CN101326398A - 用于检测液态氢容器中剩余量的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于检测储氢装置中存储的液态氢的剩余量的剩余量检测系统。该剩余量检测系统能够准确地计算液态氢的剩余量而不受容器中的先前状态的影响。检测容器中的压力P。给定的热量E被施加到液态氢中。测量施加热量后容器中的压力P′。基于施加到容器中的热量E计算相变的氢气体积Ve。基于压力P和压力P′计算施加热量前后容器中的压力改变量ΔP。基于氢气体积Ve和压力改变量ΔP计算容器中的液态氢的剩余量VL。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于使用氢为燃料的车辆、飞机、船舶等(下面称其为“氢燃料车”)的液态氢容器。更具体地，其涉及一种用于检测所存储液态氢的剩余量的剩余量检测系统。
背景技术
通常，例如日本专利特开平No.5-223612号公报披露了一种用于根据气体的积分流量计算液化气瓶中剩余量的液化气剩余量管理装置。在此装置中，总是通过设置在气体供给线路上的质量流量计测量流量。通过用积分器加所测量的流量并且计算所使用的积分量来管理气体的剩余量。
专利文献1：
日本专利特开平No.5-223612号公报
专利文献2：
日本专利特开平No.7-49254号公报
专利文献3：
日本专利特开No.2001-272266号公报
发明内容
本发明要解决的问题
液态氢的大气饱和温度远低于大气温度(约-253℃)，使得液态氢存储容器具有高度绝热的构造。但是，因为仅存在少量来自外部空气的热量的泄漏，所以由于这种热量影响产生容器内的液态氢到气体的相变现象(汽化)。因此，容器内的压力升高，使得通过适当地排放容器内的气体(后面称其为“汽化气”)来降低容器内部压力力的过程得以进行。因此，例如在液态氢存储于前述用于根据所使用的积分量计算剩余量的装置内的情况下，产生对应于汽化气的误差，使得不能准确地检测液态氢的剩余量。
本发明将要解决上述问题，因此本发明的目的是提供一种剩余量检测系统，用于基于新供应到容器中的热量以及供热前后容器中的压力改变计算液态氢的剩余量而不受容器的先前状态的影响。
解决问题的方案
本发明的第一方面是一种用于检测容器中液态氢的剩余量的系统，包括：
用于获取所述容器中的热量改变量的装置；
用于获取在所述容器中的所述热量改变前后所述容器中的压力改变量的装置；以及
用于基于所述热量改变量和所述压力改变量计算所述容器中液态氢的剩余量的装置。
本发明的第二方面是如第一方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，进一步包括：
用于将氢气供给到所述容器的外部的装置；以及
用于获取由所述氢气供给装置供给的氢气供给量的装置，其特征在于，
所述液态氢剩余量计算装置基于所述热量改变量、所述压力改变量以及所述氢气供给量计算所述容器中的液态氢的剩余量。
本发明的第三方面是如第二方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述氢气供给装置将所述氢气供给到以氢作为燃料的输出设备，并且
所述氢气供给量获取装置基于所述输出设备中氢的消耗而估算所述氢气供给量。
本发明的第四方面是如第二方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述氢气供给装置将氢气供给到以氢作为燃料的燃料电池，并且
所述氢气供给量获取装置基于由所述燃料电池所产生的电力估算所述氢气供给量。
本发明的第五方面是如第一至四方面中任一方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述容器包括用于加热其中的液态氢的装置，并且
所述热量改变量获取装置获取由所述加热装置供给的热量作为所述热量改变量。
本发明的第六方面是如第五方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述加热装置是设置在所述容器内的加热器，并且
