DE102022212019A1 - Tanksystem und Verfahren zum Prüfen eines Trennventils in einem Tanksystem - Google Patents

Tanksystem und Verfahren zum Prüfen eines Trennventils in einem Tanksystem Download PDF

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Stefan Kieferle
Markus Strasser
Nicolas Wussler
Martin Schwab
Christian Schugger
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Prüfen eines schaltbaren Trennventils einer Ventileinrichtung offenbart, welche einen Tankbehälter mit einem Leitungssystem verbindet, wobei in dem Tankbehälter ein Gas mit einem ersten Druck gespeichert ist, und in dem Leitungssystem ein zweiter Druck vorliegt, der kleiner als der erste Druck ist. Das Verfahren umfasst ein Ansteuern des Trennventils, um dieses von einer Schließstellung, in welcher das Trennventil einen das Leitungssystem und den Tankbehälter verbindenden Entnahmepfad der Ventileinrichtung verschließt, in eine Öffnungsstellung zu schalten, in welcher das Trennventil den Entnahmepfad öffnet, ein Erfassen eines Druckverlaufs in einem tankseitigen Abschnitt des Entnahmepfads, der sich zwischen dem Tankbehälter und dem Trennventil erstreckt, ein Ermitteln, ob in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall enthalten ist, und ein Ausgeben eines Fehlersignals, wenn ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall nicht enthalten ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tanksystem, insbesondere ein Tanksystem zum Speichern eines gasförmigen Brennstoffs, wie z.B. Wasserstoff, und zum Versorgen eines Verbrauchersystems mit dem gasförmigen Brennstoff sowie ein Verfahren zum Prüfen eines Trennventils in einem Tanksystem.
  • Stand der Technik
  • Wasserstoff und andere gasförmige Brennstoffe können in mobilen Anwendungen, insbesondere in Straßenfahrzeugen, zum Betrieb von Antriebseinrichtungen eingesetzt werden. Dies umfasst sowohl den Betrieb von Brennstoffzellen als auch von Verbrennungsmotoren oder anderen Wärmekraftmaschinen. Auch in stationären Anwendungen können gasförmige Brennstoffe zur Energieerzeugung vorteilhaft eingesetzt werden. Üblicherweise wird das Gas hierzu in einem Tanksystem mit einem oder mehreren Tankbehältern gespeichert und über ein Leitungssystem, das mit dem Tankbehälter oder den Tankbehältern verbunden ist, dem Verbrauchersystem, z.B. einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor, zugeführt.
  • In der US 7 367 349 B2 wird ein Versorgungssystem für eine Brennstoffzelle beschrieben, bei dem mehrere Tanks parallel über jeweils eine Entnahmeleitung mit einem Leitungssystem zur Versorgung der Brennstoffzelle verbunden sind. In jeder Entnahmeleitung ist ein schaltbares Trennventil angeordnet, um den jeweiligen Tank mit dem Leitungssystem zu verbinden oder von diesem zu trennen. Beim Starten des Systems wird zunächst nur eines der Trennventile geöffnet, um den Druck im Leitungssystem zu erhöhen, und anschließend werden die restlichen Ventile geöffnet. Dies dient dem Zweck, die Abnutzung der Ventile zu verringern, indem die Druckdifferenz zwischen den Tanks und dem Hochdruckleitungssystem zum Zeitpunkt des Öffnens der restlichen Ventile verringert wird.
  • Allgemein ist es wünschenswert, dass die Trennventile beim Start des Systems zuverlässig öffnen, um die Betriebssicherheit zu erhöhen. Dies gilt sowohl bei Systemen mit nur einem Tankbehälter als auch bei Systemen mit mehreren Tankbehältern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Tanksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bereit.
  • Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen eines schaltbaren Trennventils einer Ventileinrichtung vorgesehen, welche einen Tankbehälter mit einem Leitungssystem verbindet, wobei in dem Tankbehälter ein Gas mit einem ersten Druck gespeichert ist, und in dem Leitungssystem ein zweiter Druck vorliegt, der kleiner als der erste Druck ist. Das Verfahren umfasst ein Ansteuern des Trennventils, um dieses von einer Schließstellung, in welcher das Trennventil einen das Leitungssystem und den Tankbehälter verbindenden Entnahmepfad der Ventileinrichtung verschließt, in eine Öffnungsstellung zu schalten, in welcher das Trennventil den Entnahmepfad öffnet, ein Erfassen eines Druckverlaufs in einem tankseitigen Abschnitt des Entnahmepfads, der sich zwischen dem Tankbehälter und dem Trennventil erstreckt, ein Ermitteln, ob in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall enthalten ist, und ein Ausgeben eines Fehlersignals, wenn ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall nicht enthalten ist.
  • Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Tanksystem zumindest einen Tankbehälter zum Speichern von Gas, insbesondere von Wasserstoff, ein Leitungssystem zur Versorgung eines Verbrauchersystems, wie z.B. einer Brennstoffzelle oder einer Wärmekraftmaschine, eine Ventileinrichtung mit einem Entnahmepfad, welcher den Tankbehälter und das Leitungssystem verbindet, und einem in dem Entnahmepfad angeordneten schaltbaren Trennventil, welches zwischen einer Schließstellung, in der es den Entnahmepfad verschließt, und einer Öffnungsstellung schaltbar ist, in der es den Entnahmepfad öffnet, einen Drucksensor, welcher mit einem tankseitigen Abschnitt des Entnahmepfads, der sich zwischen dem Tankbehälter und dem Trennventil erstreckt, verbunden und dazu eingerichtet ist, den Druck im tankseitigen Abschnitt des Entnahmepfads zu erfassen, und eine Steuerungseinrichtung, die mit der Ventileinrichtung und dem Drucksensor signalverbunden und dazu eingerichtet ist, das Tanksystem zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche zu veranlassen.
  • Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, einen Druckverlauf tankseitig vom Trennventil zu erfassen und nach dem Ansteuern des Ventils auszuwerten. Da in dem Leitungssystem vor dem Öffnen des Trennventils ein niedrigerer Druck herrscht als im Tankbehälter und somit tankseitig vom Trennventil, führt das Öffnen des Trennventils zu einem kurzzeitigen tankseitigen Druckabfall. Das heißt, in einem tankseitigen Abschnitt eines Entnahmepfads der Ventileinrichtung tritt ein Unterschwinger im Druckverlauf auf, wenn das Trennventil aus seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung schaltet. Dieser kurzzeitige Druckabfall kann mittels einer Steuerungseinrichtung in dem vom Drucksensor gelieferten Drucksignal ermittelt oder detektiert werden. Wenn ein solcher Druckabfall festgestellt wird, kann auf ein korrektes Öffnen des jeweiligen Trennventils geschlossen werden. Wenn kein Druckabfall ermittelt wird, kann gefolgert werden, dass das Trennventil infolge der Ansteuerung nicht aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung geschaltet wurde.
  • Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein nicht schaltendes Trennventil zuverlässig erkannt werden kann.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Ansteuern des Trennventils ein Erzeugen einer ersten Öffnungskraft zum Öffnen des Trennventils umfasst, wobei, wenn ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall nicht enthalten ist, ein erneutes Ansteuern des Trennventils mit einer zweiten Öffnungskraft erfolgt, die größer als die erste Öffnungskraft ist, wobei die Schritte des Erfassens des Druckverlaufs und des Ermittelns erneut durchgeführt werden. Demnach kann, wenn beim ersten Ansteuern des Trennventils festgestellt wird, dass dieses nicht öffnet, ein erneutes Ansteuern des Trennventils erfolgen, und zwar mit einer erhöhten Öffnungskraft. Dadurch kann die Betriebssicherheit weiter erhöht werden, da das Tanksystem weiter voll funktionsfähig gehalten werden kann, wenn das Trennventil sich mit der erhöhten Öffnungskraft öffnen lässt.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Ausgeben des Fehlersignals nur dann erfolgt, wenn erneut ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem erneuten Ansteuern des Trennventils mit der zweiten Öffnungskraft ein Druckabfall nicht enthalten ist. Optional kann ein erstes Fehlersignal ausgegeben werden, wenn nach dem ersten Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall in dem erfassten Druckverlauf nicht ermittelt wird, und ein zweites Fehlersignal kann ausgegeben werden, wenn erneut ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem erneuten Ansteuern des Trennventils mit der zweiten Öffnungskraft ein Druckabfall nicht enthalten ist.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Trennventil als elektrisch ansteuerbares, stromlos geschlossenes Magnetventil ausgebildet ist, wobei das Erzeugen der ersten Öffnungskraft ein Bestromen des Trennventils mit einem ersten Steuerstrom umfasst, und wobei das Erzeugen der zweiten Öffnungskraft ein Bestromen des Trennventils mit einem zweiten Steuerstrom umfasst, der größer als der erste Steuerstrom ist.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass ein Ausgeben eines Freigabesignals erfolgt, wenn ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall enthalten ist.
