CN113375040A - 气体控制系统及气体控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体控制系统及气体控制方法。气体控制系统(10)具有高压罐(14)、温度传感器(60)、压力传感器(62)、喷射器(58)和气体控制ECU(22)。高压罐(14)具有内胆(28)、加强层(30)和从内胆(28)排出氢气的排出孔(34)。温度传感器(60)检测加强层(30)的温度或高压罐(14)的外侧周边的温度。气体控制ECU在气体控制方法的实施中，根据温度传感器检测出的温度信息和压力传感器检测出的压力信息，改变限制氢气的排出的限制控制的开始时间。据此，能够抑制内胆的变形，并且在高压罐周边的环境温度低的情况下，与该环境温度高的情况相比，能够使燃料电池堆继续以高输出进行运转。

Description

气体控制系统及气体控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制从高压罐排出的流体的流量的气体控制系统及气体控制方法。
背景技术
例如，燃料电池系统包括用于将氢气等燃料气体供给至燃料电池堆的高压罐。为了实现轻量化，这种高压罐具有填充氢的树脂制的内胆和覆盖内胆的外表面的加强层(例如，纤维增强树脂：CFRP)。
此外，对于树脂制的内胆而言，由于内胆内的氢透过内胆，因此在内胆与加强层之间滞留透过氢。特别是，内胆内的氢的压力会随着氢的排出而降低，透过内胆与加强层之间的透过氢的压力变得比内胆内的氢的压力高，由此，存在发生内胆朝向径向内侧变形(所谓的翘曲(buckling))的可能性。
为了抑制该翘曲，例如在日本发明专利公开公报特开2013-127295号中公开了以下系统：在空间部的氢的压力下降到介于内胆与加强层之间的透过氢的压力以下时，进行限制从高压罐排出的氢的流量的控制(将流量上限值降低到比最大值小的值的控制)。
发明内容
透过内胆的透过氢的透过量(以及与透过量有关的加强层内的氢浓度)在内胆内的温度低的情况下较少，另一方面，随着内胆内的温度升高而增多。并且，内胆内的温度依赖于高压罐周边的环境温度。现有的系统中设定为，为了抑制翘曲，设想高压罐周边的环境温度高(换言之，内胆内的温度高)的情况而进行上述的限制控制。
但是，根据该设定，即使在由于内胆内的温度低、透过氢的透过量少而不易发生翘曲的状况下，也进行同样的限制控制。当进行氢的限制控制时，燃料电池堆的发电量下降而无法得到所要求的输出的可能性升高。
另外，内胆内的温度在车辆停止了一定期间的状态下，通过内胆、加强层而与高压罐周边的环境温度大致相等。另一方面，在车辆开始运转的状态下，由于氢被排出到高压罐的外部而引起绝热膨胀，从而导致内胆内的温度发生变化。因此，即使检测内胆内的温度，也不能说能够充分地监视加强层的氢浓度。可以说，测定不易受到绝热膨胀的影响、即使在运转开始后经过一定时间也近似于周边的环境温度的树脂制的加强层的温度(或环境温度自身)，能够更准确地推算从加强层内移动到内胆与加强层之间的透过氢的量。
本发明是鉴于上述的实际情况而完成的，其目的在于提供一种气体控制系统及气体控制方法，通过根据加强层(或高压罐周边的环境温度)的温度来限制流体从高压罐的排出，能够抑制内胆的变形，并且与高压罐周边的环境温度高的情况相比，在高压罐周边的环境温度低的情况下，能够使燃料电池堆继续以高输出进行运转。
为了达成上述目的，本发明的第1方式是一种气体控制系统，具有高压罐、温度传感器、压力传感器、流量调整部和控制部，其中，所述高压罐具有用于填充高压的流体的树脂制的内胆、覆盖所述内胆的外表面的加强层、和从所述内胆排出所述流体的排出孔，所述温度传感器检测所述加强层的温度或所述高压罐的外侧周边的温度，所述压力传感器检测所述内胆的内部的压力，所述流量调整部调整从所述排出孔排出的所述流体的流量，所述控制部控制所述流量调整部的动作，所述控制部根据所述温度传感器检测出的温度信息和所述压力传感器检测出的压力信息，开始限制所述流体的排出的限制控制。
另外，为了实现上述目的，本发明的第2方式是一种气体控制方法，在具有用于填充高压流体的树脂制的内胆、覆盖所述内胆的外表面的加强层、和从所述内胆排出所述流体的排出孔的高压罐中，控制从所述高压罐排出的所述流体的流量，所述气体控制方法具有：温度获取工序，通过温度传感器检测所述加强层的温度或所述高压罐的外侧周边的温度；压力获取工序，通过压力传感器检测所述内胆的内部的压力；和流量控制工序，通过控制部控制对从所述内胆排出的所述流体的流量进行调整的流量调整部的动作，在所述流量控制工序中，根据所述温度传感器检测出的温度信息和所述压力传感器检测出的压力信息，开始限制所述流体的排出的限制控制。
上述的气体控制系统及气体控制方法，根据加强层(或高压罐周边的环境温度)的温度来限制流体从高压罐的排出，据此，能够抑制内胆的变形，并且在高压罐周边的环境温度低的情况下，与该环境温度高的情况相比，能够使燃料电池堆继续以高输出进行运转。
通过参照附图对以下实施方式所做的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的气体控制系统的整体结构的说明图。
图2是表示高压罐的局部剖面的图。
图3A是表示高压罐的内压为高压的情况下的内胆和加强层的剖视图。图3B是表示高压罐的内压为低压的情况下的内胆和加强层的剖视图。
图4是表示加强层的温度与扩散到加强层内的氢气量的关系的曲线图。
