenn der Druck im Kryobehälter dem Betankungsdruck entspricht, wird die Tankstelle nicht mehr in der Lage sein, weiteres Kryofluid in den Kryobehälter zu tanken, und der Befüllvorgang wird seitens der Tankstelle beendet. Jedoch ist eine derartige Befüllung nicht in jedem Fall vorteilhaft, da die Hold Time nach der Betankung bis zum Zeitpunkt, an dem erstmalig Kryofluid durch das Überdruckventil abgegeben wird, äußerst kurz ist, und z.B. nur wenige Stunden beträgt. Wenn der Kryobehälter nun jedoch kurz vor einem Wochenende oder einem anderen Stillstandszeitraum bis zu dem Betankungsdruck betankt wird, ist die Hold Time möglicherweise kürzer als der Stillstandszeitraum und das Überdruckventil wird auslösen, bevor das Fahrzeug wieder in Betrieb genommen wird. Dadurch wird über diesen Stillstandszeitraum eine gewisse Menge an Kryofluid über das Überdruckventil an die Umwelt abgegeben, was eine unnötige Kraftstoffverschwendung bzw. auch eine Umweltbeeinträchtigung darstellt. In einer theoretischen Möglichkeit könnte zur Lösung dieses Problems die Isolationsgüte des Kryobehälters erhöht werden, was jedoch aufwändig und technisch schwer umsetzbar ist, bzw. nicht zielführend ist, da durch einen dickeren Isolationsspalt wiederum Nutzvolumen verloren ginge.

Die Schriften DE 102015206782 Al und DE 102019200445 Al beschreiben jeweils Kryobehälter für Fahrzeuge, bei denen eine Betankung vorzeitig gestoppt wird, damit der Kryobehälter eine längere Hold Time aufweist. Diese Verfahren sind jedoch nicht ausgereicht, da z.B. eine Messung des Füllstandes während der Betankung in der Praxis zu ungenau ist. Andererseits ist eine reine Bestimmung eines Druckschwell wertes während der Betankung allein meistens nicht ausreichend, da der Druck alleine nicht repräsentativ für die aktuelle Hold Time ist. Weiters kann insbesondere auch der aktuelle Füllstand durch eine unmittelbare Messung im Kryobehälter während der Betankung nicht ausreichend genau durchgeführt werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Lösungen bereitzustellen, um die vorgenannten Nachteile zu überwinden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System gemäß Anspruch 1.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird in zwei Varianten gelöst, welche durch die gemeinsame erfinderische Idee verbunden sind, dass jeweils ein Zwischentank für den Kryobehälter vorgesehen wird und die Hold Time des Kryobehälters im Zusammenspiel mit diesem Zwischentank eingestellt wird.

In der ersten Variante steht zumindest ein Sensor mit dem Zwischentank in Verbindung, z.B. indem ein Sensor in den Zwischentank hineinragt oder an der Verbindungsstelle zwischen Zwischentank und Kryobehälter vorliegt. Bevorzugt stehen zumindest zwei, zumindest drei oder alle Sensoren, aus deren Messwerten die benötigten Daten bestimmt werden, mit dem Zwischentank in Verbindung. Ein derart angeordneter Sensor hat den Vorteil, dass das Kryofluid im Zwischentank beruhigt ist, da z.B. das Kryofluid zuerst in den Kryobehälter getankt wird und während der Betankung in diesem derart herumschwappt, dass z.B. ein Füllstand nicht genau messbar ist. Weiters können durch die schwappenden Bewegungen während der Betankung lokale Fluktuationen in Druck, Temperatur oder Dichte vorliegen, sodass auch für diese Messgrößen eine Messung im Zwischenbehälter vorteilhaft ist. Damit kann der thermodynamische Zustand des Kryofluids und in der Folge auch die Hold Time des Kryobehälters insbesondere während einer Betankung wesentlich genauer bestimmt werden. Gemäß einer Möglichkeit kann vom Messwert aus dem Zwischenbehälter unmittelbar auf einen korrespondierenden Messwert im Kryobehälter geschlossen werden. In einer anderen Möglichkeit kann jedoch ein Umrechnungsfaktor eingesetzt werden, um einen Messwert im Zwischentank in einen Messwert im Kryobehälter umzurechnen, was insbesondere für Druckmessungen sinnvoll sein kann, da der Druck im Kryobehälter rapide steigen kann, während er im Zwischentank gleichmäßiger steigen wird. Dadurch können entweder einer oder alle Messwerte an dem im Zwischentank vorliegenden Kryofluid gemessen werden. Gegebenenfalls können weitere Messwerte zur Bestimmung des thermodynamischen Zustands im eigentlichen Kryobehälter gemessen werden. Aus diesen Messwerten wird daraufhin bestimmt, wann der Betankungsvorgang abgebrochen werden soll, um eine bestimmte Hold Time des Kryobehälters zu erzielen. Wird zumindest ein Messwert aus dem Zwischentank abgelesen, kann die Hold Time wesentlich genauer eingestellt werden.

In dieser ersten Variante wird der Messwert vom mit dem Zwischentank in Verbindung stehenden Sensor herangezogen, um den Betankungsvorgang vorzeitig zu beenden, um eine gewünschte Hold Time zu erreichen. Dies erfolgt bevorzugt fahrzeugseitig, z.B. indem die Mittel ein unmittelbar in der Befüllleitung angeordnetes Ventil zur Beendigung des Betankungsvorganges umfassen. Alternativ kann der Betankungsvorgang vorzeitig durch die Tankstelle abgebrochen werden, wie unten näher erläutert ist.

In der ersten Variante wird zur Lösung der Aufgabe, den Kryobehälter umweltschonender auszubilden, nun nicht etwa vorgesehen, die Isolationsgüte zu verbessern, sondern es wird zumindest ein mit dem Zwischentank in Verbindung stehender Sensor, eine Recheneinheit und Mittel vorgesehen, mit denen ein gewünschter Zustand des Kryofluids während oder z.B. im Wesentlichen unmittelbar nach der Betankung erreichbar ist, bei dem während eines anschließenden Stillstandszeitraum oder für die Kombination von mehreren Stillständen und geplanten Entnahmen abwechselnd kein Kryofluid an die Umwelt abgegeben wird. Die Mittel können auf verschiedene Arten ausgeführt werden, nämlich als sperrendes Ventil in der Befüllleitung, als öffnendes Ventil zur Vergrößerung des Gesamtvolumens oder als Anzeige bzw. Sender bzw. Sendeempfänger für Daten, die ausgehend vom thermodynamischen Zustand ermittelt wurden und indikativ für die Erreichung des gewünschten thermodynamischen Zustands sind. Die Mittel umfassen beispielsweise eine Recheneinheit zur Bestimmung der zum Erreichen des gewünschten Zustands benötigten Daten, wobei diese Daten angezeigt werden oder an eine Tankstelle übermittelt werden. Die Recheneinheit kann somit einen momentanen Abgleich machen, ob der aktuelle thermodynamische Zustand dem gewünschten thermodynamischen Zustand entspricht, oder eine vorausschauende Berechnung durchführen, um Daten zu ermitteln, wie lange die Betankung zur Erreichung des gewünschten thermodynamischen Zustands noch durchgeführt werden muss bzw. welche Masse an Kryofluid in welchem thermodynamischen Zustand benötigt wird, um ausgehend von einem aktuellen thermodynamischen Zustand (z.B. dem Zustand vor der Betankung) den gewünschten thermodynamischen Zustand zu erreichen. Die Daten könnten beispielsweise auch ein Signal sein, um anzuzeigen, dass der gewünschte Zustand erreicht wurde, damit der Benutzer die Betankung manuell beenden kann. Es versteht sich, dass die Recheneinheit bei den Berechnungen Daten heranziehen kann, die in der Recheneinheit selbst hinterlegt sind oder von einer externen Einheit wie der Tankstelle empfangen werden, wie eine Isolationsgüte des Kryobehälters oder eine erwartete Temperatur des Kryofluids, mit dem betankt wird. Im Allgemeinen sei an dieser Stelle festgehalten, dass das Kryofluid bei der vorliegenden Erfindung als Zweiphasengemisch (gasförmig und flüssig) vorliegen kann oder auch nur im einphasigen Zustand. Im Zweiphasengemisch kann die Masse des Kryofluids bestimmt werden, wenn drei Messgrößen bekannt sind, z.B. Druck, Temperatur und Füllstand. Im einphasigen Zustand reicht hingegen die Kombination aus Druck und Temperatur aus, um die Masse des Kryofluids zu bestimmen. Da der Steuereinheit jedoch nicht immer bekannt ist, ob das Kryofluid im Zweiphasengemisch oder im einphasigen Zustand vorliegt, können weitere Maßnahmen getroffen werden. Z.B. kann durch das Signal des Füllstandssensors darauf geschlossen werden, ob ein Zweiphasengemisch vorliegt oder nicht, oder es kann ein optischer Sensor eingesetzt werden, der die Transparenz des Kryofluids bestimmen kann, wovon wiederum auf den Zustand des Kryofluids geschlossen werden kann. Auch dieser Sensor kann im Zwischentank angeordnet werden. Bevorzugt bestimmt die Recheneinheit zuerst, ob das Kryofluid einphasig oder zweiphasig vorliegt und berechnet erst danach die Masse.

In der zweiten Variante wird vorgesehen, den Kryobehälter eingangs standardmäßig bis zu einem Betankungsdruck zu betanken und nach einer Betankung Kryofluid in den Zwischenbehälter zu überführen, sodass nach der Betankung ein thermodynamischer Zustand im Kryobehälter vorliegt, bei dem das Fahrzeug über eine gewünschte Zeitspanne (z.B. mindestens 12h, 16h, 24h, 72h, 144h oder 230h, im Allgemeinen jedoch frei wählbar) stillstehen kann, ohne dass in diesem Zeitraum Kryofluid an die Umwelt abgegeben wird. Unter dem thermodynamischen Zustand wird allgemein die Kombination aus zumindest zwei der folgenden Eigenschaften verstanden: Druck, Temperatur, Masse. Das Volumen ist in dieser Anwendung konstant durch das Volumen des Kryobehälters vorgegeben. Zur Beschreibung des thermodynamischen Zustands können jedoch auch Messgrößen herangezogen werden, mittels denen andere Eigenschaften bestimmt werden können, z.B. der Füllstand oder die Dichte.

Bei einer Standardbetankung wird die Betankung beendet, wenn ein bestimmter Druck (z.B. der Betankungsdruck) oder ein bestimmter Füllstand (z.B. der maximale Füllstand) im Kryobehälter vorliegt, woraus allein jedoch nicht bestimmbar ist, wann Kryofluid an die Umwelt abgegeben wird. Selbst wenn der Benutzer gewusst hätte, dass der Kryobehälter zur Verlängerung der Hold Time, d.h. der Zeitspanne bis zur ersten Abgabe des Kryofluids an die Umwelt nach einer Betankung, nicht vollständig befüllt werden soll, wäre es dem Benutzer mangels entsprechender technischer Mittel nicht möglich gewesen, die Hold Time genau einzustellen. Dies hat einerseits den Grund, da der Benutzer während der Betankung den Füllstand (z.B. die Flüssigkeitsspiegelhöhe) nicht genau kennt und daher raten müsste, wann eine entsprechende Hold Time erreicht wäre. Die Einstellung einer wohl definierten Hold Time ist dadurch freilich nicht ermöglicht. Andererseits ist selbst die Kenntnis der Flüssigkeitsspiegelhöhe allein nicht ausreichend, um die aktuelle Hold Time zu bestimmen, da sich erst aus der Kombination aus zumindest zwei Messwerten, z.B. der Flüssigkeitsspiegelhöhe, dem Druck und/oder der Temperatur, der aktuelle thermodynamische Zustand des Kryofluids ermitteln lässt, aus dem sich ermitteln lässt, ob der gewünschte Zustand erreicht wurde.

Durch den Zwischentank ist insbesondere möglich, dass dessen Größe in einem Bezug zur gewünschten Hold Time steht. Dies ist möglich, da vorausberechnet werden kann, welches Volumen an Kryofluid nach einer Vollbetankung aus dem Kryobehälter abgeführt werden muss, um eine fest vorgegebene Hold Time bzw. Zeitspanne zu erreichen.

Erfindungsgemäß umfassen die genannten Mittel gegebenenfalls ein zwischen dem Zwischentank und dem Kryobehälter angeordnetes Ventil zur Überführung des Kryofluids in den Zwischentank. In dieser Ausführungsform kann das Verfahren zum Betanken dieses Systems unter anderem die folgenden Schritte umfassen: Schließen des Ventils; Betanken des Kryobehälters über die Betankungskupplung gemäß einer Standardbetankung, z.B. bis ein vorbestimmter Druck oder Füllstand im Kryobehälter vorliegt; Öffnen des Ventils. Gegebenenfalls kann das Ventil wieder geschlossen werden, wenn die aktuelle Hold Time der gewünschten Hold Time entspricht. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, wenn das Volumen des Zwischentanks wie unten beschrieben bereits vorab derart gewählt wird, dass sich die gewünschte Hold Time bei einem Druckgleichgewicht nach Öffnen des Ventils einstellt. Gegebenenfalls kann das Ventil zum Zwischentank auch erst eine bestimmte Zeitspanne nach dem Betankungsbeginn sperren, um den Zwischentank teilweise vorzufüllen.

Eingangs wird somit der eigentliche Kryobehälter vollständig bis zum Betankungsdruck befällt und danach wird ein Teil des Kryofluids in den Zwischentank überführt, der während der Betankung nicht oder nur teilweise gefüllt wurde. Das Gesamtsystem aus Kryobehälter und Zwischentank weist somit nach der Betankung im Wesentlichen denselben Zustand auf wie ein Kryobehälter, bei dem die Betankung vorzeitig gestoppt wurde.

Der genannte Zwischentank befindet sich üblicherweise am Fahrzeug, und kann insbesondere in der Nähe des Kryobehälters vorliegen, könnte jedoch auch Teil der Tankstelle sein, d.h. Kryofluid kann in die Tankstelle zurückgeleitet („zurückgevented“) werden. Die Befüllkupplung könnte hier einen Massenstrom an Kryofluid in beide Richtungen ermöglichen oder es könnte eine gesonderte Retourgasleitung vorgesehen werden, die auch koaxial in der Befüllleitung vorliegen könnte.

