DE102020123039A1

DE102020123039A1 - Verfahren zur Überwachung eines Druckbehältersystems, Druckbehältersystem und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020123039A1
Application number: DE102020123039.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher Detmar
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2022-03-03

Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ein Verfahren zur Überwachung eines Druckbehältersystems 10, wobei eine Differenz aus einem ersten Druckwert und einem zweiten Druckwert gebildet wird, wobei der erste Druckwert anzeigend ist für einen Innendruck eines Druckbehälters 20 und der zweite Druckwert anzeigend ist für einen Druck in einem Entnahmeleitungssystem 40. Ist die Differenz größer als ein Schwellenwert, kann eine Sicherheitsfunktion aktiviert werden. Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ferner ein Druckbehältersystem 10 zur Ausführung eines solchen Verfahrens sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Druckbehältersystem 10.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Druckbehältersystems, ein zugehöriges Druckbehältersystem sowie ein zugehöriges Kraftfahrzeug.
Druckbehältersysteme weisen typischerweise einen oder mehrere Druckbehälter auf, in welchen insbesondere gasförmiger Brennstoff gelagert werden kann.
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, die Sicherheit eines Druckbehältersystems zu erhöhen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Druckbehältersystems. Das Druckbehältersystem weist (i) einen oder mehrere Druckbehälter sowie (ii) ein Entnahmeleitungssystem zur Verbindung des Druckbehälters oder der Druckbehälter mit einem Verbraucher auf. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

- Ermitteln eines ersten Druckwerts, der anzeigend ist für einen Innendruck des Druckbehälters oder der Druckbehälter,
- Ermitteln eines zweiten Druckwerts, der anzeigend ist für einen Druck in dem Entnahmeleitungssystem,
- Bilden einer Differenz zwischen dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert, und
- Aktivieren einer oder mehrerer Sicherheitsfunktionen, wenn die Differenz mindestens so groß ist wie ein der Sicherheitsfunktion zugeordneter Schwellenwert.

Es wurde erkannt, dass eine Differenz zwischen den beiden eben beschriebenen Druckwerten typischerweise mit einem Entnahmemassenstrom aus einem Druckbehälter korreliert. Wird diese Differenz zu groß, so kann dies auf einen zu hohen Entnahmemassenstrom hindeuten, welcher beispielsweise bei bestimmten Druckbehältertypen den Druckbehälter beschädigen kann. Durch die Aktivierung von Sicherheitsfunktionen basierend auf einem Vergleich der Differenz mit Schwellenwerten kann derartigen Beschädigungen oder auch anderen Problemen vorgebeugt werden.
Das Entnahmeleitungssystem kann insbesondere eine oder mehrere Leitungen aufweisen, welchen den oder die Druckbehälter mit dem Verbraucher verbinden, so dass der Verbraucher aus dem oder den Druckbehältern mit gasförmigem Brennstoff versorgt werden kann. Bei dem Verbraucher kann es sich beispielsweise um eine Brennstoffzelle oder um einen gasbetriebenen Verbrennungsmotor handeln.
Der erste Druckwert kann beispielsweise ein Wert sein, welcher unmittelbar einen Innendruck eines Druckbehälters angibt. Es kann sich jedoch auch um einen Wert handeln, welcher zumindest mit einem solchen Innendruck in Beziehung steht. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Druckwert um einen Wert handeln, welcher in einer Steuerungsvorrichtung oder einer anderen programmierbaren oder fest verdrahteten Einheit zur Ausführung des Verfahrens vorhanden ist und beispielsweise für Auswertungszwecke oder sonstige Zwecke verwendet wird. Ebenso kann es sich bei dem zweiten Druckwert insbesondere um einen Wert handeln, welcher unmittelbar den Druck im Entnahmeleitungssystem angibt, oder um einen Wert, welcher damit zumindest in Beziehung steht. Auch bei dem zweiten Druckwert kann es sich um einen Wert handeln, welcher in einer Steuerungsvorrichtung oder einer anderen programmierbaren oder fest verdrahteten Einrichtung vorhanden ist und für Auswertungszwecke oder andere Zwecke verwendet wird.
