DE102017223652A1 - Pressure vessel with two crossing conductor layers in fiber-reinforced layer as well as process - Google Patents

Pressure vessel with two crossing conductor layers in fiber-reinforced layer as well as process Download PDF

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Abstract

Hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff. Der Druckbehälter umfasst: i) mindestens eine faserverstärkte Schicht 120; ii) mindestens eine erste Leiterschicht 132 mit mehrere erste Leiter A,B,C,D; und iii) mindestens eine zweite Leiterschicht 134 mit mehrere zweite Leiter 1,2,3,4. Die erste Leiterschicht 132 und die zweite Leiterschicht 134 umgeben zumindest bereichsweise die faserverstärkte Schicht 120. Die ersten Leiter A,B,C,D sind gegenüber den zweiten Leiter 1,2,3,4 elektrisch isoliert. Die ersten Leiter A,B,C,D kreuzen die zweiten Leiter 1,2,3,4 zumindest bereichsweise. Die ersten Leiter A,B,C,D und die zweiten Leiter 1,2,3,4 sind mit einem Steuergerät verbindbar ausgeführt.Technology disclosed herein relates to a pressure vessel 100 for storing fuel. The pressure vessel comprises: i) at least one fiber reinforced layer 120; ii) at least one first conductor layer 132 having a plurality of first conductors A, B, C, D; and iii) at least one second conductor layer 134 having a plurality of second conductors 1, 2, 3, 4. The first conductor layer 132 and the second conductor layer 134 surround the fiber-reinforced layer 120 at least in regions. The first conductors A, B, C, D are electrically insulated from the second conductors 1, 2, 3, 4. The first conductors A, B, C, D intersect the second conductors 1, 2, 3, 4 at least in regions. The first conductors A, B, C, D and the second conductors 1,2,3,4 are designed to be connectable to a control unit.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zur Detektion einer Beschädigung einer faserverstärkten Schicht eines Druckbehälters.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel for storing fuel. Further, the technology disclosed herein relates to a method of detecting damage to a fiber reinforced layer of a pressure vessel.

Druckbehälter als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen beispielsweise zur Speicherung von unter Umgebungstemperaturen gasförmige Brennstoffe. Solche Druckbehälter umfassen eine faserverstärkte Schicht, die den Großteil der Drucklasten trägt. Kommt es aufgrund von thermischer oder mechanischer Einwirkung (z.B. Steinschlag) zu einer Beschädigung der faserverstärkten Schicht, so wirkt sich dies negativ auf die Festigkeit des Druckbehälters aus. Insbesondere mechanische Einwirkung auf den Drucktank können derzeit nur durch visuelle Inspektion festgestellt werden. Es besteht ein Bedürfnis, Onboard-Diagnosesysteme bereitzustellen, die eine mechanische Einwirkung auf den Druckbehälter erkennen. Ferner besteht ein Bedürfnis, dass ein thermisches Druckentlastungsventil zuverlässig auslöst.Pressure vessels as such are known in the art. They serve, for example, for storing gaseous fuels at ambient temperatures. Such pressure vessels include a fiber reinforced layer that carries most of the pressure loads. If damage occurs to the fiber reinforced layer due to thermal or mechanical action (e.g., stone chipping), it will adversely affect the strength of the pressure vessel. In particular, mechanical action on the pressure tank can currently only be detected by visual inspection. There is a need to provide on-board diagnostic systems that detect mechanical impact on the pressure vessel. Further, there is a need that a thermal pressure relief valve reliably triggers.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie ein Onboard-Diagnosesystem bereitzustellen, welches mechanische Einwirkung auf den Druckbehälter zuverlässig erkennt, bevorzugt ohne dass hierzu vergleichsweise viel Bauraum bzw. Baugewicht benötigt wird. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to suggest an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed here to provide an on-board diagnostic system which reliably detects mechanical action on the pressure vessel, preferably without the need for comparatively much space or structural weight. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel system for a motor vehicle (e.g., automobiles, motorcycles, utility vehicles). The pressure vessel system is used to store under ambient conditions gaseous fuel. The pressure vessel system can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed natural gas (CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen. Such a pressure vessel system comprises at least one pressure vessel.

Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein.The pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel (= CcH2) or a high-pressure gas vessel (= CGH2).

Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.High pressure gas containers are configured to store fuel substantially at ambient temperatures at a nominal operating pressure (also called nominal working pressure or NWP) of about 350 bar (= overpressure versus atmospheric pressure), more preferably about 700 barg or more. A cryogenic pressure vessel is suitable to store the fuel at the aforementioned operating pressures even at temperatures well below the operating temperature of the motor vehicle.

Der Druckbehälter kann einen Liner umfassen. Der Liner bildet den Hohlkörper aus, in dem der Brennstoff gespeichert ist. Der Liner kann beispielsweise aus Aluminium oder Stahl oder aus deren Legierungen hergestellt sein. Ferner bevorzugt kann der Liner aus einem Kunststoff hergestellt sein. Es kann ebenso auch ein linerloser Druckbehälter vorgesehen sein.The pressure vessel may include a liner. The liner forms the hollow body in which the fuel is stored. The liner may for example be made of aluminum or steel or of their alloys. Further preferably, the liner may be made of a plastic. It may also be provided a linerless pressure vessel.

Der Druckbehälter umfasst mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Nachstehend wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht“ verwendet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Insbesondere Matrixmaterial, Art und Anteil an Verstärkungsfasern sowie deren Orientierung können variiert werden, damit sich die gewünschten mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften einstellen. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die durch Wickeln und/oder Flechten aufgebracht werden können. Die faserverstärkte Schicht weist i.d.R. mehrere Schichtlagen auf.The pressure vessel comprises at least one fiber-reinforced layer. The fiber-reinforced layer may preferably completely surround a liner at least in regions. The fiber reinforced layer is often referred to as a laminate or armor. Hereinafter, the term "fiber-reinforced layer" is usually used. As a fiber reinforced layer i.d.R. Fiber-reinforced plastics (also abbreviated to FVK or FKV), for example carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and / or glass fiber reinforced plastics (GRP). The fiber-reinforced layer suitably comprises reinforcing fibers embedded in a plastic matrix. In particular, matrix material, type and proportion of reinforcing fibers and their orientation can be varied so that the desired mechanical and / or chemical properties are established. Preferably, continuous fibers are used as reinforcing fibers, which can be applied by winding and / or braiding. The fiber reinforced layer has i.d.R. several layers on.

Die faserverstärkte Schicht weist i.d.R. Kreuz- und Umfangslagen auf. Um axiale Spannungen zu kompensieren, werden über die gesamte Wickelkernoberfläche Kreuzlagen (engl. helical layers) gewickelt bzw. geflochten. Im i.d.R. zylindrischen Umfangsbereich sind i.d.R. sogenannte Umfangslagen (engl. „hoop layers“) vorgesehen, die für eine Verstärkung in Umfangsrichtung sorgen. Die Umfangslagen verlaufen in Umfangsrichtung U des Druckbehälters und sind in einem Winkel von ca. 90° (+/- 5°) zur Druckbehälterlängsachse A-A orientiert.The fiber reinforced layer has i.d.R. Cross and peripheral layers on. In order to compensate for axial stresses, cross layers (helical layers) are wound or braided over the entire winding core surface. In the i.d.R. cylindrical peripheral area are i.d.R. so-called "hoop layers", which provide for a reinforcement in the circumferential direction. The circumferential positions extend in the circumferential direction U of the pressure vessel and are oriented at an angle of about 90 ° (+/- 5 °) to the pressure vessel longitudinal axis A-A.

Der Druckbehälter umfasst mindestens eine erste Leiterschicht mit mehreren ersten elektrischen Leiter. Ferner umfasst der Druckbehälter mindestens eine zweite Leiterschicht mit mehrere zweiten elektrischen Leiter. Die erste Leiterschicht und die zweite Leiterschicht umgeben zumindest bereichsweise die faserverstärkte Schicht. Beispielsweise können die Leiterschichten nach dem Aufbringen der faserverstärkten Schicht mit denselben Verfahren, insbesondere mit derselben Maschine aufgebracht werden, insbesondere durch Wickeln bzw. Flechten. Bevorzugt umgeben die erste Leiterschicht und die zweite Leiterschicht zumindest im Mittelbereich des Druckbehälters die faserverstärkte Schicht vollständig. Der Mittelbereich ist dabei der Bereich zwischen den Polkappen bzw. zwischen den Domen des Druckbehälters. In der Regel hat der Druckbehälter im Mittelbereich bzw. Mantelbereich einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser. Die erste Leiterschicht und die zweite Leiterschicht sind zweckmäßig unterschiedlich weit radial entfernt von der Druckbehälterlängsachse. Besonders bevorzugt sind die hier offenbarte erste Leiterschicht und zweite Leiterschicht im verbauten Zustand zumindest bereichsweise übereinanderliegend bzw. überlappend angeordnet.The pressure vessel comprises at least a first conductor layer with a plurality of first electrical conductors. Furthermore, the pressure vessel comprises at least one second conductor layer with a plurality of second electrical conductor. The first conductor layer and the second conductor layer at least partially surround the fiber-reinforced layer. For example, after the application of the fiber-reinforced layer, the conductor layers can be applied by the same method, in particular by the same machine, in particular by winding or braiding. The first conductor layer and the second conductor layer preferably completely surround the fiber-reinforced layer at least in the middle region of the pressure vessel. The central region is the area between the polar caps or between the domes of the pressure vessel. In general, the pressure vessel in the middle region or jacket region has a substantially constant diameter. The first conductor layer and the second conductor layer are expediently at different radial distances from the pressure vessel longitudinal axis. In the installed state, the first conductor layer and the second conductor layer disclosed here are particularly preferably arranged one above the other or overlapping at least in regions.

Gemäß der hier offenbarten Technologie sind die ersten Leiter und die zweiten Leiter an ein Steuergerät direkt oder indirekt verbindbar bzw. verbunden bzw. anschließbar.According to the technology disclosed herein, the first conductors and the second conductors are connectable or connectable to a controller directly or indirectly.

Die Leiter können aus jedem geeigneten elektrisch leitenden Material hergestellt sein, beispielsweise aus einem Metall bzw. einer Metalllegierung (z.B. Kupfer, Aluminium, etc). Bevorzugt sind dabei die ersten elektrischen Leiter im ausgerollten bzw. abgewickelten Zustand der ersten Leiterschicht jeweils in einer ersten Ebene angeordnet. Die einzelnen ersten Leiter sind zweckmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Insbesondere sind die ersten Leiter elektrisch isoliert voneinander angeordnet. Gleichsam können in die zweiten elektrischen Leiter im ausgerollten bzw. abgewickelten Zustand der zweiten Leiterschicht jeweils in einer zweiten Ebene angeordnet sein, wobei die einzelnen zweiten Leiter zueinander beabstandet angeordnet sein können. Insbesondere sind die zweiten Leiter elektrisch isoliert voneinander angeordnet. In einer Ausgestaltung sind die ersten elektrischen Leiter und/oder zweiten elektrischen Leiter jeweils auf eine erste Folie bzw. eine zweite Folie gedruckt.The conductors may be made of any suitable electrically conductive material, such as a metal or a metal alloy (e.g., copper, aluminum, etc.). In this case, the first electrical conductors in the unrolled or unwound state of the first conductor layer are preferably each arranged in a first plane. The individual first conductors are expediently arranged at a distance from one another. In particular, the first conductors are arranged electrically insulated from one another. Similarly, can be arranged in the second electrical conductor in the unwound or developed state of the second conductor layer in each case in a second plane, wherein the individual second conductors can be arranged spaced from each other in the second electrical conductor. In particular, the second conductors are arranged electrically isolated from each other. In one embodiment, the first electrical conductors and / or second electrical conductors are each printed on a first film or a second film.

