WO2023134958A1 - Method for modelling and/or optimizing a filling operation of a fuel cell system - Google Patents

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WO2023134958A1
WO2023134958A1 PCT/EP2022/086223 EP2022086223W WO2023134958A1 WO 2023134958 A1 WO2023134958 A1 WO 2023134958A1 EP 2022086223 W EP2022086223 W EP 2022086223W WO 2023134958 A1 WO2023134958 A1 WO 2023134958A1
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WO
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tank
temperature
wall
fuel
tank wall
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/086223
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German (de)
French (fr)
Inventor
Markus BRENK
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/002—Automated filling apparatus
    • F17C5/007—Automated filling apparatus for individual gas tanks or containers, e.g. in vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for modeling and/or optimizing a particularly controllable and/or regulatable refueling process of a preferably modular tank system of a fuel cell system with fuel from a tank device.
  • the invention relates to a corresponding control unit and a corresponding computer program product.
  • Hydrogen-based mobility is considered to be the mobility concept of the future, especially fuel cells, since they only emit water as exhaust gas and enable fast refueling times. Because of its low density, storing hydrogen in vehicles is a challenge. For mobile applications, e.g. in vehicles, the gaseous storage is 350 or 700 bar.
  • a tank system includes one or more storage tanks. The hydrogen heats up when the pressure increases isochorically. For this reason, its temperature in the tank system increases during the refueling process. When the hydrogen is removed from the tank system, for example while the vehicle is driving, the hydrogen cools down again with isochoric pressure reduction. The tank system has to withstand high temperature fluctuations and pressure fluctuations. To prevent overheating and damage to the tank system, the hydrogen is pre-cooled, e.g. to -40°C, and the hydrogen flow from the filling station is throttled.
  • the refueling process is regulated by internationally valid standards.
  • the refueling protocols described in the standard are based on the assumption that that refueling is carried out under the worst possible conditions in order to avoid overheating of the tank system. This conservative approach usually leads to longer refueling times than is actually necessary.
  • the present invention provides: a method for modeling and/or optimizing a particularly controllable and/or regulatable refueling process of a preferably modular tank system of a fuel cell system with fuel from a tank device with the features of the independent method claim.
  • the invention provides a corresponding control unit and a corresponding computer program with the features of the independent claims.
  • the present invention provides: a method for modeling and/or optimizing a particularly controllable and/or regulatable refueling process of a preferably modular tank system of a fuel cell system with a fuel, e.g. B. hydrogen, from a tank device, comprising the following steps:
  • Determining (calculating and/or deriving, e.g. from a characteristic map) at least one suitable operating parameter of the tank device for filling up the tank system in order to avoid overheating of the tank system, the at least one suitable operating parameter for filling up the tank system being determined as a function of the recorded initial pressure of the tank, the desired final pressure and the starting temperature of the fuel in the tank device,
  • Determining a temperature of a tank wall of the tank of the tank system adapting (during an ongoing refueling process and/or in a characteristic diagram provided by the method) the at least one suitable operating parameter of the tank device for refueling the tank system depending on the determined temperature of the tank wall of the tank.
  • the steps of the method according to the invention can be carried out in the given order or in a modified order.
  • the steps of the method according to the invention can be carried out simultaneously, at least partially at the same time and/or in succession.
  • the invention speaks of a modular tank system.
  • the tank system can have at least one or more storage containers, so-called tanks.
  • the method according to the invention can be carried out individually for every possible type of tank system or for every possible type of tank.
  • the method can also be carried out individually for each tank of the tank system.
  • the at least one operating parameter of the tank device for filling up the tank system according to the invention can include, for example, a time and/or a rate of pressure increase and/or a volume flow of the fuel.
  • the at least one operating parameter can be set using at least one or more setting parameters of the tank device.
  • the setting parameters determine positions of actuators of the tank device such. B. of valves and / or throttle valves.
  • the invention recognizes that the current thermal state of the fuel in a tank system is influenced by different factors becomes. Significant influences result from the heating of the fuel during refueling, which in turn depends on the at least one operating parameter of the tank device for refueling the tank system, from the existing pre-cooling of the fuel in the tank device, from the temperature control of the tank system during operation of the fuel cell system, from the heat exchange with the environment, e.g. B. by solar radiation and / or wind, and the corresponding time or historical course of these processes.
  • the heat transfers between the fuel and the tank wall and between the tank wall and the environment depend on the current temperature of the tank wall or the individual wall layers.
  • the ambient temperature and the temperature of the fuel inside the tank can be detected at the start of refuelling, e.g. by measuring, estimating and/or modulating, the temperature of the tank wall, in particular the temperature profile in the tank wall, can preferably be Function of time, calculated or modeled. Knowing the actual temperature of the tank wall, the duration of an optimal refueling process or the optimal operating parameters of the tank device for refueling the tank system can be determined.
  • the temperature of the tank wall in particular the temperature curve in the tank wall, is provided, preferably as a function of time.
  • the temperature of the tank wall, in particular the temperature profile in the tank wall, preferably as a function of time, is advantageously used to model and optimize the refueling process.
  • the temperature of the tank wall in particular the temperature profile in the tank wall, preferably as a function of time, can be used directly to ensure that the tank system does not overheat. Since the temperature of the fuel inside the tank depends on the at least one operating parameter of the tank device, the temperature of the tank wall can be used as a more advantageous control and/or regulation parameter to control and/or regulate the refueling process and to prevent overheating of the tank system reliably to avoid.
  • the temperature of the tank wall is determined as a function of an ambient temperature, a temperature of the fuel in the tank, a heat transfer coefficient between the tank wall and the environment, a heat transfer coefficient between the fuel and the tank wall and a heat conduction coefficient of the tank wall. In this way, the temperature of the tank wall can be calculated or modeled relatively accurately.
  • the ambient temperature can be measured, received, for example by a weather service, and/or estimated. In this way, the ambient temperature can be recorded flexibly.
  • the temperature of the fuel in the tank is measured, estimated and/or calculated based on a model, preferably depending on the pressure in the tank and/or on the at least one suitable operating parameter of the tank device for filling up the tank system. In this way, the temperature of the fuel inside the tank can be measured flexibly.
  • a time profile of the temperature of the tank wall is taken into account, and/or that when determining the temperature of the tank wall, an iterative determination of the temperature is carried out in discrete time segments. In this way, the refueling process can be controlled and/or regulated with increased accuracy.
  • Tank wall the rise in temperature of the tank wall by a layer of tank wall is determined, and/or that when determining the temperature of the tank wall, the increase in the temperature of the tank wall is determined by several layers of the tank wall, in particular a model-based and/or design-related division of the wall into several layers with a respective heat transfer coefficient being carried out.
  • the temperature development of the tank wall can be examined more precisely in order to control and/or regulate the refueling process with significantly increased accuracy.
  • this approach can be advantageous for multi-layer tanks.
  • the consumption history of the fuel can be taken into account before filling up a tank system. As the fuel cools as it is consumed, the fuel's consumption history can provide another indication of the current temperature of the tank wall.
  • a transit (or spatial coordinate-dependent) profile which can also be time-dependent, can be used for at least one internal parameter of the tank of the tank system, comprising at least one internal temperature of the fuel and/or an internal pressure in the tank, must be taken into account. In this way, the temperature fluctuations in the tank can be taken into account.
  • a transit (or spatial coordinate-dependent) profile which can also be time-dependent, of at least one ambient parameter, including at least one ambient temperature, is taken into account. In this way, the temperature fluctuations in the environment can be taken into account.
  • At least one operating condition of the fuel cell system is taken into account when determining the temperature of the tank wall, in particular including a relative wind and/or solar radiation when the fuel cell system is used in a mobile manner, e.g. in a vehicle.
  • the field conditions can be taken into account when using the fuel cell system.
  • the method can have at least one further step:
  • the actual temperature of the tank wall can be taken into account in order to adapt the effort and the electrical power for pre-cooling the fuel in the tank device. For example, pre-cooling the fuel in the tank device to a temperature that is not as low as initially assumed may be sufficient to carry out the refueling process safely, if e.g. B. it was determined that the actual temperature of the tank wall is lower than initially assumed.
  • the method which can run as described above, is carried out to provide a controllable refueling process.
  • the tank system can be measured in advance when refueling under different conditions and a characteristic map can be provided which shows the at least one suitable operating parameter of the tank device for refueling the tank system depending on the detected initial pressure of the tank, the desired end pressure, the start temperature of the fuel in the Tank device and / or the temperature of the tank wall of the tank of the tank system maps.
  • the method which can run as described above, is carried out to provide a controllable refueling process.
  • the temperature of the tank wall can be determined and the at least one suitable operating parameter of the tank device for filling up the tank system can be adjusted accordingly.
  • a control loop be provided, which takes into account the temperature of the tank wall when operating the tank device in an improved manner
  • the method which can run as described above, is carried out by a control unit of the fuel cell system and/or a control unit of the tank device. It is also conceivable that a control unit of the fuel cell system and/or a control unit of the tank device can be in a communication link in order to compare and/or exchange sensor values and/or the at least one suitable operating parameter for filling up the tank system. In this way, the method can be carried out flexibly with differently equipped tank systems.
  • a corresponding control unit (on the side of the fuel cell system and/or the tank device) provides a further aspect of the invention.
  • a computer program in the form of a code can be stored in a memory unit of the control unit, which, when the code is executed by an arithmetic unit of the control unit, carries out a method which can run as described above.
  • the control unit can be in communication with the sensors in the tank system of the fuel cell system and/or in the tank device in order to receive the sensor values.
  • the control unit can control the actuators of the tank device, such as. B. valves and / or throttle valves, control accordingly to carry out the method.
  • control unit can be in a communication link with an external processing unit in order to completely or partially outsource some method steps and/or calculations to the external processing unit.
  • the invention provides a computer program product, comprising instructions that are used when the computer program product is executed by a computer, such as a computer. B. the computing unit of the control unit, cause the computer to carry out the method, which can run as described above.
  • FIG. 1 serves to clarify the idea of the invention, which will be discussed in detail below.