Bei Verwendung nur eines Druckbehälters kann der erste Druckwert insbesondere den Innendruck dieses Druckbehälters anzeigen. Bei Verwendung mehrerer Druckbehälter kann der erste Druckwert beispielsweise einen Mittelwert der Innendrücke aller oder einiger der Druckbehälter anzeigen, oder auch nur einen Innendruck einer der Druckbehälter anzeigen. Das Verfahren kann auch für jeden Druckbehälter separat ausgeführt werden, wobei in diesem Fall der jeweils gleiche zweite Druckwert verwendet werden kann.
Die Differenz kann insbesondere als mathematische Differenz aufgefasst werden, d.h. als Subtraktion des zweiten Druckwerts von dem ersten Druckwert. Typischerweise ist der erste Druckwert höher. Auch andere Realisierungen einer Differenzbildung können jedoch verwendet werden, insbesondere dann, wenn die Druckwerte nicht unmittelbar den jeweiligen Druck angeben. Insbesondere kann vor dem Vergleich mit dem oder den Schwellenwerten ein Absolutbetrag der Differenz gebildet werden.
Die Sicherheitsfunktionen können insbesondere derart wirken, dass sie einen Ausstrom von Gas aus mindestens einem Druckbehälter verlangsamen oder unterbinden. Dadurch können Beschädigungen vermieden werden. Auch andere Sicherheitsfunktionen sind jedoch möglich. Beispiele werden weiter unten genannt.
Insbesondere kann jeder Sicherheitsfunktion ein jeweiliger Schwellenwert zugeordnet sein, so dass sich die Schwellenwerte auch unterscheiden können. Die Schwellenwerte können jedoch auch gleich sein. Es können somit mehrere Sicherheitsfunktionen aktiviert werden, und zwar abhängig von der Differenz. Somit können beispielsweise bei nur kleinen Differenzen nur eine oder wenige Sicherheitsfunktionen aktiviert werden, und bei großen Differenzen können noch weitere Sicherheitsfunktionen aktiviert werden, welche beispielsweise noch stärker wirken.
Das Druckbehältersystem kann insbesondere ein Betankungsleitungssystem mit einer oder mehreren Betankungsleitungen zum Betanken der Druckbehälter aufweisen. Das Betankungsleitungssystem kann insbesondere zum Entnahmeleitungssystem separat sein. Vorteilhaft kann das Druckbehältersystem einen betankungsseitigen Drucksensor aufweisen, der den ersten Druckwert im Betankungsleitungssystem misst. Dadurch kann ein Druckwert im Betankungsleitungssystem gemessen werden, welcher typischerweise auch anzeigend für einen Innendruck von Druckbehältern ist. Eine Betankungsleitung ist typischerweise lediglich über ein Rückschlagventil mit dem Innenraum eines Druckbehälters verbunden, welches zum Innenraum des Druckbehälters hin durchlässig ist. Liegt in der Betankungsleitung ein höherer Druck an als im Innenraum des Druckbehälters, so fließt gasförmiger Brennstoff von dem Betankungsleitungssystem in den Druckbehälter. Dies tritt insbesondere beim Betanken auf. Jedoch tritt ein ähnlicher Effekt auch bei Entnahme von gasförmigem Brennstoff aus dem Innenraum des Druckbehälters auf, da in diesem Fall der Druck im Druckbehälter abgesenkt wird und somit gasförmiger Brennstoff aus dem Betankungsleitungssystem nachfließt. Dies ist so lange der Fall, bis sich der Druck im Betankungsleitungssystem und der Druck im Druckbehälter equilibriert haben. Da es typischerweise keinen Grund dafür gibt, dass der Druck im Druckbehälter größer wird als der Druck in einem Betankungsleitungssystem, kann der Druck im Betankungsleitungssystem als zuverlässiger Indikator für den Druck im Druckbehälter verwendet werden, wodurch vorteilhaft auf den Verbau eines Drucksensors im Druckbehälter verzichtet werden kann. Das Betankungsleitungssystem kann insbesondere im Betrieb gegenüberliegend zum Druckbehälter abgeschlossen sein, so dass ein Entweichen von in dem Betankungsleitungssystem vorhandenem Gas nur in den Druckbehälter möglich ist.
