WO2023117269A1 - Fuel cell system, tank system for a fuel cell system, and method for monitoring a tank system - Google Patents

Fuel cell system, tank system for a fuel cell system, and method for monitoring a tank system Download PDF

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WO2023117269A1
WO2023117269A1 PCT/EP2022/082896 EP2022082896W WO2023117269A1 WO 2023117269 A1 WO2023117269 A1 WO 2023117269A1 EP 2022082896 W EP2022082896 W EP 2022082896W WO 2023117269 A1 WO2023117269 A1 WO 2023117269A1
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WO
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tank
limit value
peltier element
state variable
safety valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/082896
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Katz
Jochen Wessner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/12—Arrangements or mounting of devices for preventing or minimising the effect of explosion ; Other safety measures

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system, a tank system for a fuel cell system and a method for monitoring a tank system.
  • Fuel cell systems usually comprise a fuel cell arrangement, e.g. in the form of a stack with a large number of fuel cells electrically connected in series.
  • Gaseous fuel such as hydrogen
  • the fuel cell assembly is supplied to the fuel cell assembly from a tank via a fuel supply line.
  • the gaseous fuel in the tank is usually under high pressure, which can be up to 700 bar or more, for example.
  • gaseous fuels such as hydrogen can be used with high efficiency in fuel cells.
  • vehicles carry corresponding tank systems with tank containers in which the fuel is stored or stored.
  • the tank containers are usually provided with a safety valve, via which the gas can escape from the tank container when a limit pressure and/or a limit temperature is reached environment is drained.
  • a safety valve via which the gas can escape from the tank container when a limit pressure and/or a limit temperature is reached environment is drained.
  • US Pat. No. 8,408,254 A discloses a hydrogen tank which is cooled by a Peltier element during filling.
  • a tank system with the features of claim 1 a fuel cell system with the features of claim 7 and a method for monitoring a tank system with the features of claim 8.
  • a tank system for a fuel cell system comprises a tank for holding gas, in particular hydrogen, a safety valve which is fluidically conductively connected to the tank and which can be switched from a closed position to a release position in order to release gas from the tank, a Peltier element which is thermally coupled to the tank, a sensor arrangement for detecting a pressure and/or a temperature in the tank as state variables and a control device which is connected to the safety valve, the Peltier element and the sensor arrangement in a signal-conducting manner and is set up to to energize the Peltier element in order to cool the tank if at least one state variable detected by the sensor arrangement exceeds a first limit value, and to switch the safety valve to the trigger position if the at least one state variable detected by the sensor arrangement exceeds a second limit value, which is greater than the first limit.
  • a fuel cell system comprises a fuel cell arrangement with at least one fuel cell, a fuel inlet for supplying gaseous fuel, an oxidizing gas inlet for supplying oxidizing gas and a product outlet for removing reaction products, a fuel supply line connected to the fuel inlet and a tank system according to the first Aspect of the invention, wherein the tank is fluidly connected to the fuel supply line.
  • a third aspect of the invention provides a method for monitoring a tank system, in particular for monitoring a tank system according to the first aspect of the invention.
  • the method according to the invention includes detecting a pressure and/or a temperature in a tank as state variables, with a gas, in particular hydrogen, being stored in the tank, cooling the tank using a Peltier element if at least one detected state variable exceeds a first limit value exceeds, and a discharge of gas from the tank when the at least one detected state variable exceeds a second limit value that is greater than the first limit value.
  • the tank is cooled by means of at least one Peltier element in order to bring the thermodynamic state of the gas in the tank back into a target range. i.e. reducing pressure and/or temperature without releasing gas from the tank into the environment.
  • the safety valve is only opened when a higher, second limit value for the temperature and/or the pressure in the tank is exceeded.
  • the Peltier element is placed in thermally conductive contact with the tank.
  • thermodynamic state of the gas can be approximated by the ideal gas equation. It can therefore be sufficient to only detect the pressure or the temperature by sensors, it being advantageous to detect both variables as state variables.
  • the measured state variables are evaluated using the control device, which can have a processor unit, for example a CPU or the like, and a data memory, in particular a non-volatile data memory such as a hard disk, a flash memory, an SD memory or the like.
  • the data memory can be read out by the processor unit and can, for example, store software which can be executed by the processor and which causes the control device to output electrical and/or electromagnetic signals, for example for carrying out the method according to the second aspect of the invention.
  • An advantage of the invention lies in the fact that the Peltier element can be used to achieve efficient cooling of the tank with little structural effort.
  • the Peltier element offers the advantage that it only requires an electrical connection and is easy to control. Another advantage is that gas is released into the environment via the safety valve only when absolutely necessary.
  • the sensor arrangement is set up to continuously detect the at least one state variable
  • the control device is set up to determine a gradient of the at least one detected state variable, to energize the Peltier element only to to cool the tank if the determined gradient is less than a predetermined change limit value, and to switch the safety valve to the release position if the gradient is greater than or equal to the predetermined change limit value.
  • the at least one state variable can accordingly be continuously detected, and the method can additionally include determining a gradient of the at least one detected state variable, with cooling only taking place if the determined gradient is less than a predetermined change limit value, and gas is released when the gradient is greater than or equal to the predetermined change limit.
  • a particularly rapid change in particular a rapid increase in temperature and/or pressure, can be determined using the gradient. If the gradient exceeds a limit value, i.e. a change in the state variables over time that is so great that the cooling capacity of the Peltier element is not sufficient to return the state to the target range, it can be provided that gas is released from the tank via the safety valve, although the second limit value of the detected state variable has not yet been reached. As a result, it is possible to react particularly quickly and effectively to a critical condition in the tank.
  • a limit value i.e. a change in the state variables over time that is so great that the cooling capacity of the Peltier element is not sufficient to return the state to the target range
  • the control device is set up to switch the safety valve back into the closed position if the at least one state variable detected by the sensor arrangement falls below a third limit value after the safety valve has been switched into the triggering position.
  • the discharge of gas from the tank is accordingly stopped when the at least one state variable falls below a third limit value.
  • the third limit value can be smaller than the second limit value and in particular preferably smaller than the first limit value. According to this, the entire tank is not automatically emptied when the existence of a critical condition is detected, but draining only takes place until a safe condition in the target range is present again.
  • the third limit value for the state variable(s) pressure and/or temperature can, for example, be lower than the first limit value, from which the Peltier element is used for cooling. A certain safety reserve is advantageously achieved as a result.
  • the Peltier element rests with a first surface on an outer peripheral surface of the tank.
  • the first surface of the Peltier element forms a cooling surface that absorbs heat from the outer peripheral surface of the tank.
  • the arrangement of the Peltier element on the outer peripheral surface of, for example, the cylindrical tank offers the advantage that it facilitates the assembly of the Peltier element.
  • the heat absorbed by the tank can be released to the environment in an efficient manner on a second surface of the Peltier element.
  • the tank system can have a fan, which is arranged to transport a fluid flow for heat dissipation over a warm side of the Peltier element defined by the second surface of the Peltier element. As a result, the heat dissipation can be further improved.
  • the second surface of the Peltier element is in contact with a thermally conductive protective layer.
  • the second surface of the Peltier element can be covered by a protective layer, for example a metal foil.
  • a protective layer for example a metal foil.
  • the surface area available for dissipating heat to the environment can be increased in a simple manner, e.g. by dimensioning the foil larger than the Peltier element itself.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a tank of a tank system according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method for monitoring a tank system according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a fuel cell system 300 as can be used, for example, in a mobile application such as a vehicle, in particular a road vehicle.
  • the fuel cell system 300 has a tank system 100 , a fuel cell assembly 310 and a fuel supply line 302 .
  • the fuel cell arrangement 310 is only shown symbolically in FIG. 1 and comprises at least one fuel cell.
  • the fuel cell arrangement 310 can have a multiplicity of fuel cells electrically connected in series, which can be arranged, for example, to form a so-called stack.
  • Each fuel cell includes an anode, a cathode, and an electrolyte disposed between the anode and cathode.
  • the fuel cell assembly 310 has a fuel inlet 311 , an oxidizing gas inlet 313 and a product outlet 314 .
  • the fuel supply line 302 is connected to the fuel inlet 311 and the tank system 100 so that gaseous Fuel, such as hydrogen, from the tank system 100 through the fuel supply line 302 to the fuel inlet 311 can be supplied.
  • Oxidizing gas such as ambient air, can be supplied to the fuel cell arrangement 310 via the oxidizing gas inlet 313 .
  • the oxidation gas is fed to the cathode and the fuel to the anode of the at least one fuel cell, with an oxidation reaction taking place at the anode and a reduction reaction at the cathode.
  • the reaction products are discharged via product outlet 314 .
  • a flow control valve 305 can optionally be arranged in the fuel supply line 302 in order to be able to vary the mass flow of fuel into the fuel cell arrangement 310 more easily.
  • a fan or blower 7 can also be provided, which is only shown symbolically as a block in FIG.
  • each tank 1 is designed to hold gas, in particular hydrogen.
  • the tank 1 can have an outer wall 10 which delimits an inner volume for receiving the gas.
  • the tank 1 can be designed in the shape of a cylinder, as is shown schematically in the sectional view of FIG. 1 .
  • the tank 1 can extend along a longitudinal axis LI. In the case of a cylindrical tank 1, this corresponds to the cylinder axis. If several tanks 1 are provided, as shown by way of example in FIG.
  • the tank 1 can optionally be accommodated in a tank housing 8 . As shown by way of example in Fig. 1, in the case of several tanks 1, all tanks 1 can be installed in the tank housing 8 be included. Furthermore, optionally, the tank 1 can be connected to the tank housing 8 via struts 80 which extend between the outer wall 10 of the tank 1 and the tank housing 8, for example along a radial direction RI running transversely to the longitudinal axis LI. Each tank 1 is fluidly connected to the fuel supply line 302 . As a result, gas can be supplied from the tank 1 to the fuel cell arrangement 310 .