  • Beispielsweise kann das Ausgeben des Freigabesignals ein Erzeugen einer Freigabemeldung und ein Schreiben der Freigabemeldung in einen Datenspeicher umfassen.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass mehrere Tankbehälter über mehrere Ventileinrichtungen, von denen jede ein schaltbares Trennventil aufweist, mit dem Leitungssystem verbunden sind, wobei jedes Trennventil angesteuert wird, um dieses von der Schließstellung in die Öffnungsstellung zu schalten, wobei ein Druckverlauf in dem tankseitigen Abschnitt des Entnahmepfads von jedem Trennventil nach dem Ansteuern des jeweiligen Trennventils erfasst wird, wobei das Ermitteln, ob in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall enthalten ist, für jedes Trennventil erfolgt, und wobei das Ausgeben des Fehlersignals für jedes Trennventil, für das ermittelt wird, dass in dem jeweiligen erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des jeweiligen Trennventils ein Druckabfall nicht enthalten ist. Insbesondere bei einer Mehrzahl von Tankbehältern kann es zu unerwünschten Effekten führen, wenn eines der Trennventile nicht öffnet. Einerseits steht das in dem Tankbehälter, dessen Trennventil nicht öffnet, gespeicherte Gas nicht für das Verbrauchersystem zur Verfügung. Andererseits kommt es zu einer ungleichmäßigen Entleerung der Tankbehälter. Wenn das nicht öffnende Trennventil zu einem späteren Zeitpunkt, z.B. bei einem Neustart des Systems, doch öffnet, führt dies zu einem Druckausgleich und/oder einer Rückbefüllung der weiteren Tankbehälter. Solche Situationen können mithilfe des Verfahrens zuverlässig vermieden werden.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Trennventile nacheinander oder gleichzeitig angesteuert werden.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln, ob in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern des Trennventils ein Druckabfall enthalten ist, das Ermitteln eines Druckgradienten des erfassten Druckverlaufs umfasst, und ein Druckabfall ermittelt wird, wenn der Druckgradient innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums nach dem Ansteuern Werte kleiner Null annimmt.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Ausgeben des Fehlersignals ein Erzeugen einer Fehlermeldung und ein Schreiben der Fehlermeldung in einen Datenspeicher umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Ausgeben des Fehlersignals ein Ausgeben eines Warnsignals an eine Benutzerschnittstelle umfasst. Beispielsweise kann an einer Displayeinrichtung oder einer Warnleuchte der Benutzerschnittstelle ein optisches Signal ausgegeben werden, oder es kann ein akustisches oder haptisches Signal ausgegeben werden.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Trennventil als elektrisch ansteuerbares, stromlos geschlossenes Magnetventil ausgebildet ist.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Tanksystem mehrere Tankbehälter aufweist, die über mehrere Ventileinrichtungen, von denen jede ein schaltbares Trennventil aufweist, mit dem Leitungssystem verbunden sind.
  • Die hierin im Zusammenhang mit einem Aspekt der Erfindung offenbarten Merkmale und Vorteile sind auch für den jeweils anderen Aspekt offenbart.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht eines hydraulischen Schaltbilds eines Tanksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 eine Detailansicht einer Ventileinrichtung eines Tanksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    • 3 den Ablauf eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • 1 zeigt schematisch ein Tanksystem 100 zur Versorgung eines Verbrauchersystems 200 mit einem gasförmigen Brennstoff, z.B. Wasserstoff. Das Verbrauchersystem 200 kann z.B. eine Brennstoffzelle oder eine Wärmekraftmaschine sein. Das Tanksystem 100 kann beispielsweise in einer mobilen Anwendung, wie z.B. einem Fahrzeug, zum Einsatz kommen. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
  • Wie in 1 beispielhaft gezeigt, weist das Tanksystem 100 mehrere Tankbehälter 1, ein Leitungssystem 2, mehrere Ventileinrichtungen 3 und eine Steuerungseinrichtung 5 auf. Optional kann außerdem eine Benutzerschnittstelle 6 vorgesehen sein. In 1 ist rein beispielhaft ein Tanksystem 100 mit drei Tankbehältern 1 gezeigt. Es ist auch denkbar, dass das Tanksystem 100 lediglich einen Tankbehälter 1 oder eine andere Anzahl als drei Tankbehälter 1 aufweist. Ferner ist in 1 beispielhaft gezeigt, dass je Tankbehälter 1 jeweils eine Ventileinrichtung 3 vorgesehen ist, über welche der jeweilige Tankbehälter 1 mit dem Leitungssystem 2 verbunden ist. Alternativ ist auch denkbar, dass mehrere Tankbehälter 1 über eine gemeinsame Ventileinrichtung 3 mit dem Leitungssystem 2 verbunden sind.