Die eine oder mehreren Betankungsleitungen können insbesondere an dem oder den Druckbehältern mittels jeweils eines Rückschlagventils angeschlossen sein. Dies entspricht der bereits beschriebenen Funktionalität, wobei für einen vorteilhaften Druckausgleich auch außerhalb von Betankungsvorgängen gesorgt werden kann und somit der Druck im Betankungsleitungssystem einen zuverlässigen Indikator für den Druck im Druckbehälter darstellt.
Das Druckbehältersystem kann gemäß einer Ausführung mindestens einen Behälterdrucksensor aufweisen, der den ersten Druckwert als Innendruck in zumindest einem Druckbehälter misst. Dies kann als Alternative zur Messung des ersten Druckwerts im Betankungsleitungssystem verstanden werden, wobei in diesem Fall der Druck unmittelbar im Druckbehälter gemessen wird. Die erwähnten Ausführungen können jedoch auch kombiniert werden, d.h. es können beispielsweise auch mehrere Drucksensoren verwendet werden, welche beispielsweise jeweils in einem Druckbehälter und/oder im Betankungsleitungssystem verwendet werden können, und es kann beispielsweise ein gemeinsamer Druckwert verwendet werden, welcher dann in die Differenz eingeht.
Gemäß einer Ausführung weist das Druckbehältersystem einen entnahmeseitigen Drucksensor auf, der den zweiten Druckwert im Entnahmeleitungssystem misst. Dies ermöglicht eine unmittelbare Messung des zweiten Druckwerts im Entnahmeleitungssystem, so dass auf sonst eventuell erforderliche Berechnungen oder Ableitungen des Drucks verzichtet werden kann. Die Messung kann an einer beliebigen Stelle im Entnahmeleitungssystem erfolgen, welche einen verwendbaren Druckwert liefert.
Das Entnahmeleitungssystem kann insbesondere eine oder mehrere Entnahmeleitungen aufweisen, die an jeweils einem Tankabsperrventil eines Druckbehälters angeschlossen sind. Das Tankabsperrventil ist typischerweise das Ventil, dessen Eingangsdruck (im Wesentlichen) dem Behälterdruck entspricht. Es wird auf Englisch auch als shut-off valve bezeichnet. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Das Tankabsperrventil ist in der Regel in ein On-Tank-Valve integriert. In der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26. April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rats über die Typengenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen wird ein solches Tankabsperrventil auch als erstes Ventil bezeichnet.
Gemäß einer Ausführung können einer, einige oder alle Schwellenwerte abhängig sein vom ersten Druckwert und/oder vom zweiten Druckwert. Dadurch kann eine Variation der Schwellenwerte in Abhängigkeit der Druckwerte realisiert werden, wodurch der Tatsache Rechnung getragen werden kann, dass Sicherheitsfunktionen in unterschiedlichen Druckbereichen sinnvollerweise bei unterschiedlichen Schwellenwerten der Differenz auslösen sollten. Insbesondere können einer, einige oder alle Schwellenwerte umso größer sein, je größer der erste Druckwert und/oder der zweite Druckwert ist. Damit kann berücksichtigt werden, dass bei hohen Druckwerten ohnehin ein großer Massenstrom auftritt, welcher zu einer hohen Differenz führt, so dass bei entsprechend hohen Drücken nur größere Werte der Differenz auch wirklich auf eine Fehlfunktion hindeuten, welche gegebenenfalls durch Sicherheitsfunktionen zu kompensieren wäre.