  • the safety valve 2 can be designed as a switchable valve, e.g. as a solenoid valve.
  • the safety valve 2 can be switched between a closed position and a release position or an open position. In the closed position, the safety valve 2 blocks a flow cross section, so that a flow of gas through the flow cross section is prevented. In the open position, the safety valve allows gas to flow through the flow cross section.
  • the safety valve 2 is only shown symbolically in FIG. 1 on an outside of the optional tank housing 80 .
  • the safety valve 2 is fluidly connected to the tank 1 so that gas can be discharged from the tank 1, in particular into the environment, when the safety valve 2 is switched from its closed position to its release position.
  • each tank 1 can have its own safety valve 2 in order to be able to let gas out of each tank 1 individually.
  • several tanks 1 can be connected to one another in a fluidically conductive manner, so that a common safety valve 2 can be provided for the tanks 1 connected to one another.
  • the Peltier element 3 is also shown in FIG. 1 only symbolically as a flat element or as a band surrounding the tank 1 .
  • the Peltier element 3 has a conventional structure in which a large number of p- and n-doped semiconductor elements are contacted with one another alternately at opposite ends by electrical conductor bridges.
  • FIG. 2 schematically shows a broken sectional view of a tank 1 from FIG. 1, which results from a section along the longitudinal axis LI.
  • the Peltier element 3 has a first side defined by a first surface 3a forming a heat sink or "cold side" and a second side defined by an opposite second surface 3b forming a heat source or "warm side".
  • the Peltier element 3 is thermally coupled to the tank 1 . How shown schematically in FIG.
  • the Peltier element 3 can rest, for example, with its first surface 3a on an outer peripheral surface 1a of the tank 1, in particular an outer peripheral surface 10a of the wall 10.
  • the Peltier element 3 is connected to an electrical voltage source V so that a current flows through the Peltier element 3, the temperature of the "cold side" or the first surface 3a of the Peltier element 3 drops -Element 3 heat from the tank 1 and releases it to the environment on the second surface 3b.
  • the Peltier element 3 rests with a second surface 3b on a thermally conductive protective layer 6, eg a metal foil or the like covering the Peltier element 3.
  • the Peltier element can extend over the entire circumference of a respective tank 1.
  • the invention is not limited to this.
  • a band-shaped Peltier element can also extend along the longitudinal axis of the tank 1 and only over a narrow partial area of the circumference of the tank 1 . It is also conceivable to distribute several discrete, e.g. plate-shaped Peltier elements over the outer peripheral surface la of the tank 1.
  • the optional fan 7 is shown schematically in particular in FIG.
  • the fan 7 can be arranged relative to the tank 1 in such a way that it can transport a fluid flow over the warm side or the second surface 3b of the Peltier element 3 for heat dissipation.
  • the fan 7 can be arranged opposite the Peltier element 3 .
  • the fan 7 can also be accommodated in an exhaust air recess in the tank housing 80, so that it draws in ambient air through an air inlet opening (not shown) into the tank housing 80 and ejects the air out of the tank housing 80 again via the exhaust air opening .
  • the sensor arrangement 4 is designed to detect a pressure and/or a temperature in the tank 1 as state variables. As shown only symbolically in FIG. 1 , the sensor arrangement 4 can have one or more sensors 40 . For example, for each tank 1 at least one pressure sensor which detects the pressure in the respective tank 1, and/or a temperature sensor which detects the temperature in the respective tank 1.
  • the sensors 40 can, for example, be in the form of simple pressure or temperature monitors which only emit a corresponding signal when predetermined limit values are exceeded. Alternatively, it is conceivable for the sensors 40 to be in the form of measuring devices which continuously output measuring signals representing the respective measured variable. As a result, the state variables in the tank can be continuously recorded.
  • the control device 5 is shown symbolically as a block in FIG. 1 and can be embodied as an electronic control device 5, for example.
  • the control device 5 can in particular have an input interface 51, an output interface 52, a processor unit (not shown) and a data memory (not shown).
  • the data memory is readable by the processor unit and can, for example, store software executable by the processor unit.
  • the software can cause the processor to generate output or control signals based on input signals received at the input interface 51 and output them at the output interface 52 .
  • the input and output interfaces 51, 52 can, for example, be implemented as wired interfaces, e.g. bus interfaces such as CAN bus interfaces, or as wireless interfaces, such as WiFi, Bluetooth or the like.
  • the interfaces 51, 52 are set up for the exchange of electrical or electromagnetic signals.
  • the processor unit can have one or more processors, such as a CPU, a microcontroller, an ASIC, an FPGA or the like.
  • the data memory can in particular be a non-volatile data memory, such as a hard disk, a CD or DVD-ROM, a flash memory, an SD memory or the like.
  • the control device 5 is connected to the safety valve 2 , the Peltier element 3 and the sensor arrangement 4 in a signal-conducting manner. As shown schematically in Fig. 1, the input interface 51 can be connected to the sensor arrangement 4, in particular the sensors 40, and the output interface 52 to the safety valve 2 and the Peltier elements 3.
  • the control device 5 is set up based on the the Sensor arrangement 4 received measurement or detection signals, which represent at least one state variable (pressure and / or temperature) in the tank 1, to generate control signals in order to control and actuate the respective Peltier element 3 and / or the safety valve 2.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method M for monitoring a tank system 100, which is carried out when a gas such as hydrogen is stored in the tank 1.
  • the control device 5 can be designed in particular to control the tank system 100, e.g. the tank system 100 from FIGS. 1 and 2 to cause M to carry out this method.
  • the method M shown in FIG. 3 is therefore exemplified with reference to the process shown in FIGS. 1 and 2 explained tank system shown.
  • step M1 the pressure and/or the temperature in the tank 1 are recorded as state variables using the sensors 40 of the sensor arrangement 4.
  • this can optionally include a continuous recording of the state variables or merely a detection of the exceeding of a limit value.
  • the control device 5 receives the signals representing the state variables from the sensor arrangement 4 as input signals at the input interface 51.
  • at least one state variable is detected.
  • a plurality of state variables is referred to below.
  • the comparison of the state variables with a limit value this means that each recorded state variable is compared with a respective limit value.
  • the control device 5 compares this with a first limit value, for example a first temperature limit value and/or a first pressure limit value. If the detected state variables exceed the first limit value, as shown by the symbol "+" in FIG. 3, the method M goes to step M12. If the detected state variables do not exceed the first limit value, as shown by the symbol in FIG. 3, the method M goes back to step M1.
  • a first limit value for example a first temperature limit value and/or a first pressure limit value.
  • step M12 the control device 5 compares the detected state variables with a second limit value, e.g. with a first temperature limit value and/or a first pressure limit value.
  • the second limit is greater than the first limit. This means that the second temperature limit value and/or the second pressure limit value is at a higher temperature or a higher pressure than the first temperature limit value or the first pressure limit value.
  • step M12 If it is determined in step M12 that the detected state variables exceed the second limit value, as shown by the symbol “+” in FIG. 3, the method goes to step M4.
  • step M4 the control device 5 outputs a control signal at the output interface 52, which switches the safety valve 2 to its open position, so that gas is discharged from the tank 1.
  • step M12 If it is determined in step M12 that the detected state variables do not exceed the second limit value, as represented by the symbol in FIG. 3, the method can go directly to step M3 or, as shown in FIG. 3 by way of example, to the optional step skip M2.
  • step M2 A prerequisite for step M2 is the continuous recording of the state variables.
  • the control device 5 receives time-resolved measured values for the state variables and determines a gradient of the state variables in step M2.
  • a parameter can thus be determined for the temperature and/or the pressure, which parameter represents whether the temperature and/or pressure in the tank 1 are changing quickly or slowly.
  • step M21 the control device 5 compares the determined gradient with a predetermined change limit value. If it is determined in step M21 that the gradient is smaller than the change limit, the process goes to step M3. In step M3, the control device 5 outputs a control signal to the Peltier element 3 of the respective tank 1, as a result of which the Peltier element 3 is electrically connected to the voltage source V in such a way that the first surface 3a of the Peltier element 3 forms a heat sink to cool the tank 1.
  • method M can proceed directly to step M3 if it is determined in step M12 that the detected state variables do not exceed the second limit value. If the optional step M2 is carried out, an additional test step is carried out and the cooling of the tank 1 by means of the Peltier element 3 in step M3 only takes place if it is determined in step M21 that the determined gradient is smaller than the predetermined change limit value.
  • step M21 If it is determined in step M21 that the determined gradient is greater than or equal to the predetermined change limit value, as shown by the symbol in FIG. 3 , the process M proceeds to step M4 again. This means that if the state variables in the tank change quickly, gas is drained directly from the tank, especially when it was determined in step M12 that the state variables detected do not exceed the second limit value.
  • the method M can additionally include the optional steps M41 and M5.
  • step M41 the control device 5 compares the actual values of the state variables detected by the sensor arrangement 4 with a third limit value, which is smaller than the second limit value and preferably even smaller than the first limit value. If it is determined in step M41 that the state variables fall below the third limit value, as represented by the symbol "+" in FIG. 3 , step M5 is carried out in which the gas discharge from the tank 1 is stopped. For this purpose, the control device 5 outputs a further control signal at the output interface 52 in order to switch the safety valve 2 from its open position to its closed position. If it is determined in step M41 that the state variables have not yet fallen below the third limit value, as represented by the symbol in FIG.