所述热量改变量获取装置获取所述加热器的热值作为所述热量改变量。
本发明的第七方面是如第一至六方面中任一方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述热量改变量获取装置包括用于估算从所述容器的外部到内部的热传递量的装置，并且获取所述热传递量作为所述热量改变量。
本发明的第八方面是如第七方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，进一步包括用于获取所述容器的内部和外部之间温度差的装置，其特征在于，
随着所述温度差的增大，所述热传递量估算装置估算的热传递量变大。
本发明的第九方面是如第八方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，进一步包括：
用于检测所述容器中的液态氢的量达到特定量的装置；以及
用于在所述容器充有所述特定量的液态氢的情况下获取预定时间段内所述容器中的压力改变量的装置，其特征在于，
在所述容器充有所述特定量的液态氢的情况下，所述热传递量估算装置基于所述的特定量和所述压力改变量估算所述热传递量。
本发明的第十方面是如第九方面所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述特定量接近于所述容器的充满量。
本发明的第十一方面是一种用于检测容器中液态氢的剩余量的方法，包括如下步骤：
获取所述容器中的热量改变量；
获取在所述容器中的所述热量改变前后所述容器中的压力改变量；以及
基于所述热量改变量和所述压力改变量计算所述容器中液态氢的剩余量。
本发明的第十二方面是如第十一方面所述的用于检测液态氢的剩余量的方法，进一步包括如下步骤：
将氢气供给到所述容器的外部；以及
获取所述氢气供给步骤所供给的氢气供给量，其特征在于，
所述液态氢剩余量计算步骤基于所述热量改变量、所述压力改变量以及所述氢气供给量计算所述容器中的液态氢的剩余量。
本发明第十三方面是如第十一或十二方面所述的用于检测液态氢的剩余量的方法，其特征在于，
所述热量改变量获取步骤获取通过加热所述容器中的液态氢而供给的热量作为所述热量改变量。
本发明第十四方面是如第十一至十三方面中任一方面所述的用于检测液态氢的剩余量的方法，其特征在于，
所述热量改变量获取步骤包括估算从所述容器的外部到内部的热传递量并且获取所述热传递量作为所述热量改变量的步骤。
本发明第十五方面是如第十四方面所述的用于检测液态氢的剩余量的方法，进一步包括如下步骤：
检测所述容器中的液态氢的量达到特定量；以及
在所述容器充有所述特定量的液态氢的情况下获取预定时间段内所述容器中的所述压力改变量，其特征在于，
在所述容器充有所述特定量的液态氢的情况下，所述热传递量估算步骤基于所述特定量和所述压力改变量估算所述热传递量。
本发明的效果
根据本发明的第一方面，能够基于容器内热量的改变量和容器内部压力的改变量计算容器中液态氢的剩余量。进入到容器内的热量被用作将容器中的液态氢相变到气体的能量。由于相变到气体后的氢气的体积很大，所以容器内部压力的值大于相变前的值。因此，根据本发明，能够基于容器中热量的改变量和相变前后的压力差计算容器内液态氢的剩余量，而不受容器中先前状态的影响。
根据本发明的第二方面，即使在氢气被供应到容器外部期间，也能够基于氢气的供应量、容气内热量的改变量以及容器内部压力的改变量计算容器内的液态氢的剩余量。因此，总是能够准确地计算容器中液态氢的剩余量。
根据本发明的第三或第四方面，氢气被供应到使用氢作为燃料的输出装置或燃料电池等。氢气的供应量能够根据作为供应目的地的输出装置的氢消耗量或发电装置的产生的电力估算。因此，根据本发明，能够准确地获得供应到容器外部的氢气量。
根据本发明的第五方面，通过使用加热装置有意地将热量供应到容器中，能够改变容器内的热量。因此，根据本发明，通过使用所供应的热量作为热量改变量，能够准确地计算容器中的液态氢的剩余量而不受容器中的先前状态的影响。
根据本发明的第六方面，由加热器有意地给容器中供应热量。因此，根据本发明，能够基于加热器的热值准确地获得容器内的热量改变量。