Auch eine umgekehrte Beziehung ist jedoch möglich. Auch kann ein Schwellenwert konstant sein.
Eine mögliche Sicherheitsfunktion ist eine Leistungsreduzierung des Verbrauchers. Beispielsweise kann der Verbraucher für einen bestimmten oder auch variablen Zeitraum in seiner Leistung reduziert werden, wobei beispielsweise für diesen Zeitraum nicht die volle Energieabgabe zur Verfügung steht. Dadurch kann auch der Entnahmemassenstrom des gasförmigen Brennstoffs verringert werden. Eine mögliche Sicherheitsfunktion ist ein Schließen eines oder mehrerer Tankabsperrventile. Dadurch kann der Entnahmemassenstrom aus dem Druckbehälter oder den Druckbehältern, welcher bzw. welche durch das Tankabsperrventil abgesperrt werden können, unterbunden werden. Eine mögliche Sicherheitsfunktion ist die Ausgabe einer Warnmeldung. Dadurch kann beispielsweise ein Fahrer durch ein optisches oder akustisches Signal darauf hingewiesen werden, dass er eine Werkstatt aufsuchen soll oder den Betrieb eines Kraftfahrzeugs einstellen soll. Eine weitere mögliche Sicherheitsfunktion wäre die dauerhafte Komplettabschaltung, was beispielsweise durch ein Schließen aller Ventile und ein Abschalten des Verbrauchers sowie gegebenenfalls durch weitere Maßnahmen zur Verhinderung der Wiederinbetriebnahme realisiert werden kann. Die genannten Sicherheitsfunktionen können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden oder auch einzeln vorgesehen werden. Insbesondere kann jeder Sicherheitsfunktion ein jeweiliger Schwellenwert zugeordnet sein, so dass eine individuelle Auslösung der Sicherheitsfunktionen möglich ist.
Mit den Sicherheitsfunktionen kann insbesondere auf Fehlerfälle wie beispielsweise ein Leck, eine Fehlfunktion eines Ventils oder einen Rohrbruch reagiert werden. Eine Sicherheitsfunktion kann somit insbesondere eine Funktion sein, welche ansprechend auf einen erkannten Fehlerfall aktiviert werden kann und die Auswirkungen des Fehlerfalls verringert.
Insbesondere kann basierend auf der Differenz ein Entnahmemassenstrom berechnet werden. Dies ermöglicht eine weitergehende Auswertung, da dann der Entnahmemassenstrom beispielsweise in der Einheit kg/h zur Verfügung steht. Der Entnahmemassenstrom kann insbesondere derjenige Massenstrom sein, welcher von der oder den Druckbehältern zum Verbraucher insgesamt fließt. Es kann vorgesehen sein, dass eine Sicherheitsfunktion aktiviert wird, wenn der Entnahmemassenstrom stärker als ein vorgegebener Maximalwert von einem Verbrauch des Verbrauchers abweicht. Dadurch können ein Verbrauch des Verbrauchers und ein berechneter Entnahmemassenstrom unmittelbar in Beziehung gesetzt werden, wobei die beiden Werte typischerweise gleich sein sollten, da der Entnahmemassenstrom ja vom Verbraucher verbraucht wird. Weichen die Werte mehr als durch Messfehler oder sonstige Toleranzen zu erwarten voneinander ab, deutet dies auf einen Fehlerfall hin, und eine Sicherheitsfunktion kann aktiviert werden, um weitere Schäden zu vermeiden. Die Abweichung und der Maximalwert können beispielsweise absolut oder relativ berechnet bzw. angegeben werden. Der Maximalwert kann konstant oder auch abhängig vom ersten Druckwert und/oder vom zweiten Druckwert sein, beispielsweise wie dies weiter oben mit Bezug auf die Schwellenwerte beschrieben wurde.
Durch einen solchen Vergleich des Entnahmemassenstroms mit einem Verbrauch kann insbesondere eine Rohrbruchsicherung implementiert werden.
