DE102018201327A1 - Method for removing fuel from a pressure vessel system with several pressure vessels and pressure vessel system - Google Patents

Method for removing fuel from a pressure vessel system with several pressure vessels and pressure vessel system Download PDF

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Olivier Cousigne
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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Entnahme von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem eines Kraftfahrzeuges. Das Druckbehältersystem umfasst mindestens einen ersten Druckbehälter 1 und einen zweiten Druckbehälter 2, wobei der erste Druckbehälter 1 und der zweite Druckbehälter 2 zumindest bereichsweise parallele Brennstoffströmungspfade 211, 212 ausbilden. Das Verfahren umfasst den Schritt, wonach aus dem ersten Druckbehälter 1 Brennstoff entnommen wird, und wonach der entnommene Brennstoff teilweise mindestens einem Energiewandler 300 und dem zweiten Druckbehälter 2 zugeführt wird.The technology disclosed herein relates to a method of removing fuel from a pressure vessel system of a motor vehicle. The pressure vessel system comprises at least a first pressure vessel 1 and a second pressure vessel 2, wherein the first pressure vessel 1 and the second pressure vessel 2 at least partially parallel fuel flow paths 211, 212 form. The method comprises the step of extracting fuel from the first pressure vessel 1, and then supplying the extracted fuel in part to at least one energy converter 300 and the second pressure vessel 2.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Entnahme von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem mit mehreren Druckbehältern.The technology disclosed herein relates to a method of extracting fuel from a pressure vessel system having a plurality of pressure vessels.

Druckbehältersysteme als solche sind bekannt. Sie dienen beispielsweise zur Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen. In den Druckbehältern ist der Wasserstoff unter hohem Druck gespeichert. Durch die Entnahme von Wasserstoff kühlt sich der Druckbehälter ab. Beim Betrieb des Druckbehältersystems ist darauf zu achten, dass die Temperatur des Druckbehälters immer oberhalb einer Mindesttemperatur liegt, für die die Druckbehälter ausgelegt wurden. Je nach Auslegung des Druckbehältersystems kann insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen der Fall eintreten, dass der maximal mögliche Entnahmemassenstrom eingeschränkt werden muss, um eine zu starke Abkühlung des Druckbehälters zu vermeidenPressure tank systems as such are known. They serve for example for the storage of hydrogen in motor vehicles. In the pressure vessels, the hydrogen is stored under high pressure. By removing hydrogen, the pressure vessel cools down. When operating the pressure vessel system, make sure that the temperature of the pressure vessel is always above a minimum temperature for which the pressure vessels have been designed. Depending on the design of the pressure vessel system, it may happen, especially at low ambient temperatures, that the maximum possible discharge mass flow must be restricted in order to avoid excessive cooling of the pressure vessel

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 Verfahren zur Entnahme von Brennstoff sowie ein Druckbehältersystem vorzuschlagen, das einen erhöhten Entnahmemassenstrom an Brennstoff ermöglicht, ohne dass während der Entnahme das Druckbehältersystem thermisch geschädigt 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 herein to propose a method for removing fuel as well as a pressure vessel system which allows an increased exhaust mass flow of fuel without thermally damaging the pressure vessel system during removal. 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.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.

Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter, insbesondere einem composite overwrapped pressure vessel (=COPV). Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2 oder COP) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein.Such a pressure vessel system comprises at least one pressure vessel, in particular a composite overwrapped pressure vessel (= COPV). The pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel (= CcH2 or COP) or a high-pressure gas vessel (= CGH2).

Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, 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 designed to store fuel at ambient temperatures permanently at a nominal operating pressure (also called nominal working pressure or NWP) of about 350 bar (= overpressure relative to the atmospheric pressure), furthermore preferably of about 700 bar 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.

Das Druckbehältersystem umfasst mindestens einen ersten Druckbehälter und einen zweiten Druckbehälter. Zweckmäßig bilden der erste Druckbehälter und der zweite Druckbehälter parallele BrennstoffStrömungspfade aus. Insbesondere können die Strömungspfade von zwei Verbindungsleitungen ausgebildet werden. Die zwei Verbindungsleitungen können jeweils an einem Ende mit einer Druckbehälteröffnung des jeweiligen Druckbehälters verbunden sein und in einem gemeinsamen Strömungspfad münden. Die vorgenannten Strömungspfade bzw. Verbindungsleitungen können eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Druckbehälter und den zweiten Druckbehälter zumindest mit ausbilden. Zweckmäßig ist in der Fluidverbindung kein Druckminderer vorgesehen. Mithin herrscht in der Fluidverbindung bei geöffneten Ventilen der Druckbehälter und im quasistationären Zustand derselbe Druck wie in den Druckbehältern. Mit anderen Worten sind also die mindestens zwei Druckbehälter bevorzugt im Hochdruckbereich des Anodensubsystems vorgesehen. Zweckmäßig ist das Druckbehältersystem derart ausgebildet, dass während der Betankung mindestens der erste Druckbehälter und der zweite Druckbehälter mit Brennstoff befüllbar sind.The pressure vessel system comprises at least a first pressure vessel and a second pressure vessel. Suitably, the first pressure vessel and the second pressure vessel form parallel fuel flow paths. In particular, the flow paths of two connecting lines can be formed. The two connecting lines can each be connected at one end to a pressure vessel opening of the respective pressure vessel and open in a common flow path. The aforementioned flow paths or connecting lines can at least form a fluid connection between the first pressure vessel and the second pressure vessel. Appropriately, no pressure reducer is provided in the fluid connection. Thus prevails in the fluid connection with open valves of the pressure vessel and in quasi-stationary state, the same pressure as in the pressure vessels. In other words, therefore, the at least two pressure vessels are preferably provided in the high-pressure region of the anode subsystem. Suitably, the pressure vessel system is designed such that during refueling at least the first pressure vessel and the second pressure vessel can be filled with fuel.

