CN112615025A - 气体供给系统和推定气罐的内部压力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的气体供给系统具备气罐、将从气罐供给的气体的压力减压的非平衡式减压阀、检测减压阀的二次侧的压力的压力传感器、变更减压阀的二次侧的流量的流量变更部、以及控制部。控制部使减压阀的二次侧的流量在第1流量与第2流量之间变更，从压力传感器取得作为二次侧的流量为第1流量时的压力传感器的检测值的第1压力、和作为二次侧的流量为第2流量时的压力传感器的检测值的第2压力，使用第1流量、第2流量、以及第1压力与所述第2压力的差值的关系来推定减压阀的一次侧的压力。

Description

气体供给系统和推定气罐的内部压力的方法
技术领域
本发明涉及气体供给系统和推定气罐的内部压力的方法。
背景技术
作为气体供给系统，公知有向消耗氢的燃料电池供给氢的系统，并且该系统具备填充有氢的气罐。作为推定气罐内的气体余量的方法，公知有使用直接检测气罐内的压力的罐压传感器的方法(例如，参照日本特开2004-179114)。
作为罐压传感器，优选使用检测范围足够大的传感器，以便能够从充满时到气体余量所剩无几为止一直检测气罐内的压力。但是，一般来说，传感器的检测范围越大，检测灵敏度越低，检测值相对于真值的偏差幅度有可能变大。因此，期望能够高精度地检测气罐内的压力的技术。特别是期望在气罐内的气体余量减少从而气罐内的压力比较低时高精度地检测气罐内的压力的技术。
发明内容
本发明能够作为以下的形态来实现。
(1)本发明的第1形态涉及气体供给系统。该气体供给系统具备：气罐，储藏加压后的气体；气体供给路，将消耗上述气体的气体消耗装置与上述气罐连接；减压阀，是伴随着一次侧的压力的增加而二次侧的压力进行变化的非平衡式减压阀，设置于上述气体供给路并将从上述气罐供给的上述气体的压力减压；压力传感器，检测上述减压阀的二次侧的压力；流量变更部，变更上述减压阀的二次侧的流量；以及控制部。上述控制部驱动上述流量变更部，使上述减压阀的二次侧的流量在第1流量和与上述第1流量不同的第2流量之间变更，从上述压力传感器取得作为上述二次侧的流量为上述第1流量时的上述压力传感器的检测值的第1压力、和作为上述二次侧的流量为上述第2流量时的上述压力传感器的检测值的第2压力，使用上述第1流量、上述第2流量、以及上述第1压力与所述第2压力的差值的关系来推定上述减压阀的一次侧的压力。
根据该形态的气体供给系统，在推定减压阀的一次侧的压力时，由非平衡式减压阀构成减压阀，并且使减压阀的二次侧的流量变化，通过压力传感器检测减压阀的二次侧的压力，并使用流量变化的前后的二次侧的压力的差值。这样，使用检测减压阀的二次侧的压力的压力传感器的检测值来推定减压阀的一次侧的压力，因此与使用设置于减压阀的一次侧的传感器来检测减压阀的一次侧的压力的情况相比，能够提高推定减压阀的一次侧的压力的精度。而且，在根据减压阀的一次侧的压力求出气罐的内部压力的情况下，能够提高推定气罐的内部压力的精度。特别是在气罐的罐余量较少并且减压阀的一次侧的压力比较低时，能够提高推定气罐的内部压力的精度。
(2)也可以构成为：上述第1流量是由上述流量变更部变更的上述二次侧的流量的最小流量，上述第2流量是由上述流量变更部变更的上述二次侧的流量的最大流量。根据该气体供给系统，能够进一步提高推定减压阀的一次侧的压力的精度。
(3)也可以构成为：上述控制部预先存储按照上述减压阀的一次侧的每个压力预先求得上述减压阀的二次侧的压力与上述减压阀的二次侧的流量的关系的设定表，参照上述设定表，确定实现上述压力传感器检测到的上述第1压力与上述第2压力的差值时的上述减压阀的一次侧的压力，由此推定上述减压阀的一次侧的压力。根据该气体供给系统，通过参照预先存储的设定表，从而能够高精度地推定减压阀的一次侧的压力。
(4)也可以构成为，上述气体是氢，上述减压阀具备：一次室，供从上述气罐排出的上述气体流入；二次室，上述气体从上述一次室被减压并流入上述二次室；阀体，在上述一次室内沿特定方向往复移动，并开闭使上述一次室与上述二次室连通的连通路；活塞，与上述阀体一体设置，在上述阀体对上述连通路进行开闭时，上述活塞在上述减压阀内沿上述特定方向滑动；大气压室，被上述活塞从上述二次室划分开；第1弹簧，设置于上述一次室，在上述阀体的关闭方向上对上述阀体施力；以及第2弹簧，设置于上述大气压室，在上述阀体的打开方向上对上述活塞施力。也可以构成为：上述减压阀的一次侧的压力、上述减压阀的二次侧的压力、以及上述减压阀的二次侧的流量的关系通过以下的(1)式来表示。
[Math.1]
Figure BDA0002680555030000031
在上式中，P2是上述减压阀的二次侧的压力，P1是上述减压阀的一次侧的压力，Patm是大气压，k1是上述第1弹簧的弹性常数，k2是上述第2弹簧的弹性常数，S1是上述连通路中的与上述特定方向垂直的剖面的截面积，S2是上述二次室中的与上述特定方向垂直的剖面的截面积，Fk1是上述第1弹簧在上述关闭方向上对上述阀体施力的力，Fk2是上述第2弹簧在上述打开方向上对上述活塞施力的力，Fμ是上述活塞滑动时的摩擦力，T是在上述减压阀中流动的上述气体的温度，Q是上述减压阀的二次侧的流量，D1是上述连通路中的与上述特定方向垂直的剖面的直径，α是上述气体通过上述连通路而流动时的有效流路的缩流系数，β是与上述连通路对置的上述阀体的前端部在和与上述特定方向垂直的剖面之间所成的角度。
根据该气体供给系统，通过使用上述(1)式，从而能够按照减压阀的一次侧的每个压力容易地求出减压阀的二次侧的压力与减压阀的二次侧的流量的关系。
(5)也可以构成为：在推定出的上述减压阀的一次侧的压力变为了预先决定好的基准压力以下时，上述控制部限制经由上述流量变更部向上述气体消耗装置供给的上述气体的流量。根据该气体供给系统，能够使用高精度检测到的减压阀的一次侧的压力来适当地进行向气体消耗装置供给的气体的流量的限制所涉及的控制。
