CN110911710B - 气体供给系统、具备气体供给系统的燃料电池系统、气体供给系统的控制方法 - Google Patents

气体供给系统、具备气体供给系统的燃料电池系统、气体供给系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

气体供给系统具备：填充有气体的多个罐；供给配管，所述供给配管分支连接于所述多个罐中的每一个，构成为供所述气体流通而向供给目的地供给所述气体；多个截止阀，所述多个截止阀切断所述多个罐中的每一个与所述供给配管的连接；多个温度测量部，所述多个温度测量部测量所述多个罐中的每一个的内部温度；以及控制部，所述控制部在从所述多个截止阀关闭的状态起将所述截止阀开阀并开始所述气体的供给时，使用在开始所述气体的供给时测量出的所述多个罐中的每一个的内部温度来决定所述多个截止阀中最先开阀的截止阀。

Description

气体供给系统、具备气体供给系统的燃料电池系统、气体供给 系统的控制方法
技术领域
本公开涉及气体供给系统。
背景技术
例如，在下述的日本特开2017-157283中公开了在燃料电池系统中向燃料电池供给燃料气体的气体供给系统。日本特开2017-157283的气体供给系统通过经由分支流路与多个罐分别连接的集合流路从各罐向燃料电池的阳极供给燃料气体。向各罐的燃料气体的供给的开始和停止是通过控制分别设置于分支流路的主切断阀即截止阀的开闭来进行的。
发明内容
不限于在燃料电池系统中使用的气体供给系统，在从多个罐供给高压气体等被压缩后的气体的气体供给系统中，存在具备使从各罐流入的气体合流并引导至供给目的地的供给配管的气体供给系统。另外，在多数情况下，在这样的供给配管上，例如以承受在供给配管中流通的气体的压力的状态安装压力传感器、阀等部件。这样的供给配管、安装于供给配管的部件在向各罐补充气体后，在截止阀被打开而开始向供给目的地供给气体时，有时会因急剧的气压的上升而受到显著较大的冲击。在每次对各罐补充气体时，若反复受到这样的冲击，则供给配管、安装于供给配管的部件的耐久性有可能显著降低。
本公开的技术能够作为以下的形态来实现。
第1形态提供一种气体供给系统。该气体供给系统具备：多个罐，所述多个罐填充有气体，填充于所述多个罐的所述气体被压缩；供给配管，所述供给配管分支连接于所述多个罐中的每一个，构成为供所述气体流通而向供给目的地供给所述气体；多个截止阀，所述多个截止阀构成为切断所述多个罐中的每一个与所述供给配管的连接；多个温度测量部，所述多个温度测量部构成为测量所述多个罐各自的内部温度；以及控制部，所述控制部构成为在从所述多个截止阀关闭的状态起开始所述气体的供给时，执行将所述多个截止阀中的每一个打开的开阀控制，在所述开阀控制中，使用在开始所述气体的供给时由所述温度测量部测量出的所述多个罐中的每一个的内部温度来决定所述多个截止阀中最先开阀的所述截止阀。
根据该方式的气体供给系统，在打开截止阀而开始向供给目的地供给气体时，能够基于与各罐的内部压力具有相关性的各罐的内部温度，容易将内部压力相对较低的罐确定为最先打开截止阀的罐。因此，在为了开始气体的供给而打开各罐的截止阀时，能够缓和由供给配管、安装于供给配管的部件受到的气压引起的冲击，能够抑制它们的耐久性的降低。
也可以是，上述形态的气体供给系统还包括补充配管，所述补充配管使所述气体分支流入所述多个罐中的每一个，其中，所述控制部在所述多个截止阀关闭的状态下的通过所述补充配管进行的、所述气体相对于所述多个罐中的每一个的补充完成后，在所述开阀控制中，使相对于所述多个罐中的从所述多个罐中的每一个的第1温度减去所述多个罐中的每一个的第2温度而得到的内部温度的变化量最大的所述罐设置的所述截止阀最先开阀，所述多个罐中的每一个的第1温度是所述气体相对于所述多个罐中的每一个的补充完成时由所述温度测量部测量出的，所述多个罐中的每一个的第2温度是在开始所述气体的供给时由所述温度测量部测量出的。
根据该形态的气体供给系统，能够高精度地确定由于通过补充配管向各罐补充气体后的内部温度的降低而在开始供给气体时内部压力最低的罐。因此，能够进一步缓和供给配管、安装于供给配管的部件因开始供给气体时的气压而受到的冲击。
在上述形态的气体供给系统中，也可以是，所述控制部在所述开阀控制中使相对于所述多个罐中的在开始所述气体的供给时由所述温度测量部测量出的内部温度最低的所述罐设置的所述截止阀最先开阀。
根据该形态的气体供给系统，在向各罐补充气体后，在开始供给气体时，能够抑制供给配管、安装于供给配管的部件受到由急剧的温度上升引起的热负荷。因此，能够进一步抑制供给配管、安装于供给配管的部件的耐久性的降低。
在上述形态的气体供给系统中，也可以是，在所述供给配管安装有在所述气体流通时从所述气体受到压力的下游侧部件，所述控制部在所述开阀控制中，在存在多个成为最先开阀的候补的所述截止阀的情况下，使成为候补的所述截止阀中的、到所述下游侧部件为止的所述气体的流路长度最小的所述截止阀最先开阀。
根据该形态的气体供给系统，在向各罐补充气体后，在开始供给气体时，能够缓和下游侧部件因气体的碰撞而受到的冲击。因此，能够抑制下游侧部件的耐久性的降低。
在上述形态的气体供给系统中，在所述供给配管安装有在所述气体流通时从所述气体受到压力的下游侧部件，所述控制部在所述开阀控制中，在存在多个所述内部温度的变化量最大的所述罐的情况下，使相对于所述内部温度的变化量最大的所述罐中的每一个设置的所述截止阀中的、到所述下游侧部件为止的所述气体的流路长度最小的截止阀最先开阀。
