Titel:

Verfahren zur Zustandsdiagnose einer Wasserstoff-Betankungseinrichtung und/oder eines mit Wasserstoff zu betankenden Verkehrsmittels

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsdiagnose einer Wasserstoff-Betankungseinrichtung und/oder eines mit Wasserstoff zu betankenden Verkehrsmittels und ein System zur Betankung eines Verkehrsmittels mit Wasserstoff.

Stand der Technik

Die Betankung eines Fahrzeugs mit Wasserstoff wird heutzutage über eine Infrarot (IR)-basierte Kommunikation unterstützt. Unter anderem wird dies in SAE J2799 und SAE J2601 standardisiert. Hier wird etwa dargelegt, dass im Falle einer Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und einer Betankungseinrichtung vom Fahrzeug vor dem Tankvorgang einmalig eine Tabelle übermittelt wird, die einen Zieldruck für den Betankungsvorgang in Abhängigkeit von Umgebungstemperatur und Ausgangsdruck im Wasserstofftank vor dem Betankungsvorgang enthält. Die Betankungseinrichtung ermittelt hieraus üblicherweise basierend auf Modellen einen Betankungsplan und führt diesen aus. Ein übermittelter Zieldruck ist an das modellbasierte Betankungsverfahren angepasst und erlaubt für dieses Verfahren eine sichere Betankung. Dabei werden Informationen von dem betreffenden Fahrzeug an die Tankstelle uni- direktional versendet und umfassen im Wesentlichen eine Temperatur, ein Tankvolumen und ein Druckniveau des Tanks. Sollte ein Sensor in der Betankungseinrichtung oder in dem Fahrzeug einen Fehler aufweisen, ist dies nicht unmittelbar ersichtlich. Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbesserung eines Betankungsvorgangs zu erreichen, indem defekte Sensoren oder dergleichen nicht zu einer Beeinträchtigung des Betankungsvorgangs führen.

Dies wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.

Es wird ein Verfahren zur Zustandsdiagnose einer Wasserstoff- Betankungseinrichtung und/oder eines mit Wasserstoff zu betankenden Verkehrsmittels vorgeschlagen, aufweisend die Schritte des Aufbauens einer Kommunikationsverbindung zwischen der Wasserstoff-Betankungseinrichtung und dem Verkehrsmittel, des Übertragens mindestens eines in dem Verkehrsmittel erfassten oder ermittelten ersten Parameters und in der Betankungseinrichtung erfassten oder ermittelten zweiten Parameters derselben mindestens einen physikalischen Größe zwischen der Betankungseinrichtung und dem Verkehrsmittel vor einer und/oder während einer und/oder nach einer Betankung von dem Verkehrsmittel, des Ermittelns einer Abweichung zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter, des Vergleichens der Abweichung mit einem vorgegebenen Schwellenwert und des Abgebens und Abspeicherns eines mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpften Warnsignals, falls die Abweichung den Schwellenwert überschreitet.

Im Kontext der Erfindung ist davon auszugehen, dass die Betankungseinrichtung verschiedene Sensoren aufweist, die etwa eine Umgebungstemperatur, eine Wasserstoff-Vorkühltemperatur, einen Wasserstoff- Massen (-ström), einen Betankungsdruck oder ähnliches erfassen. Diese physikalischen Parameter könnten für die Steuerung des Betankungsvorgangs in dem zu betankenden Verkehrsmittel hilfreich sein. So ist etwa denkbar, die Umgebungstemperatur des Sensors der Betankungseinrichtung mit einer durch einen Sensor in dem Verkehrsmittel erfassen Umgebungstemperatur zu vergleichen. Ist die Abweichung größer als der vorgegebene Schwellenwert ist mit einem fehlerhaften Sensor in der Betankungseinrichtung oder dem Verkehrsmittel zu rechnen. Hieraus wird ein Warnsignal abgegeben und abgelegt. Wie weiter nachfolgend erläutert wird, kann durch eine Betrachtung historischer Warnsignale oder dem Fehlen solcher eine Aussage darüber getroffen werden, ob in der Betankungseinrichtung oder dem Verkehrsmittel ein Fehler vorliegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterstützt bei der Plausibilisierung von Sensordaten physikalischer Größen oder gegebenenfalls auch physikalischer Modellgrößen, die aus Sensordaten ermittelbar sind.

Das Aufbauen einer Kommunikationsverbindung kann beispielsweise das Verbinden des Verkehrsmittels mit der Wasserstoff-Betankungseinrichtung über ein drahtloses Netzwerk oder eine andere Funkverbindung umfassen. Es ist vorstellbar, dass die Wasserstoff-Betankungseinrichtung hierzu über eine Infrastruktur verfügt oder mit dieser gekoppelt ist, die eine Datenverbindung zwischen dem Verkehrsmittel und der Wasserstoff-Betankungseinrichtung erlaubt. Besonders hervorzuheben sind drahtlose Verbindungen, mit denen Berührungen zwischen der Wasserstoff-Betankungseinrichtung und dem Verkehrsmittel verhindert werden. Neben Funkverbindungen können auch Infrarotverbindungen eingesetzt werden. Insbesondere metallische Kontakte sind zu vermeiden, da diese in der Nähe wasserstoffführender Einrichtungen bei Funkenbildung zu einer Explosionsgefahr führen. Die Kommunikationsverbindung ist bevorzugt bidirektional, sodass während des Betankungsvorgangs Daten und Parameter in beide Richtungen übertragbar sind.

Das Übertragen kann bidirektional erfolgen. Das Verfahren kann sowohl in dem Verkehrsmittel, als auch in der Betankungseinrichtung durchführbar sein. Es könnte bevorzugt sein, das Verfahren in der Betankungseinrichtung durchzuführen, welches regelmäßig von anderen Verkehrsmitteln frequentiert wird und hierdurch auch historische Warnsignale aufweisen könnte.

Der Schwellenwert kann abhängig von der betreffenden physikalischen Größe vorbestimmt werden. So könnte etwa eine Abweichung von 1-2° für einen Messwert der Umgebungstemperatur tolerabel sein. Eine Druckabweichung von öOmbar-lOOmbar könnte als tolerable Abweichung für einen Wasserstoffdruck betrachtet werden. Das Abgeben und Abspeichern des Warnsignals könnte das Anzeigen eines Hinweises an einer Anzeige, das Auslösen eines akustischen oder optischen Signals, das Übertragen eines Warnsignals an eine externe Überwachungseinheit oder dergleichen umfassen. Das Abspeichern könnte in einem internen und/oder externen Speicher erfolgen, um später darauf zurückgreifen zu können.

Es ist vorteilhaft, wenn der physikalische Parameter aus eine Gruppe von physikalischen Parametern ausgewählt ist, die Gruppe aufweisend eine Umgebungstemperatur der Betankungseinrichtung und des Verkehrsmittels, einen Wasserstoff- Massenstrom, und einen Betankungsdruck. Die hierzu eingesetzten Sensoren könnten sowohl in der Betankungseinrichtung als auch in dem Verkehrsmittel angeordnet sein. Weiterhin können hierfür zu verwendende Schwellenwerte entsprechend der Größenordnungen der Parameter anzupassen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Abfragen früherer mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpfter Warnsignale von einer Betankung anderer Verkehrsmittel umfassen, wobei ein mit der betreffenden physikalischen Größe verbundener Messfehler in der Betankungseinrichtung angenommen wird, falls weitere entsprechende Warnsignale abrufbar sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Abgeben und Abspeichern eines mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpften Bestätigungssignals, falls die Abweichung den Schwellenwert nicht überschreitet. Wird beispielsweise nur eine tolerierbare Abweichung ermittelt, kann dies als Bestätigung angesehen werden, dass die erfassten Sensordaten plausibel sind. Dies kann als ein Bestätigungssignal abgespeichert werden, um in späteren Vergleichen festzustellen, ob frühere Vergleiche bereits zu nicht tolerierbaren Abweichungen geführt haben oder ob diese stets tolerierbar waren.

So könnte das Verfahren ferner das Abfragen früherer mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpfter Bestätigungssignale von einer Betankung anderer Verkehrsmittel innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls umfassen, wobei ein mit der betreffenden physikalischen Größe verbundener Messfehler in dem Verkehrsmittel angenommen wird, falls mindestens ein Bestätigungssignal abrufbar ist. Das Zeitintervall könnte sich auf eine bestimmte Zeitspanne in der Vergangenheit beziehen, die auf Bestätigungssignale (oder Warnungssignale) hin untersucht wird, um eine die Abweichung verursachende Fehlerquelle zu identifizieren. Haben etwa über die Zeitspanne bereits mehrere Fahrzeuge einen funktionierenden Sensor der Betankungseinrichtung gemeldet, kann der Fehler nur einen fehlerhaften Sensor in dem Verkehrsmittel als Ursache haben.

Bevorzugt ist das vorbestimmte Zeitintervall aus einer Gruppe von Zeitintervallen ausgewählt, wobei das Zeitintervall eine Stunde, mehrere Stunden, einen Tag, mehrere Tage, eine Woche oder mehrere Wochen umfassen könnte. Das Zeitintervall könnte sich je nach Frequentierung auch über wenige Minuten erstrecken. Durch eine Begrenzung des Zeitintervalls können Fehler zügig entdeckt und behoben werden. Selbstverständlich ist das Verwenden eines festgelegten Zeitintervalls nicht notwendig. Vielmehr kann sich das Zeitintervall auch über die letzte, die beiden letzten oder die mehreren letzten Betankungsvorgänge erstrecken, ohne dass eine Auswahl einer tatsächlichen Zeit erfolgen muss.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird nach Abgeben und Abspeichern eines Warnsignals die Betankung mit einem vereinfachten Betankungsplan durchgeführt oder abgebrochen. Durch Folgen eines vereinfachten Betankungsplans können konservative Massenströme, Drücke oder Druckgradienten gewählt werden, welche zu einer Betankung mit einer nicht maximalen Geschwindigkeit und möglicherweise mit einer nicht maximalen Befüllung führen, jedoch ein sicheres Betanken dennoch erlauben.

Analog zu den vorhergehenden Ausführungen betrifft die Erfindung ferner ein System zur Betankung eines Verkehrsmittels mit Wasserstoff, aufweisend eine erste Verbindungseinheit und eine erste Steuereinheit zur Integration in ein Verkehrsmittel, eine Betankungseinrichtung mit einer zweiten Verbindungseinheit und einer zweiten Steuereinheit, wobei die erste Steuereinheit dazu ausgebildet ist, mindestens einen in dem Verkehrsmittel erfassten oder ermittelten ersten Parameters mindestens einer physikalischen Größe über die erste Verbindungseinheit an die Betankungseinrichtung zu übertragen, und/oder wobei die zweite Steuereinheit dazu ausgebildet ist, mindestens einen in der Betankungseinrichtung erfassten oder ermittelten zweiten Parameter derselben physikalischen Größe über die zweite Verbindungseinheit an das Verkehrsmittel zu übertragen, wobei mindestens eine der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Abweichung zwischen dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter zu ermitteln, die Abweichung mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen und ein mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpften Warnsignals abzugeben und abzuspeichern, falls die Abweichung den Schwellenwert überschreitet. Die zweite Steuereinheit kann direkt in die Wasserstoff-Betankungseinrichtung integriert sein, um dort einen Betankungsvorgang zu steuern. Es ist zudem denkbar, mehrere Wasserstoff-Betankungseinrichtungen mit einer außerhalb der Wasserstoff- Betankungseinrichtungen angeordneten, einzigen, zentralen zweiten Steuereinheit zu verbinden. Die erste Steuereinheit kann in das Verkehrsmittel integriert sein. Es ist nicht zwangsläufig eine eigene, dedizierte erste Steuereinheit notwendig. Vielmehr ist es besonders sinnvoll, die Funktion einer ersten Steuereinheit in einer übergeordneten Steuereinheit zu integrieren, die in dem Verkehrsmittel integriert ist. Durch ein Software- Update könnte die Funktion der ersten und/oder der zweiten Steuereinheit als zusätzlicher Algorithmus nachgerüstet werden. Das System ist bevorzugt in der Lage, mindestens einen oder sämtliche vorangehend erläuterten Verfahrensschritte auszuführen.

Es ist vorteilhaft, wenn mindestens eine der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit dazu ausgebildet ist, frühere mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpfte Warnsignale von einer Betankung anderer Verkehrsmittel an derselben Betankungseinrichtung abzurufen, wobei ein mit der betreffenden physikalischen Größe verbundener Messfehler in der Betankungseinrichtung angenommen wird, falls weitere entsprechende Warnsignale abrufbar sind.

Ebenso ist vorteilhaft, wenn mindestens eine der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit dazu ausgebildet ist, frühere mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpfte Bestätigungssignale, die bei Nicht- Überschreitung des Schwellenwerts durch die Abweichung bei einer Betankung anderer Verkehrsmittel an derselben Betankungseinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls abgelegt wurden, wobei ein mit der betreffenden physikalischen Größe verbundener Messfehler in dem Verkehrsmittel angenommen wird, falls mindestens ein Bestätigungssignal abrufbar ist.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiele

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 2 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Systems.