Zweckmäßig sind ferner die ersten Leiter jeweils elektrisch isoliert von den zweiten Leiter. Hierzu kann beispielsweise ein Isolationsmaterial zwischen den ersten Leiter und den zweiten Leiter angeordnet sein. Dabei sind die einzelnen ersten und zweiten Leiter elektrisch isoliert voneinander ausgeführt. Insbesondere kann das Isolationsmaterial bzw. die Isolationsschicht zwischen dem ersten und zweiten Leiter bzw. zwischen der ersten und zweiten Leiterschicht derart ausgebildet sein, dass sich die Isolationsschicht bei einer mechanischen Einwirkung auf die Oberfläche des Druckbehälters elastisch und/oder plastisch verformt. Somit kann bei einer mechanischen Einwirkung, beispielsweise durch Steinschlag, ein erster Leiter in elektrischen Kontakt gebracht werden mit einem zweiten Leiter.Suitably, furthermore, the first conductors are each electrically insulated from the second conductor. For this purpose, for example, an insulating material between the first conductor and the second conductor may be arranged. The individual first and second conductors are electrically isolated from each other. In particular, the insulating material or the insulating layer between the first and second conductor or between the first and second conductor layer may be formed such that the insulating layer elastically and / or plastically deformed upon mechanical action on the surface of the pressure vessel. Thus, in a mechanical action, such as by stone chipping, a first conductor can be brought into electrical contact with a second conductor.

Die Isolationsschicht kann Aussparungen aufweisen. Die Aussparungen können insbesondere an den Kreuzungspunkten von ersten und zweiten Leiter vorgesehen sein. Bevorzugt sind diese Aussparungen ausschließlich an Kreuzungspunkten vorgesehen, so dass die Isolierschicht an anderen Bereich im Mittelbereich isoliert. Die Aussparungen bzw. die Isolationsschicht können insbesondere derart gestaltet sein, dass bei normalen Betrieb, also wenn keine Fehlfunktion des Druckbehälters vorliegt, die sich im Kreuzungspunkt kreuzenden einzelnen ersten und zweiten elektrischen Leiter der ersten und zweiten Leiterschicht nicht kontaktieren (mithin also durch die Aussparung voneinander isoliert sind). Liegt indes eine Fehlfunktion vor (thermisches und/oder mechanisches Ereignis oder aber auch gegebenenfalls Tankinnendrücke über den nominalen Betriebsdruck NWP), so kommt es zu einer Verformung, durch die sich die kreuzenden ersten und zweiten Leiter im Kreuzungspunkt kontaktieren. Dies kann von dem hier offenbarten Steuergerät erfasst werden. In einer Ausgestaltung können die elektrischen Leiter elektrisch leitende Vorsprünge aufweisen, die in die Aussparung hineinragen.The insulation layer may have recesses. The recesses may be provided in particular at the crossing points of the first and second conductors. Preferably, these recesses are provided exclusively at crossing points, so that the insulating layer is insulated at another area in the central area. The recesses or the insulating layer may in particular be designed such that during normal operation, ie when there is no malfunction of the pressure vessel, the intersecting at the intersection of individual first and second electrical conductors of the first and second conductor layer does not contact (thus therefore by the recess from each other are isolated). However, if there is a malfunction (thermal and / or mechanical event or possibly also internal tank pressures on the nominal operating pressure NWP), then there is a deformation through which contact the crossing first and second conductors at the intersection. This can be detected by the controller disclosed herein. In one embodiment, the electrical conductors may have electrically conductive projections which project into the recess.

Die erste Leiterschicht bzw. die zweite Leiterschicht können ferner ein Trägermaterial aufweisen. Das Trägermaterial ist das Leiter-Matrixmaterial der Leiterschicht und dient zur Positionierung der einzelnen Leiter in der jeweiligen Leiterschicht. Das Trägermaterial erfüllt somit dieselbe Funktion wie das Matrixmaterial der faserverstärkten Schicht.The first conductor layer or the second conductor layer may further comprise a carrier material. The carrier material is the conductor matrix material of the conductor layer and serves to position the individual conductors in the respective conductor layer. The carrier material thus fulfills the same function as the matrix material of the fiber-reinforced layer.

Besonders bevorzugt können die Isolationsschicht und/oder das Trägermaterial einen Schmelzpunkt aufweisen, der mindestens 5 % oder mindestens 20 % oder mindestens 30 % oder mindestens 40 % unter dem Schmelzpunkt vom Harzmaterial der faserverstärkten Schicht liegt. Besonders bevorzugt können die Isolationsschicht und/oder das Trägermaterial einen Schmelzpunkt aufweisen zwischen 90 °C und 150 °C und besonders bevorzugt zwischen 90 °C und 110 °C. Kommt es nun zu einer lokalen Wärmeeinwirkung auf den Druckbehälter, die beabstandet zur thermischen Druckentlastungseinrichtung stattfindet, so schmilzt dort lokal zunächst die Isolationsschicht bzw. das Trägermaterial der ersten und zweiten Leiterschicht, noch bevor das Matrixmaterial der faserverstärkten Schicht schmilzt. Durch das Wegschmelzen vom Isolationsmaterial bzw. Trägermaterial kommt es zum elektrischen Kontakt zwischen einzelnen ersten und zweiten Leiter. Dies wird wiederum vom hier offenbarten Steuergerät erfasst, welches daraufhin die hier offenbarten Schutzmaßnahmen alternativ oder zusätzlich zur hier offenbarten Druckentlastungseinrichtung einleiten kann. Insbesondere kann hierzu das Druckbehältersystem eine der folgenden Schutzmaßnahmen durchführen:

  • - Schließen des mindestens einen Tankabsperrventils vom Druckbehältersystem;
  • - Herunterfahren des Brennstoffzellensystems;
  • - Verhinderung der Betankung des mindestens einen Druckbehälters;
  • - Druckentlasten des mindestens einen Druckbehälters;
  • - Einstellen des Fahrbetriebs;
  • - Aktivierung einer Löschanlage; und/oder
  • - Ausgeben eines Warnhinweises an den Fahrzeugführer, an einen fahrzeugexternen Dritten, andere Fahrzeuge oder intelligenter Infrastruktur.
Particularly preferably, the insulating layer and / or the carrier material may have a melting point which is at least 5% or at least 20% or at least 30% or at least 40% below the melting point of the resin material of the fiber-reinforced layer. Particularly preferably, the insulating layer and / or the carrier material may have a melting point between 90 ° C and 150 ° C and more preferably between 90 ° C and 110 ° C. If there is now a local effect of heat on the pressure vessel, which takes place at a distance from the thermal pressure relief device, the insulating layer or the carrier material of the first and second conductor layer locally melts first, even before the matrix material of the fiber-reinforced layer melts. As a result of the melting away of the insulating material or carrier material, electrical contact occurs between the individual first and second conductors. This is in turn detected by the control unit disclosed here, which then, as an alternative or in addition to the here disclosed protective measures can initiate disclosed pressure relief device. In particular, for this purpose, the pressure vessel system can perform one of the following protective measures:
  • Closing the at least one tank stop valve from the pressure vessel system;
  • - shutting down the fuel cell system;
  • Preventing the refueling of the at least one pressure vessel;
  • - pressure relief of the at least one pressure vessel;
  • - setting the driving operation;
  • - Activation of an extinguishing system; and or
  • - Issue a warning to the driver, to a third party external to the vehicle, to other vehicles or to an intelligent infrastructure.

Gemäß der hier offenbarten Technologie kreuzen die ersten Leiter der ersten Leiterschicht die zweiten Leiter der zweiten Leiterschicht zumindest bereichsweise. Besonders bevorzugt sind in beiden Leiterschichten über die gesamte Schicht die ersten und zweiten Leiter zueinander kreuzen angeordnet. Bevorzugt verlaufen die ersten Leiter senkrecht zu den zweiten Leiter. Mithin bilden also die ersten Leiter und zweiten Leiter ein Netz von Metallleiter aus, welches zumindest im Mittelteil die faserverstärkte Schicht umgeben kann. Bevorzugt sind die zweiten Leiter zumindest im Mittelteil im Wesentlichen in Richtung der Druckbehälterlängsachse A-A orientiert. Besonders bevorzugt sind die ersten Leiter zumindest im Mittelteil im Wesentlichen in Umfangsrichtung U vom Druckbehälter angeordnet. Der Begriff „im Wesentlichen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es auch zu kleinen Abweichungen von dieser idealisierten Lage kommen kann, die jedoch für die Funktion der ersten und zweiten Leiter irrelevant ist.According to the technology disclosed here, the first conductors of the first conductor layer at least partially intersect the second conductors of the second conductor layer. Particularly preferably, the first and second conductors are arranged to intersect one another in both conductor layers over the entire layer. Preferably, the first conductors are perpendicular to the second conductor. Thus, therefore, the first conductor and second conductor form a network of metal conductors, which can surround the fiber-reinforced layer at least in the middle part. Preferably, the second conductors are oriented at least in the middle part substantially in the direction of the pressure vessel longitudinal axis A-A. Particularly preferably, the first conductors are arranged at least in the central part substantially in the circumferential direction U from the pressure vessel. The term "substantially" in this context means that there may also be small deviations from this idealized position, which, however, is irrelevant to the function of the first and second conductors.

Bevorzugt ist jeder erste Leiter kürzer als der Gesamtumfang vom Druckbehälter. Ferner bevorzugt ist jeder zweite Leiter kürzer als die Summe von Druckbehälterlänge und zweimal der Druckbehälterradius (bzw. Druckbehälterdurchmesser). Besonders bevorzugt sind also die einzelnen ersten und zweiten Leiter nicht mehrfach um den Druckbehälter gewickelt. Vorteilhaft kann somit exakter der Ort und/oder die Größe der mechanischen und/oder thermischen Einwirkung bestimmt werden.Preferably, each first conductor is shorter than the total circumference of the pressure vessel. Further preferably, each second conductor is shorter than the sum of the pressure vessel length and twice the pressure vessel radius (or pressure vessel diameter). Particularly preferably, therefore, the individual first and second conductors are not wound several times around the pressure vessel. Advantageously, the location and / or the magnitude of the mechanical and / or thermal action can thus be determined more accurately.

In einer Ausgestaltung kann eine zusätzliche Deckschicht vorgesehen sein, insbesondere eine faserverstärkte Schicht, die die äußere Leiterschicht der ersten und zweiten Leiterschicht bedeckt.In one embodiment, an additional cover layer may be provided, in particular a fiber-reinforced layer which covers the outer conductor layer of the first and second conductor layer.

Besonders bevorzugt münden die zweiten Leiter unmittelbar benachbart zu einer thermischen Druckentlastungseinrichtung, so dass durch ein lokales thermisches Ereignis auf die Druckbehälteroberfläche einwirkende Wärmeenergie schneller zur thermischen Druckentlastungseinrichtung transportiert wird. Der Begriff „unmittelbar benachbart“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die zweiten Leiter direkt an der Druckentlastungseinrichtung oder in einem geringen Abstand (z.B. kleiner als 5% oder 1% der Druckbehälterlänge) zur Druckentlastungseinrichtung enden, beispielsweise indem sie dort in einem Anschlusselement aufgenommen sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Enden der zweiten Leiter wärmeleitend mit der thermischen Druckentlastungseinrichtung verbunden sein. Vorteilhaft kann somit im Falle eines thermischen Ereignisses schneller eine Druckentlastung des Druckbehälters herbeigeführt werden. Die Druckentlastungsvorrichtung umfasst mindestens eine thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung. Die thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung, auch Thermal Pressure Release Device bzw. TPRD genannt, ist i.d.R. benachbart zum Druckbehälter vorgesehen. Bei Hitzeeinwirkung (z.B. durch Flammen) wird durch das TPRD der im Druckbehälter gespeicherte Brennstoff in die Umgebung abgelassen. Die Druckentlastungseinrichtung lässt den Brennstoff ab, sobald die Auslösetemperatur des TPRDs überschritten wird (=wird thermisch aktiviert). Es können ferner Auslöseleitungen vorgesehen sein. Ein solches System zur thermischen Druckentlastung ist beispielsweise in der DE 10 2011114725 A1 oder der EP 1 655 533 B1 gezeigt. Die Druckentlastungseinrichtung kann insbesondere als elektrisch und/oder elektronisch betätigbare Druckentlastungseinrichtung ausgebildet sein. Eine solche elektrisch und/oder elektronisch betätigbare Druckentlastungseinrichtung ist in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2017 212491.1 offenbart, deren Inhalt bezüglich der elektrisch und/oder elektronisch betätigbaren Druckentlastungseinrichtung hiermit per Verweis hier mit aufgenommen wird. Die Druckentlastungseinrichtung kann zur elektrischen bzw. elektronischen Betätigung bevorzugt mindestens eine Mikrowellensenderkomponente umfassen. Neben der Ausgestaltung mit der Mikrowellensenderkomponente sind gleichsam auch andere elektrisch oder elektronisch betätigte Druckentlastungseinrichtungen vorstellbar. Beispielsweise kann ein elektrisches Heizmittel vorgesehen sein, wie es in der per Verweis hier mit aufgenommenen DE 10 2014 205712 A1 offenbart ist, oder es kann ein elektromagnetisches Betätigungsmittel vorgesehen sein, wie es in der ebenfalls per Verweis hier mit aufgenommenen DE 10 2016213288 (dort: „elektrischer Aktuator“) gezeigt ist. Weitere elektrisch oder elektronisch betätigte Druckentlastungseinrichtungen sind vorstellbar.Particularly preferably, the second conductors open immediately adjacent to a thermal pressure relief device, so that thermal energy acting on the pressure vessel surface due to a local thermal event is transported more quickly to the thermal pressure relief device. The term "immediately adjacent" in this context means that the second conductors terminate directly at the pressure relief device or at a small distance (eg less than 5% or 1% of the pressure vessel length) to the pressure relief device, for example by being received in a connection element. In a preferred embodiment, the ends of the second conductor may be thermally conductively connected to the thermal pressure relief device. Advantageously, a pressure relief of the pressure vessel can thus be brought about faster in the case of a thermal event. The pressure relief device comprises at least one thermally activated pressure relief device. The thermally activated pressure relief device, also called Thermal Pressure Release Device or TPRD, is usually provided adjacent to the pressure vessel. In the event of heat (eg due to flames), the TPRD releases the fuel stored in the pressure vessel into the environment. The pressure relief device releases the fuel as soon as the trigger temperature of the TPRD is exceeded (= is activated thermally). It can also be provided trigger lines. Such a system for thermal pressure relief is for example in the DE 10 2011114725 A1 or the EP 1 655 533 B1 shown. The pressure relief device can be designed in particular as an electrically and / or electronically actuated pressure relief device. Such an electrically and / or electronically actuated pressure relief device is in the German patent application with the application number DE 10 2017 212491.1 disclosed, the contents of which with respect to the electrically and / or electronically actuated pressure relief device is hereby incorporated by reference here. The pressure relief device may preferably comprise at least one microwave transmitter component for electrical or electronic actuation. In addition to the configuration with the microwave transmitter component as well as other electrically or electronically operated pressure relief devices are conceivable. For example, an electric heating means may be provided, as shown in the hereby incorporated by reference DE 10 2014 205712 A1 is disclosed, or it may be provided an electromagnetic actuating means, as in the also incorporated herein by reference DE 10 2016213288 (there: "electrical actuator") is shown. Other electrically or electronically operated pressure relief devices are conceivable.

Bevorzugt umfasst das hier offenbarte Druckbehältersystem bzw. der hier offenbarten Druckbehälter mindestens ein erstes Anschlusselement, welches mit den ersten Leiter elektrisch verbunden ist bzw. elektrisch verbindbar ist. Ferner bevorzugt umfasst der hier offenbarten Druckbehälter bzw. das hier offenbarte Druckbehältersystem mindestens ein zweites Anschlusselement, welches mit den zweiten Leiter elektrisch verbunden ist bzw. elektrisch verbindbar ist. Das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement wiederum sind mit einem Steuergerät verbunden bzw. verbindbar. Das erste bzw. zweite Anschlusselement kann in einer Ausgestaltung ein Verbindungsstecker sein, über die die ersten oder zweiten Leiter jeweils an das Steuergerät angeschlossen werden. Das Steuergerät und das erste bzw. zweite Anschlusselement sind insbesondere eingerichtet, eine Spannung gleichzeitig an den Enden der ersten bzw. zweiten Leiter anzulegen, insbesondere

  1. i) selektiv an einzelne erste Leiter der mehreren ersten Leiter und
  2. ii) selektiv an einzelne zweite Leiter der mehreren zweiten Leiter.
Preferably, the pressure vessel system disclosed herein or disclosed herein Pressure vessel at least a first connection element, which is electrically connected to the first conductor or is electrically connectable. Further preferably, the pressure vessel disclosed herein or the pressure vessel system disclosed herein comprises at least one second connection element, which is electrically connected to the second conductor or is electrically connectable. The first connection element and the second connection element in turn are connected or connectable to a control device. In one embodiment, the first or second connection element may be a connection plug via which the first or second conductors are respectively connected to the control unit. The control device and the first and second connection element are in particular designed to apply a voltage at the same time to the ends of the first and second conductors, in particular
  1. i) selectively to individual first conductors of the plurality of first conductors and
  2. ii) selectively to individual second conductors of the plurality of second conductors.

Das Steuergerät ist ferner eingerichtet, mindestens ein Signal, insbesondere Messsignal, auszuwerten, welches aus der elektrischen Spannung zwischen den einzelnen ersten Leiter und den einzelnen zweiten Leiter resultiert.The control unit is further configured to evaluate at least one signal, in particular measurement signal, which results from the electrical voltage between the individual first conductors and the individual second conductors.

Besonders bevorzugt können mindestens zwei erste Anschlusselemente vorgesehen sein, die jeweils mit einem der beiden Enden der ersten Leiter elektrisch leitend verbunden sind. Bevorzugt mündet also jedes Ende von jedem ersten Leiter in einem ersten Anschlusselement der mindestens zwei ersten Anschlusselemente.Particularly preferably, at least two first connection elements can be provided which are each electrically conductively connected to one of the two ends of the first conductors. Thus, each end of each first conductor preferably leads into a first connection element of the at least two first connection elements.

Besonders bevorzugt können mindestens zwei zweite Anschlusselemente vorgesehen sein, die jeweils mit einem der beiden Enden der zweiten Leiter elektrisch leitend verbunden sind. Bevorzugt mündet also jedes Ende von jedem zweiten Leiter in einem zweiten Anschlusselement der mindestens zwei zweiten Anschlusselemente. Die ersten bzw. zweiten Anschlusselemente können jeweils in einem Bauteil vereint sein.Particularly preferably, at least two second connection elements can be provided, which are each electrically conductively connected to one of the two ends of the second conductors. Thus, each end of each second conductor preferably leads into a second connection element of the at least two second connection elements. The first and second connection elements can each be combined in one component.

Das hier offenbarte System umfasst ferner mindestens ein Steuergerät. Das Steuergerät ist u.a. eingerichtet, die hier offenbarten Verfahrensschritte durchzuführen. Hierzu kann das Steuergerät basierend auf bereitgestellten Signalen die Aktuatoren des Systems zumindest teilweise und bevorzugt vollständig regeln (engl. closed loop control) oder steuern (engl. open loop control). Das Steuergerät kann zumindest das Druckbehältersystem beeinflussen. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät auch in einem anderen Steuergerät mit integriert sein, z.B. in einem übergeordneten oder nebengeordneten Steuergerät. Das Steuergerät kann mit weiteren Steuergeräten des Kraftfahrzeuges interagieren.The system disclosed herein further includes at least one controller. The control unit is u.a. set up to perform the process steps disclosed herein. For this purpose, based on signals provided, the control unit can regulate the actuators of the system at least partially and preferably completely (closed loop control) or control (open loop control). The controller may affect at least the pressure vessel system. Alternatively or additionally, the control unit may also be integrated in another control unit, e.g. in a higher-level or secondary control unit. The control unit can interact with further control devices of the motor vehicle.

Das Steuergerät und das erste bzw. zweite Anschlusselement sind insbesondere eingerichtet, eine Spannung an den Enden der ersten bzw. zweiten Leiter anzulegen, insbesondere

  1. i) an den beiden Enden einzelner erster Leiter der mehreren ersten Leiter, und/oder
  2. ii) an den beiden Enden einzelner zweiter Leiter der mehreren zweiten Leiter.
The control device and the first and second connection element are in particular designed to apply a voltage to the ends of the first and second conductors, in particular
  1. i) at the two ends of the individual first conductor of the plurality of first conductors, and / or
  2. ii) at the two ends of individual second conductors of the plurality of second conductors.

Das Steuergerät kann insbesondere eingerichtet sein, mindestens ein Signal, insbesondere ein Messsignal, auszuwerten, welches aus der elektrischen Spannung resultiert

  1. i) zwischen den beiden Enden der einzelnen ersten Leiter, und/oder
  2. ii) zwischen den beiden Enden der einzelnen zweiten Leiter.
In particular, the control unit can be set up to evaluate at least one signal, in particular a measurement signal, which results from the electrical voltage
  1. i) between the two ends of the individual first conductors, and / or
  2. ii) between the two ends of each second conductor.