Abstract

The invention relates to a tank system for a fuel cell system, said tank system comprising: a tank for receiving gas, such as hydrogen; a safety valve which is fluidically conductively connected to the tank and can be switched from a closed position to a triggered position in order to discharge gas from the tank; a Peltier element which is thermally coupled to the tank; a sensor arrangement for detecting a pressure and/or a temperature in the tank as state variables; and a control device which is connected in a signal-conducting manner to the safety valve, the Peltier element, and the sensor arrangement. The control device is designed to energise the Peltier element in order to cool the tank if at least one state variable detected by the sensor arrangement exceeds a first limit value, and to switch the safety valve into the trigger position if the at least one state variable detected by the sensor arrangement exceeds a second limit value which is greater than the first limit value.

Description

Beschreibung Description
Titel title
Brennstoffzellensystem, Tanksystem für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Überwachen eines Tanksystems Fuel cell system, tank system for a fuel cell system and method for monitoring a tank system
Technisches Gebiet technical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Tanksystem für ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Überwachen eines Tanksystems. The present invention relates to a fuel cell system, a tank system for a fuel cell system and a method for monitoring a tank system.
Stand der Technik State of the art
Brennstoffzellensysteme umfassen üblicherweise eine Brennstoffzellenanordnung, z.B. in Form eines Stacks mit einer Vielzahl elektrisch in Reihe geschalteter Brennstoffzellen. Der Brennstoffzellenanordnung wird über eine Brennstoffzufuhrleitung gasförmiger Brennstoff, z.B. Wasserstoff, aus einem Tank zugeführt. Sowohl in stationären als auch in mobilen Anwendungen, wie z.B. in einem Fahrzeug, steht der gasförmige Brennstoff in dem Tank üblicherweise unter hohem Druck, welcher beispielsweise bis zu 700 bar oder mehr betragen kann. Fuel cell systems usually comprise a fuel cell arrangement, e.g. in the form of a stack with a large number of fuel cells electrically connected in series. Gaseous fuel, such as hydrogen, is supplied to the fuel cell assembly from a tank via a fuel supply line. In both stationary and mobile applications, such as in a vehicle, the gaseous fuel in the tank is usually under high pressure, which can be up to 700 bar or more, for example.
In Fahrzeugen, z.B. in PKWs oder LKWs, können gasförmige Kraftstoffe wie Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad in Brennstoffzellen genutzt werden. Hierzu führen Fahrzeuge entsprechende Tanksysteme mit Tankbehältern mit, in denen der Kraftstoff gespeichert oder gelagert ist. Um bei thermischen oder mechanischen Einwirkungen auf die Tankbehälter ein unkontrolliertes Austreten von Gas zu verhindern, sind die Tankbehälter üblicherweise mit einem Sicherheitsventil versehen, über welches das Gas bei Erreichen eines Grenzdrucks und/oder einer Grenztemperatur im Tankbehälter aus diesem in die Umgebung abgelassen wird. Ein solches Tanksystem für ein Fahrzeug ist beispielsweise in der DE 10 2014 101 139 Al beschrieben. In vehicles, for example in passenger cars or trucks, gaseous fuels such as hydrogen can be used with high efficiency in fuel cells. For this purpose, vehicles carry corresponding tank systems with tank containers in which the fuel is stored or stored. In order to prevent the uncontrolled escape of gas in the event of thermal or mechanical effects on the tank container, the tank containers are usually provided with a safety valve, via which the gas can escape from the tank container when a limit pressure and/or a limit temperature is reached environment is drained. Such a tank system for a vehicle is described in DE 10 2014 101 139 A1, for example.
In der US 8 408 254 A ist ferner ein Wasserstofftank offenbart, der während der Befüllung durch in Peltier-Element gekühlt wird. Furthermore, US Pat. No. 8,408,254 A discloses a hydrogen tank which is cooled by a Peltier element during filling.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Erfindungsgemäß ist ein Tanksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Verfahren zur Überwachung eines Tanksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 8. According to the invention is a tank system with the features of claim 1, a fuel cell system with the features of claim 7 and a method for monitoring a tank system with the features of claim 8.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Tanksystem für ein Brennstoffzellensystem einen Tank zur Aufnahme von Gas, insbesondere Wasserstoff, ein fluidisch leitend mit dem Tank verbundenes Sicherheitsventil, welches aus einer Schließstellung in eine Auslösestellung schaltbar ist, um Gas aus dem Tank abzulassen, ein Peltier-Element, welches thermisch an den Tank gekoppelt ist, eine Sensoranordnung zum Erfassen eines Drucks und/oder einer Temperatur im Tank als Zustandsgrößen und eine Steuerungsvorrichtung, welche signalleitend mit dem Sicherheitsventil, dem Peltier-Element und der Sensoranordnung verbunden und dazu eingerichtet ist, das Peltier-Element zu energetisieren, um den Tank zu kühlen, wenn zumindest eine von der Sensoranordnung erfasste Zustandsgröße einen ersten Grenzwert überschreitet, und das Sicherheitsventil in die Auslösestellung zu schalten, wenn die zumindest eine von der Sensoranordnung erfasste Zustandsgröße einen zweiten Grenzwert überschreitet, der größer als der erste Grenzwert ist. According to a first aspect of the invention, a tank system for a fuel cell system comprises a tank for holding gas, in particular hydrogen, a safety valve which is fluidically conductively connected to the tank and which can be switched from a closed position to a release position in order to release gas from the tank, a Peltier element which is thermally coupled to the tank, a sensor arrangement for detecting a pressure and/or a temperature in the tank as state variables and a control device which is connected to the safety valve, the Peltier element and the sensor arrangement in a signal-conducting manner and is set up to to energize the Peltier element in order to cool the tank if at least one state variable detected by the sensor arrangement exceeds a first limit value, and to switch the safety valve to the trigger position if the at least one state variable detected by the sensor arrangement exceeds a second limit value, which is greater than the first limit.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle, einem Brennstoffeinlass zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff, einem Oxidationsgaseinlass zum Zuführen von Oxidationsgas und einem Produktauslass zum Abführen von Reaktionsprodukten, eine mit dem Brennstoffeinlass verbundene Brennstoffzufuhrleitung und ein Tanksystem nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei der Tank fluidisch leitend mit der Brennstoffzufuhrleitung verbunden ist. Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist Verfahren zur Überwachung eines Tanksystems, insbesondere zur Überwachung eines Tanksystems nach dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Erfassen eines Drucks und/oder einer Temperatur in einem Tank als Zustandsgrößen, wobei in dem Tank ein Gas, insbesondere Wasserstoff, gespeichert ist, ein Kühlen des Tanks mittels eines Peltier-Elements, wenn zumindest eine erfasste Zustandsgröße einen ersten Grenzwert überschreitet, und ein Ablassen von Gas aus dem Tank, wenn die zumindest eine erfasste Zustandsgröße einen zweiten Grenzwert überschreitet, der größer als der erste Grenzwert ist. According to a second aspect of the invention, a fuel cell system comprises a fuel cell arrangement with at least one fuel cell, a fuel inlet for supplying gaseous fuel, an oxidizing gas inlet for supplying oxidizing gas and a product outlet for removing reaction products, a fuel supply line connected to the fuel inlet and a tank system according to the first Aspect of the invention, wherein the tank is fluidly connected to the fuel supply line. A third aspect of the invention provides a method for monitoring a tank system, in particular for monitoring a tank system according to the first aspect of the invention. The method according to the invention includes detecting a pressure and/or a temperature in a tank as state variables, with a gas, in particular hydrogen, being stored in the tank, cooling the tank using a Peltier element if at least one detected state variable exceeds a first limit value exceeds, and a discharge of gas from the tank when the at least one detected state variable exceeds a second limit value that is greater than the first limit value.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, bei einem moderaten Überschreiten eines ersten Temperaturgrenzwerts und/oder eines ersten Druckgrenzwerts, den Tank mittels zumindest einem Peltier-Element zu kühlen, um den thermodynamischen Zustand des Gases im Tank wieder in einen Soll- Bereich zu führen, also Druck und/oder Temperatur zu senken, ohne Gas aus dem Tank in die Umgebung abzulassen. Erst dann, wenn ein höherer, zweiter Grenzwert für die Temperatur und/oder den Druck im Tank überschritten wird, wird das Sicherheitsventil geöffnet. Das Peltier-Element ist mit dem Tank in thermisch leitendem Kontakt angeordnet. One idea on which the invention is based is that when a first temperature limit value and/or a first pressure limit value is moderately exceeded, the tank is cooled by means of at least one Peltier element in order to bring the thermodynamic state of the gas in the tank back into a target range. i.e. reducing pressure and/or temperature without releasing gas from the tank into the environment. The safety valve is only opened when a higher, second limit value for the temperature and/or the pressure in the tank is exceeded. The Peltier element is placed in thermally conductive contact with the tank.
