WO2023016746A1 - Method and device for preparing a fueling operation - Google Patents

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WO2023016746A1
WO2023016746A1 PCT/EP2022/069761 EP2022069761W WO2023016746A1 WO 2023016746 A1 WO2023016746 A1 WO 2023016746A1 EP 2022069761 W EP2022069761 W EP 2022069761W WO 2023016746 A1 WO2023016746 A1 WO 2023016746A1
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WO
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result
vehicle
refueling
values
parameters
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Application number
PCT/EP2022/069761
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German (de)
French (fr)
Inventor
Lars Hagen
Stephan Ludwig
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023016746A1 publication Critical patent/WO2023016746A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/002—Automated filling apparatus
    • F17C5/007—Automated filling apparatus for individual gas tanks or containers, e.g. in vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method for preparing a refueling.
  • the present invention also relates to a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium.
  • US2013139897A1 provides a system and method for safely filling hydrogen using real-time hydrogen tank expansion data.
  • the system includes an expansion measurement unit, an on-vehicle control unit, a service station-side control unit, and a wireless communication unit.
  • the expansion measuring unit is arranged on a hydrogen tank of the vehicle and measures the degree of expansion of the hydrogen tank and generates an output signal accordingly.
  • the on-board control unit converts the output signal into a wireless output signal.
  • the forecourt control unit stops hydrogen refilling by a hydrogen filling device when the wireless output signal indicates an unsafe level of tank expansion.
  • the wireless communication unit is provided to carry out wireless data communication between the vehicle-side control unit and the gas station-side control unit.
  • US2020276909A1, US10800281B2 and US2020346554A1 describe further communication systems and methods for hydrogen refueling and charging of electric vehicles.
  • the method proposed in US20130091042A1 and the security system based on it provides security based on geographic location with different levels of access and allows the user to select entities to be protected, geographic locations, geographic boundaries, permissions and access levels for specific geographic locations and geographic boundaries, and security alerts to configure. They make decisions to grant, deny, or assign a specific level of access based on the user's current geographic location and their own configuration for that geographic location or boundary, and send out security alerts.
  • US2018213376A1 and US9355561B2 disclose methods for so-called V2X communication.
  • the invention provides a method for preparing a refueling, a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding machine-readable storage medium according to the independent claims.
  • the approach according to the invention is based on the knowledge that the accelerated refueling of hydrogen gas, for example, should take into account the thermodynamics of the refueling process and should therefore regulate the process in a closed manner.
  • the maximum temperature, minimum and maximum pressure specified for the tank container must not be exceeded or fallen short of at any time.
  • a conventional unidirectional infrared connection from the vehicle to the fuel pump is severely impaired by scratches on the transmitting or receiving optics and by ice formation around the fuel nozzle or nozzle and is therefore affected by failures in practice, which makes accelerated refueling impossible.
  • the connection does not provide for a return channel from the fuel pump to the vehicle, so that the supported fueling processes cannot be called up and therefore no agreement can be reached on a process that is optimal for the given combination of vehicle and fuel pump.
  • the proposed method also takes into account the fact that metallic contacts, which are essential for wired communication, should be avoided when refueling with hydrogen, especially in the vicinity of the tank coupling, because any sparks here could ignite the hydrogen gas explosively.
  • Wireless (radio-based) communication is therefore preferable to wired communication to protect the filling station from explosions.
  • radio due to the unimpeded propagation of the radio waves, the use of radio involves special challenges that are overcome according to the invention.
  • a triggering event is required to activate the overall process.
  • the radio link must transmit data so reliably that the functional and general safety of the refueling can be guaranteed.
  • third parties who are within radio range of the vehicle or fuel pump should not be able to interfere with or manipulate the process, for example through jamming or overload attacks (denial of service, DoS).
  • DoS denial of service
  • the participants assigned to each other in this way must also exchange the parameters relevant to refueling, such as the number of tank containers in the vehicle and their filling level, internal tank temperature and maximum permitted refueling pressure as well as the maximum possible flow rate from the fuel pump or the gas temperature. Both partners can make suggestions for the refueling process - such as the maximum refueling time and speed - submit and independently take measurements of, for example, the ambient temperature.
  • the radio connection must be information and operationally secure before refueling.
  • the procedure described below achieves this goal regardless of the radio technology, filling station infrastructure and hardware used, as well as the participant responsible for comparing the filling parameters. It is also independent of the technology used for location determination and can be used for refueling any fuel (gaseous or liquid) as well as charging electric vehicles.
  • a basic idea of the proposed solution is to use a mathematical ordering function and an optional model to make a functionally reliable decision, either via all parameters individually or in combination, which of the parameter values should be used to plan or regulate the refueling process.
  • the method according to the invention allows the necessary comparison of parameters of both refueling partners or across multiple tank containers of a vehicle.
  • it uses a large variety of radio technology that is available on the market and that is usually already provided in petrol stations or - in particular semi-automated - vehicles, which can thus be reused within the framework of the process without any significant additional design effort, without the refueling process due to unnecessarily conservative parameter specifications for all vehicles -or.
  • the vehicle and the fuel pump mutually authenticate and authorize each other for the fueling process. This in turn enables automated refueling processes and billing. In this way, it can also be ensured that the vehicle and fuel pump are compatible with each other because they meet the functional safety requirements set by both parties and verified by communication.
  • FIG. 1 shows the preparation and initialization phase of a refueling according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a control unit according to a second embodiment.
  • a refueling scenario at a gas station where a fuel cell vehicle is to be refueled with gaseous hydrogen, for example, is considered as an example.
  • the procedure is applicable to all types of fuel (gas, liquid, cryogenic, etc.) as well as applicable to electric vehicle charging.