Bevorzugt ist jedoch, wenn der Kryobehälter und der Zwischentank von einer gemeinsamen Isolationsaußenhülle umgeben sind und das Ventil weiters bevorzugt innerhalb der gemeinsamen Isolationsaußenhülle vorliegt. In einer Variante könnte beispielsweise auch eine Zwischenwand in einem Behälter eingezogen werden, wobei der größere Teil des Behälters als Kryobehälter bezeichnet wird und der kleinere Teil des Behälters als Zwischentank bezeichnet wird. Das Ventil könnte hierbei unmittelbar in der Zwischenwand vorliegen. Im Allgemeinen wird vorgesehen, dass das Volumen des Zwischentanks (wenn mehrere Zwischentanks und/oder mehrere Kryobehälter vorgesehen sind: das Gesamtvolumen aller Zwischentanks pro Kryobehälter) beispielsweise maximal 30 %, maximal 20 %, maximal 10 % oder maximal 5 %, des Volumens des (bzw. der) Kryobehälters beträgt.

Einerseits könnte das Ventil manuell bzw. über eine Recheneinheit steuerbar sein, z.B. indem eine Steuerleitung vom Ventil zu einem manuell betätigbaren Schalter oder zur Recheneinheit geführt ist. Dies kann jedoch schwierig sein, insbesondere wenn das Ventil in einem isolierten Bereich vorliegt. Zwar könnte das Problem gelöst werden, wenn ein Funksendeempfänger eingesetzt wird, jedoch ist hierbei einerseits die Stromversorgung problematisch und andererseits auch das Vorliegen von elektrischen Kontakten an sich, da das Kryofluid leicht entzündbar sein kann. Stromlose Schaltungen des Ventils lassen sich beispielsweise erzielen, wenn das Ventil ein Überdruckventil ist, welches in Richtung des Zwischentanks öffnet, wenn ein Überführungsdruck im Kryobehälter vorliegt, der über einem Betankungsdruck liegt. Beispielsweise kann der Betankungsdruck 16 bar betragen und der Überführungsdruck 18 bar. Diese Ausführungsform hat somit den Vorteil, dass das Ventil nicht steuerbar ausgeführt werden muss und die Sicherheit des Systems daher erhöht ist. Im Gegensatz dazu haben steuerbare Ventile jedoch den Vorteil einer flexibleren Schaltung, da das Ventil z.B. auch während des Betankungsvorganges geöffnet sein könnte. So könnte bevorzugt das Ventil in einen zweiten Betriebszustand versetzbar sein, in dem der Kryobehälter und der Zwischentank gemäß einem Standardbetankungsvorgang befüllbar ist.

Wenn das Ventil zwischen Kryobehälter und Zwischentank als Überdruckventil ausgebildet ist, wird somit zuerst bei Erreichen des Überführungsdrucks Kryofluid vom Kryobehälter in den Zwischentank verbracht und danach, wenn im Wesentlichen derselbe Druck im Kryobehälter und im Zwischentank vorliegt, bei Erreichen des Drucks nach außen öffnenden Überdruckventils Kryofluid vom Kryobehälter und/oder Zwischentank an die Umwelt abgegeben. Das nach außen öffnende Überdruckventil kann in allen Ausführungsformen Kryofluid vom Kryobehälter und/oder vom Zwischentank nach außen ablassen. Gegebenenfalls könnten auch zwei nach außen öffnende Überdruckventile vorgesehen werden, wobei eines am Kryobehälter ansetzt und eines am Zwischentank.

Weiters bevorzugt kann ein Rückschlagventil zwischen dem Kryobehälter und dem Zwischentank vorgesehen sein, welches nur einen Fluidstrom vom Zwischentank zum Kryobehälter zulässt. Dadurch kann Kryofluid ständig aus dem Zwischentank entnommen werden, z.B. wenn dieses bei einer Entnahme benötigt wird. Wenn das erstgenannte Ventil schaltbar ausgebildet ist, könnte das Rückschlagventil jedoch auch entfallen, z.B. wenn das erstgenannte Ventil bei einer Entnahme geöffnet wird.

Im Allgemeinen umfasst das System daher Mittel zum Erreichen bzw. Einstellen einer gewünschten Hold Time während oder nach einer Betankung mittels eines Zwischentanks. An dieser Stelle sei angemerkt, dass unter dem Erreichen der gewünschten Hold Time „während der Betankung“ gemeint ist, dass der Betankungsvorgang vorzeitig abgebrochen wird oder dass zum für die gewünschte Hold Time ermittelten Zeitpunkt ein Betankungsende herbeigeführt wird. Unter dem Erreichen der Hold Time „nach der Betankung“ ist gemeint, dass ein herkömmlicher Betankungsvorgang durchgeführt wird, z.B. nach dem Stand der Technik, und der Betankungsvorgang beendet wird, wenn beispielsweise im Kryobehälter ein dem Betankungsdruck entsprechender Druck vorliegt. Danach wird der Zwischentank zugeschalten oder in Richtung der Tankstelle gevented, um die gewünschte Hold Time zu erreichen. Weiters sei angemerkt, dass bei einem Betankungsvorgang gemäß der Erfindung auch ein Venten während (gleichzeitig oder den Befüllvorgang unterbrechend) oder als Abschluss des Betankungsvorgangs sinnvoll sein kann, um einen gewünschten Druckzustand im Kryobehälter herbeizuführen.

Weiters bevorzugt ist, wenn das Volumen des Zwischentanks derart im Verhältnis zum Volumen des Kryobehälters gewählt ist, dass der gewünschte thermodynamische Zustand des Kryofluids erreicht wird, nachdem sich nach einer vollständigen Befüllung bei geschlossenem Ventil ein Druckgleichgewicht zwischen Zwischentank und Kryobehälter bei geöffnetem Ventil eingestellt hat, wobei die gewünschte Hold Time bevorzugt mindestens 12h, 16h, 24h, 72h, 144h oder 230h entspricht. Hierbei muss das Ventil nach der vollständigen Betankung lediglich geöffnet werden, wonach ein vorbestimmter Anteil an Kryofluid in den Zwischentank strömt. Hierbei ist die gewünschte Hold Time bzw. der gewünschte Zustand jedoch durch die Größe des Zwischentanks vorgegeben und kann nicht noch weiter erhöht werden, außer diese Ausführungsform wird mit einem Ventil in der Betankungsleitung oder durch eine individuelle Betankung kombiniert, wie unten für die Figuren beschrieben ist. Das Anzeigen des Endes einer Betankung könnte manuell erfolgen oder beispielsweise in einer einfachen Form automatisch mit dem Sensor zur Indikation der Position der Tankklappe der Befüllkupplung verbunden sein, wobei das Ventil zum Zwischentank öffnet bzw. schließt, sobald der Tankklappensensor „Geschlossen“ meldet bzw. umgekehrt.

Es ist auch möglich, dass mehrere Zwischentanks vorgehen werden, sodass durch Zuschalten eines Zwischentanks beispielsweise eine Hold Time von 12h erreicht wird und durch Zuschalten von zwei Zwischentanks beispielsweise eine Hold Time von 24h erreicht wird. Dies kann erreicht werden, indem zumindest ein weiterer Zwischentank und zumindest ein weiteres Ventil zwischen dem Kryobehälter und den weiteren Zwischentanks oder zwischen dem Zwischentank und den weiteren Zwischentanks vorgesehen sind, wobei die weiteren Ventile zur selektiven Einstellung einer Hold Time nach einem Betankungsvorgang individuell öffenbar sind. Einerseits können die Ventile die einzelnen Zwischentanks unmittelbar mit den Kryobehälter verbinden und andererseits könnte eine kaskadenartige Schaltung der Zwischentanks vorgesehen werden, wodurch die Zwischentanks nur nacheinander befüllt werden.

In den einfachsten Ausführungsformen muss das System somit überhaupt keine Sensoren aufweisen, damit die Hold Time einstellbar ist, z.B. wenn der Benutzer weiß, dass das Zuschalten des Zwischentanks nach einer Betankung die Hold Time um 12h verlängert, und der Zwischentank durch einen einfachen Knopfdruck hinzuschaltbar ist. Dies ist deshalb bevorzugt, da das Messen mittels Sensoren aufwändig und auch ungenau sein kann. Insbesondere ist ein Füllstand während der Betankung aufgrund des schwappenden Kryofluids nur schwer messbar.

In anderen Varianten könnte das System jedoch auch Sensoren umfassen, um den thermodynamischen Zustand des Kryofluids im Kryobehälter und/oder im Zwischentank zu bestimmen, wobei das System weiters eine Recheneinheit umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Hold Time des Kryobehälters zu ermitteln, und/oder wobei die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, Daten zu ermitteln, wie das Ventil betätigt werden muss, ausgehend vom von den Sensoren bestimmten thermodynamischen Zustand, damit der gewünschte Zustand erreicht wird.

Insbesondere kann die Recheneinheit mit dem Ventil verbunden sein und dieses unmittelbar ansteuem, um das Kryofluid im Kryobehälter in einen Zustand zu bringen, bei dem der Druck im Kryobehälter ohne Entnahme oder unter Einrechnung von geplanten Entnahmen von Kryofluid innerhalb einer gewünschten Zeitspanne einen vordefinierten Schwellwert nicht erreicht. Alternativ könnten diese Daten auch an einer Anzeige angezeigt werden, damit ein Benutzer die Ansteuerung des Ventils manuell vornimmt.

In der ersten Variante umfassen die genannten Mittel wie bereits erläutert bevorzugt ein unmittelbar in der Befüllleitung angeordnetes Ventil zur Beendigung des Betankungsvorganges (dies kann jedoch auch mit der zweiten Variante kombiniert werden). Ein derartiges kann Ventil insbesondere dazu ausgebildet sein, während eines Befüllvorganges z.B. noch vor Erreichen des Betankungsdrucks, mit dem das Kryofluid an der Befüllkupplung bereitgestellt wird (bzw. noch vor Erreichen eines vorbestimmten Flüssigkeitsspiegels, bei dem die Standardbetankung abgeschossen wird oder noch bevor Flüssigphase aus einer Ventleitung zurückströmt, wenn die Standardbetankung bei Erkennen des Zurückströmens beendet wird), im Kryobehälter in einen geschlossenen Zustand zu wechseln, wenn eine aktuelle Hold Time des Kryobehälters der gewünschten Hold Time entspricht. Das Verfahren zur Betankung in diesem System umfasst unter anderem die Schritte: Öffnen des Ventils; Betanken des Kryobehälters über die Betankungskupplung; Schließen des Ventils, wenn der gewünschte thermodynamische Zustand im Kryobehälter erreicht ist.

In dieser Ausführungsform kann somit ein in der Befüllleitung befindliches Ventil z.B. vorzeitig geschlossen werden, um den Betankungsvorgang zu beenden. Dadurch wird erzielt, dass der Befüllvorgang zu diesem Zeitpunkt vorzeitig abgebrochen wird, was dem Kryobehälter eine längere Hold Time gegenüber einer Vollbetankung ermöglicht. Wenn das Fahrzeug nun über einen Stillstandszeitraum von beispielsweise zwei Tagen abgestellt wird, wird der Druck im Kryobehälter ansteigen, jedoch wird aufgrund der unvollständig gewählten Betankung kein Kryofluid über das Überdruckventil als sogenanntes Boil-Off austreten. Wenn man diese Situation mit einem Stand-der-Technik System vergleicht, bei dem der Kryobehälter vor dem Stillstandszeitraum voll betankt wurde und dadurch über den Stillstandszeitraum überschüssiges Kryofluid als Boil-Off ablässt, wird nach dem Stillstandszeitraum bei beiden Kryobehältern im Wesentlichen dieselbe Menge an Kryofluid im Kryobehälter vorliegen, wobei bei dem erfindungsgemäßen Kryobehälter jedoch kein Kryofluid verschwendet, d.h. an die Umwelt abgegeben wurde.

Alternativ kann in der ersten Variante auch ein thermodynamischer Zustand eingestellt werden, bei dem die gewünschte Zeitdauer kürzer ist als bei einer Standardbetankung. Die Tankstelle liefert in diesem Fall z.B. kälteres Kryofluid als bei einer Normalbetankung und das Ventil schließt, sobald die benötigte Masse in den Kryobehälter gefüllt ist, oder der Betankungsvorgang könnte bis zu einem größeren Druck als bei einer Normalbetankung durchgeführt werden. Dadurch kann eine größere Masse an Kryofluid als bei einer Normalbetankung in den Kryobehälter getankt werden.

Derselbe Effekt kann alternativ mit der genannten zweiten erfindungsgemäßen Variante erzielt werden. In der zweiten Variante umfassen die genannten Mittel üblicherweise ein zwischen dem Zwischentank und dem Kryobehälter angeordnetes Ventil zur Überführung des Kryofluids in den Zwischentank. In dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Betanken dieses Systems unter anderem die Schritte: Schließen des Ventils; Betanken des Kryobehälters über die Betankungskupplung gemäß einer Standardbetankung, z.B. bis ein vorbestimmter Druck oder Füllstand im Kryobehälter vorliegt; Öffnen des Ventils. Gegebenenfalls kann das Ventil wieder geschlossen werden, wenn die aktuelle Hold Time der gewünschten Hold Time entspricht. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, wenn das Volumen des Zwischentanks wie unten beschrieben bereits vorab derart gewählt wird, dass sich die gewünschte Hold Time bei einem Druckgleichgewicht nach Öffnen des Ventils einstellt. Gegebenenfalls kann das Ventil zum Zwischentank auch erst eine bestimmte Zeitspanne nach dem Betankungsbeginn sperren, um den Zwischentank teilweise vorzufüllen.

In dieser zweiten Variante wird dasselbe Ziel wie in der erstgenannten Variante erreicht, d.h. es wird ermöglicht, dass nach einem Betankungsvorgang, der von der Tankstelle in herkömmlicher Art und Weise ausgeführt wird, ein möglichst voller Befüllgrad vorliegt, der jedoch gegenüber einer maximalen Betankung leicht reduziert ist, um eine längere Hold Time zu ermöglichen. Im Gegensatz zur ersten Variante wird der eigentliche Kryobehälter vollständig bis zum Betankungsdruck befüllt und danach wird ein Teil des Kryofluids in den Zwischentank überführt, der während der Betankung nicht gefüllt wurde. Das Gesamtsystem aus Kryobehälter und Zwischentank weist somit nach der Betankung im Wesentlichen denselben Zustand auf wie der Kryobehälter aus der ersten Variante.

