EP4075050A1 - System zur fehlersicheren identifizierung eines fahrzeugs zur betankung eines fahrzeuges mit wasserstoff - Google Patents

System zur fehlersicheren identifizierung eines fahrzeugs zur betankung eines fahrzeuges mit wasserstoff Download PDF

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EP4075050A1
EP4075050A1 EP21020207.3A EP21020207A EP4075050A1 EP 4075050 A1 EP4075050 A1 EP 4075050A1 EP 21020207 A EP21020207 A EP 21020207A EP 4075050 A1 EP4075050 A1 EP 4075050A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
rfid
hydrogen
refueling
transponders
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21020207.3A
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English (en)
French (fr)
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Markus Pfützner
Sven Fichtner
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0178—Cars

Definitions

  • the present invention relates to a system for failsafe identification of a vehicle for refueling a vehicle with hydrogen.
  • hydrogen is stored in liquid or gaseous form in a hydrogen storage facility at a filling station. As part of a refueling process, this hydrogen is compressed to 350 bar or 700 bar with a compressor and then fed to a suitably designed fuel pump.
  • a refueling ramp defines the amount of hydrogen that can be filled into the vehicle per unit of time. Due to the inverse Joule-Thompson effect, i.e. the heat generated when hydrogen expands, the refueling ramp is decisive for the heating of the tank system during refueling.
  • Such refueling ramps or refueling profiles are generally determined for each tank system, each tank type, in order to prevent overfilling and overheating of the various tanks.
  • the present invention strives to optimize refueling times for a large number of different tank types with the aid of safety-related vehicle recognition.
  • the invention proposes a system with the features of patent claim 1, a gas station with the features of patent claim 5, a vehicle with the features of patent claim 6 and a method with the features of patent claim 7.
  • a system for filling up at least one vehicle with hydrogen comprising at least one filling station with a hydrogen store and at least one vehicle with a hydrogen tank provided therein.
  • the system is characterized in that it has an RFID system, the at least one vehicle being equipped with at least two separate RFID transponders, and the at least one
  • Filling station is equipped with at least two separate RFID readers, wherein the at least two separate RFID readers are designed and set up to carry out an RFID scan to read out an identifier of the respective RFID transponder to identify the at least one vehicle.
  • the refueling of a large number of hydrogen vehicles in particular a fleet of hydrogen vehicles, can be optimally and safely adapted to the respective tank-specific parameters.
  • shortened refueling times can be achieved compared, for example, to standard specifications of the SAE or the most conservative protocol, while at the same time guaranteeing safety.
  • An end user for example a fleet operator, can advantageously implement mixed operation of his vehicle fleet with specifically or individually adapted refueling ramps in a safety-oriented manner by using the present invention and significantly reduce the summarized refueling times, balanced for the entire vehicle fleet. This leads to cost savings and, for example due to the possibility of using a smaller number of vehicles, is less of a burden on the environment.
  • the at least one vehicle has at least two RFID transponders. This provides redundancy in a simple manner, so that the system according to the invention can detect the tank system in a fail-safe manner. It is also possible to use more than two RFID transponders on a vehicle.
  • the gas station expediently has a safety controller equipped with a database, which is set up to control the refueling of at least one vehicle.
  • a scalability of the system according to the invention is made available in a particularly advantageous manner. For example, if a user's fleet of vehicles increases, all that is needed to adapt the system is to expand the database by the number of corresponding data records.
  • the at least one filling station at each filling station is expediently equipped with at least two RFID readers. This also provides system redundancy.
  • a higher hardware fault tolerance is realized, so that a higher safety-related classification, for example a SIL2 classification, can be made available.
  • a higher safety-related classification for example a SIL2 classification
  • figure 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of a system according to the invention, with which in particular the method according to the invention can be carried out.
  • a system according to the invention is in figure 1 labeled 10 in total.
  • the system has at least one filling station 110 with at least one dispenser 112 for hydrogen.
  • the system also has at least one vehicle 120 that can be refueled with hydrogen.
  • hydrogen stored in liquid or gaseous form is conveyed from a hydrogen store 111 of gas station 110 into a tank 121 of vehicle 120 by means of a conveying mechanism, not shown in detail, via the fuel pump.
  • the system 10 has an RFID system, which is shown schematically and is denoted by 130 .
  • the RFID system 130 has two RFID transponders 132 , 134 on the vehicle 120 and two RFID readers 136 , 138 on the fuel pump 112 .