根据本发明的第七或第八方面，估算从容器外部传递到容器内部的热量，并且将该热传递量用作容器内的热量改变量。因此，根据本发明，能够准确地获得容器内的热量改变量。
根据本发明的第九方面，在容器内充有特定量的液态氢的情况下，获得预定时间段内容器中的压力改变量。容器中内部压力由于从容器外部到容器内部的热传递而改变。因此，根据本发明，基于充入到容器内的液态氢的量和内部压力的改变量能够准确地估算热传递量。
特别地，当容器内气体体积减小时，由于热传递产生的容器内部压力改变将增加，所以更不易于发生测量误差。根据本发明的第十方面，由于特定量设定为接近于容器的充满量，所以能够更准确地估算热传递量。
附图说明
图1是示出与本发明第一实施方式有关的配置的示意图。
图2是示出与本发明第一实施方式有关的用于检测液态氢容器中剩余量的系统的操作原理的示意图。
图3是由根据第一实施方式的系统所执行的程序的流程图。
图4是示出漏热量EL以及容器内温度和外界空气温度之间的温度差ΔT之间的关系的图表。
图5是由根据第二实施方式的系统所执行的程序的流程图。
图6是由根据第三实施方式的系统所执行的程序的流程图。
图7是示出容器中的压力改变量ΔP和液态氢的剩余量VL之间关系的图表。
图8是由根据第四实施方式的系统所执行的程序的流程图。
附图标记说明
10氢容器
12压力传感器
14加热器
16ECU(电子控制单元)
18燃料电池(FC)系统
VL液态氢的体积
Vt容器容积
Ve相变到气体的体积
E施加的热量
EL漏热量
Eg氢的蒸发潜热
R气体常数
具体实施方式
第一实施方式
[第一实施方式的硬件配置]
图1示出用于检测液态氢容器中剩余量的系统的配置，在本发明第一实施方式中使用该系统。如图1中所示，本实施方式的系统具有氢容器10。氢容器10是主要用于存储液态氢的氢供应容器，其具有绝热构造，使得能够防止由于热量泄漏造成汽化气的产生。
氢容器10设置有压力传感器12，使得能够检测容器内的压力。在氢容器10中还设置有用于施加热量的加热器14。
如图1中所示本实施方式的系统设置有电子控制单元(ECU)16。前述压力传感器12的输出被提供到电子控制单元16，并且电子控制单元16基于该输出计算预定时间的压力改变量。而且，电子控制单元16与加热器14连接，从而驱动加热器14并且计算供应到容器内的热量。电子控制单元16基于这些信息执行用于计算液态气的剩余量的程序。
氢容器10中的氢气供应到燃料电池(FC)系统18。燃料电池系统18连接到电子控制单元16，从而将系统的操作状态等提供到电子控制单元16。电子控制单元16基于该信号执行用于计算氢气供应量的程序。
[第一实施方式的操作]
接下来，参照图2解释本实施方式的操作原理。本实施方式的系统能够基于由加热器14供应到容器中的热量和供热前后容器内的热量改变量准确地计算液态氢的剩余量。
图2(a)是示出热量被施加到氢容器中前后容器中状态的示意图。根据该图，容器内存在有液态氢和氢气，并且在内部压力P和温度T时保持平衡状态。容器的内部被控制成使得通过公知的方法将温度一直保持为不高于沸点，以防止液态氢气化。当设容器容积为Vt且液态氢体积为VL时，容器内氢气的体积可以表示为Vt-VL。
图2(b)示出在加热器14由电子控制单元16驱动以向容器中施加热量的情况下容器内的状态。根据该图，当设所施加的热量(能量)为E并且氢的蒸发潜热为Eg时，对应于E/Eg(质量)的液态氢相变成气体。关于这点，蒸发潜热表示单位量的物质相变到气体所需的热量(能量)。当设相变到气体的体积为Ve时，由于Ve是液体体积的几百倍，所以容器的内部压力P′变得大于压力P。如果假定改变前后容器中的温度T为常数，并且近似地应用理想气体的状态方程，则如下方程成立：
P×(Vt-VL+Ve)＝P′×(Vt-VL)…(1)
简化方程(1)并设压力改变量(P′-P)为ΔP，则下面的方程成立：
VL＝Vt-(Ve×P/ΔP)…(2)
类似地，如果近似应用理想气体的状态方程，则相变到气体的体积Ve由下面的方程表示：
Ve＝E/Eg×(RT/P)…(3)
其中，T是容器中的温度，R是气体常数。
