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Abstract

Verfahren (10) zum Betanken eines Fahrzeuges an einer Wasserstofftankstelle, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- nach einer Einfahrt (11) des Fahrzeuges in die Wasserstofftankstelle wird per Funk eine Zuordnung (12) des Fahrzeuges zu einer Zapfsäule der Wasserstofftankstelle vorgenommen und- ein Wasserstofftank des Fahrzeuges wird mit Wasserstoff betankt, während das Fahrzeug und die Zapfsäule über eine Kommunikationseinheit in einem drahtlosen Datenaustausch (13) stehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betanken eines Fahrzeuges an einer Wasserstofftankstelle. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
  • Stand der Technik
  • US10800281B2 offenbart Systeme und Methoden zur Kommunikation zwischen einer Wasserstofftankstelle und einem wasserstoffbetriebenen Fahrzeug, die sowohl Nahfeldkommunikation als auch Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur nutzen können. Es können Sicherheits-, Betankungs-, Zahlungs- und andere Informationen übertragen werden, und die redundante Natur der Kommunikation soll eine Fehlerbehebung und Prozessüberwachung ermöglichen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betanken eines Fahrzeuges an einer Wasserstofftankstelle, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
  • Der erfindungsgemäße Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass die Betankung von Wasserstofffahrzeugen nach dem Stand der Technik typischerweise über eine Infrarot-Schnittstelle erfolgt, welche Daten unidirektional vom Fahrzeug zur Tankstelle überträgt. Ein solches Verfahren ist in der Norm SAE J2799 standardisiert. Weiterhin ist in SAE J2601 beschrieben, wie der Betankungsvorgang mit Wasserstoff (H2) ablaufen - etwa mit welchem Druckgradienten und bis zu welchem Maximaldruck - und welche Daten zwischen dem H2-Fahrzeug und der H2-Tankstelle ausgetauscht werden sollen. Hierzu werden anhand vorgegebener Tabellen zum Beispiel in Abhängigkeit vom Nenndruck der Tanks, der Umgebungstemperatur und der initialen Tanktemperatur geeignete Betankungsparameter gewählt, gemäß denen die Tankstelle die Betankung ohne Rückmeldung vom Fahrzeug zeitabhängig steuert.
  • Das nachfolgend beschriebene Verfahren trägt hierbei dem Umstand Rechnung, dass die Infrarotkommunikation aufgrund von Sonneneinstrahlung, physikalischer Beschädigung oder Vereisung (durch den auf bis zu -40 °C stark vorgekühlten Wasserstoff) gestört werden kann. Außerdem sind die genannten SAE-Normen hinsichtlich der vorgesehenen Betankungsdauer zwar für den Personenkraftwagen-Bereich angemessen, bedingen aber bei Nutzfahrzeugen aufgrund deren deutlich größerer Tankkapazität sehr lange Betankungszeiten.
  • Ein weiterer Nachteil der IR-Kommunikation ist darin zu sehen, dass sie eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger voraussetzt und die Übertragungsreichweite eingeschränkt ist, weshalb Sender und Empfänger nach dem Stand der Technik direkt im Tankstutzen bzw. Tankrüssel platziert sind. Ein Rückkanal vom Fahrzeug zur Tanksäule ist hierbei nicht vorgesehen. Zwar ist notfalls eine Betankung auch gänzlich ohne Kommunikation möglich, jedoch erfolgt eine solche Betankung, um jegliche Gefahren auszuschließen, allenfalls sehr langsam.
  • Ein Vorzug der erfindungsgemäßen Lösung besteht vor diesem Hintergrund in ihrer Eignung, einen funktions- und informationssicheren Datenaustausch zwischen Wasserstofftankstelle und -fahrzeug zu gewährleisten. Dieser Datenaustausch wiederum gestattet einen schnellen und energieeffizienten Betankungsvorgang.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So ermöglicht die Nutzung von Ultrabreitband-Funktechnik (ultra-wideband, UWB) nach IEEE 802.15.4z eine sichere Erfassung und Zuordnung des Fahrzeugs zur nächstgelegenen Zapfsäule.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Datenübertragung mittels Bluetooth (BT) vorgesehen sein. Das standardisierte Bluetooth-Protokoll unterstützt vorteilhafterweise bereits Verfahren zur Authentifizierung und Verschlüsselung der Verbindung, welche fortgeschrittene Mechanismen wie eine Black-Channel-Kommunikation zur überlagerten sicherheitsrelevanten Datenübertragung ermöglichen.
