CN102667302B - 气体充填系统、气体充填方法和车辆 - Google Patents

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Abstract

气体充填系统（1）包括：气罐（30）；向气罐（30）内充填气体的气体充填装置（2）；以及控制器（24），该控制器（24）计算在从气体充填开始经过的预定的时间段（t秒）内气罐（30）内的温度增量ΔT和压力增量ΔP。控制器（24）基于所计算出的温度增量ΔT和所计算出的压力增量ΔP而从预备的充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图（Ma，Mb）。气体充填装置（2）使用由控制器（24）选择的充填速度脉谱图来执行气体充填。

Description

气体充填系统、气体充填方法和车辆
技术领域
本发明涉及一种气体充填系统，所述气体充填系统用来自安装在例如氢气站中的气体充填装置的气体来充填安装在例如车辆上的气罐。
背景技术
装备有气罐的车辆停放在气站以进行气体充填，并且气体从气体充填装置的充填喷嘴充填到气罐内。在氢气的情形中，气罐内的温度和压力随着氢气被充填到气罐内而上升，因此需要调节充填量使得这些温度和压力不超过相应的基准值。就这一点而言，日本专利申请公报No.2007-147005（JP-A-2007-147005）记载了一种技术，其中在氢充填期间测量氢罐内的温度，然后当该温度高于预定值时将充填路径更换为带有预冷器的充填路径，从而抑制温度上升并确保充足的充填量。
顺便说一下，在充填期间气罐内的温度上升程度根据气罐的散热性而显著变化。具有优异散热性的气罐允许充填速度（充填流量）提高，并由此可缩短用于充填的时间段。然而，JP-A-2007-147005中记载的技术未考虑气罐的散热性和用于充填的时间段，因此仍存在改善的余地。另外，日本专利申请公报No.2005-127430（JP-A-2005-127430）记载了一种方法，其中将对应于气罐的形状和容量的最大充填速度事先预存储在气站的数据库中，然后在充填期间加载该最大充填速度。根据此方法，每次开发出新气罐都需要更新数据库，因此在现实中有难度。
发明内容
本发明提供了一种即使未事先获取个别气罐的特性也能够以适合气罐的充填速度充填气体的气体充填系统、气体充填方法和车辆。
本发明的第一方面涉及一种气体充填系统。所述气体充填系统包括：气罐；将气体充填到所述气罐内的气体充填装置；以及控制器，所述控制器计算在从气体充填开始经过的预定时间内所述气罐内的温度增量和压力增量，并基于所计算出的温度增量和所计算出的压力增量而从预备的充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图。所述气体充填装置包括操作控制单元，所述操作控制单元使用由所述控制器选择的所述充填速度脉谱图来执行气体充填。
另外，本发明的第二方面涉及一种用于将来自气体充填装置的气体充填到气罐内的气体充填方法。所述方法包括：由所述气体充填装置开始气体充填；计算在从气体充填开始经过的预定时间内所述气罐内的温度增量和压力增量；基于所计算出的温度增量和所计算出的压力增量而从预备的充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图；以及利用所选择的充填速度脉谱图由所述气体充填装置执行气体充填。
根据本发明的各方面，可从温度增量和压力增量获取气罐的散热性能，并基于所获取的散热性能来选择充填速度脉谱图。因而，可以以适合该气罐的充填速度来执行气体充填。这样，可在气罐内部保持稳定的同时在尽可能短的时间段内充填预定的充填量（在满充填情况下的充填量和在指定量充填情况下的充填量）。另外，气罐的散热性能从所计算出的温度增量和所计算出的压力增量获取，因此不需要事先存储各个气罐的散热性能，或者不需要针对每个气罐更新充填速度脉谱图群。此外，由于计算出了温度增量和压力增量两者，所以可与气罐的容积无关地获取散热性能。
操作控制单元可在从气体充填开始经过的预定时间段期间以恒定的充填速度执行气体充填。这样，可简化充填速度脉谱图群。这种情况下，恒定的充填速度理想地低于在充填速度脉谱图中限定的充填速度。这样，在获取气罐的散热性能的过程中，可以可靠地防止气罐内的状态超过基准值。
控制器可基于所计算出的温度增量与所计算出的压力增量的比率来选择充填速度脉谱图。这样，例如，与以预定范围限定压力增量和温度增量的充填速度脉谱图相比，可简化充填速度脉谱图。
充填速度脉谱图群可将各个充填速度脉谱图配置成使得充填速度随着所述比率减小而增大。这样，例如，当温度增量小时，与当温度增量大时相比，可在短时间段内充填预定的充填量。
气体充填装置可具有气体供应源和冷却器，该冷却器设置在气体供应源与气罐之间并冷却来自气体供应源的气体。然后，控制器可基于所计算出的温度增量、所计算出的压力增量和由冷却器冷却的气体的温度来选择充填速度脉谱图。对于以上构造，考虑了冷却器的冷却性能的气体充填是可能的。
类似地，气体充填系统还可包括外部空气温度传感器，并且控制器可基于所计算出的温度增量、所计算出的压力增量和由外部空气温度传感器检测出的外部空气温度，或者基于所计算出的温度增量、所计算出的压力增量、由冷却器冷却的气体的温度和外部空气温度，来选择充填速度脉谱图。
气体充填系统还可包括显示装置，该显示装置指示以下事实：利用由控制器选择的充填速度脉谱图，气体正被充填或者已被充填到气罐内。对于以上构造，气体充填工人能够在视觉上识别以下事实：适合于气罐的散热性能的气体充填正被执行或者已被执行。
气罐可安装在车辆上，控制器可设置成用于气体充填装置，气体充填系统还可包括通信装置，该通信装置通过通信将在车辆侧获取的关于气罐内的温度和压力的信息传输到气体充填装置侧的控制器。对于以上构造，可在车辆与气体充填装置之间执行通信，因此不需要向气体充填装置侧手动输入在车辆侧获取的信息。另外，在接收在车辆侧获取的信息之后，可主要在气体充填装置侧执行气体充填。
气体充填系统还可包括存储装置，该存储装置存储由通信装置执行的通信的历史。对于以上构造，例如，通过在车辆检查时核对通信历史，可判断是否已利用适合于气罐的散热性能的充填速度脉谱图执行气体充填。
根据本发明的各方面的车辆可使用该气体充填系统。该车辆可包括获取关于气罐内的温度和压力的信息的温度传感器和压力传感器以及作为通信装置的一部分的通信仪器，该通信仪器将由温度传感器和压力传感器获取的信息传输到位于气体充填装置侧的通信仪器。
本发明的第三方面涉及一种将气体充填到气罐内的气体充填装置。所述气体充填装置包括：获取装置，所述获取装置获取所述气罐内的温度和压力；控制器，所述控制器计算在从气体充填到所述气罐开始经过的预定时间段内所述气罐内的温度增量和压力增量，并基于所计算出的温度增量和所计算出的压力增量而从预备的充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图；以及操作控制单元，所述操作控制单元利用由所述控制器选择的所述充填速度脉谱图来执行气体充填。
附图说明
下文将参照附图描述本发明的特征、优点以及技术和工业意义，附图中同样的标号表示同样的元件，并且其中：
图1是根据一个实施例的气体充填系统的示意图；
图2是根据该实施例的气体充填系统的构造图；
图3是示出了根据该实施例的气体充填系统的气体充填流程的流程图；
图4是示出了根据该实施例的第一替换实施例的气体充填系统的气体充填流程的流程图；
图5是示出了用于根据第一替换实施例的气体充填流程的充填速度脉谱图群的一个示例的视图；
图6是示出了用于根据第一替换实施例的气体充填流程的充填速度脉谱图的一个示例的视图；以及
图7是根据该实施例的气体充填装置的控制器的功能框图。
具体实施方式
从气体充填装置向装备有燃料电池系统的燃料电池车辆充填氢气的一个实施例将作为气体充填系统和气体充填方法来描述。应注意，如一般公知的，该燃料电池系统包括通过燃料气体（例如氢气）与氧化剂气体（例如空气）之间的电化学反应来产生电力的燃料电池等。
如图1所示，气体充填系统1例如包括气体充填装置2和车辆3。气体充填装置2安装在例如氢站等中。车辆3被供应来自气体充填装置2的氢气。
如图2所示，气体充填装置2包括气缸群（气体供应源）11、充填喷嘴12和气体流路13。气缸群11储存氢气。充填喷嘴12朝车载气罐30排出氢气。气体流路13将气缸群11与充填喷嘴12连接。充填喷嘴12是称为充填联接器的部件。充填喷嘴12连接到车辆3的插座（接纳部，receptacle）32以充填氢气。充填喷嘴12和插座32构成将气体充填装置2与气罐32连接的连接单元。
从气缸群11侧依次为气体流路13设置有压缩机14、蓄压器15、流量控制阀16、流量计17、预冷器18和温度传感器19。压缩机14压缩来自气缸群11的氢气，然后排出压缩氢气。蓄压器15蓄积由压缩机14压缩至预定压力的氢气。流量控制阀16调节来自蓄压器15的氢气的流量。流量计17测量氢气的流量。预冷器18初步冷却流经气体流路13的氢气。温度传感器19检测预冷器18下游的部分的氢气的温度。另外，气体充填装置2包括通信仪器21、显示装置22、外部空气温度传感器23和控制器24。这些装置电气连接到控制器24。应注意，尽管图中未示出，但在蓄压器15处或蓄压器15下游的部分处设置有用于在充填期间开启气体流路13的切断阀。
流量控制阀16是电驱动阀，并且包括例如步进马达作为驱动源。流量控制阀16以如下方式来调节氢气的流量：阀的开度由步进马达根据来自控制器24的指令来改变。这样，向气罐30内充填氢气的充填流量被控制。这样受到控制的充填流量由流量计17测量。然后，控制器24通过接收所测量出的充填流量而以反馈方式控制流量控制阀16，以使得充填流量与期望充填流量一致。应注意，可使用流量控制阀16以外的流量控制器。
预冷器18通过热交换而将来自蓄压器15的接近常温的氢气冷却到预定的低温（例如-20°C）。预冷器18的热交换类型可以是间隔壁型、中间介质型和储存型中的任何一者，并且对于预冷器18可使用公知结构。举例而言，预冷器18具有氢气流经的管道部，并且该管道部被容纳在致冷剂所流经的容器（casing）中，从而执行氢气与致冷剂之间的热交换。这种情况下，可通过调节供应给容器的致冷剂的量和温度来调节氢气的冷却温度。这样，由预冷器18冷却的氢气的温度由温度传感器19检测，并且所检测出的信号被输入到控制器24。
通信仪器21例如具有用于执行无线通信如红外线数据通信的通信接口。显示装置22将各种信息如在气体充填期间的充填流量的信息显示在屏幕上。显示装置22可具有用于在显示屏幕上选择或指定期望充填量等的操作面板。
控制器24被构成为内部结合了CPU、ROM和RAM的微计算机。CPU根据控制程序来执行期望的计算，以执行各种处理和控制。ROM存储在CPU中处理的控制程序和控制数据。RAM主要被用作用于控制处理的各种工作区。控制器24不仅通过图2中由长短交替的虚线表示的控制线路电气连接到通信仪器21等，而且连接到气缸群11、压缩机14、蓄压器15和预冷器18。控制器24综合控制整个气体充填装置2。另外，控制器24使用通信仪器21将能够由气体充填装置2获取的信息传送至车辆3。
如图7所示，控制器24包括作为用于实现对充填速度的控制的功能框的存储单元61、计算单元62、脉谱图选择单元63和操作控制单元64。存储单元61由ROM、RAM等形成，并且例如预先存储后文将描述的充填速度脉谱图群（多个充填速度脉谱图）。计算单元62执行对充填速度的控制所需的各种计算，并且例如计算气罐30内的氢气的温度增量和压力增量。脉谱图选择单元63基于由计算单元62作出的计算的结果来选择充填速度脉谱图，这将在后文描述。操作控制单元64从存储单元61加载由脉谱图选择单元63选择的充填速度脉谱图，然后基于所加载的充填速度脉谱图而将控制指令传送至各种装置，从而控制各种装置以充填氢气。
车辆3包括气罐30和插座32。气罐30是通向燃料电池的燃料气体供应源，并且为能够储存例如35MPa或70MPa的氢气的高压罐。当安装了多个气罐30时，气罐30与燃料电池并联连接。气罐30内的氢气经由供应管道（未示出）被供应到燃料电池。另一方面，氢气经由插座32和充填管道34从气体充填装置2供应给气罐30。例如，为充填管道34设置用于防止氢气逆流的止回阀36。温度传感器40和压力传感器42分别检测气罐30内的氢气的温度和压力，并可设置成用于供应管道或充填管道34。
另外，车辆3包括通信仪器44、控制器46和显示装置48。通信仪器44将各种信息传送至气体充填装置2的通信仪器21或者从其接收各种信息。控制器46与气体充填装置2的控制器24一样构成为微计算机。显示装置48将各种信息显示在屏幕上。通信仪器44属于与通信仪器21相适应（兼容）的类型，并且例如具有执行无线通信如红外线通信的通信接口。通信仪器44安装在插座32中或者被固定在车辆3的盖盒（lid box）上，以便能够在充填喷嘴12连接到插座32的状态下执行与通信仪器21的通信。控制器46接收由包括温度传感器40和压力传感器42的各种传感器检测的结果，以综合控制车辆3。另外，控制器46使用通信仪器44来将能够由车辆3获取的信息传送至气体充填装置2。显示装置48例如可被用作汽车导航系统的一部分。
在气体充填系统1中，当车辆3被充填氢气时，首先，充填喷嘴12连接到插座32。这种状态下，气体充填装置2被启动。然后，在蓄积在蓄压器15中的氢气被预冷器18冷却之后，氢气从充填喷嘴12排出到气罐30。在根据本实施例的气体充填系统1和气体充填方法中，气体充填装置2在充填的初始阶段基于来自车辆3的信息来确定气罐30的散热性能，从而将充填速度控制为适合于气罐30的值。
