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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Speichereinrichtung zur Speicherung von Wasserstoff bei einem Nenndruck von mehr als 60 MPa, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung einen Notfallbetankungsschlauch zur Notfallbetankung einer Speichereinrichtung eines Fahrzeuges durch ein derartiges Fahrzeug. Letztlich betrifft die Erfindung außerdem ein Verfahren zur Notfallbetankung eines Fahrzeuges durch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
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Die Verwendung von Wasserstoff als Treibstoff für Fahrzeuge ist für zukünftige Fahrzeuganwendungen, sowohl mit Verbrennungsmotoren als auch mit Brennstoffzellensystemen zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung von Bedeutung. Allerdings ist in absehbarer Zeit nicht damit zu rechnen, dass es ein flächendeckendes Netz an Wasserstofftankstellen außerhalb der Ballungsräume geben wird. Es besteht daher die Befürchtung, dass gelegentlich Fahrzeuge mit Speichereinrichtungen für unter einen Nenndruck von mehr als 60 MPa gespeichertem Wasserstoff „liegen bleiben” werden, da ihnen der Treibstoff ausgeht. In dem Fall wäre es wünschenswert wenn im Rahmen der Pannenhilfe beispielsweise eine gewisse Menge von Wasserstoff von einem Fahrzeug auf das andere übertragen werden könnte, um so dem liegengebliebenen Fahrzeug wieder ausreichend Wasserstoff zur Verfügung zu stellen, um dieses weiterbetreiben zu können.
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In diesem Zusammenhang ist aus dem Stand der Technik die japanische Patentanmeldung
JP 2004-146113 A bekannt. Sie beschreibt ein derartiges Szenario am Beispiel zweier Brennstoffzellenfahrzeuge. Diese werde über einen Betankungsschlauch mit einer Datenleitung miteinander verbunden, und zwar so, dass jeweils die Befüllanschlüsse beziehungsweise deren Tankstutzen miteinander verbunden werden. Nun ist im Allgemeinen so, dass aufgrund von Rückschlagventilen eine Strömung von Gas in Richtung des Tankstutzens verhindert wird. Um diese Problematik zu begegnen schlägt die japanische Schrift vor, dass zu den Rückschlagventilen jeweils Bypassleitungen mit schaltbaren Ventilen angeordnet werden. Indem über einen speziellen Schlauch die Befüllanschlüsse beider Fahrzeuge miteinander verbunden werden kann dann durch das Öffnen des Bypassventils in dem Spender-Fahrzeug der Tank des Empfänger-Fahrzeuges betankt werden.
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Die Thematik der Betankung ist über die SAE J-2600 weitgehend normiert. Dabei ist es vorgesehen, dass Datenschnittstellen, insbesondere Infrarotschnittstellen im Bereich der Befüllanschlüsse angeordnet sind. Diese arbeiten jedoch unidirektional, können also lediglich Daten vom Fahrzeug, typischerweise zu einer Wasserstofftankstelle, senden. Um das Verfahren gemäß der japanischen Offenlegungsschrift entsprechend umzusetzen wäre es nun notwendig anstelle der quasi-normierten Datenschnittstellen mit unidirektionaler Datenübertragung bidirektionale Schnittstellen einzusetzen. Dies ist entsprechend aufwendig. Ferner ist es im Allgemeinen so, das nicht nur ein Rückschlagventil in einer dem Tankstutzen mit der Speichereinrichtung verbindenden Befüllleitung angeordnet ist, sondern das ebenso Rückschlagventile im Bereich der einzelnen Tankventile, da typischerweise mehrere Druckgasbehälter eingesetzt werden, angeordnet