DE102021208098A1 - Method and device for filling up a vehicle at a hydrogen filling station - Google Patents
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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.Method (10) for filling up a vehicle at a hydrogen filling station, characterized by the following features:- after the vehicle has entered (11) the hydrogen filling station, the vehicle is assigned (12) to a fuel pump of the hydrogen filling station by radio and- a hydrogen tank of the The vehicle is refueled with hydrogen while the vehicle and the fuel pump are in wireless data exchange (13) via a communication unit.
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.The present invention relates to a method for filling up a vehicle at a hydrogen filling station. The present invention also relates to a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium.
Stand der TechnikState of the art
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.US10800281B2 discloses systems and methods for communication between a hydrogen fueling station and a hydrogen-powered vehicle, which can use both near-field communication and communication between vehicle and infrastructure. Security, fueling, payment, and other information may be transmitted, and the redundant nature of the communications is intended to allow for troubleshooting and process monitoring.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
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.The invention provides a method for filling up a vehicle at a hydrogen filling station, a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium according to the independent claims.
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.The approach according to the invention is based on the knowledge that, according to the prior art, hydrogen vehicles are typically refueled via an infrared interface which transmits data unidirectionally from the vehicle to the filling station. Such a method is standardized in the SAE J2799 standard. Furthermore, SAE J2601 describes how the refueling process with hydrogen (H2) takes place - for example with which pressure gradient and up to which maximum pressure - and which data should be exchanged between the H2 vehicle and the H2 filling station. For this purpose, suitable refueling parameters are selected based on given tables, for example depending on the nominal pressure of the tanks, the ambient temperature and the initial tank temperature, according to which the filling station controls the refueling time-dependently without feedback from the vehicle.
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.The procedure described below takes into account the fact that infrared communication can be disrupted by solar radiation, physical damage or icing (due to the hydrogen that has been pre-cooled down to -40 °C). In addition, the SAE standards mentioned with regard to the planned refueling time are appropriate for the passenger car sector, but require very long refueling times for commercial vehicles due to their significantly larger tank capacity.
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.Another disadvantage of IR communication is that it requires a line of sight between the transmitter and receiver and the transmission range is limited, which is why the transmitter and receiver are placed directly in the tank nozzle or tank nozzle according to the prior art. There is no provision for a return channel from the vehicle to the fuel pump. Although, if necessary, refueling is also possible without any communication at all, such refueling takes place very slowly at best in order to rule out any danger.
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.Against this background, an advantage of the solution according to the invention is its suitability for ensuring a functional and information-safe data exchange between hydrogen filling station and hydrogen vehicle. This data exchange, in turn, allows for a quick and energy-efficient refueling process.
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.Advantageous further developments and improvements of the basic idea specified in the independent claim are possible as a result of the measures listed in the dependent claims. The use of ultra-wideband radio technology (UWB) according to IEEE 802.15.4z enables the vehicle to be reliably recorded and assigned to the nearest fuel pump.
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.According to a further aspect, data transmission can be provided using Bluetooth (BT). Advantageously, the standardized Bluetooth protocol already supports methods for authentication and encryption of the connection, which enable advanced mechanisms such as black channel communication for superimposed security-relevant data transmission.
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.Since UWB and BT open up secure data transmission between the vehicle and the gas station, other services can also access the communication interface created in this way: on the one hand, payment services can be processed here; but data can also be exchanged for diagnostic purposes, which is used to monitor the fueling process or for plausibility functions of sensors and other components.
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.According to a further aspect, a round-trip time-offlight (RTOF) measurement can be provided in order to detect any manipulation of the locating process. In this way, it can also be avoided that a vehicle does not use the associated, but communicates with a more distant gas pump.
Figurenlistecharacter list
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.
-
1 the flow chart of a method according to an embodiment of the invention. -
2 an exemplary arrangement for refueling a vehicle at a hydrogen filling station. -
3 the block diagram of a dispenser according to IEC 61511 and a vehicle according to ISO 26262.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
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.The triggering event for the process is the entry (11) of a vehicle into the hydrogen filling station and its approach to one of its filling stations. The vehicle now serves as a so-called UWB tag, which is located by triangulation using an infrastructure of at least three UWB anchors installed at the gas station.
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.In one variant, for example, a multilateration can be used based on the transit time differences between the vehicle and different recipients (time difference of arrival, TDOA) without departing from the scope of the invention. In this way, the vehicle is assigned (12) to the fuel pump of the hydrogen filling station and its fuel nozzle (“tank nozzle”) is mechanically coupled to the tank nozzle of the vehicle.
Das Fahrzeug wird nun gemäß einem vorgegebenen Ablaufprotokoll betankt, während es mit der Zapfsäule über eine Bluetooth-Kommunikationseinheit (20 -
Nach dem Beenden (14) der Betankung wird ein etwaiger Zahlungsvorgang eingeleitet. Schließlich werden Fahrzeug und Zapfsäule mechanisch entkoppelt (15) und die drahtlose Datenübertragung eingestellt.After the end (14) of the refueling, a possible payment process is initiated. Finally, the vehicle and fuel pump are mechanically decoupled (15) and wireless data transmission is stopped.
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.It goes without saying that the assignment (12)—for example by way of a phase-based distance measurement between the communication unit (20) and the gas station (high-accuracy distance measurement, HADM)—can also be carried out using Bluetooth. For this purpose, the use of a fixed infrastructure with at least three Bluetooth anchors is recommended. Conversely, it is possible for assignment (12) and data exchange (13) to take place equally using ultra-wideband radio technology.
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
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.In the present embodiment, the dispenser (30) also includes temperature, H2, hydrogen flow rate and other sensors (34) that detect the current state of the hydrogen (33), said pump (38) that measures the flow rate of the Hydrogen (33) intended for the vehicle (31), the tank nozzle (36) and hoses, which are used for mechanical coupling (35) to the vehicle (31).
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.The H2 vehicle (31) shown on the right in the figure includes the H2 tank system, which consists of various valves and the hydrogen tank (32). It also has a tank nozzle (37) as a receptacle for the tank nozzle (36) to physically connect the fuel pump (30) to the vehicle (31) and to fill up with hydrogen (33), sensors (34), to record the status of the tank system, for example in terms of temperature and pressure, and an optional control unit (39) connected via a CAN bus, to regulate the H2 tank system (control) and to design communication with the gas station via UWB and BT.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |