DE-102024210609-A1 - Tanksystem für ein fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, Brennstoffzellenanordnung, Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem, brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug, wasserstoffbetriebenes Fahrzeug, Verfahren zur Temperaturbestimmung in einem Tanksystem während der Befüllung des Tanksystems mit fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff

Abstract

Tanksystem (100 für ein fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, und ein Verfahren zur Temperaturbestimmung in einem Tanksystem (100) während der Befüllung des Tanksystems (100) mit fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff.

Inventors

• Adeline Tchikango Siagam

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (9)

1. Tanksystem (100) für ein fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, wobei das Tanksystem (100) mindestens einen Tankbehälter (200) zur Speicherung von gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff, und eine Ventilvorrichtung (4) umfasst, wobei der mindestens eine Tankbehälter (200) und die Ventilvorrichtung (4) in Wirkzusammenhang stehen und miteinander fluidisch verbunden sind, wobei der mindestens eine Tankbehälter (200) einen Tankbehälterinnenraum (2) aufweist, welcher durch die Ventilvorrichtung (4) mit gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff, befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet , dass in dem Tankbehälterinnenraum (2) an einem der Ventilvorrichtung (4) abgewandten Ende (205) des Tankbehälters (200) ein Gewichtssensorelement (32) und an einer Außenseite (206) des Tankbehälters (200) ein Drucksensorelement (30) angeordnet sind.
2. Tanksystem (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Tankbehälter (200) einen Faserverbundkunststoff umfassen.
3. Tanksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Tankbehälter (200) Stahl umfassen.
4. Tanksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Tankbehälter (200) zylinderförmig ausgebildet ist.
5. Brennstoffzellenanordnung (70) mit einem Tanksystem (100) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
6. Wasserstoff-Vebrennungsmotorsystem (71) mit einem Tanksystem (100) zur Speicherung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 .
7. Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug (73) mit einem Tanksystem (100) zur Speicherung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 .
8. Wasserstoffbetriebenes Fahrzeug (72) mit einem Tanksystem (100) zur Speicherung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 .
9. Verfahren zur Temperaturbestimmung in einem Tanksystem (100) während der Befüllung des Tanksystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff, mit den folgenden Schritten: a. Bestimmen (500) einer Masse des betankten Tankbehälters (200) durch Ermitteln der Gewichtsänderung des Tankbehälters (200) über die Zeit mittels des Gewichtssensorelements (32) und gleichzeitiges Messen des Drucks in dem Tankbehälterinnenraum (2) mittels des Drucksensorelements (30); b. Ermitteln (501) des Massenstroms und der Dichte über die bestimmte Masse aus Schritt a und einer Masse des Tankbehälters (200) vor Befüllung des Tankbehälters (200); c. Ermitteln (502) der Temperatur in dem Tankbehälter (200) mittels der ermittelten Fluidmasse, dem gemessenen Druck und der Dichte mittels eines Druck/Dichte-Diagramms.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tanksystem für ein fluides Medium, insbesondere Wasserstoff. Weiterhin findet das Tanksystem in einer Brennstoffzellenanordnung oder in einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor-System Anwendung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb und ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Temperaturbestimmung in einem Tanksystem während der Befüllung des Tanksystems mit fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff. Stand der Technik Heutige Wasserstoff-Tanksysteme für mobile Anwendungen bestehen typischerweise aus mehreren Tankbehältern, die beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten Material hergestellt sind. Diese werden typischerweise mit einem Wasserstoff-Nominaldruck von beispielsweise 