  • the invention provides a method for modeling and/or optimizing a refueling process of a tank system 10 of a fuel cell system 100 with a fuel H2 from a tank device 20 (cf. FIG. 2), with an exemplary sequence of the method being shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a schematic tank system 10 according to the invention, which can be of modular design and which can have a plurality of tanks 11 .
  • the tank system 10 can be filled up from tank 11 to tank 11 using a tank device 20 .
  • the method according to the invention has the following steps:
  • the at least one operating parameter BP of the tank device 20 for filling up the tank system 10 can include, for example, a time t and/or a pressure increase rate dp/dt and/or a volume flow dV/dt of the fuel H2.
  • the at least one operating parameter BP can be set using at least one or more setting parameters on the tank device 20 .
  • the setting parameters determine positions of actuators of the tank device 20, such as. B. of valves and / or throttle valves.
  • the heat transfer between the fuel H2 and the tank wall W and between the tank wall W and the environment U depend on the current temperature Tw of the tank wall W or on the current temperature Tw of the individual wall layers of the tank wall W.
  • the ambient temperature Ta and the temperature Ti of the fuel H2 inside the tank 11 can be detected at the start of refueling, e.g. by measuring, estimating and/or modulating, the temperature Tw of the tank wall W, including in particular the Temperature profile in the tank wall 11, preferably as a function of time t, are calculated or modeled.
  • the actual temperature Tw of the tank wall W can be used to determine the duration of the refueling process or the operating parameters BP of the tank device 20 for optimum and safe refueling of the tank system 20 .
  • the temperature Tw of the tank wall W in particular the temperature curve T(s) in the tank wall Tw, is provided, preferably as a function of time t.
  • the temperature Tw of the tank wall W can be used in an advantageous manner as a control and/or regulation variable for modeling and optimizing the refueling process.
  • the invention can be used to adjust the at least one operating parameter BP of the tank device 20 to set the temperature Tw of the tank wall W as desired, so that the tank system 10 does not overheat.
  • the temperature T of the tank wall W as a function of an ambient temperature Ta, a temperature Ti of the fuel H2 in the tank 11, a heat transfer coefficient aa between the tank wall W and the environment U, a heat transfer coefficient ai between the fuel H2 and the tank wall W and a heat conduction coefficient Aw of the tank wall W can be determined.
  • the temperature T of the tank wall W depends on the heat flows on its surfaces. The heat flows result from the temperatures of the surrounding gases and the corresponding heat transfers and from the heat conduction in the tank wall W itself. This relationship can be solved iteratively over the time t.
  • the following relationships apply to the change in heat quantity Q:
  • Heat transfer coefficient, C is the heat capacity of the wall material.
  • Ti indicates the temperature of the fuel H2 inside, Ta analogously outside, T the temperature of the wall.
  • the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 is adapted to fill up the tank system 10
  • a time profile of the temperature T of the tank wall W is taken into account, and/or that when the temperature T of the tank wall W is determined, an iterative determination of the Temperature T is carried out in discrete time intervals.
  • time discretization using an Euler method results in the following iterative calculation formula for the wall temperature T/ +1 in journal j+1, which has the length T:
  • the numerical solution method is not limited to Euler's method and can include any known method for time discretization, explicit or implicit.
  • the ambient temperature Ta can, for example, be measured directly, received, for example from a weather service, and/or estimated.
  • the temperature Ti of the fuel H2 in the tank 11 can also be directly measured, estimated and/or based on a model, preferably depending on the pressure in the tank 11 and/or on the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 for filling up the tank system 10, be calculated.
  • the increase in the temperature T of the tank wall W is determined by a layer of the tank wall W, and/or that when the temperature T of the tank wall W is determined, the Increase in temperature T of the tank wall W is determined by several layers of the tank wall W.
  • a model-based and/or construction-related division of the wall 11 into a plurality of layers with a respective heat transfer coefficient ai can be carried out.
  • the model described so far can be expanded to take heat conduction into account.
  • the heat flow through a layer of thickness s, area A and thermal conductivity A is through given.
  • an equation results whose structure corresponds to the heat transfer. This results in an equation analogous to the one shown above for the temperature T in each layer. This creates a system of equations for the temperatures in the layers.
  • the model according to the invention can depict all types of containers.
  • the model can be advantageously extended to include the contact resistances between the layers.
  • the consumption history of the fuel H2 before filling up a tank system 10 can be taken into account.
  • a transit (or spatial coordinate-dependent) profile which can also be time-dependent, of at least one internal parameter of the tank 11 of the tank system 10, comprising at least one internal temperature Ti of the fuel H2 and/or an internal pressure Pi in the tank 11, are taken into account.
  • the temperature fluctuations in the tank can be taken into account.
  • a transit (or spatial coordinate-dependent) profile which can also be time-dependent, of at least one ambient parameter, including at least one ambient temperature Ta, can be taken into account.
  • At least one operating condition of the fuel cell system 100 can be taken into account, in particular including a relative wind and/or solar radiation when the fuel cell system 100 is used in a mobile manner, for example in a vehicle.
  • the method can have at least one further step:
  • the actual temperature T of the tank wall W can be taken into account in order to adjust the effort and the electrical power for pre-cooling the fuel H2 in the tank device 20 .
  • pre-cooling the fuel H2 in the tank device 20 to a temperature that is not as low -20 ° C. instead of -40° C. as initially assumed may be sufficient to prevent the tank 11 from overheating.
  • the method which can run as described above, can be carried out to provide a controllable refueling process.
  • the tank system 10 can be measured in advance when refueling under different conditions in order to create a characteristic map.
  • the map can the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 for refueling the tank system 10 depending on the detected initial pressure Pi of the tank 11, the desired final pressure Pe, the start temperature Ts of the fuel in the tank device 20 and / or the temperature T of the tank wall W of the tank 11 of the tank system 10 map.
  • the method which can run as described above, can be carried out to provide a controllable refueling process.
  • the temperature T of the tank wall W can be determined and the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 for filling up the tank system 10 can be adjusted accordingly.
  • the method which can run as described above, can be carried out by a control unit 110 of fuel cell system 100 and/or a control unit 21 of tank device 20 .
  • a control unit 110 of the fuel cell system 100 and/or a control unit 21 of the tank device 20 can be in a communication connection in order, for example, to compare and/or exchange sensor values and/or the at least one suitable operating parameter BP for filling up the tank system 10 .
  • a corresponding control unit 110, 21 (for example on the side of the fuel cell system 100 or on the side of the tank device 20) provides a further aspect of the invention
  • the control unit can be in communication with the temperature and/or pressure sensors in the tank system 10 of the fuel cell system 100 and/or in the tank device 20 in order to record the sensor values.
  • the control unit 21 the actuators of the tank device 20, such as. B. valves and / or throttle valves, correspondingly to adjust the at least one suitable operating parameter BP for refueling the tank system 10 accordingly.
  • a corresponding computer program product comprising instructions that are required when the computer program product is executed by a computer, such as a computer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for modelling and/or optimizing a filling operation, which, in particular, can be subjected to open-loop and/or closed-loop control, of a preferably modular tank system (10) of a fuel cell system (100) with a fuel (H2) from a tank device (20), comprising the following steps: - determining at least one suitable operating parameter (BP) of the tank device (20) for filling the tank system (10), in order to avoid overheating of the tank system (10), - determining a temperature (T) of a tank wall (W) of the tank (11) of the tank system (10), - adapting the at least one suitable operating parameter (BP) of the tank device (20) for filling the tank system (10) in a manner which is dependent on the determined temperature (T) of the tank wall (W) of the tank (11).

Description

Beschreibung Description
Titel title
Verfahren zum Modellieren und/oder Optimieren eines Betankungsvorganges eines Brennstoffzellensystems Method for modeling and/or optimizing a fueling process of a fuel cell system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modellieren und/oder Optimieren eines, insbesondere steuerbaren und/oder regelbaren, Betankungsvorganges eines, vorzugsweise modularen Tanksystems eines Brennstoffzellensystems mit einem Brennstoff aus einer Tankvorrichtung. Zudem betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinheit und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. The invention relates to a method for modeling and/or optimizing a particularly controllable and/or regulatable refueling process of a preferably modular tank system of a fuel cell system with fuel from a tank device. In addition, the invention relates to a corresponding control unit and a corresponding computer program product.
Stand der Technik State of the art
Wasserstoffbasierte Mobilität gilt als Mobilitätskonzept der Zukunft, insbesondere Brennstoffzellen, da sie nur Wasser als Abgas emittieren, und schnelle Betankungszeiten ermöglichen. Wegen seiner geringen Dichte, ist die Speicherung von Wasserstoff im Fahrzeug eine Herausforderung. Für mobile Anwendungen, bspw. in Fahrzeugen, liegt die gasförmige Speicherung bei 350 oder 700 bar. Ein Tanksystem beinhaltet einen oder mehrere Speicherbehälter. Der Wasserstoff wärmt sich bei isochorer Druckerhöhung auf. Aus diesem Grund steigt seine Temperatur im Tanksystem während des Betankungsvorganges an. Bei der Entnahme des Wasserstoffs aus dem Tanksystem, bspw. während einer Fahrt des Fahrzeuges, kühlt sich der Wasserstoff bei isochorer Druckminderung wiederum ab. Das Tanksystem muss dabei hohe Temperaturschwankungen und Druckschwankungen aushalten. Um eine Überhitzung und eine Beschädigung des Tanksystems zu verhindern, wird der Wasserstoff vorgekühlt, z.B. auf -40°C, und der Wasserstoff-Durchfluss aus der Tankstelle gedrosselt. Hydrogen-based mobility is considered to be the mobility concept of the future, especially fuel cells, since they only emit water as exhaust gas and enable fast refueling times. Because of its low density, storing hydrogen in vehicles is a challenge. For mobile applications, e.g. in vehicles, the gaseous storage is 350 or 700 bar. A tank system includes one or more storage tanks. The hydrogen heats up when the pressure increases isochorically. For this reason, its temperature in the tank system increases during the refueling process. When the hydrogen is removed from the tank system, for example while the vehicle is driving, the hydrogen cools down again with isochoric pressure reduction. The tank system has to withstand high temperature fluctuations and pressure fluctuations. To prevent overheating and damage to the tank system, the hydrogen is pre-cooled, e.g. to -40°C, and the hydrogen flow from the filling station is throttled.