如上所述，在本实施方式中，使用容器容积Vt、新产生的氢气体积Ve、加热前容器的内部压力P，则能够计算出压力差ΔP。通过将这些值代入方程(2)，能够精确地计算出容器中液化气的体积VL。
[第一实施方式中的特定程序]
图3是由电子控制单元16执行以计算容器中液态氢的剩余量的程序的流程图。在图3中所示的程序中，首先，通过设置在容器10中的压力传感器12检测容器的内部压力P(步骤100)。将所检测到的输出信号提供到电子控制单元16。
接下来，在图3中所示的程序中，电子控制单元16驱动设置在容器10中的加热器4以向液态氢施加预定的热量E(步骤102)。当施加了热量E时，容器的内部压力增加以使一部分液态氢相变到气体。压力传感器12检测压力P′(步骤104)。所检测到的输出信号被提供到电子控制单元16。
接下来，由电子控制单元16基于施加到容器中的热量E计算相变氢气的体积Ve(步骤106)。具体地，首先，确定蒸发潜热Eg。蒸发潜热Eg是根据压力改变的值。电子控制单元16存储确定蒸发潜热Eg和压力之间关系的映射。在此程序中，通过使用此映射，确定对应于压力传感器12提供的容器内部压力的蒸发潜热Eg。然后，基于所施加的热量E和蒸发潜热Eg，计算相变到气体的氢的质量(E/Eg)。基于方程(3)，确定对应于这些氢的质量的液态氢的体积Ve。
接下来，通过电子控制单元16计算施加热量前后容器中压力的改变量ΔP(步骤108)。具体地，基于在步骤100中检测到的施加热量前的压力信号和在步骤104中检测到的施加热量后的压力信号计算改变量ΔP。
在完成上述步骤中的程序后，计算容器中液态氢的剩余量VL(步骤110)。具体地，将在步骤100中检测到的P，在步骤106中计算得到的Ve以及在步骤108中计算得到的ΔP代到方程(2)中，然后通过该方程计算容器中的液态氢的剩余量VL。
如上所解释的，根据本实施方式，基于施加到容器中的热量和施加前后容器中的压力改变量计算容器中液态氢的剩余量VL。因此，总是能够准确地计算出液态氢的剩余量而不受容器中的先前状态的影响。
在上述第一实施方式中，压力传感器12直接安装在容器10上。但是，压力传感器12的安装位置并不局限于该位置。为了尽可能地防止热量进入到容器10中，该配置可以使得一根管从容器10延伸，并且压力传感器12安装与从容器10分离的位置处以增加容器的绝热效果。
在上述第一实施方式中，第一发明中的“热量改变量获取装置”通过使用电子控制单元16执行步骤102中的程序来实现，第一发明中的“压力改变量获取装置”通过使用电子控制单元16执行步骤108中的程序来实现，并且第一发明的“液态氢剩余量计算装置”通过使用电子控制单元16执行步骤110中的程序来实现。
而且，在上述第一实施方式中，第五发明中的“加热装置”通过使用电子控制单元16执行步骤102中加热器14的驱动来实现。
另外，在上述第一实施方式中，所施加的热量E对应于第六发明中的“热值”。
第二实施方式
[第二实施方式的特征]
接下来，参照图4和图5说明本发明的第二实施方式。通过使用图1中所示的硬件配置，本实施方式的系统可以通过使用电子控制单元16执行后面所述的示于图5中的程序来实现。
在上述第一实施方式中，有意地通过驱动加热器而将热量施加到容器中，并且基于施加前后容器中的压力改变量计算液态氢的剩余量VL。虽然如上所述容器10具有高度绝热的构造，但是总是会有微量热量从容器外部泄漏到容器内。因此，如果能够估算漏热量，则取代由加热器施加的热量，能够使用漏热量计算液态氢的剩余量VL。
绝热性能对容器的形状有影响。而且，如图4中所示，即使容器的形状相同，随着容器内温度和外界空气温度之间的温度差增加，漏热量的值也变大。因此，通过反映由容器形状确定的漏热量的温度差，能够高度准确地估算漏热量。在本实施方式中，基于漏热量计算液态氢的剩余量VL。因此，即使不有意地驱动加热器，也能够准确地计算液态氢的剩余量VL。
下面具体说明根据本实施方式的系统基于上述方法计算液态氢的剩余量VL的程序。
图5是由电子控制单元16执行以计算容器中液态氢的剩余量的程序的流程图。在图5中所示的程序中，首先，通过设置在容器10内的压力传感器12检测容器的内部压力P(步骤200)。所检测到的输出信号提供到电子控制单元16。
