CN100353151C

CN100353151C - 气体燃料的余量测量

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Publication number: CN100353151C
Application number: CNB2004100882111A
Authority: CN
Inventors: 金原雅彦; 森大五郎; 仁藤丈裕; 久保秀人; 都筑诚
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: JP4254475B2; DE102004050827A1; KR20050039571A; CN1609566A; US20050166673A1; US7240549B2; JP2005127171A

Abstract

本发明旨在提高基于重量的燃料容器内的燃料残余量的测量精度。控制单元(40)，当取得由加速度传感器(31)检测出的加速度α，并判定加速度α不为0时，再次取得加速度α。控制单元(40)，当判定加速度为0时，取得由重量传感器(30)检测出的重量M。控制单元(40)，连续进行重量M的取样直到经过预定的取样时间。控制单元(40)，经过取样时间，将求出通过取样得出的重量M的平均值，并利用求得的平均值和变换图来确定氢气余量。

Description

气体燃料的余量测量

技术领域

本发明涉及一种测量燃料容器内的残余燃料的余量测量装置以及余量测量方法。

背景技术

当在车辆上装载燃料容器时，由于随着车辆行驶过程中的振动或加减速而摇晃，车辆的姿势发生变化，所以检测出的余量值中含有误差。对于这个问题，例如，提出了待机至车辆行驶过程中的振动等影响消除(余量值稳定)后，再使余量值反映在余量表示计上的技术。(参见专利文献1)

【专利文献1】特开平11-82206号公报

但是，在上述现有技术中，不能在车辆行驶时检测出准确的燃料余量。

此外，作为检测燃料容器内的余量的方法，虽然公知的是，例如，利用容器内压力、累计燃料流量和水准仪的方法，但是当使用气体燃料时，不可以利用水准仪，此外，利用受温度变化影响的压力、流量所进行的测量也不准确。在这种情况下，虽然利用重量的测量有效，但是由于与液体重量相比，气体重量变化比较小，所以需要提高测量精度。

本发明即是为解决上述问题所作出的，其目的在于，提高基于重量的燃料容器内的燃料残余量的测量精度。此外，其目的还在于，即使在车辆行驶状态也可以测量燃料残余量。

发明内容

为解决上述问题，本发明的方案1，提供一种根据重量来测量车载的燃料容器内的燃料残余量的余量测量装置。本发明的方案1涉及的余量测量装置，其特征在于，具有：设置在所述车辆和所述燃料容器之间，测定所述燃料容器的重量的重量测定器，测定所速车辆的加速度的加速度测定器，以及利用所述被测定的重量和加速度来算出所述燃料容器内的燃料残余量的运算装置。

根据本发明的方案1涉及的余量测量装置，由于是利用被测定的重量和加速度来算出燃料容器内的燃料残余量，所以可以几乎不受温度等影响，从而提高燃料容器内的燃料残余量的测量精度。

在本发明的方案1涉及的余量测量装置中，所述运算装置，可以对当由所述加速度测定器所测定的加速度为0时的测定重量进行取样，并将其平均值作为所述被测定的重量使用而算出所述燃料残余量。在这种情况下，由于被测定的重量不受因加速度引起的误差影响，所以可以高精度地测定燃料残余量。

在本发明的方案1涉及的余量测量装置中，所述运算装置，可以考虑到由所述加速度测定器所测定的加速度，而由通过所述重量测定器所测定的重量，算出真实重量并算出所述燃料残余量。在这种情况下，由于是由通过重量测定器所测定的重量，算出真实重量而测定燃料残余量，所以不仅考虑加速度的值，还考虑到加速度对重量的影响，从而可以提高重量的测定精度。因此，即使在车辆的行驶状态，也可以高精度地测定燃料残余量。

在本发明的方案1涉及的余量测定装置中，具有多个所述重量测定器，设置所述加速度测定器，并使其可以测定与所述各重量测定器上的加速度大致相等的加速度，所述运算装置，可以利用由所述被测定的重量和所述被测定的相似加速度引起的重量变动，算出所述真实重量。在这种情况下，由于利用因加速度引起的重量变动，由被测定的重量算出真实重量，所以可以提高重量的测定精度。因此，即使在车辆的行驶状态，也可以高精度地测定燃料残余量。

在本发明的方案1涉及的余量测量装置中，所述气体燃料容器，是具有第1端部和第2端部的长尺寸体，在所述第1以及第2端部附近，通过弹性体被固定在所述车辆上，所述重量测定器，可以设置为在所述燃料容器排空时的容器重量和由所述弹性体产生的弹力相平衡的状态下，表示为0值。在这种情况下，由于燃料容器的空容器重量被弹力抵消，所以可以直接将由重量测定器所测定的重量作为气体重量使用。另外，燃料容器的空容器重量，是指未在燃料容器内储存气体时的燃料容器的重量。

在本发明的方案1涉及的余量测量装置中，所述气体燃料容器是具有第1端部和第2端部的长尺寸体，被保持为在所述第1端部附近可沿与所述车辆垂直的方向自由转动，在所述第2端部附近，可以通过所述重量测定器被设在所述车辆上。在这种情况下，可以通过设置一个重量测定器来测定燃料残余量。

本发明的方案2，提供一种根据重量来测量车载的燃料容器内的燃料残余量的测量方法。本发明的方案2涉及的方法，其特征在于，包括：测定所述燃料容器的重量，测定所述车辆的加速度，以及利用所述测定的重量和加速度来测量所述燃料容器内的燃料残余量。

根据本发明的方案2涉及的余量测量方法，可以得到与本发明的方案1涉及的余量测量装置相同的作用效果。本发明的方案2涉及的余量测量方法，可以与本发明的方案1涉及的余量测量装置相同地，通过种种方案实现。

附图说明

图1是表示从车辆后方看到的第1实施例涉及的车载的燃料容器的余量测量装置的概略结构的说明图。

图2是表示从车辆上方看到的第1实施例涉及的车载的燃料容器的余量测量装置的概略结构的说明图。

图3是表示通过第1实施例涉及的车载的燃料容器的余量测量装置而测出的重量和氢气余量的对应关系的说明图。

图4是模式性地表示由前后颠簸、横摇引起车辆发生振动、摇晃(加速度G)的说明图。

图5是表示在第1实施例涉及的余量测量处理中所实行的处理程序的流程图。

图6是表示构成第2实施例涉及的余量测量装置51的重量传感器30以及加速度传感器32的概略设置的侧面图。

图7是表示第2实施例中的加速度传感器32的结构上的特征的模式图。

图8是表示在第2实施例涉及的余量测量处理中所实行的处理程序的流程图。

图9是表示燃料容器20相对于车辆的另一安装方案的说明图。

图10是表示第1实施例涉及的余量测量装置50中的加速度传感器31的另一设置例的说明图。

图11是表示燃料容器20相对于车辆的另一安装方案的说明图。

图12是表示在图11所示的安装方案中得出的重量传感器30的输出特性的说明图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边根据几个实施例，对本发明涉及的根据重量来测量车载的燃料容器内的燃料残余量的余量测量装置以及余量测量方法进行说明。

第1实施例

参照图1～图4，对第1实施例涉及的车载的燃料容器的余量测量装置的概略结构进行说明。图1是表示从车辆后方看到的第1实施例涉及的车载的燃料容器的余量测量装置的概略结构的说明图。图2是表示从车辆上方看到的第1实施例涉及的车载的燃料容器的余量测量装置的概略结构的说明图。图3是表示通过第1实施例涉及的装载在车辆上燃料容器的余量测量装置测出的重量和氢气余量的对应关系的说明图。图4是模式性地表示前后颠簸、横摇引起车辆发生振动、摇晃(加速度G)的说明图。