Der Entnahmemassenstrom kann auch für eine Füllstandsberechnung und/oder Reichweitenberechnung verwendet werden. Dadurch kann der basierend auf der Differenz berechnete Entnahmemassenstrom auch für weitere Zwecke sinnvoll angewendet werden, nämlich für eine Füllstandsberechnung oder eine Reichweitenberechnung, welche beispielsweise einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs angezeigt wird.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Druckbehältersystem zur Bereitstellung von gasförmigem Brennstoff, umfassend (i) einen oder mehrere Druckbehälter, (ii) ein Entnahmeleitungssystem und (iii) eine Steuerungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, ein hierin beschriebenes Verfahren auszuführen. Bezüglich des Verfahrens kann auf alle beschriebenen Varianten zurückgegriffen werden. Damit können die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile erreicht werden.
Das Druckbehältersystem kann insbesondere ferner ein Betankungsleitungssystem aufweisen, das zum Entnahmeleitungssystem separat ist. Das Druckbehältersystem kann insbesondere auch einen betankungsseitigen Drucksensor zum Messen des ersten Drucks im Betankungsleitungssystem und einen entnahmeseitigen Drucksensor zum Messen des zweiten Drucks im Entnahmeleitungssystem aufweisen. Damit können die bereits weiter oben beschriebenen Vorteile erreicht werden. Auf die bereits weiter oben gegebene Beschreibung sei verwiesen.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Verbraucher für gasförmigen Brennstoff und einem hier offenbarten Druckbehältersystem zur Versorgung des Verbrauchers. Bezüglich des Druckbehältersystems, insbesondere bezüglich des in der Steuerungsvorrichtung realisierten Verfahrens, können alle beschriebenen Varianten verwendet werden.
Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch Compressed Natural Gas oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch Liquid Natural Gas oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Das Druckbehältersystem ist typischerweise mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln. Ein solches Druckbehältersystem umfasst typischerweise mindestens einen Druckbehälter, insbesondere ein Composite Overwrapped Pressure Vessel. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch Nominal Working Pressure oder NWP genannt) von mindestens 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck) oder mindestens 700 barü zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich (zum Beispiel mehr als 50 K oder mehr als 100 K) unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeugs liegen.
Der Druckbehälter kann insbesondere ein Typ-IV-Druckbehälter sein, welcher also insbesondere einen innenliegenden Liner und eine Hülle aus carbonfaserverstärktem Kunststoff aufweisen kann. Auch die Anwendung bei anderen Typen von Druckbehältern ist jedoch möglich.
Mit anderen Worten kann vorgesehen werden, die Sicherheit für Fahrzeuge mit Ein- oder Mehrtankdruckgasspeichersystemen mit getrennter Befüll- und Entnahmeleitung und mit Gas-Drucksensoren, insbesondere verbaut außerhalb der Tankbehälter in Befüll- oder Entnahmeleitungen, zu erhöhen. Die Tankbehälter bzw. Druckbehälter sind häufig Typ-IV-Behälter, was zumindest bei bestimmten Ausführungen ein erhöhtes Risiko einer Schädigung bei zu schnellem Druckabfall, hervorgerufen durch zu hohe Entnahmemassenströme, mit sich bringt. Dies kann auftreten beispielsweise im Fehlerfall des Verbrauchers, oder - bei Mehrtanksystemen - wenn ein Tankventil unbemerkt geschlossen bleibt und der gesamte Massenstrom aus dem bzw. den anderen Behältern bezogen wird. Ein Drucksensor in jedem einzelnen Tank, der diesen Druckabfall direkt sensieren könnte, ist häufig nicht vorhanden. Die Sensoren in den Leitungen lassen nur indirekt Rückschlüsse auf die einzelnen Tanks zu.
