DE112010004411B4

DE112010004411B4 - Brenngasfüllverfahren

Info

Publication number: DE112010004411B4
Application number: DE112010004411.2T
Authority: DE
Inventors: Shusuke Inagi; Natsuru Miyazaki; Chihiro Uchimura; Akira Yamashita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: WO2011058782A1; KR20120050510A; US8534327B2; CN102667303A; DE112010004411T5; US20120216910A1; JPWO2011058782A1; CA2770365C; CN102667303B; KR101388162B1; CA2770365A1; DE112010004411T8; JP4877434B2

Abstract

Brenngasfüllverfahren zum Befüllen einer Mehrzahl von Brenngasspeicherbehältern (101, 102; 101, 102, 105), die an einer mit Brenngas gespeisten Einheit montiert sind, mit Brenngas unter Verwendung einer Brenngasfüllvorrichtung (1; 2), die mit der Mehrzahl von Brenngasspeicherbehältern verbunden ist, wobei die Brenngasspeicherbehältern (101, 102; 101, 102, 105) unterschiedliche Wärmeabgabeeigenschaften haben, wobei das Verfahren aufweist: einen Temperaturinformations-Beschaffungsschritt zum Beschaffen einer Temperaturinformation in den Brenngasspeicherbehältern; einen Druckinformations-Beschaffungsschritt zum Beschaffen einer Druckinformation in den Brenngasspeicherbehältern; einen Befüllschritt, um das Brenngas von einer Brenngaszuführquelle (10), die ein verdichtetes Brenngas zuführt, über eine Brenngasfüllleitung jeweils in die Brenngasspeicherbehälter zu füllen; einen Temperaturdifferenz-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Temperaturdifferenz zwischen dem Brenngasspeicherbehälter mit der höchsten Innentemperatur und dem Brenngasspeicherbehälter mit der niedrigsten Innentemperatur von der Mehrzahl der Brenngasspeicherbehälter gemäß der Temperaturinformation; einen Gleichgewichtstemperatur-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Gleichgewichtstemperatur, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von einem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten wird; einen Bezugsdaten-Beschaffungsschritt zum Beschaffen von Korrespondenzbezugsdaten, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck im Brenngasspeicherbehälter anzeigen, wenn ein vorab beschaffter Ladezustand des Brenngasspeicherbehälters zu einem Soll-Ladezustand wird; und einen Steuerschritt zum Ausführen einer Steuerung, um das Füllen mit Brenngas zu beenden, wenn die Temperatur des Brenngasspeicherbehälters mit der niedrigsten Innentemperatur die Gleichgewichtstemperatur erreicht, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von einem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brenngasfüllverfahren.
STAND DER TECHNIK
In jüngster Zeit wurde ein Brennstoffzellenfahrzeug entwickelt, bei dem eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von Leistung bzw. Strom in einer elektrochemischen Reaktion eines Brenngases (z. B. Wasserstoffgas oder Erdgas) und eines Oxidationsgases (z. B. Luft) als Energiequelle montiert ist. An diesem Brennstoffzellenfahrzeug ist ein Brenngastank (ein Gasspeicherbehälter) montiert, und das Brenngas wird diesem Brenngastank von einem Brenngaszufuhrsystem wie beispielsweise einer Gasfüllvorrichtung (Brenngas-Tankstelle) zugeführt. Bei dieser Gasfüllvorrichtung wird üblicherweise ein Füllstutzen bzw. eine Fülldüse oder ein Tankrüssel, die/der mit einer Speichervorrichtung verbunden ist, die das verdichtete Brenngas speichert, mit dem Brenngastank des Brennstoffzellenfahrzeugs verbunden, um Brenngas unter hohem Druck in den Brenngastank zu füllen. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug jedoch eine Mehrzahl an Brenngastanks enthält, werden ein Druck und eine Temperatur in einem der Brenngastanks überwacht und dabei aus dem Überwachungsergebnis ein Füll- bzw. Ladezustand (SoC) des Brenngastanks bestimmt, um das Ende der Befüllung mit Brenngas zu steuern.
Darüber hinaus wurde auch eine Gasfüllvorrichtung offenbart, die Füllventile aufweist, die mit einer Mehrzahl von Brenngastanks verbunden sind, die jeweils auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert sind; Entladeventile, die jeweils mit der Mehrzahl von Brenngastanks verbunden sind; einer Füllleitung, die zwischen den Füllventilen angeordnet ist; einer Abführleitung, die zwischen den Entladeventilen angeordnet ist; einer Mehrzahl von Temperatursensoren, die jeweils die Temperatur der Mehrzahl von Brenngastanks erfassen; einer Mehrzahl von Drucksensoren, die jeweils den Druck der Mehrzahl von Brenngastanks erfassen; sowie eine Steuereinheit, welche die Füllventile und Entladeventile basierend auf den Erfassungsergebnissen der Temperatursensoren und Drucksensoren steuert (siehe beispielsweise Patentschrift 1).
[Stand der Technik Dokumente]
[Patentschriften]

Patentschrift 1: JP 2004-84808 A

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Aufgabe
Es ist jedoch wünschenswert, dass, wenn Brenngas in den Brenngastank eingefüllt wird, ein Füllzustand (SoC) 100% ist und das Gas in kürzest möglicher Zeit zugeführt wird, weshalb man zu diesem Zweck davon ausgegangen ist, dass es optimal ist, das Füllen derart zu steuern, dass ein Druck und eine Temperatur in dem Brenngastank 87,5 MPa und 85°C sind. Es sei angemerkt, dass augenblicklich die Haltbarkeit und dergleichen des Brenngastanks berücksichtigt werden, um einen oberen Grenzwert der Temperatur im Brenngastank während des Füllens mit Brenngas zu bestimmen, und das der vorgegebene Wert üblicherweise um 85°C liegt. Üblicherweise wird, wenn die Temperatur im Brenngastank 85°C übersteigt, das Befüllen mit Brenngas gestoppt.
Darüber hinaus verursacht bei einem Brennstoffzellenfahrzeug, an welchem eine Mehrzahl von Brenngastanks montiert ist, ein physikalischer Unterschied zwischen den Brenngastanks oder dergleichen einen Unterschied in den Wärmeabgabeeigenschaften der Brenngastanks (Wärmeabgabeeigenschaften = Oberflächenbereich des Tanks/Innenvolumen des Tanks). Bei einem Brennstoffzellenfahrzeug können Brenngastanks, bei denen die Temperatur leicht ansteigt (niedrige Wärmeabgabeeigenschaften) und Brenngastanks, bei denen die Temperatur nicht leicht ansteigt (hohe Wärmeabgabeeigenschaften) in vermischter Weise vorliegen.
Wenn Brenngastanks mit unterschiedlichen Wärmeabgabeeigenschaften in vermischter Weise vorliegen, werden der Druck und die Temperatur in dem Brenngastank von der Mehrzahl von Brenngastanks, dessen Temperatur nicht leicht ansteigt, überwacht, und aus diesem Überwachungsergebnis wird der Füllzustand (SoC) des Brenngastanks bestimmt, um das Ende des Befüllens mit Brenngas zu steuern. In diesem Fall ist der Druck im Brenngastank 87,5 MPa, die Temperatur ist 85°C und der Füllzustand (Soc) ist 100%. Dabei hat der Brenngastank, dessen Temperatur leicht steigt, bereits eine Innentemperatur, die 85°C übersteigt. Falls die Temperatur im Brenngastank 85°C übersteigt, wird das Befüllen mit Brenngas gestoppt. Daher wird das Befüllen mit Brenngas gestoppt, bevor der Füllzustand (SoC) 100% wird. Wenn dagegen der Druck und die Temperatur in dem Brenngastank von der Mehrzahl von Brenngastanks überwacht werden, dessen Temperatur leicht steigt, ist der Druck in diesem Brenngastank 87,5 MPa, die Temperatur 85°C und der Füllzustand (SoC) gleich 100%. Dann steigt in dem Brenngastank, dessen Temperatur nicht leicht steigt, eine Innentemperatur nicht auf 85°C und der Füllzustand (SoC) übersteigt 100%. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug eine Mehrzahl von Brenngastanks umfasst, ist es daher bei einem Verfahren zum Überwachen des Drucks und der Temperatur in jedem der Brennstofftanks und Bestimmen des Füllzustands (SoC) des Brenngastanks aus dem Überwachungsergebnis, um das Ende des Befüllens mit Brenngas zu steuern, schwierig, ausreichend Brenngas in alle Gastanks zu füllen.
