Verfahren zum Befüllen eines Fahrzeugtanks mit Gas

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum Befüllen eines Fahrzeugtanks mit einem Gas vorgeschlagen, bei welchem der Fahrzeugtank (31) mit einer druckfesten Leitung (10) an eine Abgabevorrichtung (2) angeschlossen wird und das unter Druck stehende Gas mittels der Abgabevorrichtung (2) aus einer Speichereinheit (3) in den Fahrzeugtank (31) gefüllt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

• mit Hilfe einer Sensoreinrichtung (32,33), welche in dem Fahrzeugtank (31) angeordnet ist, wird während der Befüllung der momentane Wert einer Kenngrösse bestimmt, welche repräsentativ für den momentanen Füllstand des Fahrzeugtanks (31) ist,
• die Befüllung wird beendet, wenn die Kenngrösse einen vorgebbaren Endwert erreicht hat.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Fahrzeugtanks mit Gas gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

[0002] Gasbetriebene Kraftfahrzeuge als Alternative zu konventionellen Kraftfahrzeugen, welche mit flüssigen Brennstoffen wie Benzin oder Dieselkraftstoff betrieben werden, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Heutzutage wird als Brennstoff für gasbetriebene Fahrzeuge typischerweise komprimiertes Erdgas verwendet. Modernere Entwicklungen gehen jedoch auch dahin, gasförmigen Wasserstoff als Brennstoff zu verwenden.

[0003] Um den gasbetriebenen Fahrzeugen eine befriedigende Reichweite zu ermöglichen und gleichzeitig die Abmessungen des Fahrzeugtanks in vernünftigen Grenzen zu halten, werden die Fahrzeugtanks üblicherweise auf hohe Drücke befüllt. Im Falle von Erdgas wird beispielsweise der Fahrzeugtank auf einen Enddruck von etwa 200 bar bezogen auf eine Referenztemperatur von 15°C befüllt. Im Falle von gasförmigem Wasserstoff werden noch höhere Enddrücke, beispielsweise 600 bar, angestrebt, was in erster Linie an der geringeren Energiedichte von Wasserstoff (verglichen mit Erdgas) liegt.

[0004] Für eine sichere Gasbetankung wird bei der Befüllung unter anderem die Aussentemperatur berücksichtigt. Geht man nämlich davon aus, dass der Enddruck bei einer Referenztemperatur von 15°C für Erdgas ungefähr 200 bar betragen soll, so muss bei einer Aussentemperatur von weniger als 15°C die Betankung bei einem Druck von weniger als 200 bar beendet werden, um zu gewährleisten, dass bei einem Ansteigen der Aussentemperatur in dem Fahrzeugtank kein unzulässig hoher Druck entsteht. Umgekehrt kann bei einer Aussentemperatur von mehr als 15°C bis zu einem Enddruck von mehr als 200 bar betankt werden. Die Fahrzeugtanks sind also derart ausgelegt, dass auch bei Schwankungen der Aussentemperatur kein unzulässig hoher Druck im Tank entsteht, vorausgesetzt der maximale Enddruck bei der Betankung endspricht einem Druck von 200 bar bei der Referenztemperatur von 15°C

[0005] Aus der EP-A-0 653 585 ist beispielsweise ein Gasbetankungsverfahren und eine entsprechende Anlage bekannt, die ein sehr einfaches und insbesondere auch sehr schnelles Betanken - vergleichbar mit dem Betanken von Benzin -ermöglichen. Gemäss dem dort vorgeschlagenen Verfahren wird der Fahrzeugtank mit einer druckfesten Leitung an eine Abgabevorrichtung angeschlossen und das unter Druck stehende Gas mittels der Abgabevorrichtung aus einer Speichereinheit in den Fahrzeugtank gefüllt. Zunächst wird der für die momentan herrschende Temperatur zulässige Enddruck berechnet. Dann wird eine kleine Menge Gas in den Fahrzeugtank eingefüllt, um einen Druckausgleich zwischen dem Fahrzeugtank und der Abgabevorrichtung zu bewirken. Der im Fahrzeugtank herrschende Anfangsdruck wird nach dem Druckausgleich in der Abgabevorrichtung gemessen und anschliessend eine bestimmte Masse an Gas in den Fahrzeugtank gefüllt. Danach wird der Massenstrom des Gases unterbrochen und wiederum der im Fahrzeugtank herrschende Druck in der Abgabevorrichtung gemessen. Aus diesen Druckwerten wird ein Zusammenhang zwischen der Masse des abgegebenen Gases und dem Druck im Fahrzeugtank bestimmt. Anhand dieses Zusammenhangs wird eine Masse von Gas berechnet, derart, dass zum Befüllen des Fahrzeugtanks auf den Enddruck mindestens eine weitere Masse Gas zugeführt werden muss. Nachdem die berechnete Masse Gas dem Fahrzeugtank zugeführt worden ist, wird der Massenstrom wieder unterbrochen und der im Fahrzeugtank herrschende Druck in der Abgabevorrichtung bestimmt. Die Vorgänge des Berechnens einer zusätzlichen Masse Gas, des Zuführens dieses Gasmasse und des Unterbrechens des Massenstroms zur Druckbestimmung werden mehrmals wiederholt, bis im Fahrzeugtank der temperaturkorrigierte Enddruck erreicht ist.

[0006] Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein anderes Verfahren zum Befüllen eines Fahrzeugtanks mit einem Gas vorzuschlagen, welches eine noch schnellere und genauere Betankung ermöglicht, ohne dass dafür Zugeständnisse an die Sicherheit vonnöten sind. Das Verfahren soll auch für sehr hohe Enddrücke anwendbar sein, wie sie bei der Betankung mit gasförmigem Wasserstoff angestrebt werden.

[0007] Das diese Aufgabe lösende Verfahren zum Befüllen eines Fahrzeugtanks mit einem Gas ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gekennzeichnet.

[0008] Erfindungsgemäss wird also ein Verfahren zum Befüllen eines Fahrzeugtanks mit einem Gas vorgeschlagen, bei welchem der Fahrzeugtank mit einer druckfesten Leitung an eine Abgabevorrichtung angeschlossen wird und das unter Druck stehende Gas mittels der Abgabevorrichtung aus einer Speichereinheit in den Fahrzeugtank gefüllt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

• mit Hilfe einer Sensoreinrichtung, welche in dem Fahrzeugtank angeordnet ist, wird während der Befüllung der momentane Wert einer Kenngrösse bestimmt, welche repräsentativ für den momentanen Füllstand des Fahrzeugtanks ist,
• die Befüllung wird beendet, wenn die Kenngrösse einen vorgebbaren Endwert erreicht hat.

[0009] Da die Kenngrösse, welche repräsentativ für den momentanen Füllstand des Tanks ist, mit Hilfe einer Sensoranordnung bestimmt wird, die im Fahrzeugtank selbst angeordnet ist, kann der Befüllungsvorgang ohne Unterbrechung durchgeführt werden. Die Unterbrechungen des Massestroms wie sie in der EP-A-0-653 585 vorgeschlagenen werden, um jeweils den aktuellen im Fahrzeugtank herrschenden Druck in der Abgabevorrichtung zu ermitteln, sind bei dem erfindungsgemässen Verfahren nicht mehr notwendig, weil die für die Kenngrösse benötigten Messdaten online während der laufenden Befüllung im Fahrzeugtank ermittelt werden. Dadurch wird das erfindungsgemässe Verfahren besonders schnell und genau, ohne dass Zugeständnisse an die Sicherheit notwendig sind. Die Sicherheit erhöht sich sogar eher noch, weil der Füllstand anhand von im Fahrzeugtank ermittelten Messdaten bestimmt wird. Die Erfassung der Daten im Fahrzeugtank erlaubt eine noch genauerer Bestimmung des Füllstands, sodass die erlaubten Grenzen für die Befüllung optimaler ausgenützt werden können, weil sie sich voll ausschöpfen lassen, ohne dass die Gefahr einer Überschreitung der Sicherheitsgrenzen besteht.