接下来，将参照图3所示的流程图描述气体充填系统1（气体充填方法）中对充填速度的控制。
首先，当气体充填工人将充填喷嘴12连接到插座32并进行允许氢气从气体充填装置2排出到气罐30的充填起动操作时，预充填开始（步骤S1）。这样，由预冷器18冷却的氢气被排出到气罐30。随着氢气流入气罐30，气罐30内的氢气的温度和压力（下文称之为“罐温度”和“罐压力”）上升。
以恒定的充填速度执行步骤S1中的预充填达预定的t秒（步骤S2）。仅需要该预定的t秒的长度允许从由充填导致的罐温度和罐压力的变化而获取气罐30的散热性能。因此，例如，60秒即可；然而，这可导致长的总充填时间。另一方面，一秒或两秒太短，因此存在不能充分检测罐温度和罐压力的变化的可能性。考虑到这些要素，理想地，考虑总充填时间与允许检测罐温度和罐压力变化的时间之间的平衡来确定所述预定的t秒的长度。例如，30秒是理想的。另外，理想地，预充填中的恒定充填速度比主充填（步骤S7）中的充填速度慢。应注意，充填速度的单位一般使用g/min（克/分钟）或MPa/min（兆帕/分钟）来表达，且在本实施例的描述中使用MPa/min。
在接下来的步骤S3中，计算在预定的t秒期间变化的罐温度增量ΔT和罐压力增量ΔP。基于在车辆3侧获取的罐温度和罐压力的信息而在位于气体充填装置2侧的控制器24的计算单元62中执行该计算。
更具体而言，位于车辆3侧的控制器46接收由温度传感器40和压力传感器42紧接在预充填开始之后读取的所检测出的罐温度和罐压力（在下文中，在适当的情况下称之为“罐初始温度”和“罐初始压力”）的信号。另外，控制器46接收从预充填开始预定的t秒后读取的所检测出的罐压力和罐温度的信号。控制器46利用通信仪器44将在这两个时刻检测出的罐压力和罐温度的值传送至气体充填装置2的通信仪器21。接收到通信结果后，气体充填装置2的控制器24计算罐温度增量ΔT和罐压力增量ΔP。罐温度增量ΔT可以是通过将预定的t秒后的罐温度减去罐初始温度而获得的值；作为替代，可使用通过将预定的t秒后的罐温度除以罐初始温度而获得的值（亦即，罐温度上升率）。这也适用于罐压力增量ΔP。
在接下来的步骤S4中，判断罐温度增量ΔT与罐压力增量ΔP的比率（在下文中，称之为“上升比ΔT/ΔP”）是否大于或等于阈值X。该判断由位于气体充填装置2侧的控制器24的脉谱图选择单元63作出。
更具体而言，可从上升比ΔT/ΔP的值获取气罐30的散热性能。气罐具有不同的散热性能或温度上升率，视材料、表面积、结构等而定。例如，当使用铝作为气罐30的内衬时，散热性能优于当使用树脂（聚乙烯等）作为内衬时的情况。另外，散热性能因树脂的特性和/或树脂内衬中的混合物比率而异。这样，散热性能在现有的或将来的气罐30中不尽相同。于是，在本实施例中，以如下方式来确定气罐30的散热性能：将上升比ΔT/ΔP与事先通过模拟或评估而获得的阈值X进行比较（步骤S4）。
结果，当上升比ΔT/ΔP大于或等于阈值X时，判定为气罐30的散热性能相对低，于是控制器24的脉谱图选择单元63选择充填速度脉谱图Ma（步骤S4：是，步骤S5）。否则，判定为气罐30的散热性能相对高，于是控制器24的脉谱图选择单元63选择充填速度脉谱图Mb（步骤S4：否，步骤S6）。
充填速度脉谱图Ma和Mb作为充填速度脉谱图群的一部分被预先存储在控制器24的存储单元61中。控制器24的脉谱图选择单元63基于上升比ΔT/ΔP而从充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图Ma和Mb中的任何一者（步骤S5或S6）。然后，控制器24的操作控制单元64使用所选择的充填速度脉谱图来开始由气体充填装置2进行氢气主充填（步骤S7）。
这里，充填速度脉谱图群将各个充填速度脉谱图Ma和Mb配置成使得充填随着上升比ΔT/ΔP减小（亦即，随着判定为气罐30的散热性能较高）而以较高的充填速度执行。充填速度脉谱图群的一个示例例如可在下表1中示出。与后文将描述的作为理想示例的充填速度脉谱图Ma（图6）的情况下一样，该充填速度脉谱图群中的每个充填速度脉谱图均配置成针对至少一个条件如罐初始压力和罐初始温度限定多个充填速度。在表1中，对相应的充填速度脉谱图Ma和Mb分配的充填速度α和β是当这些条件相同时的充填速度的示例。
表1充填速度脉谱图群