Figur 1 zeigt ein Verfahren zur Zustandsdiagnose einer Wasserstoff- Betankungs einrichtung und/oder eines mit Wasserstoff zu betankenden Verkehrsmittels. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beginnt das Verfahren mit dem Aufbauen 2 einer Kommunikationsverbindung zwischen der Wasserstoff- Betankungseinrichtung und dem Verkehrsmittel. Anschließend kann mindestens eines in dem Verkehrsmittel erfassten oder ermittelten ersten Parameters und in der Betankungseinrichtung erfassten oder ermittelten zweiten Parameters derselben mindestens einen physikalischen Größe zwischen der Betankungseinrichtung und dem Verkehrsmittel vor einer und/oder während einer und/oder nach einer Betankung von dem Verkehrsmittel übertragen werden 4. Aus diesen Parametern wird eine Abweichung ermittelt 6, die mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird 8. Ist diese Abweichung größer als der Schwellenwert, wird ein mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpftes Warnsignal abgegeben 10 und abgespeichert 12. Der physikalische Parameter ist dabei aus einer Gruppe von physikalischen Parametern ausgewählt, wobei die Gruppe eine Umgebungstemperatur der Betankungseinrichtung und des Verkehrsmittels, einen Wasserstoff- Massenstrom und einen Betankungsdruck oder andere Größen umfassen kann. Das Verfahren kann beispielhaft ferner das Abfragen 14 früherer mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpfter Warnsignale von einer Betankung anderer Verkehrsmittel umfassen. Ein mit der betreffenden physikalischen Größe verbundener Messfehler in der Betankungseinrichtung wird angenommen 16, falls weitere entsprechende Warnsignale aus vergangenen Betankungsvorgängen abrufbar sind. Weiterhin kann das Verfahren beispielhaft das Abgeben 18 und Abspeichern 20 eines mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpften Bestätigungssignals umfassen, falls die Abweichung den Schwellenwert nicht überschreitet. Analog zu dem vorhergehenden weist das Verfahren dann außerdem das Abfragen 22 früherer mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpfter Bestätigungssignale von einer Betankung anderer Verkehrsmittel innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls auf, wobei ein mit der betreffenden physikalischen Größe verbundener Messfehler in dem Verkehrsmittel angenommen wird 24, falls mindestens ein Bestätigungssignal aus vorherigen Betankungsvorgängen abrufbar ist.

Sollte ein Warnsignal abgegeben worden sein, wird die Betankung mit einem vereinfachten Betankungsplan durchgeführt oder abgebrochen 26.

Figur 2 zeigt schematisch ein System 28 zum Betanken eines Verkehrsmittels 30. Das Verkehrsmittel 30 ist in dem gezeigten Fall beispielhaft ein LKW, in dem Wasserstoff über eine Brennstoffzelle (nicht gezeigt) zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt wird. Das Verkehrsmittel 30 weist eine erste Verbindungseinheit 32 und eine erste Steuereinheit 34 auf. Ein erster Sensor 36 ist in dem Verkehrsmittel 30 angeordnet und exemplarisch dazu ausgebildet, eine Umgebungstemperatur zu erfassen. Wie vorangehend erläutert können dies jedoch auch andere physikalische Größen sein.

Das System 28 weist eine Betankungseinrichtung 36 auf, welche mit dem Verkehrsmittel 30 koppelbar ist, um es zu betanken. Die Wasserstoff- Betankungseinrichtung 36 weist weiterhin eine zweite Steuereinheit 38 auf, welche mit einer zweiten Verbindungseinheit 40 verbunden ist. Ein zweiter Sensor 42 ist vorgesehen, der exemplarisch dazu ausgebildet ist, die Umgebungstemperatur zu ermitteln. Auch dies können andere physikalische Größen sein.

Die erste Steuereinheit 34 und/oder die zweite Steuereinheit 38 ist dazu ausgebildet, eine Abweichung zwischen einem ersten, aus einer Messung des ersten Sensors 36 resultierenden Parameters und einem zweiten, aus einer Messung des zweiten Sensors 42 resultierenden Parameters zu ermitteln. Die Abweichung kann in der ersten Steuereinheit 34 und/oder der zweiten Steuereinheit 38 mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden, um ein mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpftes Warnsignals abzugeben und abzuspeichern, falls die Abweichung den Schwellenwert überschreitet. Hier ist die betreffende Größe die Umgebungstemperatur. Wird der Schwellenwert nicht überschritten, kann das Abgeben und Abspeichern eines mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpften Bestätigungssignals erfolgen.

Durch Abfragen früherer mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpfter Bestätigungssignale von einer Betankung anderer Verkehrsmittel 30 innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls kann erfasst werden, ob ein Messfehler bereits früher aufgetreten ist. Ein mit der betreffenden physikalischen Größe verbundener Messfehler wird in dem Verkehrsmittel 30 angenommen wird, falls mindestens ein Bestätigungssignal abrufbar ist. Das Abfragen früherer mit der betreffenden physikalischen Größe verknüpfter Warnsignale von einer Betankung anderer Verkehrsmittel 30 lässt erkennen, ob der Messfehler bereits früher aufgetreten ist. Ein mit der betreffenden physikalischen Größe verbundener Messfehler wird in der Betankungseinrichtung 36 angenommen, falls weitere entsprechende Warnsignale abrufbar sind.