(6)本发明的第2形态涉及对具备储藏加压后的气体的气罐的气体供给系统中的上述气罐的内部压力进行推定的方法。上述气体供给系统还具备：气体供给路，将消耗上述气体的气体消耗装置与上述气罐连接；减压阀，是伴随着一次侧的压力的增加而二次侧的压力进行变化的非平衡式减压阀，设置于上述气体供给路并将从上述气罐供给的上述气体的压力减压；压力传感器，检测上述减压阀的二次侧的压力；以及流量变更部，变更上述减压阀的二次侧的流量。该方法包括如下步骤：驱动上述流量变更部，使上述减压阀的二次侧的流量在第1流量和与上述第1流量不同的第2流量之间变更；从上述压力传感器取得作为上述二次侧的流量为上述第1流量时的上述压力传感器的检测值的第1压力和作为上述二次侧的流量为上述第2流量时的上述压力传感器的检测值的第2压力；以及使用上述第1流量、上述第2流量以及上述第1压力与上述第2压力的差值的关系来推定上述减压阀的一次侧的压力。
本发明也能够以气体供给系统以外的各种方式来实现。例如能够以氢气供给系统、燃料电池系统、推定具备气罐的气体供给系统中的上述气罐的内部压力的方法、气体供给系统的控制方法、实现该控制方法的计算机程序、记录有该计算机程序的非暂时的记录介质等方式实现。
以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件
附图说明
图1是表示燃料电池系统的简要结构的说明图。
图2是示意性地表示减压阀内部结构的说明图。
图3是表示减压阀的二次流量与二次压力的关系的说明图。
图4是表示罐余量监视处理程序的流程图。
具体实施方式
A.装置的整体结构：
图1是表示作为本发明的一个实施方式的燃料电池系统15的简要结构的说明图。在本实施方式中，燃料电池系统15搭载于燃料电池车辆。
燃料电池系统15是用于通过搭载于燃料电池车辆的未图示的驱动马达产生使用的电力的装置。燃料电池系统15具备燃料电池66、和用于对燃料电池66供给作为燃料气体的氢的气体供给系统10。气体供给系统10具备氢罐60、供给配管30以及控制部68。供给配管30将氢罐60与燃料电池66连接。供给配管30也称为“气体供给路”。在图1中，仅示出燃料电池系统15的结构中的氢对燃料电池66的供给所涉及的部分。燃料电池系统15还具备用于向氢罐60填充氢的结构、来自燃料电池66的氢(阳极废气)的排出所涉及的结构、使包括氧在内的氧化气体对燃料电池66流通的结构、以及使制冷剂对燃料电池66流通的结构，但对于这些，省略说明。
燃料电池66是用于使燃料气体与氧化气体发生电化学反应来取出电力的发电装置，具有将多个单电池层叠而成的堆叠结构。本实施方式的燃料电池66是固体高分子型燃料电池，但也可以使用其他种类的燃料电池。在构成燃料电池66的各单电池中，使电解质膜置于中间，在阳极侧形成有供作为燃料气体的氢流动的流路(以后，也称为阳极侧流路)，在阴极侧形成有供作为氧化气体的空气流动的流路(以后，也称为阴极侧流路)。
氢罐60是储藏用于向燃料电池66供给的加压后的氢的装置。氢罐60例如能够为在树脂制衬里的外表面上具有将含有热固化性树脂的纤维卷绕而成的纤维强化塑料(FRP)层的树脂制罐。氢罐60具备在内部设置有未图示的阀机构的接头62。接头62内的阀机构包括将氢罐60与供给配管30之间的连通状态截断的截断阀。
本实施方式的氢罐60以在充满时内部的压力为70MPa左右的方式填充氢。在这样的高压气罐中，设定最低允许压力作为内部压力的下限值，并以内部压力不低于最低允许压力的方式管理罐余量。氢罐60具有以对罐壁始终施加朝向外部的压力为前提的构造，因此例如能够从稳定地维持这样的构造的观点出发设定最低允许压力。最低允许压力例如能够为1～2MPa左右。
在供给配管30从氢流动的上游侧依次设置有减压阀50和喷射器部52。可以认为从氢罐60向供给配管30排出氢时的氢的压力与氢罐60的内部压力(以下，也称为罐压)相等，减压阀50将从氢罐60排出的这样的高压的氢减压。减压阀50例如将氢减压至1～1.5MPa左右。对于减压阀50的结构，之后详细地进行说明。喷射器部52调节向燃料电池66供给的氢量。在本实施方式中，喷射器部52具备并联连接的多个喷射器。在图1中，示出了并联连接的3个喷射器，但喷射器部52具备的喷射器的数量也可以为1个或者3个以外的多个，只要能够变更向燃料电池66供给的氢量即可。喷射器部52具备的各个喷射器在内部具备电磁阀，通过该电磁阀的开闭动作，变更从氢罐60向燃料电池66供给的氢量。在本实施方式中，通过变更喷射器的电磁阀开阀的数量来调节来自氢罐60的供给氢量。喷射器部52也称为“流量变更部”。
作为检测供给配管30内的气体压力的传感器，在供给配管30上，在减压阀50与喷射器部52之间设置有第1压力传感器42，在减压阀50与氢罐60之间设置有第2压力传感器40。配置于比减压阀50靠上游侧的位置的第2压力传感器40的检测值在从氢罐60排出氢时为表示氢罐60内的压力的值。而且，配置于比减压阀50靠下游侧的位置的第1压力传感器42的检测值小于第2压力传感器40的检测值。也将第2压力传感器40称为“高压传感器”，也将第1压力传感器42称为“中压传感器”。
此外，含有在燃料电池66内的阳极侧流路中流动并从燃料电池66排出的氢的气体(阳极废气)例如也可以向供给配管30中的喷射器部52的下游侧引导并再次向燃料电池66供给。
控制部68由具备执行逻辑运算的CPU、ROM、RAM等的所谓的微型计算机构成。控制部68从已叙述的第1压力传感器42和第2压力传感器40等各种传感器取得检测信号，并向燃料电池系统15的各部输出驱动信号。然后，进行管理氢罐60中的气体余量的控制、燃料电池66的发电量所涉及的控制。此外，控制部68也可以不是进行燃料电池系统15所涉及的全部控制的一个控制部，而由进行包括气体余量的管理所涉及的控制在内的各个控制并相互交换信息的独立的控制部(ECU：Electronic Control Unit)构成。