  • Da durch UWB und BT eine sichere Datenübertragung zwischen Fahrzeug und Tankstelle eröffnet wird, können auch weitere Dienste auf die so geschaffene Kommunikationsschnittstelle zurückgreifen: Zum einen mögen Bezahldienste hierüber abgewickelt werden; aber auch zu Diagnosezwecken können Daten ausgetauscht werden, die zur Überwachung des Betankungsprozesses oder für Plausibilisierungsfunktionen von Sensoren und anderweitigen Komponenten dienen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Umlaufzeitmessung (roundtrip time-offlight, RTOF) vorgesehen sein, um eine etwaige Manipulation des Ortungsvorgangs zu erkennen. Auf diese Weise lässt sich auch vermeiden, dass ein Fahrzeug nicht mit der zugehörigen, sondern mit einer weiter entfernten Zapfsäule kommuniziert.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 eine beispielhafte Anordnung zum Betanken eines Fahrzeuges an einer Wasserstofftankstelle.
    • 3 das Blockdiagramm einer Zapfsäule gemäß IEC 61511 und eines Fahrzeugs gemäß ISO 26262.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 illustriert die grundlegenden Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens (10), dessen Ablauf nunmehr anhand der Anordnung gemäß 2 erläutert sei.
  • Als auslösendes Ereignis für den Ablauf dient die Einfahrt (11) eines Fahrzeuges in die Wasserstofftankstelle und sein Heranfahren an eine von deren Tanksäulen. Das Fahrzeug dient nunmehr als sogenanntes UWB-Tag, welches von einer an der Tankstelle installierten Infrastruktur aus mindestens drei UWB-Ankern durch Triangulation geortet wird.
  • In einer Variante mag beispielsweise eine Multilateration anhand der Laufzeitunterschiede zwischen Fahrzeug und unterschiedlichen Empfängern (time difference of arrival, TDOA) zum Einsatz kommen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Auf diesem Wege wird eine Zuordnung (12) des Fahrzeuges zur Zapfsäule der Wasserstofftankstelle vorgenommen und deren Zapfpistole („Tankrüssel“) mechanisch mit dem Tankstutzen des Fahrzeuges gekoppelt.
  • Das Fahrzeug wird nun gemäß einem vorgegebenen Ablaufprotokoll betankt, während es mit der Zapfsäule über eine Bluetooth-Kommunikationseinheit (20 - 2) in einem drahtlosen Datenaustausch (13) stehen. Dieser Betankungsvorgang wird beendet (14), sobald über die Tankstelle der Maximaldruck detektiert wird. Ein Stopp wird auch im Notfall (emergency) eingeleitet, beispielsweise wenn die mittels fahrzeugseitiger Sensordaten (21 - 2) erfasste Temperatur im Tank einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
  • Nach dem Beenden (14) der Betankung wird ein etwaiger Zahlungsvorgang eingeleitet. Schließlich werden Fahrzeug und Zapfsäule mechanisch entkoppelt (15) und die drahtlose Datenübertragung eingestellt.
  • Es versteht sich, dass die Zuordnung (12) - beispielsweise im Wege einer phasenbasierten Entfernungsmessung zwischen Kommunikationseinheit (20) und Tankstelle (high-accuracy distance measurement, HADM) - ebenfalls mittels Bluetooth erfolgen kann. Hierzu empfiehlt sich die Nutzung einer ortsfesten Infrastruktur mit mindestens drei Bluetooth-Ankern. Umgekehrt kommt in Betracht, dass Zuordnung (12) und Datenaustausch (13) gleichermaßen mittels Ultrabreitband-Funktechnologie erfolgen.