在上述形态的气体供给系统中，也可以是，所述控制部在所述开阀控制中，在存在多个所述内部温度的变化量最大的所述罐的情况下，使所述内部温度的变化量最大的所述罐中的相对于所述第2温度最低的所述罐设置的所述截止阀最先开阀。
根据该形态的气体供给系统，在向罐补充气体后，在开始供给气体时，能够缓和供给配管、安装于供给配管的部件从气体受到的冲击、热负荷。
第2形态提供一种燃料电池系统。该形态的燃料电池系统具备燃料电池以及构成为向所述燃料电池供给反应气体的上述形态中的任一种气体供给系统。
根据该形态的燃料电池系统，在打开截止阀而开始燃料电池的发电时，能够缓和由供给配管、安装于供给配管的部件受到的气压的急剧上升引起的冲击。因此，抑制了气体供给系统中的供给配管、安装于供给配管的部件的耐久性的降低，抑制因气体供给系统的构成部件的劣化导致的反应气体向燃料电池的供给不良的发生。
第3形态提供一种气体供给系统的控制方法。该形态的气体供给系统的控制方法包括：在从多个截止阀关闭的状态起打开所述截止阀而通过供给配管开始向供给目的地供给来自多个罐中的每一个的气体时，测量所述多个罐中的每一个的内部温度，所述多个截止阀构成为切断所述供给配管与所述多个罐中的每一个的连接，所述供给配管分支连接于所述多个罐中的每一个，构成为供所述气体流通而向供给目的地供给所述气体；以及为了开始所述气体的供给，使用测量出的所述多个罐中的每一个的所述内部温度来决定所述多个截止阀中最先开阀的所述截止阀。
本公开的技术也可以以气体供给系统、具备气体供给系统的燃料电池系统、气体供给系统的控制方法以外的各种形态来实现。例如，能够以搭载气体供给系统的车辆、燃料电池系统、车辆的控制方法、实现它们的控制方法的计算机程序、记录该计算机程序的非暂时性的记录介质等形态来实现。
附图说明
以下将参照附图来说明本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术和工业重要性，其中同样的附图标记表示同样的部件，并且附图中：
图1是示出具备气体供给系统的燃料电池系统的结构的概略图。
图2是示出第1实施方式的开阀控制的流程的说明图。
图3是示出第1实施方式的决定处理的流程的说明图。
图4是例示罐的内部压力及内部温度的时间变化及截止阀的开阀定时的说明图。
图5是示出第2实施方式的决定处理的流程的说明图。
图6是示出第3实施方式的开阀控制的流程的说明图。
图7是示出第3实施方式的决定处理的流程的说明图。
具体实施方式
1.第1实施方式：
图1是示出具备第1实施方式中的气体供给系统20的燃料电池系统100的结构的概略图。燃料电池系统100具备接受燃料气体和氧化剂气体的供给而发电的燃料电池10和控制燃料电池10的发电的控制部15。另外，燃料电池系统100具备进行相对于燃料电池10的燃料气体的供给及循环的第1实施方式的气体供给系统20和进行相对于燃料电池10的氧化剂气体的供给及排出的氧化剂气体给排部80。
在第1实施方式中，燃料电池系统100搭载于燃料电池车辆。燃料电池系统100中燃料电池10发电的电力除了用于燃料电池车辆的行驶以外，还在燃料电池车辆的辅机类构件或电装件中被消耗。燃料电池10发电的电力也可以用于外部供电。
燃料电池10是通过作为反应气体的燃料气体和氧化剂气体的电化学反应而发电的固体高分子型燃料电池。在第1实施方式中，燃料气体是氢，氧化剂气体是空气中含有的氧。燃料电池10具有层叠多个单电池11而成的堆叠构造。各单电池11各自为以单体也能够发电的发电要素。各单电池11具有在电解质膜的两面配置有电极的发电体即膜电极接合体和夹着膜电极接合体的两片隔膜/隔板。电解质膜由在内部包含水分的湿润状态时显示良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。此外，省略对所述单电池11的各构成要素的图示。
在燃料电池10中设置有作为用于使反应气体在各单电池11流通的分支流路的歧管M1～M4。第1歧管M1与各单电池11的阳极的入口连通，第2歧管M2与各单电池11的阳极的出口连通。另外，第3歧管M3与各单电池11的阴极的入口连通，第4歧管M4与各单电池11的阴极的出口连通。
燃料电池10并不限定于固体高分子型燃料电池。在其它实施方式中，燃料电池10例如能够采用以固体氧化物型燃料电池为代表的、接受反应气体的供给而发电的各种类型的燃料电池。
控制部15由具备一个或多个中央处理装置(CPU)和主存储装置的ECU(ElectronicControl Unit：电子控制单元)构成。控制部15通过CPU执行在主存储装置上读取的程序或命令，发挥用于控制燃料电池10的发电的各种功能。
在第1实施方式中，控制部15还作为气体供给系统20的控制部发挥功能，执行后述的气体供给系统20的各种控制。控制部15是构成气体供给系统20的构成要素之一。此外，在其它实施方式中，气体供给系统20的控制部也可以与燃料电池系统100的控制部15分开设置。
气体供给系统20将从气体供给系统20的外部补充并储存的燃料气体向燃料电池10供给。气体供给系统20具备承担燃料气体的储存和供给的供给部30、使从燃料电池10不用于发电而排出的燃料气体向燃料电池10循环的循环部40以及向供给部30补充燃料气体的补充部50。供给部30具备填充有燃料气体的多个罐31、将罐31中的每一个与燃料电池10连接的供给配管32以及分别与罐31一一对应地设置的多个截止阀33。