B.减压阀：
图2是示意性地表示减压阀50的内部结构的说明图。减压阀50具备一次导入路20、一次室24、连通路25、二次室26、二次排出路22、大气压室28、大气敞开路29、阀体70、贯通部73、活塞74、密封部78、第1弹簧72以及第2弹簧76。
一次导入路20以与氢罐60连通的方式与供给配管30连接。一次室24是在减压阀50的内部与一次导入路20连通设置并供从氢罐60排出的氢流入的空间。一次室24的外壁形成为圆筒状。连通路25与一次室24连续设置，具有圆筒状的外壁，并且内径形成得比一次室24小。二次室26是与连通路25连续设置并经由连通路25从一次室24将氢减压并供其流入的空间，具有内径大于连通路25的圆筒状的外壁。二次排出路22与二次室26连通设置，并以与喷射器部52连通的方式与供给配管30连接。大气压室28具有与二次室26共用的圆筒状的外壁，被活塞74从二次室26划分开。大气敞开路29使大气压室28与减压阀50的外部连通，并将大气压室28向大气敞开。在图2中，将一次室24、连通路25、二次室26以及大气压室28共用的中心线表示为减压阀50的轴线O。也将与轴线O平行的方向称为“轴线方向”或者“特定方向”。
阀体70配置于一次室24内，在一次室24内沿轴线方向往复移动，相对于一次室24的外壁的内侧中的与连通路25的边界反复抵接和分离，从而开闭连通路25。在轴线方向上，也将连通路25打开时的阀体70的移动方向称为“打开方向”，也将连通路25关闭时的阀体70的移动方向称为“关闭方向”。阀体70中的与连通路25对置的前端部具有朝向二次室26侧以一定的倾角缩径的圆锥台形状。贯通部73与阀体70连续设置，以贯通连通路25的方式进行配置，具有中心轴与轴线O重合的圆柱形状，与轴线方向垂直的剖面的直径形成得比连通路25的内径小。活塞74与贯通部73连续设置，配置于二次室26和大气压室28共用的圆筒状的外壁内，具有中心轴与轴线O重合的圆柱形状，与轴线方向垂直的剖面的直径形成得比上述二次室26和大气压室28共用的圆筒状的外壁的内径稍小。密封部78是固定于活塞74的侧面的环状的部件。密封部78允许活塞74在上述二次室26和大气压室28共用的圆筒状的外壁内沿轴线方向滑动，并且与上述二次室26和大气压室28共用的圆筒状的外壁的内侧接触，并将二次室26与大气压室28之间密封。在连通路25的开闭时，阀体70、贯通部73以及活塞74一体地在轴线方向上往复移动。
第1弹簧72在一次室24内与一次室24的外壁及阀体70连接来设置，并在关闭方向上对阀体70施力。第2弹簧76在大气压室28中与大气压室28的外壁及活塞74连接来设置，并在打开方向上对活塞74施力。
在减压阀50中，作为在关闭方向上发挥作用的力，存在作为第1弹簧72在关闭方向上对阀体70施力的力的Fk1、作为一次室24所涉及的减压阀50的一次侧的压力(以下，也称为一次压力P1)在关闭方向上按压阀体70的力的FPH、以及作为二次室26所涉及的减压阀50的二次侧的压力(以下，也称为二次压力P2)在关闭方向上按压活塞74的力的FPL。另外，在减压阀50中，作为在打开方向上发挥作用的力，存在作为第2弹簧76在打开方向上对活塞74施力的力的Fk2、和作为大气压室28所涉及的大气压在打开方向上按压活塞74的力的Fatm。另外，在减压阀50中，在阀体70、贯通部73以及活塞74一体地在轴线方向上往复移动时，作为根据移动的方向朝向变化的力，产生二次室26和大气压室28共用的外壁的内部与密封部78之间的摩擦力Fμ。
减压阀50通过以上述的在关闭方向上发挥作用的力的合力、与在打开方向上发挥作用的力的合力达成平衡的方式进行动作，从而将流入至一次室24的高压的气体减压并使其向二次室26流动。例如，若阀体70关闭连通路25，则由于没有来自一次室24的高压气体的流入，所以二次室26的压力降低，从而在关闭方向上发挥作用的力FPL变小。其结果是，在打开方向上发挥作用的力的合力大于在关闭方向上发挥作用的力的合力，从而阀体70等向打开方向移动来打开连通路25。这样，二次室26的压力上升，在关闭方向上发挥作用的力FPL变大。其结果是，在关闭方向上发挥作用的力的合力大于在打开方向上发挥作用的力的合力，从而阀体70等在关闭方向上移动来关闭连通路25。
本实施方式的减压阀50是活塞式的非平衡式减压阀。相对于通过平衡式减压阀恒定地调节二次压力，通过非平衡式减压阀，伴随着一次压力的增加而二次压力进行变化。即，非平衡式减压阀是示出伴随着一次压力的增加而二次压力增加或者减少的性质的减压阀。本实施方式的减压阀50伴随着一次压力的增加，减压阀50的二次侧的流量为零时的二次压力减少。在减压阀50中，若使作为从二次室26排出的气体的流量的二次流量(以下，也称为二次流量Q)变化，则在二次压力P2与二次流量Q之间一定的关系成立。具体而言，二次流量Q越增加，二次压力P2越降低。
图3是表示减压阀50的二次流量与二次压力的关系的说明图。在图3中，横轴表示二次流量Q，纵轴表示二次压力P2。如图3所示，减压阀50的二次流量Q与二次压力P2的关系能够通过一次函数来近似得出。这样的二次流量Q与二次压力P2的关系根据减压阀50的一次压力P1而变化。在图3中，作为二次流量Q与二次压力P2的关系，例示了减压阀50的一次压力P1为5.0MPa的情况、和2.0MPa的情况。如图3所示，一次压力P1越低，二次压力P2相对于二次流量Q的变化量的变化量的倾角越大。可以认为这是因为，一次压力P1越为低压，从一次室24向二次室26的气体供给能力越降低，从而二次压力P2的变动相对于二次流量Q的变动的灵敏度越提高。