Bei einem definierten Entnahme-Massenstrom aus einem Tankbehälter entsteht im Tankventil ein Druckverlust, der dazu führt, dass der Druck in der Entnahmeleitung etwas geringer ist als der im Tank. Wird nun in einem Mehrtanksystem regulär aus allen Tanks entnommen, so stellt sich in der Entnahmeleitung ein Druck ein, der im Wesentlichen von den Tankdrücken der Tanks und dem Massenstrom abhängt. Die Differenz des Drucks in der Entnahmeleitung zu den Tankdrücken ist somit ein Maß für den Massenstrom. Da die Differenz zwischen dem Druck und der Betankungsleitung und dem/den Tanks näherungsweise konstant ist (ausgenommen leckagebedingte Unschärfen), ist auch die Druckdifferenz zwischen Betankungs- und Entnahmeleitung ein Maß für den Massenstrom. Aus dieser Differenz kann somit im Rahmen der Messgenauigkeit der Entnahmemassenstrom ermittelt werden und bei zu hohen Werten eingegriffen werden.
Des Weiteren kann ein Wert für eine maximal erlaubte Druckdifferenz (absolut oder für höhere Genauigkeit in Abhängigkeit des Drucks in der Betankungsleitung) ermittelt werden. Ist nun die Entnahme aus einem der Tanks eines Mehrtanksystems nicht möglich (zum Beispiel Defekt eines On-Tank-Valve), so steigt bei gleichem Entnahmemassenstrom des Verbrauchers der Gesamtdruckverlust der anderen Tanks zur Entnahmeleitung und damit die Druckdifferenz Betankungs-EntnahmeLeitung. Überschreitet die Differenz den Grenzwert, kann der Entnahmemassenstrom reduziert oder die Entnahme durch zum Beispiel Schließen aller Tankventile abgebrochen werden. Eine Schädigung der Druckbehälter wird somit vermieden.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figur erläutert. Dabei zeigt:

1: ein Druckbehältersystem und einen Verbraucher.

1 zeigt ein Druckbehältersystem 10 zur Ausführung des hierin offenbarten Verfahrens in einer rein schematischen Darstellung. Das Druckbehältersystem 10 ist mit einem rein schematisch dargestellten Verbraucher 60 verbunden, bei welchem es sich beispielsweise um eine Brennstoffzelle oder um einen gasbetriebenen Verbrennungsmotor handeln kann.
Das Druckbehältersystem 10 weist einen Druckbehälter 20 auf. Es sei erwähnt, dass grundsätzlich auch mehrere solcher Druckbehälter 20 verwendet werden können. Das Verfahren ist jedoch bereits bei einem solchen Druckbehälter 20 anwendbar.
Das Druckbehältersystem 10 weist ein Betankungsleitungssystem 30 auf. Dieses weist vorliegend eine Betankungsleitung 31 auf, welche über ein Rückschlagventil 32 mit dem Druckbehälter 20 verbunden ist. Das Rückschlagventil 32 ist so verschaltet, dass der Druckbehälter 20 über die Betankungsleitung 31 betankt werden kann. Typischerweise ist hierfür die Betankungsleitung 31 mit einem Anschluss für einen Betankungsschlauch einer Tankstelle verbunden, welcher jedoch nicht dargestellt ist. An der Betankungsleitung 31 ist ein betankungsseitiger Drucksensor 34 angeschlossen, welcher den Druck innerhalb der Betankungsleitung 31 misst. Dieser wird als erster Druckwert bezeichnet. Aufgrund der Schaltung des Rückschlagventils 32 stellt sich in der Betankungsleitung 31 grundsätzlich der gleiche Druck ein wie innerhalb des Druckbehälters 20. Wird also beispielsweise Gas aus dem Druckbehälter 20 entnommen, so strömt über das Rückschlagventil 32 Gas aus der Betankungsleitung 31 nach und der Druck ist somit ausgeglichen.