  • the respective RFID transponders 132, 134 and the RFID readers 136, 138 can each be configured identically to one another. However, it is advantageously possible in the same way to provide two different RFID subsystems within the framework of the RFID system.
  • a first RFID subsystem can include first RFID tag 132 and first RFID reader 136
  • a second RFID subsystem can include second RFID tag 134 and second RFID reader 138, with the RFID tags and their respective RFID readers are each designed differently.
  • an automated RFID scan is carried out using the RFID system 130, whereby the serial numbers of the RFID transponders 132 , 134 are reliably transmitted to the RFID readers 136, 138.
  • the RFID readers are connected via a non-illustrated wireless or non-wireless connection with a security controller 116 of the gas station 110, which contains a database. For example, vehicle 120 and every other vehicle in a vehicle fleet are listed in this database.
  • Tamper-proof identifiers of the RFID transponders 132,134 serve as the primary key for selecting a corresponding data record from the database of the safety controller 116.
  • a typical vehicle data record consists, for example, of the tank size, the tank pressure, the refueling ramp and the maximum permissible refueling temperature for a particular vehicle. All tank-specific parameters of the vehicle are thus known to the safety controller of the gas station 110 .
  • a subsequent refueling process which is not to be shown in detail, can thus be automatically adapted to the respective tank system or the respective tank of the vehicle 120 .

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Betankungssystem mit wenigstens einer Tankstelle (110) mit einem Wasserstoffspeicher, wenigstens einem Fahrzeug (120) mit einem Wasserstofftank (121), wobei wenigstens ein RFID-System (130) zur Identifizierung des wenigstens einen Fahrzeuges (120) vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine RFID-System (130) wenigstens zwei an dem Fahrzeug (120) ausgebildete RFID-Transponder (132, 134) und wenigstens zwei an der Tankstelle (110) ausgebildete RFID-Lesegerät (136, 138) aufweist, wobei die wenigstens zwei RFID-Lesegeräte (136, 138) zur Durchführung eines RFID-Scans zum Auslesen beider Kennungen von dem wenigstens zwei RFID-Transpondern (132, 134) zur Identifizierung des Fahrzeuges (120) eingerichtet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur fehlersicheren Identifizierung eines Fahrzeugs zur Betankung eines Fahrzeuges mit Wasserstoff.
  • Brennstoffzellenfahrzeuge, welche Wasserstoff als Kraftstoff verwenden, gelten als saubere und umweltfreundliche Alternative zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, da sie lokal emissionsfrei sind. In derartigen Fahrzeugen ist eine Brennstoffzelle samt Wasserstofftank verbaut, welche den Strom für den Antrieb während der Fahrt erzeugt. Eine kleindimensionierte Batterie kann hierbei als Puffer bzw. Zwischenspeicher dienen und Lastspitzen beispielsweise beim Beschleunigen abdecken oder Rekuperationsenergie beim Bremsen speichern.
  • In der Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus Wasserstoff durch umgekehrte Elektrolyse gewonnen.
  • Es gibt inzwischen zahlreiche Arten von Wasserstofffahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, aber auch Busse und Flurförderfahrzeuge, welche über unterschiedliche Tankgrößen und Tanktypen mit verschiedenen Materialpaarungen verfügen.
  • Typischerweise wird Wasserstoff in einem Wasserstoffspeicher einer Tankstelle in flüssiger oder gasförmiger Form vorgehalten. Im Rahmen eines Tankvorgangs wird dieser Wasserstoff mit einem Verdichter auf 350 bar bzw. 700 bar komprimiert, und dann an eine entsprechend ausgebildete Tanksäule geleitet.
  • Bei typischen Brennstoffzellenfahrzeugen wird inzwischen von zahlreichen Fahrzeugherstellern eine Versorgung mit 350 und 700 bar favorisiert. Bei der Betankung entsteht durch den Druckanstieg im Fahrzeugtank Wärme, die bei einer zu schnellen Betankung zu einem Überhitzen oder einer Schädigung des Tanks führen kann.
  • Verschiedene Wasserstofffahrzeuge werden daher entsprechend spezieller, sogenannter Betankungsrampen betankt.
  • Eine Betankungsrampe definiert die Menge an Wasserstoff, welcher pro Zeiteinheit in das Fahrzeug eingefüllt werden kann. Die Betankungsrampe ist aufgrund des umgekehrten Joule-Thompson-Effektes, also der Wärmeentwicklung bei Entspannung von Wasserstoff, maßgeblich für die Erwärmung des Tanksystems während der Betankung.