  • Die Tankbehälter 1 definieren allgemein ein Innenvolumen und können z.B. dazu ausgebildet sein, Wasserstoff bei einem nominellen Druck bis zu 700 bar zu speichern.
  • Das Leitungssystem 2 kann z.B. ein Hochdruckleitungssystem 2 sein, welches über ein optionales Mitteldruckleitungssystem 7, welches in 1 lediglich symbolisch als Block dargestellt ist, mit dem Verbrauchersystem 2 verbunden ist. Wie in 1 schematisch dargestellt, sind die Tanks 1 parallel zueinander mit dem Leitungssystem 2 verbunden.
  • Die Ventileinrichtungen 3 sind dem jeweiligen Tank 1 zugeordnet und verbinden diesen mit dem Leitungssystem 2. 2 zeigt schematisch und stark vereinfacht einen beispielhaften Aufbau der Ventileinrichtung 3. Wie in 2 gezeigt, weist die Ventileinrichtung 3 einen ersten Innenanschluss 3A auf, welcher mit dem Innenvolumen des Tanks 1 verbunden ist, und einen Außenanschluss 3C, welcher mit dem Leitungssystem 2 verbunden ist. Weiterhin kann optional ein zweiter Innenanschluss 3B vorgesehen sein. Die Ventileinrichtung 3 weist, wie in 2 gezeigt, ein schaltbares Trennventil 30 und einen Drucksensor 4 auf. Optional kann zusätzlich ein Rückschlagventil 33 vorgesehen sein. Ebenso optional kann die Ventileinrichtung 3 einen Temperatursensor 35 aufweisen, wie in 2 rein beispielhaft gezeigt.
  • Der erste Innenanschluss 3A und der Außenanschluss 3C sind durch einen Entnahmepfad 31 miteinander verbunden, in welchem das Trennventil 30, z.B. in Form eines elektrisch schaltbaren, stromlos geschlossenen Magnetventils, angeordnet ist. Das Trennventil 30 teilt den Entnahmepfad 31 in einen tankseitigen Abschnitt 31A, der sich zwischen dem ersten Innenanschluss 3A und dem Trennventil 30 erstreckt, und einen leitungsseitigen Abschnitt 31B, der sich zwischen dem Trennventil 30 und dem Außenanschluss 3C erstreckt. Das Trennventil 30 ist zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung schaltbar. In 2 ist das Trennventil 30 in der Schließstellung dargestellt. In dieser verschließt es den Entnahmepfad, das heißt, es unterbricht die fluidisch leitenden Verbindung des tankseitigen und des leitungsseitigen Abschnitts 31A, 31B des Entnahmepfads 31 und verhindert somit, dass Gas aus dem Tankbehälter 1 vom ersten Innenanschluss 3A zum Außenanschluss 3C strömt. In der Öffnungsstellung öffnet das Trennventil 30 den Entnahmepfad, das heißt, es stellt eine fluidisch leitenden Verbindung des tankseitigen und des leitungsseitigen Abschnitts 31A, 31B des Entnahmepfads 31 her und lässt eine Strömung von Gas aus dem Tankbehälter 1 vom ersten Innenanschluss 3A zum Außenanschluss 3C zu.
  • Wie in 2 weiterhin gezeigt, kann der zweite Innenanschluss 3B durch einen Befüllpfad 32 mit dem Außenanschluss 3C verbunden sein. Das optionale Rückschlagventil 33 ist in dem Befüllpfad 32 angeordnet und derart ausgebildet, dass es nur eine Strömung vom Außenanschluss 3C zum zweiten Innenanschluss 3B zulässt. Wenn im Leitungssystem 2 ein höherer Druck herrscht als im Tankbehälter 1, kann auch bei geschlossenem Trennventil 30 Gas aus dem Leitungssystem 2 vom Außenanschluss 3C über den zweiten Innenanschluss 3B in den Tankbehälter 1 strömen.