Das Steuergerät kann insbesondere eingerichtet sein, eine Schutzmaßnahme einzuleiten, falls die Auswertung des Signals indikativ ist für eine thermische und/oder mechanische Beschädigung des Druckbehälters ist. Die Schutzmaßnahme kann mindestens eine der folgenden Maßnahmen umfassen:

  • - Schließen des mindestens einen Tankabsperrventils vom Druckbehältersystem;
  • - Herunterfahren des Brennstoffzellensystems;
  • - Verhinderung der Betankung des mindestens einen Druckbehälters;
  • - Druckentlasten des mindestens einen Druckbehälters;
  • - Einstellen des Fahrbetriebs; und/oder
  • - Ausgeben eines Warnhinweises an den Fahrzeugführer, an einen fahrzeugexternen Dritten, andere Fahrzeuge oder intelligenter Infrastruktur.
The control unit may in particular be set up to initiate a protective measure if the evaluation of the signal is indicative of a thermal and / or mechanical damage of the pressure vessel. The protection measure may include at least one of the following measures:
  • Closing the at least one tank stop valve from the pressure vessel system;
  • - shutting down the fuel cell system;
  • Preventing the refueling of the at least one pressure vessel;
  • - pressure relief of the at least one pressure vessel;
  • - setting the driving operation; and or
  • - Issue a warning to the driver, to a third party external to the vehicle, to other vehicles or to an intelligent infrastructure.

Das mindestens eine Signal, das aus der angelegten Spannung resultiert, kann beispielsweise indikativ sein für einen elektrischen Widerstand, Induktivität und/oder Kapazität oder allgemein für eine elektrische Impedanzsein. Bevorzugt kann die angelegte Spannung bzw. Spannungsdifferenz und/oder der Strom zeitlich veränderlich sein, (z.B. verschiedene Frequenzen und/oder unterschiedliche Polaritäten). Die Bestimmung komplexer Widerstände ist dem Fachmann geläufig.For example, the at least one signal resulting from the applied voltage may be indicative of electrical resistance, inductance and / or capacitance, or generally electrical impedance. Preferably, the applied voltage or voltage difference and / or the current may be time varying (e.g., different frequencies and / or different polarities). The determination of complex resistors is familiar to the person skilled in the art.

Das aus der Spannung resultierende Signal kann jeglicher Art sein. Beispielsweise kann es auch ein Bussignal, insbesondere ein codiertes Bussignal sein. Beispielsweise kann ein Bussignal über die ersten und/oder zweiten Leiter übertragen werden, wobei das elektrische Kontaktieren der Leiter (=Kurzschluss) auswertbar ist.The signal resulting from the voltage can be of any kind. For example, it may also be a bus signal, in particular a coded bus signal. For example, a bus signal over the first and / or second conductor are transmitted, wherein the electrical contacting of the conductors (= short circuit) can be evaluated.

Zweckmäßig kann das aus der angelegten Spannung resultierende Signal ein analoges Signal sein, welches durch mindestens einen Multiplexer und/oder mindestens einen Analog/digital-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt wird, welches indikativ ist für die Position des Kreuzungspunktes der Leiter, die sich elektrisch kontaktieren. Bevorzugt wird dieses digitale Signal über ein Bussystem (bevorzugt ein Controller Area Network Bus) übertragen bzw. eine Einrichtung ist eingerichtet dieses zu übertragen.Suitably, the signal resulting from the applied voltage may be an analog signal which is converted by at least one multiplexer and / or at least one analog-to-digital converter into a digital signal which is indicative of the position of the intersection of the conductors which are electrically to contact. This digital signal is preferably transmitted via a bus system (preferably a controller area network bus) or a device is set up to transmit this.

Das Steuergerät kann eingerichtet sein, zur Auswertung des mindestens einen Messsignals das Messsignal mit mindestens einem Grenzwert zu vergleichen. Beispielsweise kann ein erster Grenzwert indikativ sein für eine mechanische und/oder thermische Beschädigung des Druckbehälters. Legt das Steuergerät beispielsweise eine Spannung zwischen einem einzelnen ersten Leiter und einem einzelnen zweiten Leiter an, und stellt das Steuergerät fest, dass die Impedanz, insbesondere der Widerstand geringer ist als eine Grenzimpedanz, insbesondere ein Grenzwiderstand, so geht das Steuergerät davon aus, dass der einzelne erste Leiter den einzelnen zweiten Leiter elektrisch kontaktiert. Dies ist aber nur möglich, wenn die erste bzw. zweite Leiterschicht von außen mechanisch und/oder thermisch geschädigt wurde. In diesem Fall kann das Steuergerät mindestens eine der hier offenbarten Schutzmaßnahmen ergreifen.The control unit can be set up to compare the measurement signal with at least one limit value in order to evaluate the at least one measurement signal. For example, a first limit may be indicative of mechanical and / or thermal damage to the pressure vessel. For example, if the controller applies a voltage between a single first conductor and a single second conductor, and the controller determines that the impedance, in particular the resistance, is less than a limit impedance, in particular a limit resistance, then the controller assumes that the single first conductor electrically contacts the single second conductor. However, this is only possible if the first or second conductor layer was mechanically and / or thermally damaged from the outside. In this case, the controller may take at least one of the protective measures disclosed herein.

Wird die Spannung zwischen einzelnen ersten und zweiten Leiter angelegt und die daraus resultierende Impendanz, insbesondere der resultierende Widerstand erfasst, so kann die Beschädigung und bevorzugt auch das Ausmaß der Beschädigung des Druckbehälters erfasst werden. Wird indessen eine Spannung zwischen den beiden Enden eines einzelnen Leiters der ersten und zweiten Leiter angelegt und die Impedanz, insbesondere der resultierende Widerstand, zwischen diesen beiden Enden erfasst, so kann diese Information zur Überprüfung des Systems genutzt werden. Etwaige schlafende Fehler des Druckbehältersystems (z.B. Bruch eines Leiters während der Montage, etc.) können somit erfasst werden. Wird ein schlafender Fehler des Systems erkannt, so kann der Fahrzeugnutzer oder ein Dritter entsprechend informiert werden.If the voltage is applied between the individual first and second conductors and the resulting impedance, in particular the resulting resistance, is detected, the damage, and preferably also the extent of damage to the pressure vessel, can be detected. However, if a voltage is applied between the two ends of a single conductor of the first and second conductors and the impedance, in particular the resulting resistance, detected between these two ends, this information can be used to check the system. Any dormant errors of the pressure vessel system (e.g., breakage of a conductor during assembly, etc.) may thus be detected. If a dormant error of the system is detected, the vehicle user or a third party can be informed accordingly.

Den einzelnen ersten und zweiten Leiter können spezifische Adressen zugeordnet sein, die jeden einzelnen der ersten und zweiten Leiter eindeutig identifiziert. Mithin wird also jede Leiter-Adresse nur einmal vergeben. Das hier offenbarte Steuergerät kann eingerichtet sein, jeden einzelnen ersten und zweiten Leiter anhand der Adresse zu identifizieren. Insbesondere kann das hier offenbarte Steuergerät eingerichtet sein, die Adresse des ersten und zweiten Leiter zu erfassen, an denen eine Spannung zur Auswertung des Messsignals angelegt wird. Ferner kann das Steuergerät eingerichtet sein, anhand der Adressen der sich elektrisch kontaktierenden ersten und zweiten Leiter den Ort der mechanischen und/oder thermischen Einwirkung zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät eingerichtet sein, die Anzahl an sich gleichzeitig elektrisch kontaktierenden ersten und zweiten Leiter zu erfassen.The individual first and second conductors may be assigned specific addresses that uniquely identify each one of the first and second conductors. Thus, each ladder address is assigned only once. The controller disclosed herein may be configured to identify each individual first and second conductor based on the address. In particular, the control device disclosed here can be set up to detect the address of the first and second conductors to which a voltage for evaluating the measurement signal is applied. Furthermore, the control unit can be set up to detect the location of the mechanical and / or thermal action on the basis of the addresses of the electrically contacting first and second conductors. Alternatively or additionally, the controller may be configured to detect the number of first and second conductors electrically contacting each other simultaneously.

Das Druckbehältersystem kann ferner mindestens ein Überwachungsmodul umfassen. Das Überwachungsmodul kann beispielsweise einen Analog-Digital Wandler umfassen, der ein mithilfe des mindestens einen ersten Anschlusselementes und/oder das mindestens einen zweiten Anschlusselementes generierten Analogsignal in ein digitales Signal umwandelt. Vorteilhaft kann das Modul mindestens einen Multiplexer umfassen. Der Multiplexer kann ausgebildet sein, die Messsignale der einzelnen ersten und/oder zweiten Leiter zu erfassen und diese analogen Signale dann dem Analog-Digital-Wandler zu senden. Eine solche Einheit kann beispielsweise als Analog Digital Converter Modul (ADC-Modul) bezeichnet werden. Das mindestens eine Überwachungsmodul ist in der Regel über einen Datenbus mit mindestens einem Steuergerät verbunden. Als Datenbus kann hier beispielsweise eingesetzt werden: Serial Peripheral Interface (SPI), aber ohne Chip-Select, isoSPI, Controller Area Network (CAN), FlexRay, MOST, Local Interconnect Network (LIN), Ethernet.The pressure vessel system may further comprise at least one monitoring module. The monitoring module can, for example, comprise an analog-to-digital converter which converts an analog signal generated by means of the at least one first connection element and / or the at least one second connection element into a digital signal. Advantageously, the module may comprise at least one multiplexer. The multiplexer may be configured to detect the measurement signals of the individual first and / or second conductors and then to send these analog signals to the analog-to-digital converter. Such a unit may be referred to, for example, as an Analog Digital Converter Module (ADC module). The at least one monitoring module is usually connected via a data bus with at least one control unit. The following data buses can be used here: Serial Peripheral Interface (SPI), but without Chip-Select, isoSPI, Controller Area Network (CAN), FlexRay, MOST, Local Interconnect Network (LIN), Ethernet.

Die hier offenbarte Technologie betrifft gleichsam ein Verfahren zur Detektion einer Beschädigung einer faserverstärkten Schicht eines Druckbehälters, insbesondere des hier offenbarten Druckbehälters bzw. des hier offenbarten Druckbehältersystems, umfassend die Schritte:

  • - Anlegen einer elektrischen Spannung an elektrischen Leiter, wobei die elektrischen Leiter elektrisch isoliert voneinander sind, falls kein mechanisches und/oder thermisches Ereignis vorliegt, wobei die elektrischen Leiter die faserverstärkte Schicht zumindest bereichsweise umgeben, und wobei sich die elektrischen Leiter im Mittelbereich M des Druckbehälters kreuzen;
  • - direktes oder indirektes Erfassen der Impedanz, insbesondere des elektrischen Widerstandes zwischen den elektrischen Leitern; und
  • - Einleiten insbesondere von einer der hier offenbarten Schutzmaßnahmen, falls die Impedanz, insbesondere der elektrische Widerstand, geringer ist als eine Grenzimpedanz, insbesondere ein Grenzwiderstand.
The technology disclosed herein relates, as it were, to a method for detecting damage to a fiber reinforced layer of a pressure vessel, in particular the pressure vessel disclosed herein or the pressure vessel system disclosed herein, comprising the steps of:
  • - Applying an electrical voltage to electrical conductors, wherein the electrical conductors are electrically isolated from each other, if no mechanical and / or thermal event is present, wherein the electrical conductors surround the fiber-reinforced layer at least partially, and wherein the electrical conductors in the central region M of the pressure vessel cross;
  • - Direct or indirect detection of the impedance, in particular of the electrical resistance between the electrical conductors; and
  • Introduce, in particular, one of the protective measures disclosed here if the impedance, in particular the electrical resistance, is less than a limit impedance, in particular a limiting resistance.