Der Betankungsvorgang ist durch international gültige Normen reglementiert. Die in der Norm beschriebenen Betankungsprotokolle basieren auf der Annahme, dass die Betankung unter schlechtesten anzunehmenden Bedingungen durchgeführt wird, um eine Überhitzung des Tanksystems zu vermeiden. Dieses konservative Vorgehen führt in der Regel zu längeren Tankzeiten als tatsächlich erforderlich. The refueling process is regulated by internationally valid standards. The refueling protocols described in the standard are based on the assumption that that refueling is carried out under the worst possible conditions in order to avoid overheating of the tank system. This conservative approach usually leads to longer refueling times than is actually necessary.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung sieht vor: ein Verfahren zum Modellieren und/oder Optimieren eines, insbesondere steuerbaren und/oder regelbaren, Betankungsvorganges eines, vorzugsweise modularen Tanksystems eines Brennstoffzellensystems mit einem Brennstoff aus einer Tankvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches. Zudem sieht die Erfindung eine entsprechende Steuereinheit und ein entsprechendes Computerprogramm mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche vor. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Ausführungsformen und/oder Aspekten der Erfindung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen und/oder Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Ausführungsformen und/oder Aspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. The present invention provides: a method for modeling and/or optimizing a particularly controllable and/or regulatable refueling process of a preferably modular tank system of a fuel cell system with fuel from a tank device with the features of the independent method claim. In addition, the invention provides a corresponding control unit and a corresponding computer program with the features of the independent claims. Features and details that are described in connection with the different embodiments and/or aspects of the invention also apply, of course, in connection with the other embodiments and/or aspects and vice versa, so that the disclosure of the individual embodiments and/or aspects is reversed is or can always be mutually referred to.
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt vor: ein Verfahren zum Modellieren und/oder Optimieren eines, insbesondere steuerbaren und/oder regelbaren, Betankungsvorganges eines, vorzugsweise modularen, Tanksystems eines Brennstoffzellensystems mit einem Brennstoff, z. B. Wasserstoff, aus einer Tankvorrichtung, aufweisend folgende Schritte: According to the first aspect, the present invention provides: a method for modeling and/or optimizing a particularly controllable and/or regulatable refueling process of a preferably modular tank system of a fuel cell system with a fuel, e.g. B. hydrogen, from a tank device, comprising the following steps:
Erfassen (Vermessen, Schätzen und/oder Modulieren) eines Anfangsdruckes eines Tanks des Tanksystems, Bestimmen eines gewünschten Enddruckes in dem Tank des Tanksystems, Vorkühlen des Brennstoffs in der Tankvorrichtung auf eine geeignete Starttemperatur, detecting (measuring, estimating and/or modulating) an initial pressure of a tank of the tank system, determining a desired final pressure in the tank of the tank system, pre-cooling the fuel in the tank device to a suitable starting temperature,
Ermitteln (Berechnen und/oder Ableiten, z. B. aus einem Kennfeld) mindestens eines geeigneten Betriebsparameters der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems, um ein Überhitzen des Tanksystems zu vermeiden, wobei der mindestens eine geeignete Betriebsparameter zum Betanken des Tanksystems in Abhängigkeit von dem erfassten Anfangsdruck des Tanks, dem gewünschten Enddruck und der Starttemperatur des Brennstoffs in der Tankvorrichtung ermittelt wird, Determining (calculating and/or deriving, e.g. from a characteristic map) at least one suitable operating parameter of the tank device for filling up the tank system in order to avoid overheating of the tank system, the at least one suitable operating parameter for filling up the tank system being determined as a function of the recorded initial pressure of the tank, the desired final pressure and the starting temperature of the fuel in the tank device,
Ermitteln einer Temperatur einer Tankwand des Tanks des Tanksystems, Anpassen (bei einem laufenden Betankungsvorgang und/oder in einem Kennfeld, welches durch das Verfahren bereitgestellt wird) des mindestens einen geeigneten Betriebs para meters der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur der Tankwand des Tanks. Determining a temperature of a tank wall of the tank of the tank system, adapting (during an ongoing refueling process and/or in a characteristic diagram provided by the method) the at least one suitable operating parameter of the tank device for refueling the tank system depending on the determined temperature of the tank wall of the tank.
Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der vorgegebenen oder in einer abgeänderten Reihenfolge durchgeführt werden. Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können simultan, zumindest tlw. gleichzeitig und/oder nacheinander erfolgen. The steps of the method according to the invention can be carried out in the given order or in a modified order. The steps of the method according to the invention can be carried out simultaneously, at least partially at the same time and/or in succession.
Die Erfindung spricht von einem modularen Tanksystem. Das Tanksystem kann dabei mindestens einen oder mehrere Speicherbehälter, sog. Tanks, aufweisen. Das Verfahren im Sinne der Erfindung kann individuell für jeden möglichen Typen eines Tanksystems bzw. für jeden möglichen Typen eines Tanks durchgeführt werden. Das Verfahren kann weiterhin für jeden Tank des Tanksystems einzeln durchgeführt werden. The invention speaks of a modular tank system. The tank system can have at least one or more storage containers, so-called tanks. The method according to the invention can be carried out individually for every possible type of tank system or for every possible type of tank. The method can also be carried out individually for each tank of the tank system.
Der mindestens eine Betriebsparameter der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems im Sinne der Erfindung kann bspw. eine Zeit und/oder eine Drucksteigerungsrate und/oder einen Volumenstrom des Brennstoffes, umfassen. Der mindestens eine Betriebsparameter kann mithilfe von mindestens einem oder mehreren Stellparametern der Tankvorrichtung eingestellt werden. Die Stellparameter bestimmen Stellungen von Stellgliedern der Tankvorrichtung, wie z. B. von Ventilen und/oder Drosselklappen. The at least one operating parameter of the tank device for filling up the tank system according to the invention can include, for example, a time and/or a rate of pressure increase and/or a volume flow of the fuel. The at least one operating parameter can be set using at least one or more setting parameters of the tank device. The setting parameters determine positions of actuators of the tank device such. B. of valves and / or throttle valves.
Die Erfindung erkennt dabei, dass der aktuelle thermische Zustand des Brennstoffs in einem Tanksystem, von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst wird. Wesentliche Einflüsse ergeben sich aus der Erwärmung des Brennstoffs beim Tanken, die wiederum von dem mindestens einen Betriebsparameters der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems abhängt, aus der vorliegenden Vorkühlung des Brennstoffs in der Tankvorrichtung, aus der Temperierung des Tanksystems im Betrieb des Brennstoffzellensystems, aus dem Wärmeaustausch mit der Umgebung, z. B. durch Sonneneinstrahlung und/oder Fahrtwind, und dem entsprechenden zeitlichen bzw. historischen Verlauf dieser Vorgänge. The invention recognizes that the current thermal state of the fuel in a tank system is influenced by different factors becomes. Significant influences result from the heating of the fuel during refueling, which in turn depends on the at least one operating parameter of the tank device for refueling the tank system, from the existing pre-cooling of the fuel in the tank device, from the temperature control of the tank system during operation of the fuel cell system, from the heat exchange with the environment, e.g. B. by solar radiation and / or wind, and the corresponding time or historical course of these processes.
Die Wärmeübergänge zwischen dem Brennstoff und der Tankwand sowie zwischen der Tankwand und der Umgebung hängen wiederum von der aktuellen Temperatur der Tankwand bzw. der einzelnen Wandschichten ab. The heat transfers between the fuel and the tank wall and between the tank wall and the environment depend on the current temperature of the tank wall or the individual wall layers.
Unter der Annahme, dass die Umgebungstemperatur und die Temperatur des Brennstoffs im Inneren des Tanks zu Beginn der Betankung erfasst werden können, bspw. durch Vermessen, Schätzen und/oder Modulieren, kann die Temperatur der Tankwand, insbesondere der Temperaturverlauf in der Tankwand, vorzugsweise als Funktion der Zeit, berechnet bzw. modelliert werden. In Kenntnis der tatsächlichen Temperatur der Tankwand können die Dauer eines optimalen Betankungsvorgangs bzw. die optimalen Betriebsparameter der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems bestimmt werden. Assuming that the ambient temperature and the temperature of the fuel inside the tank can be detected at the start of refuelling, e.g. by measuring, estimating and/or modulating, the temperature of the tank wall, in particular the temperature profile in the tank wall, can preferably be Function of time, calculated or modeled. Knowing the actual temperature of the tank wall, the duration of an optimal refueling process or the optimal operating parameters of the tank device for refueling the tank system can be determined.
Mithilfe der Erfindung wird die Temperatur der Tankwand, insbesondere der Temperaturverlauf in der Tankwand, vorzugsweise als Funktion der Zeit, bereitgestellt. Die Temperatur der Tankwand, insbesondere der Temperaturverlauf in der Tankwand, vorzugsweise als Funktion der Zeit, wird vorteilhafterweise zur Modellierung und Optimierung des Betankungsvorgangs genutzt. With the aid of the invention, the temperature of the tank wall, in particular the temperature curve in the tank wall, is provided, preferably as a function of time. The temperature of the tank wall, in particular the temperature profile in the tank wall, preferably as a function of time, is advantageously used to model and optimize the refueling process.
Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die Temperatur der Tankwand, insbesondere der Temperaturverlauf in der Tankwand, vorzugsweise als Funktion der Zeit, unmittelbar dafür verwendet werden kann, um sicherzustellen, dass das Tanksystem nicht überhitzt. Da die Temperatur des Brennstoffs im Inneren des Tanks von dem mindestens einen Betriebsparameter der Tankvorrichtung abhängt, kann die Temperatur der Tankwand als ein vorteilhafterer Steuer- und/oder Regelparameter genutzt werden, um den Betankungsvorgang zu steuern und/oder zu regeln und um ein Überhitzen des Tanksystems zuverlässig zu vermeiden. The idea of the invention is that the temperature of the tank wall, in particular the temperature profile in the tank wall, preferably as a function of time, can be used directly to ensure that the tank system does not overheat. Since the temperature of the fuel inside the tank depends on the at least one operating parameter of the tank device, the temperature of the tank wall can be used as a more advantageous control and/or regulation parameter to control and/or regulate the refueling process and to prevent overheating of the tank system reliably to avoid.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Temperatur der Tankwand in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur, einer Temperatur des Brennstoffs in dem Tank, einem Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen der Tankwand und der Umgebung, einem Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen dem Brennstoff und der Tankwand und einem Wärmeleitungskoeffizienten der Tankwand ermittelt wird. Auf diese Weise kann die Temperatur der Tankwand relativ genau berechnet bzw. modelliert werden. Furthermore, it can be provided that the temperature of the tank wall is determined as a function of an ambient temperature, a temperature of the fuel in the tank, a heat transfer coefficient between the tank wall and the environment, a heat transfer coefficient between the fuel and the tank wall and a heat conduction coefficient of the tank wall. In this way, the temperature of the tank wall can be calculated or modeled relatively accurately.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Umgebungstemperatur vermessen, empfangen, bspw. von einem Wetterdienst, und/oder geschätzt werden kann. Auf diese Weise kann die Umgebungstemperatur flexibel erfasst werden. Furthermore, it is conceivable that the ambient temperature can be measured, received, for example by a weather service, and/or estimated. In this way, the ambient temperature can be recorded flexibly.
Des Weiteren ist es denkbar, dass die Temperatur des Brennstoffs in dem Tank vermessen, geschätzt und/oder modelbasiert, bevorzugt in Abhängigkeit von dem Druck in dem Tank und/oder von dem mindestens einen geeigneten Betriebsparameter der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems, berechnet wird. Auf diese Weise kann die Temperatur des Brennstoffs im Inneren des Tanks flexibel erfasst werden. Furthermore, it is conceivable that the temperature of the fuel in the tank is measured, estimated and/or calculated based on a model, preferably depending on the pressure in the tank and/or on the at least one suitable operating parameter of the tank device for filling up the tank system. In this way, the temperature of the fuel inside the tank can be measured flexibly.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass beim Anpassen des mindestens einen geeigneten Betriebsparameters der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems ein zeitlicher Verlauf der Temperatur der Tankwand berücksichtigt wird, und/oder dass beim Ermitteln der Temperatur der Tankwand eine iterative Bestimmung der Temperatur in diskreten Zeitabschnitten durchgeführt wird. Auf diese Weise kann der Betankungsvorgang mit einer erhöhten Genauigkeit gesteuert und/oder geregelt werden. It can advantageously be provided that when adapting the at least one suitable operating parameter of the tank device for filling up the tank system, a time profile of the temperature of the tank wall is taken into account, and/or that when determining the temperature of the tank wall, an iterative determination of the temperature is carried out in discrete time segments. In this way, the refueling process can be controlled and/or regulated with increased accuracy.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass beim Ermitteln der Temperatur derIn addition, it can be provided that when determining the temperature of the
Tankwand der Anstieg der Temperatur der Tankwand durch eine Schicht der Tankwand bestimmt wird, und/oder dass beim Ermitteln der Temperatur der Tankwand der Anstieg der Temperatur der Tankwand durch mehrere Schichten der Tankwand bestimmt wird, wobei insbesondere eine modelbasierte und/oder konstruktionsbedingte Aufteilung der Wand in mehrere Schichten mit einem jeweiligen Wärmeübertragungskoeffizienten durchgeführt wird. Auf diese Weise kann die Temperaturentwicklung der Tankwand genauer untersucht werden, um den Betankungsvorgang mit einer erheblich erhöhten Genauigkeit zu steuern und/oder zu regeln. Zudem kann dieser Ansatz für mehrschichtigen Tanks von Vorteil sein. Tank wall the rise in temperature of the tank wall by a layer of tank wall is determined, and/or that when determining the temperature of the tank wall, the increase in the temperature of the tank wall is determined by several layers of the tank wall, in particular a model-based and/or design-related division of the wall into several layers with a respective heat transfer coefficient being carried out. In this way, the temperature development of the tank wall can be examined more precisely in order to control and/or regulate the refueling process with significantly increased accuracy. In addition, this approach can be advantageous for multi-layer tanks.
Vorteilhafterweise kann beim Ermitteln der Temperatur der Tankwand die Verbrauchshistorie des Brennstoffes vor dem Betanken eines Tanksystems berücksichtigt werden. Da der Brennstoff beim Verbrauchen abkühlt, kann die Verbrauchshistorie des Brennstoffes einen weiteren Hinweis auf die aktuelle Temperatur der Tankwand liefern. Advantageously, when determining the temperature of the tank wall, the consumption history of the fuel can be taken into account before filling up a tank system. As the fuel cools as it is consumed, the fuel's consumption history can provide another indication of the current temperature of the tank wall.
Um die Genauigkeit des Verfahrens noch weiter zu erhöhen, kann beim Ermitteln der Temperatur der Tankwand ein transiter (bzw. raumkoordinatenabhängiger) Verlauf, welcher auch zeitabhängig sein kann, von mindestens einem Innenparameter des Tanks des Tanksystems, umfassend mindestens eine Innentemperatur des Brennstoffs und/oder einen Innendruck in dem Tank, berücksichtigt werden. Auf diese Weise können die Temperaturschwankungen in dem Tank berücksichtigt werden. In order to further increase the accuracy of the method, when determining the temperature of the tank wall, a transit (or spatial coordinate-dependent) profile, which can also be time-dependent, can be used for at least one internal parameter of the tank of the tank system, comprising at least one internal temperature of the fuel and/or an internal pressure in the tank, must be taken into account. In this way, the temperature fluctuations in the tank can be taken into account.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn beim Ermitteln der Temperatur der Tankwand ein transiter (bzw. raumkoordinatenabhängiger) Verlauf, welcher auch zeitabhängig sein kann, von mindestens einem Umgebungsparameter, umfassend mindestens eine Umgebungstemperatur, berücksichtigt wird. Auf diese Weise können die Temperaturschwankungen in der Umgebung berücksichtigt werden. Furthermore, it can be advantageous if, when determining the temperature of the tank wall, a transit (or spatial coordinate-dependent) profile, which can also be time-dependent, of at least one ambient parameter, including at least one ambient temperature, is taken into account. In this way, the temperature fluctuations in the environment can be taken into account.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn beim Ermitteln der Temperatur der Tankwand mindestens eine Einsatzbedingung des Brennstoffzellensystems berücksichtigt wird, insbesondere umfassend einen Fahrtwind und/oder Sonneneinstrahlung bei einem mobilen Einsatz des Brennstoffzellensystems, bspw. in einem Fahrzeug. Auf diese Weise können die Feldbedingungen bei dem Einsatz des Brennstoffzellensystems berücksichtigt werden. Furthermore, it can be advantageous if at least one operating condition of the fuel cell system is taken into account when determining the temperature of the tank wall, in particular including a relative wind and/or solar radiation when the fuel cell system is used in a mobile manner, e.g. in a vehicle. In this way, the field conditions can be taken into account when using the fuel cell system.
Um einen regelbaren Betankungsvorgang zu ermöglichen, kann das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen: In order to enable a controllable refueling process, the method can have at least one further step:
Anpassen der geeigneten Starttemperatur zum Vorkühlen des Brennstoffs in der Tankvorrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur der Tankwand. Adaptation of the suitable starting temperature for pre-cooling of the fuel in the tank device depending on the determined temperature of the tank wall.
Auf diese Weise kann die tatsächliche Temperatur der Tankwand berücksichtigt werden, um den Aufwand und die elektrische Leistung zum Vorkühlen des Brennstoffs in der Tankvorrichtung anzupassen. Bspw. kann ein Vorkühlen des Brennstoffs in der Tankvorrichtung auf eine nicht so tiefe Temperatur, als zunächst angenommen, ausreichen, um den Betankungsvorgang sicher durchzuführen, wenn z. B. ermittelt wurde, dass die tatsächliche Temperatur der Tankwand tiefer ist als zunächst angenommen. In this way, the actual temperature of the tank wall can be taken into account in order to adapt the effort and the electrical power for pre-cooling the fuel in the tank device. For example, pre-cooling the fuel in the tank device to a temperature that is not as low as initially assumed may be sufficient to carry out the refueling process safely, if e.g. B. it was determined that the actual temperature of the tank wall is lower than initially assumed.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verfahren, welches wie oben beschrieben ablaufen kann, zum Bereitstellen eines steuerbaren Betankungsvorganges durchgeführt wird. Hierzu kann das Tanksystem im Vorfeld beim Tanken unter unterschiedlichen Bedingungen vermessen werden und ein Kennfeld bereitgestellt werden, welches den mindestens einen geeigneten Betriebsparameter der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems in Abhängigkeit von dem erfassten Anfangsdruck des Tanks, dem gewünschten Enddruck, der Starttemperatur des Brennstoffs in der Tankvorrichtung und/oder der Temperatur der Tankwand des Tanks des Tanksystems abbildet. Somit kann ein verbesserter und einfach steuerbarer Betankungsvorgang ermöglicht werden. Furthermore, it can be provided that the method, which can run as described above, is carried out to provide a controllable refueling process. For this purpose, the tank system can be measured in advance when refueling under different conditions and a characteristic map can be provided which shows the at least one suitable operating parameter of the tank device for refueling the tank system depending on the detected initial pressure of the tank, the desired end pressure, the start temperature of the fuel in the Tank device and / or the temperature of the tank wall of the tank of the tank system maps. An improved and easily controllable refueling process can thus be made possible.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Verfahren, welches wie oben beschrieben ablaufen kann, zum Bereitstellen eines regelbaren Betankungsvorganges durchgeführt wird. Dabei kann die Temperatur der Tankwand ermittelt werden und der mindestens eine geeignete Betriebsparameter der Tankvorrichtung zum Betanken des Tanksystems entsprechend angepasst werden. Auf diese Weise kann ein Regelkreis bereitgestellt werden, der die Temperatur der Tankwand beim Betreiben der Tankvorrichtung auf eine verbesserte Weise berücksichtigt Furthermore, it can be provided that the method, which can run as described above, is carried out to provide a controllable refueling process. The temperature of the tank wall can be determined and the at least one suitable operating parameter of the tank device for filling up the tank system can be adjusted accordingly. In this way, a control loop be provided, which takes into account the temperature of the tank wall when operating the tank device in an improved manner
Zudem ist es denkbar, dass das Verfahren, welches wie oben beschrieben ablaufen kann, durch eine Steuereinheit des Brennstoffzellensystems und/oder eine Steuereinheit der Tankvorrichtung durchgeführt wird. Außerdem ist es denkbar, dass eine Steuereinheit des Brennstoffzellensystems und/oder eine Steuereinheit der Tankvorrichtung in einer Kommunikationsverbindung stehen können, um Sensorwerte und/oder den mindestens einen geeigneten Betriebsparameter zum Betanken des Tanksystems abzugleichen und/oder auszutauschen. Auf diese Weise kann das Verfahren mit unterschiedlich ausgestatteten Tanksystemen flexibel durchgeführt werden. In addition, it is conceivable that the method, which can run as described above, is carried out by a control unit of the fuel cell system and/or a control unit of the tank device. It is also conceivable that a control unit of the fuel cell system and/or a control unit of the tank device can be in a communication link in order to compare and/or exchange sensor values and/or the at least one suitable operating parameter for filling up the tank system. In this way, the method can be carried out flexibly with differently equipped tank systems.