In dem Tank kann der thermodynamische Zustand des Gases durch die ideale Gasgleichung angenähert werden. Somit kann es ausreichen, nur den Druck oder die Temperatur sensorisch zu erfassen, wobei die Erfassung beider Größen als Zustandsgrößen vorteilhaft ist. Die Auswertung der gemessenen Zustandsgrößen erfolgt mittels der Steuerungsvorrichtung, welche z.B. eine Prozessoreinheit, z.B. eine CPU oder dergleichen, und einen Datenspeicher, insbesondere einen nicht-flüchtigen Datenspeicher wie eine Festplatte, einen Flash-Speicher, einen SD-Speicher oder dergleichen aufweisen kann. Der Datenspeicher ist durch die Prozessoreinheit auslesbar und kann z.B. eine durch den Prozessor ausführbare Software speichern, die die Steuerungsvorrichtung zur Ausgabe elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale veranlasst, z.B. zur Ausführung des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch das Peltier-Element mit geringem konstruktiven Aufwand eine effiziente Kühlung des Tanks erzielt werden kann. Das Peltier-Element bietet den Vorteil, dass es lediglich einen elektrischen Anschluss benötigt und einfach regelbar ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass nur dann Gas in die Umgebung über das Sicherheitsventil abgelassen wird, wenn dies unbedingt nötig ist. In the tank, the thermodynamic state of the gas can be approximated by the ideal gas equation. It can therefore be sufficient to only detect the pressure or the temperature by sensors, it being advantageous to detect both variables as state variables. The measured state variables are evaluated using the control device, which can have a processor unit, for example a CPU or the like, and a data memory, in particular a non-volatile data memory such as a hard disk, a flash memory, an SD memory or the like. The data memory can be read out by the processor unit and can, for example, store software which can be executed by the processor and which causes the control device to output electrical and/or electromagnetic signals, for example for carrying out the method according to the second aspect of the invention. An advantage of the invention lies in the fact that the Peltier element can be used to achieve efficient cooling of the tank with little structural effort. The Peltier element offers the advantage that it only requires an electrical connection and is easy to control. Another advantage is that gas is released into the environment via the safety valve only when absolutely necessary.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung. Advantageous refinements and developments result from the further dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Zustandsgröße kontinuierlich zu erfassen, und wobei die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Gradienten der zumindest einen erfassten Zustandsgröße zu ermitteln, das Peltier-Element nur dann zu energetisieren, um den Tank zu kühlen, wenn der ermittelte Gradient kleiner einem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist, und das Sicherheitsventil in die Auslösestellung zu schalten, wenn der Gradient größer oder gleich dem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist. In dem Verfahren kann entsprechend die zumindest eine Zustandsgröße kontinuierlich zu erfasst werden, und das Verfahren kann zusätzlich ein Ermitteln eines Gradienten der zumindest einen erfassten Zustandsgröße umfassen, wobei das Kühlen nur dann erfolgt, wenn der ermittelte Gradient kleiner einem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist, und Gas abgelassen wird, wenn der Gradient größer oder gleich dem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist. Demnach kann eine besonders schnelle Änderung, insbesondere ein schneller Anstieg der Temperatur und/oder des Drucks anhand des Gradienten festgestellt werden. Wenn der Gradient einen Grenzwert überschreitet, also eine zeitliche Änderung der Zustandsgrößen ermittelt wird, die so groß ist, dass die Kühlkapazität des Peltier-Elements nicht ausreicht, um den Zustand in den Soll-Bereich zurückzuführen, kann vorgesehen sein, dass ein Ablassen von Gas aus dem Tank über das Sicherheitsventil erfolgt, obwohl der zweite Grenzwert der erfassten Zustandsgröße noch nicht erreicht ist. Dadurch kann besonders schnell und effektiv auf einen kritischen Zustand im Tank reagiert werden. Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das Sicherheitsventil wieder in die Schließstellung zu schalten, wenn die zumindest eine von der Sensoranordnung erfasste Zustandsgröße nach dem Schalten des Sicherheitsventils in die Auslösestellung einen dritten Grenzwert unterschreitet. In dem Verfahren wird dementsprechend das Ablassen von Gas aus dem Tank gestoppt, wenn die zumindest eine Zustandsgröße einen dritten Grenzwert unterschreitet. Der dritte Grenzwert kann insbesondere kleiner als der zweite Grenzwert und insbesondere bevorzugt kleiner als der erste Grenzwert sein. Demnach wird nicht der gesamte Tank automatisch entleert, wenn das Vorliegen eines kritischen Zustands erkannt wird, sondern es erfolgt ein Ablassen nur soweit, bis wieder ein sicherer Zustand im Soll-Bereich vorliegt. Der dritte Grenzwert für die Zustandsgröße(n) Druck und/oder Temperatur kann beispielsweise kleiner dem ersten Grenzwert liegen, ab dem mittels des Peltier-Elements gekühlt wird. Dadurch wird vorteilhaft eine gewisse Sicherheitsreserve erzielt. According to some embodiments, it can be provided that the sensor arrangement is set up to continuously detect the at least one state variable, and wherein the control device is set up to determine a gradient of the at least one detected state variable, to energize the Peltier element only to to cool the tank if the determined gradient is less than a predetermined change limit value, and to switch the safety valve to the release position if the gradient is greater than or equal to the predetermined change limit value. In the method, the at least one state variable can accordingly be continuously detected, and the method can additionally include determining a gradient of the at least one detected state variable, with cooling only taking place if the determined gradient is less than a predetermined change limit value, and gas is released when the gradient is greater than or equal to the predetermined change limit. Accordingly, a particularly rapid change, in particular a rapid increase in temperature and/or pressure, can be determined using the gradient. If the gradient exceeds a limit value, i.e. a change in the state variables over time that is so great that the cooling capacity of the Peltier element is not sufficient to return the state to the target range, it can be provided that gas is released from the tank via the safety valve, although the second limit value of the detected state variable has not yet been reached. As a result, it is possible to react particularly quickly and effectively to a critical condition in the tank. According to some embodiments, it can be provided that the control device is set up to switch the safety valve back into the closed position if the at least one state variable detected by the sensor arrangement falls below a third limit value after the safety valve has been switched into the triggering position. In the method, the discharge of gas from the tank is accordingly stopped when the at least one state variable falls below a third limit value. In particular, the third limit value can be smaller than the second limit value and in particular preferably smaller than the first limit value. According to this, the entire tank is not automatically emptied when the existence of a critical condition is detected, but draining only takes place until a safe condition in the target range is present again. The third limit value for the state variable(s) pressure and/or temperature can, for example, be lower than the first limit value, from which the Peltier element is used for cooling. A certain safety reserve is advantageously achieved as a result.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Peltier- Element mit einer ersten Oberfläche an einer Außenumfangsfläche des Tanks anliegt. Die erste Oberfläche des Peltier-Elements bildet eine Kühlfläche, welche Wärme von der Außenumfangsfläche des Tanks aufnimmt. Die Anordnung des Peltier-Elements an der Außenumfangsfläche des z.B. zylindrischen Tanks bietet den Vorteil, dass dadurch die Montage des Peltier-Elements erleichtert wird. Gleichzeitig kann die vom Tank aufgenommene Wärme auf effiziente Weise an einer zweiten Oberfläche des Peltier-Elements an die Umgebung abgegeben werden. Optional kann das Tanksystem ein Gebläse aufweisen, welches dazu angeordnet ist, einen Fluidstrom zur Wärmeabfuhr über eine durch die zweite Oberfläche des Peltier-Elements definierte warme Seite des Peltier-Elements zu transportieren. Dadurch kann die Wärmeabfuhr weiter verbessert werden. According to some embodiments, it can be provided that the Peltier element rests with a first surface on an outer peripheral surface of the tank. The first surface of the Peltier element forms a cooling surface that absorbs heat from the outer peripheral surface of the tank. The arrangement of the Peltier element on the outer peripheral surface of, for example, the cylindrical tank offers the advantage that it facilitates the assembly of the Peltier element. At the same time, the heat absorbed by the tank can be released to the environment in an efficient manner on a second surface of the Peltier element. Optionally, the tank system can have a fan, which is arranged to transport a fluid flow for heat dissipation over a warm side of the Peltier element defined by the second surface of the Peltier element. As a result, the heat dissipation can be further improved.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Peltier- Element mit der zweiten Oberfläche an einer thermisch leitenden Schutzschicht anliegt. Demnach kann die zweite Oberfläche des Peltier-Elements durch eine Schutzschicht, z.B. eine Metallfolie abgedeckt sein. Dadurch wird zum einen das Peltier-Element vor mechanischen Einflüssen geschützt. Zum anderen kann dadurch auf einfache Weise die für die Wärmeabgabe an die Umgebung zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert werden, z.B. indem die Folie größer dimensioniert wird als das Peltier-Element selbst. According to some embodiments, it can be provided that the second surface of the Peltier element is in contact with a thermally conductive protective layer. Accordingly, the second surface of the Peltier element can be covered by a protective layer, for example a metal foil. On the one hand, this protects the Peltier element from mechanical influences. On the other hand can This means that the surface area available for dissipating heat to the environment can be increased in a simple manner, e.g. by dimensioning the foil larger than the Peltier element itself.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen: The invention is explained below with reference to the figures of the drawings. From the figures show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 shows a schematic representation of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Tanks eines Tanksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 2 shows a schematic sectional view of a tank of a tank system according to an exemplary embodiment of the invention; and
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Verfahren zur Überwachung eines Tanksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 shows a flowchart of a method for monitoring a tank system according to an embodiment of the invention.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. In the figures, the same reference symbols designate identical or functionally identical components, unless otherwise stated.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Brennstoffzellensystem 300 wie es beispielsweise in einer mobilen Anwendung, wie z.B. einem Fahrzeug, insbesondere einem Straßenfahrzeug, eingesetzt werden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, weist das Brennstoffzellensystem 300 ein Tanksystem 100, eine Brennstoffzellenanordnung 310 und eine Brennstoffzufuhrleitung 302 auf. 1 schematically shows a fuel cell system 300 as can be used, for example, in a mobile application such as a vehicle, in particular a road vehicle. As shown in FIG. 1 , the fuel cell system 300 has a tank system 100 , a fuel cell assembly 310 and a fuel supply line 302 .