各罐31储存燃料气体。储存于各罐31的燃料气体被压缩。在第1实施方式中，各罐31由高压气体罐构成。各罐31优选具有35MPa以上的耐压性能，更优选具有70MPa以上的耐压性能。
在第1实施方式中，供给部30具备三个罐31A、31B、31C作为多个罐31。各罐31A、31B、31C分别能够填充燃料气体的容量相互不同。能够向各罐31A、31B、31C填充燃料气体的容量按第1罐31A、第2罐31B、第3罐31C的顺序依次增大。此外，在以下的说明中，在不需要特别区分3个罐31A、31B、31C的情况下，统称为“罐31”。
此外，气体供给系统20所具备的罐31的数量并不限定于3个。在其它实施方式中，气体供给系统20可以具备任意的两个以上的罐31。另外，在其它实施方式中，罐31的燃料气体能够填充的容量也可以在一部分的罐31或者全部的罐31中相同。
罐31具备由中空的容器构成的罐主体部311、对罐主体部311的开口部进行密封的口承部(盖部)312、以及配置于罐主体部311的内部的温度测量部313。罐主体部311具有树脂内衬的表层由强化纤维层覆盖的结构。强化纤维层通过使浸渍于卷绕在树脂内衬的表层上的碳纤维的热固性树脂热固化而形成。此外，在其它实施方式中，罐主体部311也可以具备金属制的内衬来代替树脂内衬。
口承部312是气密地安装在设置于罐主体部311的一端的未图示的开口部的金属部件。在口承部312上一体地安装有截止阀33和后述的止回阀53。
温度测量部313由温度传感器构成。温度测量部313配置于罐主体部311的内部空间，暴露在填充于罐31的燃料气体中。温度测量部313测量罐31的内部温度，并将该测量结果输出到控制部15。
供给配管32的下游侧与燃料电池10的第1歧管M1连接。供给配管32的上游侧经由截止阀33分支连接于各罐31。从各罐31向燃料电池10的阳极供给的燃料气体在供给配管32中流通。
截止阀33是各罐31的主截止阀，在控制部15的控制下进行开闭。截止阀33切断对应的罐31与供给配管32之间的连接。在后述的开阀控制中，控制部15通过使用从温度测量部313取得的各罐31的内部温度的温度信息来决定截止阀33的开阀顺序，从而抑制与截止阀33的开阀相伴的供给配管32中的急剧的压力上升。
供给部30还具备对在供给配管32中流动的燃料气体的压力进行测量的压力测量部34、对供给配管32的燃料气体的压力进行调整的调压阀35以及朝向燃料电池10喷射燃料气体的喷射器36。压力测量部34、调压阀35及喷射器36在比罐31靠下游侧的位置从上游侧依次设置于供给配管32。此外，以下，将压力测量部34、调压阀35、喷射器36等在比各罐31(各截止阀33)靠下游侧的位置安装于供给配管32且暴露于在供给配管32中流动的气体的部件也称为“下游侧部件”。
压力测量部34将测量结果发送给控制部15。调压阀35是压力调节器，调整喷射器36的上游侧的压力。调压阀35的开度由控制部15控制。喷射器36是电磁驱动式的开闭阀。喷射器36的驱动周期由控制部15控制。控制部15在燃料电池10发电时，基于压力测量部34的测量结果，控制调压阀35的开度和喷射器36的驱动周期，控制燃料气体相对于燃料电池10的阳极的供给压力、供给量。
循环部40具备与燃料电池10连接的阳极排气配管41、与阳极排气配管41连接的气液分离部42、与气液分离部42连接的循环配管43及排水配管44。循环部40还具备设置于循环配管43的循环泵45和设置于排水配管44的排水阀46。
阳极排气配管41与燃料电池10的第2歧管M2连接，将通过第2歧管M2从燃料电池10排出的阳极排气向气液分离部42引导。阳极排气包括从燃料电池10的阳极排出的燃料气体、惰性气体、水分。
气液分离部42将流入的阳极排气分离成气体成分和液体成分。气体成分从气液分离部42向循环配管43引导。液体成分作为排水贮存在气液分离部42的贮存部42s中。
循环配管43与供给配管32中的喷射器36的上游侧连接。控制部15在燃料电池10发电时驱动循环泵45，将在循环配管43中流动的阳极排气的气体成分向供给部30的供给配管32送出。由此，阳极排气包含的燃料气体通过供给部30的供给配管32向燃料电池10循环，因此燃料气体的利用效率提高。
排水配管44与气液分离部42的贮存部42s连接。排水配管44的排水阀46在控制部15的控制下进行开闭。在燃料电池10发电时，控制部15在预先决定的开阀周期到达时打开排水阀46，将贮存在气液分离部42中的排水通过排水配管44排出。在第1实施方式中，排水配管44与后述的阴极排气配管84连接，贮存于气液分离部42的排水通过阴极排气配管84向燃料电池系统100的外部排出。
此外，在其它实施方式中，也可以省略气体供给系统20的循环部40。在该情况下，例如，阳极排气也可以从与第2歧管M2连接的阳极排气配管41直接向燃料电池系统100的外部排出。
补充部50具备接受燃料气体的接受器(容器)51、连接接受器51和各罐31的补充配管52以及相对于各罐31各设置一个的多个止回阀53。另外，补充部50具有设置于补充配管52的补充压力测量部54和检测向罐31补充燃料气体的补充检测部55。
通过接受器51进行供给部30向各罐31的燃料气体的补充。接受器51以朝向燃料电池车辆的外部开口的方式设置于燃料电池车辆的车身。除了进行燃料气体的补充时以外，接受器51通常由能够转动地安装于燃料电池车辆的车身的盖201封闭。
在盖201打开的状态下，接受器51接受燃料气体的补给源所具备的燃料气体的喷射喷嘴的连接。燃料气体的补给源例如是设置在氢站的分配器。从喷射喷嘴喷射的燃料气体通过接受器51流入补充配管52。在接受器51的内部设置有用于防止燃料气体向外部泄漏的入口止回阀51v。
在接受器51的附近设置有用于供控制部15进行与燃料气体的补给源的通信的通信部202。通信部202例如由红外线通信装置构成。
补充配管52通过与各罐31一一对应地设置的止回阀53而分支连接于各罐31。如上所述，止回阀53与供给部30的截止阀33一起一体地安装于各罐31的口承部312。从接受器51补充的燃料气体通过补充配管52向各罐31分支流入。止回阀53抑制从各罐31内部朝向补充配管52的燃料气体的逆流。由此，如后参照图4说明的那样，在通过补充配管52向各罐31的燃料气体的补充完成之后，各罐31的内部压力立即成为大致相等的状态。
补充压力测量部54测量在补充配管52中流动的燃料气体的压力并将其发送给控制部15。控制部15在向各罐31补充燃料气体时，经由通信部202开始与燃料气体的补给源的通信。控制部15将由补充压力测量部54测量的压力的测量结果和由温度测量部313测量的各罐31的内部温度的测量结果发送给燃料气体的补给源。这些信息在燃料气体的补给源侧用于燃料气体的补充量的控制。
补充检测部55例如由用盖201对接受器51的开闭进行电检测的传感器构成。控制部15在将盖201打开而使接受器51开放时，检测到对各罐31的燃料气体的补充开始。另外，控制部15在利用盖201封闭接受器51时，检测到对各罐31的燃料气体的补充完成。
在其它实施方式中，补充检测部55例如可以由对接受器51与燃料气体的补给源的喷射喷嘴的连接进行电检测的传感器构成。在该情况下，控制部15在喷射喷嘴与接受器51连接时，检测到对各罐31的燃料气体的补充开始，在从接受器51卸下喷射喷嘴时，检测到对各罐31的燃料气体的补充完成。
另外，在其它实施方式中，补充检测部55也可以不是作为传感器实现，而是作为控制部15的一个功能部实现。控制部15例如也可以在利用补充配管52的补充压力测量部54检测到预定的压力上升时，检测到向各罐31的燃料气体的补充开始，然后，在检测到预定的压力降低时，检测到向各罐31的燃料气体的补充完成。或者，控制部15也可以在开始与燃料气体的补给源的通信时，检测到向各罐31的燃料气体的补充开始，在与燃料气体的补给源的通信结束时，检测到向各罐31的燃料气体的补充完成。
氧化剂气体给排部80具备与燃料电池10的第3歧管M3连接的阴极气体配管81、设置于阴极气体配管81的压缩机82以及设置于阴极气体配管81的开闭阀83。压缩机82在控制部15的控制下进行驱动。控制部15在燃料电池10发电时，利用压缩机82压缩通过未图示的进气口取入的外部气体，并通过阴极气体配管81向燃料电池10的各单电池11的阴极供给。开闭阀83通常处于关闭的状态，在从压缩机82送出预先决定的压力以上的压缩空气时进行开阀。
氧化剂气体给排部80还具备与燃料电池10的第4歧管M4连接的阴极排气配管84和设置于阴极排气配管84的调压阀85。阴极排气配管84将从燃料电池10的阴极排出的阴极排气向燃料电池系统100的外部引导。阴极排气包括在燃料电池10的阴极中未被消耗的氧化剂气体、惰性气体、存在于燃料电池10的阴极侧的水分。控制部15在燃料电池10发电时，控制调压阀85的开度，控制阴极排气配管84内的压力、即燃料电池10的阴极侧的背压。
优选的是，燃料电池系统100除此之外还具备使制冷剂在设置于燃料电池10的各单电池11之间的流路中流通来控制燃料电池10的运转温度的制冷剂供给部。在本说明书中，省略对制冷剂供给部的图示及详细的说明。
图2是示出在第1实施方式的气体供给系统20中执行的开阀控制的流程的说明图。开阀控制是为了在开始向供给目的地供给燃料气体时将在停止向供给目的地供给燃料气体时关闭的各截止阀33开阀而由控制部15执行的控制。在该开阀控制中，在通过补充部50进行供给部30向各罐31的燃料气体的补充之后，在开始从供给部30供给燃料气体时，决定在各罐31的截止阀33中最先开阀的截止阀。另外，在第1实施方式中，决定多个截止阀33的开阀顺序。通过该开阀控制，在通过供给配管32的燃料气体的供给开始时，抑制了供给配管32中的压力急剧上升引起的不良情况。
控制部15关闭各罐31的截止阀33，切断供给配管32与各罐31之间的连接，停止燃料气体从供给部30的供给之后，开始该开阀控制。例如在燃料电池车辆的驾驶员进行燃料电池车辆的点火断开的操作而控制部15停止燃料电池10的发电时开始开阀控制。
在步骤S10中，控制部15利用补充检测部55检测向各罐31的燃料气体的补充。如步骤S10的“否”的箭头所示，开阀控制在利用补充检测部55检测到向各罐31的燃料气体的补充开始之前的期间，成为待机状态。控制部15在该待机状态的期间，例如在接收到由驾驶员进行的点火接通的操作等的开始燃料电池10的发电的指令的情况下，作为未进行向各罐31的燃料气体的补充的情况，结束开阀控制，开始通常的燃料气体的供给控制。
