SYSTEM ZUR FEHLERSICHEREN IDENTIFIZIERUNG EINES FAHRZEUGS ZUR BETANKUNG EINES FAHRZEUGES MIT WASSERSTOFF

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.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur fehlersicheren Identifizierung eines Fahrzeugs zur Betankung eines Fahrzeuges mit Wasserstoff.

[0002] 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.

[0003] In der Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus Wasserstoff durch umgekehrte Elektrolyse gewonnen.

[0004] Es gibt inzwischen zahlreiche Arten von Wasserstofffahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, aber auch Busse und Flurförderfahrzeuge, welche über unterschiedliche Tankgrößen und Tanktypen mit verschiedenen Materialpaarungen verfügen.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Verschiedene Wasserstofffahrzeuge werden daher entsprechend spezieller, sogenannter Betankungsrampen betankt.

[0008] 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.

[0009] Derartige Betankungsrampen bzw. Betankungsprofile werden in der Regel für jedes Tanksystem, jeden Tanktyp ermittelt, um ein Überfüllen und Überhitzen der verschiedenen Tanks zu verhindern.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] Zweckmäßigerweise ist die wenigstens eine Tankstelle an jeder Tanksäule mit mindestens zwei RFID-Lesegeräten ausgerüstet. Auch hierdurch wird eine Redundanz des Systems bereitgestellt.

[0022] 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.

[0023] Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert.

[0024] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, mit dem insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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.

[0028] 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.

[0029] 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

[0030] 

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

Ansprüche

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).

Zeichnung