在本实施方式的燃料电池系统15中，利用一次压力P1越为低压，二次压力P2的变动相对于二次流量Q的变动的灵敏度越高这一上述的性质来推定减压阀50的一次压力P1。具体而言，首先，按照每个一次压力P1，求出二次流量Q与二次压力P2的关系。然后，使二次流量Q在第1流量、和与第1流量不同的第2流量之间变更，从而检测作为二次流量Q为第1流量时的二次压力P2的第1压力、和作为二次流量Q为第2流量时的二次压力P2的第2压力。然后，使用第1流量、第2流量以及第1压力与第2压力的差值的关系来推定一次压力P1。
例如，在图3中，在减压阀50的一次压力P1为5.0MPa的情况下，二次流量Q为0时的二次压力P2为Pa0，二次流量Q增加至Q1时的二次压力P2为Pa1。因此，二次流量Q从0增加至Q1时的二次压力P2的变化量ΔPa能够表示为“Pa0－Pa1”。另外，在图3中，在减压阀50的一次压力P1为2.0MPa的情况下，二次流量Q为0时的二次压力P2为Pb0，二次流量Q增加至Q1时的二次压力P2为Pb1。因此，二次流量Q从0增加至Q1时的二次压力P2的变化量ΔPb能够表示为“Pb0－Pb1”。这样，若能够预先了解每个一次压力P1的、二次流量Q与二次压力P2的关系，则能够根据二次流量Q从0增加至Q1时的二次压力P2的变化量来推定一次压力P1。
本实施方式的燃料电池系统15将对减压阀50的一次压力P1进行了各种变更时的二次流量Q与二次压力P2的关系存储于预先控制部68内的存储部。图3所示那样的按照每个一次压力P1的二次流量Q与二次压力P2的关系例如可以通过实验求出，或者也可以通过模拟求出。另外，如图2所示，在减压阀50中，以作为在关闭方向上发挥作用的力的Fk1、FPH、以及FPL的合力、作为在打开方向上发挥作用的力的Fk2与Fatm的合力、以及密封部78与二次室26及大气压室28的外壁的内面之间的摩擦力Fμ达成平衡的方式进行动作。因此，根据这些力的关系，二次压力P2、与一次压力P1及二次流量Q的关系例如能够通过以下作为(1)式示出的近似式来表示。这样求出的上述关系例如作为设定表预先存储即可。
Figure BDA0002680555030000091
此外，在(1)式中，Patm是大气压。k1是第1弹簧72的弹性常数。k2是第2弹簧76的弹性常数。S1是连通路25中的与轴线方向垂直的剖面的截面积。S2是二次室26中的与轴线方向垂直的剖面的截面积。Fk1是第1弹簧72在关闭方向上对阀体70施力的力。Fk2是第2弹簧76在打开方向上对活塞74施力的力。Fμ是活塞74滑动时的摩擦力。T是在减压阀50中流动的气体的温度。D1是连通路25中的与轴线方向垂直的剖面的直径。α是气体通过连通路25来流动时的有效流路的缩流系数。β是与连通路25对置的阀体70的前端部在和与连通路25的轴线方向垂直的剖面之间所成的角度(参照图2)。
C.伴随着罐压的检测的控制：
图4是表示由本实施方式的燃料电池系统15的控制部68执行的罐余量监视处理程序的流程图。在燃料电池系统15中，监视氢罐60的余量，并以氢罐60的余量不低于预先决定好的下限值的方式控制氢的使用状态。在输入了启动燃料电池系统15的指示时，具体而言，在按压了燃料电池车辆的启动开关(未图示)时起动本程序，并在燃料电池系统15的运行中执行。
若起动图4的罐余量监视处理程序，则控制部68的CPU取得作为高压传感器的第2压力传感器40的检测值PH(步骤S100)。然后，控制部68的CPU比较取得的检测值PH、与预先决定好的第1使用时下限压力PH1(步骤S110)。第2压力传感器40的检测值PH是减压阀50的一次压力P1，表示向供给配管30排出氢的氢罐60的内部的压力。第1使用时下限压力PH1是作为用于判断氢罐60的余量降低的值而预先设定好的值。该第1使用时下限压力PH1设定为比后述的第2使用时下限压力PH2和第3使用时下限压力PH3大的值。
若启动燃料电池系统15并且燃料电池66开始发电，则消耗氢罐60内的氢，从而氢罐60内的压力逐渐降低，第2压力传感器40的检测值PH逐渐降低。在第2压力传感器40的检测值PH大于第1使用时下限压力PH1时(步骤S110：否)，控制部68的CPU到检测值PH变为第1使用时下限压力PH1以下为止反复进行步骤S100和步骤S110的动作。
若判断为第2压力传感器40的检测值PH为第1使用时下限压力PH1以下(步骤S110：是)，则控制部68的CPU以进行对燃料电池66的氢的供给并且限制燃料电池66对氢的使用量的方式变更控制(步骤S120)。例如，以将来自燃料电池66的输出(燃料电池66发电的电力)限制在通常发电值的最大值的80％以下的方式进行控制变更。步骤S100～步骤S120的动作并不是必须的，但通过在氢罐60中的氢余量降低一定程度时限制氢的使用，能够延长燃料电池66可以发电的时间、燃料电池车辆可以行驶的时间，因此较理想。在限制氢的使用时，优选通过显示、声音以燃料电池系统15的使用者能够识别的方式报告限制氢的使用、燃料电池输出这一情况。
之后，控制部68的CPU取得第2压力传感器40的检测值PH(步骤S130)，并比较取得的检测值PH、与预先决定好的第2使用时下限压力PH2(步骤S140)。在氢罐60中，决定已叙述的最低允许压力作为罐内的压力的下限值。然后，相对于最低允许压力进一步加上由第2压力传感器40的检测灵敏度引起的误差来决定第2使用时下限压力PH2。即，设定第2使用时下限压力PH2作为相对于最低允许压力具有余量的值，以便若使得第2压力传感器40的检测值PH不低于第2使用时下限压力PH2，则氢罐60内的压力的真值不低于最低允许压力。在第2压力传感器40的检测值PH大于第2使用时下限压力PH2时(步骤S140：否)，控制部68的CPU到检测值PH降低至第2使用时下限压力PH2为止反复进行步骤S130和步骤S140的动作。