如步骤S10的“是”的箭头所示，在检测到向各罐31的燃料气体的补充开始之后，在步骤S20中，控制部15利用补充检测部55检测到向各罐31的燃料气体的补充完成。如步骤S20的“否”的箭头所示，开阀控制在检测到向各罐31的燃料气体的补充完成之前的期间、即通过补充部50向各罐31补充燃料气体的期间，成为待机状态。如步骤S20的“是”的箭头所示，在检测到向各罐31的燃料气体的补充完成之后，在步骤S30中，控制部15利用温度测量部313测量各罐31的内部温度。
在步骤S40中，控制部15检测到燃料气体的供给开始。更具体而言，控制部15检测到燃料气体的供给开始的指令。在第1实施方式中，燃料气体的供给开始的指令例如是由驾驶员进行的点火接通的操作等的开始燃料电池10的发电的指令。如步骤S40的“否”的箭头所示，开阀控制在检测到燃料气体的供给开始的指令之前的期间，成为待机状态。如步骤S40的“是”的箭头所示，当检测到燃料气体的供给开始的指令时，在步骤S50中，控制部15利用温度测量部313测量各罐31的内部温度。
在步骤S60中，控制部15使用在步骤S50中测量出的开始燃料气体的供给时的各罐31的内部温度，执行决定相对于每个罐31设置的多个截止阀33中最先开阀的截止阀33的决定处理。在第1实施方式中，控制部15使用在步骤S50中测量出的各罐31的内部温度和在步骤S30中燃料气体的补充完成时测量出的各罐31的内部温度，决定最先开阀的截止阀33。
图3是示出在开阀控制的步骤S60中执行的决定处理的流程的说明图。在步骤S61中，控制部15算出从燃料气体的补充完成时起到检测到燃料气体的供给开始的指令为止的期间的各罐31的内部温度的变化量ΔT。
在此，将在图2所示的开阀控制的步骤S30中测量出的温度、即燃料气体的补充完成时由温度测量部313测量出的各罐31的内部温度作为第1温度T1。另外，将在图2所示的开阀控制的步骤S50中测量出的温度、即开始燃料气体的供给时由温度测量部313测量出的各罐31的内部温度作为第2温度T2。在步骤S61中，控制部15从第1温度T1减去第2温度T2来算出内部温度的变化量ΔT。通常，各罐31的内部温度在燃料气体的补充完成时最高，因此ΔT为大于0的正值。
在步骤S63中，控制部15执行内部温度的变化量ΔT的大小判定，判定内部温度的变化量ΔT最大的罐31是否有多个。此外，在由控制部15进行的内部温度的变化量ΔT的大小判定中，如果在某种程度的测量误差的范围内，则即使是不同的值的内部温度的变化量ΔT，也判定为实质上相等。例如，即使在两个内部温度的变化量ΔT之间存在±5％的差的情况下，控制部15也判定为两者实质上相等。
在内部温度的变化量ΔT最大的罐31确定为1个的情况下，在步骤S65中，控制部15决定相对于该罐31设置的截止阀33为最先开阀的截止阀33。在内部温度的变化量ΔT最大的罐31存在多个的情况下，成为最先开阀的候补的截止阀33为多个。在该情况下，在步骤S67中，控制部15决定内部温度的变化量ΔT最大的罐31中的、相对于第2温度T2最低的罐31设置的截止阀33为最先开阀的截止阀33。在内部温度的变化量ΔT最大的罐31为3个以上的情况下，控制部15决定从相对于第2温度T2低的罐31设置的截止阀33起依次开阀。关于用这样的方法决定最先开阀的截止阀33的理由将在后面叙述。
参照图2。在步骤S70中，控制部15针对剩余的截止阀33决定开阀顺序。在第1实施方式中，控制部15决定为，在步骤S50中测量出的开始燃料气体的供给时的罐31的内部温度即第2温度T2越低的罐31的截止阀33越先开阀。这样，在燃料气体的供给开始时，能够抑制在供给配管32中流动的燃料气体的温度急剧上升。因此，能够抑制对供给配管32、安装于供给配管32的下游侧部件施加热负荷。此外，在其它实施方式的步骤S70中，也可以是，控制部15决定为，相对于内部温度的变化量ΔT越大的罐31设置的截止阀33越先开阀。
在步骤S80中，控制部15按照在步骤S60～S70中决定的开阀的顺序，执行将各罐31的截止阀33开阀的开阀处理。各截止阀33的开阀定时的间隔例如可以设为1秒以下或者数秒左右。控制部15结束开阀控制，开始用于使燃料电池10发电的燃料气体的供给控制。
在图4中图示了示出执行开阀控制的期间的各罐31A、31B、31C的内部压力Pa、Pb、Pc以及内部温度Ta、Tb、Tc的时间变化的一例的图表。另外，在图4中，与各罐31的内部压力Pa、Pb、Pc与内部温度Ta、Tb、Tc的图表匹配地图示了示出各罐31A、31B、31C的截止阀33开闭的定时的一例的时序图。
在时刻t0，为了补充燃料气体，相对于各罐31A、31B、31C设置的各截止阀33闭阀，停止由气体供给系统20向燃料电池10的燃料气体的供给。在该时刻，各罐31的内部温度Ta、Tb、Tc产生偏差。该偏差是根据各罐31的结构的不同、到目前为止的使用环境的不同而产生的。各罐31的内部温度的偏差例如由相对于各罐31的容量的燃料气体的流出量的差、各罐31相对于燃料电池10等的热源的距离的差、基于各罐31的形状、配置位置的散热性的不同等而产生。
在时刻t1～t2，通过补充部50的补充配管52向各罐31填充燃料气体。在该期间，燃料气体通过补充配管52分流到各罐31，因此，各罐31的内部压力Pa、Pb、Pc大致相等地上升，在时刻t2的各罐31的内部压力Pa、Pb、Pc大致相等。与此相对，各罐31的内部温度Ta、Tb、Tc在时刻t1～t2的期间，按每个罐31进行不同的变化。该变化的差异例如起因于在燃料气体的补充开始时刻的各罐31的内部温度Ta、Tb、Tc的差、各罐31的容量的差、各罐31相对于燃料电池10等的热源的距离的差、基于各罐31的形状、配置位置的散热性的差异等。在图2所示的开阀控制的步骤S30中，测量在时刻t2的各罐31的内部温度Ta、Tb、Tc作为第1温度T1。