[0010] Vorzugsweise ist der Endwert der Kenngrösse, bei dessen Erreichen die Befüllung beendet wird, unabhängig von der Temperatur, das heisst es wird eine Kenngrösse gewählt, die den Füllstand des Fahrzeugtanks unabhängig von der Temperatur repräsentiert. Besonders bevorzugt wird als Kenngrösse die Dichte des Gases im Fahrzeugtank bestimmt. Für die Dichte des Gases im Fahrzeugtank kann ein Endwert angegeben werden, nämlich die maximal erlaubte Dichte oder Betriebsdichte, der unabhängig von der jeweils herrschenden Aussentemperatur bei der Befüllung ist. Der temperaturunabhängige Endwert für die Kenngrösse hat den Vorteil, dass es nicht mehr notwendig ist, einen temperaturkorrigierten Wert für den Enddruck der Betankung zu berechnen.

[0011] Eine weitere vorteilhafte Massnahme besteht darin, dass zunächst die Kenngrösse bestimmt wird, bevor der Fahrzeugtank mit Gas befüllt wird, sodass der aktuelle Füllstand des Fahrzeugtanks vor dem Beginn der Befüllung als Anfangswert bekannt ist. Dieser Anfangswert dient dazu, während der Betankung den messtechnisch im Fahrzeugtank ermittelten aktuellen Füllstand mit den in der Abgabevorrichtung bestimmten Daten zu vergleichen. Kommt es bei diesem Vergleich zu Diskrepanzen, so deutet dies auf einen Fehler hin und es können entsprechende Gegenmassnahmen getroffen werden. Wie allgemein üblich, wird in der Abgabevorrichtung die Masse des abgegebenen Gases messtechnisch erfasst. Aus der abgegebenen Gasmasse wird dann unter Berücksichtigung des Anfangswerts eine der Kenngrösse entsprechende Kontrollgrösse bestimmt, die Kontrollgrösse wird jeweils mit der Kenngrösse verglichen, und es erfolgt eine Fehlermeldung oder das Abbrechen der Befüllung, wenn die Abweichung zwischen der Kenngrösse und der Kontrollgrösse einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.

[0012] Durch diese Massnahme lässt sich die Betriebssicherheit bei der Gasbetankung deutlich erhöhen, denn es erfolgen jeweils zwei unterschiedliche Bestimmungen des aktuellen Füllstands des Fahrzeugtanks. Zum einen wird mit Hilfe der im Fahrzeugtank angeordneten Sensoreinrichtung die für den aktuellen Füllstand repräsentative Kenngrösse ermittelt und zum anderen wird in der Abgabevorrichtung anhand der dort messtechnisch erfassten Masse des abgegebenen Gases die der Kenngrösse entsprechende Kontrollgrösse bestimmt. Durch den jeweiligen Vergleich dieser beiden Grössen lassen sich Fehler bei der Befüllung, beispielsweise Leckagen, frühzeitig und zuverlässig erkennen.

[0013] Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die im Fahrzeugtank angeordnete Sensoreinrichtung einen Temperatursensor und einen Drucksensor, mit welchen die Temperatur und der Druck des Gases im Tank gemessen wird. Daraus wird dann jeweils die Dichte des Gases als Kenngrösse bestimmt.

[0014] Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich für eine Vielzahl von Gasbetankungsanlagen und insbesondere für solche, mit denen komprimiertes Erdgas oder gasförmiger Wasserstoff in einen Tank gefüllt wird.

[0015] Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der schematischen, nicht massstäblichen Zeichnung zeigen:

Fig. 1:

die wesentlichen Teile einer Gasbetankungsanlage zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahren sowie einen zu befüllenden Fahrzeugtank in schematischer Darstellung, und

Fig. 2:

ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens.

[0017] Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die wesentlichen Teile einer Gasbetankungsanlage zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Ferner ist ein gasbetriebenes Kraftfahrzeug 30 angedeutet, welches einen Fahrzeugtank 31 aufweist, der als Druckbehälter ausgestaltet ist. Der Fahrzeugtank 31 dient als Vorratsbehälter für einen gasförmige Brennstoff, beispielsweise komprimiertes Erdgas oder gasförmigen Wasserstoff, der für den Betrieb des Kraftfahrzeugs 30 benötigt wird. Es versteht sich, dass der Fahrzeugtank 31 so ausgestaltet ist, dass er dem Enddruck sowie den üblichen Sicherheitsreserven problemlos standhält. Mit dem Enddruck ist dabei der Druck gemeint, bis auf welchen der Fahrzeugtank 31 bei der Betankung befüllt wird. Im Falle von Erdgas ist es beispielsweise üblich, den Enddruck so zu wählen, dass er einem Druck von ungefähr 200 bar bei einer Referenztemperatur von 15°C entspricht. Im Falle von Wasserstoff wird der Enddruck normalerweise höher gewählt, beispielsweise 600 bar bezogen auf die Referenztemperatur 15°C.

[0018] Der Fahrzeugtank 31 ist über eine druckfeste Verbindungsleitung 36 mit einem von aussen zugänglichen Einfüllstutzen 37 verbunden, der hier an der Aussenseite des Kraftfahrzeugs 30 angeordnet ist.

[0019] Im Fahrzeugtank 31 ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Drucksensor 32 und einen Temperatursensor 33 umfasst, mit denen der aktuelle Druck und die aktuelle Temperatur im Fahrzeugtank 31 messtechnisch erfassbar sind. Die Sensoren 32,33 sind über Leitungen 35 mit einem ausserhalb des Fahrzeugtanks 31, aber im Kraftfahrzeug 30 vorgesehenen Elektronikmodul 34 verbunden. Das Elektronikmodul 34 empfängt die von den Sensoren 32,33 erfassten Messwerte und verarbeitet diese. Ferner dient das Elektronikmodul 34 der Übermittlung von Daten an die Gasbetankungsanlage 1.

[0020] In einem Speicher 38 ist das Volumen des Fahrzeugtanks 31 abgespeichert, welches eine konstante Grösse ist. Das Volumen kann über eine Signalleitung an das Elektronikmodul 34 übermittelt werden. Natürlich ist es auch möglich, das Volumen des Fahrzeugtanks 31 direkt in dem Elektronikmodul 34 abzuspeichern.

[0021] Die nur mit ihren wesentlichen Teilen dargestellte Gasbetankungsanlage 1 umfasst eine Abgabevorrichtung 2 und eine stationäre Speichereinheit 3, in der das Gas für die Betankung, also beispielsweise Erdgas oder gasförmiger Wasserstoff, gespeichert ist. Ferner ist eine nicht näher dargestellte Kompressionseinrichtung vorgesehen, welche die Speichereinheit 3 bei Bedarf wieder mit Gas auffüllt. Üblicherweise umfasst die Speichereinheit mehrere Speichertanks, hier drei Speichertanks, von denen jeder über eine separate druckfeste Verbindungsleitung 4a, 4b bzw. 4c mit der Abgabevorrichtung 2 verbunden ist.

[0022] Die Abgabevorrichtung 2 umfasst eine Umschalteinrichtung 5, an welche die drei Verbindungsleitungen 4a,4b und 4c angeschlossen sind. Von der Umschalteinrichtung 5 erstreckt sich eine druckfeste Leitung 7 über ein Ventil, das vorzugsweise als Magnetventil 6 ausgestaltet ist, und über einen dem Magnetventil 6 nachgeschalteten Massendurchflussmesser 8 zum Ausgang 9 der Abgabevorrichtung 2. An den Ausgang 9 ist eine druckfeste Leitung 10 angeschlossen, die an ihrem anderen Ende mit einer Kupplung 11 versehen ist, welche mit dem Einfüllstutzen 37 des Kraftfahrzeugs 30 verbindbar ist.

[0023] Die Abgabevorrichtung umfasst ferner ein Kommunikationsmodul 13, eine Auswerte- und Regeleinheit 12 sowie ein Bedienmodul 14. Über das Bedienmodul 14 kann die Gasbetankungsanlage durch entsprechende Eingaben in Betrieb gesetzt bzw. bedient werden. Das Bedienmodul 14 umfasst ferner eine Anzeigeeinheit, auf welcher z. B. die Masse des getankten Gases oder der Preis für das Gas angezeigt werden.

[0024] Das Kommunikationsmodul 13 empfängt Daten von dem Elektronikmodul 34 des Kraftfahrzeugs 30 und leitet diese über eine Signalleitung an die Auswerte- und Regeleinheit 12 weiter. Die Auswerte- und Regeleinheit 12 ist ferner über Signalleitungen mit dem Massendurchflussmesser 8 verbunden sowie mit dem Magnetventil 6.