Der genannte Zwischentank befindet sich üblicherweise am Fahrzeug, insbesondere im bzw. am Kryobehälter, könnte jedoch auch Teil der Tankstelle sein, d.h. Kryofluid kann in die Tankstelle zurückgeleitet („zurückgevented“) werden. Die Befüllkupplung könnte hier einen Massenstrom an Kryofluid in beide Richtungen ermöglichen oder es könnte eine gesonderte Retourgasleitung vorgesehen werden, die auch koaxial in der Befüllleitung vorliegen könnte.

Insbesondere kann auch vorgesehen werden, dass das Ventil zwischen Kryobehälter und Zwischentank als Überdruckventil ausgebildet ist, das beispielsweise auslöst, bevor ein weiteres Überdruckventil Kryofluid an die Umwelt abgibt. In dieser Ausführungsform wird zuerst bei Erreichen eines ersten Druckschwellwerts Kryofluid vom Kryobehälter in den Zwischentank verbracht und danach, wenn im Wesentlichen derselbe Druck im Kryobehälter und im Zwischentank vorliegt, bei Erreichen eines zweiten Druckschwellwertes Kryofluid vom Kryobehälter und/oder Zwischentank an die Umwelt abgegeben.

Die genannten Mittel können in beiden der genannten Varianten auch eine Anzeige umfassen, wobei die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, eine benötigte Masse zur Erreichung des gewünschten Zustands, gegebenenfalls in Kombination mit einem benötigten Druck und/oder einer benötigten Temperatur, und/oder eine aktuelle Zeitspanne bis zur Erreichung des vordefinierten Schwellwerts und/oder eine aktuelle Masse des Kryofluids im Kryobehälter, gegebenenfalls in Kombination mit einem aktuellen Druck im Kryobehälter und/oder einer aktuellen Temperatur im Kryobehälter, oder das Erreichen des gewünschten Zustands zu ermitteln und an der Anzeige anzuzeigen. Der Benutzer kann somit aufgrund der angezeigten Informationen. Z.B. der aktuellen Hold Time, selbst entscheiden, ob der Betankungsvorgang vorzeitig abgebrochen werden soll oder ob nach einem Betankungsvorgang Kryofluid in den Zwischentank überführt werden soll. Wenn beispielsweise angezeigt wird, dass die Hold Time 8h beträgt, der Benutzer aber weiß, dass er die Fahrt in frühestens 12h wieder aufnimmt, kann er nach der Betankung Kryofluid in den Zwischentank ablassen. Wenn er keine längere Hold Time wünscht, kann er den Zwischentank hingegen gleich mitbetanken, Um die Masse an mitgeführtem Kryofluid zu maximieren. Jedenfalls ist auch bei der Anzeige bevorzugt, wenn die angezeigten Informationen zumindest einen verarbeiteten oder unverarbeiteten Messwert eines mit dem Zwischentank in Verbindung stehenden Sensors umfassen, da dies wie bereits oben erläutert einen besseren Rückschluss auf die aktuelle Hold Time ermöglicht. In jener Variante, bei der nach der Betankung Kryofluid in den Zwischentank abgelassen wird, könnten jedoch auch alle Messwerte durch Sensoren gewonnen werden, die nicht mit dem Zwischentank, sondern z.B. nur mit dem Kryobehälter in Verbindung stehen.

In einer Ausführungsform können Daten von der Recheneinheit ermittelt werden, die indikativ für die aktuelle Hold Time sind, z.B. die Hold Time selbst oder die Masse an Kryofluid im Kryobehälter. Alternativ könnte die Masse berechnet werden, die benötigt wird, um den gewünschten Zustand zu erreichen. Die von der Recheneinheit ermittelten Daten können auf der Anzeige angezeigt werden, damit der Benutzer den Betankungsvorgang manuell abbrechen kann, wenn der gewünschte Zustand erreicht ist, bzw. damit der Benutzer die benötigten Daten manuell an die Tankstelle übergeben kann, z.B. in eine Schnittstelle der Tankstelle eingeben kann.

In einer weiteren Ausführungsform können die Mittel einen Sender zur Übermittlung von Daten an eine Tankstelle umfassen, wobei die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, eine benötigte Masse zur Erreichung des gewünschten Zustands, gegebenenfalls in Kombination mit einem benötigten Druck und/oder einer benötigten Temperatur, und/oder eine aktuelle Zeitspanne bis zur Erreichung des vordefinierten Schwellwerts und/oder eine aktuelle Masse des Kryofluids im Kryobehälter, gegebenenfalls in Kombination mit einem aktuellen Druck im Kryobehälter und/oder einer aktuellen Temperatur im Kryobehälter, oder das Erreichen des gewünschten Zustands zu ermitteln und an die Tankstelle zu übermitteln.

In dieser Ausführungsform kann die Tankstelle selbstständig den Betankungsvorgang derart ausführen, dass das Kryofluid im Kryobehälter nach der Betankung den gewünschten thermodynamischen Zustand aufweist, und stellt zu diesem Zweck beispielsweise eine benötigte Masse an Kryofluid in einem benötigten thermodynamischen Zustand bereit. Es versteht sich, dass die Recheneinheit eine Umrechnung vornehmen kann, um eine benötigte Masse in einem benötigten thermodynamischen Zustand in eine andere Masse in einen anderen thermodynamischen Zustand umzurechnen. Gegebenenfalls kann die Recheneinheit und/oder die Tankstelle eine Schnittstelle zur Eingabe der gewünschten

Zeitspanne aufweisen, damit daraus die benötigte Masse, gegebenenfalls in Kombination mit einem thermodynamischen Zustand, an Kryofluid errechnet werden kann.

In der einfachsten Ausführung können die genannten Ventile manuell betätigt werden. In der ersten Variante könnte beispielweise eine Anzeige für die betankende Person ersichtlich sein, welche die aktuelle Zeitspanne / Hold Time bzw. die Masse an Kryofluid im Kryobehälter anzeigt, die aus den Messwerten berechnet wurden. Die betankende Person kann das Ventil manuell aktivieren, um die Betankung abzuschließen. Hierbei würden die Mittel wiederum eine Anzeige und gegebenenfalls eine Recheneinheit zur Berechnung der Daten umfassen. In der zweiten Variante kann das Ventil einfach nach der vollständigen Betankung manuell geöffnet und gegebenenfalls nach einem bestimmten Zeitraum wieder geschlossen werden.

Alternativ oder zusätzlich könnte das Ventil in beiden Varianten auch automatisch geschlossen bzw. geöffnet werden. Hierbei wird bevorzugt die bereits erläuterte Recheneinheit eingesetzt.

Es ist besonders bevorzugt, wenn das genannte System einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Dichtesensor und/oder einen Flüssigkeitsspiegelhöhensensor und/oder einen Gewichtssensor umfasst, wobei die Recheneinheit mit zumindest zwei der genannten Sensoren verbunden und dazu ausgebildet ist, aus von den Sensoren empfangenen Messwerten eine benötigte Masse zur Erreichung des gewünschten Zustands, gegebenenfalls in Kombination mit einem benötigten thermodynamischen Zustand wie einem benötigten Druck und/oder einer benötigten Temperatur, und/oder eine aktuelle Zeitspanne bis zur Erreichung des vordefinierten Schwellwerts und/oder eine aktuelle Masse des Kryofluids im Kryobehälter, gegebenenfalls in Kombination mit einem aktuellen Druck im Kryobehälter und/oder einer aktuellen Temperatur im Kryobehälter, oder das Erreichen des gewünschten Zustands zu ermitteln. Wie bereits erläutert ist bevorzugt, wenn zumindest einer dieser Sensoren mit dem Zwischentank in Verbindung steht, da dadurch genauer auf die Hold Time geschlossen werden kann. Die Errechnung der Hold Time kann entweder analytisch oder dadurch erfolgen, dass eine Formel oder eine Tabelle in der Recheneinheit hinterlegt ist. Da die Hold Time in der Regel von weiteren Faktoren wie einer Isolationsgüte oder einem Volumen des Kryobehälters abhängig ist, können diese Faktoren in der Recheneinheit hinterlegt sein. Die aktuelle Masse bzw. Hold Time kann auch vom von der Tankstelle geliefertem Zustand, insbesondere der Temperatur, des in den Tank einströmenden Kryofluids abhängig sein. Dieser kann z.B. über eine Temperaturmessung erfasst werden und als Berechnungsgröße in die Bestimmung der Masse bzw. Hold Time zusätzlich eingehen oder die Tankstelle könnte den Zustand, insbesondere die Temperatur, mittels eines Senders an die Recheneinheit senden.

Mittels der von der Recheneinheit ermittelten Daten kann daraufhin der Betankungsvorgang gesteuert, insbesondere beendet, werden.

Wie bereits erläutert kann die Recheneinheit entweder die Hold Time an einer Anzeige für einen Benutzer ausgeben, wobei der Benutzer das Ventil manuell betätigt. Alternativ oder zusätzlich könnte die Recheneinheit auch mit dem Ventil verbunden und dazu ausgebildet sein, das Ventil zu schließen, wenn der gewünschte Zustand erreicht wurde. Alternativ oder zusätzlich könnte die Recheneinheit das Ventil für den Zwischentank öffnen, sobald ein Standardbetankungsvorgang abgeschlossen ist, was auch ohne die Bestimmung einer Flüssigkeitsspiegelhöhe, Drucks oder der Hold Time erfolgen könnte. Der Zeitpunkt der vollständigen Befüllung des Kryobehälters mit dem Betankungsdruck kann unmittelbar durch eine Druckmessung im Kryobehälter erfolgen, oder durch eine Steuerleitung zwischen der Recheneinheit und der Befüllkupplung, die das Ende des Betankungsvorganges anzeigt.

In allen vorgenannten Ausführungsformen dient das Ventil somit dazu, eine längere Hold Time für den Kryobehälter zu ermöglichen, wenn ein längerer Stillstandszeitraum unmittelbar nach der Betankung erwartet wird. In manchen Fällen wird jedoch gewünscht, dass nach der Betankung gleich weitergefahren wird. In diesem Fall wird auch bei einer vollständigen Betankung nicht zu erwarten sein, dass Boil-Off aus dem Kryobehälter abgelassen wird, da sofort Kryofluid aus dem Kryobehälter entnommen wird. Es ist daher vorteilhaft, wenn das Ventil in einen zweiten Betriebszustand versetzbar ist, in dem der Kryobehälter und auch der Zwischentank bis zu dem Betankungsdruck befüllbar ist. In anderen Worten ist der Kryobehälter in einem Zustand befüllbar, bei dem die Hold Time unter der gewünschten Hold Time des Kryobehälters liegt. Das Ventil ist bevorzugt manuell, z.B. mittels eines Tasters eines automatisch angesteuerten Ventils, in den zweiten Zustand versetzbar, sodass die betankende Person beispielsweise vor oder während des Betankens wählen kann, ob der Kryobehälter in jenem Zustand betankt wird, in dem die Hold Time verlängert wird, oder in jenem Zustand betankt wird, in dem die Füllmenge maximiert wird. Die gewünschte Hold Time bzw. der gewünschte Zustand der Betankung kann manuelle über eine Schnittstelle gewählt werden oder auch von einem Programm wie einem Routenplaner vorgegeben werden, der überdies auch die benötigte Menge an Kryofluid für eine Fahrt vorgeben könnte. Diese Berechnung könnte auch mehrere Stillstandszeiten mit oder ohne Entnahme, z.B. ein Wochenende mit Betrieb der Heizung oder des Kühlschranks, und mehrere Betriebszeiten hintereinander für eine gesamte Route umfassen. In diesem Fall kann die "Hold Time" auch so gewünscht sein, dass sie erst nach zumindest einer Unterbrechung (Entnahme) erreicht wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform könnte das System einen weiteren am Fahrzeug montierten Kryobehälter umfassen, wobei eine weitere Befüllleitung mit der erstgenannten Befüllleitung verbunden und in den weiteren Kryobehälter geführt ist, sodass sowohl der erstgenannte Kryobehälter als auch der weitere Kryobehälter über die Befüllkupplung betankbar sind. Bevorzugt weisen beide Kryobehälter einen eigenen Zwischentank auf und/oder es ist eine bzw. die Recheneinheit mit einem Ventil in der Befüllleitung und mit einem Ventil in der weiteren Befüllleitung verbunden und dazu ausgebildet ist, durch Ansteuerung dieser beiden Ventile eine gleiche Zeitspanne der beiden Kryobehälter bis zur Erreichung des vordefinierten Schwellwerts einzustellen. Die beiden Ventile können beispielsweise derart eingestellt werden, dass Hold Time der beiden Kryobehälter während des gesamten Betankungsvorganges gleich bleibt oder zumindest nach dem Betankungsvorgang gleich ist. Es könnte nur ein Zwischentank vorgesehen werden, sodass beide Kryobehälter nach einer Betankung Kryofluid in denselben Zwischentank ablassen oder es könnten zwei Zwischentanks vorgesehen werden, und die beiden Kryobehälter lassen nach einer Betankung Kryofluid in den ihnen zugeordneten Zwischentank ab, wobei hier der Zwischentank jeweils bevorzugt unmittelbar neben dem jeweiligen Kryobehälter in einer gemeinsamen Isolationsaußenhülle angeordnet ist.

Das hierin beschriebene System wird üblicherweise derart umgesetzt, dass der Kryobehälter seitlich an einem Fahrzeugrahmen des Fahrzeugs montiert ist. In diesem Fall kann auch die Befüllkupplung auf der Seite des Fahrzeugs zugänglich sein, wodurch die Leitungswege minimiert werden können. Die vorgenannten Anzeigen können unmittelbar neben der Befüllkupplung oder in der Fahrerkabine oder als Teil des Betriebssystems des Fahrzeuges oder auf mobilen Geräten oder Anzeigen ersichtlich sein.