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 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 control unit. The control unit can interact with further control devices of the motor vehicle.

Das Steuergerät kann eingerichtet sein, das Druckbehältersystem derart zu regeln bzw. zu steuern, dass aus dem ersten Druckbehälter Brennstoff entnommen wird, und dass der entnommene Brennstoff teilweise einem Energiewandler und dem zweiten Druckbehälter zugeführt wird.The controller may be configured to control the pressure vessel system such that fuel is withdrawn from the first pressure vessel, and that the extracted fuel is partially supplied to an energy converter and the second pressure vessel.

Das Druckbehältersystem ist eingerichtet, eines oder mehrere der hier offenbarten Verfahren durchzuführen.The pressure vessel system is configured to perform one or more of the methods disclosed herein.

Gleichsam umfasst die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zur Entnahme von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem, insbesondere dem hier offenbarten Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug. Das Verfahren umfasst den Schritt, wonach aus dem ersten Druckbehälter Brennstoff entnommen wird, und wonach der entnommene Brennstoff teilweise dem Energiewandler und dem zweiten Druckbehälter zugeführt wird. Mithin wird also gemäß der hier offenbarten Technologie der dem ersten Druckbehälter entnommene Entnahme-Massenstrom an Brennstoff aufgeteilt in:

  • - einen Energiewandler-Massenstrom, der dem Energiewandler zugeführt wird; und
  • - einen Druckbehälter-Massenstrom, der dem zweiten Druckbehälter zugeführt wird.
Likewise, the technology disclosed herein includes a method of removing fuel from a pressure vessel system, particularly the pressure vessel system for a motor vehicle disclosed herein. The method includes the step of removing fuel from the first pressure vessel, and then partially delivering the extracted fuel to the energy converter and the second pressure vessel. Thus, therefore, according to the technology disclosed here, the extraction mass flow of fuel taken from the first pressure vessel is divided into:
  • an energy converter mass flow supplied to the energy converter; and
  • - A pressure vessel mass flow, which is supplied to the second pressure vessel.

Noch mal anders ausgedrückt wird also gemäß der hier offenbarten Technologie der dem ersten Druckbehälter entnommene Brennstoff zeitgleich dem mindestens einen Energiewandler und dem zweiten Druckbehälter zugeführt. Vorteilhaft kann gemäß der hier offenbarten Technologie der entnommene Brennstoff den zweiten Druckbehälter erwärmen.In other words, according to the technology disclosed here, the fuel taken from the first pressure vessel is simultaneously supplied to the at least one energy converter and the second pressure vessel. Advantageously, according to the technology disclosed herein, the extracted fuel may heat the second pressure vessel.

Der mindestens eine Energiewandler ist eingerichtet, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln, beispielsweise in elektrische Energie und/oder in Bewegungsenergie. Der Energiewandler kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein Brennstoffzellensystem/ Brennstoffzellenstapel mit mindestens eine Brennstoffzelle sein.The at least one energy converter is set up to convert the chemical energy of the fuel into other forms of energy, for example electrical energy and / or kinetic energy. The energy converter can be, for example, an internal combustion engine or a fuel cell system / fuel cell stack with at least one fuel cell.

Die hier offenbarte Technologie kann den Schritt umfassen, wonach der entnommene Brennstoff aus dem ersten Druckbehälter dem zweiten Druckbehälter nur zu Zeitpunkten zugeführt wird, in denen die Brennstofftemperatur im zweiten Druckbehälter geringer ist als die Brennstofftemperatur im ersten Druckbehälter. Mit anderen Worten wird also gemäß dem hier offenbarten Verfahren sichergestellt, dass der entnommene Brennstoff dem anderen Druckbehälter nur zugeführt wird, wenn der zugeführte Brennstoff auch immer den Druckbehälter erwärmt.The technology disclosed herein may include the step of supplying the extracted fuel from the first pressure vessel to the second pressure vessel only at times when the fuel temperature in the second pressure vessel is less than the fuel temperature in the first pressure vessel. In other words, according to the method disclosed here, it is thus ensured that the extracted fuel is only supplied to the other pressure vessel when the supplied fuel also always heats the pressure vessel.

Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach aus dem ersten Druckbehälter nur solange der Brennstoff entnommen und dem zweiten Druckbehälter zugeführt wird, bis die Brennstofftemperatur im ersten Druckbehälter eine Brennstoffgrenztemperatur erreicht. Die Brennstoffgrenztemperatur ist und insbesondere eine untere Grenztemperatur. Die Brennstoffgrenztemperatur ist zweckmäßig so gewählt, dass eine thermische Beschädigung vom Druckbehältersystem, insbesondere vom Druckbehälter, mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Beispielsweise kann die Brennstoffgrenztemperatur -30 °C, -35 °C, - 40 °C, -50 °C oder -60 °C betragen.The method disclosed herein may include the step of removing the fuel from the first pressure vessel and supplying it to the second pressure vessel only until the fuel temperature in the first pressure vessel reaches a fuel limit temperature. The fuel limit temperature is, in particular, a lower limit temperature. The fuel limit temperature is suitably chosen so that thermal damage from the pressure vessel system, in particular from the pressure vessel, can be ruled out with certainty. For example, the fuel limit temperature may be -30 ° C, -35 ° C, -40 ° C, -50 ° C or -60 ° C.