Darüber hinaus verwendet die in der Patentschrift 1 offenbarte Gasfüllvorrichtung ein Verfahren zum Anordnen von Temperatursensoren und Drucksensoren in allen Brenngastanks, Überwachen der Temperaturen und Drücke in allen Brenngastanks, und zunächst Übertragen eines Gases zu einem Brenngastank mit einer geringen Menge an Brenngas (Wasserstoff) von einem Brenngastank mit einer hohen Menge an Brenngas, was hohe Kosten und eine komplizierte Steuerung verursacht.
Die vorliegende Erfindung wurde ausgehend von derartigen Situationen gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Gasfüllverfahren zu schaffen, womit, selbst wenn ein Brenngas in eine Mehrzahl von Gasspeicherbehältern gefüllt wird, die auf vermischte Weise Gasspeicherbehälter umfassen, bei denen die Temperatur leicht ansteigt (die Wärmeabgabeeigenschaften niedrig sind), sowie Gasspeicherbehälter, bei denen die Temperatur nicht leicht ansteigt (die Wärmeabgabeeigenschaften hoch sind), Brenngas in die Gasspeicherbehälter jeweils mit hohem Füllzustand eingefüllt werden kann.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird mit den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Positive Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine Gasfüllvorrichtung vorgeschlagen, die mit einer Mehrzahl von Gasspeicherbehältern verbunden ist, die an einer mit Kraftstoff gespeisten Einheit montiert sind, um Brenngas jeweils in die Gasspeicherbehälter zu füllen, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Gaszufuhrquelle, die ein verdichtetes Brenngas zuführt; eine Brenngasfüllleitung, die mit der Gaszufuhrquelle verbunden ist, um Brenngas jeweils in die Gasspeicherbehälter zu füllen; einen Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt, der eine Temperaturinformation in den Gasspeicherbehältern beschafft; einen Druckinformations-Beschaffungsabschnitt, der eine Druckinformation in den Gasspeicherbehältern beschafft; einen Bezugsdaten-Beschaffungsabschnitt, der Korrespondenzbezugsdaten beschafft, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck im Gasspeicherbehälter anzeigen, wenn ein vorab beschaffter Ladezustand des Gasspeicherbehälters zu einem Soll-Ladezustand wird; einen Temperaturdifferenz-Berechnungsabschnitt, der, gemäß der Temperaturinformation, eine Temperaturdifferenz zwischen dem Gasspeicherbehälter mit der höchsten Innentemperatur und dem Gasspeicherbehälter mit der niedrigsten Innentemperatur von der Mehrzahl der Gasspeicherbehälter berechnet; und einen Steuerabschnitt, der eine Steuerung ausführt, um das Füllen mit Gas zu beenden, wenn die Temperatur des Gasspeicherbehälters mit der niedrigsten Innentemperatur eine Gleichgewichtstemperatur erreicht, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von einem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten wird, und ein Druck, der anhand der Druckinformation erhalten wird, ein Korrespondenzdruck wird, der mit der Gleichgewichtstemperatur in den Korrespondenzbezugsdaten korrespondiert.
Die so ausgestaltete Gasfüllvorrichtung kann eine Steuerung durchführen, so dass, selbst wenn Brenngas in eine Mehrzahl von Gasspeicherbehältern gefüllt wird, die in vermischter Weise Gasspeicherbehälter umfassen, bei denen die Temperatur leicht steigt, und Gasspeicherbehälter, bei denen die Temperatur nicht leicht steigt, die Innentemperatur des Gasspeicherbehälters, dessen Temperatur am leichtesten steigt, einen vorgegebenen oberen Grenzwert nicht übersteigt, und der Füllzustand bzw. Ladezustand des Brenngases in dem Gasspeicherbehälter, wo die Temperatur nicht so leicht steigt, 100% nicht übersteigt. Daher kann Brenngas effizient in die Gasspeicherbehälter mit hohem Lade- bzw. Füllzustand gefüllt werden.
Die Gasfüllvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist ferner auf: einen Temperaturbeurteilungsabschnitt, der beurteilt, ob die aus der Temperaturinformation erhaltene Temperatur die Gleichgewichtstemperatur wird, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von dem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten wird; und einen Druckbeurteilungsabschnitt, der beurteilt, ob der aus der Druckinformation erhaltene Druck der Korrespondenzdruck wird, der mit der Gleichgewichtstemperatur in den Korrespondenzbezugsdaten korrespondiert.
Eine Konfiguration der Gasfüllvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Aufbau vorsehen, bei dem der Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt die Temperaturinformation im Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften von der Mehrzahl von Gasspeicherbehältern beschafft, der Druckinformations-Beschaffungsabschnitt die Druckinformation zumindest in dem Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften von der Mehrzahl von Gasspeicherbehältern beschafft, und der Temperaturdifferenz-Berechnungsabschnitt die Temperaturdifferenz zwischen dem Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften und dem Gasspeicherbehälter mit den niedrigsten Wärmeabgabeeigenschaften während des Füllens von Gas basierend auf jeweils vorab beschafften Wärmeabgabeeigenschaftsdaten des Gasspeicherbehälters berechnet. Mit einem derartigen Aufbau werden, selbst wenn die Mehrzahl von Gasspeicherbehältern unterschiedliche Wärmeabgabeeigenschaften aufweisen, die Druckinformation und die Temperaturinformation in einem Gasspeicherbehälter, d. h. dem Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften von der Mehrzahl von Gasspeicherbehältern, beschafft, wodurch das Brenngas entsprechend mit hohem Ladezustand in die Gasspeicherbehälter gefüllt werden kann.
Zudem kann, bei diesem Aufbau, der Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt die Temperaturinformation anhand eines Temperaturdetektors beschaffen, der vorab im Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften angebracht wurde. Somit wird, wenn Brenngas eingefüllt wird, eine vom Temperaturdetektor erfasste Temperatur überwacht, wobei die Wärmeabgabeeigenschaften der entsprechenden Gasspeicherbehälter nicht verglichen werden sondern die Temperatur des Gasspeicherbehälters mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften erfasst werden kann.
Bei einer weitere Konfiguration der erfindungsgemäßen Gasfüllvorrichtung kann der Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt die Temperaturinformation in allen Gasspeicherbehältern beschaffen. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, da die Innentemperaturinformation aller Gasspeicherbehälter erfasst werden kann, einfacher und schneller die Temperaturdifferenz zwischen dem Gasspeicherbehälter mit der höchsten Innentemperatur und dem Gasspeicherbehälter mit der niedrigsten Innentemperatur zu berechnen, wodurch das Brenngas entsprechend mit hohen Füllzustand in die Gasspeicherbehälter eingefüllt werden kann.
Zudem kann bei dieser Konfiguration der Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt die Temperaturinformation jeweils anhand von Temperaturdetektoren beschaffen, die vorab entsprechend in allen Gasspeicherbehältern angebracht wurden.
Überdies kann die Gasfüllvorrichtung der Erfindung ferner aufweisen: einen Füllströmungsraten-Datenbeschaffungsabschnitt, der Daten beschafft, die eine Füllströmungsrate des Brenngases anzeigen, die anhand der Temperatur, die aus der Temperaturinformation erhalten wird, und dem Druck, der aus der Druckinformation erhalten wird, bestimmt werden. Mit dieser Konfiguration kann das Brenngas gleichmäßig mit einer geeigneten Füllströmungsrate (Druckerhöhungsgeschwindigkeit) entsprechend der Temperatur und dem Druck in den jeweiligen Gasspeicherbehältern in die Gasspeicherbehälter gefüllt werden.
Es sei angemerkt, dass unter Berücksichtigung der Haltbarkeit des Gasspeicherbehälters und dergleichen der obere Temperaturgrenzwert auf 85°C eingestellt werden kann, was als oberer Grenzwert der Temperatur im Gasspeicherbehälter während des Befüllens mit Brenngas bestimmt wird.
Der Druckinformations-Beschaffungsabschnitt beschafft zudem die Druckinformation anhand eines Druckdetektors, der an einem stromabwärtigen Ende der Brenngasfüllleitung angebracht ist. Dementsprechend ist kein Druckdetektor im Gasspeicherbehälter angebracht, die Druckinformation im Gasspeicherbehälter kann dennoch beschafft werden.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Gasfüllverfahren einer Gasfüllvorrichtung vorgeschlagen, die mit einer Mehrzahl von Gasspeicherbehältern verbunden ist, die an einer mit Kraftstoff gespeisten Einheit montiert sind, um Brenngas jeweils in die Gasspeicherbehälter zu füllen, wobei das Verfahren aufweist: einen Befüllschritt, um Brenngas von einer Gaszufuhrquelle, die ein verdichtetes Brenngas zuführt, über eine Brenngasfüllleitung jeweils in die Gasspeicherbehälter zu füllen; einen Temperaturinformations-Beschaffungsschritt zum Beschaffen einer Temperaturinformation in den Gasspeicherbehältern; einen Druckinformations-Beschaffungsschritt zum Beschaffen einer Druckinformation in den Gasspeicherbehältern; einen Bezugsdaten-Beschaffungsschritt zum Beschaffen von Korrespondenzbezugsdaten, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck im Gasspeicherbehälter anzeigen, wenn ein vorab beschaffter Ladezustand des Gasspeicherbehälters zu einem Soll-Ladezustand wird; einen Temperaturdifferenz-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Temperaturdifferenz zwischen dem Gasspeicherbehälter mit der höchsten Innentemperatur und dem Gasspeicherbehälter mit der niedrigsten Innentemperatur von der Mehrzahl der Gasspeicherbehälter gemäß der Temperaturinformation; und einen Steuerschritt zum Ausführen einer Steuerung, um das Füllen mit Gas zu beenden, wenn die Temperatur des Gasspeicherbehälters mit der niedrigsten Innentemperatur eine Gleichgewichtstemperatur erreicht, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von einem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten wird, und ein Druck, der anhand der Druckinformation erhalten wird, ein Korrespondenzdruck wird, der mit der Gleichgewichtstemperatur in den Korrespondenzbezugsdaten korrespondiert.
Das Gasfüllverfahren mit diesen Schritten kann eine Steuerung durchführen, so dass, selbst wenn Brenngas in eine Mehrzahl von Gasspeicherbehältern gefüllt wird, die in vermischter Weise Gasspeicherbehälter umfassen, bei denen die Temperatur leicht steigt, und Gasspeicherbehälter, bei denen die Temperatur nicht leicht steigt, die Innentemperatur des Gasspeicherbehälters, dessen Temperatur am leichtesten steigt, einen vorgegebenen oberen Grenzwert nicht übersteigt, und der Füllzustand bzw. Ladezustand des Brenngases in dem Gasspeicherbehälter, wo die Temperatur nicht so leicht steigt, 100% nicht übersteigt. Daher kann Brenngas effizient in die Gasspeicherbehälter mit hohem Lade- bzw. Füllzustand gefüllt werden.
Daneben kann das Gasfüllverfahren der Erfindung ferner aufweisen: einen Temperaturbeurteilungsschritt zum Beurteilen, ob die aus der Temperaturinformation erhaltene Temperatur die Gleichgewichtstemperatur wird, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von dem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten wird; und einen Druckbeurteilungsschritt zum Beurteilten, ob der aus der Druckinformation erhaltene Druck der Korrespondenzdruck wird, der mit der Gleichgewichtstemperatur in den Korrespondenzbezugsdaten korrespondiert.
Ferner kann, bei einer Ausführungsform des Gasfüllverfahrens, der Temperaturinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfassen, um die Temperaturinformation im Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften von der Mehrzahl von Gasspeicherbehältern zu beschaffen, der Druckinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfassen, um die Druckinformation zumindest in dem Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften von der Mehrzahl von Gasspeicherbehältern zu beschaffen, und der Temperaturdifferenz-Berechnungsschritt einen Schritt umfassen, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften und dem Gasspeicherbehälter mit den niedrigsten Wärmeabgabeeigenschaften während des Füllens von Gas basierend auf jeweils vorab beschafften Wärmeabgabeeigenschaftsdaten des Gasspeicherbehälters zu berechnen.
Mit einem derartigen Gasfüllverfahren werden, selbst wenn die Mehrzahl von Gasspeicherbehältern unterschiedliche Wärmeabgabeeigenschaften aufweisen, die Druckinformation und die Temperaturinformation in einem Gasspeicherbehälter, d. h. dem Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften von der Mehrzahl von Gasspeicherbehältern, beschafft, wodurch das Brenngas entsprechend mit hohem Ladezustand in die Gasspeicherbehälter gefüllt werden kann.
Der Temperaturinformations-Beschaffungsschritt kann ferner einen Schritt umfassen, um die Temperaturinformation anhand eines Temperaturdetektors zu beschaffen, der vorab im Gasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften angebracht wurde. Gemäß diesem Schritt werden die Wärmeabgabeeigenschaften der entsprechenden Gasspeicherbehälter nicht verglichen sondern die Temperatur des Gasspeicherbehälters mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften kann erfasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Gasfüllverfahrens kann der Temperaturinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfassen, um die Temperaturinformation in allen Gasspeicherbehältern zu beschaffen.
Gemäß diesem Gasfüllverfahren ist es möglich, da die Innentemperaturinformation aller Gasspeicherbehälter erfasst werden kann, einfacher und schneller die Temperaturdifferenz zwischen dem Gasspeicherbehälter mit der höchsten Innentemperatur und dem Gasspeicherbehälter mit der niedrigsten Innentemperatur zu berechnen, wodurch das Brenngas entsprechend mit hohem Füllzustand in die Gasspeicherbehälter eingefüllt werden kann
Der Temperaturinformations-Beschaffungsschritt kann zudem einen Schritt umfassen, um die Temperaturinformation jeweils anhand von Temperaturdetektoren zu beschaffen, die vorab in allen Gasspeicherbehältern angebracht wurden
Es sei angemerkt, dass bei dem Gasfüllverfahren der vorliegenden Erfindung die Haltbarkeit des Gasspeicherbehälters und dergleichen berücksichtigt wurde, weshalb der obere Temperaturgrenzwert auf 85°C eingestellt werden kann, was als oberer Grenzwert der Temperatur im Gasspeicherbehälter während des Befüllens mit Brenngas bestimmt wird.
Der Druckinformations-Beschaffungsschritt kann weiter einen Schritt umfassen, um die Druckinformation anhand eines Druckdetektors zu beschaffen, der an einem stromabwärtigen Ende der Brenngasfüllleitung angebracht ist. Dementsprechend ist kein Druckdetektor im Gasspeicherbehälter angebracht, die Druckinformation im Gasspeicherbehälter kann dennoch beschafft werden.
Effekt der Erfindung
Gemäß der Gasfüllvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann, selbst wenn Brenngas in eine Mehrzahl von Gasspeicherbehältern gefüllt wird, die in vermischter Weise Gasspeicherbehälter umfassen, bei denen die Temperatur leicht steigt, und Gasspeicherbehälter, bei denen die Temperatur nicht leicht steigt, das Brenngas effizient in die Gasspeicherbehälter mit entsprechend hohem Lade- bzw. Füllzustand gefüllt werden.
Zudem kann, gemäß dem Gasfüllverfahren der vorliegenden Erfindung, selbst wenn Brenngas in eine Mehrzahl von Gasspeicherbehältern gefüllt wird, die in vermischter Weise Gasspeicherbehälter umfassen, bei denen die Temperatur leicht steigt, und Gasspeicherbehälter, bei denen die Temperatur nicht leicht steigt, das Brenngas effizient in die Gasspeicherbehälter mit entsprechend hohem Lade- bzw. Füllzustand gefüllt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Aufbaus einer Gasfüllvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Blockschaubild eines Aufbaus einer Steuerung, die ein Bestandteil der Gasfüllvorrichtung aus 1 ist;
3 zeigt eine Darstellung, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck in einem Gastank zeigt, wenn ein Füllzustand des Gastanks (Gasspeicherbehälter) gemäß der Gasfüllvorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Sollfüllzustand wird;
4 zeigt ein Flußschaubild, das ein Gasfüllverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 zeigt eine Tabelle, die den Füllzustand des Gastanks gemäß der Beziehung zwischen der Temperatur und dem Druck im Gastank (dem Gasspeicherbehälter) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Aufbaus einer Gasfüllvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt ein Blockschaubild eines Aufbaus einer Steuerung, die ein Bestandteil der Gasfüllvorrichtung aus 6 ist;
8 zeigt eine Tabelle, die eine Füllströmungsrate (Druckerhöhungsgeschwindigkeit) eines Brenngases zeigt, die anhand einer Temperatur und eines Druck in einem Gastank (Gasspeicherbehälter) gemäß der zweiten Ausführungsform bestimmt wird;
9 zeigt eine Darstellung, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck in einem Gastank zeigt, wenn ein Füllzustand des Gastanks (Gasspeicherbehälter) gemäß der Gasfüllvorrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Sollfüllzustand wird; und
10 zeigt ein Flußschaubild, das ein Gasfüllverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Gasfüllvorrichtung und eines Gasfüllverfahrens der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhafter Natur sind und der Beschreibung der vorliegenden Erfindung dienen, ohne dass die vorliegende Erfindung auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden, ohne von ihrem Umfang abzuweichen.
(erste Ausführungsform)
1 zeigt eine beispielhafte Darstellung, die den Aufbau einer Gasfüllvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 zeigt ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Steuerung zeigt, die ein Bestandteil der Gasfüllvorrichtung aus 1 ist. Es sei angemerkt, dass in der ersten Ausführungsform ein Fall beschrieben wird, wo eine mit Kraftstoff gespeiste Einheit ein Brennstoffzellenauto (nachfolgend als BZ-Fahrzeug 100 bezeichnet) ist, auf welchem eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von Leistung mittels einer elektrochemischen Reaktion zwischen einem Brenngas (z. B. einem Wasserstoffgas, einem verdichteten Erdgas oder dergleichen) und einem Oxidationsgas (z. B. Luft) als Energiequelle montiert ist.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das BZ-Fahrzeug 100 eine Mehrzahl von Gastanks, in denen das Brenngas gespeichert ist (einen ersten Gastank 101 und einen zweiten Gastank 102 in der ersten Ausführungsform). Bezüglich des ersten Gastanks 101 und des zweiten Gastlandes 102 werden Daten zu Wärmeabgabeeigenschaften der Tanks vorab bei einem Herstellungsprozess des BZ-Fahrzeugs 100 ermittelt, und diese Daten werden in einem Speicherabschnitt (nicht dargestellt), der an dem BZ-Fahrzeug 100 montiert ist, gespeichert. Es sei angemerkt, dass der zweite Gastank 102 höhere Wärmeabgabeeigenschaften aufweist als der erste Gastank 101 und eine Eigenschaft hat, wonach die Temperatur nicht leicht ansteigt, und im zweiten Gastank 102 ein Thermometer 103 vorab als Temperaturdetektor angeordnet wird, der eine Temperatur (T) im zweiten Gastank 102 erfasst. Das Thermometer 103 kann vermittels Kommunikation eine erfasste Temperatur (T) als Temperaturinformation zu einem Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 einer Gasfüllvorrichtung 1, wie später im Detail beschrieben wird, übertragen.
Wie in 1 dargestellt, ist die Gasfüllvorrichtung 1 eine Vorrichtung, die Brenngas in den ersten Gastank 101 und den zweiten Gastank 102 füllt, die am BZ-Fahrzeug 100 montiert sind, und die Vorrichtung umfasst eine Gaszuführquelle 10, die das Brenngas zuführt, sowie eine Brenngasfüllleitung L, die mit der Gaszuführquelle 10 verbunden ist, so dass das Brenngas von der Gaszuführquelle 10 in den ersten Gastank 101 und den zweiten Gastank 102 gefüllt wird. Entlang der Brenngasfüllleitung L sind, in dieser Reihenfolge von Seiten der Gaszuführquelle 10, ein Kompressor 20, der das von der Gaszuführquelle 10 zugeführte Brenngas verdichtet, ein Sperrventil 30, das die Zirkulation des vom Kompressor 20 ausgegebenen Brenngases stoppen kann, sowie ein Messgerät 40 als Druckdetektor, der einen Druck des Brenngases, das durch die Brenngasfüllleitung L zirkuliert, misst, angeordnet. Das Druckmessgerät 40 kann vermittels Kommunikation einen erfassten Druck (P) als Druckinformation zu einem Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 der Gasfüllvorrichtung 1 übertragen, wie später im Detail beschrieben wird.
Die Gasfüllvorrichtung 1 umfasst weiter eine Steuerung 50, die mit dem Thermometer 103, dem Druckmessgerät 40 und dem Sperrventil 30 verbunden ist, um das Öffnen/Schließen des Sperrventils 30 basierend auf der Temperaturinformation (der Temperatur T) die vom Thermometer 103 übertragen wird, und der Druckinformation (dem Druck P) die vom Druckmessgerät 40 übertragen wird, zu steuern.
Wie insbesondere in 2 dargestellt ist, umfasst die Steuerung 50 den Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48, der die Temperatur beschafft, die mit dem Thermometer 103 gemessen wird (T = die Temperaturinformation); den Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49, der den Druck beschafft, der mit dem Druckmessgerät 40 gemessen wird (P = die Druckinformation); einen Speicherabschnitt 51, in welchem Korrespondenzbezugsdaten (siehe 3) gespeichert sind, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen der Temperatur und dem Druck im entsprechenden Gastank anzeigen, wenn ein vorab beschaffter Füllstand bzw. Füllzustand des Gastanks (des Gasspeicherbehälters) ein Sollfüllstand (etwa 100%) wird; einen Temperaturdifferenz-Berechnungsabschnitt 52, der eine Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen dem Gastank mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften (dem zweiten Gastank 102 bei der ersten Ausführungsform) und dem Gastank mit den niedrigsten Wärmeabgabeeigenschaften (dem ersten Gastank 101 bei der ersten Ausführungsform) basierend auf vorab beschafften Wärmeabgabeeigenschaftsdaten des ersten Gastanks 101 und des zweiten Gastanks 102 berechnet; einen Temperaturbeurteilungsabschnitt 53, der bestimmt, ob die Temperatur, die vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafft wurde, eine Gleichgewichtstemperatur wird, die durch Subtraktion der Temperaturdifferenz (ΔT) von einem vorab eingestellten oberen Temperaturgrenzwert (85°C bei der ersten Ausführungsform) ermittelt wird; einen Druckbeurteilungsabschnitt 54, der beurteilt, ob der vom Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 beschaffte Druck ein korrespondierender Druck bzw. Korrespondenzdruck wird, der einer Gleichgewichtstemperatur in den Korrespondenzbezugsdaten entspricht; und einen Steuerabschnitt 55, der eine Steuerung durchführt, um das Sperrventil 30 zu schließen, wenn die vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschaffte Temperatur die Gleichgewichtstemperatur wird und der erfasste Druck der Korrespondenzdruck wird.
Es sei angemerkt, dass an einem stromabwärtigen Ende der Brenngasfüllleitung L eine Fülldüse bzw. ein Tankrüssel (nicht dargestellt) angeordnet ist. Wenn diese Fülldüse mit einem Kraftstoffzuführanschluss des BZ-Fahrzeugs 100 verbunden ist, wird ein Zustand erreicht, wo das Einfüllen des Brenngases starten kann.
Nachfolgend wird ein spezifischer Betrieb (d. h. ein Gasfüllverfahren) der Gasfüllvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Flußschaubild aus 4 beschrieben.
Wenn das Brenngas in das BZ-Fahrzeug 100 gefüllt wird, wird zunächst die Fülldüse (nicht dargestellt) der Gasfüllvorrichtung 1 mit dem Kraftstoffzuführanschluss (nicht dargestellt) des BZ-Fahrzeugs 100 verbunden, um dadurch einen Zustand zu erreichen, wo das Einfüllen des Brenngases starten kann. Zu diesem Zeitpunkt schließt das Sperrventil 30. Anschließend fährt das Verfahren mit Schritt S101 fort, um das Sperrventil 30 zu öffnen (einen Offen-Zustand zu erreichen). Durch diesen Vorgang strömt das von der Gaszuführquelle 10 zugeführte Brenngas durch den Kompressor 20 über die Brenngasfüllleitung L, und das aus dem Kompressor 20 ausgegebene Brenngas wird durch die Brenngasfüllleitung L über das Sperrventil 30 in den ersten Gastank 101 und den zweiten Gastank 102 an einer stromabwärtigen Seite gefüllt. Anschließend fährt das Verfahren mit Schritt S102 fort.
In Schritt S102 beschafft der Temperaturdifferenz-Berechnungsabschnitt 52 die Wärmeabgabeeigenschaftsdaten des ersten Gastanks 101 und des zweiten Gastanks 102 aus einem (nicht dargestellten) Speicherabschnitt des BZ-Fahrzeugs 100, und berechnet die Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen dem ersten Gastank 101 und dem zweiten Gastank 102 während des Einfüllens des Brenngases basierend auf den beschafften Daten, und das Verfahren schreitet dadurch zu Schritt S103 fort. Es sei angemerkt, dass bei der ersten Ausführungsform die Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen dem ersten Gastank 101 und dem zweiten Gastank 102 auf 10°C eingestellt ist.
In Schritt S103 erfasst das Thermometer 103 die Temperatur im zweiten Gastank 102, und der Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafft diese Temperaturinformation durch Kommunikation, um dadurch zu Schritt S104 fortzuschreiben. Anschließend beurteilt in Schritt S104 der Temperaturbeurteilungsabschnitt 53, ob eine Gleichgewichtstemperatur (bei der ersten Ausführungsform 75°C), die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz (ΔT = 10°C bei der ersten Ausführungsform) zwischen dem ersten Gastank 101 und dem zweiten Gastank 102 von einem oberen Temperaturgrenzwert (85°C) im Gastank mit der vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafften Temperatur übereinstimmt. Wenn die Gleichgewichtstemperatur (75°C) mit der vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafften Temperatur übereinstimmt (Schritt S104: JA) fährt das Verfahren mit Schritt S105 fort. Wenn dagegen die Gleichgewichtstemperatur (75°C) nicht mit der vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafften Temperatur übereinstimmt (Schritt S104: NEIN) kehrt das Verfahren zurück zu Schritt S103.
In Schritt S105 beschafft der Druckbeurteilungsabschnitt 54 aus einer Korrespondenzbeziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck, die in dem Speicherabschnitt 51 aus 3 gespeichert ist, einen Druck (den Korrespondenzdruck) im Gastank bei einer Temperatur von 75°C im Gastank und schreitet zu Schritt S106 fort. Es sei angemerkt, dass, wie in 3 dargestellt, bei der ersten Ausführungsform der Korrespondenzdruck bei einer Temperatur von 75°C im Gastank 85 MPa ist. Das bedeutet hinsichtlich des zweiten Gastanks 102, wenn die Temperatur und der Druck im zweiten Gastank 102 75°C und 85 MPa sind, wird der Füllstand des Brenngases etwa 100%, wie in 5 gezeigt. Bei der ersten Ausführungsform führt der Druckbeurteilungsabschnitt 54 ferner eine Funktion eines Bezugsdaten-Beschaffungsabschnitts aus, der Korrespondenzbezugsdaten beschafft.
In Schritt S106 erfasst das Druckmessgerät 40 den Druck des Brenngases, das durch die Nähe des stromabwärtigen Endes der Brenngasfüllleitung L strömt, und übermittelt diese Druckinformation an den Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49, wodurch das Verfahren zu Schritt S107 fortschreitet. Dann, in Schritt S107, beurteilt der Druckbeurteilungsabschnitt 54, ob der Korrespondenzdruck (85 MPa) mit dem Druck übereinstimmt, der durch den Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 beschafft wurde. Wenn der Korrespondenzdruck mit dem Druck übereinstimmt, der durch den Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 beschafft wurde (Schritt S107: JA) fährt das Verfahren mit Schritt S108 fort. Wenn dagegen der Korrespondenzdruck nicht mit dem Druck übereinstimmt, der durch den Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 beschafft wurde (Schritt S107: NEIN) kehrt das Verfahren zu Schritt S106 zurück.
In Schritt 108 schließt der Steuerabschnitt 55 das Sperrventil 30 und stoppt das Einfüllen des Brenngases in den ersten Gastank 101 und den zweiten Gastank 102.
Es sei angemerkt, dass, wie vorstehend beschrieben, bei der ersten Ausführungsform der zweite Gastank 102 höhere Wärmeabgabeeigenschaften hat als der erste Gastank 101, und eine Eigenschaft aufweist, dass die Temperatur nicht leicht ansteigt, und die Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen den beiden Gastanks während des Betankens mit Brenngas 10°C beträgt. Wenn die Temperatur im zweiten Gastank 102 75°C ist, wird daher die Temperatur im ersten Gastank 101 85°C. Jedoch ist der Druck im ersten Gastank 101 85 MPa was gleich dem Druck im zweiten Gastank 102 ist, so dass der Füllstand des Brenngases etwa 98% wird, wie in 5 dargestellt.
Folglich kann, selbst bei dem BZ-Fahrzeug 100, bei dem der erste Gastank 101 und der zweite Gastank 102 mit unterschiedlichen Wärmeabgabeeigenschaften montiert sind, wenn die Temperatur und der Druck im zweiten Gastank 102 mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften einfach überwacht wird, der Füllzustand bzw. Füllstand des Brenngases in beiden Gastanks 101 und 102 annähernd auf 100% erhöht werden.
Zudem wird, wie vorstehend beschrieben, der obere Grenzwert (etwa 85°C) der Temperatur im Gastank während des Füllens mit Brenngas unter Berücksichtigung der Haltbarkeit des Gastanks oder dergleichen eingestellt. Daher wird auch bei der ersten Ausführungsform, wenn die Temperatur im ersten Gastank 101 und die Temperatur im zweiten Gastank 102 85°C übersteigt, das Einfüllen des Brenngases gestoppt. Insbesondere wird mit der ersten Ausführungsform das Problem gelöst, indem ein Flag zum Schließen des Sperrventils 30 gesetzt wird, wenn die Gleichgewichtstemperatur, die durch Subtraktion der Temperaturdifferenz (ΔT) von dem oberen Temperaturgrenzwert (85°C) erhalten wird, mit der vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafften Temperatur übereinstimmt.
Es sei angemerkt, dass bei der ersten Ausführungsform ein Fall beschrieben wurde, wo das Brenngas in ein BZ-Fahrzeug 100 eingefüllt wird, an welchem zwei Gastanks mit unterschiedlichen Wärmeabgabeeigenschaften (der erste Gastank 101 und der zweite Gastank 102) montiert sind, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Gemäß der Gasfüllvorrichtung und dem Gasfüllverfahren der vorliegenden Erfindung kann Brenngas in ein BZ-Fahrzeug 100 gefüllt werden, an welchen drei oder mehr Gastanks angebracht sind. In diesem Fall wird die Temperatur des Gastanks mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften (in welchem die Temperatur am schwierigsten ansteigt) von den drei oder mehr Gastank erfasst, und eine Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen dem vorgenannten Gastank und dem Gastank, der die niedrigsten Wärmeabgabeeigenschaften zeigt (die Temperatur am leichtesten ansteigt), kann berechnet werden.