In allen vorgenannten Ausführungsformen ist überdies bevorzugt, wenn das System eine Fahrtplanungseinheit umfasst, in welcher zumindest eine nächste zu fahrende Strecke hinterlegt oder bestimmbar ist, wobei auch der Zeitpunkt des Fahrtantritts für diese Strecke hinterlegt oder bestimmbar, und die Fahrtplanungseinheit ist dazu ausgebildet, die gewünschte Hold Time und gegebenenfalls eine benötigte Masse an Kryofluid bei einem gegebenen thermodynamischen Zustand zu wählen, sodass das Kryofluid maximiert wird oder zumindest ausreicht, um auf der Strecke eine nächste Tankstelle zu erreichen, und sodass der Druck im Kryobehälter bis zum Zeitpunkt des Fahrtantritts nicht oder (wenn dies zur Erreichung einer nächsten Tankstelle notwendig ist) nur für möglichst kurze Zeit erreicht wird, d.h. die gewünschte Hold Time soll zumindest dem Stillstandszeitraum entsprechen, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer erwarteten Entnahme während des Stillstandszeitraums. Dadurch können die Betankungsparameter (z.B. Masse des Kryofluids, das hinzugetankt werden soll, oder der Zeitpunkt, an dem ein Ventil wie das Ventil geschlossen werden soll) vollautomatisch ermittelt werden. Diese Fahrtplanungseinheit kann mit der Recheneinheit verbunden sein oder die Fahrtplanungseinheit und die Recheneinheit können zusammen ausgebildet sein.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Tankstelle zur Betankung des vorgenannten Systems, wobei die Tankstelle dazu ausgebildet ist, der Recheneinheit Daten über das für die Betankung verwendete Kryofluid zu übermitteln, insbesondere eine Temperatur und/oder einen Druck, und/oder von der Recheneinheit Daten über den aktuellen thermodynamischen Zustand oder Daten über eine benötigte Masse mit einem benötigten Temperatur und einem benötigten Druck zu empfangen und Kryofluid mit der benötigten Masse, der benötigten Temperatur und dem benötigten Druck bereitzustellen, sodass das Kryofluid im Kryobehälter nach Beendigung des Betankungsvorganges den gewünschten thermodynamischen Zustand aufweist. Diese Tankstelle stellt somit Kryofluid in genau dem benötigten thermodynamischen Zustand (d.h. Masse, Temperatur und Druck) bereit, dass der Kryobehälter nach der Betankung die gewünschte Hold Time aufweist. Die Beendigung des Betankungsvorganges wird somit von der Tankstelle vorgenommen und der am Fahrzeug befindliche Teil des System muss keine gesonderten Ventile aufweisen. Die Ventile zur Beendigung des Betankungsvorganges könnten jedoch weiterhin am Fahrzeug mitgeführt werden, beispielsweise um den erfinderischen Effekt auch bei nicht speziell ausgebildeten Tankstellen auszunutzen.

Diese Tankstelle könnte auch Teil des genannten Systems sein und bevorzugt einen Empfänger zum Empfangen der vom genannten Sender übermittelten Daten umfassen, wobei die Tankstelle dazu ausgebildet ist, einen Betankungsvorgang in Abhängigkeit der empfangenen Daten zu beenden bzw. Kryofluid mit einer benötigten Masse, Temperatur und Druck bereitzustellen, um die gewünschte Hold Time des Kryobehälters einzustellen. Gegebenenfalls weist die Tankstelle eine Recheneinheit auf, um die aktuelle Hold Time des Kryobehälters oder die benötigte Masse an Kryofluid aus den empfangenen Daten zu ermitteln, damit nach dem Betankungsvorgang die gewünschte Hold Time im Kryobehälter vorliegt.

Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kryobehälters mit Zwischentank zum vorzeitigen Betankungsabbruch.

Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Kryobehälters mit Zwischenbehälter zum Verändern der Hold Time nach einer Standardbetankung.

Figur 3 zeigt ein Diagramm, in dem das Verhältnis der Hold Time des Kryobehälter in Bezug auf die Masse des Kryofluids im Kryobehälter dargestellt ist.

Figur 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Druckverhältnisse im Kryobehälter bei einer Betankung dargestellt sind.

Figur 5 zeigt eine zu Figur 2 alternative Ausführungsform.

Figur 6 zeigt ein zu Figur 3 analoges Diagramm für eine Ausführungsform mit Zwischentank.

Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht eines Kryobehälters, der über eine Tankstelle individuell betankbar ist.

Die Figuren 8 und 9 zeigen jeweils Systeme mit zwei Kryobehältem.

Die Figuren 10 und 11 zeigen zwei Ausführungsformen mit zwei Zwischenbehältern.

Figur 1 zeigt ein System 1 mit einem Kryobehälter 2, der auf einem nicht weiter dargestellten Fahrzeug montiert ist. Beispielsweise weist das Fahrzeug einen Tragrahmen und zwei Achsen auf, wobei auf einer oder auf beiden Seiten des Tragrahmens zwischen den Achsen jeweils ein Kryobehälter 2 montiert sein kann. Das Fahrzeug ist üblicherweise ein Straßenfahrzeug mit zumindest vier Rädern, könnte jedoch auch ein Zug, ein Flugzeug, ein Schiff, ein U-Boot oder dergleichen sein.

Der bzw. die Kryobehälter 2 speichern jeweils Kryofluid, insbesondere Wasserstoff, sodass der Kryobehälter 2 ein Wasserstoffbehälter ist. Alternativ könnte das Kryofluid auch LNG (Liquefied Natural Gas) sein, sodass der Kryobehälter ein LNG-Behälter ist. Je nach Kryofluid ist der Kryobehälter 2 somit dazu ausgelegt, Kryofluid bei Temperaturen von beispielsweise unter 150 Kelvin, im Fall von Wasserstoff sogar von unter 50 Kelvin oder unter 30 Kelvin oder im Wesentlichen 20 Kelvin, zu lagern. Je nach Anwendung könnte der Kryobehälter 2 beispielsweise zur Lagerung von sLH2 (subcooled liquid hydrogen) oder CcH2 (cryo-compressed hydrogen) ausgebildet und damit auch für entsprechende hohe Drücke ausgelegt sein, z.B. für Maximal drücke zwischen 1 bar und 350 bar.

Das Kryofluid kann im Kryobehälter 2 sowohl in flüssiger Form als auch im gasförmigen Zustand vorliegen, wobei unter dem Begriff „Füllstand“ die Höhe der flüssigen Form des Kryofluids verstanden wird, wenn das Kryofluid als Zweiphasengemisch vorliegt. Bei Einphasengemischen kann die zum jeweiligen Zeitpunkt im Kryobehälter befindliche Masse an Kryofluid bestimmt werden und diese im Verhältnis zur maximalen Masse als Füllstand bezeichnet werden. Da der bzw. die Kryobehälter 2 in Verbindung mit einem Fahrzeug eingesetzt werden, kann das gespeicherte Kryofluid beispielsweise als Treibstoff für einen Verbraucher wie einen Motor oder eine Brennstoffzelle des Fahrzeugs dienen.

Um Kryofluid in den Kryobehälter 2 einzubringen bzw. aus dem Kryobehälter 2 zu entnehmen, umfasst das System 1 ein Nebensystem umfassend eine Befüllleitung 3, welche an einem Ende in den Kryobehälter 2 geführt ist und am anderen Ende eine Befüllkupplung 4 umfasst. An der Befüllkupplung 4 kann eine Armatur einer Tankstelle, wie beispielsweise eine Zapfpistole, angeschlossen werden, um den Kryobehälter 2 zu betanken. Das Nebensystem kann weiters eine erste Entnahmeleitung 5 und/oder eine zweite Entnahmeleitung 6 umfassen. Die erste Entnahmeleitung 5 kann an die Befüllleitung 3 angeschlossen sein, sodass über einen Abschnitt der Befüllleitung 3 Kryofluid in den Kryobehälter 2 sowohl eingebracht als auch entnommen wird. Während der Betankung kann ein Ventil 7 in der Entnahmeleitung 5 geschlossen werden und zur Entnahme geöffnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Entnahmeleitung 6 vorgesehen werden, welche unabhängig von der Befüllleitung 3 in den Kryobehälter 2 geführt ist. In manchen Fällen werden zwei gesonderte Entnahmeleitungen 5, 6 vorgesehen, um Kryofluid selektiv im gasförmigen Zustand oder im flüssigen Zustand zu entnehmen. Im Allgemeinen könnte auch die Entnahmeleitung 6 an die Befüllleitung 3 angeschlossen sein.

Ist das System 1 in Betrieb, beträgt der Druck im Kryobehälter 2 beispielsweise zwischen 6 und 8 bar. Dieser Druck kann im Betrieb des Fahrzeugs beispielsweise durch die Entnahme von Kryofluid oder durch einen in den jeweiligen Kryobehälter hineinragenden Wärmetauscher geregelt werden. Sobald das System 1 jedoch nicht mehr im Betrieb ist, d.h. abgestellt wird, steigt der Druck im Kryobehälter 2 durch einen ständigen Wärmeeintrag in den Kryobehälter 2 stetig an.

Um einen zu hohen Druck in dem Kryobehälter 2 und damit ein Gebrechen derer zu verhindern, weist der Kryobehälter 2 üblicherweise ein Überdruckventil 8 auf, welches unmittelbar oder mittelbar über eine Verbindungsleitung 9 an den Kryobehälter 2 angeschlossen sein kann. Das Überdruckventil 8 könnte auch an der Befüllleitung 3 oder Entnahmeleitung 5, 6 angeschlossen sein. Das Überdruckventil 8 löst bei einem vorbestimmten Druck aus, der beispielsweise bei 20 barü liegt, und gibt dabei Kryofluid in gasförmigem Zustand aus, das auch Boil-Off genannt wird.

Die Zeitspanne von einem aktuellen Zeitpunkt, insbesondere von einer Beendigung der Entnahme bzw. Beendigung der Betankung, bis zu einem Zeitpunkt, bei dem der Druck im Kryobehälter 2 einen vordefinierten Schwellwert (z.B. einen Auslösedruck des Überdruckventils 8) erreicht, wird als sogenannte Hold Time bezeichnet. Wenn hierin von einer aktuellen Hold Time während einer Betankung gesprochen wird, ist die aktuelle Hold Time gemeint, die vorliegen würde, wenn die Betankung zu diesem Zeitpunkt abrupt abgebrochen werden würde. Es versteht sich, dass die Hold Time des Kryobehälters 2 möglichst hoch sein soll, da ausgelassenes Kryofluid einen wirtschaftlichen Verlust und eine Umweltbeeinträchtigung darstellt. Bei der Berechnung der Hold Time kann angenommen werden, dass die Masse an Kryofluid im Kryobehälter 2 während dieser Zeitspanne konstant bleibt oder es kann eine erwartete Entnahme, z.B. eine geringfügige Entnahme zur Stromversorgung in der Fahrerkabine, mitberücksichtigt werden, oder auch eine Entnahme für eine gewisse Fahrtstrecke mit eingeplant werden, z.B. innerhalb eines Fuhrparks.

Die aktuelle Hold Time des Kryobehälters 2 kann berechnet werden, indem man vom aktuellen thermodynamischen Zustand des Kryofluids im Kryobehälter 2 ausgeht und berechnet (z.B. extrapoliert), wann der Druck des Kryofluids durch einen externen Wärmeeintrag den vordefinierten Schwellwert erreicht. Zur Errechnung des externen Wärmeeintrags kann einerseits die Umgebungstemperatur herangezogen werden, die auch bei der vorliegenden Erfindung ermittelt werden und in die Berechnung einfließen kann. Weiters kann das Behältervolumen, die Behälter Oberfläche, die Isolationsgüte herangezogen werden, um die Umgebungstemperatur auf den Wärmeeintrag umzurechnen. Diese Berechnung ist an sich bekannt bzw. kann im einfachsten Fall auch ein konstanter Wärmeeintrag herangezogen werden, sodass hierauf nicht weiter eingegangen wird. Um die Berechnung zu verfeinern, kann auch eine thermische Trägheit des Systems mitberücksichtigt werden.

Vorrangig für die Berechnung der Hold Time ist jedoch die Ermittlung des aktuellen thermodynamischen Zustandes des Kryofluids, da diese den größten Einfluss auf die Hold Time haben wird. Hierfür wird beispielsweise die aktuelle Masse des Kryofluids im Kryobehälter 2 bestimmt, welche im einfachsten Fall unmittelbar durch Wiegen des Kryobehälters oder durch Auswerten von mechanischen Spannungen des Kryobehälters 2 ermittelt werden kann. Die Masse des Kryofluids kann jedoch auch aus einer Kombination von zumindest zwei thermodynamischen Messwerten bestimmt werden, beispielsweise dem Druck, der Temperatur, der Dichte und/oder der Flüssigkeitsspiegelhöhe (wenn das Kryofluid als Zweiphasengemisch vorliegt). Aus der Masse, in Kombination mit einem für den thermodynamischen Zustand relevanten Messwert, insbesondere dem Druck oder der Temperatur, kann daraufhin die Hold Time berechnet werden. Allgemein könnte die Hold Time aber auch ohne den Zwischenschritt der Berechnung bzw. Ermittlung der Masse bestimmt werden, z.B. wenn einer Recheneinheit oder Tankstelle zumindest zwei oder zumindest drei der genannten thermodynamischen Messwerte bereitgestellt werden. Bevorzugt werden jedoch auch aktuelle Zustandsdaten an die Tankstelle gesendet, z.B. ein aktueller Druck, Füllstand, Temperatur etc., während der Betankung, wodurch die Genauigkeit der Berechnung erhöht werden kann. Zusammengefasst kann aus der Kenntnis des aktuellen thermodynamischen Zustands die Zeitspanne ermittelt werden, nach der der Druck im Kryobehälter 2 einen vordefinierten Schwellwert erreichen wird.

In diesem Zusammenhang wird auf Figur 3 verwiesen, welche den Zusammenhang der im Kryobehälter 2 befindlichen Masse m und der Hold Time hat für einen bestimmten thermodynamischen Anfangszustand bzw. Endzustand (hier für einen bestimmten Druck) zeigt. Auf der x-Koordinate ist die Masse m in % aufgetragen, wobei 100% der Masse bei Vollbetankung des Kryobehälters 2 mit dem Betankungsdruck vorliegt. Auf der y- Koordinate ist die Hold Time aufgetragen, die in Stunden h gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass aus der Masse bei Kenntnis des thermodynamischen Zustands unmittelbar die Hold Time bestimmbar ist. Wenn hierin somit davon gesprochen wird, dass eine aktuelle Hold Time berechnet bzw. angezeigt wird, ist dies im Wesentlichen gleichbedeutend mit der Aussage, dass eine aktuelle Masse bei einem bekannten Druck bzw. bei einer bekannten Temperatur des Kryofluids berechnet bzw. angezeigt wird. Beispielsweise könnte in einer Recheneinheit eine oder mehrere Tabellen hinterlegt oder neben einer Anzeige eine oder mehrere Tabellen (z.B. mehrere Tabellen jeweils für einen bestimmten Druck) angezeigt werden, um die Umrechnung zu vereinfachen.

