DE102014213958A1 - Monitoring device for a pressure tank and pressure tank, in particular for a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucktank mit einer Überwachungsvorrichtung, wobei die Überwachungsvorrichtung eine Thermoelementanordnung mit zumindest zwei Thermoelementen und eine Steuerungsvorrichtung umfasst, wobei jedes Thermoelement mit einem weiteren Thermoelement und/oder mit der Steuerungsvorrichtung elektrisch verbunden ist und wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, einen Isolationswärmestrom von einer Umgebung in den Drucktank zu bestimmen.The invention relates to a pressure tank with a monitoring device, wherein the monitoring device comprises a thermocouple assembly having at least two thermocouples and a control device, wherein each thermocouple is electrically connected to a further thermocouple and / or with the control device and wherein the control device is arranged, an insulation heat flow of a Environment in the pressure tank to determine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucktank mit einer Überwachungsvorrichtung, vorzugsweise für ein Fahrzeug. Der Drucktank ist insbesondere ein Tank zur Speicherung von Wasserstoff.The present invention relates to a pressure tank with a monitoring device, preferably for a vehicle. The pressure tank is in particular a tank for storing hydrogen.

In automotiven Anwendungen wird die Isolationsgüte kryogener Wasserstoff-Drucktanks durch die folgenden Maßnahmen überwacht: Während einer Parksituation wird eine Wärmeeintragsmessung ausgeführt. Gleichzeitig wird ein Vakuum innerhalb der Drucktankisolierung durch Drucksensoren überwacht. Beide Maßnahmen funktionieren jedoch nur, wenn ein entsprechendes Fahrzeugsteuergerät eingeschaltet ist. Außerdem arbeiten beide Maßnahmen nicht autark und sind somit in der Situation Parken, bei der das Fahrzeugsteuergerät nicht zur Verfügung steht, bei fehlerhaftem oder ausgefallenem Fahrzeugsteuergerät oder beispielsweise nach einem Unfall nicht verfügbar.In automotive applications, the isolation quality of cryogenic hydrogen pressure tanks is monitored by the following measures: During a parking situation, a heat input measurement is carried out. At the same time, a vacuum within the pressure tank isolation is monitored by pressure sensors. However, both measures only work if a corresponding vehicle control unit is switched on. In addition, both measures are not self-sufficient and are thus in the situation parking in which the vehicle control unit is not available, not available in case of faulty or failed vehicle control unit or for example after an accident.

Der kryogene Drucktank befindet sich gegenüber unter Umgebungstemperatur stehenden Drucktanks nicht in einem stabilen Gleichgewicht, da der Behälterdruck kontinuierlich durch Wärmeeintrag ansteigt. Aus diesem Grund ist eine Isolierung vorgesehen, um einen Wärmeeintrag zu minimieren. Die Isolation stellt dabei eine sicherheitsrelevante Funktion dar, da der Innendruck des Drucktanks ansteigt, wenn die Isolationsfunktion degradiert.The cryogenic pressure tank is not in a stable equilibrium with respect to pressure tanks that are under ambient temperature, since the tank pressure increases continuously due to heat input. For this reason, insulation is provided to minimize heat input. The insulation represents a safety-relevant function, since the internal pressure of the pressure tank rises when the insulation function degrades.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Überwachungsvorrichtung für einen Drucktank bereitzustellen, die bei einfacher und kostengünstiger Herstellung eine sichere, kontinuierliche und zuverlässige Überwachung des Drucktanks ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a monitoring device for a pressure tank, which allows for simple and cost-effective production of a secure, continuous and reliable monitoring of the pressure tank.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Somit wird die Aufgabe gelöst durch einen Drucktank mit einer Überwachungsvorrichtung, die eine Thermoelementanordnung mit zumindest zwei Thermoelementen umfasst. Der Drucktank wird vorzugsweise als kryogener Drucktank in einem Fahrzeug eingesetzt. Weiterhin umfasst die Überwachungsvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung. Erfindungsgemäß ist jedes Thermoelement mit einem weiteren Thermoelement und/oder mit der Steuerungsvorrichtung elektrisch verbunden. Die Steuerungsvorrichtung ist erfindungsgemäß eingerichtet, einen Isolationswärmestrom von einer Umgebung in den Drucktank zu bestimmen. Da die Steuerungsvorrichtung mit den Thermoelementen der Thermoelementanordnung verbunden ist, ist die Bestimmung des Wärmestroms auf Basis der Thermoelemente durchführbar. Die Thermoelemente liefern abhängig von einer gemessenen Temperatur eine elektrische Spannung, so dass die elektrische Spannung von der Steuerungsvorrichtung einer Temperatur zuordenbar ist. Anhand der Temperatur eines Fluids innerhalb des Drucktanks ist der Zustand der inneren Energie des Fluids bestimmbar. Insbesondere führt der Isolationswärmestrom zu einer Änderung der inneren Energie des Fluids innerhalb des Drucktanks.The object is achieved by the features of claim 1. Thus, the object is achieved by a pressure tank with a monitoring device comprising a thermocouple assembly with at least two thermocouples. The pressure tank is preferably used as a cryogenic pressure tank in a vehicle. Furthermore, the monitoring device comprises a control device. According to the invention, each thermocouple is electrically connected to a further thermocouple and / or to the control device. The control device is arranged according to the invention to determine an insulation heat flow from an environment into the pressure tank. Since the control device is connected to the thermocouples of the thermocouple assembly, the determination of the heat flow based on the thermocouples is feasible. The thermocouples deliver an electrical voltage depending on a measured temperature, so that the electrical voltage from the control device of a temperature can be assigned. On the basis of the temperature of a fluid within the pressure tank, the state of the internal energy of the fluid can be determined. In particular, the insulation heat flow leads to a change in the internal energy of the fluid within the pressure tank.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims have advantageous developments of the invention to the content.