图5是表示气体控制ECU的功能的框图。
图6A是表示开始映射信息的一例的图。图6B是表示限制映射信息的一例的图。
图7是表示加强层的温度与氢消耗速度的关系的曲线图。
图8A是表示从通常控制开始限制控制时的处理的流程图。图8B是表示限制控制的处理的流程图。
图9是以时间变化表示高压罐的内压的变化及氢气的流量的限制的曲线图。
图10是表示本发明的第2实施方式所涉及的气体控制系统的整体结构的说明图。
图11是表示在第2实施方式的气体控制方法中，从通常控制开始限制控制时的处理的流程图。
具体实施方式
下面，列举优选的实施方式，参照附图对本发明详细地进行说明。
〔第1实施方式〕
本发明的第1实施方式所涉及的气体控制系统10构成在燃料电池系统12中从高压罐14向燃料电池堆16供给流体即氢气(燃料气体、阳极气体)的氢气供给系统。燃料电池堆16通过从高压罐14供给的氢气与从不同路径供给的空气等含氧气体(氧化剂气体、阴极气体)的电化学反应进行发电。即，燃料电池堆16相当于消耗高压罐14的氢气的气体消耗物。
燃料电池系统12例如搭载于未图示的燃料电池车辆，向燃料电池车辆的电装零部件(马达、蓄电池、各种ECU等)供给燃料电池堆16的发电电功率。此外，燃料电池系统12(气体控制系统10)不限定于应用于燃料电池车辆，例如也可以构成为定置式燃料电池系统。
气体控制系统10具有：上述的高压罐14；气体流通部18，其以能够使氢气流通的方式连接在该高压罐14及燃料电池堆16之间；和传感器组20，其被设置于气体流通部18(或高压罐14)。另外，气体控制系统10具有气体控制ECU(Electronic Control Unit，电子控制部)22(控制部)，该气体控制ECU22对在气体流通部18中调整气体的流通状态的各种结构进行控制。气体控制ECU22可以与整个燃料电池系统12的发电控制ECU24(参照图5)之间进行通信来控制气体控制系统10，也可以附设于发电控制ECU24。
如图2所示，气体控制系统10的高压罐14具有：内胆28，其内侧具有氢气的空间部26；和加强层30，其覆盖内胆28的外表面。另外，高压罐14在内侧具有接口32，该接口32具有与空间部26连通的排出孔34，能够向燃料电池堆16排出氢气。
内胆28构成高压罐14的内层，具有纺锤形状的主体部36、在主体部36的一端向内侧凹陷的凹陷部38、与凹陷部38相连并且固定接口32的固定筒部40。主体部36、凹陷部38和固定筒部40由规定的树脂材料(聚酰胺树脂等)一体成型。
在主体部36的内侧形成有空间部26。另一方面，在主体部36的外表面直接层积有加强层30。凹陷部38形成为朝向主体部36的径向内侧且长度方向中央平缓地倾斜的锥状，构成安装接口32的部分。固定筒部40从凹陷部38的中心位置朝向轴向外侧突出，并且具有与空间部26连通的连通孔40a。
加强层30通过覆盖内胆28的整个主体部36和安装于内胆28的接口32的规定部分而构成高压罐14的外层。加强层30例如适用碳纤维增强树脂(CFRP)。该加强层30如下这样形成：通过一边送出增强纤维(碳纤维)一边浸渍基体树脂(环氧树脂等)而生成纤维增强树脂，并进行将该纤维增强树脂卷绕于内胆28及接口32的纤维缠绕成形(filamentwinding)，由此形成加强层30。
高压罐14通过构成为内胆28和加强层30的多层结构，从而在内胆28与加强层30之间具有边界部29。此外，在图2中，图示了在边界部29中因氢气蓄积而产生的后述的空间50，但在高压罐14为高压的情况下，当然没有该空间50(也参照图3A)。
高压罐14的接口32构成氢气的端口部，被配置在内胆28(凹陷部38、固定筒部40)的外侧。接口32具有：接口主体32a，其旋合于固定筒部40，并且贯通形成有能排出氢气的排出孔34；和凸缘部32b，其在接口主体32a的端部向径向外侧突出。高压罐14使安装于内胆28的固定筒部40的接口主体32a的一部分从加强层30露出(突出)。
另外，接口32具有：槽部42，其在凸缘部32b处能与内胆28和加强层30之间的边界部29连通；缓冲部44，其与槽部42连通；和孔部46，其从缓冲部44开始延伸并与构成排出孔34的接口32的内表面连通。槽部42、缓冲部44和孔部46构成排出流路48，该排出流路48将滞留在内胆28与加强层30之间的边界部29的氢气排出到排出孔34。
即，高压罐14产生积存于空间部26的氢气透过树脂制的内胆28的现象。以下，为了易于理解本发明，对透过了内胆28的氢气的行为进行说明。如图3A所示，透过了内胆28的氢气向加强层30(CFRP)的内部移动。加强层30与内胆28相比径向厚度较厚。与内胆28相比，在加强层30的内部分布(扩散)有更多的氢气。
在高压罐14的空间部26为高压的情况下，即使透过内胆28的氢气扩散到加强层30，透过氢的一部分(或微量的透过氢)也会直接向高压罐14的外部(大气压侧)排出。即，氢气从内胆28的内侧向加强层30的外侧移动。因此，加强层30内的氢浓度分布随着朝向加强层30的外侧而变低。
另一方面，当从高压罐14的排出孔34排出氢而空间部26成为低压，如图3B所示，内胆28的朝向径向外侧的按压力被缓和而成为规定的压力以下时，在内胆28与加强层30的边界部29产生空间50。此时，透过内胆28而扩散到加强层30内的氢以随着空间部26的减压而朝向空间50(比加强层30靠内侧)的方式作用(移动)。