Eine entsprechende Steuereinheit (auf der Seite des Brennstoffzellensystems und/oder der Tankvorrichtung) stellt einen weiteren Aspekt der Erfindung bereit. In einer Speichereinheit der Steuereinheit kann ein Computerprogramm in Form eines Codes hinterlegt werden, welcher bei Ausführen des Codes durch eine Recheneinheit der Steuereinheit ein Verfahren durchführt, welches wie oben beschrieben ablaufen kann. Mithilfe der Steuereinheit können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen. A corresponding control unit (on the side of the fuel cell system and/or the tank device) provides a further aspect of the invention. A computer program in the form of a code can be stored in a memory unit of the control unit, which, when the code is executed by an arithmetic unit of the control unit, carries out a method which can run as described above. The same advantages that were described above in connection with the method according to the invention can be achieved with the aid of the control unit. Reference is made in full to these advantages here.
Die Steuereinheit kann mit den Sensoren in dem Tanksystem des Brennstoffzellensystems und/oder in der Tankvorrichtung in einer Kommunikationsverbindung stehen, um die Sensorwerte zu erhalten. The control unit can be in communication with the sensors in the tank system of the fuel cell system and/or in the tank device in order to receive the sensor values.
Die Steuereinheit kann die Stellglieder der Tankvorrichtung, wie z. B. Ventile und/oder Drosselklappen, entsprechend ansteuern, um das Verfahren durchzuführen. The control unit can control the actuators of the tank device, such as. B. valves and / or throttle valves, control accordingly to carry out the method.
Außerdem kann die Steuereinheit mit einer externen Recheneinheit in einer Kommunikationsverbindung stehen, um einige Verfahrensschritte und/oder Berechnungen ganz oder tlw. an die externe Recheneinheit auszulagern. Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer, wie z. B. die Recheneinheit der Steuereinheit, den Computer veranlassen, das Verfahren durchzuführen, welches wie oben beschrieben ablaufen kann. Mithilfe des Computerprogrammprodukts können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Steuereinheit beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen. In addition, the control unit can be in a communication link with an external processing unit in order to completely or partially outsource some method steps and/or calculations to the external processing unit. According to a further aspect, the invention provides a computer program product, comprising instructions that are used when the computer program product is executed by a computer, such as a computer. B. the computing unit of the control unit, cause the computer to carry out the method, which can run as described above. With the aid of the computer program product, the same advantages can be achieved that were described above in connection with the method according to the invention and/or the control unit according to the invention. Reference is made in full to these advantages here.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele: Preferred embodiments:
Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch: The invention and its developments as well as its advantages are explained in more detail below with reference to drawings. They show schematically:
Fig. 1 eine beispielhafte Tankwand im Sinne der Erfindung, 1 shows an exemplary tank wall within the meaning of the invention,
Fig. 2 ein schematisches Tanksystem und eine schematische2 shows a schematic tank system and a schematic
Tankvorrichtung, tank device,
Fig. 3 einen beispielhaften Ablauf eines Verfahrens im Sinne der Erfindung. 3 shows an exemplary sequence of a method within the meaning of the invention.
Die Figur 1 dient dazu, den Erfindungsgedanken zu verdeutlichen, auf welchen im nachfolgenden im Detail eingegangen wird. Mithilfe der Erfindung wird ein Verfahren zum Modellieren und/oder Optimieren eines Betankungsvorganges eines Tanksystems 10 eines Brennstoffzellensystems 100 mit einem Brennstoff H2 aus einer Tankvorrichtung 20 bereitgestellt (vgl. Figur 2), wobei ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens in der Figur 3 gezeigt wird. FIG. 1 serves to clarify the idea of the invention, which will be discussed in detail below. The invention provides a method for modeling and/or optimizing a refueling process of a tank system 10 of a fuel cell system 100 with a fuel H2 from a tank device 20 (cf. FIG. 2), with an exemplary sequence of the method being shown in FIG.
Die Figur 2 zeigt ein schematisches Tanksystem 10 im Sinne der Erfindung, welches modular ausgeführt sein kann und welches mehrere Tanks 11 aufweisen kann. Das Tanksystem 10 kann Tank 11 zu Tank 11 mithilfe einer Tankvorrichtung 20 betankt werden. Wie es die Figur 3 zeigt, weist das Verfahren im Sinne der Erfindung folgende Schritte auf: FIG. 2 shows a schematic tank system 10 according to the invention, which can be of modular design and which can have a plurality of tanks 11 . The tank system 10 can be filled up from tank 11 to tank 11 using a tank device 20 . As shown in FIG. 3, the method according to the invention has the following steps:
101 Erfassen (das kann heißen: Vermessen, Schätzen und/oder Modulieren) eines Anfangsdruckes Pi eines Tanks 11 des Tanksystems 10, 101 detecting (that can mean: measuring, estimating and/or modulating) an initial pressure Pi of a tank 11 of the tank system 10,
102 Bestimmen eines gewünschten Enddruckes Pe in dem Tank 11 des Tanksystems 10, 102 determining a desired final pressure Pe in the tank 11 of the tank system 10,
103 Vorkühlen des Brennstoffs H2 (z. B. Wasserstoffes) in der Tankvorrichtung 20 auf eine geeignete Starttemperatur Ts, bspw. -40°C oder -20°C, 103 pre-cooling of the fuel H2 (e.g. hydrogen) in the tank device 20 to a suitable starting temperature Ts, e.g. -40°C or -20°C,
104 Ermitteln (Berechnen und/oder Ableiten, z. B. aus einem Kennfeld) mindestens eines geeigneten Betriebsparameters BP der Tankvorrichtung 20 zum Betanken des Tanksystems 10, um ein Überhitzen des Tanksystems 10 zu vermeiden, wobei der mindestens eine geeignete Betriebsparameter BP zum Betanken des Tanksystems 10 in Abhängigkeit von dem erfassten Anfangsdruck Pi des Tanks 11 , dem gewünschten Enddruck Pe und der Starttemperatur Ts des Brennstoffs in der Tankvorrichtung 20 ermittelt wird, 104 Determining (calculating and/or deriving, e.g. from a characteristic diagram) at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 for filling up the tank system 10 in order to avoid overheating of the tank system 10, wherein the at least one suitable operating parameter BP for filling up the Tank system 10 is determined as a function of the detected initial pressure Pi of the tank 11, the desired final pressure Pe and the starting temperature Ts of the fuel in the tank device 20,
105 Ermitteln einer Temperatur T einer Tankwand W des Tanks 11 des Tanksystems 10, 105 determining a temperature T of a tank wall W of the tank 11 of the tank system 10,
106 Anpassen (bei einem laufenden Betankungsvorgang und/oder in einem Kennfeld, welches durch das Verfahren bereitgestellt wird) des mindestens einen geeigneten Betriebs para meters BP der Tankvorrichtung 20 zum Betanken des Tanksystems 10 in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur T der Tankwand W des Tanks 11. 106 Adaptation (during an ongoing refueling process and/or in a characteristic map provided by the method) of the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 for refueling the tank system 10 depending on the determined temperature T of the tank wall W of the tank 11 .
Der mindestens eine Betriebsparameter BP der Tankvorrichtung 20 zum Betanken des Tanksystems 10 kann bspw. eine Zeit t und/oder eine Drucksteigerungsrate dp/dt und/oder einen Volumenstrom dV/dt des Brennstoffes H2, umfassen. Der mindestens eine Betriebsparameter BP kann mithilfe von mindestens einem oder mehreren Stellparametern an der Tankvorrichtung 20 eingestellt werden. Die Stellparameter bestimmen Stellungen von Stellgliedern der Tankvorrichtung 20, wie z. B. von Ventilen und/oder Drosselklappen. Wie es die Figur 1 verdeutlicht, hängen die Wärmeübergänge zwischen dem Brennstoff H2 und der Tankwand W sowie zwischen der Tankwand W und der Umgebung U von der aktuellen Temperatur Tw der Tankwand W bzw. von der aktuellen Temperatur Tw der einzelnen Wandschichten der Tankwand W ab. The at least one operating parameter BP of the tank device 20 for filling up the tank system 10 can include, for example, a time t and/or a pressure increase rate dp/dt and/or a volume flow dV/dt of the fuel H2. The at least one operating parameter BP can be set using at least one or more setting parameters on the tank device 20 . The setting parameters determine positions of actuators of the tank device 20, such as. B. of valves and / or throttle valves. As Figure 1 illustrates, the heat transfer between the fuel H2 and the tank wall W and between the tank wall W and the environment U depend on the current temperature Tw of the tank wall W or on the current temperature Tw of the individual wall layers of the tank wall W.