Bevorzugt sind die Thermoelemente derart verbunden, dass diese mindestens einen thermoelektrischen Generator bilden, wobei der thermoelektrische Generator elektrische Energie aus einem Temperaturgefälle wandelt. Insbesondere weisen die Thermoelemente Pole auf, an denen die elektrische Spannung jedes Thermoelements abgreifbar ist, wobei jeweils ein Pol der Thermoelemente elektrisch verbunden ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Energieversorgung der Steuerungsvorrichtung durch den so gebildeten thermoelektrischen Generator sichergestellt ist. Daher ist vorteilhafterweise keine zusätzliche Energieversorgung der Überwachungsvorrichtung notwendig. Die Thermoelemente haben in diesem Fall vorteilhafterweise eine Doppelfunktion. Zum einen werden die Thermoelemente verwendet, um Temperaturen zu erfassen, zum anderen werden die Thermoelemente durch ihre Kopplung als thermoelektrischer Generator verwendet.Preferably, the thermocouples are connected such that they form at least one thermoelectric generator, wherein the thermoelectric generator converts electrical energy from a temperature gradient. In particular, the thermocouples have poles on which the electrical voltage of each thermocouple can be tapped, wherein in each case one pole of the thermocouples is electrically connected. It is preferably provided that a power supply of the control device is ensured by the thus formed thermoelectric generator. Therefore, advantageously no additional power supply of the monitoring device is necessary. The thermocouples advantageously have a double function in this case. On the one hand, the thermocouples are used to detect temperatures, on the other hand, the thermocouples are used by their coupling as a thermoelectric generator.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass jedes Thermoelement zumindest zwei unterschiedliche Halbleiter umfasst. Auf diese Weise ist bereits bei geringen Temperaturunterschieden eine hohe elektrische Leistung aus dem thermoelektrischen Generator beziehbar. Insbesondere ist der thermoelektrische Generator ein Peltier-Element.It is particularly preferred that each thermocouple comprises at least two different semiconductors. In this way, even at low temperature differences, a high electrical power can be obtained from the thermoelectric generator. In particular, the thermoelectric generator is a Peltier element.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Thermoelementanordnung ein erstes Thermoelement und ein zweites Thermoelement. Das erste Thermoelement ist bevorzug in der Art angeordnet, dass mit dem ersten Thermoelement eine Temperatur innerhalb des Drucktanks erfassbar ist. Zum Erfassen der Temperatur innerhalb des Drucktanks ist das erste Thermoelement vorteilhafterweise an einem Innendrucktank des Drucktanks angeordnet, wobei vorgesehen ist, dass eine Temperatur im Inneren des Drucktanks gleich groß oder näherungsweise gleich groß wie eine Temperatur des Innendrucktanks des Drucktanks ist. Somit ist die Überwachungsvorrichtung oder zumindest die Thermoelementanordnung vorteilhafterweise innerhalb einer Isolierung des Drucktanks anordbar, sodass mit dem ersten thermischen Element die Wandtemperatur des Innendrucktanks des Drucktanks erfassbar ist.In a further preferred embodiment of the invention, the thermocouple assembly comprises a first thermocouple and a second thermocouple. The first thermocouple is preferably arranged in such a way that with the first thermocouple a temperature within the pressure tank can be detected. For detecting the temperature within the pressure tank, the first thermocouple is advantageously arranged on an inner pressure tank of the pressure tank, it being provided that a temperature inside the pressure tank is equal to or approximately equal to a temperature of the inner pressure tank of the pressure tank. Thus, the monitoring device or at least the thermocouple assembly advantageously within an insulation of the pressure tank can be arranged, so that with the first thermal element, the wall temperature of the inner pressure tank of the pressure tank can be detected.

Besonders bevorzugt weisen das erste Thermoelement und das zweite Thermoelement jeweils ein erstes Material und ein zweites Material auf. Das erste Material des ersten Thermoelementes und das zweite Material des zweiten Thermoelementes sind vorteilhafterweise durch ein Verbindungselement elektrisch verbunden. Auf diese Weise entsteht vorteilhafterweise ein thermoelektrischer Generator. Zwischen den zweiten Materialien des ersten Thermoelementes und des zweiten Thermoelementes ist somit eine elektrische Spannung abgreifbar. Der thermoelektrische Generator erzeugt eine Spannung zwischen den zweiten Materialien, sobald ein Temperaturunterschied zwischen dem ersten Thermoelement und dem zweiten Thermoelement vorliegt. Somit ist die Überwachungsvorrichtung vorteilhafterweise derart an dem Tank anortbar, dass das erste Thermoelement eine Temperatur innerhalb der Isolierung des Drucktanks misst, während das zweite Thermoelement eine Temperatur außerhalb der Isolierung erfasst. Auf diese Weise ist ein größtmöglicher Temperaturunterschied zwischen dem ersten Thermoelement und zweiten Thermoelement gegeben. Um genügend Leistung für die Steuerungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, können auch mehrere elektrische Generatoren in der genannten Weise angebracht und seriell oder parallel verschaltet werden.Particularly preferably, the first thermocouple and the second thermocouple each have a first material and a second material. The first material of the first thermocouple and the second material of the second thermocouple are advantageously electrically connected by a connecting element. In this way, advantageously, a thermoelectric generator is formed. Thus, an electrical voltage can be tapped between the second materials of the first thermocouple and the second thermocouple. The thermoelectric generator generates a voltage between the second materials as soon as there is a temperature difference between the first thermocouple and the second thermocouple. Thus, the monitor is advantageously locatable to the tank such that the first thermocouple measures a temperature within the insulation of the pressure tank while the second thermocouple senses a temperature outside the insulation. In this way, the greatest possible temperature difference between the first thermocouple and second thermocouple is given. In order to provide enough power for the control device, several electric generators can be mounted in the manner mentioned and connected in series or in parallel.

