用于打开燃料储罐的阀组件的方法与流程

1.本发明涉及一种根据独立方法权利要求的类型的方法以及一种根据独立系统权利要求的类型的系统。


背景技术：

2.基于氢的燃料电池被认为是未来的机动性方案，因为其仅将水作为废气排放并且能够实现快速的燃料补给时间。燃料电池系统需要空气和氢用于化学反应。氢在压力下以气态形式储存在一个或多个储罐中。目前由现有技术已知的压力容器通常具有多个用于关闭和打开压力容器的储罐阀，所述储罐阀通常以电磁阀的形式构成并且通过施加例如12v的打开电压可以被打开。在打开时，阀必须在运行中首先克服大的压力差来打开，这短暂地需要高的能量。尽管这种高的打开能量只需在打开阶段中被提供小于1秒的持续时间并且对于其余时间只需施加明显更小的保持打开能量以保持罐阀打开，但电磁阀的磁回路也必须强制地针对打开阶段中的条件来设计。在此，电磁阀的磁回路的这种尺寸过大尤其出于成本原因和出于能量的观点是不利的。在此，出于与安全相关的原因，对于在事故中发生燃烧的情况也需要相应地设计用于克服大的压力差的磁回路。虽然大多数压力容器配备有温度控制的安全释压阀(所谓的tprd)，然而其在远离地布置的燃烧部位的情况下可能较迟地打开或者根本不打开，从而需要通过储罐阀导出在压力容器内由于温度升高而提高的压力。然而，在储罐内的压力升高在磁回路尺寸不够的情况下可能导致储罐阀完全不再能够打开，因为不能施加用于克服压力差所需的能量。