[0025] Das Magnetventil 6 ist ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, welches durch Signale, die von der Auswerte- und Regeleinheit 12 kommen, angesteuert wird. Mittels des Magnetventils 6 kann die Strömungsverbindung für das Gas zwischen der Umschalteinrichtung 5 und dem Ausgang 9 geöffnet bzw. geschlossen werden, sodass durch Betätigung des Magnetventils 6 der Befüllungsvorgang begonnen bzw. beendet werden kann.

[0026] Der Massendurchflussmesser 8 ist vorzugsweise ein Messgerät, das auf dem Coriolis-Prinzip basiert. Solche Coriolis-Massendurchflussmesser an sich sind hinreichend bekannt. Mit ihnen wird die Masse des Gases gemessen, welches bei der Betankung abgegeben wird.

[0027] Die Umschalteinrichtung 5 dient dazu, jeweils eine der Verbindungsleitungen 4a oder 4b oder 4c mit der Leitung 7 zu verbinden. Ist beispielsweise die Verbindungsleitung 4a mit der Leitung 7 verbunden und sinkt während der Betankung der Druck in dem zur Verbindungsleitung 4a gehörenden Speichertank der Speichereinheit 3 so weit ab, dass der Massestrom des Gases zu gering wird, so kann mit der Umschalteinrichtung 5 auf einen anderen Speichertank umgeschaltet werden, indem die Leitung 7 mit der Verbindungsleitung 4b oder 4c verbunden wird.

[0028] Bezüglich weiterer Details und Ausführungsformen sei hier auf die bereits zitierte EP-A-0 653 585 verwiesen, wo derartige Gasbetankungsanlagen mit Ausnahme des Kommunikationsmoduls ausführlich beschrieben sind.

[0029] Das Kommunikationsmodul 13 empfängt Daten, beispielsweise Messwerte oder das Volumen des Fahrzeugtanks 31 von dem Elektronikmodul 34 des Kraftfahrzeugs 30. Dazu ist das Kommunikationsmodul 13 mit dem Elektronikmodul 34 signalverbunden. Dies kann beispielsweise über eine Signalleitung 23 erfolgen. Es ist auch möglich, die Signalleitung 23 in die druckfeste Leitung 10 zu integrieren, beispielsweise die Signalleitung 23 an der Aussenseite der Leitung 10 anzuordnen. Ferner ist es möglich, die Signalverbindung zwischen dem Elektronikmodul 34 und dem Kommunikationsmodul 13 kabellos auszugestalten, beispielsweise mittels Funk oder optischer Methoden wie Infrarotsignale.

[0030] Das erfindungsgemässe Verfahren basiert darauf, mit Hilfe der Sensoreinrichtung, welche in dem Fahrzeugtank 31 angeordnet ist, während der Befüllung den momentanen Wert einer Kenngrösse zu bestimmen, welche repräsentativ für den momentanen Füllstand des Fahrzeugtanks 31 ist, das heisst, der aktuelle Füllstand des Fahrzeugtanks 31 wird durch Messungen im Fahrzeugtank 31 selbst ermittelt.

[0031] Im Folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Flussdiagramm näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Kenngrösse die Dichte ρ des Gases im Fahrzeugtank 31 verwendet. Diese auch als Betriebsdichte bezeichnete Kenngrösse hat den Vorteil, dass für sie ein maximal zulässiger Endwert angegeben werden kann, der unabhängig von der jeweils herrschenden Temperatur ist. Somit ist es nicht mehr notwendig, einen von der bei der Betankung herrschenden Aussentemperatur abhängigen Druck zu berechnen, bei welchem die Betankung beendet wird. Bei bisher bekannten Verfahren muss der temperaturabhängige Enddruck für die Befüllung z. B. aus dem Isochorenverhalten des Gases berechnet werden. Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren kann ein maximal erlaubter Endwert für die Dichte des Gases vorgegeben werden, und die Befüllung kann dann - unabhängig von der jeweils herrschenden Aussentemperatur - solange fortgesetzt werden, bis dieser Endwert für die Dichte im Fahrzeugtank 31 erreicht ist.