Bevorzugt weist die Überwachungsvorrichtung eine Anzeigevorrichtung auf. Die Anzeigevorrichtung ist vorteilhafterweise eine Signallampe. Die Anzeigevorrichtung ist insbesondere mit der Steuerungsvorrichtung verbunden, wobei die Anzeigevorrichtung die zum Betrieb notwendige Energie von der Steuerungsvorrichtung erhält. Vorteilhafterweise ist mittels der Anzeigevorrichtung eine Überschreitung eines Grenzwertes des Isolationswärmestroms anzeigbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Signallampe eine Lampe, die in zumindest einer ersten Farbe und einer zweiten Farbe beleuchtbar ist. Somit wird die Überschreitung des Grenzwertes durch einen Wechsel von der ersten Farbe zu der zweiten Farbe angezeigt. Ebenso ist bevorzugt vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung bei Überschreitung des Grenzwertes des Isolationswärmestroms eine Warnung über ein Mobilfunknetz aussendet, insbesondere an einen Fahrer eines Fahrzeugs oder an eine zentrale Überwachungsstelle. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung einen Aktor umfasst. Der Aktor ist bei Überschreiten des Grenzwertes des Isolationswärmestroms aktivierbar. Insbesondere ist der Aktor eingerichtet, einen Druck innerhalb des Drucktanks zu reduzieren.The monitoring device preferably has a display device. The display device is advantageously a signal lamp. The display device is in particular connected to the control device, wherein the display device receives the energy required for operation from the control device. Advantageously, by means of the display device exceeding a limit value of the insulation heat flux can be displayed. In a particularly preferred embodiment, the signal lamp is a lamp which can be illuminated in at least a first color and a second color. Thus, the exceeding of the limit value is indicated by a change from the first color to the second color. Likewise, it is preferably provided that the monitoring device emits a warning over a mobile network when exceeding the limit value of the insulation heat flow, in particular to a driver of a vehicle or to a central monitoring point. Alternatively or additionally, it is preferably provided that the monitoring device comprises an actuator. The actuator can be activated when the limit value of the insulation heat flow is exceeded. In particular, the actuator is arranged to reduce a pressure within the pressure tank.

Der Drucktank weist vorteilhafterweise einen Innendrucktank und einen Außendrucktank auf, wobei der Außendrucktank den Innendrucktank, insbesondere vollständig, umgibt. Weiterhin ist eine Isolierung zwischen dem Innendrucktank und dem Außendrucktank angebracht. Da der Innendruck des Drucktanks ansteigt, wenn die Isolationsfunktion der Isolierung degradiert, ist die Isolationsfunktion eine sicherheitsrelevante Funktion. Um einen Ausfall dieser Funktion frühzeitig zu erkennen, ist erfindungsgemäß die Überwachungsvorrichtung vorgesehen. Dazu ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung oder zumindest die Thermoelementanordnung innerhalb der Isolierung angeordnet ist. Durch das Anbringen innerhalb der Isolierung ist insbesondere vorgesehen, dass ein erstes Thermoelement der Thermoelementanordnung in der Überwachungsvorrichtung eine Temperatur einer Außenfläche des Innendrucktanks erfasst. Die Temperatur der Außenfläche des Innendrucktanks ist insbesondere gleich groß oder nahezu gleich groß wie die Temperatur eines Fluids innerhalb des Innendrucktanks. Somit ist mit der Überwachungsvorrichtung eine Temperatur innerhalb eines von dem Innendrucktank umschlossenen Raumes bestimmbar. Anhand der Temperatur innerhalb des von dem Innendrucktank umschlossenen Raumes ist eine innere Energie innerhalb des Raumes durch die Steuerungsvorrichtung der Überwachungsvorrichtung bestimmbar, wobei anhand einer Änderung der inneren Energie ein Wärmestrom in den von dem Innendrucktank umschlossenen Raum hinein ermittelbar ist.The pressure tank advantageously has an inner pressure tank and an outer pressure tank, wherein the outer pressure tank surrounds the inner pressure tank, in particular completely. Furthermore, insulation between the inner pressure tank and the outer pressure tank is attached. Since the internal pressure of the pressure tank rises when the isolation function of the insulation degrades, the isolation function is a safety-relevant function. In order to detect a failure of this function early, the monitoring device is provided according to the invention. For this purpose, it is advantageously provided that the monitoring device or at least the thermocouple assembly is disposed within the insulation. By mounting within the insulation is provided in particular that a first thermocouple of the thermocouple assembly in the monitoring device detects a temperature of an outer surface of the inner pressure tank. In particular, the temperature of the outer surface of the inner pressure tank is equal to or nearly equal to the temperature of a fluid within the inner pressure tank. Thus, with the monitoring device, a temperature within a space enclosed by the inner pressure tank space can be determined. On the basis of the temperature within the space enclosed by the inner pressure tank, internal energy within the space can be determined by the control device of the monitoring device, wherein a heat flow into the space enclosed by the inner pressure tank can be determined based on a change in the internal energy.