sind. Diese Tankventile sind im Allgemeinen als sogenannte On Tank Valves direkt mit dem Druckgasspeicher verschraubt beziehungsweise ragen teilweise in diesen. Diese Bauteile sind außerordentlich komplex und aufwendig. Hier zusätzliche Bypassleitungen mit schaltbaren Ventilen zur Umgehung der Rückschlagventile vorzusehen stellt einen exorbitanten zusätzlichen Konstruktionsaufwand dar, welcher sich auch hinsichtlich Bauraum, Gewicht und Kosten als gravierender Nachteil herausstellt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, geeignete Fahrzeuge, einen geeigneten Notfallbetankungsschlauch sowie ein geeignetes Verfahren anzugeben, um diese Nachteile zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 1, einen Notfallbetankungsschlauch mit den Merkmalen im Anspruch 6 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösungen ergeben sich aus dem jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug sieht es vor, das neben dem Befüllanschluss, welcher einen Tankstutzen und eine unidirektionale Datenschnittstelle zum Senden von Daten aufweist, welche insbesondere gemäß SAE J 2600 ausgebildet ist, erfindungsgemäß einen weiteren Entleeranschluss im Hochdruckbereich der Speichereinrichtung aufweist. Der Entleeranschluss weist einen Anschlussstutzen und eine Datenschnittstelle zum unidirektionalen Empfang von Daten auf. Der Entleeranschluss ist also in seiner Funktionalität so ausgebildet, dass an seinem Anschlussstutzen ein Schlauch angeschlossen werden kann, und dass über seine Datenschnittstelle, vergleichbar der Datenschnittstelle einer Tankstelle unidirektional Daten empfangen werden können. Ein solches Fahrzeug ist nun in der Lage über den Entleeranschluss, wenn dieser mit dem Befüllanschluss eines vergleichbar ausgestatteten Fahrzeugs oder auch eines beliebig ausgestatteten Fahrzeuges, und dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, betankt werden kann.
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Um eine solche Betankung zwischen dem einen Fahrzeug, welches auch als Spender-Fahrzeug bezeichnet wird und einem Empfänger-Fahrzeug durchzuführen ist lediglich ein Notbetankungsschlauch erforderlich. Dieser kann beispielweise in dem Spender-Fahrzeug mitgeführt werden. Der Notbetankungsschlauch weist neben einer Schlauchleitung dabei ein erstes Anschlusselement auf, welches kompatibel zum Anschlussstutzen ist und ein zweites, welches kompatibel zum Tankstutzen ist. Darüber hinaus ist er mit einer Datenleitung versehen, welche an beiden Enden Kommunikationseinrichtungen zu den Datenschnittstellen aufweist. Über ein Spender-Fahrzeug in der oben beschriebenen Ausgestaltung gemäß der Erfindung und einen solchen Notfallbetankungsschlauch kann nun jedes Fahrzeug mit einer Speichereinrichtung für Wasserstoff bei einem Nenndruck von mehr als 60 MPa betankt werden. Es muss nicht zwingend erfindungsgemäß ausgestaltet sein. Das Empfänger-Fahrzeug weist immer den Befüllanschluss mit Tankstutzen einerseits und der unidirektionalen Datenschnittstelle zum Senden von Daten andererseits auf. Dies entspricht den Regelungen gemäß SAE J 2600 und ist zur Betankung des Fahrzeuges an einer Wasserstofftankstelle ohnehin notwendig. Das Spender-Fahrzeug weist nun zumindest den zusätzlichen erfindungsgemäßen Entleeranschluss auf. Über den Notfallbetankungsschlauch kann dieser Entleeranschluss dann mit dem Befüllanschluss des Empfänger-Fahrzeuges verbunden werden, um dieses zu betanken.