Die Brennstoffzellenanordnung 310 ist in Fig. 1 lediglich symbolisch dargestellt und umfasst zumindest eine Brennstoffzelle. Optional kann die Brennstoffzellenanordnung 310 eine Vielzahl elektrisch in Reihe geschalteter Brennstoffzellen aufweisen, die z.B. zu einem sogenannten Stack angeordnet sein können. Jede Brennstoffzelle umfasst eine Anode, eine Kathode und einen zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyten. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, weist die Brennstoffzellenanordnung 310 einen Brennstoffeinlass 311, einen Oxidationsgaseinlass 313 und einen Produktauslass 314 auf. Die Brennstoffzufuhrleitung 302 ist mit dem Brennstoffeinlass 311 und dem Tanksystem 100 verbunden, so dass gasförmiger Brennstoff, wie z.B. Wasserstoff, aus dem Tanksystem 100 durch die Brennstoffzufuhrleitung 302 dem Brennstoffeinlass 311 zuführbar ist. Über den Oxidationsgaseinlass 313 ist der Brennstoffzellenanordnung 310 Oxidationsgas, wie z.B. Umgebungsluft, zuführbar. Das Oxidationsgas wird der Kathode und der Brennstoff der Anode der zumindest einen Brennstoffzelle zugeführt, wobei der Anode eine Oxidationsreaktion und an der Kathode eine Reduktionsreaktion stattfindet. Die Reaktionsprodukte werden über den Produktauslas 314 abgelassen. The fuel cell arrangement 310 is only shown symbolically in FIG. 1 and comprises at least one fuel cell. Optionally, the fuel cell arrangement 310 can have a multiplicity of fuel cells electrically connected in series, which can be arranged, for example, to form a so-called stack. Each fuel cell includes an anode, a cathode, and an electrolyte disposed between the anode and cathode. As shown schematically in FIG. 1 , the fuel cell assembly 310 has a fuel inlet 311 , an oxidizing gas inlet 313 and a product outlet 314 . The fuel supply line 302 is connected to the fuel inlet 311 and the tank system 100 so that gaseous Fuel, such as hydrogen, from the tank system 100 through the fuel supply line 302 to the fuel inlet 311 can be supplied. Oxidizing gas, such as ambient air, can be supplied to the fuel cell arrangement 310 via the oxidizing gas inlet 313 . The oxidation gas is fed to the cathode and the fuel to the anode of the at least one fuel cell, with an oxidation reaction taking place at the anode and a reduction reaction at the cathode. The reaction products are discharged via product outlet 314 .
Wie in Fig. 1 weiterhin schematisch dargestellt, kann in der Brennstoffzufuhrleitung 302 optional ein Durchflussregelventil 305 angeordnet sein, um den Massenstrom an Brennstoff in die Brennstoffzellenanordnung 310 einfacher variieren zu können. As also shown schematically in FIG. 1 , a flow control valve 305 can optionally be arranged in the fuel supply line 302 in order to be able to vary the mass flow of fuel into the fuel cell arrangement 310 more easily.
Wie in Fig. 1 schematisch und rein beispielhaft gezeigt, weist das Tanksystem 100 einen Tank 1, ein Sicherheitsventil 2, ein Peltier-Element 3, eine Sensoranordnung 4 und eine Steuerungsvorrichtung 5 auf. Optional kann ferner ein Ventilator oder Gebläse 7 vorgesehen sein, der in Fig. 1 lediglich symbolisch als Block dargestellt ist. As shown schematically and purely by way of example in FIG. Optionally, a fan or blower 7 can also be provided, which is only shown symbolically as a block in FIG.
In Fig. 1 ist rein beispielhaft ein Tanksystem 100 gezeigt, das mehrere, in diesem Beispiel drei einzelne Tanks 1 aufweist. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass das Tanksystem 100 lediglich einen einzigen Tank 1 oder eine andere Anzahl als drei Tanks 1 umfasst. Jeder Tank 1 zur Aufnahme von Gas, insbesondere Wasserstoff, ausgebildet. Beispielsweise kann der Tank 1 eine Außenwand 10 aufweisen, welche ein Innenvolumen zur Aufnahme des Gases umgrenzt. Beispielsweise kann der Tank 1 zylinderförmig gestaltet sein, wie dies in der Schnittansicht von Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Allgemein kann der Tank 1 sich entlang einer Längsachse LI erstrecken. Diese entspricht im Fall eines zylinderförmigen Tanks 1 der Zylinderachse. Wenn mehrere Tanks 1 vorgesehen sind, wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, können diese nebeneinanderliegend angeordnet sein, z.B. derart, dass sich deren Längsachsen LI parallel zueinander erstrecken. Optional kann der Tank 1 in einem Tankgehäuse 8 aufgenommen sein. Wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, können im Falle mehrerer Tanks 1 alle Tanks 1 in dem Tankgehäuse 8 aufgenommen sein. Weiterhin optional kann der Tank 1 über Streben 80, die sich zwischen der Außenwand 10 des Tanks 1 und dem Tankgehäuse 8 erstrecken, z.B. entlang einer quer zur Längsachse LI verlaufenden radialen Richtung RI, an das Tankgehäuse 8 angebunden sein. Jeder Tank 1 ist fluidisch leitend mit der Brennstoffzufuhrleitung 302 verbunden. Dadurch kann Gas aus dem Tank 1 der Brennstoffzellenanordnung 310 zugeführt werden. 1 shows a tank system 100 purely by way of example, which has a plurality of, in this example three, individual tanks 1 . Of course, it can also be provided that the tank system 100 comprises only a single tank 1 or a number other than three tanks 1 . Each tank 1 is designed to hold gas, in particular hydrogen. For example, the tank 1 can have an outer wall 10 which delimits an inner volume for receiving the gas. For example, the tank 1 can be designed in the shape of a cylinder, as is shown schematically in the sectional view of FIG. 1 . In general, the tank 1 can extend along a longitudinal axis LI. In the case of a cylindrical tank 1, this corresponds to the cylinder axis. If several tanks 1 are provided, as shown by way of example in FIG. 1, they can be arranged next to one another, for example in such a way that their longitudinal axes LI extend parallel to one another. The tank 1 can optionally be accommodated in a tank housing 8 . As shown by way of example in Fig. 1, in the case of several tanks 1, all tanks 1 can be installed in the tank housing 8 be included. Furthermore, optionally, the tank 1 can be connected to the tank housing 8 via struts 80 which extend between the outer wall 10 of the tank 1 and the tank housing 8, for example along a radial direction RI running transversely to the longitudinal axis LI. Each tank 1 is fluidly connected to the fuel supply line 302 . As a result, gas can be supplied from the tank 1 to the fuel cell arrangement 310 .
Das Sicherheitsventil 2 kann als schaltbares Ventil, z.B. als Magnetventil, ausgeführt sein. Allgemein ist das Sicherheitsventil 2 zwischen einer Schließstellung und einer Auslösestellung oder Öffnungsstellung schaltbar. In der Schließstellung blockiert das Sicherheitsventil 2 einen Strömungsquerschnitt, so dass ein Gasdurchfluss durch den Strömungsquerschnitt unterbunden ist. In der Öffnungsstellung lässt das Sicherheitsventil einen Gasdurchfluss durch den Strömungsquerschnitt zu. Das Sicherheitsventil 2 ist in Fig. 1 lediglich symbolisch an einer Außenseite des optionalen Tankgehäuses 80 dargestellt. Allgemein ist das Sicherheitsventil 2 fluidisch leitend mit dem Tank 1 verbunden, so dass Gas aus dem Tank 1 abgelassen werden kann, insbesondere in die Umgebung, wenn das Sicherheitsventil 2 aus seiner Schließstellung in seine Auslösestellung geschalten wird. Grundsätzlich kann je Tank 1 ein eigenes Sicherheitsventil 2 vorgesehen sein, um aus jedem Tank 1 einzeln Gas ablassen zu können. Alternativ können mehrere Tanks 1 untereinander fluidisch leitend verbunden sein, so dass ein gemeinsames Sicherheitsventil 2 für die untereinander verbundenen Tanks 1 vorgesehen sein kann. The safety valve 2 can be designed as a switchable valve, e.g. as a solenoid valve. In general, the safety valve 2 can be switched between a closed position and a release position or an open position. In the closed position, the safety valve 2 blocks a flow cross section, so that a flow of gas through the flow cross section is prevented. In the open position, the safety valve allows gas to flow through the flow cross section. The safety valve 2 is only shown symbolically in FIG. 1 on an outside of the optional tank housing 80 . In general, the safety valve 2 is fluidly connected to the tank 1 so that gas can be discharged from the tank 1, in particular into the environment, when the safety valve 2 is switched from its closed position to its release position. In principle, each tank 1 can have its own safety valve 2 in order to be able to let gas out of each tank 1 individually. Alternatively, several tanks 1 can be connected to one another in a fluidically conductive manner, so that a common safety valve 2 can be provided for the tanks 1 connected to one another.
Das Peltier-Element 3 ist in Fig. 1 ebenfalls lediglich symbolisch als flächiges Element bzw. als ein den Tank 1 umgebendes Band dargestellt. Das Peltier- Element 3 weist einen üblichen Aufbau auf, bei dem eine Vielzahl an p- und n- dotierten Halbleiterelementen abwechselnd an entgegengesetzten Enden durch elektrische Leiterbrücken miteinander kontaktiert sind. Fig. 2 zeigt schematisch eine abgebrochene Schnittansicht eines Tanks 1 aus Fig. 1, die sich bei einem Schnitt entlang der Längsachse LI ergibt. Das Peltier-Element 3 weist eine durch eine erste Oberfläche 3a definierte erste Seite auf, welche eine Wärmesenke oder „kalte Seite“ bildet, und eine durch eine entgegengesetzt gelegene zweite Oberfläche 3b definierte zweite Seite, welche eine Wärmequelle oder „warme Seite“ bildet. Das Peltier-Element 3 ist thermisch an den Tank 1 gekoppelt. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, kann das Peltier-Element 3 beispielsweise mit seiner ersten Oberfläche 3a an einer Außenumfangsfläche la des Tanks 1, insbesondere einer Außenumfangsfläche 10a der Wandung 10 anliegen. Wenn das Peltier-Element 3 mit einer elektrischen Spannungsquelle V verbunden wird, so dass ein Stromfluss durch das Peltier-Element 3 erfolgt, sinkt die Temperatur der „kalten Seite“ bzw. der ersten Oberfläche 3a des Peltier-Elements 3. Folglich nimmt das Peltier-Element 3 Wärme vom Tank 1 auf und gibt dieses an der zweiten Oberfläche 3b an die Umgebung ab. Wie in Fig. 2 weiterhin gezeigt ist, kann optional vorgesehen sein, dass das Peltier-Element 3 mit einer zweiten Oberfläche 3b an einer thermisch leitenden Schutzschicht 6, z.B. einer das Peltier-Element 3 überdeckenden Metallfolie oder dergleichen, anliegt. The Peltier element 3 is also shown in FIG. 1 only symbolically as a flat element or as a band surrounding the tank 1 . The Peltier element 3 has a conventional structure in which a large number of p- and n-doped semiconductor elements are contacted with one another alternately at opposite ends by electrical conductor bridges. FIG. 2 schematically shows a broken sectional view of a tank 1 from FIG. 1, which results from a section along the longitudinal axis LI. The Peltier element 3 has a first side defined by a first surface 3a forming a heat sink or "cold side" and a second side defined by an opposite second surface 3b forming a heat source or "warm side". The Peltier element 3 is thermally coupled to the tank 1 . How shown schematically in FIG. 2, the Peltier element 3 can rest, for example, with its first surface 3a on an outer peripheral surface 1a of the tank 1, in particular an outer peripheral surface 10a of the wall 10. When the Peltier element 3 is connected to an electrical voltage source V so that a current flows through the Peltier element 3, the temperature of the "cold side" or the first surface 3a of the Peltier element 3 drops -Element 3 heat from the tank 1 and releases it to the environment on the second surface 3b. As is further shown in FIG. 2, it can optionally be provided that the Peltier element 3 rests with a second surface 3b on a thermally conductive protective layer 6, eg a metal foil or the like covering the Peltier element 3.