本实施例中的车辆10，如图1以及图2所示，在车轮11内侧的车底盘12上备有两个储存氢气的燃料容器20。各燃料容器20，呈两端被勒紧的圆筒形状的同时，其纵向与车辆10的前进方向相交地被设置在车辆10上。在各燃料容器20的两端部附近，备有两个保持带21。保持带21，是通过沿燃料容器20的外周形状缠绕橡胶等弹性体而进行保持的金属制带子。另一方面，在车辆10上，在与各保持带21对应的位置上分别备有重量传感器30的同时，在各重量传感器30的附近分别备有加速度传感器31。

作为重量传感器30，例如，可利用测力传感器。重量传感器30的一端与车底盘12(车辆10)接合，另一端与对应的保持带21接合。因此，燃料容器20，通过保持带21以及重量传感器30被设置在车辆上。由重量传感器30检测出的重量值，如图3所示与氢气余量有对应关系。在图3中，重量传感器30的测量值之所以从中间升高，是因为燃料容器20被直接设在重量传感器30上，所以不经过容器容量段，就得不到与氢气余量对应的测量值。在此，所说的燃料容器20的容器重量，是指未储存氢气时的容器重量，储氢合金的重量包含于容器重量之中。

作为加速度传感器31，例如，可以采用压电元件。加速度传感器31，由于分别与各重量传感器30一一对应设置，所以可以确切地测量出各重量传感器30的加速度变化。在车辆10上，伴随车辆行驶而发生上下晃动(振动)、横摇以及前后颠簸(摇晃)，这些振动、晃动通过左右各加速度传感器31，如图4所示被检测出来。另外，在本实施例中，由于相对于车辆10的前进方向，沿横向设有两个加速度传感器31，所以图4的前半部分表示由振动或前后颠簸引起的加速度变化，后半部分表示由横摇引起的加速度变化。

燃料容器20，其内部具有储氢合金，氢气被以留藏在储氢合金内的状态而储存。例如，在300kg储氢合金内储存5kg的氢气，为测量氢气的变化量，需要高精度的测量方法。

第1实施例的车辆10，通过控制单元40控制其驾驶状态。控制单元40，具有寄存用于运算处理功能(CPU)、变换图以及余量测量的处理程序等的存储功能(ROM、RAM)。在控制单元40上，分别连接有重量传感器30以及加速度传感器31，并输入由各传感器30、31检测出的重量M、加速度α。第1实施例涉及的余量测量装置50，作为构成元件至少具有重量传感器30、加速度传感器31以及控制单元40。

参照图5对由第1实施例涉及的余量测量装置50所实行的余量测量处理进行说明。图5是表示在第1实施例涉及的余量测量处理中所实行的处理程序的流程图。

每隔规定时间，在各加速度传感器31以及重量传感器30的组合单位上分别实行本处理程序。本处理程序开始后，控制单元40，取得由加速度传感器31检测出的加速度α(步骤S100)，并判定加速度α是否等于0(步骤S110)。

控制单元40，当判定加速度α不为0时(步骤S110：否)，再次移至步骤S100，取得加速度α。控制单元40，当判定加速度α为0时(步骤S110：是)，取得由重量传感器30检测出的重量M(步骤S120)。由于由重量传感器30检测出的重量M受加速度α影响而变动，所以当不受加速度α影响而加速度α＝0时，对重量M进行取样。

控制单元40，判定是否经过预定的规定时间(步骤S130)，当判定未经过规定时间时(步骤S130：否)，移至步骤S100继续对加速度α取样。控制单元40，当判定经过规定时间时(步骤S130：是)，求出通过取样得出的重量M的平均值，利用求出的平均值和图3所示的变换图确定氢气余量(步骤S140)，将各值清零(步骤S150)，继续进行取样。

在图4中，加速度α为0(G)时，是以黑实心圈表示的点，在规定时间，以该时间反复对重量M取样。

如上所述，根据第1实施例涉及的车载的燃料容器的余量测量装置50，由于当被加速度传感器3 1检测出的加速度α为0时，由重量传感器30取得重量M，所以可以不受加速度α影响，即，排除由加速度α引起的误差，而取得准确的重量M。通过这样提高测定精度，一般而言，可以准确地检测出与液体相比随着余量变动而重量变化小的气体重量。因此，可以提高根据重量M确定的燃料容器20内的氢气余量的精度。

此外，第1实施例涉及的余量测量装置50，由于对各重量传感器30设有加速度传感器31，所以可以确切地检测出作用在各重量传感器30上的加速度α，从而使加速度α为0时所实行的重量M的取样时间的精度提高。

第2实施例

参照图6～图8对第2实施例涉及的余量测量装置51进行说明。图6是表示构成第2实施例涉及的余量测量装置51的重量传感器30以及加速度传感器32的概略设置的侧面图。图7表示第2实施例中的加速度传感器32的结构上的特征的模式图。图8是表示在第2实施例涉及的余量测量处理中所实行的处理程序的流程图。

第2实施例涉及的余量测量装置51，被装载在第1实施例中说明的车辆10上。在第2实施例中，如图6所示，燃料容器20以两个为一组地被保持带23捆绑保持。各燃料容器20分别通过重量传感器30被设置在车底盘12上。此外，燃料容器20的装载方向等，与第1实施例中的燃料容器20相同。

加速度传感器32，被设在与各燃料容器20对应的重量传感器30的中间的车底盘12上。加速度传感器32，如图7所示，具有：作用部321，该作用部321具有与设在其两旁的重量传感器30对应的两个凸起部；和与作用部321对应设置的压电元件部322。加速度传感器32，分别向控制单元40输出在各压电元件部322上产生的检测信号。通过具有这样的结构，可以确切检测出大小与各重量传感器30上的加速度成比例的加速度α和相对于角度的相似加载。因此，在本实施例中，对燃料容器20设有两个重量传感器30，对两个成组的燃料容器20设有共计四个重量传感器30，此外，加速度传感器32，对成组的两个燃料容器20，设有两个重量传感器30。

利用可得到x、y、z三维方向的加速度的加速度传感器时，虽然可以计算该点的空间位置，但是，例如当以z轴为中心旋转时，并不能全部检测出。如果在分开的2次转换中利用三维的加速度传感器，由于可以算出空间内的相对位置，所以可以得到旋转前后颠簸、横摇等全部信息。由于可以计算车体各位置上的任意方向的加速度，所以可以算出相对于各重量传感器的加速度。

由于重量传感器只测量1个方向，所以只要可以计算该方向的加速度就足够了。如果在与重量传感器的测量方向垂直线上的任意分离的两点上，对其方向与重量传感器的测量方向相同的加速度进行测量，那么可以算出同一直线上的任意点的相同方向的加速度。

参照图8对在第2实施例涉及的余量测量装置51上所实行的余量测量处理进行说明。每隔规定时间反复实行本处理程序。开始进行本处理程序后，控制单元40，从加速度传感器32取得加速度α(步骤S200)。如上所述，从一个加速度传感器32输出两个加速度α，控制单元40，分别从各加速度传感器32取得两个加速度α。

控制单元40，从各重量传感器3取得重量M(步骤S210)，利用取得的加速度α和重量M，利用下式算出真实重量Mr(步骤S220)。

Mr＝g(M/(g-a))

在此，g表示重力加速度。

即，在本实施例中，由于使用的加速度传感器23，是为确切检测出其大小与相对于各重量传感器30的加速度成比例的加速度α而构成的，所以，可以通过考虑到由各重量传感器30对燃料容器20的测量重量M产生影响的加速度α，而得出不受加速度α影响时的真实重量Mr。

控制单元40，判定是否经过规定时间(步骤S230)，当判定为未经过规定时间时(步骤S230：否)，再次移至步骤S200，算出真实重量。另一方面，控制单元40，当判定为经过取样时间时(步骤S230：是)，算出取样之后的真实重量Mr的平均值，并利用变换图等确定与从算出的真实重量Mr中减去空的燃料容器20的重量后的值相对应的氢气余量(步骤S240)，将各值清零(步骤S250)，继续进行取样。

如上所述，根据第2实施例涉及的余量测量装置51，作为加速度传感器23，由于利用为能确切检测出与对各重量传感器30的载荷大致相等的加速度α而构成的加速度传感器，所以可以不受加速度α影响，即，排除由加速度α引起的误差而得到真实重量Mr，其结果，可以测定准确的氢气余量。通过这样提高测定精度，一般而言，可以准确检测出与液体相比重量随着余量变动而变化小的气体重量，从而可以使根据重量M确定的燃料容器20内的氢气余量的精度提高。

此外，由于可以考虑到由各重量传感器30对燃料容器20的测量重量M产生影响的加速度α，所以即使当加速度α不为0时，也可以取得排除因加速度α引起的误差后的准确重量Mr。因此，可以一边提高氢气余量的测定精度，一边大幅度增加取得氢气余量的机会。结果，通常可以根据准确的氢气余量，来控制以燃料电池系统为主的氢气消耗系统的运行状态。

其他实施例

(1)在上述第1实施例中，虽然通常是，在由加速度传感器31检测出的加速度为0时，对重量M进行取样，也可以如下进行。一般而言，由加速度α的作用产生的在燃料容器20内悬浮的悬浮物，即储氢合金，到再次沉淀为止需要规定时间。尤其是，存在加速度α超过1G时再沉淀的时间延长的倾向。因此，如图4所示，当由加速度传感器31检测出的加速度α超过±1G时，也可以经过规定的待机时间后再实行重量M的取样。

在这种情况下，可以通过大数值的加速度α来大大降低由悬浮在燃料容器20内的储氢合金产生的重量M的测定误差，从而检测出比较准确的重量。通过检测出燃料容器20的准确重量，可以确定(测定)准确的氢气余量。

(2)在上述各实施例中，虽然是以两点将一个燃料容器20固定在车底盘12上，并通过重量传感器30检测出重量，但是，如图9所示也可以通过使燃料容器20可沿上下方向自由转动的转动连接部26来连接两点中的一点，并在剩下的一点上通过重量传感器30来固定燃料容器20。在此，图9是表示对车辆安装燃料容器20的另一方案的说明图。

在这种情况下，可以对一个燃料容器20设置一个重量传感器30，从而降低重量传感器30的需要量。此外，由重量传感器30检测出的参数成为力矩。

(3)在上述第1实施例中，虽然在各重量传感器30附近逐一设置加速度传感器30，但是，如图10所示，也可以在对一个燃料容器20设置的两个重量传感器30的中间位置上，设置一个加速度传感器31。在此，图10是表示第1实施例涉及的余量测量装置50上的加速度传感器31的另一设置例的说明图。在这种情况下，由于在两个重量传感器30的中间位置上设有加速度传感器31，所以可以确切检测出各重量传感器30上的加速度。

(4)在上述各实施例中，虽然余量测量装置50、51具有的结构使燃料容器20的自重(内容物排空时的重量)作用在重量传感器30上，但是，如图11所示，也可以做成通过弹性体的弹性力来抵消燃料容器20自重的结构。在此，图11是对车辆安装燃料容器20的另一方案的说明图。图12是表示在图11所示的安装方案中所得到的重量传感器30的输出特性的说明图。

在图11所示的对车辆12安装燃料容器20的方案例中，通过保持带21、转动连接部26以及弹簧(弹性体)27将处于排空状态的燃料容器20悬架在车底盘12上，在弹簧的弹力和燃料容器20的重量相平衡的状态下，通过用于重量传感器的保持带211来连接燃料容器20和重量传感器30。结果，燃料容器20的自重不作用在重量传感器30上，重量传感器30可以如图12所示，仅直接输出被储存起来的氢气重量(氢气余量)。

因此，当由加速度传感器31检测出的加速度为0时，可以不考虑燃料容器20的自重，而直接将由重量传感器30输出的重量M作为氢气余量使用。另外，所说燃料容器20处于排空状态，是指虽然内置储氢合金，但是却并未留藏氢气的状态。另外，弹性体不限于弹簧27，只要是具有可抵消燃料容器20重量的弹力的弹性体就可以。此外，弹簧27与金属制、树脂制等无关，另外，弦卷形状、板状等均可。

在此，虽然对将作用在重量传感器30上的初始加载设为0的结构进行了说明，但是也可以不一定是0。一般而言，由于燃料容器重量是氢气重量的20倍左右，所以使用该方法，即使作用在重量传感器30上的加载不为0时，也可以减小，所以可以达到提高测定精度和使测定装置小型化的目的。

(5)在上述各实施例中，虽然对作为氢气的储存形式使用储氢合金的情况进行了说明，但是也可适用于不使用储氢合金而储存高压氢气的情况。此外，不限于氢气，还适用于使用天然气等其他气体燃料的情况。另外，不限于气体燃料，也适用于储存氧气、氮气等气体的情况。即，在上述各实施例中，由于利用重量来测定(检测出)燃料容器20内的内容物的余量，所以适用于以气体为内容物时的余量测定。另外，由于考虑到加速度对检测出的重量M的影响来进行余量测定，所以，即使是以与液体相比重量变动小的气体为内容物时，也可以准确测定余量。

(6)此外，上述实施例涉及的装置、方法，也可以作为计算机程序或存储计算机程序的存储媒体(电的，磁的，光的存储媒体)而实现。

以上，虽然根据几个实施例对本发明涉及的根据重量来测量车载的燃料容器内的燃料残余量的余量测量装置以及余量测量方法进行了说明，但是，上述发明的实施方式，只是用于便于理解本发明，并不是对本发明的限定。本发明还包括，不脱离其目的以及权利要求范围地进行变更、改良所得到的同时，并与本发明等价的内容。

Claims

1.一种根据重量来测量车载的燃料容器内的燃料残余量的余量测量装置，具有

设置在所述车辆和所述燃料容器之间，测定所述燃料容器的重量的重量测定器；

测定所述车辆的加速度的加速度测定器；以及

当由所述加速度测定器所测定的加速度为0时，对测定重量进行取样，而当所述加速度测定器所测定的加速度超过规定的加速度时，经过规定的待机时间后再实行重量的取样，并利用所述已被测定的重量，算出所述燃料容器内的燃料残余量的运算装置。

2.如权利要求1所述的余量测量装置，

所述运算装置，利用所述已被取样的测定重量的平均值算出所述燃料残余量。

3.如权利要求1或2所述的余量测量装置，

所述气体燃料容器是有第1端部和第2端部的长尺寸体，在所述第1以及第2端部附近通过弹性体被固定在所述车辆上；

在所述车辆上设置所述重量测定器，使其在所述燃料容器排空的的容器重量与所述弹性体产生的弹力相平衡的状态下表示为0。

4.如权利要求1所述的余量测量装置，

所述气体燃料容器是有第1端部和第2端部的长尺寸体，被保持为在所述第1端部附近可沿与所述车辆垂直的方向自由转动，在所述第2端部附近通过所述重量测定器被设在所述车辆上。

5.一种根据重量来测定装载在所述车辆上的燃料容器内的燃料残余量的方法，

测定所述燃料容器的重量；

测定所述车辆的加速度；以及

当由所述加速度测定器所测定的加速度为0时，对测定重量进行取样，而当所述加速度测定器所测定的加速度超过规定的加速度时，经过规定的待机时间后再实行重量的取样，并利用所述测定的重量，来测量所述燃料容器内的燃料残余量。

6.如权利要求5所述的余量测量方法，

所述残余燃料的测量，将所述已被取样的测定重量的平均值用作所述测定的重量来实行的。