  • a conventional, partially automated or autonomous refueling vehicle drives to the vehicle to be refueled and refuels it.
  • the method can be combined with any other method of IT security or functional safety.
  • characteristics of security features for example the values for pressure and temperature in the tank container, are transmitted via radio technology before, during or after the refueling process. It is conceivable that at least part of this data transmission will have to meet increased requirements for IT security and functional safety.
  • FIG. 1 shows the method (10) according to the invention for preparing such a refueling.
  • the start of communication is triggered on both sides--at the gas station and at the vehicle--by coincident or different events (11, 12).
  • the removal (11) of the fuel nozzle from its holder, the vehicle driving over a contact or the triggering of a light barrier, on the part of the vehicle, for example, a command input or the opening (12) of the fuel filler cap come into consideration.
  • the fuel pump and the vehicle preferably after activating an immobilizer (13)—perform a leak test (14) of their own system independently of one another. If the test (14) is passed, the method (10) is continued by releasing (15) a tank valve for refueling. Both systems are then coupled (16) to one another in order to establish an information-secure (17) and operationally reliable (18) connection.
  • This information can include querying a database, which managed locally by one of the partners or by a remote server via an Internet connection via mobile communications, Ethernet or similar.
  • the fuel pump and vehicle negotiate a relevant data transmission protocol for the user data of the refueling process and determine the - possibly standardized - thermodynamic refueling protocol (20) and its parameters (21). For the purposes of the following explanations, it is assumed that the fuel pump is responsible for managing the procedure (10) and thus making the final decision on the combination of the parameters.
  • the aim of this specification (21) is that parameters of the same type (usually physical variables relevant to the course of the fueling process) with different values from the vehicle or fuel pump are combined into one value. The result of this is then used for planning (22) the refueling process or for carrying it out, together with other types of parameter values that are also combined or collected only from one of the partners.
  • Direct input values for the planning process (22) such as ambient temperature, maximum permissible filling pressure, fuel volume flow and pressure or its rate of change within the limits specified by the respective participant, maximum permissible refueling duration or volume and minimum required volume flow come into consideration. Values derived from this, such as an index or values of a fixed table entry, for example a standardized refueling protocol, which are partly selected independently of one another by each partner on the basis of direct input values, should also be considered, as well as the selection of a predefined fallback plan, according to which refueling can continue to function reliably can be used if communication fails.
  • Parameters to be considered during filling include, for example, the temperatures of the environment and the fuel in the tank hose, as well as its flow rate, pressure and rate of pressure change.
  • Such a specification (21) can also be expedient in order to bring together a parameter from a large number of similar parameters of different tank containers of a tank system of the vehicle, such as their respective maximum permissible refueling pressure, temperature, refueling quantity or current filling level.
  • definition (21) is as follows:
  • a combined value is then defined for each type of parameter according to a specified method via the parameter group—for example by selecting a value from the set of received values, for example their median, minimum or maximum—or a scalar function of the received values. Their geometric or arithmetic mean value comes into consideration.
  • the "most conservative" parameter value i.e. the one with the lowest risk potential for functional safety, for example the minimum from the quantity of the maximum permissible gas pressures transmitted for the respective tank containers.
  • the result is used for planning (22) the refueling process.
  • value set a (false) subset of several values
  • steps are repeatedly applied: a) Forming the value set as a combination of parameters from different partners.
  • the selection of a value set of common origin (partner or tank container) is particularly expedient; it is also useful to use all possible combinations of parameters and their origin one after the other as a set of values.
  • the parameters are set (21) to this result and used for further planning (22) of the refueling process.
  • This method (10) can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit (30), as the schematic illustration in FIG. 2 illustrates.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Loading And Unloading Of Fuel Tanks Or Ships (AREA)
  • Vehicle Cleaning, Maintenance, Repair, Refitting, And Outriggers (AREA)

Abstract

Disclosed is a method (10) for preparing a fueling operation for a vehicle at a fuel pump, characterized by the following features: - individual values of parameters to be taken into account in the fueling operation are received; - at least some of the individual values of each of the parameters are combined to obtain a result; - the result is verified as to whether it is within predefined limit values; and - if the verification is successful, the respective parameter is set (21) for the result.

Description

Beschreibung Description
Titel title
Verfahren und Vorrichtung zum Vorbereiten einer Betankung Method and device for preparing a refueling
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung einer Betankung. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium. The present invention relates to a method for preparing a refueling. The present invention also relates to a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium.
Stand der Technik State of the art
US2013139897A1 stellt ein System und ein Verfahren zum sicheren Befüllen von Wasserstoff unter Verwendung von Echtzeit-Wasserstofftank-Ausdehnungsdaten bereit. Das System umfasst eine Ausdehnungs-Messeinheit, eine fahrzeugseitige Steuereinheit, eine tankstellenseitige Steuereinheit und eine drahtlose Kommunikationseinheit. Die Ausdehnungs-Messeinheit ist auf einem Wasserstofftank des Fahrzeugs angeordnet und misst den Grad der Ausdehnung des Wasserstofftanks und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Die fahrzeugseitige Steuereinheit wandelt das Ausgangssignal in ein drahtloses Ausgangssignal um. Die tankstellenseitige Steuereinheit stoppt das Wasserstoffnachfüllen durch eine Wasserstoff-Füllvorrichtung, wenn das drahtlose Ausgangssignal einen unsicheren Grad der Tankausdehnung anzeigt. Die drahtlose Kommunikationseinheit ist vorgesehen, um eine drahtlose Datenkommunikation zwischen der fahrzeugseitigen Steuereinheit und der tankstellenseitigen Steuereinheit durchzuführen. US2013139897A1 provides a system and method for safely filling hydrogen using real-time hydrogen tank expansion data. The system includes an expansion measurement unit, an on-vehicle control unit, a service station-side control unit, and a wireless communication unit. The expansion measuring unit is arranged on a hydrogen tank of the vehicle and measures the degree of expansion of the hydrogen tank and generates an output signal accordingly. The on-board control unit converts the output signal into a wireless output signal. The forecourt control unit stops hydrogen refilling by a hydrogen filling device when the wireless output signal indicates an unsafe level of tank expansion. The wireless communication unit is provided to carry out wireless data communication between the vehicle-side control unit and the gas station-side control unit.