In den Fign. 1 und 2 ist rein beispielhaft und schematisch dargestellt, dass das Peltier-Element sich über den gesamten Umfang eines jeweiligen Tanks 1 erstrecken kann. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. In the figs. 1 and 2 it is shown purely by way of example and schematically that the Peltier element can extend over the entire circumference of a respective tank 1. However, the invention is not limited to this.
Beispielsweise kann ein bandförmiges Peltier-Element sich auch entlang der Längsachse des Tanks 1 und nur über einen schmalen Teilbereich des Umfangs des Tanks 1 erstrecken. Auch ist denkbar, mehrere diskrete, z.B. plattenförmige Peltier-Elemente über die Außenumfangsfläche la des Tanks 1 zu verteilen. For example, a band-shaped Peltier element can also extend along the longitudinal axis of the tank 1 and only over a narrow partial area of the circumference of the tank 1 . It is also conceivable to distribute several discrete, e.g. plate-shaped Peltier elements over the outer peripheral surface la of the tank 1.
Das optionale Gebläse 7 ist insbesondere in Fig. 2 schematisch dargestellt. Beispielsweise kann das Gebläse 7 relativ zu dem Tank 1 so angeordnet sein, dass es einen Fluidstrom zur Wärmeabfuhr über die warme Seite bzw. die zweite Oberfläche 3b des Peltier-Elements 3 transportieren kann. Beispielsweise kann das Gebläse 7 gegenüberliegend zu dem Peltier-Element 3 angeordnet sein. Wie in Fig. 1 symbolisch dargestellt, kann das Gebläse 7 auch in einer Abluftausnehmung des Tankgehäuses 80 aufgenommen sein, so dass es Umgebungsluft durch eine Zuluftöffnung (nicht gezeigt) in das Tankgehäuse 80 einsaugt und über die Abluftöffnung die Luft wieder aus dem Tankgehäuse 80 ausstößt. The optional fan 7 is shown schematically in particular in FIG. For example, the fan 7 can be arranged relative to the tank 1 in such a way that it can transport a fluid flow over the warm side or the second surface 3b of the Peltier element 3 for heat dissipation. For example, the fan 7 can be arranged opposite the Peltier element 3 . As shown symbolically in Fig. 1, the fan 7 can also be accommodated in an exhaust air recess in the tank housing 80, so that it draws in ambient air through an air inlet opening (not shown) into the tank housing 80 and ejects the air out of the tank housing 80 again via the exhaust air opening .
Die Sensoranordnung 4 ist zum Erfassen eines Drucks und/oder einer Temperatur im Tank 1 als Zustandsgrößen ausgebildet. Wie in Fig. 1 lediglich symbolisch dargestellt ist, kann die Sensoranordnung 4 einen oder mehrere Sensoren 40 aufweisen. Z.B. kann für jeden Tank 1 zumindest ein Drucksensor, der den Druck im jeweiligen Tank 1 erfasst, und/oder ein Temperatursensor, der die Temperatur im jeweiligen Tank 1 erfasst, vorgesehen sein. Die Sensoren 40 können beispielsweise als einfache Druck- bzw. Temperaturwächter ausgebildet sein, die nur beim Überschreiten vorbestimmter Grenzwerte ein entsprechendes Signal ausgeben. Alternativ ist denkbar, dass die Sensoren 40 als Messeinrichtungen ausgebildet sind, die kontinuierlich die jeweilige Messgröße repräsentierende Messsignale ausgeben. Dadurch können die Zustandsgrößen im Tank kontinuierlich erfasst werden. The sensor arrangement 4 is designed to detect a pressure and/or a temperature in the tank 1 as state variables. As shown only symbolically in FIG. 1 , the sensor arrangement 4 can have one or more sensors 40 . For example, for each tank 1 at least one pressure sensor which detects the pressure in the respective tank 1, and/or a temperature sensor which detects the temperature in the respective tank 1. The sensors 40 can, for example, be in the form of simple pressure or temperature monitors which only emit a corresponding signal when predetermined limit values are exceeded. Alternatively, it is conceivable for the sensors 40 to be in the form of measuring devices which continuously output measuring signals representing the respective measured variable. As a result, the state variables in the tank can be continuously recorded.
Die Steuerungsvorrichtung 5 ist in Fig. 1 symbolisch als Block dargestellt und kann z.B. als elektronische Steuerungsvorrichtung 5 ausgebildet sein. Die Steuerungsvorrichtung 5 kann insbesondere eine Eingangsschnittstelle 51, eine Ausgangsschnittstelle 52, eine Prozessoreinheit (nicht gezeigt) und einen Datenspeicher (nicht gezeigt) aufweisen. Der Datenspeicher ist durch die Prozessoreinheit lesbar und kann z.B. durch die Prozessoreinheit ausführbare Software speichern. Die Software kann den Prozessor dazu veranlassen, basierend auf an der Eingangsschnittstelle 51 empfangenen Eingangssignalen Ausgangs- oder Steuersignale zu erzeugen und an der Ausgangsschnittstelle 52 auszugeben. Die Eingangs- und die Ausgangsschnittstelle 51, 52 können z.B. als drahtgebundene Schnittstellen, z.B. Bus-Schnittstellen wie CAN-Bus- Schnittstellen, oder als drahtlose Schnittstellen realisiert sein, wie z.B. WiFi, Bluetooth oder dergleichen. Allgemein sind die Schnittstellen 51, 52 zum Austausch von elektrischen oder elektromagnetischen Signalen eingerichtet. Die Prozessoreinheit kann einen oder mehrere Prozessoren, wie z.B. eine CPU, einen Microcontroller, einen ASIC, einen FPGA oder dergleichen aufweisen. Der Datenspeicher kann insbesondere ein nicht-flüchtiger Datenspeicher sein, wie z.B. eine Festplatte, eine CD- oder DVD-ROM, ein Flash-Speicher, ein SD- Speicher oder dergleichen. The control device 5 is shown symbolically as a block in FIG. 1 and can be embodied as an electronic control device 5, for example. The control device 5 can in particular have an input interface 51, an output interface 52, a processor unit (not shown) and a data memory (not shown). The data memory is readable by the processor unit and can, for example, store software executable by the processor unit. The software can cause the processor to generate output or control signals based on input signals received at the input interface 51 and output them at the output interface 52 . The input and output interfaces 51, 52 can, for example, be implemented as wired interfaces, e.g. bus interfaces such as CAN bus interfaces, or as wireless interfaces, such as WiFi, Bluetooth or the like. In general, the interfaces 51, 52 are set up for the exchange of electrical or electromagnetic signals. The processor unit can have one or more processors, such as a CPU, a microcontroller, an ASIC, an FPGA or the like. The data memory can in particular be a non-volatile data memory, such as a hard disk, a CD or DVD-ROM, a flash memory, an SD memory or the like.
Die Steuerungsvorrichtung 5 ist signalleitend mit dem Sicherheitsventil 2, dem Peltier-Element 3 und der Sensoranordnung 4 verbunden. Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, kann die Eingangsschnittstelle 51 mit der Sensoranordnung 4, insbesondere den Sensoren 40 verbunden sein, und die Ausgangsschnittstellt 52 mit dem Sicherheitsventil 2 und den Peltier-Elementen 3. Die Steuerungsvorrichtung 5 ist dazu eingerichtet, basierend auf den von der Sensoranordnung 4 erhaltenen Mess- oder Detektionssignalen, welche zumindest eine Zustandsgröße (Druck und/oder Temperatur) im Tank 1 repräsentieren, Steuersignale zu erzeugen, um das jeweilige Peltier-Element 3 und/oder das Sicherheitsventil 2 anzusteuern und zu betätigen. The control device 5 is connected to the safety valve 2 , the Peltier element 3 and the sensor arrangement 4 in a signal-conducting manner. As shown schematically in Fig. 1, the input interface 51 can be connected to the sensor arrangement 4, in particular the sensors 40, and the output interface 52 to the safety valve 2 and the Peltier elements 3. The control device 5 is set up based on the the Sensor arrangement 4 received measurement or detection signals, which represent at least one state variable (pressure and / or temperature) in the tank 1, to generate control signals in order to control and actuate the respective Peltier element 3 and / or the safety valve 2.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens M zum Überwachen eines Tanksystems 100, das ausgeführt wird, wenn in dem Tank 1 ein Gas wie z.B. Wasserstoff gespeichert ist. Die Steuerungsvorrichtung 5 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das Tanksystem 100, z.B. das Tanksystem 100 aus den Fign. 1 und 2, zur Ausführung dieses Verfahrens M zu veranlassen. Das in Fig. 3 gezeigte Verfahren M wird daher beispielhaft unter Bezugnahme auf das in den Fign. 1 und 2 gezeigte Tanksystem erläutert. Figure 3 shows a flow chart of a method M for monitoring a tank system 100, which is carried out when a gas such as hydrogen is stored in the tank 1. The control device 5 can be designed in particular to control the tank system 100, e.g. the tank system 100 from FIGS. 1 and 2 to cause M to carry out this method. The method M shown in FIG. 3 is therefore exemplified with reference to the process shown in FIGS. 1 and 2 explained tank system shown.
In Schritt Ml erfolgt ein Erfassen des Drucks und/oder der Temperatur in dem Tank 1 als Zustandsgrößen mithilfe der Sensoren 40 der Sensoranordnung 4. Wie oben bereits angesprochen, kann dies optional ein kontinuierliches Erfassen der Zustandsgrößen oder lediglich ein Detektieren der Überschreitung eines Grenzwerts umfassen. Die Steuerungsvorrichtung 5 empfängt die die Zustandsgrößen repräsentierenden Signale von der Sensoranordnung 4 als Eingangssignale an der Eingangsschnittstelle 51. Allgemein wird zumindest eine Zustandsgröße erfasst. Der Einfachheit halber wird im Folgenden jedoch von einer Mehrzahl an Zustandsgrößen gesprochen. In Bezug auf den Vergleich der Zustandsgrößen mit einem Grenzwert bedeutet dies, dass jede erfasste Zustandsgröße mit einem jeweiligen Grenzwert verglichen wird. Im Falle von Entscheidungsschritten des Verfahren M kann es im Falle mehrerer erfasster Zustandsgrößen für den positiven Fall („JA“ bzw. logisch „1“) insbesondere ausreichen, dass einer der Zustandsgrößen ihren jeweiligen Grenzwert überschreitet oder unterschreitet. In step M1, the pressure and/or the temperature in the tank 1 are recorded as state variables using the sensors 40 of the sensor arrangement 4. As already mentioned above, this can optionally include a continuous recording of the state variables or merely a detection of the exceeding of a limit value. The control device 5 receives the signals representing the state variables from the sensor arrangement 4 as input signals at the input interface 51. In general, at least one state variable is detected. For the sake of simplicity, however, a plurality of state variables is referred to below. With regard to the comparison of the state variables with a limit value, this means that each recorded state variable is compared with a respective limit value. In the case of decision-making steps of method M, it may be sufficient in the case of several detected state variables for the positive case (“YES” or logical “1”) that one of the state variables exceeds or falls below its respective limit value.
In einem weiteren Schritt Mil vergleicht die Steuerungsvorrichtung 5 mit einem ersten Grenzwert, z.B. einer ersten Temperaturgrenzwert und/oder einem ersten Druckgrenzwert. Wenn die erfassten Zustandsgrößen den ersten Grenzwert überschreiten, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol „+“ gezeigt ist, geht das Verfahren M zu Schritt M12 über. Wenn die erfassten Zustandsgrößen den ersten Grenzwert nicht überschreiten, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol gezeigt ist, geht das Verfahren M zurück zu Schritt Ml. In a further step Mil, the control device 5 compares this with a first limit value, for example a first temperature limit value and/or a first pressure limit value. If the detected state variables exceed the first limit value, as shown by the symbol "+" in FIG. 3, the method M goes to step M12. If the detected state variables do not exceed the first limit value, as shown by the symbol in FIG. 3, the method M goes back to step M1.
In Schritt M12 vergleicht die Steuerungsvorrichtung 5 die erfassten Zustandsgrößen mit einem zweiten Grenzwert, z.B. mit ersten Temperaturgrenzwert und/oder einem ersten Druckgrenzwert. Der zweite Grenzwert ist größer als der erste Grenzwert. Das heißt, der zweite Temperaturgrenzwert und/oder der zweite Druckgrenzwert liegt bei einer höheren Temperatur bzw. einem höheren Druck als der erste Temperaturgrenzwert bzw. der erste Druckgrenzwert. In step M12, the control device 5 compares the detected state variables with a second limit value, e.g. with a first temperature limit value and/or a first pressure limit value. The second limit is greater than the first limit. This means that the second temperature limit value and/or the second pressure limit value is at a higher temperature or a higher pressure than the first temperature limit value or the first pressure limit value.
Wenn in Schritt M12 ermittelt wird, dass die erfassten Zustandsgrößen den zweiten Grenzwert überschreiten, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol „+“ dargestellt ist, geht das Verfahren zu Schritt M4 über. In Schritt M4 gibt die Steuerungsvorrichtung 5 an der Ausgangsschnittstelle 52 ein Steuersignal aus, welches das Sicherheitsventil 2 in seine Öffnungsstellung schaltet, so dass Gas aus dem Tank 1 abgelassen wird. If it is determined in step M12 that the detected state variables exceed the second limit value, as shown by the symbol “+” in FIG. 3, the method goes to step M4. In step M4, the control device 5 outputs a control signal at the output interface 52, which switches the safety valve 2 to its open position, so that gas is discharged from the tank 1.
Wenn in Schritt M12 ermittelt wird, dass die erfassten Zustandsgrößen den zweiten Grenzwert nicht überschreiten, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol dargestellt ist, kann das Verfahren direkt zu Schritt M3 oder, wie in Fig. 3 beispielhaft gezeigt, zu dem optionalen Schritt M2 übergehen. If it is determined in step M12 that the detected state variables do not exceed the second limit value, as represented by the symbol in FIG. 3, the method can go directly to step M3 or, as shown in FIG. 3 by way of example, to the optional step skip M2.
Voraussetzung für Schritt M2 ist die kontinuierliche Erfassung der Zustandsgrößen. In diesem Fall erhält die Steuerungsvorrichtung 5 zeitaufgelöste Messwerte für die Zustandsgrößen und ermittelt in Schritt M2 einen Gradienten der Zustandsgrößen. Somit kann für die Temperatur und/oder den Druck eine Kenngröße ermittelt werden, welche repräsentiert ob sich Temperatur und/oder Druck im Tank 1 schnell oder langsam ändern. A prerequisite for step M2 is the continuous recording of the state variables. In this case, the control device 5 receives time-resolved measured values for the state variables and determines a gradient of the state variables in step M2. A parameter can thus be determined for the temperature and/or the pressure, which parameter represents whether the temperature and/or pressure in the tank 1 are changing quickly or slowly.
In Schritt M21 vergleicht die Steuerungsvorrichtung 5 den ermittelten Gradienten mit einem vorbestimmten Änderungsgrenzwert. Wenn in Schritt M21 ermittelt wird, dass der Gradient kleiner als der Änderungsgrenzwert ist, geht das Verfahren zu Schritt M3 über. In Schritt M3 gibt die Steuerungsvorrichtung 5 ein Steuersignal an das Peltier- Element 3 des jeweiligen Tanks 1 aus, wodurch das Peltier-Element 3 elektrisch leitend mit der Spannungsquelle V verbunden wird, und zwar derart, dass die erste Oberfläche 3a des Peltier-Elements 3 eine Wärmesenke bildet, um den Tank 1 zu kühlen. Wie oben bereits erläutert, kann das Verfahren M direkt zu Schritt M3 übergehen, wenn in Schritt M12 festgestellt wird, dass die erfassten Zustandsgrößen den zweiten Grenzwert nicht überschreiten. Wenn der optionale Schritt M2 ausgeführt wird, wird ein zusätzlicher Prüfschritt ausgeführt und das Kühlen des Tanks 1 mittels des Peltier-Elements 3 in Schritt M3 erfolgt nur dann, wenn in Schritt M21 ermittelt wird, dass der ermittelte Gradient kleiner dem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist. In step M21, the control device 5 compares the determined gradient with a predetermined change limit value. If it is determined in step M21 that the gradient is smaller than the change limit, the process goes to step M3. In step M3, the control device 5 outputs a control signal to the Peltier element 3 of the respective tank 1, as a result of which the Peltier element 3 is electrically connected to the voltage source V in such a way that the first surface 3a of the Peltier element 3 forms a heat sink to cool the tank 1. As already explained above, method M can proceed directly to step M3 if it is determined in step M12 that the detected state variables do not exceed the second limit value. If the optional step M2 is carried out, an additional test step is carried out and the cooling of the tank 1 by means of the Peltier element 3 in step M3 only takes place if it is determined in step M21 that the determined gradient is smaller than the predetermined change limit value.
Wenn in Schritt M21 ermittelt wird, dass der ermittelte Gradient größer oder gleich dem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol gezeigt ist, geht das Verfahren M wieder zu Schritt M4 über. Das heißt, wenn sich die Zustandsgrößen im Tank schnell ändern, wird direkt Gas aus dem Tank abgelassen, insbesondere auch dann, wenn in Schritt M12 ermittelt wurde, dass die erfassten Zustandsgrößen den zweiten Grenzwert nicht überschreiten. If it is determined in step M21 that the determined gradient is greater than or equal to the predetermined change limit value, as shown by the symbol in FIG. 3 , the process M proceeds to step M4 again. This means that if the state variables in the tank change quickly, gas is drained directly from the tank, especially when it was determined in step M12 that the state variables detected do not exceed the second limit value.