Allgemein ist durch die Kurve 10 gezeigt, dass die Hold Time kurz ist, wenn der Kryobehälter 2 fast leer ist. Durch Betankung des Kryobehälters 2 wird auch die Hold Time erhöht, bis der Kryobehälter 2 beispielsweise halb voll ist, woraufhin die Hold Time bei weiterer Betankung wieder abnimmt. Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass die Hold Time bei einer maximalen Befüllung von 100% z.B. nur zwei Stunden entspricht, d.h. nach 2 Stunden wird der Druck im Kryobehälter 2 auf den Auslösedruck des Überdruckventils 8 ansteigen, sodass Boil-Off aus dem Überdruckventil 8 abgelassen wird. Wäre der Kryobehälter 2 jedoch nur teilweise befüllt, im vorliegenden Beispiel mit x %, würde die Hold Time drei Tage (72 h) betragen, d.h. nach der Betankung würden drei Tage vergehen, bis das Überdruckventil 8 erstmals Boil-Off aus dem Kryobehälter 2 auslässt. Erfindungsgemäß wird vorgesehen, eine gewünschte Hold Time einzustellen, nach der nach einer Betankung erstmals Kryofluid aus dem Kryobehälter 2 ausgelassen wird.

Erfindungsgemäß kann eine gewünschte Hold Time während oder nach der Betankung anhand von Mitteln eingestellt werden, die in verschiedenen Ausführungsformen umgesetzt werden können und im Folgenden beschrieben sind. Im Allgemeinen ist die gewünschte Hold Time ungleich jener Hold Time, die nach einer Normalbetankung, z.B. nach einer stetigen Betankung mit vorgegebenem Betankungsdruck oder nach einer Betankung, die bei maximalen Füllstand endet, erreicht wird. Die gewünschte Hold Time kann durch einen Benutzer vorgegeben werden, z.B. wenn dieser plant, das Fahrzeug über einen bestimmten Stillstandszeitraum nicht zu verwenden. Weiters könnte auch eine Fahrtplanungseinheit wie ein Routenplaner die gewünschte Hold Time vorgeben, z.B. wenn der Routenplaner berechnet oder aufgrund eines Fahrplans oder einer derzeitigen Uhrzeit (z.B. Arbeitsschluss) oder Wochentags (z.B. letzter Tag vor dem Wochenende oder einem Feiertag) erwartet, dass das Fahrzeug über einen gewissen Zeitraum nicht in Betrieb genommen wird. Wenn eine gewünschte Hold Time vorgegeben wird, muss diese jedoch nicht dem Stillstandszeitraum entsprechen, sondern kann beispielsweise auch eine im Stillstandszeitraum erwartete Entnahme mitberücksichtigen, z.B. eine geringfügige Entnahme aufgrund einer Heizung in der Fahrerkabine oder dergleichen. Die gewünschte Hold Time kann somit auch einem Stillstandszeitraum unter Berücksichtigung einer erwarteten Entnehme entsprechen.

Zurückkommend auf Figur 1 wird die Einstellung der Hold Time in einer ersten Ausführungsform derart ermöglicht, dass in der Befüllleitung 3 ein Ventil 11 angeordnet ist, welches manuell oder angesteuert schließbar und öffenbar ist. Soll beispielsweise eine gewünschte Hold Time von drei Tagen eingestellt werden, ist das Ventil 11 bei der Betankung eingangs offen, sodass der Kryobehälter 2 entlang der Kurve 10 in Figur 3 von links nach rechts betankt wird. Da die Hold Time ab einer bestimmten Masse bei weiterer Betankung abnimmt, soll das Ventil 11 sperren, wenn die gewünschte Hold Time, in diesem Beispiel drei Tage, erreicht wird. Diese Betankung ist durch den Pfeil 12 angedeutet, der bei der Masse von x% endet, die der gewünschten Hold Time von drei Tagen entspricht. Wird das Ventil 11 geschlossen, wird sich an der Betankungskupplung 4, d.h. auf der dem Kryobehälter 2 abgewandten Seite des Ventils 11, ein Druck einstellen, der dem Betankungsdruck entspricht. Aus Sicht der Tankstelle verhält es sich nun so, als ob der Kryobehälter 2 vollständig betankt wäre. Die Tankstelle beendet nun auf ihrer Seite den Betankungsvorgang. Je nach Ausführungsform muss die Tankstelle hierfür auch nicht modifiziert werden bzw. benötigt keinen weiteren Informationsaustausch mit dem genannten System des Fahrzeugs über eine elektronische Schnittstelle, da der Druck allein als Beendigungssignal dient.

Um das genannte Ventil 11 anzusteuem, kann beispielsweise eine Recheneinheit 13 vorgesehen sein, welche die aktuelle Hold Time bestimmt und das Ventil 11 schließt, wenn die gewünschte Hold Time erreicht wird. Im Allgemeinen bestimmt die Recheneinheit, ob ein thermodynamischer Zustand des Kryofluids im Kryobehälter 2 erreicht ist, bei dem der Druck im Kryobehälter 2 ohne Entnahme oder unter Einrechnung von geplanten Entnahmen von Kryofluid innerhalb einer gewünschten Zeitspanne einen vordefinierten Schwellwert nicht erreicht. Die geplanten Entnahmen können über eine Schnittstelle manuell in die Recheneinheit eingespeist werden oder in dieser hinterlegt werden (z.B. wenn bei einem Stillstand 30 Watt für eine Elektronik benötigt werden). Die Recheneinheit 13 könnte auch Daten errechnen, um zu ermitteln, wann bzw. wie dieser gewünschte thermodynamische Zustand erreicht wird, z.B. dass der gewünschte Zustand erreicht wird, wenn die aktuelle Betankung noch 30 Sekunden weiterläuft oder dass 50kg bei 5 bar und 22 Kelvin oder 50kg bei 200 bar und 120 Kelvin benötigt werden, um den gewünschten Zustand zu erreichen. Dies ist insbesondere für die Ausführungsformen der unten erläuterten Figur 7 vorteilhaft.

Um die aktuelle Hold Time bzw. den aktuellen thermodynamischen Zustand zu bestimmen, kann die Recheneinheit 13 mit einem Flüssigkeitsspiegelhöhensensor 14 und/oder einem Drucksensor 15 und/oder einem Temperatursensor 15‘ und/oder einem Dichtesensor und/oder einem Gewichtssensor verbunden sein, welche jeweils einen thermodynamischen Zustand des Kryofluids im Kryobehälter 2 messen. Da das Kryofluid insbesondere im Fall von sLH2 bei den im Kryobehälter 2 vorliegenden Verhältnissen kompressibel ist, ist die Flüssigkeitsspiegelhöhe oder der Druck in der Regel allein nicht ausreichend, um die Hold Time unmittelbar zu bestimmen, bzw. liegt insbesondere bei Betankungsdruck ein Einphasengemisch und damit kein Füllstand vor, sodass eine Kombination dieser beiden Messwerte erforderlich sein kann. Die Recheneinheit 13 ermittelt nun aufgrund der empfangenen Messdaten die aktuelle Hold Time anhand der oben beschriebenen Erwägungen, gegebenenfalls unter Einbeziehung eines Messwerts der Umgebungstemperatur oder einer thermischen Trägheit. Besonders bevorzugt lagert der hierin beschriebene Kryobehälter somit Kryofluide, welche während der Betankung zumindest zeitweise kompressibel sind, dies ist jedoch nicht zwingend.

Da das Kryofluid jedoch insbesondere während des Betankungsvorganges schwappt und lokale Dichteunterschiede und Temperaturunterschiede vorliegen können, wird vorgesehen, dass zumindest einer der genannten Sensoren nicht im Kryobehälter 2 vorliegt, sondern in einem von diesem getrennten Zwischentank 18, der die unten genannten Eigenschaften aufweisen kann. Der Zwischentank 18 kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass eine Trennwand T in einem isolierten Behälter eingezogen wird, sodass die Trennwand T den Zwischentank 18 von dem Kryobehälter 2 trennt. Alternativ könnte der Zwischentank 18 durch einen gekrümmten Teilbehälter (Figur 2) hergestellt sein. Es kann hierbei davon gesprochen werden, dass der Zwischentank 18 und der Kryobehälter 2 innerhalb derselben Isolationsaußenhülle vorliegen. Alternativ liegt der Zwischentank 18 als eigens isolierter Behälter vor, sodass Zwischentank 18 und Kryobehälter 2 durch eine Leitung verbunden sein können.

Um eine Fluidkommunikation zwischen Zwischentank 18 und Kryobehälter 2 zu erzielen, kann beispielsweise eine permanente Öffnung V oder eine Leitung zwischen Zwischentank 18 und Kryobehälter 2 vorliegen, deren Querschnittsfläche bevorzugt 75mm² oder bevorzugt 100 mm² nicht überschreitet. Besonders bevorzugt beträgt die Öffnung jedoch ca. 1 mm² bis 4 mm². Wiederum bevorzugt beträgt die Querschnittsfläche der Öffnung V maximal 25%, bevorzugt maximal 10 %, bevorzugt maximal 5% oder bevorzugt maximal 2% der Querschnittsfläche der Befüllleitung 3. Durch diese kleine Öffnung V bzw. durch die Leitung kann Kryofluid vom Kryobehälter 2 in den Zwischentank 18 strömen, wobei sich der Zwischentank 18 stetiger füllen wird und genauere Messwerte zur Bestimmung des thermodynamischen Zustands des Kryofluids bestimmen lassen. Beispielsweise tritt im Zwischentank durch das Einströmen durch die begrenzte Öffnung V kein Schwappen auf, sodass der Füllstand genauer bestimmbar ist. Auch liegen der Druck und die Temperatur im Zwischentank 18 einheitlicher vor, sodass auch diese Messwerte im Zwischentank 18 genauer bestimmbar sind.

Wenn der thermodynamische Zustand des Kryofluids ermittelt werden soll, kann zumindest ein Messwert aus dem Zwischentank 18 herangezogen werden, bevorzugt der Füllstand, und gegebenenfalls weitere Messwerte aus dem Kryobehälter 2. Anstelle einer permanenten Öffnung kann auch ein ansteuerbares Ventil oder ein in Richtung des Zwischentank öffnendes Überdruckventil (gegebenenfalls jeweils in Kombination mit einem in Richtung des Kryobehälters 2 öffnendes Rückschlagventil 70) eingesetzt werden, wie es unten für das Ventil 19 beschrieben ist.

Der Sensor kann auch in dem Ventil bzw. in der Öffnung zwischen Kryobehälter 2 und Zwischentank 18 vorliegen. Wenn das Ventil z.B. als Überdruckventil ausgeführt ist, kann z.B. der Auslösedruck als zum Zeitpunkt des Auslösens vorherrschender Druck herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich könnte das Auslösen indirekt am Druckverlauf bzw. der Druckverlaufänderung im Kryobehälter 2 oder im Zwischentank 18 detektiert werden.

Das Betankungsverhalten des Kryofluids wird nun anhand von Figur 4 genauer erläutert. Hierbei ist auf der x-Achse die Dichte des Kryofluids aufgetragen und auf der y-Achse der Druck im Kryobehälter 2, wobei pmax den Betankungsdruck bezeichnet und pl jenen Druck, der sich aufgrund der Temperaturverhältnisse des Kryofluids ohne Überdrückung einstellt. Die Kurve 16 zeigt die Funktion der Dichte in Bezug auf den Druck für sLH2 als Kryofluid an. Der Abschnitt der Kurve 16 bei einer niedrigen Dichte (d.h. bei einem niedrigen Füllstand) ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Unter Dichte wird hierin die durchschnittliche Dichte des Kryofluids im Kryobehälter 2 verstanden, d.h. die Gesamtmasse dividiert durch das Behältervolumen. Der konstante Druck pl zwischen der Dichte pO und pl zeigt an, dass der Füllstand zumindest im dargestellten Bereich der Kurve 16 im Wesentlichen konstant ansteigt, d.h. der Flüssigkeitspegel im Kryobehälter 2 steigt stetig an. Wenn jedoch die Dichte pl erreicht ist, ist der Füllstand bzw. die Dichte bereits maximal, d.h. der Flüssigkeitspegel kann nicht weiter ansteigen. Da das Kryofluid jedoch kompressibel ist, kann das Kryofluid „überdrückt“ werden, d.h. es wird weiterhin Kryofluid in den Kryobehälter 2 gepumpt, obwohl der Füllstand maximal ist. In diesem Bereich zwischen der Dichte pl und der Dichte p2 steigt der Druck somit an, bis der Betankungsdruck pmax erreicht ist. An dieser Stelle sei festgehalten, dass es sich hierbei um eine vereinfachte Darstellung handelt. Abhängig vom thermodynamischen Zustand des einströmenden Kryofluids können sich auch abweichende Verläufe ergeben, wodurch der Druck bis Erreichen von pl auch sinken oder steigen könnte.

Zusammenfassend empfängt die Recheneinheit 13 somit Messwerte von zumindest zwei Sensoren zum Messen eines thermodynamischen Zustandes des Kryofluids und empfängt beispielsweise einen Druckmesswert und/oder Temperaturmesswert und/oder einen Dichtemesswert und/oder einen Flüssigkeitsspiegelhöhemesswert und/oder einen Gewichtsmesswert und ermittelt daraus die Hold Time des Kryobehälters 2, z.B. gemäß der Abhängigkeit von Figur 4 die Masse an Kryofluid und in der weiteren Folge die Hold Time gemäß der Abhängigkeit in Figur 3. Im Allgemeinen bestimmt die Recheneinheit 13, ob bzw. wann ein gewünschter thermodynamischer Zustand erreicht ist, bei dem der Druck im Kryobehälter 2 ohne Entnahme oder unter Einrechnung von geplanten Entnahmen von Kryofluid innerhalb einer gewünschten Zeitspanne einen vordefinierten Schwellwert nicht erreicht. Nimmt die Hold Time bei der Betankung ab, so schließt die Recheneinheit 13 das Ventil 11, wenn die eingestellte gewünschte Hold Time erreicht wird. Dadurch wird die Betankung beendet und das Fahrzeug bzw. der Kryobehälter 2 kann ohne weitere Entnahme über einen der gewünschten Hold Time entsprechenden Stillstandszeitraum stehen bleiben, ohne dass Kryofluid an die Umwelt abgegeben wird. Die Recheneinheit 13 könnte aber auch vorausberechnen, z.B. extrapolieren, wann bei einer Betankung der gewünschte thermodynamische Zustand erreicht sein wird, und sperrt z.B. das Ventil 11 nach dieser Zeit. Wünscht ein Benutzer jedoch, dass das Fahrzeug sofort weiterfährt, kann die genannte vorzeitige Sperrfunktion des Ventils 11 auch deaktiviert werden, um den Kryobehälter 2 mit dem Betankungsdruck zu betanken. Beispielsweise könnte der Benutzer mittels eines Schalters wählen, ob das Ventil 11 bei Erreichen der gewünschten Hold Time sperrt oder nicht. Hierin wird, bei allen Ausführungsformen, das Einstellen der gleichen Hold Time als gleichbedeutend mit dem Einstellen eines gewünschten thermodynamischen Zustands verwendet.