Bevorzugt kann die Impedanz, insbesondere der elektrische Widerstand, auch während der Betankung erfasst werden. Während der Betankung dehnt sich der Druckbehälter aufgrund des hohen Innendrucks vergleichsweise stark aus. Diese Ausdehnung kann schon zu einer Verformung der Isolationsschicht führen, wobei die Isolationsschicht bevorzugt derart ausgestaltet ist, dass im normalen Betrieb bzw. bei einer normalen Betankung sich kreuzenden Leiter nicht elektrisch kontaktieren, sondern nur im Überdruckfall. Sofern sich im Bauraum des Druckbehälters ein Stein festgesetzt hat, kann dieser sich während der Betankung aufgrund der Ausdehnung des Druckbehälters in die faserverstärkte Schicht bohren. Eine solche mechanische Beschädigung kann detektiert werden, sofern die Impedanz, insbesondere der elektrische Widerstand, auch während der Betankung erfasst wird. Preferably, the impedance, in particular the electrical resistance, can also be detected during refueling. During refueling, the pressure vessel expands comparatively strong due to the high internal pressure. This expansion can already lead to a deformation of the insulating layer, wherein the insulating layer is preferably designed such that in normal operation or in a normal refueling crossing conductor does not contact electrically, but only in the overpressure case. If a stone has settled in the installation space of the pressure vessel, it can drill into the fiber-reinforced layer during refueling due to the expansion of the pressure vessel. Such mechanical damage can be detected if the impedance, in particular the electrical resistance, is also detected during refueling.

Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach den einzelnen ersten und zweiten Leiter Adressen zugeordnet werden, und wobei anhand der Adressen von sich elektrisch kontaktierenden ersten und zweiten Leiter der Ort der mechanischen und/oder thermischen Einwirkung erfasst wird. Die Adressen sind zweckmäßig der Gestalt, dass sie mittels eines Bussystems übertragbar und von dem Steuergerät auswertbar sind.The method disclosed herein may include the step of assigning addresses to the individual first and second conductors, and detecting the location of the mechanical and / or thermal exposure based on the addresses of electrically first and second conductors. The addresses are expedient in the form that they can be transmitted by means of a bus system and evaluated by the control unit.

Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach die Anzahl an sich gleichzeitig elektrisch kontaktierenden ersten und zweiten Leiter erfasst wird. Das hier offenbarte Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, wonach anhand der Anzahl der sich gleichzeitig elektrisch kontaktierenden ersten und zweiten Leiter das Ausmaß der thermischen und/oder mechanischen Einwirkung bestimmt wird. Ferner kann das hier offenbarte Verfahren den Schritt umfassen, wonach abhängig vom Ausmaß und/oder Art der thermischen und/oder mechanischen Einwirkung unterschiedliche Schutzmaßnahmen eingeleitet werden. Ist beispielsweise erfasst worden, dass über die gesamte Oberfläche des Druckbehälters große mechanische Beschädigungen auftreten, so kann eine Weiterfahrt unterbunden werden. Wird indes lediglich an einer Stelle eine kleine Beschädigung detektiert, so kann vorgesehen sein, dass lediglich ein Warnhinweis ausgegeben wird.The method disclosed herein may include the step of detecting the number of first and second conductors electrically contacting each other simultaneously. The method disclosed herein may further comprise the step of determining the extent of thermal and / or mechanical action based on the number of first and second conductors electrically contacting at the same time. Further, the method disclosed herein may include the step of initiating different protection measures depending on the extent and / or type of thermal and / or mechanical action. If, for example, it has been detected that great mechanical damage occurs over the entire surface of the pressure vessel, further travel can be prevented. However, if only a small damage is detected at one point, then it can be provided that only a warning is issued.

Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie die Idee der Integration eines elektrischen „Impact Detectors“, welcher die Schädigung und ihre Lokalisierung automatisch anzeigt. Um die Druckbehälteroberfläche wird hier eine Folie gelegt. Gegebenenfalls kann diese auch in die oberste Lage der Druckbehälterwand bzw. der faserverstärkten Schicht einlaminiert werden. Die Folie umfasst drei Folienkomponenten:In other words, the technology disclosed herein relates to the idea of integrating an electrical "impact detector" that automatically displays the damage and its location. A foil is placed around the pressure vessel surface. Optionally, this can also be laminated in the uppermost layer of the pressure vessel wall or the fiber-reinforced layer. The film comprises three film components:

Die erste Folienkomponente enthält Leiterbahnen in Z-Richtung (z.B. Längsrichtung). Diese Leiterbahnen sind parallel zueinander in Umfangsrichtung U verteilt um den Druckbehälter angeordnet. Gegebenenfalls können auch nur ausgesetzte Teile vom Druckbehälter überwacht werden. Dabei verläuft jede Leiterbahn bevorzugt nur einmal entlang der Druckbehälterlängsachse A-A, also nicht mehrere Wicklungen um den Druckbehälter herum. Die zweite Folienkomponente enthält Leiterbahnen in Umfangsrichtung U. Diese Leiterbahnen sind parallel zueinander hintereinander in Längsrichtung entlang dem Druckbehälter angeordnet (ggf. können auch nur ausgesetzte Teile überwacht werden). Die ersten und zweiten Folienkomponenten legen in Ihrer Gesamtheit ein Netz aus elektrischen Leiterbahnen über den Druckbehälter. Zwischen den ersten und zweiten Folienkomponenten ist ein elektrischer Isolator angeordnet, welcher dafür sorgt, dass im normalen Betriebszustand zwischen den Folien keine elektrisch leitende Verbindung besteht. Wirkt ein mechanisches Ereignis (z.B. Impact) auf den Druckbehälter, wird die Isolationsschicht mechanisch verdrängt und es entsteht ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den ersten und zweiten Folienkomponenten an einer Stelle, an der sich die Leiterbahnen kreuzen. Jeder Leiter enthält ein codiertes elektrisches Signal (z.B. analog CAN-BUS Signal). Auf diese Weise kann bei einer Mehrfachkontaktstelle auch die Größe der Schadstelle erkannt werden. Erfasst werden können beispielsweise die Größe der Schadstelle, die Anzahl der Schadstellen, sowie die Lage der einzelnen Schadstellen.The first film component contains traces in Z Direction (eg longitudinal direction). These tracks are parallel to each other in the circumferential direction U distributed around the pressure vessel. Optionally, only exposed parts of the pressure vessel can be monitored. In this case, each conductor preferably runs only once along the pressure vessel longitudinal axis AA , so not several windings around the pressure vessel around. The second film component contains conductor tracks in the circumferential direction U , These interconnects are arranged parallel to each other in the longitudinal direction along the pressure vessel (possibly only exposed parts can be monitored). The first and second film components in their entirety lay a network of electrical conductors over the pressure vessel. Between the first and second film components, an electrical insulator is arranged, which ensures that there is no electrically conductive connection between the films in the normal operating state. If a mechanical event (eg impact) acts on the pressure vessel, the insulation layer is mechanically displaced and an electrically conductive contact between the first and second film components occurs at a point at which the conductor tracks intersect. Each conductor contains a coded electrical signal (eg analog CAN-BUS signal). In this way, the size of the damaged area can be detected in a multiple contact point. For example, the size of the damaged area, the number of damaged areas and the location of the individual damaged areas can be recorded.

Die Software bzw. das hier offenbarte Steuergerät wertet die Messungen aus und leitet ggf. eine Schutzreaktion (z.B. Sperrung der Betankung und Warnung) ein. Die Information des „Impact Detectors“ könnte bevorzugt von Werkstätten oder Prüfstellen (z.B. TÜV) ausgelesen und ausgewertet werden. Auch könnte eine permanente automatische Überwachung über Größe einer Schädigung und Anzahl an Schädigungen erfolgen. Werden Grenzwerte überschritten, erfolgt eine Schutzreaktion (z.B. Sperrung der Betankung). Auf diese Weise kann der geschädigte Druckbehälter zeitnah einer Untersuchung zugeführt und die Sicherheit erhöht werden.The software or controller disclosed herein evaluates the measurements and, if necessary, initiates a protection response (e.g., refueling and warning). The information of the "Impact Detector" could preferably be read out and evaluated by workshops or testing centers (for example TÜV). Also, permanent automatic monitoring could be done on the magnitude of damage and number of lesions. If limit values are exceeded, a protective reaction takes place (for example, blockage of refueling). In this way, the damaged pressure vessel can promptly be subjected to an examination and the security can be increased.

In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Isolationsschicht derart reversibel und bevorzugt elastisch verformbar ist bzw. sich derart reversibel und bevorzugt elastisch verformt, dass zwei sich kreuzende elektrische Leiter nach einem elektrischen Kontakt wieder lösen, insbesondere wenn die mechanische Einwirkung nachlässt. Je nach Ausmaß der Einwirkung könnte entschieden werden, dass der Druckbehälter weiter eingesetzt werden darf.In one embodiment it can be provided that the insulation layer is so reversible and preferably elastically deformable or so reversibly and preferably elastically deformed that two intersecting electrical conductors solve after an electrical contact again, especially if the mechanical action subsides. Depending on the extent of the impact could be decided that the pressure vessel may continue to be used.

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Anzahl an elektrischen Kontakten über die Zeit erfasst wird. Wird beispielsweise durch einen sich im Fahrzeugboden verklemmten Stein eine schwingende mechanische Einwirkung verursacht, so könnte anhand der Anzahl an elektrischen Kontakten über die Zeit ein solcher Fehlerfall identifiziert werden.Furthermore, it can preferably be provided that the number of electrical contacts via the time is recorded. If, for example, an oscillating mechanical action is caused by a stone jammed in the floor of the vehicle, such an error situation could be identified on the basis of the number of electrical contacts over time.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Querschnittsansicht des Druckbehälters 100 mit den hier offenbarten Leiterschichten 132, 134;
  • 2 eine schematische Ansicht vom Detail A einer Ausgestaltung gemäß der 1;
  • 3 eine schematische Ansicht vom Detail A einer weiteren Ausgestaltung gemäß der 1; und
  • 4 eine schematische Draufsicht auf abgewickelte Leiterschichten 132, 134.
The technology disclosed herein will now be explained with reference to the figures. Show it:
  • 1 a schematic cross-sectional view of the pressure vessel 100 with the conductor layers disclosed herein 132 . 134 ;
  • 2 a schematic view of the detail A an embodiment according to the 1 ;
  • 3 a schematic view of the detail A a further embodiment according to the 1 ; and
  • 4 a schematic plan view of unwound conductor layers 132 . 134 ,

Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff entlang der Druckbehälterlängsachse A-A. Ein Liner 110 begrenzt hier das Brennstoffspeichervolumen I. Der Liner 110 wird umgeben von einer faserverstärkten Schicht 120. Die faserverstärkte Schicht 120 umschließt hier ebenfalls den Boss 160. Der Druckbehälter 100 weist einen Mittenbereich M auf, an dessen Enden sich die Polkappen bzw. Dome P1 , P 2 anschließen. An einem Ende ist die Druckbehälteröffnung vorgesehen, in der hier ein Endstück 170 eingesetzt ist. Das Endstück 170 kann beispielsweise ein On-Tank-Valve sein. An diesem Ende des Druckbehälters 100 ist ebenfalls die thermische Druckentlastungseinrichtung 172 vorgesehen.The 1 shows a cross section through a pressure vessel 100 for storing fuel along the pressure vessel longitudinal axis AA , A liner 110 here limits the fuel storage volume I , The liner 110 is surrounded by a fiber reinforced layer 120 , The fiber reinforced layer 120 also encloses the boss here 160 , The pressure vessel 100 has a central region M, at the ends of the pole caps or dome P 1 , P 2 connect. At one end the pressure vessel opening is provided, in this case an end piece 170 is used. The tail 170 For example, it can be an on-tank valve. At this end of the pressure vessel 100 is also the thermal pressure relief device 172 intended.