接下来，在图5中所示的程序中，通过电子控制单元16估算泄漏到容器10中的漏热量EL(步骤102)。具体地，首先，读取基准漏热量。此基准漏热量是基于容器形状确定的值。接下来，计算容器内温度和外界空气温度之间的温度差ΔT。该温度差能够基于燃料电池系统18的外界空气温度信号计算，该外界空气温度信号被提供到电子控制单元16。实际漏热量是随着温度差ΔT的大小而改变的值。电子控制单元16存储有确定了温度差ΔT和漏热量之间关系的映射。在此程序中，通过使用此映射，确定与ΔT对应的漏热量。然后，通过电子控制单元16计算预定时间段的漏热量EL。
接下来，当漏热量EL进入到容器中时，一些液态氢相变成为气体，使得容器内部压力增高。压力传感器12检测到此压力P′(步骤204)。所检测到的输出信号提供到电子控制单元16。
在完成上述步骤中的程序之后，通过电子控制单元16基于漏热量EL计算新气化的氢的体积Ve(步骤206)。然后，计算施加热量前后容器中的压力改变量ΔP(步骤208)，并且计算容器中液态氢的剩余量VL(步骤210)。在步骤206至210中，具体地，执行与图3中所示步骤106至110中相同的程序。
如上所说明的，根据本实施方式，基于从容器外部自然地泄漏到容器内部的漏热量EL和施加热量前后容器中的压力改变量计算容器中液态氢的剩余量VL。因此，总是能够准确地计算出液态氢的剩余量，而不必从例如加热器等外部热源施加热量，并且不会受到容器中先前状态的影响。
在上述第二实施方式中，仅基于受漏热量EL影响引起的容器中的压力改变量计算液态氢的剩余量VL。但是，所使用的热量不只局限于漏热量EL。即，同时也可执行第一实施方式中所示通过驱动加热器施加热量E，并且此热量可以用于基于对应于施加到容器中的总热量的压力改变量计算液态氢的剩余量。
在上述的第二实施方式中，第一发明中的“压力改变量获取装置”通过使用电子控制单元16执行步骤208中的程序实现，并且第一发明中的“液态氢剩余量计算装置”通过使用电子控制单元16执行步骤210中的程序实现。
而且，在上述第二实施方式中，漏热量EL对应于第七发明中的“热传递量”，并且第七发明中的“热传递量估算装置”通过使用电子控制单元16执行步骤202中的程序实现。
而且，在上述第二实施方式中，第八发明中的“温度差获取装置”通过使用电子控制单元16在步骤202中计算容器内温度和外界空气温度之间的温度差ΔT实现。
第三实施方式
[第三实施方式的特征]
接下来，参照图6说明本发明的第三实施方式。通过使用图1中所示的硬件配置，本实施方式的系统可以通过使用电子控制单元16执行后面所述的示于图6中的程序来实现。
在燃料电池系统18工作的状态下，氢气一直从此系统供给到燃料电池系统18。例如电力等由燃料电池系统产生的信息被提供到电子控制单元16，并且计算基于此信号计算待供给的氢气的体积Vout。计算用于产生Vout的氢气所需的热量Eout，并且基于该计算出值执行加热器控制。
即，在燃料电池系统的操作过程中，所供应氢气的体积总是受到电子控制单元16的监控。因此，即使在燃料电池系统工作期间除上述的Eout之外在第一实施方式中所示用于检测液体剩余量的热量也施加到容器中的情况下，基于此热量的氢气体积能够通过从基于总热量相变成气体的氢气体积减去Vout计算出。因此，即使在燃料电池系统的工作过程中，也总是能够准确地计算出液态氢的剩余量。
在上述第一和第二实施方式中，当计算液态氢的剩余量时不考虑供应到容器外部的氢气的体积。因此，在燃料电池系统的工作过程中，会产生对应于所供应的氢气的体积Vout的误差。为此，在上述第一和第二实施方式中所示的方法中，为了计算液态氢的剩余量VL，燃料电池系统18不工作的情况是适合的。
下面将具体描述根据本实施方式的系统基于上述方法计算液态氢的剩余量的程序。
图6是由电子控制单元16执行以计算容器中液态氢的剩余量的程序的流程图。在图6中所示的程序中，首先，通过设置在容器10中的压力传感器12检测容器的内部压力P(步骤300)。所检测到的输出信号提供到电子控制单元16。