  • Derartige Betankungsrampen bzw. Betankungsprofile werden in der Regel für jedes Tanksystem, jeden Tanktyp ermittelt, um ein Überfüllen und Überhitzen der verschiedenen Tanks zu verhindern.
  • Aktueller Stand der Technik ist, dass ein auf den Tanktyp zugeschnittenes Betankungsprofil je nach Umgebungstemperatur mit statischen bzw. fest vorgegebenen Betankungsrampen fest in Steuerungseinrichtungen der verschiedenen Wasserstofftankstellen implementiert ist. Hierbei werden spezifische Eigenschaften, wie bspw. die maximalen Tanktemperaturen, der verschiedenen Tanktypen über ein breites Spektrum zusammengefasst, was in der Praxis dazu führt, dass Tanks mit stark voneinander abweichenden Eigenschaften bez. der maximalen Tanktemperaturen, mit dem gleichen Betankungsprofil betankt werden. Diese Vorgehensweise führt zwar insgesamt zu sicheren Betankungsvorgängen, da als Maßstab immer das Tanksystem mit der geringsten Temperaturstabilität ausgewählt wird, aber auch zu sehr langen und nicht optimierten Betankungszeiten für verschiedene Tanktypen.
  • Eine sicherheitsgerichtete Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Wasserstofftankstelle findet bei Bussen, Zügen und Flurförderfahrzeugen derzeit weder drahtgebunden noch drahtlos statt. Für PKWs wird eine Infrarot-Kommunikation verwendet. Diese Systeme bilden jedoch noch die Ausnahme, und sind nicht sicherheitsgerichtet anwendbar.
  • Die vorliegende Erfindung strebt an, Betankungszeiten, mit Hilfe einer sicherheitsgerichteten Fahrzeugerkennung, für eine Vielzahl von unterschiedlichen Tanktypen zu optimieren. Die Erfindung schlägt hierzu ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Tankstelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 vor.
  • Erfindungsgemäß wird ein System zur Betankung wenigstens eines Fahrzeuges mit Wasserstoff vorgeschlagen, wobei das System wenigstens eine Tankstelle mit einem Wasserstoffspeicher und wenigstens ein Fahrzeug mit einem darin vorgesehenen Wasserstofftank umfasst. Das System zeichnet sich dadurch aus, dass es ein RFID-System aufweist, wobei das wenigstens eine Fahrzeug mit wenigstens zwei voneinander getrennten RFID-Transponder ausgestattet ist, und die wenigstens eine
  • Tankstelle mit wenigstens zwei voneinander getrennten RFID-Lesegeräten ausgestattet ist, wobei die wenigstens zwei voneinander getrennten RFID-Lesegeräte zur Durchführung jeweils eines RFID-Scans zum Auslesen von einer Kennung des jeweiligen RFID-Transponders zur Identifizierung des wenigstens einen Fahrzeugs ausgebildet und eingerichtet ist.
  • Bei Übereinstimmung der durch die zwei voneinander getrennte RFID-Scans der ausgelesenen Daten kann gewährleistet werden, dass die Betankung einer Vielzahl von Wasserstofffahrzeugen, insbesondere einer Flotte von Wasserstofffahrzeugen, optimal und sicherheitsgerichtet an die jeweils vorliegenden tankspezifischen Parameter angepasst werden kann. Hiermit sind insbesondere verkürzte Betankungszeiten verglichen beispielsweise mit Standardvorgaben der SAE oder dem konservativsten Protokoll unter gleichzeitiger Gewährleistung der Sicherheit realisierbar.
  • Dies ist nicht nur für Fahrer von derartigen Wasserstofffahrzeugen vorteilhaft, sondern stellt auch für Anwender in fertigungs- oder prozesstechnischen Anwendungsgebieten eine Einsparung an Prozesszeit bzw. eine Verkürzung der Stillstandzeit dar. Hierbei führen verkürzte Tankzeiten zu einer weniger großen Flotte, also auf Seiten des Anwenders, zu einem geringerem Invest für Fahrzeuge und zugehöriger Infrastruktur zur Erledigung des gleichen Aufgabenumfangs.
  • Weil keine Kabelverbindung zwischen dem Fahrzeug und der Tankstelle hergestellt werden muss, kann auch somit die Aufenthaltsdauer eines Fahrzeugs an einer Tankstelle bzw. die Prozess- und Stillstandzeit zusätzlich minimiert werden. Auch treten keine Probleme bezüglich inkompatibler Verbindungen einer drahtgebundenen Kommunikation zur Übermittlung von Fahrzeugdaten verschiedenen Hersteller von Fahrzeugen auf.