  • Wie in 2 weiterhin gezeigt, ist der Drucksensor 4 mit dem tankseitigen Abschnitt 31A des Entnahmepfads 31 verbunden. Mittels des Drucksensors 4 kann somit der Druck im tankseitigen Abschnitt 31A des Entnahmepfads 31A erfasst werden.
  • Der optionale Temperatursensor 35 kann Teil der Ventileinrichtung 3 sein, wie in 2 rein beispielhaft gezeigt. Dabei ist der Temperatursensor 35 derart angeordnet, dass er mit dem Innenvolumen des Tankbehälters 1 verbunden ist. Mit dem Temperatursensor 35 ist somit eine Temperatur im Tankbehälter 1 messbar.
  • Die Steuerungseinrichtung 5 ist in 1 lediglich als Block dargestellt und kann insbesondere eine elektronische Steuerungseinrichtung 5 sein. Die Steuerungseinrichtung 5 kann z.B. einen Prozessor 50 und einen Datenspeicher 51 aufweisen. Der Prozessor 50 kann z.B. als CPU, als FPGA, als ASIC oder dergleichen realisiert sein. Der Datenspeicher 51 kann insbesondere ein nichtflüchtiger Datenspeicher sein, z.B. ein Flash-Speicher, ein SD-Speicher, eine Festplatte oder dergleichen. Der Datenspeicher 51 ist durch den Prozessor 50 auslesbar und kann beispielsweise Software speichern, welche durch den Prozessor 50 ausführbar ist und diesen dazu veranlasst, basierend auf Eingangssignalen, z.B. in Form von Messwerten, Ausgangssignalen, z.B. in Form von Steuersignalen zu erzeugen. Die Steuerungseinrichtung 5 ist mit den Ventileinrichtungen 3 und dem jeweiligen Drucksensor 4 signalverbunden, z.B. drahtgebunden über einen Datenbus, wie z.B. einen CAN-Bus, USB oder dergleichen, oder drahtlos, z.B. über WiFi, Bluetooth oder ähnliches.
  • Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung 5 dazu ausgebildet sein, das Tanksystem 100 zur Ausführung eines Verfahrens M zum Prüfen des schaltbaren Trennventils 30 der jeweiligen Ventileinrichtung 3 zu veranlassen. Der Ablauf eines Verfahrens M zum Prüfen des schaltbaren Trennventils 30 der jeweiligen Ventileinrichtung 3 ist in 3 schematisch dargestellt. Das Verfahren M geht von einer Ausgangssituation aus, bei der in dem Tankbehälter 1 ein Gas, z.B. Wasserstoff, mit einem ersten Druck gespeichert ist, und in dem Leitungssystem 2 ein zweiter Druck vorliegt, der kleiner als der erste Druck ist. Die Trennventile 30 sind hierbei geschlossen. Eine solche Ausgangssituation kann z.B. vor dem Starten bzw. Hochfahren des mit dem Tanksystem 100 verbundenen Verbrauchersystems 200 vorliegen. Das Verfahren M wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das oben beschriebene Tanksystem 100 erläutert.
  • In einem ersten Schritt M1 erfolgt ein Ansteuern M1 des Trennventils 30 mittels der Steuerungseinrichtung 5, z.B. indem diese ein Steuersignal an das Trennventil 30 ausgibt, um dieses von seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung zu schalten. Das Steuersignal kann insbesondere ein Erzeugen einer ersten Öffnungskraft zum Öffnen des Trennventils 30 veranlassen. Wenn das Trennventil 30, wie in 2 beispielhaft gezeigt, als elektrisch ansteuerbares, stromlos geschlossenes Magnetventil ausgebildet ist, kann das Erzeugen der ersten Öffnungskraft ein Bestromen des Trennventils 30 mit einem ersten Steuerstrom umfassen. Wenn, wie in 1 beispielhaft gezeigt, mehrere Tankbehälter 1 mit mehreren Ventileinrichtungen 3 vorgesehen sind, können die Trennventile 30 der verschiedenen Ventileinrichtung 3 nacheinander oder gleichzeitig angesteuert werden.
  • In Schritt M2 wird mittels des Drucksensors 4 der Druck in dem tankseitigen Abschnitt 31A des Entnahmepfads 31 in Zeitschritten erfasst. Die Steuerungseinrichtung 5 erhält somit ein Drucksignal, welches einen Druckverlauf darstellt.