350 bar oder 900 bar beaufschlagt. Bei der Befüllung, Lagerung oder Entnahme von Wasserstoff im Betrieb können im Tank Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser (bis -40° C bei Entnahme, 700 bar System) auftreten. Die Tankbehälter können beispielsweise auch metallische Materialien umfassen. Die DE 10 2022 211 297 A1 beschreibt ein Tanksystem für ein fluides Medium und eine mögliche Temperaturermittlung innerhalb des Tanksystems. Das Betanken von solchen Speichereinrichtungen erfolgt unter klar definierten Randbedingungen. Ziel dieser Randbedingungen ist es, zu verhindern, dass Temperatur- und/oder Druck-Erhöhungen auftreten, die entweder die Sicherheit der Speichereinrichtung beeinträchtigen könnten oder für zu niedrige Füllstände am Ende des Betankens sorgen würden. Diese Randbedingungen wurden für kohlefaserverstärkte Speichereinrichtungen mit niedrigen L/D Verhältnissen entwickelt. Das L/D Verhältnis ist hier ein Verhältnis zwischen der Länge L und dem Durchmesser D einer zylinderförmigen Speichereinrichtung. Um diese Vorgaben einhalten zu können, erfolgt das Betanken gemäß dem SAE J2601-Protokoll. Darin sind in Abhängigkeit vom Tankfassungsvermögen und Fahrzeugkategorie und je nach Randbedingungen zum Beginn des Tankens Empfehlungen zur Betankungsstrategie wie beispielsweise Druckrampe und Endtemperatur tabellarisch hinterlegt. Durch die Vorgabe von Druckrampen bei gegebenen Tank- und Umgebungstemperaturen sind diese Randbedingungen gut einzuhalten. Auch wenn eine Echtzeit-Bestimmung der mittleren Tanktemperatur während der Betankung nicht immer erforderlich ist (keine Kommunikation zwischen Tankstelle und Fahrzeug), ist eine Kenntnis über die Tanktemperatur für die Auslegung und darüber hinaus für die Modellierung des CHSS (Compressed Hydrogen Storage System, Druckspeichersystem) relevant. Im Stand der Technik werden für die Temperaturbestimmung Temperatursonden und dazugehörige Einführungslanzen verwendet. So erhält man eine Temperaturmessstelle im Eingangsbereich, es wird jedoch keine für dem gesamten Tank repräsentative Temperatur erfasst, da z.B. in Tanks mit hohen L/D-Verhältnissen eine sehr starke inhomogene Temperaturverteilung längs des Tanks beim Befüllen zu erwarten ist. Eine einzige Messstelle im Eingangsbereich könnte bei Vorkühlung zu einer Unterschätzung der Temperatur im gesamten Tank führen, während im hinteren Bereich hohe Temperaturen aufgrund der Verdrängung zu erwarten sind. Beides führt zu einer falschen Abschätzung des genauen Betankungszustands. Der Einbau mehrerer Temperatursensoren in unterschiedlichen axialen und radialen Positionen scheitert oft an der konstruktiven Umsetzung (Bauraum, Einbau und Führung) sowie an den damit verbundenen Kosten. Zudem verändern Einbauten das Strömungsbild und müssen auf ihre Wasserstoffverträglichkeit sowie Stabilität bei hohem Druck überprüft werden. Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Tanksystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass in konstruktiv einfacher Weise die globale mittlere Temperatur innerhalb des Tanksystems beim Befüllen von diesem bestimmt werden kann. Dazu umfasst das Tanksystem für ein fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, mindestens einen Tankbehälter zur Speicherung von gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff, und eine Ventilvorrichtung. Der mindestens eine Tankbehälter und die Ventilvorrichtung stehen in Wirkzusammenhang und sind miteinander fluidisch verbunden, wobei der mindestens eine Tankbehälter einen Tankbehälterinnenraum aufweist, welcher durch die Ventilvorrichtung mit gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff, befüllbar ist. Darüber hinaus sind in dem Tankbehälterinnenraum an einem der Ventilvorrichtung abgewandten Ende des Tankbehälters ein Gewichtssensorelement und an einer Außenseite des Tankbehälters ein Drucksensorelement angeordnet. So kann in konstruktiv einfacher Weise indirekt über eine Gewichtsbestimmung des Tankbehälters während der Befüllung und durch Druckmessung eine Temperaturüberwachung erfolgen. In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Tankbehälter einen Faserverbundkunststoff umfassen. In weiterer Ausge