Die Brennstofftemperatur kann beispielsweise bestimmt werden, indem ein für die Brennstofftemperatur indikativer Wert erfasst wird. Dieser erfasste Wert kann in einer Ausgestaltung verglichen werden mit einem Wert, der indikativ ist für die Brennstoffgrenztemperatur. Beispielsweise kann die Brennstofftemperatur am Druckbehälterauslass, insbesondere am On-Tank-Valve, erfasst werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Temperatur der Druckbehälterinnenwand bzw. vom On-Tank-Valve selbst erfasst werden und mit einem entsprechenden Referenzwert für die Brennstoffgrenztemperatur verglichen werden.For example, the fuel temperature may be determined by detecting a value indicative of the fuel temperature. This detected value can be compared in one embodiment with a value that is indicative of the fuel limit temperature. For example, the fuel temperature at the pressure vessel outlet, in particular at the on-tank valve, can be detected. In a further embodiment, the temperature of the pressure vessel inner wall or by the on-tank valve itself can be detected and compared with a corresponding reference value for the fuel limit temperature.

Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach aus dem zweiten Druckbehälter Brennstoff entnommen und dem Energiewandler zugeführt wird, nachdem die Brennstofftemperatur im ersten Druckbehälter die Brennstoffgrenztemperatur erreicht hat. Vorteilhaft ist somit also sichergestellt, dass das Druckbehältersystem weiterhin Brennstoff für den mindestens einen Energiewandler des Kraftfahrzeugs auch dann bereitstellen kann, wenn aus dem ersten Druckbehälter nicht mehr entnommen werden kann. Mit anderen Worten kann das Verfahren also den Schritt umfassen, wonach die Entnahme aus dem ersten Druckbehälter unterbunden wird und mit der Entnahme aus dem zweiten Druckbehälter begonnen wird, falls die Temperatur vom Brennstoff im ersten Druckbehälter die Brennstoffgrenztemperatur erreicht oder überschreitet. Hierzu kann beispielsweise das erste Tankabsperrventil des ersten Druckbehälters geschlossen und gleichzeitig oder kurz danach das zweite Tankabsperrventil des zweiten Druckbehälters geöffnet werden.The method disclosed herein may include the step of extracting fuel from the second pressure vessel and delivering it to the energy converter after the fuel temperature in the first pressure vessel has reached the fuel limit temperature. Thus, it is thus advantageously ensured that the pressure vessel system can continue to provide fuel for the at least one energy converter of the motor vehicle even if it is no longer possible to remove it from the first pressure vessel. In other words, the method may thus comprise the step, after which removal from the first pressure vessel is stopped and removal from the second pressure vessel is started, if the temperature of the fuel in the first pressure vessel reaches or exceeds the fuel limit temperature. For this purpose, for example, the first Tankabsperrventil the first pressure vessel closed and at the same time or shortly thereafter, the second Tankabsperrventil the second pressure vessel are opened.

Besonders bevorzugt wird, gleichzeitig zur Brennstoffbereitstellung an den mindestens einen Energiewandler und nachdem die Brennstofftemperatur im ersten Druckbehälter die Brennstoffgrenztemperatur erreicht hat, der aus dem zweiten Druckbehälter entnommene Brennstoff dem ersten Druckbehälter teilweise wieder zugeführt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zu diesem Zeitpunkt die Temperatur vom Brennstoff im ersten Druckbehälter geringer ist als die Temperatur vom Brennstoff im zweiten Druckbehälter. Mithin erwärmt nun also der zweite Druckbehälter den ersten Druckbehälter.It is particularly preferred, at the same time for supplying fuel to the at least one energy converter and after the fuel temperature in the first pressure vessel has reached the fuel limit temperature, the fuel taken from the second pressure vessel partially fed back to the first pressure vessel. This is particularly advantageous if, at this time, the temperature of the fuel in the first pressure vessel is lower than the temperature of the fuel in the second pressure vessel. Consequently, the second pressure vessel now heats the first pressure vessel.

Gemäß der hier offenbarten Technologie kann dem mindestens einen Energiewandler in Abhängigkeit von der jeweiligen Brennstofftemperatur im ersten und zweiten Druckbehälter entweder aus dem ersten Druckbehälter oder aus dem zweiten Druckbehälter Brennstoff bereitgestellt werden, wobei gleichzeitig aus dem Brennstoff bereitstellenden Druckbehälter weiterer Brennstoff entnommen und dem nicht Brennstoff bereitstellenden Druckbehälter zugeführt werden kann.According to the technology disclosed herein, fuel may be provided to the at least one energy converter depending on the respective fuel temperature in the first and second pressure vessels from either the first pressure vessel or the second pressure vessel, wherein at the same time from the fuel-providing pressure vessel removed further fuel and the non-fuel-providing pressure vessel can be supplied.

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

  • 1 eine schematische Darstellung eines Druckbehältersystems;
  • 2 eine schematische Darstellung der Druck- und Temperaturverläufe; und
  • 3 eine schematisches Ablaufdiagramm.
The technology disclosed herein will now be explained with reference to the figures. Show it:
  • 1 a schematic representation of a pressure vessel system;
  • 2 a schematic representation of the pressure and temperature curves; and
  • 3 a schematic flow diagram.