Das Druckbehältersystem 10 weist ferner ein Entnahmeleitungssystem 40 auf. Das Entnahmeleitungssystem 40 weist eine Entnahmeleitung 41 auf, welche über ein Tankabsperrventil 42 an dem Druckbehälter 20 angeschlossen ist. An der Entnahmeleitung 41 ist ferner ein entnahmeseitiger Drucksensor 44 angeschlossen, welcher den Druck innerhalb der Entnahmeleitung 41 misst. Der entsprechende Wert wird als zweiter Druckwert bezeichnet.
Die Entnahmeleitung 41 ist an einem Druckminderer 50 angeschlossen, welcher wiederum über eine Verbraucheranschlussleitung 55 mit dem Verbraucher 60 verbunden ist. Der Verbraucher 60 kann auf diese Weise mit einem für ihn passenden Druck gasförmigen Brennstoff erhalten, welcher in dem Druckbehälter 20 gelagert wird.
Da wie bereits weiter oben erwähnt der erste Druckwert dem Innendruck des Druckbehälters 20 entspricht, ist ein zusätzlicher Drucksensor innerhalb des Druckbehälters 20 grundsätzlich nicht erforderlich.
Das Druckbehältersystem 10 weist ferner eine Steuerungsvorrichtung 15 auf, welche mit den beiden Drucksensoren 34, 44 verbunden ist. Die Steuerungsvorrichtung 15 erhält somit die beiden Druckwerte und bildet daraus eine Differenz. Es hat sich gezeigt, dass diese Differenz anzeigend ist für einen Entnahmemassenstrom aus dem Druckbehälter 20 zu dem Verbraucher 60, da bei einem hohen Entnahmemassenstrom der zweite Druckwert absinkt, wohingegen der erste Druckwert grundsätzlich weiterhin den Innendruck des Druckbehälters 20 angibt. Die Differenz wird von der Steuerungsvorrichtung 15 ermittelt und mit mehreren Schwellenwerten verglichen. Jeder Schwellenwert ist dabei einer Sicherheitsfunktion zugeordnet, wobei in einer beispielhaften Implementierung zwei Schwellenwerte verwendet werden können. Übersteigt die Differenz den ersten Schwellenwert, so kann beispielsweise eine Leistungsreduzierung des Verbrauchers 60 aktiviert werden, so dass der Entnahmemassenstrom geringer wird. Übersteigt die Differenz auch einen zweiten, größeren Schwellenwert, so kann das Tankabsperrventil 42 geschlossen werden, um die weitere Entnahme von gasförmigem Brennstoff aus dem Druckbehälter 20 zu verhindern. Durch diese Vorgehensweise wird verhindert, dass ein zu großer Entnahmemassenstrom aus dem Druckbehälter 20 fließt, welcher insbesondere bei bestimmten Druckbehältertypen eventuell für eine Beschädigung oder eine vorzeitige Alterung des Druckbehälters 20 führen könnte.
Des Weiteren kann aus der Differenz auch der Entnahmemassenstrom berechnet werden und mit einem Entnahmemassenstrom verglichen werden, welcher basierend auf einer aktuellen Leistung des Verbrauchers 60 berechnet wird. Weichen die beiden Werte der Entnahmemassenströme zu stark voneinander ab, deutet dies auf ein Leck hin, wobei in diesem Fall beispielsweise ebenfalls das Tankabsperrventil 42 geschlossen werden kann, um ein unkontrolliertes Ausströmen von gasförmigem Brennstoff zu vermeiden. Des Weiteren kann ein solcher berechneter Entnahmemassenstrom auch für eine Reichweitenanzeige oder eine Füllstandsanzeige verwendet werden.
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter, die/eine Entnahmeleitung, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Entnahmeleitung, etc.).
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.