接下来，在图6中所示的程序中，通过电子控制单元16计算供应到燃料电池系统的氢气的体积Vout(步骤302)。具体地，燃料电池系统所产生的电力信息被提供到电子控制单元16，并且基于此信号等估算所需的氢气体积。
接下来，计算用于产生要供应的氢气Vout所需的热量Eout(步骤304)。具体地，首先，确定氢的蒸发潜热Eg。蒸发潜热Eg是根据压力变化的值。电子控制单元16存储确定蒸发潜热Eg和压力之间关系的映射。在此程序中，通过使用此映射，确定对应于压力传感器12提供的容器内部压力的蒸发潜热Eg。然后，基于蒸发潜热Eg以及容器内的温度和压力，计算用于产生体积为Vout的氢气的热量Eout。
接下来，通过电子控制单元16驱动加热器14以施加热量Eout+α到液态氢中(步骤306)，所述热量Eout+α通过将为检测液体的剩余量所施加的热量α加到所计算的Eout获得。在施加了该热量之后，一些液态氢相变成气体，另一方面，体积为Vout的氢气被排出到容器外部，并且被供应到燃料电池系统。压力传感器12检测到随后的压力P′(步骤308)。
接下来，在图6中所示的程序中，通过电子控制单元16计算剩余在容器中的氢气(步骤310)。具体地，计算出从受所施加热量影响发生相变的氢气的总体积中减去供应到燃料电池系统中的体积Vout所获得的值以做为剩余在容器中的氢气的体积值。
在完成上述步骤中的程序之后，通过电子控制单元16计算施加热量前后容器中的压力改变量ΔP(步骤312)。然后，计算容器中液态氢的剩余量VL(步骤314)。具体地，在步骤310和312中执行与图3中所示步骤108和110中相同的程序。
如上所说明的，根据本实施方式，即使在燃料电池系统工作期间，也施加为相变所供应的氢气所需的热量Eout和为检测液体的剩余量所施加的热量α，并且基于施加热量前后容器中的压力改变量计算容器中的液态氢的剩余量VL。因此，即使在燃料电池系统工作过程中，也总是能够准确地计算出液态氢的剩余量。
在上述第三实施方式中，施加为相变所供应的氢气所需的热量Eout和为检测液体的剩余量所施加的热量α，并且基于施加热量前后容器中的压力改变量计算容器中的液态氢的剩余量VL。但是，所使用的热量不局限于上述的那些。即，不仅使用步骤306中施加的热量，而且可以加入以第二实施方式中所示的漏热量，并且可以基于对应于该热量的压力改变量计算液态氢的剩余量。
而且，在上述第三实施方式中，即使在用于氢燃料车等的燃料电池系统的工作过程中，即，即使在氢气供应的过程中，也能够计算液态氢的剩余量。但是，氢气的供应目的地并不局限于燃料电池系统。即，如果可以获取氢气供应量，则可以通过从任意其它发动机等(氢发动机等)的氢消耗量(喷射量)等获取氢气供应量来计算液态氢的剩余量。
在上述的第三实施方式中，第一发明中的“热量改变量获取装置”通过使用电子控制单元16执行步骤306中的程序来实现，第一发明中的“压力改变量获取装置”通过使用电子控制单元16执行步骤312中的程序来实现，并且第一发明中的“液态氢剩余量计算装置”通过使用电子控制单元16执行步骤314中的程序来实现。
而且，在上述第三实施方式中，第二发明中的“氢气供应量获取装置”通过使用电子控制单元16执行步骤302中的程序来实现。
而且，在上述第三实施方式中，第五发明中的“加热装置”通过使用电子控制单元16执行步骤306中的程序来实现。
第四实施方式
[第四实施方式中的特征]
接下来，参照图7和8说明本发明的第四实施方式。通过使用图1中所示的硬件配置，本实施方式的系统可以通过使用电子控制单元16执行后面所述的示于图8中的程序来实现。
在上述第二实施方式中，基于自然地泄漏到容器内部的漏热量EL和施加热量前后容器中的压力改变量ΔP计算容器中液态氢的剩余量VL。此漏热量EL基于容器的形状和容器内外部之间的温度差估算。但是，仅通过容器的形状不能反映基于产品变形的每个容器的各自的特性，使得估算的漏热量具有误差。因此，如果能够校正此估算误差，则能够更准确地计算液态氢的剩余量。
图7是示出在产生相同体积Ve的氢气的情况下液态氢的剩余量VL和相变前后的压力改变量ΔP之间的关系的图表。根据此图，压力的改变量ΔP随着液态氢的剩余量的增加——即随着容器中氢气体积的减少——而变为较大值。因此，当容器中的状态变成接近于充满状态时，能够更准确地检测出产生Ve前后的压力改变量ΔP。