若判断为第2压力传感器40的检测值PH为第2使用时下限压力PH2以下(步骤S140：是)，则控制部68的CPU使用作为中压传感器的第1压力传感器42的检测值PM，进行推定减压阀50的一次压力P1的动作(步骤S150)。第1压力传感器42的检测值PM表示减压阀50的二次压力P2。在步骤S150中，如使用图3说明的那样，使二次流量Q在第1流量、和与第1流量不同的第2流量之间变更，求出作为二次流量Q为第1流量时的二次压力P2的第1压力、与作为二次流量Q为第2流量时的二次压力P2的第2压力的差值来推定减压阀50的一次压力P1。
如图3所示，第1流量与第2流量之差越大，则第1压力与第2压力的差值越大。而且，第1压力与第2压力的差值越大，则越能够提高推定减压阀50的一次压力P1的灵敏度。在本实施方式中，通过作为流量变更部的喷射器部52，能够变更二次流量Q。因而，在本实施方式中，变更前的二次流量Q的第1流量设为通过喷射器部52变更的二次流量Q的最小流量，作为变更后的二次流量Q的第2流量设为通过喷射器部52变更的二次流量Q的最大流量。具体而言，将使喷射器部52具备的所有的喷射器闭阀时的二次流量Q即流量0设为变更前的流量亦即第1流量。另外，将使喷射器部52具备的所有的喷射器开阀时的二次流量Q设为变更后的流量亦即第2流量。首先，控制部68的CPU在将所有的喷射器闭阀的状态下取得第1压力传感器42的检测值PM，之后，将所有的喷射器开阀来取得第1压力传感器42的检测值PM。而且，求出二次流量Q的变更的前后的检测值PM的差值，并参照已叙述的设定表来推定减压阀50的一次压力P1。即，通过参照已叙述的设定表来特定二次流量Q的变更的前后的第1压力传感器42的检测值PM的差值对应的一次压力P1，从而推定减压阀50的一次压力P1。
例如，在作为变更前的二次流量Q的第1流量为零，作为变更后的二次流量Q的第2流量是图3所示的流量Q1的情况下，若计算出的上述差值与ΔPa的值相等，则控制部68的CPU推定为减压阀50的一次压力P1为5.0MPa。而且，若上述差值与ΔPb的值相等，则推定为减压阀50的一次压力P1是2.0MPa。
若推定减压阀50的一次压力P1，则控制部68的CPU比较推定出的一次压力P1、与预先决定好的第3使用时下限压力PH3(步骤S160)。第3使用时下限压力PH3是相对于氢罐60的已叙述的最低允许压力进一步加上了由第1压力传感器42的检测灵敏度引起的罐压的推定误差而决定的值。即，设定第3使用时下限压力PH3作为相对于最低允许压力具有余量的值，以便若使得使用第1压力传感器42的检测值PM推定出的一次压力P1不低于第3使用时下限压力PH3，则氢罐60内的压力的真值不低于最低允许压力。第1压力传感器42将被减压阀50减压后的气体作为检测对象，因此作为第1压力传感器42，使用与设置于减压阀50的上游的第2压力传感器40相比检测范围较窄但检测灵敏度较高的压力传感器。因此，第3使用时下限压力PH3比已叙述的第2使用时下限压力PH2小进一步加上了相对于最低允许压力的传感器的误差的追加量，从而设定为比第2使用时下限压力PH2小的值。第3使用时下限压力PH3也称为“基准压力”。在一次压力P1的推定值大于第3使用时下限压力PH3时(步骤S160：否)，控制部68的CPU到一次压力P1的推定值降低至第3使用时下限压力PH3为止反复进行步骤S150和步骤S160的动作。
若判断为一次压力P1的推定值为第3使用时下限压力PH3以下(步骤S160：是)，则控制部68的CPU禁止氢的使用，即，禁止燃料电池66中的使用了氢的发电(步骤S170)，并结束本程序。在禁止燃料电池66的发电时，控制部68的CPU停止通过喷射器部52的向燃料电池66的氢的供给。
当在步骤S170中禁止了氢的使用后，在搭载燃料电池系统15的燃料电池车辆中，能够进行仅使用了燃料电池66以外的驱动用电源(例如二次电池等蓄电装置)的行驶。另外，当在步骤S170中禁止氢的使用时，以燃料电池系统15的使用者能够识别的方式通过显示、声音报告不进行氢气的使用、基于燃料电池66的发电这一情况。
根据如以上那样构成的本实施方式的燃料电池系统15，使减压阀50的二次流量Q在第1流量与第2流量之间变更，并求出表示作为二次流量Q为第1流量时的二次压力P2的第1压力的第1压力传感器42的检测值PM、与表示作为二次流量Q为第2流量时的二次压力P2的第2压力的第1压力传感器42的检测值PM的差值来推定减压阀50的一次压力P1。即，在氢罐60的余量减少时，代替作为高压传感器的第2压力传感器40的检测值PH而使用作为检测范围较窄但检测灵敏度较高的中压传感器的第1压力传感器42的检测值PM来推定减压阀50的一次压力P1。因此，获得抑制了一次压力P1相对于真值的偏差的推定值，从而能够提高一次压力P1的检测精度。
特别是在氢罐60的余量减少，一次压力P1接近罐压的下限值而变为了比较小的值时，如图3所示，使二次流量Q变化后的二次压力P2的变化量变大。因此，使用作为检测范围较窄但检测灵敏度较高的中压传感器的第1压力传感器42来测定上述二次压力P2的变化量，由此能够高精度地推定一次压力P1。其结果是，在将推定出的一次压力P1作为氢罐60的罐压来判断氢罐60的余量时，能够抑制判断为推定出的罐压降低至下限值(第3使用时下限压力PH3)的时刻的、罐压的真值相对于下限值(最低允许压力)的余剩量。而且，能够更多地使用氢罐60内的氢，因此能够延长搭载燃料电池系统15的燃料电池车辆的航续距离，从而能够使燃油效率提高。
D.其他实施方式：
(D1)在上述实施方式中，如图3所示，使用按照每个一次压力P1求出与能够取得的二次流量Q的值对应的二次压力P2的值的设定表，但也可以为不同的结构。能够使二次流量Q在第1流量、和与第1流量不同的第2流量之间变更，求出作为二次流量Q为第1流量时的二次压力P2的第1压力、与作为二次流量Q为第2流量时的二次压力P2的第2压力的差值，并使用第1流量、第2流量以及上述差值的关系来推定一次力P1即可。例如，也可以仅将作为二次流量Q为第1流量时的二次压力P2的第1压力与作为二次流量Q为第2流量时的二次压力P2的第2压力的差值、与一次压力P1的对应关系作为设定表来存储。或者也可以仅将伴随着二次流量Q从第1流量增加至第2流量而二次压力P2降低时的变化量的斜率、与一次压力P1的对应关系作为设定表来存储。