充填速度α和β意味着在气罐30内的罐压力和罐温度不超过相应基准值（例如85°C）的同时可执行高速充填的最佳充填速度。亦即，在充填速度α的情况下，在具有较低散热性能的气罐30内部保持稳定的同时，可在短时间段内尽可能多地充填预定充填量（在满充填情况下的充填量和在指定量充填情况下的充填量）。另一方面，在充填速度β的情况下，在具有相对高的散热性能的气罐30内部保持稳定的同时，可在更短的时间段内充填预定充填量。在一个具体示例中，当气罐30由树脂内衬形成时，利用充填速度脉谱图Ma以充填速度α充填气罐30，而当气罐30由铝质内衬形成时，利用充填速度脉谱图Mb以充填速度β充填气罐30。结果，可在更短的时间段内充填具有良好的散热性能的、由铝质内衬形成的气罐30。
在步骤S7中的主充填开始之后，控制气体充填装置2以达到在充填速度脉谱图中限定的充填速度。具体而言，控制器24的操作控制单元64在核对由流量计17测量的结果的同时控制流量控制阀16的开度以便达到所确定的充填速度。
另外，在主充填期间，利用在步骤S5或步骤S6中选择的充填速度脉谱图来执行气体充填的事实被显示在气体充填装置2的显示装置22和车辆3的显示装置48中的至少一者上。亦即，通过气体充填系统1中的显示装置22和48中的至少一者的指示，气体充填工人能够识别以下事实：在基于包括气罐30的散热性能的条件来选择充填速度脉谱图的情形下执行控制。此后，当预定充填量已被充填到气罐30内时，停止从气体充填装置2供应氢气，以完成气体充填。应注意，同样在气体充填完成之后，或者仅在气体完成之后，将类似于上述指示的指示显示在显示装置22和48中的至少一者上也是适用的。
在气体充填完成之后，希望气体充填系统1中的控制器24和46中的至少一者的存储单元（例如存储单元61或RAM）临时存储通信仪器44与通信仪器21之间的通信历史。通信仪器44和通信仪器21充当通信装置。该通信历史理想地包含例如指示在预充填期间罐温度和罐压力在上述两个时刻从通信仪器21被传送至通信仪器44的历史。这种通信历史可被存储在气体充填装置2和车辆3两者中，并且理想地存储在车辆3中。这是因为，在车辆检查时等，可以简单地判断气体充填是否已根据图3所示的流程而被执行。
在上述本实施例中，可通过气体充填装置2来确定车载气罐30的散热性能，然后利用适合于所确定的散热性能的充填速度脉谱图Ma或Mb来执行对气罐30的充填控制。因此，可以以适合于气罐30的散热性能的充填速度来执行气体充填，因此可缩短充填时间。
另外，如果使用仅用于计算温度增量ΔT的方法来确定气罐30的散热性能——这不同于本实施例，则罐温度的上升率因罐容积的大小而异。就这一点而言，类似地，如果使用仅用于计算压力增量ΔP的方法，则罐压力的上升率因罐容积的大小而异。因此，难以适当地获取散热性能。相反，根据本实施例，由于使用了用于计算温度增量ΔT和压力增量ΔP两者的方法，所以可以适当地获取散热性能而不受气罐30的容积的影响。
此外，由于可通过计算来获取气罐30的散热性能，所以无需在位于氢站的气体充填装置2中事先存储各个气罐30的散热性能。另外，无需针对每一台新车辆更新充填速度脉谱图群的软件。
另外，在获取气罐30的散热性能的过程中（步骤S1至S3），使充填速度不变，因此可简化充填速度脉谱图群。另外，当使用低于在充填速度脉谱图Ma和Mb中限定的充填速度的充填速度作为恒定充填速度时，即使在获取散热性能的过程中也可稳定地保持气罐30内部的状态。此外，使用上升比ΔT/ΔP来确定散热性能（步骤S4），因此无需使用个别地限定温度增量ΔT和压力增量ΔP的预定范围的充填速度脉谱图。因此，可以简化各个充填速度脉谱图。
应注意，在以上描述中，示出了充填速度脉谱图群中所包括的两个充填速度脉谱图Ma和Mb；然而，当然，充填速度脉谱图的数量不限于两个。当用于与上升比ΔT/ΔP相比较的阈值的数量例如增加时，充填速度脉谱图的数量将为三个或更多。例如，当使用两个阈值时，可使用下表2中所示的充填速度脉谱图群。这种情况下，在图3的步骤S4中，将上升比ΔT/ΔP与两个阈值X和Y相比较。基于该比较结果来选择三个充填速度脉谱图Ma、Mb和Mc中的任意一个（类似于步骤S5和S6），并以在所选择的充填速度脉谱图中限定的充填速度来执行气体充填。
表2充填速度脉谱图群
替换实施例
接下来，将描述本发明的一些替换实施例。应注意，替换实施例可单独适用于本实施例，也可结合另一替换实施例采用。
第一替换实施例
如图4所示，可使用步骤S14和S15代替图3所示的步骤S4至S6。应注意，图4所示的步骤S11至S13和S16与图3所示的步骤S1至S3和S7相同，因此略去其描述。