US2020276909A1, US10800281B2 und US2020346554A1 beschreiben weitere Kommunikationssysteme und Verfahren zur Wasserstoffbetankung und Aufladung von Elektrofahrzeugen. Die in US20130091042A1 vorgeschlagene Methode und das darauf beruhende Sicherheitssystem bieten eine auf dem geografischen Standort basierende Sicherheit mit unterschiedlichen Zugriffsebenen und ermöglichen es dem Benutzer, zu schützende Einheiten auszuwählen, geografische Standorte, geografische Grenzen, Berechtigungen und Zugriffsebenen für bestimmte geografische Standorte und geografische Grenzen sowie Sicherheitswarnungen zu konfigurieren. Sie treffen anhand des aktuellen geografischen Standortes des Benutzers und dessen eigener Konfiguration für diesen geografischen Standort oder dessen Grenze die Entscheidung, Berechtigungen zu erteilen, zu verweigern oder eine bestimmte Zugriffsebene zuzuweisen, und senden Sicherheitswarnungen aus. US2020276909A1, US10800281B2 and US2020346554A1 describe further communication systems and methods for hydrogen refueling and charging of electric vehicles. The method proposed in US20130091042A1 and the security system based on it provides security based on geographic location with different levels of access and allows the user to select entities to be protected, geographic locations, geographic boundaries, permissions and access levels for specific geographic locations and geographic boundaries, and security alerts to configure. They make decisions to grant, deny, or assign a specific level of access based on the user's current geographic location and their own configuration for that geographic location or boundary, and send out security alerts.
US2018213376A1 sowie US9355561B2 offenbaren Verfahren zur sogenannten V2X-Kommunikation. US2018213376A1 and US9355561B2 disclose methods for so-called V2X communication.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Vorbereitung einer Betankung, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit. The invention provides a method for preparing a refueling, a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding machine-readable storage medium according to the independent claims.
Der erfindungsgemäße Ansatz fußt auf der Erkenntnis, dass das beschleunigte Tanken zum Beispiel von Wasserstoffgas die Thermodynamik des Betankungsvorgangs berücksichtigen und damit den Vorgang geschlossen regeln sollte. Dabei dürfen aus Gründen der (funktionalen und allgemeinen) Sicherheit die für den Tankbehälter festgelegten Werte für Maximaltemperatur, Minimal- und Maximaldruck zu keiner Zeit über- bzw. unterschritten werden. The approach according to the invention is based on the knowledge that the accelerated refueling of hydrogen gas, for example, should take into account the thermodynamics of the refueling process and should therefore regulate the process in a closed manner. For reasons of (functional and general) safety, the maximum temperature, minimum and maximum pressure specified for the tank container must not be exceeded or fallen short of at any time.
Bekannte Verfahren zur Übertragung von Daten vom Fahrzeug zur Tanksäule weisen in dieser Hinsicht verschiedene Nachteile auf. So wird eine herkömmliche unidirektionale Infrarotverbindung des Fahrzeuges zur Tanksäule durch Kratzer auf der Sende- oder Empfangs-Optik sowie durch Eisbildung um den Tankrüssel oder -stutzen stark beeinträchtigt und ist deshalb in der Praxis von Ausfällen betroffen, was ein beschleunigtes Betanken vereitelt. Eine solche unidirektionale Verbindung sieht zudem keinen Rückkanal von der Tanksäule zum Fahrzeug vor, sodass kein Abruf der unterstützten Tankverfahren und somit keine Einigung auf ein für die vorliegende Kombination von Fahrzeug und Tanksäule optimales Verfahren stattfinden kann. Known methods for transmitting data from the vehicle to the fuel pump have various disadvantages in this regard. A conventional unidirectional infrared connection from the vehicle to the fuel pump is severely impaired by scratches on the transmitting or receiving optics and by ice formation around the fuel nozzle or nozzle and is therefore affected by failures in practice, which makes accelerated refueling impossible. Such a unidirectional In addition, the connection does not provide for a return channel from the fuel pump to the vehicle, so that the supported fueling processes cannot be called up and therefore no agreement can be reached on a process that is optimal for the given combination of vehicle and fuel pump.
Die vorgeschlagene Methode trägt ferner dem Umstand Rechnung, dass metallische Kontakte, wie sie für eine drahtgebundene Kommunikation unerlässlich sind, im Rahmen einer Wasserstoffbetankung insbesondere in der Nähe der Tankkupplung zu vermeiden sind, weil hier ein etwaiger Funkenschlag das Wasserstoffgas explosiv entzünden könnte. Zum Schutz der Tankstelle vor Explosionen ist die drahtlose (funkbasierte) Kommunikation somit der drahtgebundenen vorzuziehen. The proposed method also takes into account the fact that metallic contacts, which are essential for wired communication, should be avoided when refueling with hydrogen, especially in the vicinity of the tank coupling, because any sparks here could ignite the hydrogen gas explosively. Wireless (radio-based) communication is therefore preferable to wired communication to protect the filling station from explosions.