技术实现要素：

3.本发明的主题根据第一方面是具有独立方法权利要求的特征的方法，并且根据第二方面是具有独立系统权利要求的特征的系统。本发明的其它特征和细节由各从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合根据本发明的方法描述的特征和细节当然也适用于结合根据本发明的系统描述的特征和细节，并且相应地反之亦然，从而关于对相应各个发明方面的公开内容始终相互参照或者能够相互参照。
4.根据本发明的用于打开燃料储罐的阀组件的方法的优点尤其在于，借助于根据本发明对用于燃料储罐的阀组件的操控能够实现多个阀的特别高能效的打开。此外，根据本发明的方法的应用不需要特殊制造特定的阀并且因此通过可统一的制造来实现成本降低。此外，根据本发明的方法的应用允许提高安全性，其方式是，即使在压力容器的内部与外部之间存在大的压力差时，例如由于产生燃烧，仍然可以实施储罐阀的可靠打开。
5.根据本发明的用于打开燃料储罐的阀组件的方法尤其可以在机动车、如载客车或载重车中使用。此外，同样能够考虑的是，在其他车辆或交通工具中使用，例如叉车、起重机、船或飞行物。同样也可以考虑在固定的系统中使用。根据本发明的用于打开燃料储罐的阀组件的方法，所述阀组件包括先导阀和至少一个另外的阀，所述方法尤其用于在燃料电池驱动的车辆中使用，所述方法在此包括以下步骤：在先导阀的打开阶段中施加增强电压，
用于打开先导阀；关断增强电压，用于结束先导阀的打开阶段；在先导阀的吸引阶段中施加吸引电压，用于保持打开先导阀；在后控制阶段中交替地接通和关断吸引电压，用于保持打开先导阀并且用于打开和保持打开所述至少一个另外的阀，从而提供用于保持打开先导阀的平均所需的保持打开能量以及提供所述至少一个另外的阀的平均所需的打开能量和/或保持打开能量。
6.在本发明的范围内，“阀组件”在此尤其可以理解为由多个阀组成的、相互连接的系统。此外，“先导阀”优选可以理解为在所有另外的阀之前首先要操控的用于封闭压力容器的阀，该阀可以有利地直接与压力容器连接。另外的阀可以相应地理解为在先导阀之后要操控的用于封闭压力容器的阀。先导阀在此可以与一个或多个另外的阀类似地确定尺寸，优选完全相同地确定尺寸和/或构型。此外，在本发明的范围内，“平均所需的保持打开能量”尤其可以理解为如下能量，所述能量必须在确定的时间段上平均地施加，使得先导阀和/或至少一个另外的阀在打开之后还可以保持在打开状态中。在从吸引阶段到后控制阶段的过渡方面，可以理解，在开始后控制阶段并且可以交替地关断和接通吸引电压之前，先导阀的吸引阶段结束之前的吸引电压以及另外的阀的打开状态结束之前的增强电压才可以被关断。然而同样可以考虑，直接开始后控制阶段，因为在后控制阶段中本来就关断和接通吸引电压。在可选的最后的方法步骤中，具体地例如还可以设置关断吸引电压，用于结束后控制阶段，该关断优选可以通过先导阀和至少一个另外的阀的同时关闭来实现。还可以理解，除了至少一个另外的阀之外，还可以设置多个另外的阀，这些另外的阀在后控制阶段中能够至少部分地依次或者同时打开或保持打开。
7.在先导阀的快速且有效的打开以及同时高能效地打开一个或多个另外的阀方面，根据本发明可以有利地设置，增强电压在量值上大于吸引电压，其中，增强电压优选具有大于12v的量值、特别优选具有大于65v的量值、尤其是至少400v的量值。在此，可以例如将增强电压有利地施加到电磁阀上，使得至少暂时地在电磁阀的线圈中流动大于5a、优选大于7a、尤其是至少10a的打开电流，从而确保迅速的压力补偿。
8.同样，在快速且有效地打开先导阀和随后高能效地打开一个或多个另外的阀方面，可以有利地设置，打开阶段持续超过2ms，优选超过5ms，尤其是超过10ms。
9.此外，在用于打开储罐阀的特别高能效的运行的范围内可以考虑，吸引电压小于增强电压，其中，吸引电压优选具有12v或更小的值。
10.同样，在用于打开罐阀的特别高能效的运行方面，可以设置，在后控制阶段中交替地关断和接通吸引电压，使得调节出平均至少2a的打开电流和/或保持打开电流。
11.此外，在一种用于打开燃料储罐的阀组件的可特别简单和灵活匹配的方法的范围内可以设想，在保持打开阶段中交替地关断和接通吸引电压的频率和/或幅度根据运行条件、尤其根据反压和/或温度而变化。吸引电压的这种变化尤其在具有多个另外的阀的实施方案中是有利的。
12.本发明的主题同样还涉及一种用于打开燃料储罐的阀组件的系统，该燃料储罐用于在燃料电池驱动的车辆中使用。在此，根据本发明的系统包括先导阀、至少一个另外的阀和控制器，所述控制器用于施加增强电压，用于打开先导阀，并且所述控制器用于施加吸引电压，用于保持打开先导阀并且用于打开和保持打开所述至少一个另外的阀，其中，控制器构造成并且在系统内部布置成使得能够通过交替地关断和接通吸引电压来提供平均所需
