Beschreibung

Verfahren zum Befüllen eines Wasserstoff-Speicherbehälters

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigem, unter Druck stehenden Wasserstoff.

Gattungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters kommen beispielsweise bei der Befüllung von Fahrzeug-Speicherbehältern bzw. -tanks mit unter Druck stehendem Wasserstoff zur Anwendung. Mittels derartiger Befüllprozesse können Fahrzeugtanks bis zu Drücken von 700 bar bei 15 ⁰ C befüllt werden.

Hierbei wird gefordert, dass der Befüllvorgang für unterschiedlichste Fahrzeugtankgrößen ohne ein überfüllen und/oder überhitzen des Fahrzeugtanks realisiert werden kann. Derzeit kommuniziert die Wasserstoff-Tankstelle mit dem zu betankenden Fahrzeug entweder über ein Kommunikationskabel, das im Regelfall in der Befüllkupplung integriert ist, oder über eine Infrarotschnittstelle.

Aufgrund der von dem zu betankenden Fahrzeugtank erhaltenen Informationen, wie Druck, Temperatur, etc., wird ein spezielles durchflussgesteuertes Regelventil mittels einer SPS-Auswertung angesteuert, um unterschiedliche Fahrzeugtankgrößen unabhängig betanken zu können. Das vorgenannte durchflussgesteuerte Regelventil hat die Aufgabe, den Durchfluss innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten und das überschreiten einer Durchfluss-Obergrenze zu verhindern. Die Steuerung dient bzw. bestimmt nicht nur die Korrektur des aktuellen Massendurchflusses, sondern veranlasst darüber hinaus einen Betankungsabbruch, wenn der Durchfluss zu gering oder zu groß ist.

Bei derzeit realisierten Tankstellen für gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff wird mittels einer fest eingestellten Drossel der Wasserstoff-Durchfluss auf maximal 100 g/s begrenzt. Bei vergleichsweise kleinen Fahrzeugtankgrößen - gemeint sind hierbei Speichervolumina mit einem Fassungsvermögen von weniger als 75 Liter - kann es jedoch aufgrund des negativen Joule-Thompson-Effekts und aufgrund der adiabatische Kompression des Wasserstoffes zu einer überhitzung des zu befüllenden

Fahrzeugstanks kommen. Die Befüllung derartiger Fahrzeugtanks ist daher mit herkömmlichen Betankungsanlagen für gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff nicht möglich.

Da jedoch die Unabhängigkeit des Fahrzeugtankdesigns und damit auch der Fahrzeugtankgröße von der Automobilindustrie gefordert wird, stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit Wasserstoff anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet und ein Befüllen unterschiedlichster Fahrzeugtankgrößen ermöglicht, ohne dass es zu einem überfüllen und/oder überhitzen des Fahrzeugtanks kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit Wasserstoff vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zu Beginn des Befüllvorganges mittels eines Druckteststoßes eine Bestimmung des Speicherbehälterinnendrucks und anschließend in Abhängigkeit von dem ermittelten Speicherbehälterinnendruck ein Befüllvorgang mit zeitgesteuertem Druckanstieg bis zu dem gewünschten Speicherbehälterinnendruck erfolgt.

Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr zu bzw. vor Beginn des eigentlichen Befüllvorganges eine Bestimmung des Speicherbehälterinnendrucks. Dazu wird nach dem Fixieren der Betankungskupplung an dem zu betankenden Fahrzeug ein sog. Druckteststoß realisiert, der zum einen die Dichtheit der hergestellten mechanischen Verbindung zwischen Kupplung und Fahrzeug überprüft und zum anderen eine eindeutige Bestimmung des Speicherbehälterinnendrucks ermöglicht.

In Abhängigkeit von dem so ermittelten Speicherbehälterinnendruck wird dann ein Befüllvorgang mit zeitgesteuertem Druckanstieg bis zu dem gewünschten Speicherbehälterinnendruck realisiert. Dazu wird nach der Ermittelung des Startdrucks der Enddruck in Abhängigkeit von den Parametern Speicherbehältertemperatur, Gastemperatur, Kompressibilität und Joule-Thompson-Effekt errechnet. Der Betankung- bzw. Befüllvorgang ist dann beendet, wenn dieser errechnete Enddruck oder der für die maximale Betriebstemperatur zulässige maximale Betriebsdruck des zu betankenden Speicherbehälters erreicht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit Wasserstoff, vermeidet wirkungsvoll ein überfüllen und/oder überhitzen des zu befüllenden Speicherbehälters, unabhängig von dessen Speichervolumen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass aufgrund der realisierten, kontrollierten Druckerhöhung der zu befüllende Speicherbehälter mehr Masse an zu speicherndem Medium aufnehmen kann, da der Temperaturanstieg aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kontrollierbarer und für jede Speicherbehältergröße gleich ist. Des Weiteren kann auf die bisher erforderliche komplizierte Regelungstechnik sowie die vorgenannten Komponenten, wie Infrarotschnittstelle, etc., verzichtet werden.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befüllen eines

Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium sind darin zu sehen, dass der Befüll- bzw. Betankungsvorgang weniger aufwendig ist, da bspw. das bisher erforderliche Anschließen eines das zu betankende Fahrzeug mit der Tankstelle "verbindende" Kommunikationskabel entfällt; dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Befüllprozedur durch Nicht-Fachpersonal vollzogen wird. Auch die mit den bisher verwendeten Infrarotschnittstellen verbundenen Nachteile, wie bspw. Abbruch wegen eines Störfalles, können nunmehr vermieden werden.

Es sei betont, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium nicht auf die Befüllung eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff beschränkt ist. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Medien, bei denen während des Befüllvorganges ein kontrollierter Druckanstieg gewünscht oder erforderlich ist, Anwendung finden kann.