当在边界部29中形成有空间50时，排出流路48和空间50彼此连通，高压罐14能够通过排出流路48排出空间50中的氢气。但是，由于从排出孔34排出氢而产生的空间部26的减压速度超过从空间50排出透过氢而产生的空间50的减压速度，因此，当空间50的压力增加而达到界限以上时，产生内胆28的一部分向内侧凹陷的翘曲。
另外，如图4的曲线图所示，扩散到加强层30内的氢气量(氢浓度)随着内胆28内部的温度升高而上升。如上所述，在车辆停止了一定期间的状态下，加强层30、内胆28、内胆28内部的温度与高压罐14周边的环境温度大致相等。因此，可以认为随着加强层30的温度(高压罐14周边的环境温度)升高，向加强层30扩散的氢气量(氢浓度)也上升。
当车辆开始运转时，内胆28内部的氢被排出到高压罐14的外部，空间部26成为低压。若空间部26成为规定的压力以下，则在内胆28与加强层30的边界部29产生空间50。此时，由于内胆28内部的氢的绝热膨胀，内胆28内部的温度发生变化。另一方面，加强层30不易受到氢的绝热膨胀的影响。即，即使内胆28内部的温度变化，加强层30的温度也能够良好地作为反映扩散到加强层30的氢气量的参数使用。
因此，在空间部26成为规定的压力以下而在内胆28与加强层30的边界部29产生空间50时，向空间50移动的氢气量与加强层30的温度、或高压罐14的周边的环境温度相关而进行变化。换言之，加强层30的温度、或高压罐14周边的环境温度越高，扩散到加强层30内的氢向边界部29移动的量(空间50的压力)越多，在高压罐14的内压高的阶段容易产生内胆28的翘曲。
本实施方式所涉及的气体控制系统10为了抑制该翘曲而在高压罐14的空间部26的压力(内压)成为低压的过程中，进行限制向燃料电池堆16(气体流通部18)排出的氢气的流量的限制控制。下面对用于在气体控制系统10中进行限制控制的结构进行说明。
返回图1，气体流通部18构成在气体控制ECU22的控制下从高压罐14向燃料电池堆16排出的氢气的流通路径。该气体流通部18具有在高压罐14与燃料电池堆16之间延伸并使氢气流通的气体供给管52。另外，气体流通部18在气体供给管52(包括高压罐14)的适当的位置具有主截止阀54、减压阀56和喷射器58。
主截止阀54设置在高压罐14的接口32或气体供给管52上，根据从气体控制ECU22输出的控制信号进行开闭，从而开放或阻断气体供给管52的流通路径。减压阀56设置在主截止阀54的下游侧，对从气体供给管52流向燃料电池堆16的氢气进行减压。
喷射器58在减压阀56的下游侧设置有1个以上，以比喷射器58靠上游侧(高压罐14侧)的氢气成为规定压力的方式进行开闭动作，向下游侧(燃料电池堆16)喷出氢气。该喷射器58由接收到气体控制ECU22的控制信号的喷射器驱动部59驱动。即，喷射器58相当于调整从高压罐14向燃料电池堆16的氢气的供给量(流量)的流量调整部。
气体控制系统10的传感器组20监视氢气供给系统中的氢气的状态，作为该传感器组20，可列举温度传感器60、压力传感器62和流量传感器64。
本实施方式所涉及的温度传感器60是检测加强层30自身的温度的检测器。例如，作为这种温度传感器60，能够应用检测加强层30的辐射温度的辐射温度传感器60a。此外，温度传感器60可以具有检测器直接安装到加强层30的结构。另外，如图1中的虚线所示，温度传感器60能够适用对高压罐14的外侧周边的外部气温(环境温度)进行检测的外部气温传感器60b。外部气温传感器60b可以设置在不易受到车辆行驶时的行驶风等的影响的位置。在车辆停止了一定期间的状态下，构成高压罐14的外层的加强层30直接受到外部气温的影响，因此加强层30自身的温度与加强层30周边的外部气温相关(实质上没有差异)。另外，加强层30即使在车辆的运转开始后也不易受到内胆28内部的氢的绝热膨胀的影响，可以说加强层30的温度良好地表示为从加强层30向空间50移动的透过氢的量。
尤其是，在本实施方式中，加强层30由纤维树脂构成，并且加强层30的径向的厚度形成为比内胆28的径向的厚度厚。因此，加强层30更不易受到氢的绝热膨胀的影响，扩散到加强层30的氢气量以及扩散后的氢气从加强层30向空间50移动的量更容易与高压罐14周边的环境温度相关。
此外，温度传感器60可以使用辐射温度传感器60a、外部气温传感器60b中的任一方，但也可以使用两个传感器对两个温度信息进行适当处理(取平均值、采用温度高的一方、利用一方对另一方进行修正等)，而得到处理用的温度信息。另外，也可以适当更新得到的温度信息。具体而言，在由辐射温度传感器60a或外部气温传感器60b得到的温度信息被更新而增高的情况下，可以采用该温度信息。
压力传感器62检测内胆28内的空间部26的压力(高压罐14的内压)。此外，在本实施方式中，压力传感器62是检测在主截止阀54与减压阀56之间的气体供给管52中流通的氢气的压力的结构。压力传感器62可直接检测内胆28内的压力，也可检测在主截止阀54的上游侧的气体供给管52中流通的氢气的压力。
并且，流量传感器64检测高压罐14的排出流路48中的流量。此外，传感器组20不限定于上述压力传感器62、温度传感器60、流量传感器64，也可以包含其他种类的传感器。
另外，气体控制系统10也可以包括调整从燃料电池堆16输出的发电电流的电流调整部66。电流调整部66能够实施限制燃料电池堆16的发电电流的限制控制。电流调整部66通过在气体控制ECU22的控制下进行发电电流的限制控制，抑制在燃料电池堆16中消耗的氢气的消耗量。据此，从高压罐14输出的氢气的流量下降，而使高压罐14的减压速度下降。即，电流调整部66在本发明中可以成为调整氢气的流量的流量调整部。