Unter der Annahme, dass die Umgebungstemperatur Ta und die Temperatur Ti des Brennstoffs H2 im Inneren des Tanks 11 zu Beginn der Betankung erfasst werden können, bspw. durch Vermessen, Schätzen und/oder Modulieren, kann die Temperatur Tw der Tankwand W, umfassend insbesondere der Temperaturverlauf in der Tankwand 11 , vorzugsweise als Funktion der Zeit t, berechnet bzw. modelliert werden. Mithilfe der tatsächlichen Temperatur Tw der Tankwand W können die Dauer des Betankungsvorgangs bzw. die Betriebsparameter BP der Tankvorrichtung 20 zum optimalen und sicheren Betanken des Tanksystems 20 bestimmt werden. Assuming that the ambient temperature Ta and the temperature Ti of the fuel H2 inside the tank 11 can be detected at the start of refueling, e.g. by measuring, estimating and/or modulating, the temperature Tw of the tank wall W, including in particular the Temperature profile in the tank wall 11, preferably as a function of time t, are calculated or modeled. The actual temperature Tw of the tank wall W can be used to determine the duration of the refueling process or the operating parameters BP of the tank device 20 for optimum and safe refueling of the tank system 20 .
Im Rahmen der Erfindung wird die Temperatur Tw der Tankwand W, insbesondere der Temperaturverlauf T(s) in der Tankwand Tw, vorzugsweise als Funktion der Zeit t, bereitgestellt. Die Temperatur Tw der Tankwand W kann auf eine vorteilhafte Weise als eine Steuer- und/oder Regelgröße zur Modellierung und Optimierung des Betankungsvorgangs genutzt werden. Within the scope of the invention, the temperature Tw of the tank wall W, in particular the temperature curve T(s) in the tank wall Tw, is provided, preferably as a function of time t. The temperature Tw of the tank wall W can be used in an advantageous manner as a control and/or regulation variable for modeling and optimizing the refueling process.
Wenn die tatsächliche Temperatur Tw der Tankwand W bekannt ist, kann mithilfe der Erfindung durch Anpassung des mindestens einen Betriebsparameters BP der Tankvorrichtung 20 die Temperatur Tw der Tankwand W, wie gewünscht eingestellt werden, sodass das Tanksystem 10 nicht überhitzt. If the actual temperature Tw of the tank wall W is known, the invention can be used to adjust the at least one operating parameter BP of the tank device 20 to set the temperature Tw of the tank wall W as desired, so that the tank system 10 does not overheat.
Wie es die Figur 1 andeutet, kann die Temperatur T der Tankwand W in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur Ta, einer Temperatur Ti des Brennstoffs H2 in dem Tank 11 , einem Wärmeübertragungskoeffizienten aa zwischen der Tankwand W und der Umgebung U, einem Wärmeübertragungskoeffizienten ai zwischen dem Brennstoff H2 und der Tankwand W und einem Wärmeleitungskoeffizienten Aw der Tankwand W ermittelt werden. Mit anderen Worten, hängt die Temperatur T der Tankwand W von den Wärmeströmen an deren Oberflächen ab. Die Wärmeströme ergeben sich aus den Temperaturen der umgebenden Gase und den entsprechenden Wärmeübergängen und durch die Wärmeleitung in der Tankwand W selbst. Diese Beziehung kann iterativ über die Zeit t gelöst werden. Dabei gelten für die Änderung der Wärmemenge Q folgende Beziehungen:
Figure imgf000014_0001
As indicated in Figure 1, the temperature T of the tank wall W as a function of an ambient temperature Ta, a temperature Ti of the fuel H2 in the tank 11, a heat transfer coefficient aa between the tank wall W and the environment U, a heat transfer coefficient ai between the fuel H2 and the tank wall W and a heat conduction coefficient Aw of the tank wall W can be determined. In other words, the temperature T of the tank wall W depends on the heat flows on its surfaces. The heat flows result from the temperatures of the surrounding gases and the corresponding heat transfers and from the heat conduction in the tank wall W itself. This relationship can be solved iteratively over the time t. The following relationships apply to the change in heat quantity Q:
Figure imgf000014_0001
Dabei beschreibt Q den resultierenden Wärmestrom in die Tankwand W, T die Temperaturänderung der Tankwand W, Qt den Wärmestrom an der InnenflächeQ describes the resulting heat flow into the tank wall W, T the temperature change in the tank wall W, Q t the heat flow on the inner surface
Ai, Qa entsprechend an der Außenfläche Aa, «rund acrdieAi, Q a corresponding to the outer surface Aa, « around acrdie
Wärmeübergangskoeffizienten, C die Wärmekapazität des Wandmaterials. Ti gibt in Temperatur des Brennstoffes H2 im Innern an, Ta analog im Außenraum, T die Temperatur der Wand. Heat transfer coefficient, C is the heat capacity of the wall material. Ti indicates the temperature of the fuel H2 inside, Ta analogously outside, T the temperature of the wall.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass beim Anpassen des mindestens einen geeigneten Betriebsparameters BP der Tankvorrichtung 20 zum Betanken des Tanksystems 10 ein zeitlicher Verlauf der Temperatur T der Tankwand W berücksichtigt wird, und/oder dass beim Ermitteln der Temperatur T der Tankwand W eine iterative Bestimmung der Temperatur T in diskreten Zeitabschnitten durchgeführt wird. Advantageously, it can be provided that when the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 is adapted to fill up the tank system 10, a time profile of the temperature T of the tank wall W is taken into account, and/or that when the temperature T of the tank wall W is determined, an iterative determination of the Temperature T is carried out in discrete time intervals.
Beispielhaft ergibt sich für die Zeitdiskretisierung mit einem Euler-Verfahren für die folgende iterative Berechnungsformel für die Wandtemperatur T/+1 im Zeitschrift j+1, der die Länge T besitzt:
Figure imgf000014_0002
As an example, time discretization using an Euler method results in the following iterative calculation formula for the wall temperature T/ +1 in journal j+1, which has the length T:
Figure imgf000014_0002
Hierbei sind alle Größen als zeitlich veränderlich anzusehen. Das numerische Lösungsverfahren ist nicht auf das Euler-Verfahren begrenzt und kann jedes bekannte Verfahren zur Zeitdiskretisierung expliziter oder impliziter Art umfassen. All variables are to be regarded as changing over time. The numerical solution method is not limited to Euler's method and can include any known method for time discretization, explicit or implicit.
Die Umgebungstemperatur Ta kann bspw. direkt vermessen, empfangen, bspw. von einem Wetterdienst, und/oder geschätzt werden. Die Temperatur Ti des Brennstoffs H2 in dem Tank 11 kann ebenfalls direkt vermessen, geschätzt und/oder modelbasiert, bevorzugt in Abhängigkeit von dem Druck in dem Tank 11 und/oder von dem mindestens einen geeigneten Betriebsparameter BP der Tankvorrichtung 20 zum Betanken des Tanksystems 10, berechnet werden. The ambient temperature Ta can, for example, be measured directly, received, for example from a weather service, and/or estimated. The temperature Ti of the fuel H2 in the tank 11 can also be directly measured, estimated and/or based on a model, preferably depending on the pressure in the tank 11 and/or on the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 for filling up the tank system 10, be calculated.
Im Rahmen eines Modells mit mehreren Schichten kann vorgesehen sein, dass beim Ermitteln der Temperatur T der Tankwand W der Anstieg der Temperatur T der Tankwand W durch eine Schicht der Tankwand W bestimmt wird, und/oder dass beim Ermitteln der Temperatur T der Tankwand W der Anstieg der Temperatur T der Tankwand W durch mehrere Schichten der Tankwand W bestimmt wird. Dabei kann eine modelbasierte und/oder konstruktionsbedingte Aufteilung der Wand 11 in mehrere Schichten mit einem jeweiligen Wärmeübertragungskoeffizienten ai durchgeführt werden. Within the framework of a model with several layers, it can be provided that when the temperature T of the tank wall W is determined, the increase in the temperature T of the tank wall W is determined by a layer of the tank wall W, and/or that when the temperature T of the tank wall W is determined, the Increase in temperature T of the tank wall W is determined by several layers of the tank wall W. In this case, a model-based and/or construction-related division of the wall 11 into a plurality of layers with a respective heat transfer coefficient ai can be carried out.
Durch die modelhafte Aufteilung der Tankwand W in einzelne Schichten mit einem jeweiligen Temperaturwert, lässt sich das bisher beschriebene Modell zur Berücksichtigung der Wärmeleitung erweitern. Der Wärmestrom durch eine Schicht mit der Dicke s, der Fläche A und dem Wärmeleitfähig A ist durch
Figure imgf000015_0001
gegeben. Durch Integration der Gleichung über der Dicke s einer Schicht bei ggf. variierender Fläche A (z.B. bei einer Zylinderschicht) ergibt sich eine Gleichung deren Struktur dem Wärmeübergang entspricht. Somit ergibt sich für die Temperatur T in jeder Schicht eine Gleichung analog zur oben dargestellten. Wodurch insgesamt ein Gleichungssystem für die Temperaturen in den Schichten entsteht. Abhängig davon wie die Material und Geometrieparameter gewählt werden, kann das erfindungsgemäße Modell sämtliche Behältertypen abbilden. By dividing the tank wall W into individual layers with a respective temperature value, the model described so far can be expanded to take heat conduction into account. The heat flow through a layer of thickness s, area A and thermal conductivity A is through
Figure imgf000015_0001
given. By integrating the equation over the thickness s of a layer with a possibly varying area A (e.g. in the case of a cylinder layer), an equation results whose structure corresponds to the heat transfer. This results in an equation analogous to the one shown above for the temperature T in each layer. This creates a system of equations for the temperatures in the layers. Depending on how the material and geometry parameters are selected, the model according to the invention can depict all types of containers.
Analog zum beschriebenen Vorgehen lässt sich das Model auf eine vorteilhafte Weise um die Kontaktwiderstände zwischen den Schichten erweitern. Analogously to the procedure described, the model can be advantageously extended to include the contact resistances between the layers.