  • In Schritt M3 ermittelt die Steuerungseinrichtung 5, ob in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (Schritt M1) des Trennventils 30 ein Druckabfall enthalten ist. Die Steuerungseinrichtung 5 wertet somit die Drucksignale aus, die ab dem Ansteuern des Trennventils 30 erfasst wurden, und prüft, ob die Drucksignale, zumindest zeitlich begrenzt, einen Druckabfall anzeigen. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung 5 einen Druckgradienten des erfassten Druckverlaufs ermitteln, wobei ein Druckabfall ermittelt bzw. detektiert wird, wenn der Druckgradient innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums nach dem Ansteuern Werte kleiner Null annimmt.
  • Wenn in Schritt M3 ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern M1 des Trennventils 30 ein Druckabfall enthalten ist, wie dies in 3 durch das Symbol „+“ gezeigt ist, kann das Verfahren zu Schritt M5 übergehen. Das Vorliegen eines Druckabfalls zeigt an, dass das jeweilige Trennventil 30 auf das Ansteuern (Schritt M1) geöffnet wurde. Infolge des Drucks im Leitungssystem 2, der kleiner ist als der Druck im Tankbehälter 1, kommt es nach dem Öffnen des Trennventils 30 zu einem Druckabfall, der in der Regel zeitlich begrenzt ist. Der Druckverlauf enthält somit eine Art Unterschwinger.
  • In Schritt M5 kann die Steuerungseinrichtung 5 z.B. ein Freigabesignal ausgeben. Dies kann z.B. ein Erzeugen einer Freigabemeldung und ein Schreiben der Freigabemeldung in den Datenspeicher 51 umfassen.
  • Wenn in Schritt M3 ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (Schritt M1) des Trennventils 30 ein Druckabfall nicht enthalten ist, wie in 3 durch das Symbol „-“ dargestellt, kann das Verfahren M direkt zu Schritt M4 übergehen, in dem die Steuerungseinrichtung 5 ein Fehlersignal ausgibt. Das Ausgeben des Fehlersignals kann z.B. ein Erzeugen einer Fehlermeldung und ein Schreiben der Fehlermeldung in den Datenspeicher 51 umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungseinrichtung 5 auch ein Warnsignal an die Benutzerschnittstelle 6 ausgeben. Beispielsweise kann die Benutzerschnittstelle 6, welche in 1 lediglich symbolisch als Block dargestellt ist, eine Displayeinrichtung oder eine Warnleuchte aufweisen, welche durch die Steuerungseinrichtung 5 zur Ausgabe eines optischen Signals veranlasst wird, oder es kann ein akustisches oder haptisches Warnsignal an der Benutzerschnittstelle 6 ausgegeben werden. Das Ausgeben des Fehlersignals kann für jedes Trennventil 30 erfolgen, für das ermittelt wird, dass in dem jeweiligen erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (Schritt M1) des jeweiligen Trennventils 30 ein Druckabfall nicht enthalten ist, z.B. zusammen mit einem Index des jeweiligen Trennventils.
  • Optional kann das Verfahren M in dem Fall, dass in Schritt M3 ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (Schritt M1) des Trennventils 30 ein Druckabfall nicht enthalten ist, zunächst zu Schritt M31 übergehen. In Schritt M31 kann die Steuerungseinrichtung 5 einen Zählwert um eins erhöhen, der angibt, wie oft das Trennventil 30 seit dem letzten Schließen des Trennventils 30 angesteuert wurde, um es von der Schließstellung in die Öffnungsstellung zu schalten. Wenn das Trennventil 30 in seine Schließstellung geschaltet wird, wird der Zählwert auf null gesetzt.