然后，气体控制系统10的气体控制ECU22使用温度传感器60检测的温度信息及压力传感器62检测的压力信息，设定上述限制控制的开始时间和限制控制时的氢气的流量。气体控制ECU22是具有输入输出接口70、一个以上的处理器72及存储器74的计算机，其经由输入输出接口70与喷射器58、主截止阀54以及传感器组20的各传感器连接。
一个以上的处理器72通过执行存储在存储器74中的程序(未图示)，来构建调整氢气的流量的功能部。如图5所示，在气体控制ECU22内构建有温度获取部76、压力获取部78、流量获取部80、通常动作控制部82、判定处理部84、限制动作控制部86、喷射器动作指令部88。
温度获取部76获取温度传感器60检测出的温度信息并暂时存储于存储器74，另外向判定处理部84和限制动作控制部86输出温度信息。同样，压力获取部78获取压力传感器62检测出的压力信息并暂时存储在存储器74中，另外，向判定处理部84和限制动作控制部86输出压力信息。并且，流量获取部80获取流量传感器64检测出的流量信息并暂时存储在存储器74中，另外，将流量信息输出给限制动作控制部86。
通常动作控制部82是进行高压罐14的空间部26的压力(内压)较高的状态下的通常控制的功能部。例如，通常动作控制部82根据发电控制ECU24等的指令来设定喷射器58的动作内容(喷射器58内的未图示的阀芯的开闭期间即占空比)。此时，通常动作控制部82设定与气体流通部18的能力对应的氢气的通常时流量上限值Lc(参照图9)，并设定喷射器58的动作内容，以使在通常控制中氢气的流量不超过通常时流量上限值Lc。然后，通常动作控制部82将设定的喷射器58的动作内容输出给喷射器动作指令部88。
判定处理部84根据温度信息和压力信息来切换通常动作控制部82的动作(高压罐14的高压时的通常控制)与限制动作控制部86的动作(高压罐14的低压时的限制控制)。在此，如上述那样，在由于氢气的排出而高压罐14的空间部26的压力(内压)变低时发生内胆28的翘曲。因此，从通常控制向限制控制的切换(即限制控制的开始时间的判定)以监视压力信息而内压成为规定以下为条件。
另外，在车辆停止了一定期间时，由于高压罐14周边的环境温度高，使得加强层30、内胆28、内胆28内部的温度越高，向加强层30移动的氢气量越多。即，温度传感器60检测的加强层30或高压罐14周边的外部气温越高，向内胆28与加强层30之间的边界部29移动的氢气越增加。因此，优选加强层30的温度越高，越提前限制控制的开始时间。另一方面，限制控制对从高压罐14排出的氢气的流量进行限制，因此无法得到在燃料电池堆16的发电中所要求的输出的可能性增高。因此，在由于低温环境等的影响而使加强层30的温度低且向边界部29移动的氢气较少的状况下，优选使限制控制的开始时间延迟。
根据以上内容，判定处理部84具有设定开始阈值Ts的限制开始条件设定部90、以及使用所设定的开始阈值Ts来判定限制控制的开始时间的开始判定部92。限制开始条件设定部90根据加强层30的温度信息来设定用于与高压罐14的内压进行比较的压力阈值Tp(开始阈值Ts)。例如，如图6A所示，限制开始条件设定部90将根据加强层30的温度变化而设定了值的开始阈值Ts的开始映射信息90a预先存储在存储器74中，从读出的开始映射信息90a提取基于温度信息的开始阈值Ts。
开始映射信息90a按多个温度范围(第1温度范围、第2温度范围、…)的每个温度范围设定有开始阈值Ts(压力阈值Tp1、Tp2、…)。在该开始映射信息90a中，各温度范围如第1温度范围＜第2温度范围＜第3温度范围＜第4温度范围＜第5温度范围＜…那样依次升高。各温度范围的温度幅度可以根据加强层30的温度和氢气的移动来适当地设定，也可以是彼此相同的温度幅度(例如，每10℃等)，还可以是温度幅度不同。
另外，在开始映射信息90a中，开始阈值Ts(压力阈值Tp)也被设定成随着温度范围的增大而逐渐增大。即，第1温度范围的压力阈值Tp1＜第2温度范围的压力阈值Tp2＜第3温度范围的压力阈值Tp3＜第4温度范围的压力阈值Tp4＜第5温度范围的压力阈值Tp5＜…。据此，加强层30的温度越高，限制开始条件设定部90越能够设定高的压力阈值Tp。此外，限制开始条件设定部90也可以代替开始映射信息90a而具有表示温度信息与开始阈值Ts的关系的适当的函数，并使用该函数设定开始阈值Ts。
开始判定部92对由限制开始条件设定部90设定的开始阈值Ts(压力阈值Tp)与压力信息(高压罐14的内压)进行比较。开始判定部92在高压罐14的内压大于压力阈值Tp的情况下判定为继续通常控制，另一方面，在高压罐14的内压成为压力阈值Tp以下的情况下判定为开始限制控制。而且，判定处理部84在判定为开始限制控制时，指示从通常动作控制部82的动作向限制动作控制部86的动作切换。
限制动作控制部86通过设定比通常动作控制部82中设定的氢气的通常时流量上限值Lc(也参照图9：流量上限值L)低的限制时流量上限值Ll(也参照图9：流量上限值L)，来进行限制从高压罐14排出的氢气的流量的限制控制。在该限制控制中，限制动作控制部86具有用于根据温度信息和压力信息来设定限制时流量上限值Ll的限制动作设定部94。限制动作设定部94将限制映射信息94a预先存储在存储器74中，从读出的限制映射信息94a中提取适当的限制时流量上限值Ll。