  • Ein Endanwender, beispielsweise ein Flottenbetreiber, kann in vorteilhafter Weise durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung einen Mischbetrieb seiner Fahrzeugflotte bei spezifisch bzw. individuell angepassten Betankungsrampen sicherheitsgerichtet realisieren und die summarisch zusammengefassten Betankungszeiten, bilanziert auf die gesamte Fahrzeugflotte, deutlich reduzieren. Dies führt zu einer Einsparung von Kosten und belastet, beispielsweise durch die Möglichkeit des Einsatzes einer geringeren Anzahl an Fahrzeugen, weniger stark die Umwelt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das wenigstens eine Fahrzeug mindestens zwei RFID-Transponder auf. Hierdurch ist in einfacher Weise eine Redundanz zur Verfügung gestellt, sodass das erfindungsgemäße System fehlersicher das Tanksystem erkennen kann. Es ist auch möglich, mehr als zwei RFID-Transponder auf einem Fahrzeug einzusetzen.
  • Zweckmäßigerweise weist die Tankstelle eine mit einer Datenbank ausgestattete Sicherheitssteuerung auf, welche zur Steuerung der Betankung des wenigstens einen Fahrzeuges eingerichtet ist. Hiermit ist eben besonders vorteilhafterweise eine Skalierbarkeit des erfindungsgemäßen Systems zur Verfügung gestellt. Wenn sich beispielsweise eine Fahrzeugflotte eines Anwenders vergrößert, muss zur Anpassung des Systems lediglich die Datenbank um die Anzahl der entsprechenden Datensätze erweitert werden.
  • Zweckmäßigerweise ist die wenigstens eine Tankstelle an jeder Tanksäule mit mindestens zwei RFID-Lesegeräten ausgerüstet. Auch hierdurch wird eine Redundanz des Systems bereitgestellt.
  • Durch Bereitstellung der beschriebenen Redundanzen ist eine höhere Hardware-Fehlertoleranz realisiert, sodass eine höhere sicherheitstechnische Klassifizierung, beispielsweise eine SIL2-Klassifizierung, zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, mit dem insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
  • Ein erfindungsgemäßes System ist in Figur 1 insgesamt mit 10 bezeichnet. Das System weist wenigstens eine Tankstelle 110 mit wenigstens einer Zapfsäule 112 für Wasserstoff auf. Das System weist ferner wenigstens ein mit Wasserstoff betankbares Fahrzeug 120 auf. Bei einer Betankung des Fahrzeugs 120 wird flüssig oder gasförmig vorgehaltener Wasserstoff aus einem Wasserstoffspeicher 111 der Tankstelle 110 mittels eines nicht im einzelnen dargestellten Fördermechanismus über die Zapfsäule in einen Tank 121 des Fahrzeugs 120 gefördert.
  • Das System 10 weist ein RFID System auf, welches schematisch dargestellt und mit 130 bezeichnet ist. Das RFID System 130 weist an dem Fahrzeug 120 zwei RFID-Transponder 132, 134, und an der Zapfsäule 112 zwei RFID-Lesegeräte 136, 138 auf. Die jeweiligen RFID-Transponder 132, 134 sowie die RFID-Lesegeräte 136, 138 können jeweils identisch zueinander ausgebildet sein. Es ist jedoch in gleicher Weise vorteilhaft möglich, im Rahmen des RFID-Systems zwei unterschiedliche RFID-Untersysteme zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann ein erstes RFID-Untersystem den ersten RFID-Transponder 132 sowie das erste RFID-Lesegerät 136, und ein zweites RFID-Untersystem den zweiten RFID-Transponder 134 sowie das zweite RFID-Lesegerät 138 umfassen, wobei die RFID-Transponder sowie die jeweiligen RFID-Lesegeräte jeweils unterschiedlich ausgebildet sind.
  • Befindet sich das Fahrzeug 120 an der Tankstelle 110, insbesondere in der unmittelbaren Umgebung der Zapfsäule 112, wird vor dem Einleiten des eigentlichen Betankungsvorgangs mittels des RFID-Systems 130 ein automatisierter RFID-Scan durchgeführt, wodurch die Seriennummern der am Fahrzeug vorgesehenen RFID-Transponder 132, 134 zuverlässig an die RFID-Lesegeräte 136, 138 übermittelt werden.
  • Die RFID-Lesegeräte sind über eine nicht dargestellte drahtlose oder nicht-drahtlose Verbindung mit einer Sicherheitssteuerung 116 der Tankstelle 110 verbunden, welche eine Datenbank enthält. In dieser Datenbank ist beispielsweise das Fahrzeug 120 sowie jedes weitere Fahrzeug einer Fahrzeugflotte aufgelistet.