Die 1 zeigt schematisch das hier offenbarte Druckbehältersystem. In den Druckbehältern 1, 2 ist Brennstoff gespeichert, z.B. Wasserstoff bei 700 bar. Die Druckbehälter 1, 2 stellen Wasserstoff bereit für den Energiewandler, hier ein Brennstoffzellenstapel 300 mit einer Vielzahl an Brennstoffzellen, welche auf einem niedrigeren Druckniveau betrieben werden. An den Druckbehälteröffnungen der Druckbehälter 1, 2 sind hier jeweils ein Tankabsperrventil 251, 252 vorgesehen. In dem hier dargestellten System ist ferner ein Druckminderer 240 vorgesehen. Der Druckminderer 240 senkt den Druck von 700 bar auf ein geringeres Druckniveau. Der erste Druckbehälter1 ist mit dem zweiten Druckbehälter 2 über eine Fluidverbindung verbunden. Die Fluidverbindung wird hier durch die Fluidleitungen 211, 212 ausgebildet. Die Fluidleitungen 211, 212 sind parallel zueinander ausgebildet, wobei der Begriff „parallel“ sich hier nicht bezieht auf geometrische Parallelität. Die Fluidleitungen 211, 212 verbinden hier die Druckbehälter 1, 2 bzw. die Tankabsperrventile 251, 252 mit dem Druckminderer 240. Das Fluidsystem stromauf vom Druckminderer 240 wird auch als Hochdruckbereich vom Anodensubsystem bezeichnet. Stromab vom Druckminderer 240 ist hier im Anodenzuströmpfad 215 eine Strahlpumpe 234 vorgesehen. Der Anodenzuströmpfad 215 mündet in der Anode A vom Brennstoffzellenstapel 300. Nach der elektrochemischen Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel 300 verlässt das Anodenabgas den Brennstoffzellenstapel 300. Im Wasserabscheider 232 wird das Produktwasser abgeschieden. Über das Anodenspülventil 238 verlässt das Purge-Gas das Brennstoffzellensystem durch die Anodenspülleitung 239. Kathodenseitig wird über den Kompressor 410 Luft angesaugt und verdichtet, die in dem Ladeluftkühler 420 gekühlt wird. Ferner dargestellt sind die kathodenseitigen Stapel-Absperrventile 430, 440 sowie die Bypassleitung 460.The 1 schematically shows the pressure vessel system disclosed here. In the pressure vessels 1 . 2 Fuel is stored, eg hydrogen at 700 bar. The pressure vessels 1 . 2 provide hydrogen for the energy converter, here a fuel cell stack 300 with a variety of fuel cells operating at a lower pressure level. At the pressure vessel openings of the pressure vessel 1 . 2 here are each a Tankabsperrventil 251 . 252 intended. In the system shown here is also a pressure reducer 240 intended. The pressure reducer 240 reduces the pressure from 700 bar to a lower pressure level. The first pressure vessel 1 is with the second pressure vessel 2 connected via a fluid connection. The fluid connection is here through the fluid lines 211 . 212 educated. The fluid lines 211 . 212 are formed parallel to each other, wherein the term "parallel" does not refer to geometric parallelism here. The fluid lines 211 . 212 connect the pressure vessels here 1 . 2 or the Tankabsperrventile 251 . 252 with the pressure reducer 240 , The fluid system upstream of the pressure reducer 240 is also referred to as the high pressure area of the anode subsystem. Downstream of the pressure reducer 240 is here in the anode inflow path 215 a jet pump 234 intended. The anode inflow path 215 flows into the anode A from the fuel cell stack 300 , After the electrochemical reaction in the fuel cell stack 300 the anode exhaust gas leaves the fuel cell stack 300 , In the water separator 232 the product water is separated. Via the anode flush valve 238 The purge gas leaves the fuel cell system through the anode purge line 239 , The cathode side is over the compressor 410 Air sucked and compressed in the intercooler 420 is cooled. Also shown are the cathode-side stack shut-off valves 430 . 440 as well as the bypass line 460 ,

Die 2 zeigt schematisch die Druck- und Temperaturverläufe, die sich bei der Durchführung der hier offenbarten Technologie ergeben. Im oberen Abschnitt der Figur sind jeweils die Druckverläufe vom Brennstoffdruck im ersten Druckbehälter 1 und zweiten Druckbehälter 2 über die Zeit dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt dabei den Druckverlauf im zweiten Druckbehälter 2 und die durchgehende Linie zeigt den Druckverlauf im ersten Druckbehälter 1. Analog hierzu sind im unteren Abschnitt der Figur die Temperaturverläufe vom Brennstoff im ersten Druckbehälter 1 (als gepunktete Linie gezeigt) und im zweiten Druckbehälter 2 (als strichpunktierte Linie gezeigt) über die Zeit dargestellt.The 2 shows schematically the pressure and temperature curves, which result in the implementation of the technology disclosed herein. In the upper section of the figure, in each case the pressure profiles of the fuel pressure in the first pressure vessel 1 and second pressure vessel 2 presented over time. The dashed line shows the pressure curve in the second pressure vessel 2 and the solid line shows the pressure gradient in the first pressure vessel 1 , Analogously, the temperature profiles of the fuel in the first pressure vessel are in the lower portion of the figure 1 (shown as a dotted line) and in the second pressure vessel 2 (shown as a dotted line) over time.