在步骤S14中，基于上升比ΔT/ΔP和罐初始压力来从充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图。如示出这种情况下使用的充填速度脉谱图群的一个示例的图5所示，充填速度脉谱图群MM限定利用纵轴表示罐初始压力和利用横轴表示上升比ΔT/ΔP的多个充填速度脉谱图。这里，对三个范围中的每一个设定罐初始压力和上升比ΔT/ΔP，以限定总计9个充填速度脉谱图Ma至Mi。然而，当然，在设计中可适当改变这些数量。在步骤S14中，例如，当上升比ΔT/ΔP小于阈值A且罐初始压力为10MPa时，选择充填速度脉谱图Ma。
应注意，与上述实施例的情况下一样，充填速度脉谱图群MM被预先存储在控制器24的存储单元61中，且控制器24的脉谱图选择单元63选择充填速度脉谱图Ma。另外，充填速度脉谱图群MM将各个充填速度脉谱图Ma至Mi配置成随着上升比ΔT/ΔP减小而以较高的充填速度执行气体充填。因而，例如，充填速度脉谱图Mb中的充填速度低于充填速度脉谱图Ma中的充填速度；然而，充填速度脉谱图Mb中限定的充填速度高于充填速度脉谱图Mc中限定的充填速度。
在步骤S15中，控制器24通过参照充填速度脉谱图基于罐初始温度和罐初始压力来确定充填速度。这可由控制器24的操作控制单元64来执行。当利用充填速度脉谱图Ma来描述示例时，图6所示的充填速度脉谱图Ma限定利用纵轴表示罐初始压力和利用横轴表示罐初始温度的多个充填速度。另外，充填速度脉谱图Ma设置成用于多个预冷器温度（例如，T1、T2和T3，其中T1＜T2＜T3）中的每一个。预冷器温度是预冷器18内的氢气的温度，并由温度传感器19检测。直接接收所检测出的预冷器温度的信号的控制器24获取紧接在预充填开始之后的预冷器温度或从预充填开始经过了预定的t秒之后的预冷器温度。在步骤S15中，例如，当所检测出的预冷器温度为T1、罐初始压力为40MPa且罐初始温度为0°C时，充填速度被确定为D4[MPa/min]。此后，以所确定的充填速度开始主充填（步骤S16）。
在此将描述与充填速度脉谱图Ma中的充填速度值的量级有关的两个要素。首先，当罐初始压力和罐初始温度相同时，充填速度的值随着预冷器温度上升而减小。例如，当罐初始压力为40MPa且罐初始温度为0°C时，在预冷器温度T2下的充填速度低于在预冷器温度T1下的充填速度D4。
其次，当预冷器温度相同时，充填速度可随着罐初始压力增大或者随着罐初始温度下降而增大。例如，在预冷器温度T1下，在充填速度脉谱图Ma中的充填速度A1至H8当中，充填速度H1（罐压力：80MPa，罐温度：-30°C）最大，且充填速度A8（罐压力：10MPa，罐温度：40°C）最小。
应注意，在充填速度脉谱图Ma中，以10MPa的间隔设定罐压力并以10°C的间隔设定罐温度；当然，它们的幅度可任意设定。预冷器温度的幅度还能以例如2°C至3°C、5°C或10°C的间隔任意设定。另外，充填速度脉谱图Mb至Mi均具有类似于充填速度脉谱图Ma的构型，但充填速度脉谱图Mb至Mi具有彼此不同的充填速度。类似地，充填速度脉谱图Ma至Mi中的相应充填速度意味着可在不出现气罐30内的罐压力和罐温度超过在罐初始压力、罐初始温度和预冷器温度的相应条件下的相应基准值的情形的情况下执行高速充填的充填速度。
根据上述第一替换实施例，除类似于以上实施例的功能和有利效果之外，可获得以下功能和有利效果。亦即，当选择了充填速度脉谱图Ma至Mi中的任意一个时，不仅考虑上升比ΔT/ΔP而且考虑罐初始压力（步骤S14），因此可选择更适合于气罐30的特性的充填速度脉谱图。另外，当从所选择的充填速度脉谱图确定充填速度时，考虑预冷器温度，因此可根据预冷器18的冷却性能来执行最佳气体充填。
应注意，在本替换实施例的另一实施例中，也可不对多个预冷器温度中的每一个设定相应的充填速度脉谱图Ma至Mi。替换地，也可使用代替预冷器温度的外部空气温度来对多个外部空气温度中的每一个设定相应的充填速度脉谱图Ma至Mi。外部空气温度可由外部空气温度传感器23检测。
第二替换实施例
在气体充填系统1中，计算罐温度增量ΔT和罐压力增量ΔP的步骤（图3中的步骤S3，图4中的步骤S13）和此后选择充填速度脉谱图的步骤（图3中的步骤S4至S6，图4中的步骤S14和S15）可由单独的控制器执行。例如，前面的计算步骤可由位于车辆3侧的控制器46执行，通过通信将计算结果传送至气体充填装置2，然后后面的选择步骤由控制器24执行。这种情况下，对应于上述计算单元62的计算单元包括在控制器46中。