基于方程(2)和(3)，漏热量EL表示如下：
EL＝Eg(Vt-VL)×ΔP/RT...(4)
因为当如上所述氢气体积(Vt-VL)减小时能更准确地计算EL，所以理想为将液态氢体积VL确定为接近充满量。因此，能够通过使用例如过满传感器来确定充满时的VL。即，过量传感器能够确切地判定液体高度是否已达到预定位置。因此，通过在容器10中安装此传感器，能够确切地充满确定体积的液态氢。
如上说明的，在此实施方式中，确定了氢气体积(Vt-VL)、Eg、ΔP和T。通过将这些值代入方程(4)，能够计算出反映每个容器的各自特性的确切的漏热量。
下面具体说明本实施方式的系统基于上述方法计算液态氢的剩余量VL的程序。
图8是由电子控制单元16执行以计算容器中液态氢剩余量的程序的流程图。在图8中所示的程序中，首先，判定液态氢是否充满容器10(步骤400)。具体地，基于安装在容器中的过满传感器的检测信号做出此判定。因此，能够判定在容器中是否形成了特定的空闲体积。如果满足上述条件，则控制前进到下一步，否则终止程序。
接下来，在图8中所示的程序中，通过位于容器10中的压力传感器12检测被液态氢充满的状态下的容器的内部压力P(步骤402)。然后，检测经过预定时间段后容器的内部压力P′(步骤404)。然后，通过电子控制单元16计算漏热量进入前后容器中的压力改变量ΔP(步骤406)。具体地，这些步骤中的程序与图5中所示步骤200、204和208相同。如上所述，在充满时，容器中的压力改变量很大。因此，即使漏热量很小，在步骤406中也能准确地计算出压力改变量。
在图8中所示的程序中，接下来，通过电子控制单元16计算泄漏到容器10中的漏热量EL(步骤408)。具体地，首先，确定氢的蒸发潜热Eg。如上所述，蒸发潜热Eg是根据压力改变的值。电子控制单元16存储有确定蒸发潜热Eg和压力之间关系的映射。在此程序中，通过使用此映射，确定对应于由压力传感器12提供的容器内部压力的蒸发潜热Eg。接下来，确定在步骤406中计算出的ΔP以及容器中的温度T。
接下来，在步骤408中，确定氢气体积(Vt-VL)。如上所述，能够确切地确定充满时的液态氢体积VL。因此，通过从容器容积Vt中减去VL，确定(Vt-VL)。通过将这些值代入方程(4)，由电子控制单元16计算漏热量EL。
在上述步骤结束后，用基于在步骤408中在充满时的实际测量值计算出的EL替换用于在如图5中所示步骤202中估算漏热量的漏热量。由此，图8中所示的程序终止。然后，通过独立地执行图5中所示的程序，能够计算反映通过此程序计算出的EL的容器中的液态氢剩余量VL。
如上所说明的，根据本实施方式的系统，自然泄漏到容器中的漏热量EL基于在充满时的实际测量值而确切地得以计算。因此，不再考虑用于根据容器形状等估算漏热量的方法。不仅能够反映出每个容器的各自的特性，并且总是能够准确地计算液态氢的剩余量。
在上述的第四实施方式中，基于在使用过满传感器确定的充满时的氢气体积(Vt-VL)计算漏热量EL。但是，容器填充状态和确定方法并不局限于本实施方式中所述的这些。如果能够确切地确定容器中的氢气体积，则容器填充状态不必为充满状态，并且也能够使用其它的确定方法。
在上述的第四实施方式中，漏热量EL对应于第七发明中的“热传递量”，并且第七发明中的“热传递量估算装置”通过使用电子控制单元16执行步骤408中的程序实现。
而且，在上述第四实施方式中，第九发明中的“检测装置”通过使用电子控制单元16执行步骤400中的程序实现，并且第九发明中的“压力改变量获取装置”通过使用电子控制单元16执行步骤408中的程序实现。
Claims (15)
1.一种用于检测容器中液态氢的剩余量的系统，包括：
用于获取所述容器中的热量改变量的装置；
用于获取在所述容器中的所述热量改变前后所述容器中的压力改变量的装置；以及
用于基于所述热量改变量和所述压力改变量计算所述容器中液态氢的剩余量的装置。
2.如权利要求1所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，进一步包括：