限制映射信息94a是使限制时流量上限值Ll与高压罐14的内压及加强层30的温度建立对应关系的信息。例如，图6B中的限制映射信息94a使四个流量上限值L(Llx、Ll1～Ll3)与多个压力范围(第1压力范围～第6压力范围)及多个温度范围(第1温度范围～第4温度范围)建立对应关系。
多个压力范围是对高压罐14的内压P的上限值至下限值的范围进行分割而成的，按第1压力范围、第2压力范围、第3压力范围、第4压力范围、第5压力范围、第6压力范围的顺序变大。多个温度范围是将加强层30的从最低温度到规定温度的温度范围分割成多个范围而成的，按照第4温度范围、第3温度范围、第2温度范围、第1温度范围的顺序变大。然后，限制动作设定部94参照该限制映射信息94a，提取由四个等级(Ll3＜Ll2＜Ll1＜Llx)构成的限制时流量上限值Ll。
另外，限制动作控制部86具有动作内容处理部96，该动作内容处理部96设定喷射器58的动作内容以调整向燃料电池堆16输出的氢气的流量。动作内容处理部96基本上根据发电控制ECU24等的指令来设定喷射器58的动作内容(喷射器58的占空比)。此时，动作内容处理部96将由限制动作设定部94设定的限制时流量上限值Ll作为上限，来适当限制喷射器58的氢气的流量。此外，动作内容处理部96也可以具有表示温度信息、压力信息、流量上限值L的关系的适当的函数来代替限制映射信息94a，并使用该函数来设定流量上限值L。
如图7所示，如上述那样构成的气体控制系统10在实施限制控制时，能够根据加强层30的温度来适当地改变氢气的流量。此外，在图7中，横轴表示加强层30的温度，纵轴表示燃料电池堆16的氢消耗速度。燃料电池堆16的氢消耗速度与燃料气体供给系统供给至燃料电池堆16(从高压罐14排出)的氢气的流量大致相同。
即，在限制控制中，通过适当地设定限制时流量上限值Ll，加强层30的温度越高则氢气的流量(氢消耗速度)越低，加强层30的温度越低则氢气的流量越高。例如，在图7中，加强层30的温度为10℃时的氢消耗速度高于加强层30的温度为40℃时的氢消耗速度。
再参照图5，限制动作控制部86参考流量传感器64检测出的流量信息(排出流路48的氢气的流量)来调整喷射器58的动作内容。例如，当从排出流路48流出少量氢气时，通过降低与目标发电量对应的氢气的流量(排出量)，来抑制高压罐14的内压的下降速度。由此，能够更可靠地抑制高压罐14的翘曲。此外，也可以省略排出流路48的流量监视的结构。
另外，喷射器动作指令部88根据从通常动作控制部82和限制动作控制部86输出的动作内容来输出驱动喷射器驱动部59的驱动信号(例如，脉冲信号)。据此，喷射器58在气体控制ECU22的控制下开闭阀芯，调整气体供给管52内的氢气的流量。即，控制从高压罐14排出的氢气的流量。
本实施方式所涉及的气体控制系统10基本上如上述那样构成，下面对其动作进行说明。
在燃料电池系统12发电时，使气体控制系统10动作，从高压罐14经由气体流通部18向燃料电池堆16供给氢气。燃料电池堆16通过氢气和空气的电化学反应进行发电。在氢气的供给中，气体控制ECU22控制气体流通部18(喷射器58)的动作而调整从高压罐14排出的氢气的流量。
具体而言，如图8A所示，通常动作控制部82在高压罐14的高压状态下，根据发电控制ECU24的指令使喷射器58动作，进行调整氢气的流量的通常控制(步骤S1)。此时，通常动作控制部82设定与气体流通部18的供给能力对应的通常时流量上限值Lc，使喷射器58动作以使氢气的流量不超过通常时流量上限值Lc。
气体控制ECU22在实施通常控制时，通过温度获取部76获取温度传感器60检测出的加强层30的温度信息(步骤S2)，通过压力获取部78获取压力传感器62检测出的压力信息(高压罐14的内压)(步骤S3)。
然后，气体控制ECU22进行用于实施限制控制的流量控制工序。具体而言，判定处理部84的限制开始条件设定部90参照图6A所示的存储器74的开始映射信息90a，设定与获取到的温度信息对应的开始阈值Ts(压力阈值Tp)(步骤S4)。
在此之后，判定处理部84的开始判定部92将所设定的压力阈值Tp与压力信息进行比较，判定高压罐14的内压是否成为压力阈值Tp以下(步骤S5)。即，判定处理部84判定限制控制的开始时间。在高压罐14的内压高于压力阈值Tp的情况下(步骤S5：否)，返回步骤S2，以下重复同样的流程。另外，在高压罐14的内压成为压力阈值Tp以下的情况下(步骤S5：是)，进入步骤S6。
高压罐14的内压成为压力阈值Tp以下的情况是指，高压罐14的氢气减少而成为内压下降的状态(减压状态)。因此，在步骤S6中，气体控制ECU22通过判定处理部84从通常动作控制部82的动作切换为限制动作控制部86的动作，由此实施限制控制。
此外，气体控制方法当然不限定于上述的处理流程。例如，根据温度传感器60的温度信息设定压力阈值Tp的处理(步骤S2和S4)可以在车辆的运转开始前(实施通常控制(步骤S1)前)。这是因为移动到加强层30的透过氢的量(氢浓度)与车辆停止一定期间时的高压罐14周边的环境温度相关。
如图8B所示，在限制控制中，与通常控制同样，气体控制ECU22通过温度获取部76获取温度传感器60检测出的加强层30的温度信息(步骤S6-1)。另外，气体控制ECU22通过压力获取部78获取压力传感器62检测出的压力信息(高压罐14的内压)(步骤S6-2)。