与此不同，在气体充填系统1中，计算步骤和选择步骤（图3中的步骤S3至S6，图4中的步骤S13至S15）也可由位于车辆3侧的控制器46执行。这种情况下，通过通信将在车辆3侧选择的充填速度脉谱图传送至气体充填装置2，然后气体充填装置2的控制器24使用从车辆3侧传送的充填速度脉谱图来执行气体充填。这种情况下，至少对应于计算单元62和脉谱图选择单元63的计算单元和脉谱图选择单元包括在控制器46中，并且控制器24的操作控制单元64基于由控制器46的脉谱图选择单元所选择的充填速度脉谱图来执行氢气充填。
简而言之，仅需气体充填系统1包括具有存储单元61、计算单元62和脉谱图选择单元63的控制器，并且该控制器可由气体充填装置2的控制器24形成（以上实施例）或者可由气体充填装置2的控制器24和车辆3侧的控制器46形成（第二替换实施例）。
第三替换实施例
在第三替换实施例中，可改变检测预冷器温度的温度传感器19的位置。仅需温度传感器19能够检测预冷器18与气罐30上游的部分之间的氢气的温度，因此温度传感器19可设置成用于位于车辆3侧的插座32或充填管道34，或者可检测从气体充填装置2朝气罐3排出的氢气的温度。另外，在另一实施例中，温度传感器19可设置成用于充填喷嘴12，并可检测充填喷嘴12处的氢气的温度。
根据本发明各方面的气体充填系统和气体充填方法不仅适用于氢气，而且适用于在充填期间温度升高的气体。另外，该气体充填系统和气体充填方法不仅适用于车辆，而且适用于外部装备有作为气体充填目的地的气罐的移动单元，诸如飞行器、船舶和机器人。

Claims (19)

1.一种气体充填系统(1)，其特征在于包括：
车辆(3)，所述车辆包括气罐(30)以及温度传感器(40)和压力传感器(42)，所述温度传感器和所述压力传感器获取关于紧接在预充填开始后所述气罐(30)内的温度和压力的信息作为罐初始温度和罐初始压力，并获取关于在已经过了用于预充填的预定时间段之后所述气罐(30)内的温度和压力的信息；以及
将气体充填到所述气罐(30)内的气体充填装置(2)，
所述气体充填装置(2)包括：
控制器(24)，所述控制器基于所述罐初始温度和所述罐初始压力以及所获取的在已经过了所述用于预充填的预定时间段之后的罐温度和罐压力而计算在从气体预充填开始经过的所述用于预充填的预定时间段内所述气罐(30)内的温度增量和压力增量，并基于所计算出的温度增量和所计算出的压力增量而从预备的充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图；以及
操作控制单元(64)，所述操作控制单元使用由所述控制器(24)选择的所述充填速度脉谱图来执行气体主充填。
2.根据权利要求1所述的气体充填系统，其中，
所述操作控制单元(64)以恒定的充填速度执行气体预充填，直到从所述气体预充填开始经过了所述预定时间段。
3.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，其中，
在从所述气体预充填开始经过的所述预定时间段期间的气体预充填的充填速度低于基于所述充填速度脉谱图而执行的气体主充填的充填速度。
4.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，其中，
所述控制器(24)基于所计算出的温度增量与所计算出的压力增量的比率来选择所述充填速度脉谱图。
5.根据权利要求4所述的气体充填系统，其中，
所述充填速度脉谱图群将各个充填速度脉谱图配置成使得充填速度随着所述比率减小而增大。
6.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，其中，
所述气体充填装置(2)具有气体供应源和冷却器，所述冷却器设置在所述气体供应源与所述气罐(30)之间并冷却来自所述气体供应源的气体，并且所述控制器(24)基于所计算出的温度增量、所计算出的压力增量和由所述冷却器冷却的气体的温度来选择所述充填速度脉谱图。
7.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，还包括：
外部空气温度传感器(23)，其中，
所述控制器(24)基于所计算出的温度增量、所计算出的压力增量和由所述外部空气温度传感器(23)检测到的外部空气温度来选择所述充填速度脉谱图。