Im Allgemeinen muss die Recheneinheit 13 das Ventil 11 jedoch nicht ansteuem, sondern das Ventil 11 könnte auch manuell betätigt werden. Die Recheneinheit 13 könnte trotzdem vorgesehen werden, welche hierbei die Hold Time wie zuvor beschrieben berechnet und anzeigt, beispielsweise neben der Befüllkupplung. Der Benutzer kann das Ventil 11 dann bei der gewünschten Hold Time manuell sperren, wodurch die gleichen Effekte wie oben beschrieben eintreten. In einem weiteren Fall kann die Recheneinheit 13 sehr vereinfacht ausgeführt werden, da beispielsweise der Druck und/oder die Flüssigkeitsspiegelhöhe bzw. ein Füllstand angezeigt werden könnten, und der Benutzer könnte mittels eines Rechenschiebers die gewünschte Hold Time selbst ermitteln und das Ventil zum gegebenen Zeitpunkt schließen.

Die Recheneinheit 13 umfasst bevorzugt weiters einen Steuereingang, an dem die gewünschte Hold Time bzw. der Zeitpunkt, an dem die Fahrt wieder aufgenommen werden soll, eingestellt werden kann. So kann der Benutzer individuell einstellen, ob das Fahrzeug zwei Tage oder auch erst eine Woche nach der Betankung in Betrieb genommen werden soll, um den Kryobehälter 2 individuell so weit wie möglich zu betanken, ohne dass Kryofluid als Boil-Off abgelassen wird. Durch eine spezielle Eingabe ist auch möglich, dass der Betankungsvorgang wie im Stand der Technik bekannt ausgeführt wird, d.h. nach dem Betankungsvorgang liegt der Betankungsdruck im Kryobehälter 2 vor. Der Benutzer könnte auch eine Hold Time eingeben, die unter der Hold Time liegt, die bei einer Normalbetankung erreicht wird, z.B. indem das Kryofluid kühler als bei der Normalbetankung in den Kryobehälter getankt wird, was der Tankstelle jedoch gesondert angezeigt werden muss.

Figur 2 zeigt eine zu Figur 1 alternative Ausführungsform mit einem System 17, das gegebenenfalls sogar ohne Sensoren 14, 15, 15‘ auskommen kann. Aufgrund der Messungenauigkeiten von Flüssigkeitsspiegelhöhensensoren und Drucksensoren bzw. aufgrund des Schwappens des Kryofluids während der Betankung kann die Ausführungsform von Figur 2 bevorzugt werden. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 bezeichnen in Figur 2 gleiche Elemente. So weist auch das System 17 von Figur 2 einen Kryobehälter 2, eine Befüllleitung 3, eine Befüllkupplung 4, gegebenenfalls die Entnahmeleitung 5 mit Ventil 7 und/oder eine Entnahmeleitung 6 sowie gegebenenfalls das Überdruckventil 8 mit Verbindungsleitung 9 auf. Alle für Figur 1 erläuterten Varianten sind auch für die Ausführungsform von Figur 2 einsetzbar, sofern nichts anderes angegeben ist.

In dieser Ausführungsform wird ein zusätzlicher Zwischentank 18 vorgesehen, der mit dem Kryobehälter 2 verbunden ist, wobei sich ein Ventil 19 zwischen dem Kryobehälter 2 und dem Zwischentank 18 befindet, beispielsweise in einer Zwischenleitung 20 zwischen dem Kryobehälter 2 und dem Zwischentank 18. Wie im Folgenden erläutert wird das Ventil 19 dazu eingesetzt, um eine gewünschte Hold Time nach einer Betankung einzustellen, sodass derselbe Effekt wie bei der Ausführungsform von Figur 1 erzielt wird.

Wie in Figur 2 gezeigt kann die Zwischenleitung 20 beispielsweise an die Befüllleitung 3 angeschlossen sein, sodass der Zwischentank 18 über die Zwischenleitung 20 und die Befüllleitung 3 mit dem Kryobehälter 2 verbunden ist. Alternativ dazu kann die Zwischenleitung 20 unabhängig von der Befüllleitung 3 verlaufen, wie in Figur 5 dargestellt ist. In einer weiteren Variante könnte die Zwischenleitung 20 auch entfallen und das Ventil 19 könnte den Zwischentank 18 unmittelbar mit dem Kryobehälter 2 verbinden.

Wie in den Figuren 2 und 5 dargestellt, befindet sich der Zwischentank 18 bevorzugt innerhalb eines Behälters, der sowohl den Kryobehälter 2 als auch den Zwischentank 18 ausbildet, da dadurch beide Behälter gleichzeitig besonders einfach isoliert werden können. Eine besonders einfache Ausgestaltung bietet sich an, wenn innerhalb eines Tanks eine im Wesentlichen ebene oder in Druckbehälterbodenform geformte Zwischenwand gezogen wird, um den Behälter in zwei Teile zu teilen, d.h. in den Kryobehälter 2 und den Zwischentank 18. Der Kryobehälter 2 und der Zwischentank 18 könnten jedoch auch getrennt voneinander vorliegen.

In den Ausführungsformen der Figuren 2 und 5 läuft die Betankung des Kryobehälters 2 unter Einhaltung der gewünschten Hold Time wie folgt ab. Der Kryobehälter 2 wird betankt, bis der Betankungsdruck im Kryobehälter 2 vorliegt. Während dieser Betankung bleibt das Ventil 19 geschlossen, sodass sich kein Kryofluid bzw. wenig Kryofluid bzw. nur Kryofluid mit geringer Dichte im Zwischentank 18 befindet. Nachdem der Betankungsvorgang durch die Tankstelle abgeschlossen wurde und das Kryofluid mit dem Betankungsdruck im Kryobehälter 2 vorliegt, wird das Ventil 19 geöffnet und Kryofluid strömt vom Kryobehälter 2 in den Zwischentank 18. Die Masse des Kryofluids im Kryobehälter 2 nimmt somit ab und die Hold Time wird verlängert.

Unter Bezugnahme auf Figur 6 wird dieses Konzept nun nochmals erläutert. Die Kurve 21 zeigt die Funktion Masse-Hold Time für den Kryobehälter 2 ohne Zwischentank 18. Bei vollständiger Betankung nur des Kryobehälters 2 liegt eine Masse von x% vor. Wird nun der Zwischentank 18 hinzugeschalten, ergibt sich ein größeres Gesamtvolumen, sodass sich die Funktion Masse-Hold Time verändert. Die Kurve 22 stellt die Funktion Masse-Hold Time für das Gesamtsystem bestehend aus Kryobehälter 2 und Zwischentank 18 dar. Da beim Zuschalten die Masse des Kryofluids konstant bleibt, liegt eine höhere Hold Time vor, im dargestellten Beispiel von drei Tagen (72 h). Das Zuschalten des Zwischentanks 18 wird in Figur 6 schematisch durch den Pfeil 23 dargestellt.

In der Ausführungsform der Figuren 2 und 5 sind im Wesentlichen keine Sensoren und keine Recheneinheit notwendig. Nachdem der Kryobehälter 2 vollständig befüllt wurde, kann der Benutzer einfach einen Schalter betätigen, um das Ventil 19 zu öffnen, wodurch die Hold Time verlängert wird. Alternativ könnte das Ventil als Überdruckventil ausgeführt sein, dass über dem Betankungsdruck auslöst. Das Verhältnis von Zwischentank 18 zu Kryobehälter 2 kann im Vorfeld so gewählt werden, dass sich nach einer vollen Betankung des Kryobehälters 2, nach dem Öffnen des Ventils 19 und nach dem Einstellen eines Gleichgewichts zwischen Kryobehälter 2 und Zwischentank 18 die vorgestimmte gewünschte Hold Time ergibt, welche z.B. zwischen 24h und 72h liegen kann.

Wenn in dieser Ausführungsform eine mit dem Ventil 19 verbundene Recheneinheit 24 eingesetzt wird, kann diese beispielsweise das Ventil 19 automatisch öffnen, wenn eine vollständige Betankung des Kryobehälters 2 festgestellt wurde, z.B. durch Schließen der Klappe über der Betankungskupplung. Dies kann beispielsweise durch eine Druckmessung mittels eines Drucksensors im Kryobehälter 2 erfolgen oder mittels einer Steuerleitung, die das Schließen der Betankungskupplung 4 anzeigt. Hierfür kann auch nur ein einziger Sensor eingesetzt werden, da je nach Anwendungsfall nicht der gesamte thermodynamische Zustand ermittelt werden muss.

Um die Hold Time selektiv einzustellen, kann das Ventil 19 nach dem Öffnen auch wieder geschlossen werden, sodass sich kein Gleichgewicht zwischen Kryobehälter 2 und Zwischentank 18 einstellt. In der Recheneinheit 24 kann beispielsweise hinterlegt sein, für welchen Zeitraum das Ventil 19 geöffnet sein muss, um eine bestimmte Hold Time herbeizuführen. In diesem Fall könnte die Recheneinheit 24 wieder einen Steuereingang zum Einstellen der gewünschten Hold Time aufweisen. Die Recheneinheit 24 könnte auch mit den genannten Sensoren zur Bestimmung eines thermodynamischen Zustandes verbunden sein, welche im Kryobehälter 2 und/oder im Zwischentank 18 vorliegen können. Durch diese Messwerte kann wie oben für Figur 1 beschrieben die aktuelle Hold Time genau bestimmt werden.

Weiters kann die Recheneinheit 24 dazu eingesetzt werden, um einen Beginn eines Betankungsvorgangs automatisch zu erkennen, beispielsweise über einen Flüssigkeitsspiegelhöhensensor oder eine Steuerleitung an der Betankungskupplung 4 zur Anzeige des Anschließens einer Zapfpistole. Nach dem Erkennen des Beginns des Betankungsvorganges wird das Ventil 19 geschlossen, damit der Zwischentank 18 bei der Betankung im Wesentlichen leer bleibt. Alternativ oder zusätzlich kann der Benutzer das Ventil 19 bei Beginn eines Betankungsvorganges manuell schließen.

Auch in dieser Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass die Funktion der Einstellung der gewünschten Hold Time bzw. des gewünschten thermodynamischen Zustands ausgeschalten wird und stattdessen eine Funktion mit maximaler Befüllmenge an Kryofluid bzw. maximalen Befülldruck im System 17 erzielt wird. Hierfür bleibt das Ventil 19 beim Befüllvorgang geöffnet, sodass nach dem Befüllvorgang Kryofluid sowohl im Kryobehälter 2 als auch im Zwischentank 18 mit dem Betankungsdruck vorliegt.

In der Ausführungsform der Figuren 2 bis 5 kann das im Zwischentank 18 befindliche Kryofluid dem Verbraucher zugeführt werden, wenn das Ventil 19 geöffnet ist, da sich aufgrund der Druckverhältnisse ein Gleichgewicht zwischen diesen Behältern einstellen wird und Kryofluid daher automatisch vom Zwischentank 18 in den Kryobehälter 2 bzw. über die Entnahmeleitung 5, 6 zum Verbraucher fließen wird.

Figur 7 zeigt ein System 25 in weiteren Ausführungsformen zum Einstellen einer gewünschten Hold Time bzw. des gewünschten thermodynamischen Zustands des Kryobehälters 2 während der Betankung. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1, 2 bzw. 5 bezeichnen in Figur 7 gleiche Elemente. So weist auch das System 25 von Figur 7 einen Kryobehälter 2, eine Befüllleitung 3, eine Befüllkupplung 4, gegebenenfalls die Entnahmeleitung 5 mit Ventil 7 und/oder eine Entnahmeleitung 6 sowie gegebenenfalls das Überdruckventil 8 mit Verbindungsleitung 9 auf. Alle für Figur 1, 2 bzw. 5 erläuterten Varianten sind auch für die Ausführungsform von Figur 7 einsetzbar, sofern nichts anderes angegeben ist.

Auch bei dem System 25 kommt eine Recheneinheit 26 zum Einsatz, welche die aktuelle Masse an Kryofluid im Kryobehälter 2 und/oder die aktuelle Hold Time und/oder die benötigte Masse, gegebenenfalls in Kombination mit einem thermodynamischen Zustand, an Kryofluid zur Erreichung der gewünschten Hold Time wie oben erläutert ermittelt, bevorzugt unter Heranziehung von Messdaten eines Flüssigkeitsspiegelhöhensensors 14 und/oder eines Drucksensors 15 und/oder eines Temperatursensors 15‘ und/oder eines Dichtesensors und/oder eines Gewichtssensors. In diesen Ausführungsformen werden diese Daten von der Recheneinheit 26 entweder an einer Anzeige 27 angezeigt oder von einem Sender 28 an die Tankstelle 29 übermittelt, welche zu diesem Zweck als Teil des Systems 25 angesehen werden kann. Alternativ hierzu befinden sich jedoch bevorzugt alle Teile des Systems am Fahrzeug, unabhängig von der Ausführungsform.

Wenn die Daten an der Anzeige 27 angezeigt werden, kann der Betankungsvorgang manuell abgebrochen werden, beispielsweise indem der Benutzer die Zapfpistole 30 von der Betankungskupplung 4 trennt oder indem der Benutzer einen Stopp-Knopf 31 an der Tankstelle 29 betätigt. Durch Aktivieren des Stopp-Knopfs 31 könnte beispielsweise ein Ventil 32 der Tankstelle geschlossen werden, welches die weitere Betankung unterbindet und somit den Betankungsvorgang beendet.