(D2)在上述实施方式中，为了推定一次压力P1而变更二次流量Q时的第1流量设为由流量变更部变更的二次流量Q的最小流量，第2流量设为由流量变更部变更的二次流量的最大流量，但也可以为不同的结构。若使减压阀50的二次流量Q在第1流量、和与第1流量不同的第2流量之间变更，并检测与每一个流量对应的二次压力P2，则也能够相同地推定一次压力P1。但是，为了使推定的精度提高，优选第1流量与第2流量之差较大。
(D3)在上述实施方式中，使流量变更部为具备多个喷射器的喷射器部52，但也可以为不同的结构。流量变更部能够在第1流量、和与第1流量不同的第2流量之间变更减压阀50的二次侧的流量即可。例如，也可以由能够将向下游侧流动的气体流量调节为任意的流量的流量调整阀构成流量变更部。在实施方式中使用的喷射器部52通过喷射器从关闭状态变更为打开状态的动作即通过伴随着二次流量Q的增加的动作进行流量控制，但也可以使用通过伴随着二次流量Q的减少的动作进行流量控制的流量变更部。在这种情况下，在步骤S150中，在使二次流量Q在第1流量与第2流量之间变更时，不使二次流量Q增加而使其减少来推定减压阀50的一次压力P1即可。即，与作为二次流量Q的变化前的流量的第1流量相比，使作为变化后的流量的第2流量减少即可。此时，在减压阀50中，若表示二次流量Q与二次压力P2的关系的特性在使二次流量Q减少的情况和使其增加的情况下不同，则例如作为在步骤S150中使用的设定表，准备与二次流量Q的增减的形态相应的设定表即可。
(D4)如已叙述的(1)式所示的那样，在减压阀50中二次压力P2、二次流量Q与一次压力P1的关系受到气体温度的影响。因此，例如，作为在步骤S150中使用的设定表，还可以使用具有气体温度作为参数的设定表。在这种情况下，也可以构成为：在燃料电池系统15中，还设置检测在减压阀50中流动的氢的温度的温度传感器，当在步骤S150中推定一次压力P1时，还使用上述温度传感器检测到的气体温度。
(D5)在实施方式中，减压阀50为活塞式的非平衡式减压阀，但也可以为不同的结构。减压阀50只要是伴随着一次压力的增加而二次压力进行变化的非平衡式减压阀即可，例如也可以是隔膜式减压阀。另外，能够采用直动式减压阀、先导式减压阀等各种形态。
(D6)在实施方式中，在步骤S170中，禁止燃料电池66中的使用了氢的发电来停止对燃料电池66的氢的供给，但也可以为不同的结构。即，在步骤S170中，只要限制对燃料电池66供给的氢的流量即可，并不局限于对燃料电池66的氢的供给的停止，也可以控制变更为使对燃料电池66供给的氢的流量和燃料电池66中的发电量的上限值进一步减少。
(D7)在实施方式中，燃料电池系统15具备气体供给系统10，但也可以为不同的结构。例如，在具备燃料电池66以外的氢消耗装置例如氢发动机的系统中，为了向氢消耗装置供给氢而使用气体供给系统10。另外，蓄积于气体供给系统10所具备的气罐的气体也可以是氢以外的气体。在对气体消耗装置供给气体的气体供给系统中，在将气罐与气体消耗装置连接的气体供给路，从气体流动的上游侧依次配置非平衡式减压阀和气体传感器，由此进行相同的动作，从而能够获得相同的效果。
本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者为了实现上述的效果的一部分或者全部，与在发明的概要栏中记载的各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，只要未说明为其技术特征在本说明书中是必须的，就能够适当地删除。

Claims (6)

1.一种气体供给系统，其特征在于，
所述气体供给系统具备：
气罐，储藏加压后的气体；
气体供给路，将消耗所述气体的气体消耗装置与所述气罐连接；
减压阀，是伴随着一次侧的压力的增加而二次侧的压力进行变化的非平衡式减压阀，设置于所述气体供给路并将从所述气罐供给的所述气体的压力减压；
压力传感器，检测所述减压阀的二次侧的压力；
流量变更部，变更所述减压阀的二次侧的流量；以及
控制部，
所述控制部构成为：
驱动所述流量变更部，使所述减压阀的二次侧的流量在第1流量和与所述第1流量不同的第2流量之间变更，
从所述压力传感器取得作为所述二次侧的流量为所述第1流量时的所述压力传感器的检测值的第1压力和作为所述二次侧的流量为所述第2流量时的所述压力传感器的检测值的第2压力，
使用所述第1流量、所述第2流量、以及所述第1压力与所述第2压力的差值的关系来推定所述减压阀的一次侧的压力。
2.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
所述第1流量是由所述流量变更部变更的所述二次侧的流量的最小流量，
所述第2流量是由所述流量变更部变更的所述二次侧的流量的最大流量。
3.根据权利要求1或2所述的气体供给系统，其特征在于，
所述控制部预先存储按照所述减压阀的一次侧的每个压力预先求得所述减压阀的二次侧的压力与所述减压阀的二次侧的流量的关系的设定表，参照所述设定表，确定所述压力传感器检测到的所述第1压力与所述第2压力的差值所对应的所述减压阀的一次侧的压力，由此推定所述减压阀的一次侧的压力。
4.根据权利要求3所述的气体供给系统，其特征在于，
所述气体是氢，
所述减压阀具备：
一次室，供从所述气罐排出的所述气体流入；
二次室，所述气体从所述一次室被减压并流入所述二次室；
阀体，在所述一次室内沿特定方向往复移动，并开闭使所述一次室与所述二次室连通的连通路；
活塞，与所述阀体一体设置，在所述阀体对所述连通路进行开闭时，所述活塞在所述减压阀内沿所述特定方向滑动；