然后，限制动作控制部86的限制动作设定部94参照限制映射信息94a设定与温度信息及压力信息对应的氢气的流量上限值L(限制时流量上限值Ll)(步骤S6-3)。由此，动作内容处理部96根据设定的限制时流量上限值Ll，在发电控制ECU24的指令下设定用于调整氢气的流量的喷射器58的动作内容(占空比)(步骤S6-4)。即，设定喷射器58的动作内容以使氢气的流量不超过限制时流量上限值Ll。
气体控制ECU22的喷射器动作指令部88根据动作内容处理部96设定的喷射器58的动作内容，输出使喷射器58动作的控制信号(步骤S6-5)。据此，从高压罐14排出的氢气被适当地限制，抑制了高压罐14的内压的减小(减压速度变慢)。其结果是，良好地抑制了内胆28的翘曲。
接着，参照图9的曲线图，对通常控制和限制控制中的高压罐14的内压变化与氢气流量的限制的关系进行说明。图9中的上侧的曲线图通过将横轴设为时间，将纵轴设为高压罐14的内压，例示出高压罐14的内压随着时间经过的变化。另一方面，图9中的下侧的曲线图通过将横轴设为时间，将纵轴设为氢气的流量值(排出量)，例示出氢气的流量随着时间经过的变化。
如上所述，气体控制ECU22根据加强层30的温度(温度信息)来设定开始阈值Ts(压力阈值Tp)。因此，气体控制ECU22在加强层30的温度较高的情况下，设定压力高的开始阈值Ts(第1开始阈值Ts1)，并对高压罐14的内压(压力信息)与第1开始阈值Ts1进行比较。第1开始阈值Ts1例如适用图6A中的开始映射信息90a的Tp5。然后，当高压罐14的内压变为第1开始阈值Ts1以下时，开始限制控制。
即，气体控制ECU22设定比在通常控制中设定的通常时流量上限值Lc低的限制时流量上限值Ll，并以氢气的流量不超过限制时流量上限值Ll的方式调整氢气的流量。此外，如上所述，限制时流量上限值Ll根据温度信息和压力信息被设定为适当的值。据此，在限制控制中，高压罐14的内压缓慢地下降，从而抑制内胆28的翘曲。
另外，在加强层30的温度低的情况下，气体控制ECU22设定压力比第1开始阈值Ts1低的开始阈值Ts(第2开始阈值Ts2)，并对高压罐14的内压(压力信息)与第2开始阈值Ts2进行比较。第2开始阈值Ts2例如适用图6A中的开始映射信息90a的Tp1。
据此，使用第2开始阈值Ts2时的限制控制的开始时间晚于使用第1开始阈值Ts1的限制控制的开始时间。因此，降低限制时流量上限值Ll的时间延迟，而能够较长地实施与目标发电量对应的燃料电池堆16的发电。即，燃料电池系统12的商品性进一步提高。
而且，即使这样使限制控制的开始时间延迟，由于加强层30的温度较低，因此在内胆28与加强层30之间的边界部29蓄积的氢气的量也较少。因此，能够良好地抑制内胆28的翘曲。
此外，本发明不限定于上述实施方式，可以根据发明的主旨进行各种改变。例如，气体控制系统10不限定于应用于燃料电池系统12的氢气供给系统，也可以应用于排出贮存在高压罐14的空间部26中的气体的各种装置。
〔第2实施方式〕
图10所示的第2实施方式所涉及的气体控制系统10A在具有检测高压罐14内(氢气的空间部26)的温度的罐内温度传感器100这一点上与上述的气体控制系统10不同。该气体控制ECU22A构成为获取罐内温度传感器100检测出的内部温度信息，并根据内部温度信息和压力信息(高压罐14的内压)，来推算在内胆28与加强层30之间的边界部29产生的氢气的空间50的体积。
在此，空间50的体积在高压罐14的内压大于规定压力的情况下大致恒定，另一方面，在高压罐14的内压为规定压力以下的情况下，在恒定的温度下与空间50的压力成反比。而且，若空间50的体积的膨胀过大，则产生翘曲。即，气体控制ECU22A通过推算空间50的体积，能够高精度地监视翘曲发生的可能性。
例如，根据预先存储在存储器74中的相关性信息(未示出)来推算空间50的体积。相关性信息由映射信息或函数构成，该映射信息或函数能够根据高压罐14内的温度(内部温度信息)及高压罐14的内压(压力信息)推导出空间50的体积。
另外，为了与推算出的空间50的体积进行比较，气体控制ECU22A的判定处理部84设定空间50的体积阈值Tc作为开始阈值Ts。体积阈值Tc从根据加强层30的温度(多个温度范围)而设定为不同的值的开始映射信息90b提取。即，判定处理部84设定与加强层30的温度信息对应的体积阈值Tc，并将推算出的空间50的体积与体积阈值Tc进行比较，由此判定从通常控制向限制控制的切换(开始)。
以上的第2实施方式所涉及的气体控制系统10通过如图11所示的流程图那样进行处理来实施限制控制。在图11中，步骤S11～S13与图8A中的步骤S1～S3相同。在步骤S14中，气体控制ECU22A从检测高压罐14内的温度的罐内温度传感器100获取内部温度信息。
然后，气体控制ECU22A的判定处理部84根据内部温度信息和压力信息，推算在内胆28与加强层30之间的边界部29产生的空间50的体积(步骤S15)。而且，判定处理部84的限制开始条件设定部90参照存储器74的开始映射信息90b，设定与获取到的温度信息对应的开始阈值Ts(体积阈值Tc)(步骤S16)。
在此之后，判定处理部84的开始判断部92对设定的体积阈值Tc与推算出的空间50的体积进行比较，判定空间50的体积是否成为体积阈值Tc以上(步骤S17)。在空间50的体积低于体积阈值Tc的情况下(步骤S17：否)，返回步骤S2，以下重复同样的流程。另外，在空间50的体积成为体积阈值Tc以上的情况下(步骤S17：是)，进入步骤S18。