在时刻t2完成向各罐31的燃料气体的补充之后，在时刻t3，控制部15检测到开始燃料电池10的发电的指令、即气体供给系统20的燃料气体的供给开始的指令。时刻t2～t3的期间相当于从在氢站的燃料气体的补充作业完成之后到燃料电池车辆为了开始行驶而起动为止的时间。时刻t2～t3的期间例如是从1分钟到数分钟左右的较短期间。在时刻t2～t3的期间，各罐31的内部温度Ta、Tb、Tc降低，伴随于此，各罐31的内部压力Pa、Pb、Pc也降低。在时刻t2～t3的内部温度Ta、Tb、Tc的降低量受到各种条件的影响。各种条件例如是燃料气体的补充完成时刻的内部温度Ta、Tb、Tc、各罐31A、31B、31C的容量、各罐31A、31B、31C相对于热源的距离、基于各罐31A、31B、31C的形状、配置位置的散热性等。
在图2所示的开阀控制的步骤S50中，测量在时刻t3的各罐31的内部温度作为第2温度T2。在步骤S60中用于决定最先开阀的截止阀33的内部温度的变化量ΔT相当于图4中的时刻t2～t3的期间中的各罐31的内部温度的降低量，是反映了上述那样的各罐31固有的各种条件的值。开始燃料气体的供给时的各罐31的内部压力根据针对各罐31的燃料气体的补充完成时的各罐31所共用的内部压力，与按每个罐31得到的内部温度的变化量ΔT的大小相应地降低。因此，内部温度的变化量ΔT最大的罐31在开始燃料气体的供给时的内部压力最低。这样，如果使用根据各罐31固有的各种条件而变化的内部温度的变化量ΔT，则在向各罐31补充燃料气体后，能够简易且高精度地确定在开始燃料气体的供给时内部压力最低的罐31。
在图4的时刻t3之后，按照在图2的开阀控制的步骤S60、S70中决定的顺序将各罐31的截止阀33开阀。在图4所示的例子中，变化量ΔT最大的第1罐31A的截止阀33最先开阀。接着，第2温度T2最低的第3罐31C的截止阀33开阀，最后第2罐31B的截止阀33开阀。
如上所述，根据第1实施方式的开阀控制，这样的内部温度的变化量ΔT最大，在补充燃料气体后内部压力最低的罐31的截止阀33最先开阀。因此，在开始向作为供给目的地的燃料电池10供给燃料气体时，供给配管32及其下游侧部件受到的气压所引起的冲击被缓和。因此，在完成对各罐31的燃料气体的补充后，每当开始燃料气体的供给时，抑制供给配管32及其下游侧部件反复受到由气压引起的冲击而劣化。因此，抑制了这些供给配管32、下游侧部件的耐久性的降低。
在第1实施方式的开阀控制中，控制部15在最先开阀的截止阀33的决定中，使用各罐31的内部温度的变化量ΔT。如参照图4说明的那样，燃料气体的补充完成后的各罐31的内部压力因燃料气体的补充前的燃料气体的供给状况的不同、各罐31的容量/形状、各罐31的配置环境等各种条件而在各罐31间产生偏差。内部温度的变化量ΔT的差适当地表示由这样的各罐31各自固有的条件产生的内部压力的差。因此，根据第1实施方式的开阀控制，即使不在各罐31设置用于测量其内部压力的压力传感器，也能够更高精度且简单地确定在燃料气体的供给开始时内部压力最低的罐31。
根据第1实施方式的开阀控制，在内部温度的变化量ΔT最大的罐31存在多个且成为最先开阀的候补的截止阀33存在多个的情况下，决定为使在开始燃料气体的供给时测量出的内部温度即第2温度T2最低的罐31的截止阀33最先开阀。由此，能够使更低温的燃料气体最先向供给配管32流入，能够抑制供给配管32及其下游侧部件的热劣化。
根据第1实施方式的燃料电池系统100，由于具备这样的气体供给系统20，因此能够抑制因供给配管32及其下游侧部件的劣化导致的燃料气体的供给不良、泄漏。此外，根据第1实施方式的气体供给系统20以及具备该气体供给系统20的燃料电池系统100、气体供给系统20的控制方法，能够起到在第1实施方式中说明的各种作用效果。
2.第2实施方式：
图5是示出决定在第2实施方式的开阀控制中执行的最先开阀的截止阀33的决定处理的流程的说明图。执行第2实施方式的开阀控制的第2实施方式的气体供给系统具有与在第1实施方式中说明的图1所示的气体供给系统20相同的系统结构。第2实施方式的开阀控制除了步骤S60中的决定处理的内容不同这一点以外，与第1实施方式中说明的内容同样地执行。第2实施方式中的决定处理的流程除了执行第2实施方式的步骤S67a的处理来代替在第1实施方式中说明的步骤S67的处理这一点以外，与在第1实施方式中说明的图3的决定处理的流程大致相同。
在第2实施方式的决定处理中，在内部温度的变化量ΔT最大的罐31存在多个的情况下，在步骤S67a中，控制部15决定为使成为这些候补的截止阀33中的、到下游侧部件为止的气体的流路长度最小的截止阀成为最先开阀的截止阀。“气体的流路长度”是指从罐31到下游侧部件之间的供给配管32的长度。即，决定为使内部温度的变化量ΔT最大的罐31中的、与供给配管32的最下游侧连接的罐31的截止阀33最先开阀。在成为候补的截止阀33为3个以上的情况下，控制部15决定为从到下游侧部件为止的气体的流路长度较小的截止阀33起依次开阀。由此，在截止阀33最先开阀时，能够减小供给配管32的下游侧部件因燃料气体的碰撞而受到的压力，因此能够抑制下游侧部件的随时间的损伤、劣化。此外，根据第2实施方式的气体供给系统20以及具备该气体供给系统20的燃料电池系统100、气体供给系统20的控制方法，能够起到在第1实施方式及本第2实施方式中说明的各种作用效果。