用于将氢气供给到所述容器的外部的装置；以及
用于获取由所述氢气供给装置供给的氢气供给量的装置，其特征在于，
所述液态氢剩余量计算装置基于所述热量改变量、所述压力改变量以及所述氢气供给量而计算所述容器中的液态氢的剩余量。
3.如权利要求2所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述氢气供给装置将所述氢气供给到以氢作为燃料的输出设备，并且
所述氢气供给量获取装置基于所述输出设备中氢的消耗而估算所述氢气供给量。
4.如权利要求2所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述氢气供给装置将氢气供给到以氢作为燃料的燃料电池，并且
所述氢气供给量获取装置基于由所述燃料电池所产生的电力估算所述氢气供给量。
5.如权利要求1至4中任一项所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述容器包括用于加热其中的液态氢的装置，并且
所述热量改变量获取装置获取由所述加热装置供给的热量作为所述热量改变量。
6.如权利要求5所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述加热装置是设置在所述容器内的加热器，并且
所述热量改变量获取装置获取所述加热器的热值作为所述热量改变量。
7.如权利要求1至6中任一项所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述热量改变量获取装置包括用于估算从所述容器的外部到内部的热传递量的装置，并且获取所述热传递量以作为所述热量改变量。
8.如权利要求7所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，进一步包括用于获取所述容器的内部和外部之间温度差的装置，其特征在于，
随着所述温度差的增大，所述热传递量估算装置估算的热传递量变大。
9.如权利要求8所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，进一步包括：
用于检测所述容器中的液态氢的量达到特定量的装置；以及
用于在所述容器充有所述特定量的液态氢的情况下获取预定时间段内所述容器中的压力改变量的装置，其特征在于，
在所述容器充有所述特定量的液态氢的情况下，所述热传递量估算装置基于所述的特定量和所述压力改变量而估算所述热传递量。
10.如权利要求9所述的用于检测液态氢的剩余量的系统，其特征在于，
所述特定量接近于所述容器的充满量。
11.一种用于检测容器中液态氢的剩余量的方法，包括如下步骤：
获取所述容器中的热量改变量；
获取在所述容器中的所述热量改变前后所述容器中的压力改变量；以及
基于所述热量改变量和所述压力改变量计算所述容器中液态氢的剩余量。
12.如权利要求11所述的用于检测液态氢的剩余量的方法，进一步包括如下步骤：
将氢气供给到所述容器的外部；以及
获取所述氢气供给步骤所供给的氢气供给量，其特征在于，
所述液态氢剩余量计算步骤基于所述热量改变量、所述压力改变量以及所述氢气供给量计算所述容器中的液态氢的剩余量。
13.如权利要求11或12所述的用于检测液态氢的剩余量的方法，其特征在于，
所述热量改变量获取步骤获取通过加热所述容器中的液态氢而供给的热量作为所述热量改变量。
14.如权利要求11至13中任一项所述的用于检测液态氢的剩余量的方法，其特征在于，
所述热量改变量获取步骤包括估算从所述容器的外部到内部的热传递量并且获取所述热传递量作为所述热量改变量的步骤。
15.如权利要求14所述的用于检测液态氢的剩余量的方法，进一步包括如下步骤：
检测所述容器中的液态氢的量达到特定量；以及
在所述容器充有所述特定量的液态氢的情况下获取预定时间段内所述容器中的所述压力改变量，其特征在于，
在所述容器充有所述特定量的液态氢的情况下，所述热传递量估算步骤基于所述特定量和所述压力改变量估算所述热传递量。
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