Da das erste Thermoelement und das zweite Thermoelement einen thermoelektrischen Generator bilden, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass ein Temperaturunterschied des ersten Thermoelementes und des zweiten Thermoelementes so groß wie möglich ist. Daher ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das zweite Thermoelement derart angeordnet ist, dass mit diesem eine Temperatur des Außendrucktanks erfassbar ist. Die Temperatur des Außendrucktanks entspricht vorteilhafterweise einer Umgebungstemperatur. Somit liefert das Zusammenspiel der Thermoelemente als thermoelektrischer Generator ausreichend Energie, um die Überwachungsvorrichtung autark zu versorgen.Since the first thermocouple and the second thermocouple form a thermoelectric generator, it is advantageously provided that a temperature difference of the first thermocouple and the second thermocouple is as large as possible. Therefore, it is particularly preferably provided that the second thermocouple is arranged such that with this a temperature of the outer pressure tank can be detected. The temperature of the outer pressure tank advantageously corresponds to an ambient temperature. Thus, the interaction of the thermocouples as a thermoelectric generator provides sufficient energy to supply the monitoring device autonomously.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Isolierung ein Vakuum umfasst. Vakuum stellt die beste thermische Isolationsfunktion bereit. Somit ist vorteilhafterweise ein Raum zwischen dem Innendrucktank und dem Außendrucktank mit Vakuum versehen.Finally, it is preferably provided that the insulation comprises a vacuum. Vacuum provides the best thermal insulation function. Thus, advantageously, a space between the inner pressure tank and the outer pressure tank is provided with vacuum.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:

1 eine schematische Ansicht eines Drucktanks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a schematic view of a pressure tank according to an embodiment of the invention,

2 eine schematische Darstellung einer Überwachungsvorrichtung des Drucktanks gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 2 a schematic representation of a monitoring device of the pressure tank according to the embodiment of the invention and

3 eine Detailansicht aus 1. 3 a detailed view 1 ,

1 zeigt einen Drucktank 13 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Drucktank 13 ist insbesondere ein kryogener Drucktank, der vorteilhafterweise zur Druckspeicherung von Wasserstoff, insbesondere warm und kryogen, ausgelegt ist. Besonders bevorzugt ist der Drucktank 13 zur Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen. 1 shows a pressure tank 13 according to an embodiment of the invention. The pressure tank 13 is in particular a cryogenic pressure tank, which is advantageously designed for the pressure storage of hydrogen, in particular warm and cryogenic. Particularly preferred is the pressure tank 13 intended for use in a vehicle.

Der Drucktank 13 umfasst einen Innendrucktank 14 sowie einen Außendrucktank 15, der insbesondere ein Vakuumdrucktank ist. Zwischen der Innendrucktank 14 und dem Außendrucktank 15 ist eine Isolierung 16 angebracht, die insbesondere ein Vakuum ist. Der Innendrucktank 14 ist vorteilhafterweise aus einem Kunststoffliner mit einem CFK-Ummantelung gefertigt und derart ausgebildet, in einem von dem Innendrucktank 14 umschlossenen Raum Wasserstoff aufzunehmen. Die Aufnahme des Wasserstoffs erfolgt insbesondere unter Druck, bevorzugt warm oder kryogen. In dem in 1 gezeigten Beispiel wurde aus Gründen der Vereinfachung auf eine detaillierte Darstellung von Zu- und Abflüssen des Wasserstoffs verzichtet.The pressure tank 13 includes an internal pressure tank 14 and an external pressure tank 15 , which is in particular a vacuum pressure tank. Between the inner pressure tank 14 and the outside pressure tank 15 is an insulation 16 attached, which is in particular a vacuum. The inner pressure tank 14 is advantageously made of a plastic liner with a CFRP jacket and formed in one of the inner pressure tank 14 enclosed space to absorb hydrogen. The uptake of the hydrogen takes place in particular under pressure, preferably warm or cryogenically. In the in 1 For reasons of simplification, a detailed description of inflows and outflows of the hydrogen was dispensed with.

2 zeigt eine Überwachungsvorrichtung 1 des Drucktanks 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Überwachungsvorrichtung 1 umfasst eine Thermoelementanordnung 2, die mit einer Steuerungsvorrichtung 9 verbunden ist. Ebenfalls mit der Steuerungsvorrichtung 9 verbunden ist eine Anzeigevorrichtung 10, die insbesondere eine Signallampe ist. 2 shows a monitoring device 1 of the pressure tank 13 according to the embodiment of the invention. The monitoring device 1 includes a thermocouple assembly 2 connected to a control device 9 connected is. Also with the control device 9 connected is a display device 10 , which is in particular a signal lamp.

Die Thermoelementanordnung 2 umfasst insbesondere ein erstes Thermoelement 3, mit dem eine Temperatur innerhalb des von dem Innendrucktank 14 umschlossenen Raumes erfassbar ist. Um die Temperatur innerhalb des von dem Innendrucktank 14 umschlossenen Raumes zu erfassen, ist das erste Thermoelement 3 derart angeordnet, dass dieses eine Temperatur der Außenfläche des Innendrucktanks 14 erfasst. Die Temperatur der Außenfläche des Innendrucktanks 14 entspricht im Wesentlichen der Temperatur der Fluids des Drucktanks 13.The thermocouple arrangement 2 in particular comprises a first thermocouple 3 with which a temperature within that of the inner pressure tank 14 enclosed space is detectable. To the temperature inside of the inner pressure tank 14 Capturing enclosed space is the first thermocouple 3 arranged such that this is a temperature of the outer surface of the inner pressure tank 14 detected. The temperature of the outer surface of the inner pressure tank 14 essentially corresponds to the temperature of the fluids of the pressure tank 13 ,

Die Anordnung der Überwachungsvorrichtung 1 innerhalb des Drucktanks 13 ist in 3 detailliert dargestellt.The arrangement of the monitoring device 1 inside the pressure tank 13 is in 3 shown in detail.