3.第3实施方式：
图6是示出第3实施方式的开阀控制的流程的说明图。执行第3实施方式的开阀控制的第3实施方式的气体供给系统具有与在第1实施方式中说明的图1所示的气体供给系统20相同的系统结构。除了以下说明的方面以外，第3实施方式的开阀控制与第2实施方式的开阀控制大致相同。在第3实施方式的开阀控制中，也可以是，省略步骤S30，控制部15在针对各罐31的燃料气体的补充完成后，不测量各罐31的内部温度。另外，在第3实施方式的开阀控制中，执行最先开阀的截止阀33的决定条件不同的步骤S60b的决定处理来代替在第2实施方式中说明的图5所示的步骤S60的决定处理。
图7是示出在第3实施方式的开阀控制的步骤S60b中执行的决定最先开阀的截止阀33的决定处理的流程的说明图。在第3实施方式的决定处理中，在图6的步骤S40中检测到燃料气体的供给开始的指令之后，使用在步骤S50中测量出的开始燃料气体的供给时的各罐31的内部温度，决定最先开阀的截止阀33。
在步骤S63b中，控制部15执行各罐31的内部温度的高低判定，判定是否存在多个内部温度最低的罐31。此外，在由控制部15进行的内部温度的高低判定中，如果在某种程度的测量误差的范围内，则判定为即使是不同的值的内部温度也相等。例如，即使在两个内部温度之间存在±5％的差的情况下，控制部15也判定为两者相等。
在能够确定内部温度最低的一个罐31的情况下，在步骤S65b中，控制部15决定相对于该罐31设置的截止阀33为最先开阀的截止阀33。在内部温度最低的罐31存在多个的情况下，在步骤S67b中，控制部15决定内部温度最低的罐31的截止阀33中的、到供给配管32的下游侧部件为止的流路长度最小的截止阀为最先开阀的截止阀33。在内部温度最低的罐31存在3个以上的情况下，控制部15决定为从到下游侧部件为止的流路长度小的截止阀33起依次开阀。
根据第3实施方式的开阀控制，使内部温度最低的罐31的截止阀33最先开阀。因此，在使截止阀33最先开阀时，抑制最初高温的燃料气体流入供给配管32而使得供给配管32及下游侧部件的温度急剧上升的情形。因此，每当完成对各罐31的燃料气体的补充时，供给配管32及其下游侧部件反复受到因这样的急剧的温度上升引起的热负荷而劣化的情况得到抑制。另外，在内部温度最低的罐31中，其内部压力低的可能性高。因此，能够抑制在开始燃料气体的供给时由于流入供给配管32的燃料气体的压力而供给配管32、下游侧部件受到冲击。因此，每当完成对各罐31的燃料气体的补充时，能够抑制供给配管32及其下游侧部件反复受到由气压引起的冲击而劣化的情形。
另外，根据第3实施方式的开阀控制，在成为最先开阀的候补的截止阀33存在多个的情况下，成为其候补的截止阀33中的、相对于下游侧部件的流路长度小的截止阀33最先开阀。因此，在截止阀33最先开阀时，能够减小供给配管32的下游侧部件因燃料气体的碰撞而受到的压力，能够抑制下游侧部件的随时间的损伤、劣化。此外，根据第3实施方式的气体供给系统20以及具备该气体供给系统20的燃料电池系统100、气体供给系统20的控制方法，能够起到第1实施方式、第2实施方式及本第3实施方式中说明的各种作用效果。
4.其它实施方式
在上述各实施方式中说明的各种结构例如能够如以下那样进行改变。以下说明的其它实施方式均与上述各实施方式同样地，作为用于实施本公开的技术的形态的一个例子而被定位。
(1)其它实施方式1：
在上述各实施方式的步骤S60、S60b中，在内部温度的变化量ΔT最大的罐31、或者燃料气体的供给开始时的内部温度最小的罐31存在多个的情况下，也可以将相对于这些多个罐31设置的各截止阀33同时开阀。或者，也可以按照预先决定的优先顺序，从相对于这些多个罐31设置的多个截止阀33中，决定最先开阀的截止阀33。
(2)其它实施方式2：
在所述各实施方式的开阀控制中的步骤S70中，也可以是，控制部15决定为相对于下游侧部件的流路长度越小的截止阀33越先开阀。另外，在上述各实施方式的开阀控制中，也可以省略步骤S70。在该情况下的步骤S80的开阀处理中，也可以在步骤S60、S60b中决定为最先开阀的截止阀33开阀之后，同时或者以预先决定的优先顺序对剩余的截止阀33进行开阀。
(3)其它实施方式3：
在上述各实施方式中，也可以是，气体供给系统20不进行从燃料电池10排出的排气的处理而仅执行对燃料电池10的燃料气体的供给。另外，气体供给系统20也可以作为将氧化剂气体代替燃料气体向燃料电池10的阴极供给的系统而应用。在该情况下，在各罐31中填充氧化剂气体。在上述各实施方式中，气体供给系统20也可以不组装于燃料电池系统100，也可以向燃料电池10以外的供给目的地供给气体。气体供给系统20例如也可以向氢发动机供给氢。气体供给系统20也可以向供给目的地供给氢以外的气体。气体供给系统20例如也可以向消耗天然气的燃烧系统供给天然气。
(4)其它实施方式4：