的保持打开能量，用于保持打开先导阀并且用于打开和保持打开所述至少一个另外的阀。因此，根据本发明的系统具有与已经关于根据本发明的方法详细描述的优点相同的优点。在一种特别紧凑和全面的实施方案的范围内，该系统还可以具有至少一个燃料储罐。在此，燃料储罐尤其可以以氢储罐或天然气储罐的形式构成。
13.为了即使在事故或完全卸载等情况下也能保证足够的安全性，根据本发明还可以有利地设置，先导阀和/或至少一个另外的阀以自关闭阀的形式、优选以电磁阀的形式构成。
14.为了识别用于开始先导阀和/或另外的阀的打开过程的有利时间点，具体地还可以设置，设置用于探测测量值的探测单元，用于确定用于施加可变电压的合适时间点。在此，可能的测量值尤其可以是当前的反压或压力差和/或当前的内部温度和/或外部温度。
15.在可靠地确定用于开始先导阀和/或另外的阀的打开过程的有利时间点方面，具体地还可以设置，设置处理单元，用于基于借助探测单元探测到的测量值确定用于施加可变电压的合适时间点。处理单元在此尤其可以对由探测单元检测到的测量值进行事后处理，例如求平均和/或加权或者其他类型的分析处理，以便保证可靠地确定用于开始打开过程的有利时间点。此外，在简单和快速的数据通信方面，控制器、处理单元和探测单元优选通过控制线路相互连接。在可简单组合的且可灵活布置的组件的范围内，控制器、处理单元和探测单元同样可以通过wlan、蓝牙或nfc等无线地相互连接。
16.此外，本发明的主题同样是一种包括上述系统的机动车，尤其是包括上述系统的燃料电池驱动的机动车。
17.本发明的其它优点、特征和细节由以下说明得出，在该说明中参考附图详细地描述了本发明的实施例。在此，在权利要求书和说明书中提到的特征可以分别单独地或以任意组合对于本发明是重要的。
附图说明
18.附图示出：
19.图1根据本发明的用于打开燃料储罐的阀组件的方法的各个步骤的示意图，
20.图2先导阀的操控曲线的示意图，
21.图3用于另外的罐阀的操控曲线的示意图。
具体实施方式
22.图1示出了根据本发明的用于打开燃料储罐的阀组件的方法的各个步骤的示意图，所述阀组件包括先导阀v1和至少一个另外的阀v2，尤其是用于在燃料电池驱动的车辆中使用。
23.在此，该方法包括在先导阀v1的打开阶段p1中施加30增强电压s1用于打开先导阀v1的步骤。在此，增强电压s1有利地在量值上大于随后待施加的吸引电压s2，其中，增强电压s1优选具有大于12v的量值，特别优选具有大于65v的量值，尤其是具有至少400v的量值。
24.在根据本发明的方法的随后的第二步骤中，关断32增强电压s1，用于结束先导阀v1的打开阶段b1。打开阶段b1在此例如可以持续超过2ms，优选超过5ms，尤其是超过10ms。
25.按照根据本发明的方法的随后的第三步骤，在先导阀v1的吸引阶段b2中施加34用
于保持打开先导阀v1的吸引电压s2。吸引电压s2在此有利地小于增强电压s1，其中，吸引电压s2优选具有12v或更小的值。
26.按照根据本发明的方法的第四步骤，紧接着在后控制阶段p3中交替地关断和接通36吸引电压s2，用于保持打开先导阀v1并且用于打开和保持打开所述至少一个另外的阀v2，从而提供用于保持打开先导阀v1的平均所需的保持打开能量以及所述至少一个另外的阀v2的平均所需的打开能量和/或保持打开能量。在此优选在后控制阶段p3中交替地关断和接通吸引电压s2，使得调设出平均至少2a的打开和/或保持打开电流。在保持打开阶段p3中交替地关断和接通吸引电压s2的频率和/或幅度在此尤其可以根据运行条件、例如根据反压或温度或类似条件而变化。
27.图2示出了先导阀v1的操控曲线的示意图。
28.先导阀v1在此首先在打开阶段p1中被供给在此为65v的增强电压s1，从而电流i短暂地升高到超过10a。在此，在65v的增强电压s1被关断并且在吸引阶段p2中仅还施加大约12v的电压之前，先导阀的打开阶段p1持续大约10ms。在吸引阶段p2之后，在此12v的吸引电压s2在开始的后控制阶段p3中交替地关断和接通，从而还继续提供用于先导阀v1的平均所需的保持打开能量。
29.图3示出了另外的储罐阀v2的操控曲线。在先导阀v1打开之后，先导阀v1负责使高压回路中的压力升高，从而可以克服补偿的压力并且在明显更小的能量的情况下打开另外的储罐阀v2。为此，不需要例如65v的增强电压v1，而是12v的吸引电压s2也足够。通过交替地接通和关断当前12v的吸引电压s2，另外的阀v2被供给平均约2a的电流，该电流负责使阀可靠地打开和保持打开。
30.该后控制阶段p3持续直至阀v2和先导阀v1在行驶结束时再次关闭。这通过调设出12v的供电来实现。此外，视运行条件而定，尤其是反压和/或温度，可以改变当前示出的具有吸引电压s2的电压供给的频率、相位和幅度。在克服特别高的压力的紧急打开的情况下(例如在事故期间或不久后伴随着燃烧发生并且由此伴随着储罐中的压力升高)，也可以明显更长并且更频繁地施加先导阀v1的增强电压s1，以便确保打开和保持打开。