3 zeigt eine Detailansicht des Bereichs 100 aus 1. Zwischen der Außenfläche des Innendrucktanks 14 und einer Innenfläche des Außendrucktanks 15 ist zumindest ein thermoelektrischer Generator 5 installiert. Der thermoelektrische Generator 5 umfasst das erste Thermoelement 3 sowie ein zweites Thermoelement 4. Der thermoelektrische Generator 5 liefert eine elektrische Energieversorgung für die Steuerungsvorrichtung 9. Die Steuerungsvorrichtung 9 wiederum wertet die von dem ersten Thermoelement 3 erfasste Temperatur der Außenfläche des Innendrucktanks 14 aus und misst eine Zeit, die zwischen zwei Messungen der Temperatur der Außenfläche des Innendrucktanks 14 vergeht. 3 shows a detail view of the area 100 out 1 , Between the outer surface of the inner pressure tank 14 and an inner surface of the outer pressure tank 15 is at least a thermoelectric generator 5 Installed. The thermoelectric generator 5 includes the first thermocouple 3 and a second thermocouple 4 , The thermoelectric generator 5 provides an electrical power supply to the control device 9 , The control device 9 in turn evaluates that of the first thermocouple 3 detected temperature of the outer surface of the inner pressure tank 14 and measures a time between two measurements of the temperature of the outer surface of the inner pressure tank 14 passes.

Aus der zuvor genannten Messung der Temperatur und der verstrichenen Zeit berechnet die Steuerungsvorrichtung 9 schließlich einen Isolationswärmestrom 17 in den Drucktank 13. Der Isolationswärmestrom 17 entspricht dabei einer Änderung der inneren Energie innerhalb des von dem Innendrucktank 14 umschlossenen Raumes, wobei die innere Energie anhand der erfassten Temperatur des ersten Thermoelementes 3 ermittelbar ist.From the aforementioned measurement of the temperature and the elapsed time, the control device calculates 9 finally, an insulation heat flux 17 in the pressure tank 13 , The insulation heat flow 17 This corresponds to a change in the internal energy within that of the inner pressure tank 14 enclosed space, wherein the internal energy based on the detected temperature of the first thermocouple 3 can be determined.

Eine Bewertung des Isolationswärmestroms 17 wird von der Steuerungsvorrichtung 9 über die Anzeigevorrichtung 10 ausgegeben. So ist insbesondere vorgesehen, dass die Anzeigevorrichtung 10 eine Signallampe ist und kontinuierlich eine Farbe, insbesondere die Farbe Grün anzeigt. Sobald die Steuerungsvorrichtung 9 feststellt, dass der Isolationswärmestrom 17 einen vordefinierten Grenzwert überschreitet, wird die Farbe der Signalleuchte gewechselt, beispielsweise zu der Farbe Rot. Dabei kann die Signallampe derart ausgeführt sein, dass sie das Signal für eine Grenzwertüberschreitung des Isolationswärmestromes 17, beispielsweise. durch die Farbe Rot, auch ohne Energie der Steuerungsvorrichtung 9, d. h. irreversibel, anzeigt. Auf diese Weise wird ein einmalig festgestellter fehlerhafter Isolationswärmestrom 17 auch dann angezeigt, wenn der thermoelektrische Generator 5 keine Energie mehr liefert. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung 9 eine Fernmeldung an den Betreiber des Drucktanks 13 oder des Fahrzeugs übermittelt, beispielsweise über ein Handynetz.An evaluation of the insulation heat flux 17 is from the control device 9 over the display device 10 output. It is thus provided in particular that the display device 10 is a signal lamp and continuously indicates a color, in particular the color green. Once the control device 9 determines that the insulation heat flow 17 exceeds a predefined limit value, the color of the signal light is changed, for example to the color red. In this case, the signal lamp can be designed such that it outputs the signal for a limit value exceeding the insulation heat flux 17 , for example. by the color red, even without power of the control device 9 , ie irreversible, indicates. In this way, a once detected faulty insulation heat flow 17 also displayed when the thermoelectric generator 5 no energy supplies anymore. Alternatively or additionally, it is provided that the control device 9 a remote message to the operator of the pressure tank 13 or the vehicle transmitted, for example via a mobile phone network.

Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerungsvorrichtung 9 mit einem Aktor verbunden. Der Aktor ist eingerichtet, einen Druck innerhalb des Drucktanks 13 zu reduzieren. Dazu ist der Aktor in einer ersten Alternative ein Überdruckventil. Das Überdruckventil ist bevorzugt aktivierbar, wenn der Isolationswärmestrom 17 den vordefinierten Grenzwert überschreitet. Durch Ablassen des Fluids innerhalb des Drucktanks 13 ist der Druck innerhalb des Drucktanks 13, insbesondere innerhalb des Innendrucktanks 14, reduzierbar. In einer zweiten Alternative ist der Aktor ein Steuergerät, das einen Verbraucher des Fluids aktiviert. Ein derartiger Verbraucher ist insbesondere ein Wasserstoffmotor oder eine Brennstoffzelle. Durch das Aktivieren des Verbrauchers wird das Fluid aus dem Drucktank 13 entnommen, so dass der Druck innerhalb des Drucktanks 13, insbesondere innerhalb des Innendrucktanks 14, reduzierbar ist.Alternatively or additionally, the control device 9 connected to an actuator. The actuator is set up, a pressure inside the pressure tank 13 to reduce. For this purpose, the actuator is in a first alternative, a pressure relief valve. The pressure relief valve is preferably activated when the insulation heat flow 17 exceeds the predefined limit. By draining the fluid inside the pressure tank 13 is the pressure inside the pressure tank 13 , in particular within the inner pressure tank 14 , reducible. In a second alternative, the actuator is a controller that activates a consumer of the fluid. Such a consumer is in particular a hydrogen engine or a fuel cell. Activating the consumer releases the fluid from the pressure tank 13 taken out, so that the pressure inside the pressure tank 13 , in particular within the inner pressure tank 14 , is reducible.

Wie aus 3 ersichtlich ist, ist das erste Thermoelement 3 an der Außenfläche des Innendrucktanks 14 angeordnet. Somit misst das erste Thermoelement 3 eine Temperatur an einem ersten Temperaturmesspunkt 11, wobei der erste Temperaturmesspunkt 11 erwartungsgemäß ein kalter Messpunkt ist. Ein zweiter Temperaturmesspunkt 12 ist ein Messpunkt an der Innenfläche des Außendrucktanks 15, an der das zweite Thermoelement 4 angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist es ausreichend, die Temperatur an dem ersten Temperaturmesspunkt 11 zu bestimmen. Der zweite Temperaturmesspunkt 12 dient vorwiegend zur Erzeugung eines möglichst großen Temperaturgefälles für den thermoelektrischen Generator 5. Eine Bestimmung der Temperatur durch die Steuerungsvorrichtung 9 erfolgt anhand einer der Temperatur zuordenbaren elektrischen Spannung, die das erste Thermoelement 3 oder das zweite Thermoelement 4 jeweils aufgrund von Einwirken der Temperatur auf das Thermoelement 3, 4 erzeugt.How out 3 is apparent, is the first thermocouple 3 on the outer surface of the inner pressure tank 14 arranged. Thus, the first thermocouple measures 3 a temperature at a first Temperature measurement point 11 , wherein the first temperature measuring point 11 is expected to be a cold measuring point. A second temperature measuring point 12 is a measuring point on the inner surface of the outer pressure tank 15 at the second thermocouple 4 is arranged. According to the invention it is sufficient, the temperature at the first temperature measuring point 11 to determine. The second temperature measuring point 12 is mainly used to generate the largest possible temperature gradient for the thermoelectric generator 5 , A determination of the temperature by the control device 9 occurs on the basis of a temperature assignable electrical voltage, the first thermocouple 3 or the second thermocouple 4 each due to exposure of the thermocouple to temperature 3 . 4 generated.

Sowohl das erste Thermoelement 3 als auch das zweite Thermoelement 4 weisen ein erstes Material 7 sowie ein zweites Material 8 auf. Das erste Material 7 ist insbesondere ein erstes Metall und das zweite Material 8 ein zweites Metall, wobei das erste Metall von dem zweiten Metall unterschiedlich ist. Alternativ ist das erste Material 7 insbesondere ein erster Halbleiter und das zweite Material 8 ein zweiter Halbleiter, wobei wiederum der erste Halbleiter unterschiedlich von dem zweiten Halbleiter ist. Somit ist der thermoelektrische Generator vorteilhafterweise ein Peltier-Element.Both the first thermocouple 3 as well as the second thermocouple 4 have a first material 7 as well as a second material 8th on. The first material 7 is in particular a first metal and the second material 8th a second metal, wherein the first metal is different from the second metal. Alternatively, the first material 7 in particular a first semiconductor and the second material 8th a second semiconductor, wherein again the first semiconductor is different from the second semiconductor. Thus, the thermoelectric generator is advantageously a Peltier element.

Das zweite Material 8 des ersten Thermoelementes 3 und das zweite Material 8 des zweiten Thermoelementes 4 sind über ein Verbindungselement 6 elektrisch leitend miteinander verbunden. Somit liegt zwischen dem ersten Material 7 des ersten Thermoelementes 3 und dem ersten Material 7 des zweiten Thermoelementes 4 eine elektrische Spannung an, die zu einer Energieversorgung der Steuerungsvorrichtung 9 verwendet wird. Da der erste Temperaturmesspunkt 11 und der zweite Temperaturmesspunkt 12 eine größtmögliche Temperaturdifferenz aufweisen, erzeugt der aus erstem Thermoelement 3 und zweitem Thermoelement 4 gebildete thermoelektrische Generator 5 eine maximale Menge an elektrischer Energie, die zur Versorgung von Steuerungsvorrichtung 9 und Anzeigevorrichtung 10 bereitsteht. In einer erweiterten Ausführung können auch mehrere thermoelektrische Generatoren 5 in Serie oder Reihe verschaltet werden, um eine ausreichende Energieversorgung zur Verfügung zu stellen.The second material 8th of the first thermocouple 3 and the second material 8th of the second thermocouple 4 are about a connecting element 6 electrically connected to each other. Thus lies between the first material 7 of the first thermocouple 3 and the first material 7 of the second thermocouple 4 an electrical voltage, which leads to a power supply of the control device 9 is used. Because the first temperature measuring point 11 and the second temperature measuring point 12 have a maximum temperature difference generated by the first thermocouple 3 and second thermocouple 4 formed thermoelectric generator 5 a maximum amount of electrical energy needed to power the control device 9 and display device 10 ready. In an extended version can also be several thermoelectric generators 5 be connected in series or series, in order to provide an adequate power supply.