Die Anwendung von Funk birgt aufgrund der ungehinderten Ausbreitung der Funkwellen jedoch besondere Herausforderungen, die erfindungsgemäß bewältigt werden. So bedarf es eines auslösenden Ereignisses zur Aktivierung des Gesamtvorgangs. Ferner muss die Funkverbindung so zuverlässig Daten übertragen, dass die funktionale und allgemeine Sicherheit der Betankung garantiert werden kann. Insbesondere sollten Dritte, die sich in Funkreichweite von Fahrzeug oder Tanksäule befinden, den Ablauf weder - etwa durch Störsendung (jamming) oder Überlastungsangriffe (denial of service, DoS) - beeinträchtigen noch manipulieren können. Schließlich ist zu bedenken, dass sämtliche Fahrzeuge und Tanksäulen innerhalb der Funkreichweite, die in der Regel eine gesamte Tankstelle erfasst, gegenseitige Funksignale empfangen. Die im Rahmen einer einzelnen Betankung interagierenden Teilnehmer, also Fahrzeug und Tanksäule, müssen einander deshalb selbstständig finden und identifizieren. However, due to the unimpeded propagation of the radio waves, the use of radio involves special challenges that are overcome according to the invention. A triggering event is required to activate the overall process. In addition, the radio link must transmit data so reliably that the functional and general safety of the refueling can be guaranteed. In particular, third parties who are within radio range of the vehicle or fuel pump should not be able to interfere with or manipulate the process, for example through jamming or overload attacks (denial of service, DoS). Finally, it should be borne in mind that all vehicles and petrol pumps within the radio range, which usually covers an entire petrol station, receive each other's radio signals. The participants that interact during a single refueling operation, i.e. vehicle and fuel pump, must therefore find and identify each other independently.
Zu Beginn des Betankungsvorgangs müssen die auf diese Weise einander zugeordneten Teilnehmer zudem die für die Betankung relevanten Parameter austauschen, beispielsweise die Anzahl an Tankbehältern des Fahrzeuges sowie deren Füllstand, Tankinnentemperatur und maximal erlaubten Betankungsdruck sowie den seitens der Tanksäule größtmöglichen Mengenstrom oder die Gastemperatur. Dabei können beide Partner Vorschläge zum Betankungsvorgang - etwa der maximalen Betankungsdauer und - geschwindigkeit - unterbreiten und unabhängig voneinander Messungen zum Beispiel der Umgebungstemperatur vornehmen. At the beginning of the refueling process, the participants assigned to each other in this way must also exchange the parameters relevant to refueling, such as the number of tank containers in the vehicle and their filling level, internal tank temperature and maximum permitted refueling pressure as well as the maximum possible flow rate from the fuel pump or the gas temperature. Both partners can make suggestions for the refueling process - such as the maximum refueling time and speed - submit and independently take measurements of, for example, the ambient temperature.
Bevor diese Werte dazu verwendet werden können, den Betankungsvorgang zu planen, ist es erforderlich, die beiderseits kommunizierten Werte zu einem gemeinsamen Satz an Eingangsparametern abzugleichen und zu verarbeiten. Angesichts der funktionalen Sicherheitsanforderungen an den Betankungsvorgang selbst sind ebensolche Anforderungen auch an dessen Planung und insbesondere die beschriebene Konsolidierung der Parameter zu stellen. Before these values can be used to plan the refueling process, it is necessary to compare and process the values communicated on both sides to form a common set of input parameters. In view of the functional safety requirements for the refueling process itself, the same requirements must also be made of its planning and in particular the described consolidation of the parameters.
Zusammenfassend muss die Funkverbindung folglich vor der Betankung informations- und betriebssicher sein. Das nachfolgend beschriebene Verfahren erreicht dieses Ziel unabhängig von der verwendeten Funktechnologie, Tankstellen-Infrastruktur und Hardware sowie dem für den Abgleich der Betankungsparameter zuständigen Teilnehmer. Es ist ebenso unabhängig von der zur Standortbestimmung eingesetzten Technologie und kann für die Betankung beliebiger (gasförmiger oder flüssiger) Kraftstoffe sowie das Laden von Elektrofahrzeugen verwendet werden. In summary, the radio connection must be information and operationally secure before refueling. The procedure described below achieves this goal regardless of the radio technology, filling station infrastructure and hardware used, as well as the participant responsible for comparing the filling parameters. It is also independent of the technology used for location determination and can be used for refueling any fuel (gaseous or liquid) as well as charging electric vehicles.