  • In Schritt M32 prüft die Steuerungseinrichtung 5, ob der Zählwert kleiner einem vorbestimmten Grenzwert ist. Der Grenzwert kann z.B. eine ganze Zahl zwischen zwei und zehn sein. Wenn in Schritt M32 festgestellt wird, dass der Zählerwert kleiner dem Grenzwert ist, wie in 3 durch das Symbol „+“ dargestellt, kann das Verfahren wieder zurück zu Schritt M1 gehen. In diesem Fall wird das Trennventil 30 erneut durch die Steuerungseinrichtung 5 angesteuert, wobei das erneute Ansteuern des Trennventils 30 mit einer zweiten Öffnungskraft erfolgt, die größer als die erste Öffnungskraft ist. Beispielsweise kann das Erzeugen der zweiten Öffnungskraft ein Bestromen des Trennventils 30 mit einem zweiten Steuerstrom umfassen, der größer als der erste Steuerstrom ist. Anschließend werden die Schritte M2 und M3 wie oben beschrieben erneut durchlaufen. Wenn in Schritt M3 festgestellt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem erneuten Ansteuern des Trennventils 30 mit der zweiten Öffnungskraft ein Druckabfall enthalten ist (Symbol „+“ in 3), geht das Verfahren zu Schritt M5 über. Andernfalls, also in dem Fall, dass festgestellt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem erneuten Ansteuern des Trennventils mit der zweiten Öffnungskraft ein Druckabfall nicht enthalten ist, folgen die Schritte M31 und M32. Solange in Schritt M32 festgestellt wird, dass der Zählwert kleiner dem Grenzwert ist (Symbol „+“) können wiederum die Schritte M1-M3 folgen, wobei die Öffnungskraft optional bei jeder Iteration weiter erhöht werden kann. Wenn in Schritt M32 festgestellt wird, dass der Zählwert den Grenzwert erreicht (Symbol „-“), geht das Verfahren zu Schritt M4 über.
  • Optional erfolgt das Ausgeben des Fehlersignals in Schritt M4 somit nur dann , wenn zumindest einmal erneut ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem erneuten Ansteuern des Trennventils mit der zweiten Öffnungskraft ein Druckabfall nicht enthalten ist.
  • Alternativ kann der Schritt M4 jedes Mal ausgeführt werden, wenn in Schritt M3 festgestellt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem erneuten Ansteuern des Trennventils 30 kein Druckabfall enthalten ist, während zusätzlich die Schritte M31 und M32 ausgeführt werden. Beispielsweise kann jedes Mal ein erstes Fehlersignal in Schritt M4 ausgegeben werden, wenn in Schritt M32 festgestellt wird, dass der Zählwert kleiner dem Grenzwert ist. Wenn in Schritt M32 festgestellt wird, dass der Zählwert den Grenzwert erreicht (Symbol „-“), kann in Schritt M4 ein zweites Fehlersignal ausgegeben werden. Das Ausgeben des ersten Fehlersignals kann z.B. lediglich das Erzeugen und Schreiben einer Fehlermeldung in den Datenspeicher 51 umfassen, währen das Ausgeben des zweiten Fehlersignals alternativ oder zusätzlich hierzu ein Ausgeben eines Warnsignals an der Benutzerschnittstelle umfassen kann.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7367349 B2 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren (M) zum Prüfen eines schaltbaren Trennventils (30) einer Ventileinrichtung (3), welche einen Tankbehälter (1) mit einem Leitungssystem (2) verbindet, wobei in dem Tankbehälter (1) ein Gas mit einem ersten Druck gespeichert ist, und in dem Leitungssystem (2) ein zweiter Druck vorliegt, der kleiner als der erste Druck ist, wobei das Verfahren (M) umfasst: Ansteuern (M1) des Trennventils (30), um dieses von einer Schließstellung, in welcher das Trennventil (30) einen das Leitungssystem (2) und den Tankbehälter (1) verbindenden Entnahmepfad (31) der Ventileinrichtung (3) verschließt, in eine Öffnungsstellung zu schalten, in welcher das Trennventil (30) den Entnahmepfad (31) öffnet; Erfassen (M2) eines Druckverlaufs in einem tankseitigen Abschnitt (31A) des Entnahmepfads (31), der sich zwischen dem Tankbehälter (1) und dem Trennventil (30) erstreckt; Ermitteln (M3), ob in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (M1) des Trennventils (31) ein Druckabfall enthalten ist; und Ausgeben (M4) eines Fehlersignals, wenn ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (M1) des Trennventils (31) ein Druckabfall nicht enthalten ist.