8.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，还包括：
显示装置(22)，所述显示装置指示气体利用由所述控制器(24)选择的所述充填速度脉谱图正被充填或者已被充填到所述气罐(30)内的事实。
9.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，其中，
所述控制器(24)通过从在所述预定时间段经过之后所述气罐(30)内的压力减去在所述气体预充填开始时所述气罐(30)内的压力来计算所述压力增量。
10.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，其中，
所述控制器(24)通过将在所述预定时间段经过之后所述气罐(30)内的压力除以在所述气体预充填开始时所述气罐(30)内的压力来计算所述压力增量。
11.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，其中，
所述控制器(24)通过从在所述预定时间段经过之后所述气罐(30)内的温度减去在所述气体预充填开始时所述气罐(30)内的温度来计算所述温度增量。
12.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，其中，
所述控制器(24)通过将在所述预定时间段经过之后所述气罐(30)内的温度除以在所述气体预充填开始时所述气罐(30)内的温度来计算所述温度增量。
13.根据权利要求1或2所述的气体充填系统，还包括：
通信装置(21)，所述通信装置通过通信将在所述车辆(3)侧获取的关于所述气罐(30)内的温度和压力的信息传输到所述气体充填装置(2)侧的所述控制器(24)。
14.根据权利要求8所述的气体充填系统，其中，
为所述车辆(3)和所述气体充填装置(2)中的至少一者设置所述显示装置(22)。
15.根据权利要求13所述的气体充填系统，还包括：
存储装置(61)，所述存储装置存储由所述通信装置(21)执行的通信的历史。
16.根据权利要求13所述的气体充填系统，其中，
所述通信装置(21)包括第一通信仪器(44)和第二通信仪器，所述第一通信仪器设置成用于所述车辆(3)并传输所获取的信息，所述第二通信仪器设置成用于所述气体充填装置(2)并接收来自所述第一通信仪器(44)的信息。
17.根据权利要求15所述的气体充填系统，其中，
所述存储装置(61)安装在所述车辆(3)上。
18.一种用于将气体从气体充填装置(2)充填到设置在车辆处的气罐(30)内的气体充填方法，该方法的特征在于包括：
通过所述气体充填装置(2)开始气体预充填并持续预定时间段；
获取关于紧接在预充填开始后所述气罐(30)内的温度和压力的信息作为罐初始温度和罐初始压力；
获取关于在已经过了用于预充填的预定时间段之后所述气罐(30)内的温度和压力的信息；
基于所述罐初始温度和所述罐初始压力以及所获取的在已经过了所述用于预充填的预定时间段之后的罐温度和罐压力而计算在从气体预充填开始经过的所述用于预充填的预定时间段内所述气罐(30)内的温度增量和压力增量；
基于所计算出的温度增量和所计算出的压力增量而从预备的充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图，以及
利用所选择的充填速度脉谱图由所述气体充填装置(2)执行气体主充填。
19.一种将气体充填到设置在车辆处的气罐(30)内的气体充填装置(2)，所述车辆包括温度传感器(40)和压力传感器(42)，所述温度传感器和所述压力传感器获取关于紧接在预充填开始后所述气罐(30)内的温度和压力的信息作为罐初始温度和罐初始压力，并获取关于在已经过了用于预充填的预定时间段之后所述气罐(30)内的温度和压力的信息，所述气体充填装置的特征在于包括：
控制器(24)，所述控制器基于所述罐初始温度和所述罐初始压力以及所获取的在已经过了所述用于预充填的预定时间段之后的罐温度和罐压力而计算在从气体预充填到所述气罐(30)内开始经过的所述用于预充填的预定时间段内所述气罐(30)内的温度增量和压力增量，并基于所计算出的温度增量和所计算出的压力增量而从预备的充填速度脉谱图群选择充填速度脉谱图；以及
操作控制单元(64)，所述操作控制单元使用由所述控制器(24)选择的所述充填速度脉谱图来执行气体主充填。
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