Ein Grundgedanke der vorgeschlagenen Lösung besteht hierbei darin, mithilfe einer mathematischen Ordnungsfunktion und einem optionalen Modell entweder über alle Parameter einzeln oder im Verbund funktional sicher zu entscheiden, welcher der Parameterwerte verwendet werden soll, um den Betankungsvorgang zu planen bzw. zu regeln. A basic idea of the proposed solution is to use a mathematical ordering function and an optional model to make a functionally reliable decision, either via all parameters individually or in combination, which of the parameter values should be used to plan or regulate the refueling process.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet den notwendigen Abgleich von Parametern beider Betankungspartner oder über mehrere Tankbehälter eines Fahrzeugs hinweg. Hierzu nutzt es in großer Vielfalt am Markt verfügbare und in Tankstellen bzw. - insbesondere teilautomatisierten - Fahrzeugen in der Regel bereits vorgesehene Funktechnologie, welche somit im Rahmen des Verfahrens ohne nennenswerten konstruktiven Mehraufwand wiederverwendet werden kann, ohne den Betankungsvorgang durch unnötig konservative Parametervorgabe für alle Fahrzeug-bzw. Tanksäulen-Klassen verlangsamen zu müssen. Dies ermöglicht mehr Betankungen pro Tankplatz bei verkürzter Wartezeit seitens der Fahrer, erhöht somit die Auslastung von Anlagen und Personal und gestattet letztlich eine schnelle und kostengünstige Betankung. The method according to the invention allows the necessary comparison of parameters of both refueling partners or across multiple tank containers of a vehicle. For this purpose, it uses a large variety of radio technology that is available on the market and that is usually already provided in petrol stations or - in particular semi-automated - vehicles, which can thus be reused within the framework of the process without any significant additional design effort, without the refueling process due to unnecessarily conservative parameter specifications for all vehicles -or. Having to slow down fuel pump classes. This enables more refueling per filling station with a shorter waiting time on the part of the driver, thus increasing the utilization of systems and personnel and ultimately allowing fast and cost-effective refueling.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass ein Fahrzeug die es versorgende Tankstelle oder Ladesäule finden und eindeutig sowie betriebs- und informationssicher identifizieren kann und umgekehrt. Die sich aus einer Mehrzahl anwesender Fahrzeuge und Tanksäulen ergebende Mehrdeutigkeit kann auf diesem Wege aufgelöst und erhöhte Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllt werden. 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. Provision can thus be made for a vehicle to be able to find the gas station or charging station supplying it and identify it unambiguously as well as reliably in terms of operation and information, and vice versa. The ambiguity resulting from a large number of vehicles and fuel pumps present can be resolved in this way and increased functional safety requirements can be met.
Gemäß weiteren Aspekten kann vorgesehen sein, dass Fahrzeug und Tanksäule sich gegenseitig authentifizieren und für den Betankungsvorgang autorisieren. Dies wiederum ermöglicht automatisierte Betankungsvorgänge und Abrechnungen. Auf diese Weise kann ferner sichergestellt werden, dass Fahrzeug und Tanksäule zueinander kompatibel sind, weil sie beiderseits gestellte und durch die Kommunikation nachgewiesene Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllen. According to further aspects, it can be provided that the vehicle and the fuel pump mutually authenticate and authorize each other for the fueling process. This in turn enables automated refueling processes and billing. In this way, it can also be ensured that the vehicle and fuel pump are compatible with each other because they meet the functional safety requirements set by both parties and verified by communication.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
Figur 1 die Vorbereitung und Initialisierungsphase einer Betankung gemäß einer ersten Ausführungsform. FIG. 1 shows the preparation and initialization phase of a refueling according to a first embodiment.
Figur 2 schematisch ein Steuergerät gemäß einer zweiten Ausführungsform. FIG. 2 shows a schematic diagram of a control unit according to a second embodiment.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Exemplarisch wird ein Betankungsszenario an einer Tankstelle betrachtet, an der beispielsweise ein Brennstoffzellenfahrzeug mit gasförmigem Wasserstoff betankt werden soll. Das Verfahren ist jedoch auf alle Arten von Kraftstoffen (gasförmig, flüssig, kryogen etc.) sowie auf das Laden von Elektrofahrzeugen anwendbar. Außerdem ist es unerheblich, ob die Betankung manuell oder automatisch erfolgt bzw. abgerechnet wird oder ein konventionelles, (teil- )automatisiertes oder autonomes Fahrzeug betrifft. In Betracht kommt ferner, dass ein herkömmliches, teilautomatisiertes oder autonomes Betankungsfahrzeug zum zu betankenden Fahrzeug fährt und dieses betankt. Schließlich kann das Verfahren mit beliebigen anderen Verfahren der IT- Sicherheit oder der funktionalen Sicherheit kombiniert werden. A refueling scenario at a gas station, where a fuel cell vehicle is to be refueled with gaseous hydrogen, for example, is considered as an example. However, the procedure is applicable to all types of fuel (gas, liquid, cryogenic, etc.) as well as applicable to electric vehicle charging. In addition, it is irrelevant whether the refueling is done manually or automatically or is billed or whether it concerns a conventional, (partially) automated or autonomous vehicle. It is also possible that a conventional, partially automated or autonomous refueling vehicle drives to the vehicle to be refueled and refuels it. Finally, the method can be combined with any other method of IT security or functional safety.
Erfindungsgemäß werden vor, während oder nach dem Betankungsvorgang über eine Funktechnologie Ausprägungen von Sicherheitsmerkmalen übertragen, beispielsweise die Werte für Druck und Temperatur im Tankbehälter. Denkbar ist, dass zumindest ein Teil dieser Datenübertragung erhöhte Anforderungen an IT-Sicherheit und funktionale Sicherheit erfüllen muss. According to the invention, characteristics of security features, for example the values for pressure and temperature in the tank container, are transmitted via radio technology before, during or after the refueling process. It is conceivable that at least part of this data transmission will have to meet increased requirements for IT security and functional safety.
Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren (10) zur Vorbereitung einer solchen Betankung. In dieser Phase wird beiderseits - an der Tankstelle und am Fahrzeug - durch übereinstimmende oder unterschiedliche Ereignisse (11, 12) der Kommunikationsbeginn ausgelöst. Seitens der Tanksäule kommen beispielsweise die Entnahme (11) der Zapfpistole aus ihrer Halterung, das Überfahren eines Kontakts durch das Fahrzeug oder die Auslösung einer Lichtschranke, seitens des Fahrzeuges indes etwa eine Befehlseingabe oder das Öffnen (12) des Tankdeckels in Betracht. FIG. 1 shows the method (10) according to the invention for preparing such a refueling. In this phase, the start of communication is triggered on both sides--at the gas station and at the vehicle--by coincident or different events (11, 12). On the part of the fuel pump, for example, the removal (11) of the fuel nozzle from its holder, the vehicle driving over a contact or the triggering of a light barrier, on the part of the vehicle, for example, a command input or the opening (12) of the fuel filler cap come into consideration.