空间50的体积成为体积阈值Tc以上的情况是指蓄积在空间50中的氢气处于膨胀状态。因此，在步骤S18中，气体控制ECU22A通过判定处理部84从通常动作控制部82的动作切换为限制动作控制部86的动作，来实施限制控制。此时的限制控制与第1实施方式所涉及的气体控制系统10的限制控制相同。此外，气体控制系统10A也可以是在限制控制中根据推算出的空间50的体积来调整氢气的流量的结构。
以下记载能从上述实施方式掌握的技术思想及效果。
本发明的第1方式是一种气体控制系统10、10A，其具有：高压罐14，其具有用于填充高压流体(氢气)的树脂制的内胆28、覆盖内胆28的外表面的加强层30和从内胆28排出流体的排出孔34；温度传感器60，其检测加强层30的温度或高压罐14的外侧周边的温度；压力传感器62，其检测内胆28的内部的压力；流量调整部(喷射器58、电流调整部66)，其调整从排出孔34排出的流体的流量；和控制部(气体控制ECU22、22A)，其控制流量调整部的动作，其中，控制部根据温度传感器60检测出的温度信息和压力传感器62检测出的压力信息，开始限制流体的排出的限制控制。
根据上述内容，气体控制系统10、10A能够根据加强层30的温度或高压罐14的外侧周边的温度而适当地开始限制流体的排出的限制控制。即，在内胆28内部的温度(加强层30的温度)高的情况下，从内胆28的内部透过内胆28向加强层30移动的流体的透过量多。因此，气体控制系统10、10A通过较早地开始限制控制，能够延迟高压罐14内的减压从而抑制内胆28的变形(翘曲)。另一方面，在因低温环境等的影响而导致内胆28内部的温度(加强层30的温度)低的情况下，从内胆28的内部透过内胆28而向加强层30移动的流体的透过量少。因此，气体控制系统10、10A通过延迟开始限制控制，能够在较长的期间如通常那样从高压罐14排出流体。因此，气体控制系统10、10A能够持续且稳定地从高压罐14供给流体，从而能够提高气体控制系统10、10A的商品性。
另外，控制部(气体控制ECU22)根据温度信息设定与内胆28的内部的压力有关的压力阈值Tp，将设定的压力阈值Tp与获取到的压力信息进行比较，当压力信息成为压力阈值Tp以下时开始进行限制控制。通过这样设定与温度信息对应的压力阈值Tp，气体控制系统10能够基于压力阈值Tp监视高压罐14的内压从而良好地判定限制控制的开始。
另外，温度传感器60检测出的温度越高，压力阈值Tp被设定为越高的压力值。据此，当温度传感器60检测出的温度低时，压力阈值Tp下降，气体控制系统10能够在高压罐14的内压已经降低到一定程度的阶段开始限制控制。
另外，气体控制系统10A具有检测高压罐14内的温度的罐内温度传感器100，控制部(气体控制ECU22A)根据罐内温度传感器100检测出的内部温度信息，推算由于透过的流体的蓄积而在内胆28与加强层30之间的边界部29产生的空间50的体积，并且根据温度信息设定与空间50的体积有关的体积阈值Tc，将设定的体积阈值Tc与推算的空间50的体积进行比较，在空间50的体积成为体积阈值Tc以上的情况下开始限制控制。通过这样监视空间50的体积，气体控制系统10A能够更良好地判定限制控制的开始。
另外，控制部(气体控制ECU22、22A)在实施限制控制时，至少根据温度信息来设定流体的流量的流量上限值L，并控制流量调整部(喷射器58、电流调整部66)的动作以使流体的流量不超过该流量上限值L。据此，气体控制系统10、10A能够在限制控制中适当地设定气体的流量上限值L，调整从高压罐14排出的气体的速度。
另外，控制部(气体控制ECU22、22A)预先存储有限制映射信息94a，该限制映射信息94a具有与温度传感器60的温度和压力传感器62的压力对应的多个流量上限值L，在实施限制控制时，参照限制映射信息94a提取基于温度信息和压力信息的流量上限值L。据此，气体控制系统10、10A能够更高精度地设定气体的流量上限值L。
另外，在高压罐14上设置有排出流路48，该排出流路48连通于由于透过的流体的蓄积而在内胆28与加强层30之间的边界部29产生的空间50，能够将流体从空间50排出到高压罐14的外部，在高压罐14上具有流量传感器64，该流量传感器64检测从排出流路48排出的流体的排出量，控制部根据流量传感器64检测出的排出量信息，调整从高压罐14排出的流体的流量。据此，气体控制系统10、10A能够根据从排出流路48排出的流体的流量，良好地控制从高压罐14排出的流体的流量。
另外，本发明的第2方式是一种气体控制方法，在具有用于填充高压流体的树脂制的内胆28、覆盖内胆28的外表面的加强层30和从内胆28排出流体的排出孔34的高压罐14中，控制从该高压罐14排出的流体的流量，该气体控制方法的特征在于，
具有：
温度获取工序，通过温度传感器60检测加强层30的温度或高压罐14的外侧周边的温度；
压力获取工序，通过压力传感器62检测内胆28的内部的压力；和
流量控制工序，通过控制部(气体控制ECU22、22A)控制对从内胆28排出的流体的流量进行调整的流量调整部(喷射器58、电流调整部66)的动作，
在流量控制工序中，根据温度传感器60检测出的温度信息和压力传感器62检测出的压力信息，开始限制所述流体的排出的限制控制。据此，气体控制方法通过根据温度适当地限制流体从高压罐14的排出，能够抑制内胆28的变形，并且在高压罐周边的环境温度低的情况下，与环境温度高的情况相比，能够使燃料电池堆16继续以高输出进行运转。