在上述各实施方式中，也可以是，气体供给系统20在向各罐31的燃料气体的补充完成后以外时，从截止阀33关闭的状态起，利用与步骤S60、S60b～S80同样的处理使截止阀33开阀，开始燃料气体的供给。在该情况下，控制部15例如也可以如第3实施方式那样，决定使相对于开始燃料气体的供给时测量出的内部温度最小的罐31设置的截止阀33最先开阀。或者，控制部15也可以测量截止阀33关闭时的各罐31的内部温度并非易失性地进行存储，使用该存储的内部温度和在开始燃料气体的供给时测量出的各罐31的内部温度，决定最先开阀的截止阀33。在该情况下，控制部15也可以使相对于从截止阀33关闭时的各罐31的内部温度减去开始燃料气体的供给时的各罐31的内部温度而得到的内部温度的变化量最大的罐31设置的截止阀33最先开阀。
5.其它：
在上述实施方式中，通过软件实现的功能及处理的一部分或者全部也可以通过硬件来实现。另外，通过硬件实现的功能及处理的一部分或者全部也可以通过软件来实现。作为硬件，例如可以使用集成电路、分立电路、或者组合了这些电路的电路模块等各种电路。
本公开的技术并不限于上述实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了实现上述效果的一部分或全部，与发明概要栏记载的各形态中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，并不限于其技术特征在本说明书中被说明为不是必须的，如果其技术特征在本说明书中未被说明为是必须的，则能够适当地删除。

Claims (6)

1.一种气体供给系统，其特征在于，包括：
多个罐，所述多个罐填充有气体，填充于所述多个罐的所述气体被压缩；
供给配管，所述供给配管分支连接于所述多个罐中的每一个，构成为供所述气体流通而向供给目的地供给所述气体；
多个截止阀，所述多个截止阀构成为切断所述多个罐中的每一个与所述供给配管的连接；
多个温度测量部，所述多个温度测量部构成为测量所述多个罐中的每一个的内部温度，
补充配管，所述补充配管使所述气体分支流入所述多个罐中的每一个；以及
控制部，所述控制部构成为在从所述多个截止阀关闭的状态起开始所述气体的供给时，执行将所述多个截止阀中的每一个打开的开阀控制，在所述开阀控制中，使用在开始所述气体的供给时由所述温度测量部测量出的所述多个罐中的每一个的内部温度来决定所述多个截止阀中最先开阀的所述截止阀，
其中，所述控制部在所述多个截止阀关闭的状态下的通过所述补充配管进行的、所述气体相对于所述多个罐中的每一个的补充完成后，在所述开阀控制中，
使相对于所述多个罐中的从所述多个罐中的每一个的第1温度减去所述多个罐中的每一个的第2温度而得到的内部温度的变化量最大的所述罐设置的所述截止阀最先开阀，所述多个罐中的每一个的第1温度是所述气体相对于所述多个罐中的每一个的补充完成时由所述温度测量部测量出的，所述多个罐中的每一个的第2温度是在开始所述气体的供给时由所述温度测量部测量出的。
2.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
在所述供给配管安装有在所述气体流通时从所述气体受到压力的下游侧部件，
所述控制部在所述开阀控制中，在存在多个成为最先开阀的候补的所述截止阀的情况下，使成为候补的所述截止阀中的、到所述下游侧部件为止的所述气体的流路长度最小的所述截止阀最先开阀。
3.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
在所述供给配管安装有在所述气体流通时从所述气体受到压力的下游侧部件，
所述控制部在所述开阀控制中，在存在多个所述内部温度的变化量最大的所述罐的情况下，使相对于所述内部温度的变化量最大的所述罐中的每一个设置的所述截止阀中的、到所述下游侧部件为止的所述气体的流路长度最小的截止阀最先开阀。
4.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
所述控制部在所述开阀控制中，在存在多个所述内部温度的变化量最大的所述罐的情况下，使所述内部温度的变化量最大的所述罐中的相对于所述第2温度最低的所述罐设置的所述截止阀最先开阀。
5.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池；以及
构成为向所述燃料电池供给反应气体的权利要求1~4中任一项所述的气体供给系统。
6.一种气体供给系统的控制方法，其特征在于，包括：
在从多个截止阀关闭的状态起打开所述截止阀而通过供给配管开始向供给目的地供给来自多个罐中的每一个的气体时，测量所述多个罐中的每一个的内部温度，所述多个截止阀构成为切断所述供给配管与所述多个罐中的每一个的连接，所述供给配管分支连接于所述多个罐中的每一个，构成为供所述气体流通而向供给目的地供给所述气体；以及
为了开始所述气体的供给，使用测量出的所述多个罐中的每一个的所述内部温度来决定所述多个截止阀中最先开阀的所述截止阀，
在所述多个截止阀关闭的状态下的通过使所述气体分支流入所述多个罐中的每一个的补充配管进行的、所述气体相对于所述多个罐中的每一个的补充完成后，使相对于所述多个罐中的从所述多个罐中的每一个的第1温度减去所述多个罐中的每一个的第2温度而得到的内部温度的变化量最大的所述罐设置的所述截止阀最先开阀，所述多个罐中的每一个的第1温度是所述气体相对于所述多个罐中的每一个的补充完成时由温度测量部测量出的，所述多个罐中的每一个的第2温度是在开始所述气体的供给时由所述温度测量部测量出的。
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