Auf dieses auslösende Ereignis (11, 12) hin führen Tanksäule und Fahrzeug - letzteres vorzugsweise nach Aktivierung einer Wegfahrsperre (13) - unabhängig voneinander eine Leckage-Prüfung (14) des eigenen Systems durch. Bei bestandener Prüfung (14) wird das Verfahren (10) durch Freigabe (15) eines Tankventiles für die Betankung fortgesetzt. Anschließend koppeln (16) sich beide Systeme miteinander, um eine informationssichere (17) und betriebssichere (18) Verbindung aufzubauen. In response to this triggering event (11, 12), the fuel pump and the vehicle—the latter preferably after activating an immobilizer (13)—perform a leak test (14) of their own system independently of one another. If the test (14) is passed, the method (10) is continued by releasing (15) a tank valve for refueling. Both systems are then coupled (16) to one another in order to establish an information-secure (17) and operationally reliable (18) connection.
Über die solchermaßen eingerichtete Verbindung tauschen sich die Teilnehmer über die jeweils angebotenen Dienste (19) aus und treffen eine geeignete Auswahl. Diese Auskunft kann die Abfrage einer Datenbank umfassen, welche lokal durch einen der Partner oder über eine Internetverbindung per Mobilfunk, Ethernet o. ä. durch einen entfernten Server verwaltet wird. Via the connection set up in this way, the participants exchange information about the services (19) offered in each case and make a suitable selection. This information can include querying a database, which managed locally by one of the partners or by a remote server via an Internet connection via mobile communications, Ethernet or similar.
Nunmehr in Kenntnis des zu erbringenden Betankungsdienstes handeln Tanksäule und Fahrzeug ein einschlägiges Datenübertragungsprotokoll für die Nutzdaten des Betankungsvorganges aus und bestimmen das - ggf. standardisierte - thermodynamische Betankungsprotokoll (20) und dessen Parameter (21). Für die Zwecke der folgenden Ausführungen sei angenommen, dass der Tanksäule die Leitung des Verfahrens (10) und damit die letztendliche Entscheidung über die Zusammenführung der Parameter obliegt. Now that they are aware of the refueling service to be provided, the fuel pump and vehicle negotiate a relevant data transmission protocol for the user data of the refueling process and determine the - possibly standardized - thermodynamic refueling protocol (20) and its parameters (21). For the purposes of the following explanations, it is assumed that the fuel pump is responsible for managing the procedure (10) and thus making the final decision on the combination of the parameters.
Ziel dieser Festlegung (21) ist es, dass gleichartige Parameter (meist für den Ablauf des Betankungsvorgangs relevante physikalische Größen) mit unterschiedlichen Werten von Fahrzeug oder Tanksäule zu einem Wert zusammengeführt werden. Das Ergebnis dessen wird dann mit andersartigen, ebenfalls zusammengeführten oder nur von einem der Partner erhobenen Parameterwerten für die Planung (22) des Betankungsvorgangs bzw. zu dessen Durchführung verwendet. The aim of this specification (21) is that parameters of the same type (usually physical variables relevant to the course of the fueling process) with different values from the vehicle or fuel pump are combined into one value. The result of this is then used for planning (22) the refueling process or for carrying it out, together with other types of parameter values that are also combined or collected only from one of the partners.
In Betracht kommen zunächst direkte Eingangswerte für den Planungsvorgang (22) wie Umgebungstemperatur, maximal zulässiger Fülldruck, Treibstoff- Mengenstrom und -Druck oder dessen Änderungsrate innerhalb der vom jeweiligen Teilnehmer vorgegebenen Grenzen, maximal zulässige Betankungsdauer oder -menge sowie mindestens benötigter Mengenstrom. Zu denken ist ferner an daraus abgeleitete Werte wie einen Index oder Werte eines fest vorgegebenen Tabelleneintrags, zum Beispiel eines standardisierten Betankungsprotokolls, welche aufgrund direkter Eingangswerte von jedem Partner zum Teil unabhängig voneinander ausgewählt werden, sowie die Auswahl eines vordefinierten Rückfallplans, gemäß dem weiter funktionssicher betankt werden kann, falls die Kommunikation ausfällt. Während des Befüllens zu berücksichtigende Parameter umfassen etwa die Temperaturen der Umgebung und des im Tankschlauch befindlichen Treibstoffes sowie dessen Mengenstrom, Druck und Druckänderungsrate. Eine solche Festlegung (21) kann auch zweckmäßig sein, um einen Parameter aus einer Vielzahl gleichartiger Parameter verschiedener Tankbehälter eines Tanksystems des Fahrzeuges zusammenzuführen, etwa deren jeweils maximal zulässigen Betankungsdruck, Temperatur, Betankungsmenge oder aktuellen Füllstand. Direct input values for the planning process (22) such as ambient temperature, maximum permissible filling pressure, fuel volume flow and pressure or its rate of change within the limits specified by the respective participant, maximum permissible refueling duration or volume and minimum required volume flow come into consideration. Values derived from this, such as an index or values of a fixed table entry, for example a standardized refueling protocol, which are partly selected independently of one another by each partner on the basis of direct input values, should also be considered, as well as the selection of a predefined fallback plan, according to which refueling can continue to function reliably can be used if communication fails. Parameters to be considered during filling include, for example, the temperatures of the environment and the fuel in the tank hose, as well as its flow rate, pressure and rate of pressure change. Such a specification (21) can also be expedient in order to bring together a parameter from a large number of similar parameters of different tank containers of a tank system of the vehicle, such as their respective maximum permissible refueling pressure, temperature, refueling quantity or current filling level.