  • Dieses Verfahren (10) kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät (electronic control unit, ECU) implementiert sein, wie die schematische Darstellung der 3 verdeutlicht. Ein solches Tankstellen-Steuer- und Regelungssystem (40) bestimmt ferner die Förderleistung der zur Betankung betriebenen Pumpe (38) und andere Aspekte der Bereitstellung des Wasserstoffs (33) - etwa gegebenenfalls dessen Vorkühltemperatur - und gewährleistet die drahtlose Kommunikation zwischen H2-Fahrzeug (31) und Wasserstofftankstelle.
  • In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Zapfsäule (30) ferner Temperatur-, H2-, Wasserstoff-Fördermengen- und anderweitige Sensoren (34), die den aktuellen Zustand des Wasserstoffs (33) erfassen, die besagte Pumpe (38), welche die Fördermenge des Wasserstoffs (33) zum Fahrzeug (31) bestimmt, den Tankrüssel (36) sowie Schläuche, die zur mechanischen Kopplung (35) mit dem Fahrzeug (31) dienen.
  • Das abbildungsgemäß rechts dargestellte H2-Fahrzeug (31) umfasst seinerseits das H2-Tanksystem, welches aus verschiedenen Ventilen und dem Wasserstofftank (32) besteht. Außerdem verfügt es über einen Tankstutzen (37) als Aufnahme (receptacle) für den Tankrüssel (36), um die Zapfsäule (30) physikalisch mit dem Fahrzeug (31) zu verbinden und den Wasserstoff (33) zu tanken, Sensoren (34), um den Zustand des Tanksystems zum Beispiel hinsichtlich Temperatur und Druck zu erfassen und ein optional über einen CAN-Bus angeschlossenes Steuergerät (39), um das H2-Tanksystem zu regeln (control) und die Kommunikation mit der Tankstelle über UWB und BT zu gestalten.

Claims (10)

  1. Verfahren (10) zum Betanken eines Fahrzeuges (31) an einer Wasserstofftankstelle, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - nach einer Einfahrt (11) des Fahrzeuges (31) in die Wasserstofftankstelle wird per Funk eine Zuordnung (12) des Fahrzeuges (31) zu einer Zapfsäule (30) der Wasserstofftankstelle vorgenommen und - ein Wasserstofftank (32) des Fahrzeuges (31) wird mit Wasserstoff (33) betankt, während das Fahrzeug (31) und die Zapfsäule (30) über eine Kommunikationseinheit (20) in einem drahtlosen Datenaustausch (13) stehen.
  2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Betanken wird beendet (14), sobald der Wasserstofftank (32) einen vorgegebenen Füllstand erreicht oder - das Betanken wird beendet (14), sobald anhand von Sensordaten (21) ein Notfall erkannt wird.
  3. Verfahren (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - nach der Zuordnung (12) erfolgt eine mechanische Kopplung (35) eines Tankrüssels (36) der Zapfsäule (30) mit einem Tankstutzen (37) des Fahrzeuges (31) und - nach dem Beenden des Betankens wird die Kopplung (35) gelöst (15).
  4. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eines der folgenden Merkmale: - der Wasserstoff (33) wird während des Betankens mittels einer Pumpe (38) der Zapfsäule (30) gefördert und - die Pumpe (38) wird von einem Steuergerät (40) der Zapfsäule (30) anhand des Datenaustausches geregelt.
  5. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Zuordnung (12) erfolgt mittels Ultrabreitband-Funktechnik und - der Datenaustausch (13) erfolgt mittels Bluetooth.
  6. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Zuordnung (12) und der Datenaustausch (13) erfolgen mittels Bluetooth und - die Zuordnung (12) umfasst eine phasenbasierte Entfernungsmessung zwischen der Kommunikationseinheit (20) und Tankstelle.
  7. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Zuordnung (12) und der Datenaustausch (13) erfolgen mittels Ultrabreitband-Funktechnologie.
  8. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Vorrichtung (30, 40), die eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
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