Wie in Fig. 3 weiterhin gezeigt, kann das Verfahren M zusätzlich die optionalen Schritte M41 und M5 umfassen. In Schritt M41 vergleicht die Steuerungsvorrichtung 5 die von der Sensoranordnung 4 erfassten Ist-Werte der Zustandsgrößen mit einem dritten Grenzwert, der kleiner als der zweite Grenzwert und vorzugsweise sogar kleiner der erste Grenzwert ist. Wenn in Schritt M41 ermittelt wird, dass die Zustandsgrößen den dritten Grenzwert unterschreiten, wie in Fig. 3 durch das Symbol „+“ dargestellt, wird Schritt M5 ausgeführt, in dem das Ablassen von Gas aus dem Tank 1 gestoppt wird. Hierzu gibt die Steuerungsvorrichtung 5 ein weiteres Steuersignal an der Ausgangsschnittstelle 52 aus, um das Sicherheitsventil 2 von seiner Öffnungsstellung in seine Schließstellung zu schalten. Wenn in Schritt M41 ermittelt wird, dass die Zustandsgrößen den dritten Grenzwert noch nicht unterschreiten, wie in Fig. 3 durch das Symbol dargestellt, wird weiterhin Schritt M4 ausgeführt, es wird also weiter Gas aus dem Tank 1 abgelassen. 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. As further shown in FIG. 3, the method M can additionally include the optional steps M41 and M5. In step M41, the control device 5 compares the actual values of the state variables detected by the sensor arrangement 4 with a third limit value, which is smaller than the second limit value and preferably even smaller than the first limit value. If it is determined in step M41 that the state variables fall below the third limit value, as represented by the symbol "+" in FIG. 3 , step M5 is carried out in which the gas discharge from the tank 1 is stopped. For this purpose, the control device 5 outputs a further control signal at the output interface 52 in order to switch the safety valve 2 from its open position to its closed position. If it is determined in step M41 that the state variables have not yet fallen below the third limit value, as represented by the symbol in FIG. Although the present invention has been explained above by way of example using exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many different ways. In particular, combinations of the above exemplary embodiments are also conceivable.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Tanksystem (100) für ein Brennstoffzellensystem (200), aufweisend: einen Tank (1) zur Aufnahme von Gas, insbesondere Wasserstoff; ein fluidisch leitend mit dem Tank (1) verbundenes Sicherheitsventil (2), welches aus einer Schließstellung in eine Auslösestellung schaltbar ist, um Gas aus dem Tank (1) abzulassen; ein Peltier-Element (3), welches thermisch an den Tank (1) gekoppelt ist; eine Sensoranordnung (4) zum Erfassen eines Drucks und/oder einer Temperatur im Tank (1) als Zustandsgrößen; und eine Steuerungsvorrichtung (5), welche signalleitend mit dem Sicherheitsventil (2), dem Peltier-Element (3) und der Sensoranordnung (4) verbunden und dazu eingerichtet ist: 1. Tank system (100) for a fuel cell system (200), comprising: a tank (1) for receiving gas, in particular hydrogen; a safety valve (2) which is fluidically conductively connected to the tank (1) and can be switched from a closed position to a release position in order to discharge gas from the tank (1); a Peltier element (3) thermally coupled to the tank (1); a sensor arrangement (4) for detecting a pressure and/or a temperature in the tank (1) as state variables; and a control device (5), which is connected to the safety valve (2), the Peltier element (3) and the sensor arrangement (4) in a signal-conducting manner and is set up to:
- das Peltier-Element (3) zu energetisieren, um den Tank (1) zu kühlen, wenn zumindest eine von der Sensoranordnung (4) erfasste Zustandsgröße einen ersten Grenzwert überschreitet, und - Energize the Peltier element (3) in order to cool the tank (1) if at least one state variable detected by the sensor arrangement (4) exceeds a first limit value, and
- das Sicherheitsventil (2) in die Auslösestellung zu schalten, wenn die zumindest eine von der Sensoranordnung (4) erfasste Zustandsgröße einen zweiten Grenzwert überschreitet, der größer als der erste Grenzwert ist. - to switch the safety valve (2) into the release position if the at least one state variable detected by the sensor arrangement (4) exceeds a second limit value which is greater than the first limit value.
2. Tanksystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Sensoranordnung (4) dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Zustandsgröße kontinuierlich zu erfassen, und wobei die Steuerungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, einen Gradienten der zumindest einen erfassten Zustandsgröße zu ermitteln, das Peltier-Element (3) nur dann zu energetisieren, um den Tank (1) zu kühlen, wenn der ermittelte Gradient kleiner einem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist, und das Sicherheitsventil (2) in die Auslösestellung zu schalten, wenn der Gradient größer oder gleich dem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist. 2. Tank system (100) according to claim 1, wherein the sensor arrangement (4) is set up to continuously detect the at least one state variable, and wherein the control device (5) is set up to determine a gradient of the at least one detected state variable, that Energize the Peltier element (3) only to cool the tank (1) when the determined gradient is less than a predetermined change limit value, and to switch the safety valve (2) to the release position when the gradient is greater than or equal to the predetermined one change limit is.
3. Tanksystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, das Sicherheitsventil (2) wieder in die Schließstellung zu schalten, wenn die zumindest eine von der Sensoranordnung (4) erfasste Zustandsgröße nach dem Schalten des Sicherheitsventils (2) in die Auslösestellung einen dritten Grenzwert unterschreitet. 3. Tank system (100) according to claim 1 or 2, wherein the control device (5) is set up to switch the safety valve (2) back into the closed position if the at least one state variable detected by the sensor arrangement (4) after the switching of the Safety valve (2) falls below a third limit value in the release position.
4. Tanksystem (100) nach Anspruch 3, wobei der dritte Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert und vorzugsweise kleiner als der erste Grenzwert ist. 4. Tank system (100) according to claim 3, wherein the third limit value is smaller than the second limit value and preferably smaller than the first limit value.
5. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Peltier-Element (3) mit einer ersten Oberfläche (3a) an einer Außenumfangsfläche (la) des Tanks (1) anliegt. 5. tank system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the Peltier element (3) with a first surface (3a) on an outer peripheral surface (1a) of the tank (1).
6. Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Peltier-Element (3) mit einer zweiten Oberfläche (3b) an einer thermisch leitenden Schutzschicht (6) anliegt. 6. tank system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the Peltier element (3) with a second surface (3b) rests against a thermally conductive protective layer (6).
7. Brennstoffzellensystem (300), aufweisend: eine Brennstoffzellenanordnung (310) mit zumindest einer Brennstoffzelle, einem Brennstoffeinlass (311) zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff, einem Oxidationsgaseinlass (313) zum Zuführen von Oxidationsgas und einem Produktauslass (314) zum Abführen von Reaktionsprodukten; eine mit dem Brennstoffeinlass (311) verbundene Brennstoffzufuhrleitung (302); und ein Tanksystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche; wobei der Tank (1) fluidisch leitend mit der Brennstoffzufuhrleitung (302) verbunden ist. 7. Fuel cell system (300), comprising: a fuel cell arrangement (310) with at least one fuel cell, a fuel inlet (311) for supplying gaseous fuel, an oxidizing gas inlet (313) for supplying oxidizing gas and a product outlet (314) for discharging reaction products; a fuel supply line (302) connected to the fuel inlet (311); and a tank system (100) according to any one of the preceding claims; wherein the tank (1) is fluidly connected to the fuel supply line (302).
8. Verfahren (M) zur Überwachung eines Tanksystems (100), insbesondere eines Tanksystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: - 17 - 8. Method (M) for monitoring a tank system (100), in particular a tank system (100) according to any one of claims 1 to 6, comprising: - 17 -
Erfassen (Ml) eines Drucks und/oder einer Temperatur in einem Tank (1) als Zustandsgrößen, wobei in dem Tank (1) ein Gas, insbesondere Wasserstoff, gespeichert ist; detecting (M1) a pressure and/or a temperature in a tank (1) as state variables, a gas, in particular hydrogen, being stored in the tank (1);
Kühlen (M3) des Tanks (1) mittels eines Peltier-Elements (3), wenn zumindest eine erfasste Zustandsgröße einen ersten Grenzwert überschreitet; und Cooling (M3) of the tank (1) by means of a Peltier element (3) when at least one detected state variable exceeds a first limit value; and
Ablassen (M4) von Gas aus dem Tank (1), wenn die zumindest eine erfasste Zustandsgröße einen zweiten Grenzwert überschreitet, der größer als der erste Grenzwert ist. Verfahren (M) nach Anspruch 8, wobei die zumindest eine Zustandsgröße kontinuierlich zu erfasst wird, wobei das Verfahren (M) zusätzlich ein Ermitteln (M2) eines Gradienten der zumindest einen erfassten Zustandsgröße umfasst, und wobei das Kühlen (M3) nur dann erfolgt, wenn der ermittelte Gradient kleiner einem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist, und Gas abgelassen wird, wenn der Gradient größer oder gleich dem vorbestimmten Änderungsgrenzwert ist. Verfahren (M) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Ablassen (M4) von Gas aus dem Tank (1) gestoppt wird (M5), wenn die zumindest eine Zustandsgröße einen dritten Grenzwert unterschreitet, welcher vorzugsweise kleiner als der zweite Grenzwert, insbesondere bevorzugt kleiner als der erste Grenzwert ist. Releasing (M4) gas from the tank (1) when the at least one detected state variable exceeds a second limit value which is greater than the first limit value. Method (M) according to Claim 8, in which the at least one state variable is recorded continuously, the method (M) additionally comprising determining (M2) a gradient of the at least one recorded state variable, and the cooling (M3) only takes place if if the determined gradient is less than a predetermined change limit, and gas is released if the gradient is greater than or equal to the predetermined change limit. Method (M) according to Claim 8 or 9, the discharge (M4) of gas from the tank (1) being stopped (M5) if the at least one state variable falls below a third limit value, which is preferably smaller than the second limit value, particularly preferably is less than the first limit.
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