Im Einzelnen gestaltet sich die Festlegung (21) wie folgt: In detail, definition (21) is as follows:
Zunächst werden alle Parameter empfangen und nach gleicher Art gruppiert, zum Beispiel jene der Umgebungstemperatur beider Seiten oder alle Maximaldruckwerte der empfangenen Auswahl an Tankbehältern einer Seite. First, all parameters are received and grouped in the same way, for example those of the ambient temperature on both sides or all maximum pressure values of the received selection of tank containers on one side.
Für jede Parameterart erfolgt sodann die Festlegung auf einen zusammengeführten Wert entsprechend einem vorgegebenen Verfahren über die Parametergruppe - etwa durch die Auswahl eines Wertes aus der Menge empfangener Werte, beispielsweise deren Median, Minimum oder Maximum - oder einer skalaren Funktion der empfangenen Werte. In Betracht kommt etwa deren geometrischer oder arithmetischer Mittelwert. A combined value is then defined for each type of parameter according to a specified method via the parameter group—for example by selecting a value from the set of received values, for example their median, minimum or maximum—or a scalar function of the received values. Their geometric or arithmetic mean value comes into consideration.
Besonders zweckmäßig ist es, den „konservativsten“ Parameterwert, das heißt denjenigen mit dem geringsten Gefährdungspotential für die Funktionssicherheit zu wählen, beispielsweise das Minimum aus der Menge der übermittelten maximal zulässigen Gasdrücke der jeweiligen Tankbehälter. It is particularly expedient to select the "most conservative" parameter value, i.e. the one with the lowest risk potential for functional safety, for example the minimum from the quantity of the maximum permissible gas pressures transmitted for the respective tank containers.
Jedes so ermittelte Ergebnis wird mit etwaigen Minimal- oder Maximalwerten (Toleranzwerten) abgeglichen, die unabhängig von den beteiligten Instanzen zum Beispiel durch Vorgaben eines Standards vorgegeben sind. Each result determined in this way is compared with any minimum or maximum values (tolerance values) that are specified independently of the authorities involved, for example by specifications of a standard.
Wenn der Abgleich für alle oder zumindest die besonders sicherheitskritischen zusammengeführten Parameter erfolgreich verläuft, das heißt die Parameterwerte innerhalb der Toleranzgrenzen liegen, so wird das Ergebnis zur Planung (22) des Tankvorgangs verwendet. If the comparison is successful for all or at least the particularly safety-critical combined parameters, ie the parameter values are within the tolerance limits, the result is used for planning (22) the refueling process.
Anstatt die für einen Parameter empfangenen Einzelwerte in einem einzigen Schritt vollständig zu einem Ergebnis zusammenzuführen, können auch für eine (unechte) Untermenge mehrerer Werte (im Folgenden: „Wertesatz“) die folgenden Schritte wiederholt zur Anwendung kommen: a) Bilden des Wertesatzes als Kombination der Parameter verschiedener Partner. Besonders zweckmäßig ist die Auswahl eines Wertesatzes gemeinsamen Ursprungs (Partner oder Tankbehälter); ebenso zweckmäßig ist es, alle möglichen Kombinationen von Parametern und deren Ursprung nacheinander als Wertesatz zu verwenden. b) optionale Berechnung von Zwischenergebnissen eines mathematischen Modells, welches den betrachteten Wertesatz als Eingabe verwendet, zum Beispiel eines (eventuell reduzierten) thermodynamischen Modells des aktuellen (oder eines allgemeineren) Betankungssystems. Entfällt dieser Schritt, so bildet der Wertesatz selbst das Zwischenergebnis. c) Berechnung einer mathematischen Ordnungsfunktion auf Grundlage der Zwischenergebnisse. d) Speichern des Ergebnisses der Ordnungsfunktion und Wiederholung der obigen Schritte für weitere durch Kombination gewonnene Wertesätze. e) Auswahl des Ergebnisses der Ordnungsfunktion und des zugehörigen Wertesatzes nach einem vorgegebenen Kriterium. Zweckmäßig sind Kriterien wie zum Beispiel Maximum, Minimum oder Median; besonders zweckmäßig ist ein im Sinne der Funktionssicherheit „konservatives“ Kriterium. Instead of combining the individual values received for a parameter in a single step to form a result, you can also use a (false) subset of several values (hereinafter: "value set"), the following steps are repeatedly applied: a) Forming the value set as a combination of parameters from different partners. The selection of a value set of common origin (partner or tank container) is particularly expedient; it is also useful to use all possible combinations of parameters and their origin one after the other as a set of values. b) optional calculation of intermediate results of a mathematical model using the considered set of values as input, for example a (possibly reduced) thermodynamic model of the current (or a more general) fueling system. If this step is omitted, the value set itself forms the intermediate result. c) Calculation of a mathematical ordering function based on the intermediate results. d) storing the result of the ordering function and repeating the above steps for further sets of values obtained by combination. e) Selection of the result of the ordering function and the associated set of values according to a predetermined criterion. Criteria such as maximum, minimum or median are useful; A "conservative" criterion in terms of functional reliability is particularly useful.
Sofern der so ausgewählte Testparametersatz die Prüfung auf Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte besteht, werden die Parameter auf dieses Ergebnis festgelegt (21) und zur weiteren Planung (22) des Betankungsvorgangs herangezogen. If the set of test parameters selected in this way passes the check for compliance with the specified limit values, the parameters are set (21) to this result and used for further planning (22) of the refueling process.