[0032] Bei der Befüllung wird ständig die momentan im Fahrzeugtank herrschende Dichte des Gases ermittelt. Im Hinblick auf die Betriebssicherheit ist es besonders vorteilhaft, diese Dichte jeweils auf zwei unterschiedliche Weisen zu bestimmen, nämlich einerseits mit Hilfe der Messwerte der im Fahrzeugtank 31 angeordneten Sensoren 32,33 und andererseits mit Hilfe der von der Abgabevorrichtung 2 abgegebenen Gasmasse, welche mittels des Massendurchflussmessers 8 in der Abgabevorrichtung 2 gemessen wird. Weichen diese beiden Werte für die Dichte stärker als ein vorgebbarer Grenzwert voneinander ab, so deutet dies auf einen Fehler hin. Beispielsweise kann eine Leckage aufgetreten sein oder einer der Sensoren 32,33 arbeitet nicht ordnungsgemäss. Mittels dieser jeweils zweifachen Bestimmung der Dichte können somit auch gefährliche Zustände, wie beispielsweise eine Überfüllung des Fahrzeugtanks 31 vermieden werden.

[0033] Für die Dichte ρ_T des Gases im Fahrzeugtank 31 gilt:

wobei m_T die Masse des Gases im Fahrzeugtank 31 bezeichnet und V das Volumen des Fahrzeugtanks 31, das eine konstante Grösse ist.

[0034] Andererseits ergibt sich aus der Gasgleichung

wobei p_T den Druck im Tank bezeichnet, z den Realgasfaktor, der eine gasspezifische, von Druck und Temperatur abhängige Grösse ist, R die allgemeine Gaskonstante und T_T die Temperatur des Gases im Tank. Durch Messung der Temperatur T_T und des Drucks p_T im Fahrzeugtank 31 mittels des Temperatursensors 33 bzw. des Drucksensors 32 lässt sich dann also die momentane Dichte ρ_T im Fahrzeugtank 31 bestimmen. Der jeweilige Wert für den Realgasfaktor z kann beispielsweise aus einer gespeicherten Tabelle als Funktion des Drucks und der Temperatur entnommen werden.

[0035] Für die Betankung des Kraftfahrzeugs 30 wird die druckfeste Leitung 10 der Abgabevorrichtung 2 mittels der Kupplung 11 an den Einfüllstutzen 37 des Kraftfahrzeugs 30 angeschlossen. Ferner wird gegebenenfalls die Signalleitung 23 einerseits mit dem Elektronikmodul 34 und andererseits mit dem Kommunikationsmodul 13 verbunden. Bevor der Fahrzeugtank 31 mit Gas befüllt wird, erfolgt zunächst mittels des Drucksensors 32 bzw. des Temperatursensors 33 eine Messung des Anfangsdrucks p₀ bzw. der Anfangstemperatur T₀, die vor dem Beginn der Befüllung im Fahrzeugtank 31 herrschen (Schritt 101 in Fig. 2). Aus p₀, T₀ und dem entsprechenden Wert für den Realgasfaktor z wird dann im Schritt 102 die Dichte ρ₀ als Anfangswert ermittelt. ρ₀ gibt die aktuelle Dichte des Gases im Fahrzeugtank 31 vor dem Beginn der Befüllung an. Das Elektronikmodul 34 übermittelt den Wert von ρ₀ sowie das Volumen V des zu befüllenden Fahrzeugtanks 31 an das Kommunikationsmodul 13 der Abgabevorrichtung 2.

[0036] In der Abgabevorrichtung 2, vorzugsweise in der Auswerte- und Regeleinheit 12, wird aus dem Volumen V des Fahrzeugtanks 31 und dem Anfangswert ρ₀ die Anfangsmasse m₀ des Gases im Fahrzeugtank 31 gemäss der Beziehung

bestimmt. Der Anfangswert m₀ gibt also die Masse des Gases an, das vor dem Beginn der Befüllung im Fahrzeugtank 31 vorhanden ist.