Die zweiten Leiter 1,2,3,4 der zweiten Leiterschicht 134 erstrecken sich in Richtung Z der Druckbehälterlängsachse A-A (vgl. 4). In dem Dombereich P1 ist hier zumindest die zweite Leiterschicht 134 fortgeführt bis zur thermischen Druckentlastungseinrichtung 172. Die zweiten Leiter 1,2,3,4 der zweiten Leiterschicht 134 münden hier im zweiten Anschlusselement 135i. Die thermische Druckentlastungseinrichtung 172 ist unmittelbar benachbart zum zweiten Anschlusselement 135i ausgebildet. Besonders bevorzugt kann die thermische Druckentlastungseinrichtung 172 mit dem zweiten Anschlusselement 135i wärmeleitend verbunden sein (nicht gezeigt). Der hier gezeigte Druckbehälter 100 umfasst zwei zweite Anschlusselemente 135i, 135ii, die besonders bevorzugt jeweils an einem Ende im Polbereich angeordnet sind und nicht über den maximalen Durchmesser des Druckbehälters hinausragen. Vorteilhaft lässt sich somit ein besonders kompaktes Druckbehältersystem realisieren. Wie hier dargestellt, bilden die erste Leiterschicht und die zweite Leiterschicht in diesem Ausführungsbeispiel die äußersten Schichten der Druckbehälterwand des Druckbehälters 100 aus. Ebenso ist denkbar, dass auf der äußersten Leiterschicht noch eine Deckschicht aufgebracht wird, beispielsweise um die Leiterschichten 132, 134 zu fixieren. Die Anschlusselemente sind hier lediglich schematisch gezeigt. Anschlusselemente zum Anschluss elektrischer Leiter sind dem Fachmann geläufig.The second ladder 1 . 2 . 3 . 4 the second conductor layer 134 extend in the direction of Z the pressure vessel longitudinal axis AA (see. 4 ). In the cathedral area P1 Here is at least the second conductor layer 134 continued until the thermal pressure relief device 172 , The second ladder 1 . 2 . 3 . 4 the second conductor layer 134 open here in the second connection element 135i , The thermal pressure relief device 172 is immediately adjacent to the second connection element 135i educated. Particularly preferred may be the thermal pressure relief device 172 with the second connection element 135i be thermally conductively connected (not shown). The pressure vessel shown here 100 includes two second connection elements 135i . 135ii , which are particularly preferably arranged in each case at one end in the pole region and do not protrude beyond the maximum diameter of the pressure vessel. Advantageously, a particularly compact pressure vessel system can thus be realized. As shown, the first conductor layer and the second conductor layer in this embodiment form the outermost layers of the pressure vessel wall of the pressure vessel 100 out. It is also conceivable that a cover layer is applied to the outermost conductor layer, for example around the conductor layers 132 . 134 to fix. The connection elements are shown here only schematically. Connection elements for connecting electrical conductors are familiar to the person skilled in the art.

Die 2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer Ausführungsform vom Druckbehälter 100 der 1. Die erste Leiterschicht 132 umfasst hier mehrere erste Leiter B, C, D, die voneinander beabstandet zumindest teilweise im Trägermaterial T angeordnet sind. Das Trägermaterial T dient dazu, die einzelnen ersten Leiter B, C, D zumindest während der Montage zu fixieren. Das Trägermaterial T ist ein Isolationsmaterial. Bevorzugt kann es einen geringeren Schmelzpunkt aufweisen als das Matrixmaterial der faserverstärkten Schicht. Die erste Leiterschicht 132 ist hier die äußerste Schicht. Die ersten Leiter B, C, D sind so in der ersten Leiterschicht 132 angeordnet, dass sie gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert sind. Kommt es nun während einer Betankung zu einem unzulässig hohen Überdruck im Druckbehälter, so dehnt sich dieser sehr stark aus. Je nach Spaltmaß kann vorgesehen sein, dass benachbarte metallische Karosserieanbauteile aufgrund dieser unzulässig hohen Ausdehnung die äußerste Isolationsschicht durchdringen und zumindest einen der ersten Leiter B,C,D elektrisch kontaktieren. Alternativ oder zusätzlich kann durch die mechanische Einwirkung auch mindestens ein erster Leiter B,C,D mindestens einen zweiten Leiter der zweiten Leiterschicht 134 elektrisch kontaktieren. Dieser elektrische Kontakt wird von dem Steuergerät als Fehlfunktion ausgewertet. In einer Ausgestaltung kann dann als Schutzmaßnahme die Betankung unterbrochen werden.The 2 shows an enlarged detail of an embodiment of the pressure vessel 100 the 1 , The first conductor layer 132 includes here several first ladder B . C . D spaced apart at least partially in the substrate T are arranged. The carrier material T serves the individual first ladder B . C . D to fix at least during assembly. The carrier material T is an insulation material. It may preferably have a lower melting point than the matrix material of the fiber-reinforced layer. The first conductor layer 132 Here is the outermost layer. The first ladder B . C . D are so in the first conductor layer 132 arranged to be electrically isolated from the environment. If there is an inadmissibly high pressure in the pressure vessel during refueling, it expands very strongly. Depending on the gap dimension, provision can be made for adjacent metallic body components to penetrate the outermost insulating layer on account of this excessively high expansion and at least one of the first conductors B . C . D contact electrically. Alternatively or additionally, at least one first conductor may be due to the mechanical action B . C . D at least one second conductor of the second conductor layer 134 contact electrically. This electrical contact is evaluated by the controller as a malfunction. In one embodiment, the refueling can then be interrupted as a protective measure.

Zwischen der faserverstärkten Schicht 120 und der ersten Leiterschicht 132 ist hier die zweite Leiterschicht 134 angeordnet. Auch die zweite Leiterschicht 134 umfasst zueinander beabstandete und im Wesentlichen parallel angeordnete Leiter, die im Rahmen der hier offenbarten Technologie als zweite Leiter 1,2,3,4 bezeichnet werden. Zwischen der ersten Leiterschicht 132 und der zweiten Leiterschicht 134 ist hier die Isolationsschicht 136 angeordnet. Die Isolationsschicht 136 isoliert hier im Normalbetrieb (d.h. wenn kein Fehlerfall vorliegt) die ersten Leiter B,C,D von den zweiten Leiter 1,2,3,4.Between the fiber reinforced layer 120 and the first conductor layer 132 Here is the second conductor layer 134 arranged. Also the second conductor layer 134 comprises spaced-apart and substantially parallel conductors, which in the context of the technology disclosed herein as second conductors 1 . 2 . 3 . 4 be designated. Between the first conductor layer 132 and the second conductor layer 134 here is the isolation layer 136 arranged. The insulation layer 136 isolated here in normal operation (ie if there is no error case) the first conductor B . C . D from the second ladder 1 . 2 . 3 . 4 ,

Die 3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer weiteren Ausführungsform vom Druckbehälter 100 der 1. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zur Ausgestaltung gemäß der 2 erläutert. In der hier dargestellten Ausführungsform bedeckt die Deckschicht 139 die erste Leiterschicht 132. Aus diesem Grund ist hier die Trägerschicht dünner ausgeführt. Eine solche Deckschicht 139 muss aber nicht vorgesehen sein. Ferner umfasst hier die Isolationsschicht 136 Aussparungen b, c, die hier in den Kreuzungspunkten der ersten und zweiten Leiter vorgesehen sind. Die ersten Leiter und/oder die zweiten Leiter können elektrisch leitende Vorsprünge aufweisen, die in diese Aussparung hineinragen. Dies muss aber nicht der Fall sein.The 3 shows an enlarged detail view of another embodiment of the pressure vessel 100 the 1 , Below, only the differences from the embodiment according to the 2 explained. In the embodiment illustrated here, the cover layer covers 139 the first conductor layer 132 , For this reason, here is the Carrier layer made thinner. Such a cover layer 139 but must not be provided. Furthermore, here includes the insulation layer 136 recesses b . c which are provided here in the crossing points of the first and second conductors. The first conductors and / or the second conductors may have electrically conductive projections which project into this recess. This does not have to be the case.

Das Funktionsprinzip ist bei den beiden Ausgestaltung gemäß den 2 und 3 gleich: kommt es zu einer mechanischen Einwirkung auf die Außenoberfläche der Druckbehälterwand (z.B. durch Steinschlag, Einklemmen eines Gegenstandes zwischen Karosserie und Druckbehälteraußenwand, etc.), so werden die ersten Leiter B, C, D der ersten Leiterschicht 132 radial einwärts in Richtung der zweiten Leiterschicht mit den mehreren zweiten Leiter 1,2,3,4 gedrückt. Die elastisch bzw. plastisch verformbare Isolationsschicht 136 weist bevorzugt eine geringere Härte als die faserverstärkte Schicht 120 auf. Die Isolationsschicht 136 kann zu den Seiten weg fließen, sodass die ersten Leiter B, C, D die zweiten Leiter 1,2,3,4 elektrisch kontaktieren. Dieser elektrische Kontakt wird wiederum vom Steuergerät als Fehlfunktion erfasst, welches dann eine Schutzmaßnahme auslösen kann. Sind die Aussparungen b, c in der Isolationsschicht 136 vorgesehen, so lässt sich der elektrische Kontakt zwischen den ersten und zweiten Leitern leichter herstellen als bei einer Ausgestaltung ohne Aussparungen.The operating principle is in the two embodiment according to the 2 and 3 the same: if there is a mechanical effect on the outer surface of the pressure vessel wall (eg by stone chipping, pinching an object between the body and pressure vessel outer wall, etc.), then the first conductor B . C . D the first conductor layer 132 radially inward toward the second conductor layer having the plurality of second conductors 1 . 2 . 3 . 4 pressed. The elastically or plastically deformable insulation layer 136 preferably has a lower hardness than the fiber-reinforced layer 120 on. The insulation layer 136 can flow away to the sides, leaving the first ladder B . C . D the second ladder 1 . 2 . 3 . 4 contact electrically. This electrical contact is in turn detected by the control unit as a malfunction, which can then trigger a protective measure. Are the recesses b . c in the insulation layer 136 provided, the electrical contact between the first and second conductors can be made easier than in an embodiment without recesses.