Selbstverständlich ist auch eine Kombination beider möglicher Methoden zur Zusammenführung der Einzelwerte möglich, indem eine disjunkte Auswahl an Parameterarten für die jeweilige Möglichkeit gebildet wird. Schließlich informieren die Teilnehmer einander mittels der eingerichteten Verbindung über den gefassten Plan (22). Während die eigentliche Betankung nach diesem Plan (22) geregelt wird, können die oben beschriebenen Maßnahmen auch zum wiederholten Abgleich von übertragenen Parametern verwendet werden. Of course, a combination of both possible methods for combining the individual values is also possible, in that a disjunctive selection of parameter types is formed for the respective possibility. Finally, the participants use the established connection to inform each other about the plan that has been made (22). While the actual refueling is regulated according to this plan (22), the measures described above can also be used for repeated adjustment of transmitted parameters.
Dieses Verfahren (10) kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät (30) implementiert sein, wie die schematische Darstellung der Figur 2 verdeutlicht. This method (10) can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit (30), as the schematic illustration in FIG. 2 illustrates.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren (10) zur Vorbereitung einer Betankung eines Fahrzeuges an einer Tanksäule, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 1. Method (10) for preparing a refueling of a vehicle at a fuel pump, characterized by the following features:
- für bei der Betankung zu berücksichtigende Parameter werden Einzelwerte empfangen, - Individual values are received for parameters to be taken into account during refueling,
- für jeden der Parameter werden die Einzelwerte zumindest teilweise zu einem Ergebnis zusammengeführt, - for each of the parameters, the individual values are at least partially merged into one result,
- das Ergebnis wird einer Prüfung auf Einhaltung vorgegebener Grenzwerte unterzogen und - the result is subjected to a check for compliance with specified limit values and
- verläuft die Prüfung erfolgreich, so wird der jeweilige Parameter auf das Ergebnis festgelegt (21). - If the test is successful, the respective parameter is set to the result (21).
2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eines der folgenden Merkmale: 2. Method (10) according to claim 1, characterized by one of the following features:
- das Ergebnis ist ein Median der Einzelwerte, - the result is a median of the individual values,
- das Ergebnis ist ein Minimum der Einzelwerte, - the result is a minimum of the individual values,
- das Ergebnis ist ein Maximum der Einzelwerte, - the result is a maximum of the individual values,
- das Ergebnis ist ein arithmetisches Mittel der Einzelwerte oder- the result is an arithmetic mean of the individual values or
- das Ergebnis ist ein geometrisches Mittel der Einzelwerte. - the result is a geometric mean of the individual values.
3. Verfahren (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 3. Method (10) according to claim 1, characterized by the following features:
- die Einzelwerte werden nach dem Empfangen zunächst in unterschiedlichen Kombinationen zu jeweils einem Wertesatz zusammengeführt, - After receiving, the individual values are first combined in different combinations to form a set of values,
- zu jedem Wertesatz wird ein Zwischenergebnis ermittelt und- an intermediate result is determined for each set of values and
- das Ergebnis wird gemäß einer auf einer Menge der Zwischenergebnisse definierten Ordnungsrelation unter den Wertesätzen ermittelt. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - the result is determined according to an order relation defined on a set of intermediate results among the sets of values. Method (10) according to one of Claims 1 to 3, characterized by the following feature:
- vor dem Festlegen (21) der Parameter wird eine Zuordnung (16) des Fahrzeuges zur Tanksäule vorgenommen. Verfahren (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - Before setting (21) the parameters, an assignment (16) of the vehicle is made to the fuel pump. Method (10) according to Claim 4, characterized by the following features:
- auf ein die Vorbereitung auslösendes Ereignis (11, 12) hin, insbesondere wenn eine Zapfpistole entnommen (11) oder eine Tankklappe geöffnet (12) wird, werden das Fahrzeug und die Tanksäule, vorzugsweise nach Aktivieren einer Wegfahrsperre (13), einer Leckage-Prüfung (14) unterzogen und - In response to an event (11, 12) triggering the preparation, in particular when a fuel nozzle is removed (11) or a fuel filler flap is opened (12), the vehicle and the fuel pump are, preferably after activating an immobilizer (13), a leakage Subjected to examination (14) and
- bestehen das Fahrzeug und die Tanksäule die Prüfung (14), so wird ein Tankventil für die Betankung freigegeben (15). Verfahren (10) nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - If the vehicle and the fuel pump pass the test (14), a tank valve is released for refueling (15). Method (10) according to Claim 4 or 5, characterized by the following features:
- nach der Zuordnung (16) bauen das Fahrzeug und die Tanksäule eine informationssichere (17) und betriebssichere (18) Funkverbindung auf und - After the assignment (16), the vehicle and the fuel pump build an information-secure (17) and operationally reliable (18) radio link and
- das Festlegen (21) der Parameter erfolgt, vorzugsweise mittels einer Datenbankabfrage, über die Funkverbindung. Verfahren (10) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - The setting (21) of the parameters takes place, preferably by means of a database query, via the radio link. Method (10) according to Claim 6, characterized by the following features:
- gemäß den Parametern wird ein Plan (22) für die Betankung gefasst und - according to the parameters, a plan (22) for refueling is made and
- mittels der Funkverbindung informieren das Fahrzeug und die Tanksäule einander über den Plan (22). Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist. - the vehicle and the fuel pump inform each other about the plan (22) by means of the radio link. Computer program which is set up to carry out the method (10) according to one of Claims 1 to 7. Machine-readable storage medium on which the computer program according to claim 8 is stored.
10. Vorrichtung (30), die eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen. 10. Device (30) which is set up to carry out the method (10) according to any one of claims 1 to 7.
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