In einem konkreten Beispiel könnte beispielsweise die aktuelle Hold Time auf der Anzeige 27 angezeigt werden. Wenn der Benutzer beispielsweise weiß, dass er das Fahrzeug in 48h in Betrieb nehmen wird, kann der Benutzer den Betankungsvorgang abbrechen, wenn die Anzeige 27 eine aktuelle Hold Time von 48h anzeigt. Da sich die aktuelle Masse durch Hinzunahme einer weiteren Messgröße (wie z.B. Druck oder Temperatur) unmittelbar in eine aktuelle Hold umrechnen lässt, könnte dem Benutzer auch die aktuelle Masse angezeigt werden, wobei gegebenenfalls auch ein Druckmesswert auf der Anzeige 27 ersichtlich ist, um die Hold Time genauer zu bestimmen. Gegebenenfalls kann neben bzw. im Bereich der Anzeige 27 eine oder mehrere Tabellen zur Umrechnung der Masse in die Hold Time ersichtlich sein.

In einem weiteren Beispiel könnte der Benutzer die gewünschte Hold Time in die Recheneinheit 26 eingeben, z.B. über eine Schnittstelle in der Recheneinheit 26, und die Recheneinheit könnte die benötigte Masse an Kryofluid, gegebenenfalls in Kombination mit einem benötigten thermodynamischen Zustand (z.B. 100kg Kryofluid bei 6 bar), zur Erreichung der gewünschten Hold Time ermitteln und auf der Anzeige 27 anzeigen. Der Benutzer könnte diese angezeigte benötigte Masse, gegebenenfalls in Kombination mit dem benötigten thermodynamischen Zustand, in eine Schnittstelle der Tankstelle 29 eingeben, die den Betankungsvorgang abbricht, sobald die benötigte Masse über die Befüllkupplung 4 in den Kryobehälter 2 überführt wurde. Im einfachsten Fall gibt die Tankstelle 29 Kryofluid mit einer Temperatur aus, die im Wesentlichen der Temperatur des Kryofluids im Kryobehälter 2 entspricht. Falls sich die Temperaturen unterschieden, könnte dies bei der Bereitstellung der Masse mitberücksichtigt werden, um die gewünschte Hold Time zu erlangen.

Analog zur Anzeige 27 könnte die Recheneinheit 26 die genannten Daten auch unmittelbar an die Tankstelle 29 übermitteln, zu welchem Zweck der mit der Recheneinheit 26 verbundene Sender 28 am Fahrzeug mit einem Empfänger 33 der Tankstelle 29 kommunizieren kann. Der Sender 28 und der Empfänger 33 könnten zur bidirektionalen Kommunikation jeweils auch als Sendeempfänger ausgebildet sein. Die Tankstelle 29 kann die empfangenen Daten wiederum anzeigen, wonach der Benutzer den Betankungsvorgang manuell abbrechen kann. Die Tankstelle könnte den Betankungsvorgang auch automatisch beenden, beispielswiese wenn der Benutzer die gewünschte Hold Time in eine Schnittstelle der Tankstelle 29 eingibt oder sobald die Tankstelle 29 die benötigte Masse an Kryofluid über die Befüllkupplung 4 in den Kryobehälter 2 überführt hat.

In allen vorgenannten Ausführungsformen kann es relevant sein, dass die Tankstelle 29 Kryofluid mit einer Temperatur bereitstellt, die anders ist als die Temperatur des Kryofluids im Kryobehälter. Dies kann relevant sein, da das in den Kryobehälter eingebrachte Kryofluid den Druck beispielsweise auch senken kann und damit Berechnung der Hold Time beeinflusst. Gegebenenfalls kann somit vorgesehen werden, dass die Temperatur des von der Tankstelle bereitgestellten Kryofluids bzw. die Temperatur des im Kryobehälter befindlichen Kryofluids bei der Bestimmung der erforderlichen Masse für die gewünschte Hold Time mitberücksichtigt wird. Dies kann beispielsweise durch eine Datenübertragung von der Tankstelle 29 zur Recheneinheit 13, 24, 26, oder umgekehrt, erzielt werden.

Zusammengefasst sind die verschiedenen Ausführungsformen der Figuren 1, 2, 5 und 7 dadurch verbunden, dass sie jeweils Mittel zur Einstellung der gewünschten Hold Time des Kryobehälters umfassen, wobei die Einstellung während oder nach der Betankung stattfindet. In der Ausführungsform der Figur 1 werden diese Mittel durch das Ventil 11 gebildet und gegebenenfalls durch eine Anzeige bzw. Steuereinrichtung 13. In der Ausführungsform der Figur 2 bzw. 5 werden diese Mittel durch den Zwischentank 18 und das Ventil 19 gebildet und gegebenenfalls durch eine Anzeige bzw. Steuereinrichtung 24. In der Ausführungsform der Figur 7 werden die Mittel durch die Steuereinrichtung 26 und die Anzeige 27 bzw. den Sender 28 gebildet, gegebenenfalls auch durch die Tankstelle 29 und ihre Komponenten 30, 31, 32, 33.

Figur 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein weiterer Kryobehälter 34 am Fahrzeug montiert ist, wobei auch der weitere Kryobehälter 34 über das genannte Nebensystem befüllbar ist. Zu diesem Zweck ist eine weitere Befüllleitung 35 in den weiteren Kryobehälter 34 geführt und mit der erstgenannten Befüllleitung 3 verbunden. In dieser Art und Weise können beide Kryobehälter 2, 34 gleichzeitig über eine gemeinsame Befüllkupplung 4 befällt werden. Dies ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt und in der Regel wir so lange über die Befüllkupplung 4 betankt, bis in beiden Kryobehältern 2, 34 der Befülldruck anliegt, d.h. bis beide Kryobehälter 2, 34 vollständig betankt sind.

In diesem System könnten die Kryobehälter 2, 34 grundsätzlich auch eine unterschiedliche Hold Time aufweisen, z.B. wenn die Kryobehälter 2, 34 unterschiedlich groß ausgebildet sind und/oder wenn in den beiden Kryobehältern 2, 34 beispielsweise aufgrund einer unterschiedlichen Entnahme eine unterschiedliche Menge an Kryofluid vorliegt. Erfmdungsgemäß wird nun ein Ventil 36 in der Befüllleitung 3 und ein weiteres Ventil 37 in der weiteren Befüllleitung 35 vorgesehen, wobei die Ventile 36, 37 in Abhängigkeit der jeweiligen gewünschten Hold Time angesteuert werden. Insbesondere können die Ventile 36, 37 derart angesteuert werden, dass beide Kryobehälter 2, 34 eine gleiche aktuelle Hold Time aufweisen, bevorzugt zu jedem Zeitpunkt während der Betankung (sodass nach einem plötzlichen Betankungsabbruch jeweils eine gleiche Hold Time vorliegt). Die Ventile könnten auch derart angesteuert werden, dass diese nach einem Betankungsvorgang jeweils eine gleiche gewünschte Hold Time aufweisen. Um diese Steuerung zu erzielen, könnten beide Kryobehälter 2, 34 eine gemeinsame Recheneinheit oder jeweils gesonderte Recheneinheiten aufweisen, welche die thermodynamischen Eigenschaften bzw. die Masse und daraus die Hold Time der jeweiligen Kryobehälter bestimmen können.

Diese Ausführungsform mit zwei Kryobehältern 2, 34 kann mit allen vorgenannten Ausführungsformen kombiniert werden, sodass insbesondere eingestellt werden kann, dass beide Kryobehälter 2, 34 nach einer Betankung dieselbe gewünschte Hold Time aufweisen. Die Ventile können dabei eine Doppelfunktion ausführen, insbesondere, wenn diese wie das Ventil 11 aus Figur 1 angesteuert werden. Als Beispiel könnte diese Ausführungsform mit zwei Kryobehältem 2, 34 jedoch auch mit der Ausführungsform kombiniert werden, bei die Tankstelle eine gewünschte Masse an Kryofluid an der Befüllkupplung 4 bereitstellt. In diesem Fall teilen die Ventile 35, 36 diese Masse auf, sodass die gewünschte Hold Time anschließend in beiden Kryobehältem 2, 34 vorliegt. Auch könnten beide Kryobehälter 2, 34 einen eigenen oder einen gemeinsamen Zwischentank 18 aufweisen. Auch könnten zwei gesonderte Anzeigen 27 vorgesehen werden, die jeweils die aktuelle Hold Time der beiden Kryobehälter 2, 34 anzeigt. Wenn Daten an die Tankstelle 29 übermittelt werden, können die Daten der beiden Kryobehälter 2, 34 gesondert übermittelt werden oder verknüpft, z.B. könnte eine benötigte Gesamtmasse angefordert werden.

Wenn zwei Kryobehälter 2, 34 über dieselbe Befüllkupplung 4 betankt werden, jedoch keine Recheneinheit bzw. zwei Ventile zur Einstellung der gleichen Hold Time vorgesehen werden, wird sich dennoch nach einem gewissen Zeitraum eine im Wesentlichen gleiche Hold Time zwischen den beiden Kryobehältern einstellen, da das Kryofluid sich im Wesentlichen gleich auf die beiden Kryobehälter aufteilen wird.

Das anhand von Figur 8 beschriebene System kann auch auf mehr als zwei Kryobehälter 2, 34 erweitert werden.

Abschließend sei angemerkt, dass es mit der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, das Kryofluid mit einer so niedrigen Temperatur und/oder so niedrigem Druck in den Kryobehälter 2 zu tanken, dass eine unmittelbare Weiterfahrt nicht möglich ist. Die Temperatur kann so gewählt werden, dass sich das Kryofluid über den Stillstandszeitraum derart erwärmt, dass es nach dem Stillstandszeitraum eine Temperatur aufweist, die für die Weiterfahrt des Fahrzeugs geeignet ist. Dadurch wird ermöglicht, dass gegenüber einer Normalbetankung eine gleiche Menge an Kryofluid in den Kryobehälter 2 fällbar ist, wobei der thermodynamische Zustand des Kryofluids nach dem Stillstandszeitraum im Wesentlichen jenem entspricht, der bei einer Normalbetankung unmittelbar nach der Betankung vorliegt, oder gerade dem Zustand entspricht, bei dem insbesondere der Druck am Ende der Stillstandszeit erreicht wird, um das Fahrzeug in Betrieb nehmen zu können. Damit lässt sich die gespeicherte Masse sogar gegenüber der bei Betankungsdruck vorliegenden Masse vergrößern.

Figur 9 zeigt eine zu Figur 8 analoge Ausführungsform mit zwei Kryobehältern 2, 34, die jeweils einen eigenen Zwischentank 18, 18‘ aufweisen. Der erste Kryobehälter 2 und der erste Zwischentank 18 können von einer gemeinsamen Isolationsaußenhülle umgeben sein und der zweite Kryobehälter 34 und der zweite Zwischentank 18‘ können von einer gemeinsamen Isolationsaußenhülle umgeben sein. Der erste Kryobehälter 2 ist über ein erstes Ventil 19 mit seinem Zwischentank 18 verbunden und der zweite Kryobehälter 34 ist über ein zweites Ventil 19‘ mit seinem Zwischentank 18‘ verbunden. Die Betankungsleitung kann wie für Figur 8 erläutert umgesetzt werden. Nachdem beide Kryobehälter 2, 34 vollständig betankt wurden, können die Ventile 19, 19‘ geöffnet werden, sodass in beiden Kryobehältern 18, 18‘ die Hold Time verlängert werden kann. Alternativ könnte auch nur ein einziger Zwischentank 18 vorgesehen werden (d.h. der weitere Zwischentank 18‘ kann entfallen), und eine Verbindungsleitung 50 verbindet den zweiten Kryobehälter 34 mit dem Zwischentank 18. Durch Öffnen eines Ventils 51 (das wiederum als zum Zwischentank 18 hin öffnendes Überdruckventil ausgeführt werden könnte) in der Verbindungsleitung 50 kann die Hold time beider Kryobehälter 2, 34 verlängert werden. Die Ventile 19, 19‘ bzw. 19, 51 können jeweils gekoppelt werden, sodass sie gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden. Alle für die Ausführungsformen der Figuren 1 bis 8 erläuterten Maßnahmen können auch hier umgesetzt werden.

Da die Verbindungsleitung 50 jedoch durch die zusätzlichen Anschlussstellen an die Kryobehälter nachteilig ist, kann vorgesehen werden, dass das Verbringen von Kryofluid vom zweiten Kryobehälter 34 in den Zwischentank 18 des ersten Kryobehälters 2 dadurch erfolgt, dass die Ventile 36, 37 in der Befüllleitung 3 bzw. in der weiteren Befüllleitung 35 nach der Betankung geöffnet werden.

Figur 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei Zwischentanks 18, 18‘ eingesetzt werden. Der erste Zwischentank 18 befindet sich zwischen dem Kryobehälter 2 und dem zweiten Zwischentank 18‘, sodass der zweite Zwischentank nur über den ersten Zwischentank 18 befüllbar ist. Es handelt sich somit um eine kaskadenartige Schaltung von Zwischentanks 18, 18‘. Es versteht sich, dass in derselben Weise auch mehr als zwei Zwischentanks 18 vorgesehen werden könnten. Hierfür ist der Kryobehälter 2 mit dem ersten Zwischentank 18 über ein erstes Ventil 19 verbunden und der erste Zwischentank 18 ist über ein zweites Ventil 19‘ mit dem zweiten Zwischentank 18‘ verbunden. Figur 11 zeigt eine alternative Ausführungsform mit zwei Zwischentanks 18, 18‘, die nicht kaskadenartig, sondern parallel zueinander mit dem Kryobehälter 2 verbunden sind, d.h. der Kryobehälter 2 ist über ein eigenes Ventil 19, 19‘ mit dem jeweiligen Zwischentank 18, 18‘ verbunden.

Die Ventile 19, 19‘ können manuell oder über die Recheneinheit 24 ansteuerbar sein. Alternativ oder zusätzlich können diese als in Richtung der Zwischentanks öffnende Überdruckventile ausgeführt sein und Rückschlagventile 40 könnten vorgesehen werden, um eine Entnahme von Kryofluid aus den Zwischentanks 18, 18‘ zu ermöglichen. Bevorzugt öffnen die Überdruckventile bei einem Überführungsdruck von z.B. 18 bar, der über dem Betankungsdruck (z.B. 16 bar) liegt. Bevorzugt sind nach außen öffnende Überdruckventile 8 sowohl an den Kryobehälter 2 als auch an alle Zwischentanks (auch wenn es nur einen gibt) angeschlossen. Die Überdruckventile können bei einem gleichen oder höheren Druck öffnen als die Ventile 19, 19‘, wenn diese als Überdruckventile ausgeführt sind.