Zudem wurde bei der ersten Ausführungsform ein Fall beschrieben, wo das vorab in dem Gastank mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften (dem zweiten Gastank 102) angeordnete Thermometer 103 die Temperatur im Gastank mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften erfasst, und diese erfasste Temperatur zum Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 übertragen wurde. Daher werden beispielsweise die Wärmeabgabeeigenschaftsdaten der entsprechenden Gastanks nicht verglichen, sondern die Temperaturinformation im Gastank mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften kann beschafft werden und ein Temperaturinformations-Beschaffungsschritt kann leicht durchgeführt werden. Gleichwohl ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Temperatur im Gastank mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften wird beispielsweise durch Auswählen des Gastanks mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften zum Startzeitpunkt des Füllens mit Brenngas basierend auf den Wärmeabgabeeigenschaftsdaten, die in dem Speicherabschnitt des Brennstoffzellenfahrzeugs 100 gespeichert sind, und Einbringen bzw. Einsetzen eines Temperaturdetektors in den ausgewählten Gastank während des Füllens mit Gas zum Erfassen der Temperatur bestimmt. Die Temperatur kann durch jedes beliebige Verfahren erfasst werden. Auch in diesem Fall kann der Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 die Temperaturinformation im Gastank vermittels dem eingesetzten Temperaturdetektor ermitteln.
Ferner wurde bei der ersten Ausführungsform der Fall beschrieben, bei dem das Druckmessgerät 40 in der Nähe des stromabwärtigen Endes der Brenngasfüllleitung L angeordnet ist, und das Druckmessgerät 40 den Druck des Brenngases, das durch die Umgebung des stromabwärtigen Endes der Brenngasfüllleitung L strömt, erfasst, um die Drücke im ersten Gastank 101 und zweiten Gastank 102 zu erfassen, um dadurch den erfassten Druck an den Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 zu übertragen. Es ist daher möglich, den Vorteil zu erlangen, wonach vorab kein Druckdetektor im ersten Gastank 101 und/oder zweiten Gastank 102 angeordnet werden muss, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. So kann zumindest der Druck im Gastank mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften durch Auswählen des Gastanks mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften zum Zeitpunkt des Startens des Einfüllens des Brenngases basierend auf den im Speicherabschnitt (nicht dargestellt), der am BZ-Fahrzeug 100 montiert ist, gespeicherten Wärmeabgabeeigenschaftsdaten und Einbringen des Druckdetektors in den ausgewählten Gastank zu Erfassung des Drucks bestimmt werden, oder der Druck kann mit einem Druckdetektor erfasst werden, der vorab im Gastank angeordnet wurde. Der Druck kann durch jedes denkbare Verfahren erfasst werden. Auch in diesem Fall kann der Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 die Druckinformation mit dem eingesetzten Druckdetektor erfassen.
Zudem wurde bei der ersten Ausführungsform der Fall beschrieben, bei dem, nach Ausführen der Schritte S103 und S104 die Schritte S105 bis S107 ausgeführt werden, wobei die vorliegende Erfindung hierauf jedoch nicht beschränkt ist. Bei der vorliegenden Erfindung können die Schritte S103 und S104 beispielsweise nach Ausführung der Schritte S105 bis S107 ausgeführt werden, oder aber die Schritte S103 und S104 können parallel mit (gleichzeitig mit) den Schritten S105 bis S107 ausgeführt werden, wodurch, wenn die durch den Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschaffte Temperatur die Gleichgewichtstemperatur wird, und der durch den Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 beschaffte Druck der Korrespondenzdruck wird, die Steuerung ausgeführt werden kann, um das Einfüllen des Brenngases zu beenden.
(zweite Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Gasfüllvorrichtung sowie ein Gasfüllverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
6 zeigt eine beispielhafte Darstellung des Aufbaus einer Gasfüllvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 7 zeigt ein Blockschaubild, das den Aufbau einer Steuerung zeigt, die ein Bestandteil der Gasfüllvorrichtung aus 6 ist. Es sei angemerkt, dass bei der zweiten Ausführungsform Elemente, die ähnlich denen der Gasfüllvorrichtung der ersten Ausführungsform sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und auf eine wiederholte detaillierte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Zudem wird, wie bei der ersten Ausführungsform, auch bei der zweiten Ausführungsform ein Fall beschrieben, wo eine Kraftstoffgespeiste Einheit ein BZ-Fahrzeug ist.
Wie in 6 dargestellt, umfasst ein BZ-Fahrzeug 200, in das eine Gasfüllvorrichtung 2 ein Brenngas füllt, einen ersten Gastank 101, einen zweiten Gastank 102 und einen dritten Gastank 105. Im ersten Gastank 101 wurde vorab ein Thermometer 203A als Temperaturdetektor angeordnet, der eine Temperatur (T₁) im ersten Gastank 101 erfasst; im zweiten Gastank 102 wurde vorab ein Thermometer 203B als Temperaturdetektor angeordnet, der eine Temperatur (T₂) im zweiten Gastank 102 erfasst; und im dritten Gastank 105 wurde vorab ein Thermometer 203C als Temperaturdetektor angeordnet, der eine Temperatur (T₃) im dritten Gastank 105 erfasst. Die Thermometer 203A, 203B und 203C können durch Kommunikation die erfassten Temperaturen (T₁, T₂ und T₃) als Temperaturinformation an den Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 der Gasfüllvorrichtung 2 übertragen.
Es sei angemerkt, dass bei der zweiten Ausführungsform der zweite Gastank 102 höhere Wärmeabgabeeigenschaften hat als der erste Gastank 101 und eine Eigenschaft aufweist, dass die Temperatur nicht leicht ansteigt, wobei der dritte Gastank 105 höhere Wärmeabgabeeigenschaften hat als der zweite Gastank 102 und eine Eigenschaft aufweist, dass die Temperatur nicht leicht ansteigt. Das bedeutet, die Temperaturen der drei Gastanks sinken in der Reihenfolge vom ersten Gastank 101, dem zweiten Gastank 102 und dem dritten Gastank 105 entsprechend (T₁ > T₂ > T₃).
Zudem sind in einem (nicht dargestellten) Speicherabschnitt, der am BZ-Fahrzeug 200 montiert ist, Informationen gespeichert, die eine Füllströmungsrate (eine Druckerhöhungsgeschwindigkeit) des Brenngases anzeigen, die durch die Temperatur und einen Druck im Gastank bestimmt wird (siehe 8), sowie Informationen, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen der Temperatur und dem Druck im Gastank bei einem Fall zeigen, wo ein Füllstand im Gastank einen Sollfüllstand erreicht (siehe 9). Im Fall der zweiten Ausführungsform wird die Korrespondenzbeziehung zwischen der Temperatur und dem Druck im Gastank, wenn der Füllstand im Gastank der Sollfüllstand wird, durch Korrespondenzbeziehungsdaten, die in 9 dargestellt sind, auf gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform angezeigt.
Wie in 6 gezeigt, ist die Gasfüllvorrichtung 2 eine Vorrichtung, die Brenngas in den ersten Gastank 101, den zweiten Gastank 102 und den dritten Gastank 105 einfüllt, die am BZ-Fahrzeug 200 montiert sind, und umfasst eine Gaszuführquelle 10 sowie eine Brenngasfüllleitung L wie die Gasfüllvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform. Die Brenngasfüllleitung L ist mit einem Kompressor 20, einem Sperrventil 30 und einem Druckmessgerät 40 ausgestattet. Das Druckmessgerät 40 kann durch Kommunikation den erfassten Druck (P) als Druckinformation zu einem Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 der Gasfüllvorrichtung 2 übertragen.
Zudem umfasst die Gasfüllvorrichtung 2 eine Steuerung 250 die mit dem Thermometer 203A, 203B und 203C, sowie mit dem Druckmessgerät 40 und dem Sperrventil 30 verbunden ist, zum Steuern des Öffnens/Schließens des Sperrventils 30 basierend auf der Temperaturinformation (den Temperaturen T₁, T₂ und T₃) die von dem Thermometer 203A, 203B und 203C übertragen wird, der Druckinformation (dem Druck P) der vom Druckmessgerät 40 übertragen wird, und Informationen, die vom Speicherabschnitt (nicht dargestellt) beschafft werden, der am BZ Fahrzeug 200 montiert ist.
Wie insbesondere in 7 dargestellt ist, umfasst die Steuerung 250 einen Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48, der die durch die Thermometer 203A, 203B und 203C gemessenen Temperaturen (T₁, T₂ und T₃ = Temperaturinformation) beschafft; den Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49, der den mit dem Druckmessgerät 40 gemessenen Druck (P = Druckinformation) beschafft; einen Korrespondenzbezugsdaten-Beschaffungsabschnitt 47, der aus den in dem (nicht dargestellten) Speicherabschnitt am BZ-Fahrzeug 200 gespeicherten Korrespondenzbezugsdaten (siehe 9) einen Druck (P' = Drucksollwert) entsprechend einer Gleichgewichtstemperatur (T_MAX – ΔT) beschafft, die durch Subtraktion einer Temperaturdifferenz (ΔT) von einem oberen Temperaturgrenzwert (T_MAX) erhalten wird; einen Temperaturdifferenz-Berechnungsabschnitt 52, der die Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der höchsten Temperatur (T₁) und der niedrigsten Temperatur (T₃) der Temperaturen (T₁, T₂ und T₃), die durch den Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafft wurden, berechnet; einen Temperaturbeurteilungsabschnitt 53, der bestimmt, ob die durch den Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschaffte Temperatur eine Gleichgewichtstemperatur wird, die durch Subtraktion der Temperaturdifferenz (ΔT) vom voreingestellten oberen Temperaturgrenzwert (T_MAX) erhalten wird; einen Druckbeurteilungsabschnitt 54, der bestimmt, ob der Druck, der vom Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 beschafft wird, der Druck (P') wird, der der Gleichgewichtstemperatur (T_MAX – ΔT) in den Korrespondenzbezugsdaten entspricht; einen Steuerabschnitt 55, der eine Steuerung ausführt, um das Sperrventil 30 zu schließen, wenn die vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschaffte Temperatur die Gleichgewichtstemperatur (T_MAX – ΔT) wird und der Druck (P), der vom Druckmessgerät 40 gemessen wird, der Korrespondenzdruck (P') wird; sowie einen Füllströmungsraten-Datenbeschaffungsabschnitt 56, der aus Daten, die eine Füllströmungsrate des Brenngases anzeigen, die im Speicherabschnitt (nicht dargestellt) hinterlegt sind, der am BZ-Fahrzeug 200 angebracht ist, die Füllströmungsrate des Brenngases beschafft, die durch die Temperatur (T₃), die mit dem Thermometer 203C gemessen wird, und den Druck (P), der mit dem Druckmessgerät 40 gemessen wird, bestimmt ist.
Es sei angemerkt, dass, wie bei der ersten Ausführungsform, an einem stromabwärtigen Ende der Brenngasfüllleitung L eine Fülldüse (nicht dargestellt) angeordnet ist. Wenn diese Fülldüse mit einem Kraftstoffzuführanschluss des BZ-Fahrzeugs 200 verbunden wird, wird ein Zustand hergestellt, bei dem das Befüllen mit Brenngas gestartet werden kann. Die Fülldüse und der Kraftstoffzuführanschluss haben eine Kommunikationsfunktion, so dass die vorstehend angeführten Informationen übertragen und empfangen werden können.
Nachfolgend wird ein spezifischer Betrieb (d. h. ein Gasfüllverfahren) der Gasfüllvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf ein Flußschaubild aus 10 beschrieben.
Wenn das Brenngas in das BZ-Fahrzeug 200 eingefüllt wird, wird zunächst die Fülldüse (nicht dargestellt) der Gasfüllvorrichtung 2 mit dem Kraftstoffzuführanschluss (nicht dargestellt) des BZ-Fahrzeugs 200 verbunden, wodurch der Zustand hergestellt wird, bei dem das Einfüllen des Brenngases starten kann. Zu diesem Zeitpunkt ist das Sperrventil 30 geschlossen. Anschließend fährt das Verfahren mit Schritt S201 fort, bei dem der Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 durch Kommunikation die Temperaturen (T₁, T₂ und T₃) erfasst, die mit den Thermometern 203A, 203B und 203C gemessen wurden, die im ersten Gastank 101, im zweien Gastank 102 und im dritten Gastank 105 angeordnet sind, welche am BZ-Fahrzeug 200 montiert sind, um dadurch zu Schritt S202 fortzufahren.
In Schritt S202 beschafft der Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 durch Kommunikation den Druck (P), der durch das Druckmessgerät 40 gemessen wurde, und das Verfahren schreitet zu Schritt S203 fort.
In Schritt S203 bestimmt der Füllströmungsraten-Datenbeschaffungsabschnitt 56 aus Daten, die die Füllströmungsrate des Brenngases anzeigen, die im (nicht dargestellten) Speicherabschnitt am BZ-Fahrzeug 200 hinterlegt sind (siehe 8), die Füllströmungsrate des Brenngases, die durch die Temperatur (T₃), die mit dem Thermometer 203C gemessen wird, und den Druck (P), der mit dem Druckmessgerät 40 gemessen wird, bestimmt ist, und das Verfahren schreitet zu Schritt S204 fort.
In Schritt S204 öffnet das Sperrventil 30, um das Brenngas aus der Gaszuführquelle 10 in den ersten Gastank 101, den zweiten Gastank 102 und den dritten Gastank 105 über die Brenngasfüllleitung L, den Kompressor 20 und das Sperrventil 30 mit der in Schritt S203 bestimmten Füllflussrate zu füllen. Anschließend fährt das Verfahren mit Schritt S205 fort.
In Schritt S205 berechnet dann der Temperaturdifferenz-Berechnungsabschnitt 52 die Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der höchsten Temperatur (T₁) und der niedrigsten Temperatur (T₃) der Temperaturen (T₁, T₂ und T₃), die durch den Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafft wurden, und das Verfahren schreitet zu Schritt S206 fort.
In Schritt S206 wird die Gleichgewichtstemperatur (T_MAX – ΔT) berechnet, die durch Subtraktion der Temperaturdifferenz (ΔT), die in Schritt S204 berechnet wurde, vom vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert (T_MAX) erhalten wird, und das Verfahren schreitet zu Schritt S207 fort.
In Schritt S207 bestimmt der Korrespondenzbezugsdaten-Beschaffungsabschnitt 47 dann den Druck (P') bei einem SoC von 100% bei der Gleichgewichtstemperatur (T_MAX – ΔT) aus den Korrespondenzbezugsdaten (siehe 9), die im Speicherabschnitt (nicht dargestellt) hinterlegt sind, der am BZ-Fahrzeug 200 angebracht ist. Dann fährt das Verfahren mit Schritt S208 fort.
In Schritt S208 bestimmt der Temperaturbeurteilungsabschnitt 53, ob die Gleichgewichtstemperatur (T_MAX – ΔT), die in Schritt S206 berechnet wurde, mit der niedrigsten Temperatur (T₃) übereinstimmt, die vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafft wurde. Wenn die Gleichgewichtstemperatur (T_MAX – ΔT) mit der Temperatur übereinstimmt, die vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafft wurde (Schritt S208: JA), fährt das Verfahren mit Schritt S209 fort. Wenn dagegen die Gleichgewichtstemperatur (T_MAX – ΔT) nicht mit der Temperatur übereinstimmt, die vom Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 beschafft wurde (Schritt S208: NEIN) kehrt das Verfahren zu Schritt S201 zurück.
In Schritt S209 bestimmt der Druckbeurteilungsabschnitt 54, ob der Druck (P'), der in Schritt S207 beschafft wurde, mit dem Druck (P) übereinstimmt, der vom Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 beschafft wurde. Wenn der Druck (P') mit dem Druck (P) übereinstimmt, der vom Druckinformations-Beschaffungsabschnitt 49 beschafft wurde (Schritt S209: JA), fährt das Verfahren mit Schritt S210 fort. Wenn dagegen der Druck (P') nicht mit dem Druck (P) übereinstimmt (Schritt S209: NEIN) kehrt das Verfahren zu Schritt S201 zurück.
In Schritt S210 schließt der Steuerabschnitt 55 das Sperrventil 30, um das Einfüllen von Brenngas in den ersten Gastank 101, den zweiten Gastank 102 und den dritten Gastank 105 zu beenden.
Es sei angemerkt, dass, in einem Fall, wo eine endgültige Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Gastank 101 und dem dritten Gastank 103 beispielsweise 20°C ist, wenn die Zufuhr von Brenngas wie in 9 dargestellt gestoppt ist, der erste Gastank 101 eine Temperatur von 85°C, einen Druck von 82 MPa sowie einen Füllstand von 96% hat, und der dritte Gastank 105 eine Temperatur von 65°C, einen Druck von 82 MPa und einen Füllstand von 100% hat.
Auf diese Weise kann, selbst wenn eine Mehrzahl von Gastanks mit unterschiedlichen Wärmeabgabeeigenschaften am BZ-Fahrzeug 200 montiert ist, der Füllstand des Brenngases in allen Gastanks auf annähernd 100% erhöht werden.
Es sei angemerkt, dass auch bei der zweiten Ausführungsform die Haltbarkeit des Gastanks und dergleichen berücksichtigt wird, um das Einfüllen von Brenngas in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform zu beenden, wenn die Temperatur in allen Gastanks den vorab bestimmten oberen Grenzwert (etwa 85°C) übersteigt.
Daneben wurde bei der zweiten Ausführungsform der Fall beschrieben, bei dem Brenngas in das BZ-Fahrzeug 200 gefüllt wird, bei dem drei Tanks mit unterschiedlichen Wärmeabgabeeigenschaften montiert sind, wobei die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Gemäß der Gasfüllvorrichtung und dem Gasfüllverfahren der vorliegenden Erfindung kann das Brenngas in ein BZ-Fahrzeug 200 gefüllt werden, an welchem drei oder mehr Tanks angebracht sind.
Ferner wurde bei der zweiten Ausführungsform ein Fall beschrieben, bei dem Thermometer in den Gastanks angeordnet sind, die am BZ-Fahrzeug 200 angebracht sind, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Wenn die Gasfüllvorrichtung 2 mit einem Thermometer (einem Temperaturdetektor) versehen ist, um die Temperatur eines jeden Gastanks beim Start des Einfüllens von Brenngas zu erfassen, kann diese Temperaturinformation durch den Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt 48 verwendet werden.
Zudem wurde bei der zweiten Ausführungsform der Fall beschrieben, wo der Speicherabschnitt des BZ-Fahrzeugs 200 Informationen enthält (siehe 8) welche die Füllflussrate (die Druckerhöhungsgeschwindigkeit) des Brenngases anzeigen, die durch die Temperatur und den Druck im Gastank bestimmt werden, sowie die Informationen, welche die Korrespondenzbeziehung zwischen der Temperatur und dem Druck im Gastank anzeigen, wenn der Füllstand des Gastanks ein Sollfüllstand wird, wobei die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Die Gasfüllvorrichtung 2 kann einen Speicherabschnitt enthalten, in dem zumindest Teile der vorgenannten Informationen hinterlegt sind.
Bezugszeichenliste

1 und 2: Gasfüllvorrichtung;
10: Gaszuführquelle;
20: Kompressor;
30: Sperrventil;
40: Druckmessgerät;
47: Korrespondenzbezugsdaten-Beschaffungsabschnitt;
48: Temperaturinformations-Beschaffungsabschnitt;
49: Druckinformations-Beschaffungsabschnitt;
50: Steuerung;
51: Speicherabschnitt;
52: Temperaturdifferenz-Berechnungsabschnitt;
53: Temperaturbeurteilungsabschnitt;
54: Druckbeurteilungsabschnitt;
55: Steuerabschnitt;
56: Füllströmungsraten-Datenbeschaffungsabschnitt;
100 und 200: Brennstoffzellenfahrzeug;
101: erster Gastank;
203: zweiter Gastank;
103, 203A, 203B und 203C: Thermometer; und
105: dritter Gastank

Claims

Brenngasfüllverfahren zum Befüllen einer Mehrzahl von Brenngasspeicherbehältern (101, 102; 101, 102, 105), die an einer mit Brenngas gespeisten Einheit montiert sind, mit Brenngas unter Verwendung einer Brenngasfüllvorrichtung (1; 2), die mit der Mehrzahl von Brenngasspeicherbehältern verbunden ist, wobei die Brenngasspeicherbehältern (101, 102; 101, 102, 105) unterschiedliche Wärmeabgabeeigenschaften haben, wobei das Verfahren aufweist: einen Temperaturinformations-Beschaffungsschritt zum Beschaffen einer Temperaturinformation in den Brenngasspeicherbehältern; einen Druckinformations-Beschaffungsschritt zum Beschaffen einer Druckinformation in den Brenngasspeicherbehältern; einen Befüllschritt, um das Brenngas von einer Brenngaszuführquelle (10), die ein verdichtetes Brenngas zuführt, über eine Brenngasfüllleitung jeweils in die Brenngasspeicherbehälter zu füllen; einen Temperaturdifferenz-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Temperaturdifferenz zwischen dem Brenngasspeicherbehälter mit der höchsten Innentemperatur und dem Brenngasspeicherbehälter mit der niedrigsten Innentemperatur von der Mehrzahl der Brenngasspeicherbehälter gemäß der Temperaturinformation; einen Gleichgewichtstemperatur-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Gleichgewichtstemperatur, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von einem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten wird; einen Bezugsdaten-Beschaffungsschritt zum Beschaffen von Korrespondenzbezugsdaten, die eine Korrespondenzbeziehung zwischen einer Temperatur und einem Druck im Brenngasspeicherbehälter anzeigen, wenn ein vorab beschaffter Ladezustand des Brenngasspeicherbehälters zu einem Soll-Ladezustand wird; und einen Steuerschritt zum Ausführen einer Steuerung, um das Füllen mit Brenngas zu beenden, wenn die Temperatur des Brenngasspeicherbehälters mit der niedrigsten Innentemperatur die Gleichgewichtstemperatur erreicht, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von einem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten wird, und ein Druck, der anhand der Druckinformation erhalten wird, ein Korrespondenzdruck wird, der mit der Gleichgewichtstemperatur in den Korrespondenzbezugsdaten korrespondiert.
Brenngasfüllverfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Temperaturbeurteilungsschritt zum Beurteilen, ob die aus der Temperaturinformation erhaltene Temperatur die Gleichgewichtstemperatur wird, die durch Subtrahieren der Temperaturdifferenz von dem vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert erhalten wird; und einen Druckbeurteilungsschritt zum Beurteilten, ob der aus der Druckinformation erhaltene Druck der Korrespondenzdruck wird, der mit der Gleichgewichtstemperatur in den Korrespondenzbezugsdaten korrespondiert.
Brenngasfüllverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Temperaturinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfasst, um die Temperaturinformation im Brenngasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften von der Mehrzahl von Brenngasspeicherbehältern zu beschaffen, der Druckinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfasst, um die Druckinformation zumindest in dem Brenngasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften von der Mehrzahl von Brenngasspeicherbehältern zu beschaffen, und der Temperaturdifferenz-Berechnungsschritt einen Schritt umfasst, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Brenngasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften und dem Brenngasspeicherbehälter mit den niedrigsten Wärmeabgabeeigenschaften während des Füllens von Gas basierend auf jeweils vorab beschafften Wärmeabgabeeigenschaftsdaten des Brenngasspeicherbehälters zu berechnen.
Brenngasfüllverfahren nach Anspruch 3, wobei der Temperaturinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfasst, um die Temperaturinformation anhand eines Temperaturdetektors zu beschaffen, der vorab im Brenngasspeicherbehälter mit den höchsten Wärmeabgabeeigenschaften angebracht wurde.
Brenngasfüllverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Temperaturinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfasst, um die Temperaturinformation in allen Brenngasspeicherbehältern zu beschaffen.
Brenngasfüllverfahren nach Anspruch 5, wobei der Temperaturinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfasst, um die Temperaturinformation jeweils anhand von Temperaturdetektoren zu beschaffen, die vorab in allen Brenngasspeicherbehältern angebracht wurden
Brenngasfüllverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der obere Temperaturgrenzwert 85°C ist.
Brenngasfüllverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Druckinformations-Beschaffungsschritt einen Schritt umfasst, um die Druckinformation anhand eines Druckdetektors zu beschaffen, der an einem stromabwärtigen Ende der Brenngasfüllleitung angebracht ist.