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Wünschenswert wäre es selbstverständlich wenn alle Fahrzeuge gemäß der Erfindung ausgestaltet sind. Prinzipiell reicht es jedoch aus wenn beispielsweise Fahrzeuge der Straßenwacht, Servicefahrzeuge oder ähnliche derart ausgestaltet sind, sodass zumindest diese einem liegengebliebenen Fahrzeug Hilfe leisten können, in dem sie dessen Speichereinrichtung mit einer gewissen Menge an Wasserstoff im Rahmen einer Notbetankung auffüllen.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist der Entleeranschluss dabei zwischen einem Tankventil und einem Druckregler im Entnahmepfad der Speichereinrichtung vorgesehen. Eine solche Anordnung im Entnahmepfad der Speichereinrichtung ist besonders effizient. An dieser Stelle muss außer einer abzweigenden Leitung und dem eigentlichen Entleeranschluss nichts weiter vorgesehen werden. Über das Entnahmeventil kann dieser Bereich bei Bedarf mit Druck beaufschlagt werden, ohne das hierfür eine über die Hardware, welche in dem Fahrzeug ohnehin vorhanden ist, hinaus gehende Funktionalität notwendig wäre. Über das Steuergerät des Fahrzeuges beziehungsweise eine Steuerung der Speichereinrichtung kann dann das Entnahmeventil geöffnet werden. Hierdurch wird der an dem Entleeranschluss angeschlossenen Notbetankungsschlauch geöffnet und die Übertragung von Wasserstoff vom Spender-Fahrzeug auf das Empfänger-Fahrzeug erfolgt.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Idee sind die eingesetzten Datenschnittstellen dabei als Infrarotschnittstellen ausgebildet, insbesondere mit einem Datenprotokoll gemäß SAE J 2600.
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Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung der Idee sieht es ferner vor, dass der Anschlussstutzen und der Tankstutzen baugleich ausgeführt sind. Eine solche baugleiche Ausführung des Tankstutzens einerseits und des Anschlussstutzens andererseits vereinfacht den Aufbau des Notfallbetankungsschlauchs außerordentlich da dieser an beiden Enden identisch ausgestaltet werden kann. Aufgrund der Datenschnittstellen und der Tatsache das eine Betankung nur startet wenn die SAEJ2600 entsprechenden Signale über die Datenschnittstelle beispielsweise bei der Tankstelle oder dem Spender-Fahrzeug eingehen kann eine Fehlfunktion ausgeschlossen werden. Würde beispielsweise ein Nutzer versehentlich an der Tankstelle einen Tankschlauch an den Entleeranschluss anschließen, dann würde dessen unidirektionale Kommunikation der Datenschnittstelle, welche lediglich zum Empfang von Daten ausgebildet ist die erforderlichen Daten nicht senden und die Tankstelle würde dementsprechend den Fluss für Wasserstoff nicht freigeben.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung kann das Fahrzeug insbesondere mit einem Brennstoffzellensystem zur Nutzung des Wasserstoffs als Treibstoff ausgestaltet sein.
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Der Notfallbetankungsschlauch wurde für seinen Einsatz oben bereits beschrieben. Er kann selbstverständlich entsprechend der zuvor beschriebenen Weiterbildung, in welcher der Anschlussstutzen der Tankstutzen baugleich ausgeführt sind an, beiden Enden Anschlusselemente aufweisen welche ebenfalls baugleich ausgestaltet sind. Neben der eigentlichen Schlauchleitung umfasst der Notfallbetankungsschlauch die Datenleitung und die Kommunikationseinrichtungen zu den Datenschnittstellen.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann die Datenleitung dabei als Glasfaserkabel ausgebildet sein, welches mit den entsprechenden optischen Schnittstellen zur Einkopplung von Infrarotstrahlung auf der einen Seite und zur Auskopplung von Infrarotstrahlung auf der anderen Seite ausgebildet ist. Diese im Bereich des Notfallbetankungsschlauchs passiven Einrichtungen können dabei baugleich ausgebildet werden, sodass der Notfallbetankungsschlauch an beiden Enden identisch gestaltet werden kann und als passives Bauteil einfach und kostengünstig ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde oben ebenfalls bereits beschrieben. Insbesondere kann das Auslösen der Betankung dabei gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Spender-Fahrzeuges durch ein Öffnen des Entnahmeventils ausgelöst werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei möglich die Betankung für eine vorgegebene Zeitspanne durchzuführen also beispielsweise das Entnahmeventil für eine vorgegebene Zeitspanne zu öffnen. Über eine solche vorgegebene Zeitspanne kann die Menge an Wasserstoff, welche vom Spender-Fahrzeug zum Empfänger-Fahrzeug gelangt entsprechend begrenzt werden, was je nach Anwendungsfall von Vorteil sein kann. Wird auf eine solche Zeitspanne für die Notfallbetankung verzichtet, dann wird dieser immer solange stattfinden bis ein Druckausgleich zwischen den beiden Speichereinrichtungen aufgetreten ist, also insbesondere bis beide Speichereinrichtungen in etwa gleich voll sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
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Die einzige beigefügte Figur zeigt dabei zwei Fahrzeuge und einen Notfallbetankungsschlauch während einer Notfallbetankung.