[0037] Im Schritt 103 (Fig. 2) beginnt nun der Vorgang des Befüllens. Die Auswerte- und Regeleinheit 12 öffnet das Magnetventil 6 und das Gas kann aus der Speichereinheit 3 durch den Massendurchflussmesser 8, die druckfeste Leitung 10 und die Verbindungsleitung 36 in den Fahrzeugtank 31 einströmen. Während des Befüllungsvorgangs messen der Drucksensor 32 und der Temperatursensor 33 ständig oder in kurzen Zeitabständen den jeweils aktuellen Druck p_T bzw. die jeweils aktuelle Temperatur T_T im Fahrzeugtank 31 (Schritt 104). Aus diesen beiden Werten wird im Schritt 105 der aktuelle Wert ρ_T für die Dichte des Gases im Fahrzeugtank 31 gemäss der weiter vorne angegebenen Beziehung bestimmt und an die Abgabevorrichtung 2 übermittelt.

[0038] Während des Befüllungsvorgangs wird in der Abgabevorrichtung 2 ständig mittels des Massendurchflussmessers 8 die Masse m_G des abgegebenen Gases messtechnisch erfasst (Schritt 106). Dies erfolgt beispielsweise mit einer Rate von etwa hundert Pulsen (Messungen) pro Kilogramm abgegebenen Gases. Die Auswerte- und Regeleinheit 12 der Abgabevorrichtung 2 ermittelt im Schritt 107 mit Hilfe des Volumens V des Fahrzeugtanks 31, der Anfangsmasse m₀ des Gases im Fahrzeugtank und dem jeweils aktuellen Wert der Masse m_G des abgegebenen Gases einen Vergleichswert ρ_m als Kontrollgrösse für die Dichte des Gases im Fahrzeugtank gemäss der Beziehung

[0039] Im Schritt 108 wird dann die Kontrollgrösse ρ_m mit der im Fahrzeugtank 31 bestimmten Dichte ρ_T verglichen. Falls die Abweichung zwischen der Kontrollgrösse ρ_m und der im Fahrzeugtank bestimmten Dichte ρ_T einen vorgebbaren Grenzwert D überschreitet, wird die Befüllung beendet (Schritt 110) und/oder eine Fehlerwarnung gegeben. Anderenfalls wird im Schritt 109 überprüft, ob die Dichte p des Gases im Fahrzeugtank 31 einen vorgebbaren Endwert ρ_E erreicht hat. Da bei Erreichen des Schritts 109 bereits sichergestellt ist, dass sich ρ_T und ρ_m höchstens um D unterscheiden, ist es prinzipiell egal, ob ρ_T oder ρ_m für den Vergleich mit dem Endwert ρ_E herangezogen werden. Natürlich kann auch der Mittelwert oder ein gewichteter Mittelwert von ρ_T und ρ_m für den Vergleich mit ρ_E verwendet werden. Hat die Dichte p den Endwert ρ_E erreicht, so wird die Befüllung im Schritt 110 beendet, anderenfalls wird die Befüllung fortgesetzt.

[0040] Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens liegt darin, dass die maximal zulässige Dichte oder Betriebsdichte ρ_E für ein gegebenes Gas unabhängig von der Aussentemperatur ist, bei welcher die Betankung stattfindet.

[0041] Ein weiterer Vorteil ist es, insbesondere im Hinblick auf die Sicherheit, dass die Dichte des Gases im Fahrzeugtank auf zwei unterschiedliche Arten ermittelt wird.

[0042] Prinzipiell ist es möglich, dass z. B. einer der beiden Sensoren 32,33, die im Fahrzeugtank angeordnet sind, bereits beim Beginn der Betankung fehlerbehaftet ist. Dies führt dann unter anderem auch dazu, dass die Anfangsmasse m₀ des Gases verkehrt berechnet wird und folglich auch die in der Abgabevorrichtung ermittelte Kontrollgrösse ρ_m fehlerhaft ist. Da aber die mittels der Sensoren 32,33 erfassten Anfangswerte p₀ für den Druck und T₀ für die Temperatur im Fahrzeugtank 31 nur über als Anfangsbedingung in die jeweilige Bestimmung der Kontrollgrösse ρ_m eingehen, werden die Werte für die im Tank ermittelte Dichte ρ_T einerseits und die Werte für die Kontrollgrösse ρ_m mit fortschreitender Befüllung immer mehr divergieren, sodass auch solche Fehler erkannt werden, bevor es zu einer gefährlichen Überfüllung des Fahrzeugtanks 31 kommt.