In einer Ausgestaltung kann die Isolationsschicht 136 eingerichtet sein, sich während einer mechanischen Einwirkung elastisch und reversibel zu verformen. Verringert sich die mechanische Einwirkung, so kann die Isolationsschicht 136 Rückstellkräfte bereitstellen, die zwei sich kontaktierende erste und zweite Leiter auseinander drückt, so dass der elektrische Kontakt unterbrochen wird.In one embodiment, the insulation layer 136 be adapted to deform elastically and reversibly during a mechanical action. If the mechanical action decreases, then the insulating layer can 136 Provide restoring forces that presses apart two contacting first and second conductors, so that the electrical contact is interrupted.

Kommt es zu einem lokalen thermischen Ereignis, welches beabstandet von der thermischen Druckentlastungseinrichtung 172 stattfindet (z.B. im Mittelbereich M), so können zwei Mechanismen dazu führen, dass die thermische Druckentlastungseinrichtung 172 schneller ausgelöst wird. Die zweiten Leiter 1,2,3,4 sind elektrisch leitend und somit gute Wärmeleiter. Die zweiten Leiter sind somit eingerichtet, die Wärmeenergie bzw. Wärmestrom zur thermischen Druckentlastungseinrichtung 172 zu transportieren. Die thermische Druckentlastungseinrichtung 172 wird somit schneller erwärmt als bei vorbekannten Lösungen und kann daher auslösen.If there is a local thermal event, which is spaced from the thermal pressure relief device 172 takes place (eg in the middle area M ), so two mechanisms can cause the thermal pressure relief device 172 is triggered faster. The second ladder 1 . 2 . 3 . 4 are electrically conductive and thus good heat conductors. The second conductors are thus arranged, the heat energy or heat flow to the thermal pressure relief device 172 to transport. The thermal pressure relief device 172 is thus heated faster than in prior art solutions and can therefore trigger.

In einer Ausgestaltung kann das Steuergerät feststellen, dass ein lokales thermisches Ereignis stattfindet. Beispielsweise kann das Steuergerät ein lokales thermisches Ereignis annehmen, falls

  1. i) aufgrund des geschmolzenen Isolationsmaterials 136 ein elektrischer Kontakt zwischen einem ersten Leiter und einem zweiten Leiter detektiert wird;
  2. ii) das Kraftfahrzeug nicht betankt wird; und
  3. iii) das Kraftfahrzeug ruht.
In one embodiment, the controller may determine that a local thermal event is taking place. For example, the controller may accept a local thermal event if
  1. i) due to the molten insulating material 136 electrical contact between a first conductor and a second conductor is detected;
  2. (ii) the vehicle is not refueled; and
  3. iii) the motor vehicle is at rest.

Es sind noch weitere Szenarien vorstellbar, die direkt oder indirekt indikativ sind für ein lokales thermisches Ereignis. Gemäß der hier offenbarten Technologie kann die thermische Druckentlastungseinrichtung 172 auch elektrisch betätigbar sein, beispielsweise durch eine Mikrowellensenderkomponente. Insbesondere kann das Steuergerät eingerichtet sein, die thermische Druckentlastungseinrichtung 172 elektrisch zu betätigen, falls ein lokales thermisches Ereignis festgestellt wurde.There are other scenarios imaginable that are directly or indirectly indicative of a local thermal event. According to the technology disclosed herein, the thermal pressure relief device 172 also be electrically actuated, for example by a microwave transmitter component. In particular, the control device can be set up, the thermal pressure relief device 172 to operate electrically if a local thermal event has been detected.

Die 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf abgewickelte Leiterschichten 132, 134. die Aussparungen der Isolationsschicht 136 sowie die Isolationsschicht 136 selbst wurden vereinfachend weggelassen.The 4 shows a schematic plan view of developed conductor layers 132 . 134 , the recesses of the insulation layer 136 as well as the insulation layer 136 even have been omitted for simplicity.

Die ersten Leiter A, B, C, D der ersten Leiterschicht 132 verlaufen hier in Umfangsrichtung U. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind acht ersten Leiter im Wesentlichen gleich beabstandet zueinander angeordnet. Sie verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Die Länge L der ersten Leiter A, B, C, D ist hier kleiner als der Umfang 2 π r der ersten Leiterschicht 132. Die einzelnen ersten Leiter A, B, C, D sind also nicht mehrfach um den Umfang gewickelt. Somit lässt sich deren Position in Z-Richtung leicht bestimmen. Die acht ersten Leiter sind hier mit einem Ende an ein erstes zweites Anschlusselement 133i elektrisch leitend verbunden, dass hier am unteren Rand angeordnet ist. Die zweiten Enden der acht ersten Leiter (hier am oberen Ende der 4 angeordnet) sind im montierten Zustand mit dem zweiten zweiten Anschlusselement 133ii verbunden. Bevorzugt sind das erste und zweite zweite Anschlusselement 133i, 133ii einstückig ausgebildet.The first ladder A . B . C . D the first conductor layer 132 run here in the circumferential direction U , In the exemplary embodiment shown here, eight first conductors are arranged substantially equidistant from each other. They are essentially parallel to one another. The length L the first conductor A . B . C . D here is smaller than the circumference 2 π r of the first conductor layer 132 , The individual first ladder A . B . C . D So they are not wrapped around the perimeter several times. Thus, their position can be in Z Direction easily determine. The eight first conductors are here with one end to a first second connection element 133i electrically connected, that is arranged here at the bottom. The second ends of the eight first conductors (here at the top of the 4 arranged) are in the assembled state with the second second connection element 133ii connected. Preferably, the first and second second connection element 133i . 133ii integrally formed.

Die zweiten Leiter 1,2,3,4 verlaufen hier im Wesentlichen parallel zur Druckbehälterlängsachse A-A und sind bevorzugt gleichmäßig beabstandet über den Umfang U verteilt angeordnet. Die hier gezeigten sechs zweiten Leiter sind parallel zueinander orientiert und können von einem Ende des Druckbehälters 100 zum anderen Ende des Druckbehälters 100 verlaufen. An den beiden gegenüberliegenden Enden der zweiten Leiter sind erste und zweite erste Anschlusselemente 135i, 135ii vorgesehen, wobei jedes der ersten Anschlusselemente jeweils mit einem Ende der zweiten Leiter verbunden ist.The second ladder 1 . 2 . 3 . 4 here run essentially parallel to the pressure vessel longitudinal axis AA and are preferably evenly spaced around the circumference U arranged distributed. The six second conductors shown here are oriented parallel to each other and can from one end of the pressure vessel 100 to the other end of the pressure vessel 100 run. At the two opposite ends of the second conductors are first and second first connection elements 135i . 135ii provided, each of the first connection elements is respectively connected to one end of the second conductor.

Kommt es nun zu dem thermischen und/oder mechanischen Ereignis E1 (punktiert gezeigt), so kontaktiert der einzelne erste Leiter B den einzelnen zweiten Leiter 2. Wird nun eine elektrische Spannung zwischen den ersten Leiter B und den zweiten Leiter 2 erzeugt, so ändert sich hier durch den elektrischen Kontakt die erfasste Impedanz, z.B. der erfasste Widerstand (nachstehend ist vereinfachend nur von Widerstand die Rede). Diese Widerstandsänderung ist indikativ für das thermische und/oder mechanische Ereignis. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden sequenziell alle Kombinationen von ersten und zweiten Leiter (=Leiterkombinationen) mit einer Spannung beaufschlagt und der elektrische Widerstand anhand eines erfassten Messsignals bestimmt. Im vorliegenden Beispiel weisen alle Leiterkombinationen bis auf die Leiterkombination B2 (d.h. Spannung zwischen erster Leiter B und zweiter Leiter 2) einen hohen elektrischen Widerstand auf, der höher ist als der elektrische Widerstand der Kombination B2. Da jedem der ersten und zweiten Leiter eine feste Adresse zugeordnet ist, kann gemäß der hier offenbarten Technologie gleichzeitig der Ort ermittelt werden, an dem das thermische und/oder mechanische Ereignis stattgefunden hat. Diese Information über den Ort vereinfacht die visuelle Inspektion und die Reparatur des Druckbehälters. Das hier dargestellte Ereignis E1 wird lediglich von der Leiterkombination B2 erfasst. Somit kann zumindest mit einer gewissen statistischen Wahrscheinlichkeit angenommen werden, dass es sich um ein Ereignis mit einem vergleichsweise geringen Ausmaß handelt.Now comes to the thermal and / or mechanical event E1 (shown dotted), so contacted the single first conductor B the single second conductor 2 , Now an electrical voltage between the first conductor B and the second conductor 2 produced here, then changes the detected impedance, for example, the detected resistance by the electrical contact (for simplicity's sake, only resistance is discussed below). This change in resistance is indicative of the thermal and / or mechanical event. In a preferred embodiment, all combinations of first and second conductors (= conductor combinations) are applied sequentially with a voltage and the electrical resistance is determined on the basis of a detected measurement signal. In the present example, all ladder combinations except for the ladder combination B2 (ie voltage between first conductor B and second conductor 2 ) has a high electrical resistance which is higher than the electrical resistance of the combination B2 , Since each of the first and second conductors is assigned a fixed address, according to the technology disclosed herein, the location at which the thermal and / or mechanical event has occurred can be simultaneously determined. This location information simplifies visual inspection and repair of the pressure vessel. The event presented here E1 is only from the ladder combination B2 detected. Thus, at least with a certain statistical probability, it can be assumed that this is an event of a comparatively small extent.

In der 4 ist ferner ein zweites Ereignis E2 strichpunktierte gezeigt, welches von größerem Ausmaß ist als das Ereignis E2. Das Ereignis E2 wird hier von einer Vielzahl von Leiterkombinationen erfasst (hier: A2, A3, B1, B2, B3, C2, C3). Aufgrund der Tatsache kann zumindest mit einer gewissen statistischen Wahrscheinlichkeit angenommen werden, dass das Ereignis E2 einen Schaden größeren Ausmaßes verursacht als das Ereignis E1. Ferner kann wiederum der genaue Ort der Beschädigung erfasst werden. Gemäß der hier offenbarten Technologie kann vorgesehen sein, dass je nach Ausmaß der Beschädigung unterschiedliche Schutzmaßnahmen initiiert werden.In the 4 is also a second event E2 dash-dotted, which is of greater magnitude than the event E2 , The event E2 is covered here by a variety of ladder combinations (here: A2 . A3 . B1 . B2 . B3 . C2 . C3 ). Due to the fact, it can be assumed, at least with a certain statistical probability, that the event E2 causes more damage than the event E1 , Furthermore, again, the exact location of the damage can be detected. According to the technology disclosed herein, it can be provided that different protective measures are initiated depending on the extent of the damage.

Im Rahmen der hier offenbarten Technologie soll die Größe „Impedanz“ die Größen „Widerstand, Induktivität und/oder Kapazität“ einzeln oder in Kombination umfassen.In the context of the technology disclosed here, the quantity "impedance" should comprise the variables "resistance, inductance and / or capacitance" individually or in combination.