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In der Darstellung der 1 sind zwei angedeutete Fahrzeuge 1, 2 zu erkennen, wobei das Fahrzeug 1 als Spender-Fahrzeug bezeichnet wird, während das Fahrzeug 2 als Empfänger-Fahrzeug bezeichnet wird. Das Empfänger-Fahrzeug 2 weist eine Speichereinrichtung 3 für Wasserstoff bei einem Nenndruck von beispielsweise 70 MPa auf. Die Speichereinrichtung 3 weist einen in der Darstellung der Figur oben an dem Fahrzeug 2 dargestellten Befüllanschluss 4 auf, welcher einerseits einen Tankstutzen 5 und andererseits eine Infrarotschnittstelle 6 zur unidirektionalen Übermittlung von Daten von dem Fahrzeug 2, insbesondere zu einer Tankstelle aufweist. Über ein Steuergerät 7 welches auch als Tanksteuerung bezeichnet werden könnte, wird insbesondere ein angedeutetes Entnahmeventil 8 für den einen oder oft auch mehrere Druckgasbehälter der Speichereinrichtung 3 entsprechend angesteuert. Über eine Hochdruckleitung 9, in welcher typischerweise der Nenndruck vorliegt, gelangt der Wasserstoff dann zu einem Druckregler 10 und von dort über eine Niederdruckleitung 11, in deren Bereich beispielsweise bei einer Brennstoffzelle als Aggregat 12 Drücken in der Größenordnung von 0,2 bis 0,3 MPa herrschen, zu dem Aggregat 12. Dort wird er entsprechend umgesetzt, um das Fahrzeug 2 anzutreiben, beispielswiese in dem der Wasserstoff in einer Brennstoffzelle als Aggregat 12 in elektrische Antriebsleistung umgewandelt wird, oder in einem Verbrennungsmotor als Aggregat 12 genutzt wird.
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Das Spender-Fahrzeug 1 in der Darstellung der 1 ist dabei weitgehen identisch aufgebaut. Die identischen Bauteile sind auch mit den identischen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben. Der einzige Unterschied besteht nun darin, dass im Bereich der Hochruckleitung 9 ein Entleeranschluss 13 angeordnet ist. Dieser Entleeranschluss 13 umfasst zumindest einen Anschlussstutzen 14 sowie eine Infrarotschnittstelle 15, welche insbesondere mit dem Steuergerät 7 in Kommunikationsverbindung steht. Die Infrarotschnittstelle 15 ist dabei ebenso wie die Infrarotschnittstelle 6 unidirektional ausgebildet, jedoch in anderer Richtung, sodass über diese Schnittstelle Daten lediglich empfangen und nicht gesandt werden können.