In den Ausführungsformen der Figuren 10 und 11 entspricht jeder Zwischentank einer bestimmten zusätzlichen Hold Time. Sind beispielsweise bei der Betankung beide Ventile 19, 19‘ geschlossen, kann nach dem Öffnen der Ventile 19, 19‘ nach einer Betankung eine erste Hold Time von z.B. 24h erreicht werden. Jedoch könnte während der Betankung auch das erste der Ventile 19 geöffnet sein, sodass eine kürzere Hold Time von z.B. 12h einstellbar ist. Es ist ersichtlich, dass durch das Vorsehen von mehreren Zwischentanks 19, 19‘ weitere Möglichkeiten zur individuellen Einstellung der Hold Time geschaffen werden. Zurückkommend auf den oberen Kryobehälter 2 mit Zwischentank 18 in Figur 9 wird an dieser Stelle noch eine weitere Möglichkeit erläutert, wie eine Einstellung der Hold time mittels des Kryobehälters 2 durchgeführt werden könnte. Anstatt der dargestellten Ventile 19, 40 könnten auch zwei permanente Öffnungen vorgesehen werden, wobei eine Öffnung am unteren Ende der Trennwand T vorliegt, sodass flüssiges Kryofluid in den Zwischentank 18 strömen kann, und eine Öffnung am oberen Ende vorliegt, um einen Druckausgleich in der Gasphase zu ermöglichen. Wird dieses System betankt, füllt sich zuerst der Kryobehälter 2, bis dieser maximal gefüllt ist. Im Zwischentank 18 wird jedoch weiterhin ein niedriger Füllstand vorliegen, da die Öffnungen den Durchfluss begrenzen. Der Druck wird in beiden Behältern jedoch im Wesentlichen gleich groß sein, da die am oberen Ende der Trennwand angeordnete Öffnung diesen Druckausgleich in der Gasphase ermöglicht. Nach dem Ende der Standardbetankung könnte jedoch weiterbetankt werden, wodurch flüssiges Kryofluid über die untere Öffnung in den Zwischentank 18 strömt und sich dadurch mit der Zeit auch der Zwischentank 18 füllt. Eine genaue Einstellung der Hold Time kann erzielt werden, wenn z.B. in der unteren Öffnung ein Durchflussratensensor angeordnet werden, mit dem festgestellt werden kann, wie viel Kryofluid sich im Zwischentank 18 befindet. Alternativ könnte auch die obere Öffnung entfallen und es wird ein Drucksensor im Zwischentank 18 und ein Drucksensor im Kryobehälter 2 vorgesehen. Da die obere Öffnung entfällt, findet kein Druckausgleich statt. Nach dem Ende der Standardbetankung kann auch hier weiterbetankt werden, um den Zwischentank 18 langsam weiterzufüllen. Die Menge an Kryofluid im Zwischentank 18 ist hierbei durch den Druckunterschied zwischen Kryobehälter 2 und Zwischentank 18 gegeben, sodass eindeutig auf die aktuelle Hold time geschlossen werden kann.

Es sei abschließend hervorgehoben, dass alle vorgenannten Ausführungsformen kombiniert werden können. Insbesondere kann beispielswiese die Ausführungsform der Figur 1 mit der Ausführungsform von Figur 2 kombiniert werden, sodass benutzerseitig ausgewählt werden kann, ob die Hold Time z.B. durch Schließen des Ventils 11 oder durch Öffnen des Ventils 19 nach der Betankung oder durch Senden von Daten an eine Tankstelle eingestellt wird.

Claims

37 Ansprüche:

1. System umfassend ein Fahrzeug, einen am Fahrzeug montierten Kryobehälter (2), bevorzugt einen Wasserstoffbehälter und besonders bevorzugt einen sLH2 -Behälter, ein Nebensystem zum Befüllen des Kryobehälters (2) mit Kryofluid, wobei das Nebensystem eine in den Kryobehälter geführte Befüllleitung (3) mit einer Befüllkupplung (4) umfasst und der Kryobehälter (2) über die Befüllleitung (3) befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) das System einen Zwischentank (18) und zumindest einen mit dem Zwischentank (18) in Verbindung stehenden Sensor (14, 15, 15‘) umfasst, um den thermodynamischen Zustand des Kryofluids bevorzugt während einer Betankung zu bestimmen, wobei das System weiters eine Recheneinheit (13, 24, 26) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, zu ermitteln, ob der thermodynamische Zustand des Kryofluids im Kryobehälter (2) einem gewünschten Zustand entspricht, bei dem der Druck im Kryobehälter (2) ohne Entnahme oder unter Einrechnung von geplanten Entnahmen von Kryofluid innerhalb einer gewünschten Zeitspanne einen vordefinierten Schwellwert nicht erreicht, und/oder wobei die Recheneinheit (13, 24, 26) dazu ausgebildet ist, Daten zu ermitteln, unter welcher weiteren Zugabe von Kryofluid, ausgehend vom von dem Sensor (14, 15, 15‘) bestimmten thermodynamischen Zustand, der gewünschte Zustand erreicht wird, und wobei das System weiters Mittel umfasst, welche dazu ausgebildet sind, den Betankungsvorgang zu beenden und/oder die genannten Daten zur Beendigung des Betankungsvorganges anzuzeigen oder an eine Tankstelle (29) zu übermitteln; und/oder b) das System einen Zwischentank (18) und Mittel umfasst, welche dazu ausgebildet sind, bevorzugt nach einem Betankungsvorgang Kryofluid aus dem Kryobehälter (2) in den Zwischentank (18) zu überführen, um das Kryofluid im Kryobehälter (2) in einen Zustand zu bringen, bei dem der Druck im Kryobehälter (2) ohne Entnahme oder unter Einrechnung von geplanten Entnahmen von Kryofluid innerhalb einer gewünschten Zeitspanne einen vordefinierten Schwellwert nicht erreicht.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Mittel ein unmittelbar in der Befüllleitung (3) angeordnetes Ventil (11) zur Beendigung des Betankungsvorganges umfassen.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, umfassend ein zwischen dem Zwischentank (18) und dem Kryobehälter (2) angeordnetes Ventil (19) zur Überführung des Kryofluids in den 38

Zwischentank (18), welches bevorzugt manuell oder über eine Recheneinheit (24) ansteuerbar ist oder welches bevorzugt ein Überdruckventil ist, welches bei Vorliegen eines Überführungsdrucks im Kryobehälter (2) in Richtung des Zwischentanks (18) öffnet, wobei der Überführungsdruck über einem Betankungsdruck liegt.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, wobei das unmittelbar in der Befüllleitung (3) angeordnete Ventil (11) oder das zwischen dem Zwischentank (18) und dem Kryobehälter (2) angeordnete Ventil (19) in einen alternativen Betriebszustand versetzbar ist, in dem der Kryobehälter (2) und gegebenenfalls auch der Zwischentank (18) gemäß einem Standardbetankungsvorgang befüllbar ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kryobehälter (2) und der Zwischentank (18) von einer gemeinsamen Isolationsaußenhülle umgeben sind, wobei bevorzugt das zwischen dem Zwischentank (18) und dem Kryobehälter (2) angeordnete Ventil (19) innerhalb der gemeinsamen Isolationsaußenhülle vorliegt.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Volumen des Zwischentanks (18) derart im Verhältnis zum Volumen des Kryobehälters (2) gewählt ist, dass der gewünschte thermodynamische Zustand des Kryofluids erreicht wird, nachdem sich nach einer vollständigen Befüllung bei geschlossenem Ventil ein Druckgleichgewicht zwischen Zwischentank (18) und Kryobehälter (2) bei geöffnetem Ventil (19) eingestellt hat, wobei die gewünschte Zeitspanne bevorzugt mindestens 12h, 16h, 24h, 72h, 144h oder 230h entspricht.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest ein weiterer Zwischentank (18‘) und zumindest ein weiteres Ventil (19‘) zwischen dem Kryobehälter (2) und den weiteren Zwischentanks (18‘) oder zwischen dem Zwischentank (18) und den weiteren Zwischentanks (18‘) vorgesehen sind, wobei die weiteren Ventile (19‘) zur selektiven Einstellung einer Hold Time nach einem Betankungsvorgang individuell öffenbar sind.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen dem Zwischentank (18) und dem Kryobehälter (2) eine permanente Öffnung (V) vorliegt, deren Querschnittsfläche bevorzugt 100 mm² oder bevorzugt 75 mm² nicht überschreitet und besonders bevorzugt zwischen 2 mm² bis 4 mm² beträgt und/oder wobei die Querschnittsfläche der Öffnung (V) maximal 25%, bevorzugt maximal 10 %, bevorzugt maximal 5% oder bevorzugt maximal 2% der Querschnittsfläche der Befüllleitung (3) beträgt.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mit dem Zwischentank (18) in Verbindung stehende Sensor einen in den Zwischentank (18) hineinragenden Füllstandssensor, Drucksensor, Temperatursensor oder einen optischen Sensor zur Transparenzmessung des Kryofluids umfasst und/oder wobei der mit dem Zwischentank in Verbindung stehende Sensor zwischen dem Zwischentank (18) und dem Kryobehälter (2) vorliegt.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Recheneinheit (24) mit dem Ventil (19) verbunden ist und dieses unmittelbar ansteuert, um das Kryofluid im Kryobehälter (2) in einen Zustand zu bringen, bei dem der Druck im Kryobehälter (2) ohne Entnahme oder unter Einrechnung von geplanten Entnahmen von Kryofluid innerhalb einer gewünschten Zeitspanne einen vordefinierten Schwellwert nicht erreicht.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die genannten Mittel eine Anzeige (27) umfassen, wobei die Recheneinheit (26) dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Zeitspanne bis zur Erreichung des vordefinierten Schwellwerts oder das Erreichen des gewünschten Zustands an der Anzeige (27) anzuzeigen.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Mittel einen Sender (28) zur Übermittlung von Daten an eine Tankstelle (29) umfassen, wobei die Recheneinheit (26) dazu ausgebildet ist, eine benötigte Masse zur Erreichung des gewünschten Zustands, gegebenenfalls in Kombination mit einem benötigten Druck und/oder einer benötigten Temperatur, und/oder eine aktuelle Zeitspanne bis zur Erreichung des vordefinierten Schwellwerts und/oder eine aktuelle Masse des Kryofluids im Kryobehälter (2), gegebenenfalls in Kombination mit einem aktuellen Druck im Kryobehälter (2) und/oder einer aktuellen Temperatur im Kryobehälter (2), oder das Erreichen des gewünschten Zustands zu ermitteln und an die Tankstelle (29) zu übermitteln.

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend einen weiteren Kryobehälter (34), wobei eine weitere Befüllleitung (35) mit der erstgenannten Befüllleitung (3) verbunden und in den weiteren Kryobehälter (34) geführt ist, sodass sowohl der erstgenannte Kryobehälter (2) als auch der weitere Kryobehälter über die Befüllkupplung (4) betankbar sind, wobei bevorzugt beide Kryobehälter (2, 34) mit einem eigenen Zwischentank (18, 18‘) verbunden sind.

14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend eine Fahrtplanungseinheit, in welcher zumindest eine nächste zu fahrende Strecke hinterlegt oder bestimmbar ist, wobei auch der Zeitpunkt des Fahrtantritts für diese Strecke hinterlegt oder bestimmbar ist, und die Fahrtplanungseinheit dazu ausgebildet ist, eine gewünschte Zeitspanne und gegebenenfalls eine benötigte Masse an Kryofluid bei einem gegebenen thermodynamischen Zustand zu wählen, sodass das Kryofluid maximiert wird oder zumindest ausreicht, um auf der Strecke eine nächste Tankstelle zu erreichen, und sodass der Druck im Kryobehälter bis zum Zeitpunkt des Fahrtantritts nicht oder nur für möglichst kurze Zeit erreicht wird.

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend eine bzw. die Tankstelle (29), welche bevorzugt einen Empfänger (33) zum Empfangen der vom genannten Sender übermittelten Daten umfasst, wobei die Tankstelle (29) dazu ausgebildet ist, einen Betankungsvorgang in Abhängigkeit der empfangenen Daten zu beenden bzw. Kryofluid mit einer benötigten Masse, Temperatur und Druck bereitzustellen, um den thermodynamischen Zustand im Kryobehälter (2) herzustellen.

16. Verfahren zur Betankung des Systems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in Verbindung mit Anspruch 2, umfassend die Schritte:

Öffnen des Ventils (11), das in der Befüllleitung (3) angeordnet ist;

- Betanken des Kryobehälters (2) über die Betankungskupplung (4);

Schließen des genannten Ventils (11), wenn der gewünschte thermodynamische Zustand im Kryobehälter (2) erreicht ist.

17. Verfahren zur Betankung des Systems (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in Verbindung mit Anspruch 3, umfassend die Schritte:

Schließen des Ventils (19), das zwischen dem Kryobehälter (2) und dem Zwischentank (18) angeordnet ist;

- Betanken des Kryobehälters (2) über die Betankungskupplung (4) gemäß einer Standardbetankung und gegebenenfalls Detektieren des Endes der Standardbetankung;

Öffnen des genannten Ventils (19).

18. Verfahren zur Betankung des Systems (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in Verbindung mit Anspruch 11, umfassend die Schritte:

- Betanken des Kryobehälters (2) über die Betankungskupplung (4), Anzeigen zumindest einer der genannten Daten auf der Anzeige (27), manuelles Beenden des Betankungsvorganges, wenn der gewünschte thermodynamische Zustand im Kryobehälter (2) erreicht ist.

19. Verfahren zur Betankung des Systems (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in

Verbindung mit Anspruch 14, umfassend die Schritte:

- Betanken des Kryobehälters (2) über die Betankungskupplung (4),

- Übermitteln zumindest einer der genannten Daten an die Tankstelle (29),

- Beenden des Betankungsvorganges durch die Tankstelle (29), wenn der gewünschte thermodynamische Zustand im Kryobehälter (2) erreicht ist.