  • Manipulationssichere Kennungen der RFID-Transponder 132,134 dienen hierbei als Primärschlüssel zur Auswahl eines entsprechenden Datensatzes der Datenbank der Sicherheitssteuerung 116. Ein typischer Fahrzeugdatensatz besteht beispielsweise aus der Tankgröße, dem Tankdruck, der Betankungsrampe und der maximal zulässigen Betankungstemperatur für ein jeweiliges Fahrzeug. Somit sind der Sicherheitssteuerung der Tankstelle 110 alle tankspezifischen Parameter des Fahrzeugs bekannt. Ein anschließender Betankungsvorgang, der nicht im Einzelnen dargestellt werden soll, kann somit automatisch an das jeweilige Tanksystem bzw. den jeweiligen Tank des Fahrzeuges 120 angepasst werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10 System
    • 110 Tankstelle
    • 111 Wasserstoffspeicher
    • 112 Zapfsäule
    • 116 Sicherheitssteuerung
    • 120 Fahrzeug
    • 121 Tank
    • 130 RFID-System
    • 132,134 RFID-Transponder
    • 136,138 RFID-Lesegeräte

Claims (7)

  1. Betankungssystem mit wenigstens einer Tankstelle (110) mit einem Wasserstoffspeicher (111) und wenigstens einem Fahrzeug (120) mit einem Wasserstofftank (121), wobei wenigstens ein RFID-System (130) zur Identifizierung des wenigstens einen Fahrzeuges (120) vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine RFID-System (130) wenigstens zwei an dem Fahrzeug (120) ausgebildete RFID-Transponder (132, 134) und wenigstens zwei an der Tankstelle (110) ausgebildete RFID-Lesegeräte (136, 138) aufweist, wobei das wenigstens zwei RFID-Lesegeräte (136, 138) zur Durchführung eines RFID-Scans zum Auslesen einer Kennung von den wenigstens zwei RFID-Transpondern (132, 134) zur Identifizierung des Fahrzeuges (120) eingerichtet ist.
  2. Betankungssystem nach Anspruch 1, wobei die Tankstelle (110) mit einer eine Datenbank aufweisenden Sicherheitssteuerung (116) ausgebildet ist.
  3. Betankungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das RFID-System (130) mehr als zwei an dem Fahrzeug vorgesehene RFID-Transponder (132, 134) aufweist.
  4. Betankungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das RFID-System (130) an der Tankstelle (110), insbesondere an wenigstens einer Zapfsäule (112) der Tankstelle (110), mehr als zwei RFID-Lesegeräte (136, 138) aufweist.
  5. Tankstelle mit einem Wasserstoffspeicher (111) zur Betankung von Fahrzeugen mit Wasserstoff, wobei die Tankstelle wenigstens zwei RFID-Lesegeräte (136,138) aufweist, welche zur Durchführung von RFID-Scans zum Auslesen von Kennungen von RFID-Transpondern von zu betankenden Fahrzeugen zur Identifizierung der Fahrzeuge ausgebildet sind.
  6. Fahrzeug mit einem Wasserstofftank (121), welches mit wenigstens zwei RFID-Transpondern (132,134) ausgebildet ist, welche derart eingerichtet sind, dass ihre Kennungen mittels eines RFID-Scans durch an einer Tankstelle vorgesehene RFID-Lesegeräte zur Identifizierung des Fahrzeugs auslesbar sind.
  7. Identifizierungsverfahren für ein Fahrzeug (120) zur Vorbereitung einer Betankung des Fahrzeuges mit Wasserstoff, mit folgenden Schritten:
    - Positionierung des Fahrzeuges (120) in der Umgebung einer einen Wasserstoffspeicher aufweisenden Tankstelle (110) derart, dass eine Kennung wenigstens von zwei an dem Fahrzeug (120) vorgesehenen RFID-Transpondern (132, 134) mittels wenigstens zwei an der Tankstelle vorgesehenen RFID-Lesegeräte (136, 138) ausgelesen wird, und
    - Übermittlung der Kennung an eine Datenbank aufweisende Sicherheitssteuerung (116) der Tankstelle (110).
EP21020207.3A 2021-04-12 2021-04-15 System zur fehlersicheren identifizierung eines fahrzeugs zur betankung eines fahrzeuges mit wasserstoff Withdrawn EP4075050A1 (de)

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