Hier wird vereinfachend davon ausgegangen, dass zum Zeitpunkt t0 beide Druckbehälter 1, 2 denselben Druck und dieselbe Temperatur aufweisen. Zu diesem Zeitpunkt t0 wird mit der Brennstoffentnahme aus dem zweiten Druckbehälter 2 begonnen. Während der Brennstoffentnahme aus dem Druckbehälter 2 soll zunächst das Tankabsperrventil 251 vom ersten Druckbehälter 1 bis zum Zeitpunkt t1 geschlossen sein. Aufgrund der Brennstoffentnahme aus dem zweiten Druckbehälter 2 verringern sich Temperatur T2X und Druck p2X vom Brennstoff im zweiten Druckbehälter 2, wohingegen die Temperatur T1X und der Druck p1X vom Brennstoff im ersten Druckbehälter 1 hier bis zum Zeitpunkt t1 im Wesentlichen konstant sind. Zum Zeitpunkt t1 ist der Druck p11 im ersten Druckbehälter 1 höher als der Druck p21 im zweiten Druckbehälter.Here, for the sake of simplification, it is assumed that at time t0 both pressure vessels 1 . 2 have the same pressure and temperature. At this time t0 is with the fuel extraction from the second pressure vessel 2 began. During fuel extraction from the pressure vessel 2 should first the Tankabsperrventil 251 from the first pressure vessel 1 be closed by the time t1. Due to the fuel extraction from the second pressure vessel 2 Temperature T 2X and pressure p 2X decrease in fuel in the second pressure vessel 2 whereas the temperature T 1X and the pressure p 1X from the fuel in the first pressure vessel 1 are substantially constant here until time t1. At time t1, the pressure p 11 in the first pressure vessel 1 higher than the pressure p21 in the second pressure vessel.

In dem hier dargestellten Beispiel wird nun angenommen, dass die Temperatur T2X vom Brennstoff im zweiten Druckbehälter 2 zum Zeitpunkt t1 die Brennstoffgrenztemperatur TG erreicht hat. Ist dies der Fall, so wird das erste Tankabsperrventil 251 auch geöffnet. Es wird somit eine Fluidverbindung zwischen den beiden Druckbehältern 1, 2 hergestellt und es kommt zum Druckausgleich. Dabei strömt der aus dem ersten Druckbehälter 1 entnommene Brennstoff in den zweiten Druckbehälter 2. Nach dem Druckausgleich entspricht der Druck p11' im ersten Druckbehälter 1 im Wesentlichen dem Druck p21' im zweiten Druckbehälter 2. Zeitgleich stellt der erste Druckbehälter dem Brennstoffzellenstapel 300 über dem Anodenzuströmpfad 215 Brennstoff bereit. Dies muss aber nicht so sein. Gleichsam könnte dem Brennstoffzellenstapel 300 auch mit etwas Verzug Brennstoff bereitgestellt werden. Durch den Druckausgleich erwärmt sich der Brennstoff im zweiten Druckbehälter 2 schlagartig von der Temperatur T21 = TG auf die Temperatur T21'. Dies ist darauf zurückzuführen, dass vergleichsweise warmer Brennstoff in den zweiten Druckbehälter 2 strömt und gleichzeitig durch die Kompression im zweiten Druckbehälter 2 Kompressionswärme entsteht. Die Entnahme aus dem ersten Druckbehälter 1 zum Zeitpunkt t1 bewirkt zeitgleich einen schlagartigen Abfall der Brennstofftemperatur im ersten Druckbehälter vom ursprünglichen Wert T11 auf eine Temperatur T11', die niedriger ist als die Temperatur T21' im zweiten Druckbehälter 2. Jedoch ist die Temperatur T11 höher als die Brennstoffgrenztemperatur TG. Somit kann also nach dem Druckausgleich weiterhin Brennstoff bereitgestellt werden aus dem ersten oder zweiten Druckbehälter 1, 2. Zweckmäßig wird nun das zweite Tankabsperrventil 252 bis zum Zeitpunkt t2 geschlossen und Brennstoff wird aus dem ersten Druckbehälter 1 entnommen bis die Temperatur T1X vom Brennstoff im ersten Druckbehälter 1 zum Zeitpunkt t2 wieder die Brennstoffgrenztemperatur TG erreicht. Ist dies der Fall, so werden erneut beide Tankabsperrventil 251, 251 geöffnet und es kommt wieder zum Druckausgleich zwischen dem Druckbehältern 1,2. Anschließend wird in dem Zeitraum E2C der Brennstoff wieder aus dem zweiten Druckbehälter 2 entnommen, wobei gleichzeitig das erste Tankabsperrventil 251 geschlossen ist.In the example shown here it is now assumed that the temperature T 2X of the fuel in the second pressure vessel 2 has reached the fuel limit temperature T G at time t1. If this is the case, then the first Tankabsperrventil 251 also open. There is thus a fluid connection between the two pressure vessels 1 . 2 made and it comes to pressure equalization. It flows from the first pressure vessel 1 removed fuel into the second pressure vessel 2 , After pressure equalization, the pressure corresponds to p11 'in the first pressure vessel 1 essentially the pressure p21 'in the second pressure vessel 2 , At the same time, the first pressure vessel is the fuel cell stack 300 over the anode inflow path 215 Fuel ready. But this does not have to be this way. Likewise, the fuel cell stack could 300 also be provided with some delay fuel. The pressure equalization heats the fuel in the second pressure vessel 2 abruptly from the temperature T21 = T G to the temperature T 21 ' . This is due to the fact that comparatively warm fuel in the second pressure vessel 2 flows and at the same time by the compression in the second pressure vessel 2 Compression heat arises. The removal from the first pressure vessel 1 At time t1 simultaneously causes a sudden drop in the fuel temperature in the first pressure vessel from the original value T 11 to a temperature T 11 ' , which is lower than the temperature T 21' in the second pressure vessel 2 , However, the temperature T 11 is higher than the fuel limit temperature T G. Thus, so after the pressure equalization continues to fuel be provided from the first or second pressure vessel 1 . 2 , Appropriately, now the second tank shut-off valve 252 closed until time t2 and fuel is removed from the first pressure vessel 1 taken to the temperature T 1X from the fuel in the first pressure vessel 1 At time t2, the fuel limit temperature T G is reached again. If this is the case, both tank shut-off valves will again be used 251 . 251 opened and it comes back to the pressure balance between the pressure vessel 1,2. Subsequently, in the period E 2C, the fuel is again from the second pressure vessel 2 taken at the same time, the first Tankabsperrventil 251 closed is.

Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie eine Kraftstoffversorgungsanlage, insbesondere zur Versorgung mit Wasserstoff, die mehrere Druckbehälter bzw. Drucktanks umfasst. Die BrennstoffEntnahme kann parallel aus beiden Drucktanks gleichzeitig erfolgen. Sie kann aber auch zuerst aus einem Drucktank und dann aus dem anderen Drucktank erfolgen, beispielsweise wenn Grenzparameter in dem ersten Drucktank erreicht werden.In other words, the technology disclosed herein relates to a fuel supply system, in particular for supplying hydrogen, which comprises a plurality of pressure vessels or pressure tanks. The fuel extraction can take place simultaneously from both pressure tanks simultaneously. But it can also be done first from a pressure tank and then from the other pressure tank, for example, when limit parameters are reached in the first pressure tank.

Der Drucktank 2 ist der Tank, aus dem man zuerst Brennstoff entnimmt und der erste Drucktank 1 ist der Tank, aus dem man Brennstoff entnehmen will. Im Zeitraum t0 - t1 wird zuerst nur aus dem Drucktank 2 entnommen. Mit dieser Entnahme wird sich der Drucktank 2 abkühlen bis er die tiefste mögliche bzw. erlaubte Temperatur TG erreicht.The pressure tank 2 is the tank from which fuel is first removed and the first pressure tank 1 is the tank from which you want to extract fuel. In the period t0 - t1, first only from the pressure tank 2 taken. With this removal, the pressure tank will be 2 Cool until it reaches the lowest possible or allowed temperature T G.

Ab diesem Zeitpunkt t1 wird im Zeitraum t1 - t2 Brennstoff nur aus dem Drucktank 1 entnommen. Dieser Zustand kann auch als E1 bezeichnet werden. Der Drucktank 1 wird sich auch mit dieser Entnahme progressiv abkühlen. Gleichzeitig wird sich der Drucktank 2 aber aufwärmen, da kein Brennstoff mehr aus dem Drucktank 1 entnommen wird. Wenn der Drucktank 1 seine tiefste mögliche/erlaubte Temperatur TG erreicht hat, wird im Zeitraum t2 - t3 Brennstoff wieder aus dem Drucktank 2 entnommen (Zustand E2).From this point in time t1 fuel will only come out of the pressure tank in the period t1 - t2 1 taken. This condition can also be referred to as E 1 . The pressure tank 1 will cool progressively with this removal. At the same time, the pressure tank will be 2 but warm up because there is no fuel left from the pressure tank 1 is removed. When the pressure tank 1 its lowest possible / allowed temperature T G has reached, in the period t2 - t3 fuel again from the pressure tank 2 removed (condition E2 ).

Gemäß der hier offenbarten Technologie ist zum Zeitpunkt t1 Drucktank 2 kalt und Drucktank 1 warm. Da vorher aus Drucktank 2 entnommen wurde und aus Drucktank 1 nicht, ist der Druck im Drucktank 2 niedriger als in Drucktank 1. Bevorzugt wird gemäß der hier offenbarten Technologie das Aufwärmen eines Drucktanks beschleunigt. Dieses ist kann dadurch geschehen, das der kalte Drucktank 2 mit warmen Brennstoff aus dem Drucktank 1 durch kurzzeitigen Überströmvorgang befüllt wird. Ein Teil des Brennstoffs aus dem Drucktank 1 wird verwendet, um das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs zu versorgen. Der zweite Teil des entnommenen Brennstoffs aus dem Drucktank 1 wird verwendet, um den Drucktank 2 zu befüllen. Diese „Betankung“ von Drucktank 2 erfolgt einfach mit der Druckdifferenz zwischen Drucktank 1 und 2. Die Betankung vom Drucktank 2 mit warmen Brennstoff aus dem Drucktank 1 wird das Aufwärmen des Drucktanks 2 aus zwei Gründen beschleunigen: Erstens, es wird warmer Brennstoff in den Drucktank 2 eingeströmt und mit dem vorhandenen kalten Brennstoff vermischt. Dadurch wird die Mischtemperatur erhöht. Zweitens, es wird der Druck im Drucktank 2 erhöht und durch die Kompressionswärme wird der Brennstoff weiter erwärmt. Mit diesem Konzept wird der Drucktank 2 schneller aufgewärmt und wird schneller wieder betriebsfähig werden. Wenn der Drucktank 1 zu kalt wird, kann dieselbe Betriebsstrategie für den Drucktank 1 angewendet werden. Damit kann man vermeiden, dass beide Drucktanks die untere Temperaturgrenze erreichen, bevor sie ganz leer geworden sind. Fahrbereitschaftsstörungen mit z.B. halbvollen Drucktank werden vermieden. Das Tanksystem kann ohne Einschränkung auch bei sehr kalten Umgebungstemperaturen restlos entleert werden.tAccording to the technology disclosed herein, at time t1, the pressure tank is pressurized 2 cold and pressure tank 1 warm. As previously out of pressure tank 2 was taken and from pressure tank 1 not, is the pressure in the pressure tank 2 lower than in a pressure tank 1 , Preferably, according to the technology disclosed herein, the warm-up of a pressure tank is accelerated. This can be done by the cold pressure tank 2 with warm fuel from the pressure tank 1 is filled by brief Überströmvorgang. Part of the fuel from the pressure tank 1 is used to supply the drive unit of the motor vehicle. The second part of the removed fuel from the pressure tank 1 is used to the pressure tank 2 to fill. This "refueling" of pressure tank 2 is simply done with the pressure difference between the pressure tank 1 and 2 , Refueling from the pressure tank 2 with warm fuel from the pressure tank 1 will warm up the pressure tank 2 for two reasons: First, it will be warm fuel in the pressure tank 2 flowed in and mixed with the existing cold fuel. This increases the mixing temperature. Second, it will be the pressure in the pressure tank 2 increases and by the heat of compression of the fuel is further heated. With this concept, the pressure tank 2 warmed up faster and will become operational again sooner. When the pressure tank 1 too cold, can the same operating strategy for the pressure tank 1 be applied. This will prevent both tanks from reaching the lower temperature limit before they have become completely empty. Driving readiness problems with eg half full pressure tank are avoided. The tank system can be completely emptied without restriction even in very cold ambient temperatures