[0043] Es versteht sich, dass die jeweilige Berechnung der Dichte ρ_T nicht im Kraftfahrzeug durchgeführt werden muss. Es ist auch möglich, dass das Elektronikmodul 34 die Messwerte bzw. Daten des Temperatursensors 33 und des Drucksensors 32, also z. B. p₀, T₀, p_T, T_T, an die Abgabevorrichtung 2 übermittelt und dort dann jeweils die Bestimmung von ρ₀ und ρ_T erfolgt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Befüllen eines Fahrzeugtanks mit einem Gas, bei welchem der Fahrzeugtank (31) mit einer druckfesten Leitung (10) an eine Abgabevorrichtung (2) angeschlossen wird und das unter Druck stehende Gas mittels der Abgabevorrichtung (2) aus einer Speichereinheit (3) in den Fahrzeugtank (31) gefüllt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- mit Hilfe einer Sensoreinrichtung (32,33), welche in dem Fahrzeugtank (31) angeordnet ist, wird während der Befüllung der momentane Wert einer Kenngrösse (ρ_T) bestimmt, welche repräsentativ für den momentanen Füllstand des Fahrzeugtanks (31) ist,

- die Befüllung wird beendet, wenn die Kenngrösse (ρ_T) einen vorgebbaren Endwert (ρ_E) erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Endwert (ρ_E) der Kenngrösse unabhängig von der Temperatur ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem zunächst die Kenngrösse bestimmt wird, bevor der Fahrzeugtank (31) mit Gas befüllt wird, sodass der aktuelle Füllstand des Fahrzeugtanks vor dem Beginn der Befüllung als Anfangswert (ρ₀) bekannt ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Abgabevorrichtung (2) die Masse (m_G) des abgegebenen Gases messtechnisch erfasst wird, daraus eine der Kenngrösse (ρ_T) entsprechende Kontrollgrösse (ρ_m) bestimmt wird, die Kontrollgrösse (ρ_m) jeweils mit der Kenngrösse (ρ_T) verglichen wird, und eine Fehlermeldung oder das Abbrechen der Befüllung erfolgt, wenn die Abweichung zwischen der Kenngrösse (ρ_T) und der Kontrollgrösse (ρ_m) einen vorgebbaren Grenzwert (D) überschreitet.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem als Kenngrösse die Dichte (ρ_T) des Gases im Fahrzeugtank (31) bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die im Fahrzeugtank (31) angeordnete Sensoreinrichtung einen Temperatursensor (33) und einen Drucksensor (31) umfasst, mit welchen die Temperatur und der Druck des Gases im Tank gemessen wird, und daraus die Dichte (ρ_T) des Gases als Kenngrösse bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem:

- zunächst die Dichte (ρ₀) bestimmt wird, bevor der Fahrzeugtank (31) mit Gas befüllt wird, sodass die aktuelle Dichte des Gases im Fahrzeugtank vor dem Beginn der Befüllung als Anfangswert bekannt ist,

- das Volumen (V) des zu befüllenden Fahrzeugtanks (31) an die Abgabevorrichtung (2) übermittelt wird,

- aus dem Volumen (V) und dem Anfangswert der Dichte (ρ₀) die Anfangsmasse (m₀) des Gases, die vor dem Beginn der Befüllung im Fahrzeugtank vorhanden ist, bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem in der Abgabevorrichtung (2) mit Hilfe des Volumens (V) des Fahrzeugtanks (31), der Anfangsmasse (m₀) des Gases im Fahrzeugtank und der messtechnisch erfassten Masse (m_G) des abgegebenen Gases ein Vergleichswert für die Dichte des Gases im Fahrzeugtank als Kontrollgrösse (ρ_m) ermittelt und jeweils mit der im Fahrzeugtank (31) bestimmten Dichte (ρ_T) verglichen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Befüllung beendet wird, wenn die Dichte einen vorgebbaren Endwert (ρ_E) erreicht, oder wenn die Abweichung zwischen der Kontrollgrösse (ρ_m) und der im Fahrzeugtank bestimmten Dichte (ρ_T) einen vorgebbaren Grenzwert (D) überschreitet.

10. Gasbetankungsanlage betrieben nach einem Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche.

Zeichnung