另外，在流量控制工序中，根据温度信息来设定与内胆28内部的压力有关的压力阈值Tp，将设定的压力阈值Tp与获取到的压力信息进行比较，当压力信息成为压力阈值Tp以下时开始限制控制。据此，气体控制方法能够良好地判定限制控制的开始。
另外，具有通过罐内温度传感器100检测高压罐14内的温度的内部温度获取工序，流量控制工序根据罐内温度传感器100检测出的内部温度信息，来推算由于透过的流体的蓄积而在内胆28与加强层30之间的边界部29产生的空间50的体积，并且根据温度信息设定与空间50的体积有关的体积阈值Tc，将所设定的体积阈值Tc与推算的空间50的体积进行比较，在空间50的体积成为体积阈值Tc以上的情况下开始限制控制。据此，气体控制方法能够更良好地判定限制控制的开始。

Claims (10)

1.一种气体控制系统(10、10A)，其特征在于，
具有高压罐(14)、温度传感器(60)、压力传感器(62)、流量调整部(58、66)和控制部(22、22A)，其中，
所述高压罐(14)具有用于填充高压的流体的树脂制的内胆(28)、覆盖所述内胆的外表面的加强层(30)、和从所述内胆排出所述流体的排出孔(34)，
所述温度传感器(60)检测所述加强层的温度或所述高压罐的外侧周边的温度，
所述压力传感器(62)检测所述内胆的内部的压力，
所述流量调整部(58、66)调整从所述排出孔排出的所述流体的流量，
所述控制部(22、22A)控制所述流量调整部的动作，
所述控制部根据所述温度传感器检测出的温度信息和所述压力传感器检测出的压力信息，开始限制所述流体的排出的限制控制。
2.根据权利要求1所述的气体控制系统，其特征在于，
所述控制部根据所述温度信息设定与所述内胆的内部的压力有关的压力阈值(Tp)，将设定的所述压力阈值与获取到的所述压力信息进行比较，当所述压力信息成为所述压力阈值以下时开始进行所述限制控制。
3.根据权利要求2所述的气体控制系统，其特征在于，
所述温度传感器的温度越高，所述压力阈值被设定为越高的压力值。
4.根据权利要求1所述的气体控制系统，其特征在于，
具有罐内温度传感器(100)，该罐内温度传感器(100)用于检测所述高压罐内的温度，
所述控制部根据所述罐内温度传感器检测出的内部温度信息，来推算由于透过的所述流体的蓄积而在所述内胆与所述加强层之间的边界部(29)产生的空间(50)的体积，并且
根据所述温度信息设定与所述空间的体积有关的体积阈值(Tc)，将设定的所述体积阈值与推算的所述空间的体积进行比较，在所述空间的体积成为所述体积阈值以上的情况下开始所述限制控制。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体控制系统，其特征在于，
所述控制部在实施所述限制控制时，至少根据所述温度信息设定所述流体的流量的流量上限值(L)，并控制所述流量调整部的动作以使所述流体的流量不超过所述流量上限值。
6.根据权利要求5所述的气体控制系统，其特征在于，
所述控制部预先存储有限制映射信息(94a)，该限制映射信息(94a)具有与所述温度传感器的温度和所述压力传感器的压力对应的多个所述流量上限值，
在实施所述限制控制时，参照所述限制映射信息来提取基于所述温度信息和所述压力信息的所述流量上限值。
7.根据权利要求5所述的气体控制系统，其特征在于，
在所述高压罐上设置有排出流路(48)，该排出流路(48)连通于由于透过的所述流体的蓄积而在所述内胆与所述加强层之间的边界部产生的空间，能够将所述流体从所述空间向所述高压罐的外部排出，
所述气体控制系统具有流量传感器(64)，该流量传感器(64)检测从所述排出流路排出的所述流体的排出量，
所述控制部根据所述流量传感器检测出的排出量信息，调整从所述高压罐排出的所述流体的流量。
8.一种气体控制方法，在具有用于填充高压流体的树脂制的内胆(28)、覆盖所述内胆的外表面的加强层(30)、和从所述内胆排出所述流体的排出孔(34)的高压罐(14)中，控制从所述高压罐排出的所述流体的流量，
所述气体控制方法的特征在于，具有：
温度获取工序，通过温度传感器(60)检测所述加强层的温度或所述高压罐的外侧周边的温度；
压力获取工序，通过压力传感器(62)检测所述内胆的内部的压力；和
流量控制工序，通过控制部(22、22A)控制对从所述内胆排出的所述流体的流量进行调整的流量调整部(58、66)的动作，
在所述流量控制工序中，根据所述温度传感器检测出的温度信息和所述压力传感器检测出的压力信息，开始限制所述流体的排出的限制控制。
9.根据权利要求8所述的气体控制方法，其特征在于，
在所述流量控制工序中，根据所述温度信息来设定与所述内胆的内部的压力有关的压力阈值(Tp)，将设定的所述压力阈值与获取到的所述压力信息进行比较，当所述压力信息成为所述压力阈值以下时开始所述限制控制。
10.根据权利要求8所述的气体控制方法，其特征在于，
具有内部温度获取工序，
在该内部温度获取工序中，通过罐内温度传感器(100)检测所述高压罐内的温度，
在所述流量控制工序中，根据所述罐内温度传感器检测出的内部温度信息，来推算由于透过的所述流体的蓄积而在所述内胆与所述加强层之间的边界部产生的空间的体积，并且
根据所述温度信息设定与所述空间的体积有关的体积阈值(Tc)，将所设定的所述体积阈值与推算出的所述空间的体积进行比较，在所述空间的体积成为所述体积阈值以上的情况下开始所述限制控制。
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