大气压室，被所述活塞从所述二次室划分开；
第1弹簧，设置于所述一次室，在所述阀体的关闭方向上对所述阀体施力；以及
第2弹簧，设置于所述大气压室，在所述阀体的打开方向上对所述活塞施力，
所述减压阀的一次侧的压力、所述减压阀的二次侧的压力以及所述减压阀的二次侧的流量的关系通过以下的(1)式来表示，
Figure FDA0002680555020000021
在上式中，P2是所述减压阀的二次侧的压力，P1是所述减压阀的一次侧的压力，Patm是大气压，k1是所述第1弹簧的弹性常数，k2是所述第2弹簧的弹性常数，S1是所述连通路中的与所述特定方向垂直的剖面的截面积，S2是所述二次室中的与所述特定方向垂直的剖面的截面积，Fk1是所述第1弹簧在所述关闭方向上对所述阀体施力的力，Fk2是所述第2弹簧在所述打开方向上对所述活塞施力的力，Fμ是所述活塞滑动时的摩擦力，T是在所述减压阀中流动的所述气体的温度，Q是所述减压阀的二次侧的流量，D1是所述连通路中的与所述特定方向垂直的剖面的直径，α是所述气体通过所述连通路而流动时的有效流路的缩流系数，β是与所述连通路对置的所述阀体的前端部和与所述特定方向垂直的剖面之间所成的角度。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体供给系统，其特征在于，
在推定出的所述减压阀的一次侧的压力变为了预先决定好的基准压力以下时，所述控制部限制经由所述流量变更部向所述气体消耗装置供给的所述气体的流量。
6.一种推定气罐的内部压力的方法，是对具备储藏加压后的气体的气罐的气体供给系统中的所述气罐的内部压力进行推定的方法，其特征在于，
所述气体供给系统还具备：
气体供给路，将消耗所述气体的气体消耗装置与所述气罐连接；
减压阀，是伴随着一次侧的压力的增加而二次侧的压力进行变化的非平衡式减压阀，设置于所述气体供给路并将从所述气罐供给的所述气体的压力减压；
压力传感器，检测所述减压阀的二次侧的压力；以及
流量变更部，变更所述减压阀的二次侧的流量，
所述方法具备如下步骤：
驱动所述流量变更部，使所述减压阀的二次侧的流量在第1流量和与所述第1流量不同的第2流量之间变更；
从所述压力传感器取得作为所述二次侧的流量为所述第1流量时的所述压力传感器的检测值的第1压力和作为所述二次侧的流量为所述第2流量时的所述压力传感器的检测值的第2压力；以及
使用所述第1流量、所述第2流量以及所述第1压力与所述第2压力的差值的关系来推定所述减压阀的一次侧的压力。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113390627B (zh) * 2021-06-30 2022-11-15 四川航天烽火伺服控制技术有限公司 一种减压阀离心过载试验装置
KR102538600B1 (ko) * 2021-11-23 2023-05-31 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005123076A (ja) * 2003-10-17 2005-05-12 Honda Motor Co Ltd 遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法
JP2006011659A (ja) * 2004-06-23 2006-01-12 Aisin Seiki Co Ltd ガス減圧弁、ガス減圧システム及び燃料電池発電システム
CN101233641A (zh) * 2005-07-27 2008-07-30 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和漏气检测装置
US20100006596A1 (en) * 2006-11-24 2010-01-14 Naoki Kanie Fuel supply system
CN101803090A (zh) * 2007-11-16 2010-08-11 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN102208667A (zh) * 2004-05-28 2011-10-05 益达科技有限责任公司 基于利用率的燃料电池监测和控制
CN103137990A (zh) * 2011-11-28 2013-06-05 本田技研工业株式会社 流体供应系统
CN108120568A (zh) * 2018-01-24 2018-06-05 同济大学 一种燃料电池电堆气密性实时检测设备
CN108878928A (zh) * 2017-05-12 2018-11-23 丰田自动车株式会社 燃料电池系统

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4840195A (en) * 1987-11-19 1989-06-20 Air Products And Chemicals, Inc. Piston-backed gas pressure regulator
JP3450575B2 (ja) * 1996-02-22 2003-09-29 長野計器株式会社 ガスボンベの残量検出方法
CA2493502A1 (en) * 2002-09-25 2004-04-22 Taiyo Nippon Sanso Corporation Apparatus and method for filling fuel
JP4202100B2 (ja) 2002-11-29 2008-12-24 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの機能維持方法
JP4552399B2 (ja) * 2003-08-07 2010-09-29 トヨタ自動車株式会社 複数タンクからなるタンクシステムおよびその制御方法