Die 3 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der hier offenbarten Technologie. Der Prozess startet mit dem Schritt S100. Im Schritt S200 wird festgestellt, ob die Temperatur vom Brennstoff im Druckbehälter 1 höher ist als die Brennstoffgrenztemperatur TG. Ist dies der Fall, so wird im Schritt S300 die Entnahme aus dem Druckbehälter 1 zugelassen. Ist dies indes nicht der Fall, so wird im Schritt S210 ein Druckausgleich zwischen dem ersten und zweiten Druckbehälter 1, 2 erzielt. Dabei strömt aus dem vergleichsweise warmen Druckbehälter 2 entnommener Brennstoff in den Druckbehälter 1 ein. Im Schritt S400 wird überprüft, ob die Temperatur vom Brennstoff im Druckbehälter zwei größer ist als die Brennstoffgrenztemperatur TG. Ist dies der Fall so wird im Schritt S500 Brennstoff aus dem Druck Behälter zwei entnommen und dem Energiewandler zugeführt. Ist dies indes nicht der Fall, so wird im Schritt S600 geprüft ob die aktuelle Temperatur vom Brennstoff im ersten Druckbehälter 1 und im zweiten Druckbehälter 2 größer sind als die Brennstoffgrenztemperatur TG. Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt S700 die Entnahme aus beiden Druckbehältern 1, 2 untersagt und ein entsprechender Hinweis über eine Benutzerschnittstelle ausgegeben. Ist indes die Temperatur im ersten Druckbehälter größer als die Brennstoffgrenztemperatur TG, so wird im Schritt S610 erneut ein Druckausgleich zwischen den beiden Druckbehältern erzielt. Dabei strömt nun aus dem ersten Druckbehälter 1 Brennstoff in den zweiten Druckbehälter 2 ein. Das Verfahren wird dann mit dem Schritt S200 fortgesetzt.The 3 schematically shows a flow chart for carrying out the technology disclosed herein. The process starts with the step S100 , In step S200 it is determined if the temperature of the fuel in the pressure vessel 1 is higher than the fuel limit temperature T G. If this is the case, then in step S300 the removal from the pressure vessel 1 authorized. If this is not the case, then in step S210 a pressure equalization between the first and second pressure vessel 1 . 2 achieved. It flows from the relatively warm pressure vessel 2 removed fuel into the pressure vessel 1 on. In step S400 it is checked whether the temperature of the fuel in the pressure vessel two is greater than the fuel limit temperature T G. If so, it will be in step S500 Fuel taken from the pressure tank two and fed to the energy converter. If this is not the case, then in step S600 Checked whether the current temperature of fuel in the first pressure vessel 1 and in the second pressure vessel 2 are greater than the fuel limit temperature T G. If this is not the case, then in step S700 the removal from both pressure vessels 1 . 2 prohibited and a corresponding note issued via a user interface. If, however, the temperature in the first pressure vessel is greater than the fuel limit temperature T G , then in step S610 again achieved a pressure equalization between the two pressure vessels. It now flows from the first pressure vessel 1 Fuel in the second pressure vessel 2 on. The procedure then goes to the step S200 continued.

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.

Claims (10)