Bezugszeichenliste

10: Druckbehältersystem
15: Steuerungsvorrichtung
20: Druckbehälter
30: Betankungsleitungssystem
31: Betankungsleitung
32: Rückschlagventil
34: betankungsseitiger Drucksensor
40: Entnahmeleitungssystem
41: Entnahmeleitung
42: Tankabsperrventil
44: entnahmeseitiger Drucksensor
50: Druckminderer
55: Verbraucheranschlussleitung
60: Verbraucher

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Druckbehältersystems (10), - wobei das Druckbehältersystem (10) einen oder mehrere Druckbehälter (20) sowie ein Entnahmeleitungssystem (40) zur Verbindung des Druckbehälters (20) oder der Druckbehälter (20) mit einem Verbraucher (60) aufweist, und - wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Ermitteln eines ersten Druckwerts, der anzeigend ist für einen Innendruck des Druckbehälters (20) oder der Druckbehälter (20), - Ermitteln eines zweiten Druckwerts, der anzeigend ist für einen Druck in dem Entnahmeleitungssystem (40), - Bilden einer Differenz zwischen dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert, und - Aktivieren einer oder mehrerer Sicherheitsfunktionen, wenn die Differenz mindestens so groß ist wie ein der Sicherheitsfunktion zugeordneter Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 1, - wobei das Druckbehältersystem (10) ein Betankungsleitungssystem (30) mit einer oder mehreren Betankungsleitungen (31) zum Betanken des oder der Druckbehälter (20) aufweist, wobei das Betankungsleitungssystem (30) zum Entnahmeleitungssystem (40) separat ist, und - wobei das Druckbehältersystem (10) einen betankungsseitigen Drucksensor (34) aufweist, der den ersten Druckwert im Betankungsleitungssystem (30) misst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die eine oder mehrere Betankungsleitungen (31) an dem oder den Druckbehältern (20) mittels jeweils eines Rückschlagventils (32) angeschlossen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckbehältersystem (10) mindestens einen Behälterdrucksensor aufweist, der den ersten Druckwert als Innendruck in mindestens einem Druckbehälter (20) misst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckbehältersystem (10) einen entnahmeseitigen Drucksensor (44) aufweist, der den zweiten Druckwert im Entnahmeleitungssystem (40) misst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entnahmeleitungssystem (40) eine oder mehrere Entnahmeleitungen (41) aufweist, die an jeweils einem Tankabsperrventil (42) eines Druckbehälters (20) angeschlossen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer, einige oder alle Schwellenwerte abhängig sind vom ersten Druckwert und/oder vom zweiten Druckwert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei einer, einige oder alle Schwellenwerte umso größer sind, je größer der erste Druckwert und/oder der zweite Druckwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitsfunktion oder die Sicherheitsfunktionen eine Leistungsreduzierung des Verbrauchers (60), ein Schließen eines oder mehrerer Tankabsperrventile (42), eine dauerhafte Komplettabschaltung und/oder die Ausgabe einer Warnmeldung ist bzw. sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei basierend auf der Differenz ein Entnahmemassenstrom berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Sicherheitsfunktion aktiviert wird, wenn der Entnahmemassenstrom stärker als ein vorgegebener Maximalwert von einem Verbrauch des Verbrauchers (60) abweicht.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Entnahmemassenstrom für eine Füllstandsberechnung und/oder Reichweitenberechnung verwendet wird.
Druckbehältersystem (10) zur Bereitstellung von gasförmigem Brennstoff, umfassend - einen oder mehrere Druckbehälter (20), - ein Entnahmeleitungssystem (40), und - eine Steuerungsvorrichtung (15), die dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Druckbehältersystem (10) nach Anspruch 13, - wobei das Druckbehältersystem (10) ferner ein Betankungsleitungssystem (30) aufweist, das zum Entnahmeleitungssystem (40) separat ist, und - wobei das Druckbehältersystem (10) einen betankungsseitigen Drucksensor (34) zum Messen des ersten Drucks im Betankungsleitungssystem (30) und einen entnahmeseitigen Drucksensor (44) zum Messen des zweiten Drucks im Entnahmeleitungssystem (40) aufweist.
Kraftfahrzeug mit einem Verbraucher (60) für gasförmigen Brennstoff und mit einem Druckbehältersystem (10) nach Anspruch 13 oder 14 zur Versorgung des Verbrauchers (60).