Es ist somit ersichtlich, dass durch den erfindungsgemäßen Drucktank eine kontinuierliche und autarke Überwachung der Isolierung 16 ermöglicht ist. Somit wird ein Zustand der Isolierung 16 insbesondere auch nach einem Unfall angezeigt, was eine wichtige Information für Rettungskräfte darstellt. Außerdem wird die Gefahrenursache mit der Überwachungsfunktion verknüpft, sodass die Gefahrenursache die eigene Überwachung vorantreibt. Insbesondere bei der Verwendung des Drucktanks 13 in Fahrzeugen ist vorteilhaft, dass ein Isolationsverlust auch während Parksituationen angezeigt wird. Somit ist auch eine Meldung an den Betreiber durchführbar, beispielsweise über ein Handynetz. Außerdem ist die Überwachungsvorrichtung unabhängig von einem Bordstromnetz des Fahrzeuges.It can thus be seen that the pressure tank according to the invention provides continuous and autonomous monitoring of the insulation 16 is possible. Thus, a state of isolation 16 especially displayed after an accident, which is an important information for rescue workers. In addition, the cause of the hazard is linked to the monitoring function, so that the cause of the danger drives one's own monitoring. Especially when using the pressure tank 13 In vehicles it is advantageous that a loss of insulation is also displayed during parking situations. Thus, a message to the operator is feasible, for example via a mobile phone network. In addition, the monitoring device is independent of an on-board power system of the vehicle.

Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ist sehr ausfallsicher, sodass eine Ausfallwahrscheinlichkeit sehr gering ist. Der ermittelte Isolationswärmestrom 17 ist dabei stets aktuell und kann insbesondere als adaptives Kennfeld gespeichert werden. Somit ist der Isolationswärmestrom 17 stets aktuell vorhanden und für andere Funktionen verwendbar. Diese anderen Funktionen sind beispielweise eine Anzeige der verlustfreien Standzeit oder eine genauere Bestimmung eines Betriebes eines Blow of Management Systems in der Situation Parken und dadurch eine bessere Überwachung des BMS-Betriebes. Ein derartiges System ist hilfreich, da ein kryogener Drucktank nie ideal adiabat, das heißt ohne Isolationswärmestrom, ausgelegt werden kann. Somit gibt es zu jeder kritischen Befülldichte im Tank eine verlustfreie Standzeit. Während dieser Zeit baut sich durch den Isolationswärmestrom ein Druck bis zum kritischen Behälterdruck auf. Wird der kritische Behälterdruck überschritten, wird der Gasdruck im Drucktank 13 durch Abblasen von Wasserstoff abgebaut. Dabei wird eine kritische Menge Wasserstoff, die ein explosionsfähiges Gemisch an der Austrittsstelle bilden kann, dem Drucktank 13 entnommen. Damit sich kein explosionsfähiges Gemisch an der Austrittsstelle bilden kann, wird der abgeblasene Wasserstoff über ein BMS geleitet. Im BMS wird der Wasserstoff mit Luft gemischt und über einen Katalysator zu Wasser oxidiert. Dem BMS entweicht daher nur noch Wasserdampf.The monitoring device according to the invention is very fail-safe, so that a probability of failure is very low. The determined insulation heat flow 17 is always up to date and can be stored in particular as an adaptive map. Thus, the insulation heat flow is 17 Always up to date and usable for other functions. These other functions are, for example, an indication of lossless service life or a more accurate determination of the operation of a blow of management system in the parking situation and thereby better monitoring of BMS operation. Such a system is helpful because a cryogenic pressure tank can never be ideally designed adiabatically, that is without isolation heat flow. Thus, there is a loss-free life for each critical filling density in the tank. During this time, the insulation heat flow builds up a pressure up to the critical tank pressure. If the critical tank pressure is exceeded, the gas pressure in the pressure tank 13 degraded by blowing off hydrogen. In this case, a critical amount of hydrogen, which can form an explosive mixture at the exit point, the pressure tank 13 taken. To prevent the formation of an explosive mixture at the exit point, the blown-off hydrogen is passed through a BMS. In the BMS, the hydrogen is mixed with air and oxidized to water via a catalyst. Therefore, the BMS escapes only water vapor.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Überwachungsvorrichtungmonitoring device
22
ThermoelementanordnungThermocouple arrangement
33
Erstes ThermoelementFirst thermocouple
44
Zweites ThermoelementSecond thermocouple
55
Thermoelektrischer GeneratorThermoelectric generator
66
Verbindungselementconnecting element
77
Erstes MaterialFirst material
88th
Zweites MaterialSecond material
99
Steuerungsvorrichtungcontrol device
1010
Anzeigevorrichtungdisplay device
1111
Erster TemperaturmesspunktFirst temperature measuring point
1212
Zweiter TemperaturmesspunktSecond temperature measuring point
1313
Drucktankpressure tank
1414
InnendrucktankPressure tank
1515
AußendrucktankExternal pressure tank
1616
Isolierunginsulation
1717
IsolationswärmestromInsulation heat flow
1818
UmgebungSurroundings

Claims (10)