Verfahren zur Entnahme von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem eines Kraftfahrzeuges, wobei das Druckbehältersystem mindestens einen ersten Druckbehälter (1) und einen zweiten Druckbehälter (2) aufweist, wobei der erste Druckbehälter (1) und der zweite Druckbehälter (2) zumindest bereichsweise parallele Brennstoffströmungspfade (211, 212) ausbilden, umfassend den Schritt, wonach aus dem ersten Druckbehälter (1) Brennstoff entnommen wird, und wonach der entnommene Brennstoff teilweise mindestens einem Energiewandler (300) und dem zweiten Druckbehälter (2) zugeführt wird.Method for removing fuel from a pressure vessel system of a motor vehicle, wherein the pressure vessel system has at least a first pressure vessel (1) and a second pressure vessel (2), wherein the first pressure vessel (1) and the second pressure vessel (2) at least partially parallel fuel flow paths (211 , 212), comprising the step of extracting fuel from the first pressure vessel (1), and then supplying the extracted fuel in part to at least one energy converter (300) and the second pressure vessel (2). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der entnommene Brennstoff aus dem ersten Druckbehälter (1) dem zweiten Druckbehälter (2) nur zu Zeitpunkten zugeführt wird, in denen die Brennstofftemperatur (T2X) im zweiten Druckbehälter (2) geringer ist als die Brennstofftemperatur (T1X) im ersten Druckbehälter (1).Method according to Claim 1 wherein the extracted fuel from the first pressure vessel (1) is supplied to the second pressure vessel (2) only at times when the fuel temperature (T2X) in the second pressure vessel (2) is less than the fuel temperature (T 1X ) in the first pressure vessel ( 1). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei aus dem ersten Druckbehälter (1) nur solange der Brennstoff entnommen und dem zweiten Druckbehälter (2) zugeführt wird, bis die Brennstofftemperatur (T1X) im ersten Druckbehälter (1) eine Brennstoffgrenztemperatur (TGu) erreicht.Method according to Claim 1 or 2 , wherein from the first pressure vessel (1) only as long as the fuel is removed and the second pressure vessel (2) is supplied until the fuel temperature (T 1X ) in the first pressure vessel (1) reaches a fuel limit temperature (T Gu ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend im Schritt, wonach es zu einem Druckausgleich zwischen dem ersten und zweiten Druckbehälter (1, 2) kommt, nachdem die Brennstofftemperatur (T1X) im ersten Druckbehälter (1) eine bzw. die Brennstoffgrenztemperatur (TGU) erreicht hat.Method according to one of the preceding claims, further comprising in step, after which there is a pressure equalization between the first and second pressure vessel (1, 2) after the fuel temperature (T 1X ) in the first pressure vessel (1) one or the fuel limit temperature (T GU ) has reached. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei aus dem zweiten Druckbehälter (2) Brennstoff entnommen und dem Energiewandler (300) zugeführt wird, nachdem die Brennstofftemperatur (Tix) im ersten Druckbehälter (1) die Brennstoffgrenztemperatur (TG) erreicht hat, und/oder nachdem es zum Druckausgleich zwischen dem ersten und zweiten Druckbehälter (1, 2) kam.Method according to Claim 3 or 4 wherein fuel is withdrawn from the second pressure vessel (2) and supplied to the energy converter (300) after the fuel temperature (Tix) in the first pressure vessel (1) has reached the fuel limit temperature (T G ) and / or after it has been pressurized between the first and second pressure vessel (1, 2) came. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei nach dem Druckausgleich der Energiewandler (300) solange aus dem zweiten Druckbehälter (2) mit Brennstoff versorgt wird, bis die Brennstofftemperatur (T2X) im zweiten Druckbehälter (2) die Brennstoffgrenztemperatur (TG) erreicht.Method according to Claim 4 or 5 , wherein after the pressure equalization of the energy converter (300) as long as from the second pressure vessel (2) is supplied with fuel until the fuel temperature (T2X) in the second pressure vessel (2) reaches the fuel limit temperature (T G ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dem Energiewandler (300) in Abhängigkeit von der jeweiligen Brennstofftemperatur im ersten und zweiten Druckbehälter (1,2) entweder aus dem ersten Druckbehälter (1) oder aus dem zweiten Druckbehälter (2) Brennstoff bereitgestellt wird, und wobei gleichzeitig aus dem Brennstoff bereitstellenden Druckbehälter weiterer Brennstoff entnommen und dem nicht Brennstoff bereitstellenden Druckbehälter zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the energy converter (300) depending on the respective fuel temperature in the first and second pressure vessel (1,2) either from the first pressure vessel (1) or from the second pressure vessel (2) fuel is provided, and wherein at the same time taken from the fuel-providing pressure vessel further fuel and the non-fuel-providing pressure vessel is supplied. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und zweite Druckbehälter (1, 2) über eine Fluidverbindung miteinander fluidverbunden sind, wobei in der Fluidverbindung kein Druckminderer vorgesehen ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the first and second pressure vessel (1, 2) are fluidly connected to each other via a fluid connection, wherein in the fluid connection no pressure reducer is provided. Druckbehältersystem zur Speicherung von Brennstoff, mit mindestens einem ersten Druckbehälter (1) und einem zweiten Druckbehälter (2), wobei das Druckbehältersystem eingerichtet ist, mindestens ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.A pressure vessel system for storing fuel, comprising at least a first pressure vessel (1) and a second pressure vessel (2), wherein the pressure vessel system is arranged, at least one method according to one of Claims 1 to 8th perform. Druckbehältersystem zur Speicherung von Brennstoff, umfassend: - mindestens einen ersten Druckbehälter (1) und einen zweiten Druckbehälter (2), wobei der erste Druckbehälter (1) und der zweite Druckbehälter (2) zumindest bereichsweise parallele Brennstoffströmungspfade (211, 212) ausbilden; und - mindestens ein Steuergerät, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, das Druckbehältersystem derart zu regeln und/oder zu steuern, dass aus dem ersten Druckbehälter (1) Brennstoff entnommen wird, und dass der entnommene Brennstoff teilweise mindestens einem Energiewandler (300) und dem zweiten Druckbehälter (2) zugeführt wird.A pressure vessel system for storing fuel, comprising: - At least a first pressure vessel (1) and a second pressure vessel (2), wherein the first pressure vessel (1) and the second pressure vessel (2) at least partially parallel fuel flow paths (211, 212) form; and - At least one control device, wherein the control device is adapted to control the pressure vessel system and / or to control that from the first pressure vessel (1) fuel is removed, and that the extracted fuel partially at least one energy converter (300) and the second pressure vessel (2) is supplied.
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