JP4541713B2 (ja) 2004-01-09 2010-09-08 本田技研工業株式会社 燃料電池のアノードガス残量算出装置
JP4993241B2 (ja) * 2004-03-17 2012-08-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5099285B2 (ja) 2004-10-13 2012-12-19 トヨタ自動車株式会社 燃料供給装置
JP2009002432A (ja) 2007-06-21 2009-01-08 Yamaha Motor Co Ltd ガス残量算出装置
JP5316834B2 (ja) 2007-10-04 2013-10-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US7942035B2 (en) 2008-04-09 2011-05-17 Ford Motor Company Anode leak test implementation
JP5421553B2 (ja) 2008-06-19 2014-02-19 本田技研工業株式会社 高圧ガス供給システム
JP5757074B2 (ja) * 2010-08-20 2015-07-29 トヨタ自動車株式会社 ガス充填システム及び補正方法
JP5427158B2 (ja) * 2010-10-19 2014-02-26 川崎重工業株式会社 燃料ガス供給充填システム
JP5891863B2 (ja) 2012-03-13 2016-03-23 日産自動車株式会社 燃料ガス供給装置
US9395047B2 (en) * 2013-03-01 2016-07-19 Clean Energy Fuels Corp. Compressed natural gas fleet fill management system
FR3054287B1 (fr) * 2016-07-20 2018-11-16 Air Liquide Dispositif de fourniture de fluide
JP2018021651A (ja) * 2016-08-05 2018-02-08 トヨタ自動車株式会社 ガス充填システム
GB2554642A (en) * 2016-09-29 2018-04-11 Linde Ag A regulator assembly for a pressurised gas cylinder
JP6447838B2 (ja) * 2016-11-21 2019-01-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
US10665876B2 (en) * 2017-12-05 2020-05-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
CN109282146B (zh) * 2018-11-13 2024-02-27 安徽华盈汽车技术有限公司 一种燃料电池供氢系统管路质量检测装置及方法
JP6600430B1 (ja) * 2019-02-01 2019-10-30 岩谷産業株式会社 水素ガスディスペンサーの検査装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005123076A (ja) * 2003-10-17 2005-05-12 Honda Motor Co Ltd 遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法
CN102208667A (zh) * 2004-05-28 2011-10-05 益达科技有限责任公司 基于利用率的燃料电池监测和控制
JP2006011659A (ja) * 2004-06-23 2006-01-12 Aisin Seiki Co Ltd ガス減圧弁、ガス減圧システム及び燃料電池発電システム
CN101233641A (zh) * 2005-07-27 2008-07-30 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和漏气检测装置
US20100006596A1 (en) * 2006-11-24 2010-01-14 Naoki Kanie Fuel supply system
CN101803090A (zh) * 2007-11-16 2010-08-11 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN103137990A (zh) * 2011-11-28 2013-06-05 本田技研工业株式会社 流体供应系统
CN108878928A (zh) * 2017-05-12 2018-11-23 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN108120568A (zh) * 2018-01-24 2018-06-05 同济大学 一种燃料电池电堆气密性实时检测设备

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Publication number Publication date
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US20210102667A1 (en) 2021-04-08

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