Ferner kann beim Ermitteln der Temperatur T der Tankwand W die Verbrauchshistorie des Brennstoffes H2 vor dem Betanken eines Tanksystems 10 berücksichtigt werden. Furthermore, when determining the temperature T of the tank wall W, the consumption history of the fuel H2 before filling up a tank system 10 can be taken into account.
Weiterhin kann beim Ermitteln der Temperatur T der Tankwand W ein transiter (bzw. raumkoordinatenabhängiger) Verlauf, welcher auch zeitabhängig sein kann, von mindestens einem Innenparameter des Tanks 11 des Tanksystems 10, umfassend mindestens eine Innentemperatur Ti des Brennstoffs H2 und/oder einen Innendruck Pi in dem Tank 11 , berücksichtigt werden. Auf diese Weise können die Temperaturschwankungen in dem Tank berücksichtigt werden. Furthermore, when determining the temperature T of the tank wall W, a transit (or spatial coordinate-dependent) profile, which can also be time-dependent, of at least one internal parameter of the tank 11 of the tank system 10, comprising at least one internal temperature Ti of the fuel H2 and/or an internal pressure Pi in the tank 11, are taken into account. In this way, the temperature fluctuations in the tank can be taken into account.
Zudem kann beim Ermitteln der Temperatur T der Tankwand W ein transiter (bzw. raumkoordinatenabhängiger) Verlauf, welcher auch zeitabhängig sein kann, von mindestens einem Umgebungsparameter, umfassend mindestens eine Umgebungstemperatur Ta, berücksichtigt werden. In addition, when determining the temperature T of the tank wall W, a transit (or spatial coordinate-dependent) profile, which can also be time-dependent, of at least one ambient parameter, including at least one ambient temperature Ta, can be taken into account.
Außerdem kann beim Ermitteln der Temperatur T der Tankwand W mindestens eine Einsatzbedingung des Brennstoffzellensystems 100 berücksichtigt wird, insbesondere umfassend einen Fahrtwind und/oder Sonneneinstrahlung bei einem mobilen Einsatz des Brennstoffzellensystems 100, bspw. in einem Fahrzeug. In addition, when determining the temperature T of the tank wall W, at least one operating condition of the fuel cell system 100 can be taken into account, in particular including a relative wind and/or solar radiation when the fuel cell system 100 is used in a mobile manner, for example in a vehicle.
Wie es die Figur 3 weiterhin verdeutlicht, kann das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen: As FIG. 3 further illustrates, the method can have at least one further step:
107 Anpassen der geeigneten Starttemperatur Ts zum Vorkühlen des Brennstoffs H2 in der Tankvorrichtung 20 in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur T der Tankwand W. Auf diese Weise kann die tatsächliche Temperatur T der Tankwand W berücksichtigt werden, um den Aufwand und die elektrische Leistung zum Vorkühlen des Brennstoffs H2 in der Tankvorrichtung 20 anzupassen. Bspw. kann ein Vorkühlen des Brennstoffs H2 in der Tankvorrichtung 20 auf eine nicht so tiefe Temperatur -20AC statt -40°C, als zunächst angenommen, ausreichen, um eine Überhitzung des Tanks 11 zu vermeiden. 107 Adjusting the suitable starting temperature Ts for pre-cooling the fuel H2 in the tank device 20 as a function of the determined temperature T of the tank wall W. In this way, the actual temperature T of the tank wall W can be taken into account in order to adjust the effort and the electrical power for pre-cooling the fuel H2 in the tank device 20 . For example, pre-cooling the fuel H2 in the tank device 20 to a temperature that is not as low -20 ° C. instead of -40° C. as initially assumed may be sufficient to prevent the tank 11 from overheating.
Wie oben bereits erwähnt, kann das Verfahren, welches wie oben beschrieben ablaufen kann, zum Bereitstellen eines steuerbaren Betankungsvorganges durchgeführt werden. Hierzu kann das Tanksystem 10 im Vorfeld beim Tanken unter unterschiedlichen Bedingungen vermessen werden, um ein Kennfeld zu erstellen. Das Kennfeld kann den mindestens einen geeigneten Betriebsparameter BP der Tankvorrichtung 20 zum Betanken des Tanksystems 10 in Abhängigkeit von dem erfassten Anfangsdruck Pi des Tanks 11 , dem gewünschten Enddruck Pe, der Starttemperatur Ts des Brennstoffs in der Tankvorrichtung 20 und/oder der Temperatur T der Tankwand W des Tanks 11 des Tanksystems 10 abbilden. As already mentioned above, the method, which can run as described above, can be carried out to provide a controllable refueling process. For this purpose, the tank system 10 can be measured in advance when refueling under different conditions in order to create a characteristic map. The map can the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 for refueling the tank system 10 depending on the detected initial pressure Pi of the tank 11, the desired final pressure Pe, the start temperature Ts of the fuel in the tank device 20 and / or the temperature T of the tank wall W of the tank 11 of the tank system 10 map.
Weiterhin kann das Verfahren, welches wie oben beschrieben ablaufen kann, zum Bereitstellen eines regelbaren Betankungsvorganges durchgeführt werden. Dabei kann die Temperatur T der Tankwand W ermittelt werden und der mindestens eine geeignete Betriebsparameter BP der Tankvorrichtung 20 zum Betanken des Tanksystems 10 entsprechend angepasst werden. Furthermore, the method, which can run as described above, can be carried out to provide a controllable refueling process. The temperature T of the tank wall W can be determined and the at least one suitable operating parameter BP of the tank device 20 for filling up the tank system 10 can be adjusted accordingly.
Wie es die Figur 2 andeutet, kann das Verfahren, welches wie oben beschrieben ablaufen kann, durch eine Steuereinheit 110 des Brennstoffzellensystems 100 und/oder eine Steuereinheit 21 der Tankvorrichtung 20 durchgeführt werden. As indicated in FIG. 2, the method, which can run as described above, can be carried out by a control unit 110 of fuel cell system 100 and/or a control unit 21 of tank device 20 .
Außerdem ist es denkbar, dass eine Steuereinheit 110 des Brennstoffzellensystems 100 und/oder eine Steuereinheit 21 der Tankvorrichtung 20 in einer Kommunikationsverbindung stehen können, um bspw. Sensorwerte und/oder den mindestens einen geeigneten Betriebsparameter BP zum Betanken des Tanksystems 10 abzugleichen und/oder auszutauschen. Eine entsprechende Steuereinheit 110, 21 (bspw. auf der Seite des Brennstoffzellensystems 100 oder auf der Seite der Tankvorrichtung 20) stellt einen weiteren Aspekt der Erfindung bereit It is also conceivable that a control unit 110 of the fuel cell system 100 and/or a control unit 21 of the tank device 20 can be in a communication connection in order, for example, to compare and/or exchange sensor values and/or the at least one suitable operating parameter BP for filling up the tank system 10 . A corresponding control unit 110, 21 (for example on the side of the fuel cell system 100 or on the side of the tank device 20) provides a further aspect of the invention
Die Steuereinheit kann mit den Temperatur- und/oder Drucksensoren in dem Tanksystem 10 des Brennstoffzellensystems 100 und/oder in der Tankvorrichtung 20 in einer Kommunikationsverbindung stehen, um die Sensorwerte zu erfassen. The control unit can be in communication with the temperature and/or pressure sensors in the tank system 10 of the fuel cell system 100 and/or in the tank device 20 in order to record the sensor values.
Die Steuereinheit 21 kann die Stellglieder der Tankvorrichtung 20, wie z. B. Ventile und/oder Drosselklappen, entsprechend ansteuern, um den mindestens einen geeigneten Betriebsparameter BP zum Betanken des Tanksystems 10 entsprechend einzustellen. The control unit 21, the actuators of the tank device 20, such as. B. valves and / or throttle valves, correspondingly to adjust the at least one suitable operating parameter BP for refueling the tank system 10 accordingly.
Ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer, wie z. B. die Recheneinheit der Steuereinheit, den Computer veranlassen, das Verfahren durchzuführen, welches wie oben beschrieben ablaufen kann, stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar. A corresponding computer program product, comprising instructions that are required when the computer program product is executed by a computer, such as a computer. B. the computing unit of the control unit, cause the computer to carry out the method, which can run as described above, also represents an aspect of the invention.
Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. The above description of the figures describes the present invention exclusively within the framework of examples. It goes without saying that individual features of the embodiments can be freely combined with one another, insofar as this makes technical sense, without departing from the scope of the invention.