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

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Claims (16)

Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff, umfassend: - mindestens eine faserverstärkte Schicht (120); - mindestens eine erste Leiterschicht (132) mit mehreren ersten Leiter (A,B,C,D); und - mindestens eine zweite Leiterschicht (134) mit mehreren zweiten Leiter (1,2,3,4); wobei die erste Leiterschicht (132) und die zweite Leiterschicht (134) zumindest bereichsweise die faserverstärkte Schicht (120) umgeben; wobei die ersten Leiter (A,B,C,D) gegenüber den zweiten Leiter (1,2,3,4) elektrisch isoliert sind; wobei die ersten Leiter (A,B,C,D) die zweiten Leiter (1,2,3,4) zumindest bereichsweise kreuzen; und wobei die ersten Leiter (A,B,C,D) und die zweiten Leiter (1,2,3,4) mit einem Steuergerät verbindbar oder verbunden sind.A pressure vessel (100) for storing fuel, comprising: - At least one fiber-reinforced layer (120); - At least a first conductor layer (132) having a plurality of first conductor (A, B, C, D); and - At least a second conductor layer (134) having a plurality of second conductors (1,2,3,4); wherein the first conductor layer (132) and the second conductor layer (134) at least partially surround the fiber-reinforced layer (120); wherein the first conductors (A, B, C, D) are electrically insulated from the second conductors (1, 2, 3, 4); wherein the first conductors (A, B, C, D) at least partially intersect the second conductors (1, 2, 3, 4); and wherein the first conductors (A, B, C, D) and the second conductors (1, 2, 3, 4) are connectable or connected to a control device. Druckbehälter (100) nach Anspruch 1, wobei die erste Leiterschicht (132) und die zweite Leiterschicht (134) im Mittelbereich (M) des Druckbehälters (100) angeordnet sind.Pressure vessel (100) after Claim 1 wherein the first conductor layer (132) and the second conductor layer (134) are arranged in the central region (M) of the pressure vessel (100). Druckbehälter (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Leiter (A,B,C,D) im Wesentlichen in Umfangsrichtung (U) orientiert sind; und/oder wobei die zweiten Leiter (1,2,3,4) im Wesentlichen in Richtung (Z) der Druckbehälterlängsachse (A-A) orientiert sind.Pressure vessel (100) after Claim 1 or 2 wherein the first conductors (A, B, C, D) are oriented substantially in the circumferential direction (U); and / or wherein the second conductors (1, 2, 3, 4) are oriented substantially in the direction (Z) of the pressure vessel longitudinal axis (AA). Druckbehälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweiten Leiter (1,2,3,4) unmittelbar benachbart zu einer thermischen Druckentlastungseinrichtung (172) münden.Pressure vessel (100) according to one of the preceding claims, wherein the second conductor (1,2,3,4) open immediately adjacent to a thermal pressure relief device (172). Druckbehältersystem, umfassend: - mindestens einen Druckbehälter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche; - mindestens ein erstes Anschlusselement (133i, 133ii), welches mit den ersten Leiter (A,B,C,D) verbunden ist; und - mindestens ein zweites Anschlusselement (135i, 135ii), welches mit den zweiten Leiter (1,2,3,4) verbunden ist; wobei das erste Anschlusselement (133i, 133ii) und das zweite Anschlusselement (135i, 135ii) mit einem Steuergerät verbindbar oder verbunden sind.Pressure vessel system comprising: - At least one pressure vessel (100) according to one of the preceding claims; - At least a first connection element (133i, 133ii), which is connected to the first conductor (A, B, C, D); and - At least a second connection element (135i, 135ii) which is connected to the second conductor (1,2,3,4); wherein the first connection element (133i, 133ii) and the second connection element (135i, 135ii) are connectable or connected to a control device. Druckbehältersystem nach Anspruch 5, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, - eine elektrische Spannung anzulegen i) an einzelne erste Leiter der mehreren ersten Leiter (A,B,C,D) und ii) an einzelne zweite Leiter der mehreren zweiten Leiter (1,2,3,4); und - mindestens ein Signal auszuwerten, welches aus der elektrischen Spannung zwischen dem einzelnen ersten Leiter und dem einzelnen zweiten Leiter resultiert.Pressure vessel system after Claim 5 wherein the control device is set up to apply an electrical voltage i) to individual first conductors of the plurality of first conductors (A, B, C, D) and ii) to individual second conductors of the plurality of second conductors (1, 2, 3, 4) ); and - to evaluate at least one signal resulting from the electrical voltage between the single first conductor and the single second conductor. Druckbehältersystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei mindestens zwei erste Anschlusselemente (133i, 133ii) vorgesehen sind, die jeweils mit einem der beiden Enden der ersten Leiter (A,B,C,D) verbunden sind; und/oder wobei mindestens zwei zweite Anschlusselemente (135i, 135ii) vorgesehen sind, die jeweils mit einem der beiden Enden der zweiten Leiter (1,2,3,4) verbunden sind.Pressure vessel system after Claim 5 or 6 wherein at least two first connection elements (133i, 133ii) are provided, each connected to one of the two ends of the first conductors (A, B, C, D); and / or wherein at least two second connection elements (135i, 135ii) are provided which are each connected to one of the two ends of the second conductors (1, 2, 3, 4). Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, - eine elektrische Spannung anzulegen i) an den beiden Enden einzelner erster Leiter der mehreren ersten Leiter (A,B,C,D) und/oder ii) an den beiden Enden einzelner zweiter Leiter der mehreren zweiten Leiter (1,2,3,4); und - mindestens ein Signal auszuwerten, welches aus der elektrischen Spannung resultiert i) zwischen den beiden Enden der einzelnen ersten Leiter oder ii) zwischen den beiden Enden der einzelnen zweiten Leiter.Pressure vessel system according to one of the previous Claims 5 to 7 wherein the control device is set up to apply an electrical voltage i) at the two ends of the individual first conductor of the plurality of first conductors (A, B, C, D) and / or ii) at the two ends of individual second conductors of the plurality of second conductors (1,2,3,4); and - to evaluate at least one signal resulting from the electrical voltage i) between the two ends of the individual first conductors or ii) between the two ends of the individual second conductors. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 8 oder Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten Leiter (A,B,C,D) durch eine Isolationsschicht (136) gegenüber den zweiten Leiter (1,2,3,4) elektrisch isoliert sind; wobei die Isolationsschicht (136) Aussparungen (b,c) aufweist, wobei die Aussparungen (b,c) an Kreuzungspunkten von ersten und zweiten Leiter vorgesehen sind.Pressure vessel system according to one of the previous Claims 5 to 8th or pressure vessel according to one of Claims 1 to 4 wherein the first conductors (A, B, C, D) are electrically insulated from the second conductors (1, 2, 3, 4) by an insulating layer (136); wherein the insulating layer (136) has recesses (b, c), wherein the recesses (b, c) are provided at crossing points of the first and second conductors. Druckbehältersystem nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 9 oder Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Leiterschicht (132) und/oder die zweite Leiterschicht (134) ein Trägermaterial aufweist, und wobei das Trägermaterial einen Schmelzpunkt aufweist, der mindestens 5 % oder mindestens 20 % oder mindestens 30 % oder mindestens 40 % unter dem Schmelzpunkt vom Harzmaterial der faserverstärkten Schicht (120) liegt; und/oder wobei die ersten Leiter (A,B,C,D) durch eine Isolationsschicht (136) gegenüber den zweiten Leiter (1,2,3,4) elektrisch isoliert sind; und wobei die Isolationsschicht (136) einen Schmelzpunkt aufweist, der der mindestens 5 % oder mindestens 20 % oder mindestens 30 % oder mindestens 40 % unter dem Schmelzpunkt vom Harzmaterial der faserverstärkten Schicht (120) liegt.Pressure vessel system according to one of the previous Claims 5 to 9 or pressure vessel according to one of Claims 1 to 4 wherein the first conductor layer (132) and / or the second conductor layer (134) comprises a substrate, and wherein the substrate has a melting point that is at least 5% or at least 20% or at least 30% or at least 40% below the melting point of the resin material the fiber reinforced layer (120) is located; and / or wherein the first conductors (A, B, C, D) are electrically insulated from the second conductors (1, 2, 3, 4) by an insulating layer (136); and wherein the insulating layer (136) has a melting point that is at least 5% or at least 20% or at least 30% or at least 40% below the melting point of the resin material of the fiber reinforced layer (120). Verfahren zur Detektion einer Beschädigung einer faserverstärkten Schicht (120) eines Druckbehälters, umfassend die Schritte: - Anlegen einer elektrischen Spannung an elektrische Leiter (132, 134), wobei die elektrischen Leiter (132, 134) elektrisch isoliert voneinander sind, falls kein mechanisches und/oder thermisches Ereignis vorliegt, wobei die elektrischen Leiter (132, 134) die faserverstärkte Schicht (120) zumindest bereichsweise umgeben, und wobei die elektrischen Leiter (132, 134) sich im Mittelbereich (M) des Druckbehälters (100) kreuzen; - direktes oder indirektes Erfassen der elektrischen Impedanz zwischen den elektrischen Leiter (132, 134); und - Einleiten von mindestens einer Schutzmaßnahme, falls der elektrische Impedanz geringer ist als ein Grenzimpedanz.A method of detecting damage to a fiber reinforced layer (120) of a pressure vessel, comprising the steps of: - applying electrical voltage to electrical conductors (132, 134), the electrical conductors (132, 134) being electrically isolated from each other, if not mechanical and mechanical or thermal event, the electrical conductors (132, 134) the fiber-reinforced layer (120) surrounded at least partially, and wherein the electrical conductors (132, 134) intersect in the central region (M) of the pressure vessel (100); directly or indirectly detecting the electrical impedance between the electrical conductors (132, 134); and - introducing at least one protective measure if the electrical impedance is less than a limit impedance. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Druckbehälter (100) ein Druckbehälter (100) eines Druckbehältersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.Method according to Claim 11 wherein the pressure vessel (100) is a pressure vessel (100) of a pressure vessel system according to any one of the preceding claims. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die elektrische Impedanz auch während der Betankung erfasst wird.Method according to Claim 11 or 12 , wherein the electrical impedance is also detected during refueling. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei den einzelnen ersten und zweiten Leiter (132, 134) Adressen zugeordnet werden, und wobei anhand der Adressen von sich elektrisch kontaktierenden ersten und zweiten Leiter (132, 134) der Ort der mechanischen und/oder thermischen Einwirkung erfasst wird.Method according to one of Claims 11 to 13 in which addresses are assigned to the individual first and second conductors (132, 134), and where the location of the mechanical and / or thermal action is detected on the basis of the addresses of electrically contacting first and second conductors (132, 134). Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Anzahl an sich gleichzeitig elektrisch kontaktierenden ersten und zweiten Leiter erfasst wird, und wobei daraus die Größe der mechanischen und/oder thermischen Einwirkung bestimmt wird.Method according to one of Claims 11 to 14 in which the number of simultaneously electrically contacting first and second conductors is detected, and from this the size of the mechanical and / or thermal action is determined. Druckbehältersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10 oder Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Isolationsschicht (136) derart reversibel verformt oder verformbar ist, dass zwei sich kreuzende elektrische Leiter (132, 134) nach einem elektrischen Kontakt wieder lösen, insbesondere wenn die mechanische Einwirkung nachlässt.Pressure vessel system according to one of Claims 5 to 10 or pressure vessel according to one of Claims 1 to 4 or method after Claim 15 wherein the insulating layer (136) is reversibly deformed or deformable such that two intersecting electrical conductors (132, 134) loosen again after an electrical contact, in particular when the mechanical action subsides.
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