Drucktank (13) mit einer Überwachungsvorrichtung (1), – wobei die Überwachungsvorrichtung (1) eine Thermoelementanordnung (2) mit zumindest zwei Thermoelementen (3, 4) und eine Steuerungsvorrichtung (9) umfasst, – wobei jedes Thermoelement (3, 4) mit einem weiteren Thermoelement (3, 4) und/oder mit der Steuerungsvorrichtung (9) elektrisch verbunden ist und – wobei die Steuerungsvorrichtung (9) eingerichtet ist, einen Isolationswärmestrom (17) von einer Umgebung (18) in den Drucktank (13) zu bestimmen.Pressure tank ( 13 ) with a monitoring device ( 1 ), - the monitoring device ( 1 ) a thermocouple assembly ( 2 ) with at least two thermocouples ( 3 . 4 ) and a control device ( 9 ), each thermocouple ( 3 . 4 ) with another thermocouple ( 3 . 4 ) and / or with the control device ( 9 ) is electrically connected and - wherein the control device ( 9 ) is set up, an insulation heat flow ( 17 ) of an environment ( 18 ) into the pressure tank ( 13 ). Drucktank (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoelemente (3, 4) derart verbunden sind, dass diese mindestens einen thermoelektrischen Generator (5) bilden, wobei eine Energieversorgung der Steuerungsvorrichtung (9) durch den thermoelektrischen Generator (5) sichergestellt ist.Pressure tank ( 13 ) according to claim 1, characterized in that the thermocouples ( 3 . 4 ) are connected in such a way that they comprise at least one thermoelectric generator ( 5 ), wherein a power supply of the control device ( 9 ) by the thermoelectric generator ( 5 ) is ensured. Drucktank (13) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Thermoelement (3, 4) zumindest zwei unterschiedliche Halbleiter umfasst und/oder der thermoelektrische Generator ein Peltier-Element ist.Pressure tank ( 13 ) according to claim 2, characterized in that each thermocouple ( 3 . 4 ) comprises at least two different semiconductors and / or the thermoelectric generator is a Peltier element. Drucktank (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoelementanordnung (2) ein erstes Thermoelement (3) umfasst, mit dem eine Temperatur innerhalb des Drucktanks (13) erfassbar ist und ein zweites Thermoelement (4) umfasst, mit dem eine Temperatur außerhalb des Drucktank (13) erfassbar ist.Pressure tank ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermocouple arrangement ( 2 ) a first thermocouple ( 3 ), with which a temperature within the pressure tank ( 13 ) is detectable and a second thermocouple ( 4 ), with which a temperature outside the pressure tank ( 13 ) is detectable. Drucktank (13) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Thermoelement (3) und das zweite Thermoelement (4) jeweils ein erstes Material (7) und ein zweites Material (8) umfassen, wobei das zweite Material (8) des ersten Thermoelements (3) und des zweiten Thermoelements (4) durch ein Verbindungselement (6) elektrisch leitend verbunden ist.Pressure tank ( 13 ) according to claim 4, characterized in that the first thermocouple ( 3 ) and the second thermocouple ( 4 ) each a first material ( 7 ) and a second material ( 8th ), the second material ( 8th ) of the first thermocouple ( 3 ) and the second thermocouple ( 4 ) by a connecting element ( 6 ) is electrically connected. Drucktank (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung, insbesondere durch eine Signallampe, wobei durch die Anzeigevorrichtung eine Überschreitung eines Grenzwertes des Isolationswärmestrom (17), insbesondere irreversibel, anzeigbar ist, und/oder durch einen Aktor, der bei Überschreitung des Grenzwertes des Isolationswärmestroms (17) zum Abbau eines Drucks am Drucktank (13) aktivierbar ist.Pressure tank ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized by a display device, in particular by a signal lamp, wherein by the display device exceeding a limit value of the insulating heat flow ( 17 ), in particular irreversible, can be displayed, and / or by an actuator which, when the limit value of the insulation heat flow ( 17 ) for reducing a pressure on the pressure tank ( 13 ) is activated. Drucktank (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktank (13) einen Innendrucktank (14) und einen Außendrucktank (15) umfasst, wobei eine Isolierung (16) zwischen dem Innendrucktank (14) und dem Außendrucktank (15) angebracht ist.Pressure tank ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure tank ( 13 ) an inner pressure tank ( 14 ) and an external pressure tank ( 15 ), wherein an insulation ( 16 ) between the inner pressure tank ( 14 ) and the outer pressure tank ( 15 ) is attached. Drucktank (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoelemente (3, 4) innerhalb der Isolierung (16) angeordnet sind.Pressure tank ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermocouples ( 3 . 4 ) within the insulation ( 16 ) are arranged. Drucktank (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Thermoelement (3) der Überwachungsvorrichtung (1) derart angeordnet ist, eine Temperatur des Innendrucktanks (14), insbesondere einer Außenfläche des Innendrucktanks (14), zu erfassen und/oder ein zweites Thermoelement (4) derart angeordnet ist, eine Temperatur des Außendrucktanks (15), insbesondere einer Innenfläche des Außendrucktanks (15), zu erfassen.Pressure tank ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a first thermocouple ( 3 ) of the monitoring device ( 1 ) is arranged such that a temperature of the inner pressure tank ( 14 ), in particular an outer surface of the inner pressure tank ( 14 ) and / or a second thermocouple ( 4 ) is arranged such that a temperature of the outer pressure tank ( 15 ), in particular an inner surface of the outer pressure tank ( 15 ), capture. Drucktank (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (16) ein Vakuum umfasst.Pressure tank ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation ( 16 ) comprises a vacuum.
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