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Verfahren zum Modellieren und/oder Optimieren eines, insbesondere steuerbaren und/oder regelbaren, Betankungsvorganges eines, vorzugsweise modularen, Tanksystems (10) eines Brennstoffzellensystems (100) mit einem Brennstoff (H2) aus einer Tankvorrichtung (20), aufweisend folgende Schritte: 1 . Method for modeling and/or optimizing a, in particular controllable and/or adjustable, refueling process of a, preferably modular, tank system (10) of a fuel cell system (100) with a fuel (H2) from a tank device (20), having the following steps:
- Erfassen eines Anfangsdruckes (Pi) eines Tanks (11) des Tanksystems (10), - detecting an initial pressure (Pi) of a tank (11) of the tank system (10),
- Bestimmen eines gewünschten Enddruckes (Pe) in dem Tank (11) des Tanksystems (10), - Determining a desired final pressure (Pe) in the tank (11) of the tank system (10),
- Vorkühlen des Brennstoffs (H2) in der Tankvorrichtung (20) auf eine geeignete Starttemperatur (Ts), - pre-cooling of the fuel (H2) in the tank device (20) to a suitable starting temperature (Ts),
- Ermitteln mindestens eines geeigneten Betriebsparameters (BP) der Tankvorrichtung (20) zum Betanken des Tanksystems (10), um ein Überhitzen des Tanksystems (10) zu vermeiden, wobei der mindestens eine geeignete Betriebsparameter (BP) zum Betanken des Tanksystems (10) in Abhängigkeit von dem erfassten Anfangsdruck (Pi) des Tanks (11), dem gewünschten Enddruck (Pe) und der Starttemperatur (Ts) des Brennstoffs in der Tankvorrichtung (20) ermittelt wird, - Determining at least one suitable operating parameter (BP) of the tank device (20) for filling up the tank system (10) in order to avoid overheating of the tank system (10), the at least one suitable operating parameter (BP) for filling up the tank system (10) in is determined as a function of the detected initial pressure (Pi) of the tank (11), the desired final pressure (Pe) and the starting temperature (Ts) of the fuel in the tank device (20),
- Ermitteln einer Temperatur (T) einer Tankwand (W) des Tanks (11) des Tanksystems (10), - Determining a temperature (T) of a tank wall (W) of the tank (11) of the tank system (10),
- Anpassen des mindestens einen geeigneten Betriebsparameters (BP) der Tankvorrichtung (20) zum Betanken des Tanksystems (10) in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur (T) der Tankwand (W) des Tanks (11). Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) der Tankwand (W) in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur (Ta), einer Temperatur (Ti) des Brennstoffs (H2) in dem Tank (11), einem Wärmeübertragungskoeffizienten (aa) zwischen der Tankwand (W) und der Umgebung (U), einem Wärmeübertragungskoeffizienten (ai) zwischen dem Brennstoff (H2) und der Tankwand (W) und einem Wärmeleitungskoeffizienten (Aw) der Tankwand (W) ermittelt wird, wobei insbesondere die Umgebungstemperatur (Ta) vermessen, empfangen, bspw. von einem Wetterdienst, und/oder geschätzt wird, wobei vorzugsweise die Temperatur (Ti) des Brennstoffs (H2) in dem Tank (11) vermessen, geschätzt und/oder modelbasiert, bevorzugt in Abhängigkeit von dem Druck in dem Tank (11) und/oder von dem mindestens einen geeigneten Betriebsparameter (BP) der Tankvorrichtung (20) zum Betanken des Tanksystems (10), berechnet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anpassen des mindestens einen geeigneten Betriebsparameters (BP) der Tankvorrichtung (20) zum Betanken des Tanksystems (10) ein zeitlicher Verlauf der Temperatur (T) der Tankwand (W) berücksichtigt wird, und/oder dass beim Ermitteln der Temperatur (T) der Tankwand (W) eine iterative Bestimmung der Temperatur (T) in diskreten Zeitabschnitten durchgeführt wird. - Adjusting the at least one suitable operating parameter (BP) of the tank device (20) for refueling the tank system (10) depending on the determined temperature (T) of the tank wall (W) of the tank (11). Method according to claim 1, characterized in that the temperature (T) of the tank wall (W) as a function of an ambient temperature (Ta), a temperature (Ti) of the fuel (H2) in the tank (11), a heat transfer coefficient (aa) between the tank wall (W) and the environment (U), a heat transfer coefficient (ai) between the fuel (H2) and the tank wall (W) and a heat conduction coefficient (Aw) of the tank wall (W) is determined, with the ambient temperature (Ta ) is measured, received, e.g. from a weather service, and/or estimated, with the temperature (Ti) of the fuel (H2) in the tank (11) preferably being measured, estimated and/or based on a model, preferably as a function of the pressure in the tank (11) and/or from the at least one suitable operating parameter (BP) of the tank device (20) for filling up the tank system (10). Method according to one of the preceding claims, characterized in that when adapting the at least one suitable operating parameter (BP) of the tank device (20) for filling up the tank system (10), a time profile of the temperature (T) of the tank wall (W) is taken into account, and /or that when determining the temperature (T) of the tank wall (W), an iterative determination of the temperature (T) is carried out in discrete time intervals.
- 19 - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ermitteln der Temperatur (T) der Tankwand (W) der Anstieg der Temperatur (T) der Tankwand (W) durch eine Schicht der Tankwand (W) bestimmt wird, und/oder dass beim Ermitteln der Temperatur (T) der Tankwand (W) der Anstieg der Temperatur (T) der Tankwand (W) durch mehrere Schichten der Tankwand (W) bestimmt wird, wobei insbesondere eine modelbasierte und/oder konstruktionsbedingte Aufteilung der Wand (11) in mehrere Schichten mit einem jeweiligen Wärmeübertragungskoeffizienten (ai) durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ermitteln der Temperatur (T) der Tankwand (W) die Verbrauchshistorie des Brennstoffes (H2) vor dem Betanken eines Tanksystems (10) berücksichtigt wird, und/oder dass beim Ermitteln der Temperatur (T) der Tankwand (W) ein transiter Verlauf von mindestens einem Innenparameter des Tanks (11) des Tanksystems (10), umfassend mindestens eine Innentemperatur (Ti) des Brennstoffs (H2) und/oder einen Innendruck (Pi) in dem Tank (11), berücksichtigt werden/wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ermitteln der Temperatur (T) der Tankwand (W) ein transiter Verlauf von mindestens einem Umgebungsparameter, umfassend mindestens eine Umgebungstemperatur (Ta), berücksichtigt wird, und/oder dass beim Ermitteln der Temperatur (T) der Tankwand (W) mindestens eine Einsatzbedingung des Brennstoffzellensystems (100) berücksichtigt wird, insbesondere umfassend einen Fahrtwind und/oder Sonneneinstrahlung bei einem mobilen Einsatz des Brennstoffzellensystems (100), bspw. in einem Fahrzeug. - 20 - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweist: - 19 - Method according to one of the preceding claims, characterized in that when determining the temperature (T) of the tank wall (W), the rise in temperature (T) of the tank wall (W) is determined by a layer of the tank wall (W), and /or that when determining the temperature (T) of the tank wall (W), the increase in the temperature (T) of the tank wall (W) is determined by several layers of the tank wall (W), in particular a model-based and/or design-related division of the wall ( 11) is performed in several layers with a respective heat transfer coefficient (ai). Method according to one of the preceding claims, characterized in that when determining the temperature (T) of the tank wall (W) the consumption history of the fuel (H2) before filling up a tank system (10) is taken into account, and/or that when determining the temperature ( T) of the tank wall (W) a transit curve of at least one internal parameter of the tank (11) of the tank system (10), comprising at least one internal temperature (Ti) of the fuel (H2) and/or an internal pressure (Pi) in the tank (11 ), are/will be taken into account. Method according to one of the preceding claims, characterized in that when determining the temperature (T) of the tank wall (W) a transitory course of at least one environmental parameter, comprising at least one ambient temperature (Ta), is taken into account and/or that when determining the temperature (T) the tank wall (W) at least one operating condition of the fuel cell system (100) is taken into account, in particular including a relative wind and/or solar radiation when the fuel cell system (100) is used in a mobile manner, e.g. in a vehicle. - 20 - Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method has at least one further step:
- Anpassen der geeigneten Starttemperatur (Ts) zum Vorkühlen des Brennstoffs (H2) in der Tankvorrichtung (20) in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur (T) der Tankwand (W). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 zum Bereitstellen eines steuerbaren Betankungsvorganges durchgeführt wird, wobei insbesondere das Tanksystem (10) im Vorfeld vermessen wird und ein Kennfeld bereitgestellt wird, welches den mindestens einen geeigneten Betriebsparameter (BP) der Tankvorrichtung (20) zum Betanken des Tanksystems (10) in Abhängigkeit von dem erfassten Anfangsdruck (Pi) des Tanks (11), dem gewünschten Enddruck (Pe), der Starttemperatur (Ts) des Brennstoffs in der Tankvorrichtung (20) und/oder der Temperatur (T) der Tankwand (W) des Tanks (11) des Tanksystems (10) abbildet Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 zum Bereitstellen eines regelbaren Betankungsvorganges durchgeführt wird, wobei insbesondere die Temperatur (T) der Tankwand (W) ermittelt wird und der mindestens eine geeignete Betriebsparameter (BP) der Tankvorrichtung (20) zum Betankten des Tanksystems (10) entsprechend angepasst wird. - 21 - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 durch eine Steuereinheit (110) des Brennstoffzellensystems (100) und/oder eine Steuereinheit (21) der Tankvorrichtung (20) durchgeführt wird, wobei insbesondere eine Steuereinheit (110) des Brennstoffzellensystems (100) und/oder eine Steuereinheit (21) der Tankvorrichtung (20) in einer Kommunikationsverbindung stehen, um Sensorwerte und/oder den mindestens einen geeigneten Betriebsparameter (BP) zum Betanken des Tanksystems (10) abzugleichen und/oder auszutauschen. Steuereinheit (110) für ein Brennstoffzellensystem (100), aufweisend eine Speichereinheit, in welcher ein Code hinterlegt ist, und eine Recheneinheit, die bei der Ausführung des Codes das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführt. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen. - Adjusting the appropriate starting temperature (Ts) for pre-cooling the fuel (H2) in the tank device (20) depending on the determined temperature (T) of the tank wall (W). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method according to one of the preceding claims 1 to 7 is carried out to provide a controllable refueling process, in particular the tank system (10) being measured in advance and a characteristic map being provided which shows the at least one suitable operating parameters (BP) of the tank device (20) for refueling the tank system (10) depending on the detected initial pressure (Pi) of the tank (11), the desired end pressure (Pe), the starting temperature (Ts) of the fuel in the tank device ( 20) and/or the temperature (T) of the tank wall (W) of the tank (11) of the tank system (10) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method according to one of the preceding claims 1 to 7 for providing a controllable refueling process is carried out, in particular the temperature (T) of the tank wall (W) is determined and the at least one suitable operating parameter (BP) of the tank device (20) for refueling the tank system (10) is adjusted accordingly. - 21 - Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method according to any one of the preceding claims 1 to 9 by a control unit (110) of the fuel cell system (100) and / or a control unit (21) of the tank device (20) is carried out , wherein in particular a control unit (110) of the fuel cell system (100) and/or a control unit (21) of the tank device (20) are in a communication connection in order to transmit sensor values and/or the at least one suitable operating parameter (BP) for filling up the tank system (10 ) to match and/or exchange. Control unit (110) for a fuel cell system (100), having a memory unit in which a code is stored, and a computing unit which carries out the method according to one of the preceding claims when the code is executed. Computer program product, comprising instructions which, when the computer program product is executed by a computer, cause it to carry out the method according to one of the preceding claims 1 to 10.
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