  2. Verfahren (M) nach Anspruch 1, wobei das Ansteuern (M1) des Trennventils (30) ein Erzeugen einer ersten Öffnungskraft zum Öffnen des Trennventils (30) umfasst, wobei, wenn ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (M1) des Trennventils (31) ein Druckabfall nicht enthalten ist, ein erneutes Ansteuern (M1) des Trennventils (30) mit einer zweiten Öffnungskraft erfolgt, die größer als die erste Öffnungskraft ist, wobei die Schritte des Erfassens (M2) des Druckverlaufs und des Ermittelns (M3) erneut durchgeführt werden, und wobei das Ausgeben (M4) des Fehlersignals vorzugsweise nur dann erfolgt, wenn erneut ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem erneuten Ansteuern des Trennventils mit der zweiten Öffnungskraft ein Druckabfall nicht enthalten ist.
  3. Verfahren (M) nach Anspruch 2, wobei das Trennventil (30) als elektrisch ansteuerbares, stromlos geschlossenes Magnetventil ausgebildet ist, wobei das Erzeugen der ersten Öffnungskraft ein Bestromen des Trennventils (30) mit einem ersten Steuerstrom umfasst, und wobei das Erzeugen der zweiten Öffnungskraft ein Bestromen des Trennventils (30) mit einem zweiten Steuerstrom umfasst, der größer als der erste Steuerstrom ist.
  4. Verfahren (M) nach einem der voranstehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend: Ausgeben (M5) eines Freigabesignals, wenn ermittelt wird, dass in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (M1) des Trennventils (30) ein Druckabfall enthalten ist.
  5. Verfahren (M) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei mehrere Tankbehälter (1) über mehrere Ventileinrichtungen (3), von denen jede ein schaltbares Trennventil (30) aufweist, mit dem Leitungssystem (2) verbunden sind, wobei jedes Trennventil (3) angesteuert wird, um dieses von der Schließstellung in die Öffnungsstellung zu schalten, wobei ein Druckverlauf in dem tankseitigen Abschnitt (31A) des Entnahmepfads (31) von jedem Trennventil (30) nach dem Ansteuern des jeweiligen Trennventils (30) erfasst wird, wobei das Ermitteln (M3), ob in dem erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (M1) des Trennventils (30) ein Druckabfall enthalten ist, für jedes Trennventil (30) erfolgt, und wobei das Ausgeben (M4) des Fehlersignals für jedes Trennventil (30), für das ermittelt wird, dass in dem jeweiligen erfassten Druckverlauf nach dem Ansteuern (M1) des jeweiligen Trennventils (30) ein Druckabfall nicht enthalten ist.
  6. Verfahren (M) nach Anspruch 5, wobei die Trennventile (30) nacheinander oder gleichzeitig angesteuert werden.
  7. Verfahren (M) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ausgeben (M4) des Fehlersignals ein Erzeugen einer Fehlermeldung und ein Schreiben der Fehlermeldung in einen Datenspeicher (51) umfasst und/oder ein Ausgeben eines Warnsignals an eine Benutzerschnittstelle (6) umfasst.
  8. Tanksystem (100), aufweisend: zumindest einen Tankbehälter (1) zum Speichern von Gas, insbesondere von Wasserstoff; ein Leitungssystem (2) zur Versorgung eines Verbrauchersystems (200); eine Ventileinrichtung (3) mit einem Entnahmepfad (31), welcher den Tankbehälter (1) und das Leitungssystem (2) verbindet, und einem in dem Entnahmepfad (31) angeordneten schaltbaren Trennventil (30), welches zwischen einer Schließstellung, in der es den Entnahmepfad (31) verschließt, und einer Öffnungsstellung schaltbar ist, in der es den Entnahmepfad (31) öffnet; einen Drucksensor (4), welcher mit einem tankseitigen Abschnitt (31A) des Entnahmepfads (31), der sich zwischen dem Tankbehälter (1) und dem Trennventil (30) erstreckt, verbunden und dazu eingerichtet ist, den Druck im tankseitigen Abschnitt (31A) des Entnahmepfads (31A) zu erfassen; und eine Steuerungseinrichtung (5), die mit der Ventileinrichtung (3) und dem Drucksensor (4) signalverbunden und dazu eingerichtet ist, das Tanksystem (100) zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens (M) nach einem der voranstehenden Ansprüche zu veranlassen.
  9. Tanksystem (100) nach Anspruch 8, wobei das Trennventil (30) als elektrisch ansteuerbares, stromlos geschlossenes Magnetventil ausgebildet ist.
  10. Tanksystem (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Tanksystem (100) mehrere Tankbehälter (1) aufweist, die über mehrere Ventileinrichtungen (3), von denen jede ein schaltbares Trennventil (30) aufweist, mit dem Leitungssystem (2) verbunden sind.
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