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Das Empfänger-Fahrzeug 1 soll nun auf seiner Fahrstrecke durch eine leere Speichereinrichtung 3 „liegen geblieben” sein. Um diese Panne zu beheben kann nun über das Spender-Fahrzeug 1 Wasserstoff zur Verfügung gestellt werden, welcher von der Speichereinrichtung 3 des Spender-Fahrzeuges 1 zu dem Empfänger-Fahrzeug 2 geleitet wird. Hierfür wird ein Notfallbetankungsschlauch 16, welchen beispielsweise das Spender-Fahrzeug 1 mitführt, eingesetzt. Dieser wird an seinem einen Ende mit dem Befüllanschluss 4 des Empfänger-Fahrzeuges 2 verbunden. An seinem anderen Ende wird er mit dem Entleeranschluss 13 des Spender-Fahrzeuges 1 verbunden. Der Notfallbetankungsschlauch 16 weist neben einer Hochdruckschlauchleitung 17 eine Datenleitung 18 auf, welche insbesondere als Glasfaserkabel mit entsprechendem optischen Schnittstellen an den Enden ausgebildet ist. Der Aufbau von Anschlusselementen an den Enden des Notfallbetankungsschlauchs 16 ist nun so aufgebaut, dass diese den Hochdruckschlauch 17 drucksicher mit dem Andruckstutzen 14 einerseits und dem Tankstutzen 5 anderseits verbinden. Gleichzeitig werden über die Datenleitung 18 die beiden Infrarotschnittstellen 6 und 15 so miteinander verbunden, dass Daten von der Infrarotschnittstelle 6 des Empfänger-Fahrzeuges 2 zur Infrarotschnittstelle 15 des Spender-Fahrzeuges 1 übertragen werden. Das Steuergerät 7 ist in dem Spender-Fahrzeug 1 kann so zum Beispiel feststellen ob der Notfallbetankungsschlauch 16 an beiden Enden sicher und zuverlässig mit den entsprechenden Anschlüssen 4, 13 verbunden ist. Ist dies der Fall dann kann beispielsweise für eine vorgegebene Zeitspanne eine Betankung des Empfänger-Fahrzeuges 2 beziehungsweise seiner Speichereinrichtung 3 durch das Spender-Fahrzeug 1 beziehungsweise dessen Speichereinrichtung 3 ausgelöst werden. Das Steuergerät 7 öffnet dafür in dem Spender-Fahrzeug 1 das Entnahmeventil 8 des oder der Druckgasbehälter der Speichereinrichtung 3, sodass sich in der Hochdruckleitung 9 des Spender-Fahrzeuges 1 der volle zur Verfügung stehende Druck der Speichereinrichtung 3 aufbaut. Der Druckregler 10 kann dabei so geschaltet werden, dass dieser kein Gas passieren lässt. Das gesamte Gas strömt dann über den Notfallbetankungsschlauch 16 und den Befüllanschluss 4 des Empfänger-Fahrzeuges 2 zu diesem und dessen Speichereinrichtung 3 ein, ebenso wie dies bei einer Betankung des Empfänger-Fahrzeuges 2 an einer Tankstelle erfolgen würde.
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Das Empfänger-Fahrzeug 2 kann so also durch das Spender-Fahrzeug 1 nachgetankt werden, wobei die übertragene Menge an Wasserstoff von den Druckverhältnissen in den beiden Speichereinrichtungen 3 abhängt. Durch eine Zeitvorgabe kann jedoch sichergestellt werden, dass eine einerseits ausreichende Menge an Wasserstoff und andererseits nicht zu große Menge an Wasserstoff übertragen wird, sodass beide Fahrzeuge 1, 2 bis zur nächsten Wasserstofftankstelle wieder fahren können.
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Die Zeitspanne während welcher die Notfallbetankung vom Spender-Fahrzeug 1 hin zum Empfänger-Fahrzeug 2 erfolgt kann dabei über die Software der Steuerung 7 fest vorgegeben sein oder kann, je nach Entfernung zur nächsten Wasserstofftankstelle durch die das Spender-Fahrzeug 1 nutzende Person von Notfallbetankung zur Notfallbetankung individuell vorgegeben werden.
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Der Aufbau stellt dabei einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Pannenhilfe dar. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Fahrzeuge 1, 2 identisch aufgebaut sind, also jeweils beide den Entleeranschluss 13 aufweisen. Dann wäre es möglich von jedem beliebigen Fahrzeug 1, 2 Wasserstoff an jedes beliebige andere Fahrzeug 2, 1 zu übertragen umso durch die Hilfsbereitschaft der anderen Verkehrsteilnehmer ein längerfristiges liegenbleiben eines Fahrzeuges 1, 2 praktisch auszuschließen. Prinzipiell ist es jedoch auch ausreichend wenn bestimmte Fahrzeuge 1 über einen derartigen Entleeranschluss 13 verfügen, beispielsweise Fahrzeuge der Straßenwacht, Servicefahrzeuge von Herstellern oder Werkstätten oder ähnliche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- SAE J-2600 [0004]
- SAE J 2600 [0007]
- SAE J 2600 [0008]
- SAE J 2600 [0011]
- SAEJ2600 [0012]
