CN113757560B - 气体供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体供给系统，其能够在提高压力传感器的检测精度的同时，促进轻量化和低成本化。在一实施方式的气体供给系统(10)中，气体控制ECU(22)进行将高压传感器(62)的第1检测信息(I1)与第1阈值(T1)进行比较的初始监视工序，在判定出第1检测信息(I1)达到第1阈值(T1)以下的情况之后，进行将中压传感器(64)的第2检测信息(I2)与第2阈值(T2)进行比较的2次监视工序。另外，气体控制ECU(22)使2次监视工序的喷射器(42)的开阀期间(To)和闭阀期间(Tc)比初始监视工序的喷射器(42)的开阀期间(To)和闭阀期间(Tc)长。

Description

气体供给系统
技术领域
本发明涉及一种供给高压储罐内的气体的气体供给系统。
背景技术
例如，在日本发明专利公开公报特开2010-3527号所公开的燃料电池系统中，气体供给系统作为供给高压储罐的燃料气体(氢气，阳极气体：压缩性流体)的装置来应用。高压储罐的燃料气体通过具有调节器和喷射器的气体供给路径被供给到燃料电池组。调节器对上游(高压储罐)侧的燃料气体的压力进行减压，并使其向下游(燃料电池组)侧流通。喷射器设置在调节器的下游侧，通过开阀和闭阀的动作来调整燃料气体的供给量。
另外，日本发明专利公开公报特开2010-3527号所公开的系统具有：高压传感器(第1压力传感器)，其检测高压储罐内的压力；和中压传感器(第2压力传感器)，其检测调节器与喷射器之间的压力。高压传感器由于压力检测范围宽而误差范围大，另一方面，中压传感器由于压力检测范围比高压传感器窄而误差范围也小。因此，系统在高压储罐内变为低压时，通过从使用高压传感器进行的压力监视切换为使用中压传感器进行的压力监视，由此来判定高压储罐的燃料气体的缺气。
发明内容
另外，在高压储罐的燃料气体的压力为调节器的调压范围以上或与调压范围重叠的阶段，气体供给系统的中压传感器检测误差范围内包括调压范围的检测信息。因此，气体供给系统在以与调节器的调压范围重叠的方式设定高压储罐的缺气的阈值的情况下，即使使用了中压传感器也会使误差变大，从而产生高压储罐的压力的监视精度下降的问题。
或者，为了使误差范围内不包括调压范围，也可以考虑预先将调节器的调压范围设定得比中压传感器的缺气的阈值高。然而，在该情况下，需要将调节器下游侧的设备的耐压性能提高，若假设使设备的耐压性能提高，则会使重量和成本大幅度增加。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于,提供一种气体供给系统，该气体供给系统通过根据状况使喷射器适当地动作，能够在提高压力传感器的检测精度的同时，促进轻量化和低成本化。
为了达成上述目的，本发明一技术方案为：一种气体供给系统，其具有高压储罐、调节器、喷射器、第1压力传感器、第2压力传感器和控制部，其中，所述调节器使从所述高压储罐排出的气体的压力减小到调压范围内并使其向下游侧流出；所述喷射器设置于所述调节器的下游侧，通过反复开阀和闭阀来调整所述气体的流量；所述第1压力传感器检测所述调节器的上游侧的压力；所述第2压力传感器检测所述调节器与所述喷射器之间的压力；所述控制部控制所述喷射器的动作，所述气体供给系统的特征在于，所述控制部构成为，进行将所述第1压力传感器的第1检测信息与第1阈值进行比较的初始监视工序，在判定出所述第1检测信息达到所述第1阈值以下的情况之后，进行将所述第2压力传感器的第2检测信息与第2阈值进行比较的2次监视工序，并且，所述控制部使所述2次监视工序的所述喷射器的开阀期间和闭阀期间比所述初始监视工序的所述喷射器的开阀期间和闭阀期间长。
上述气体供给系统通过根据状况使喷射器适当地动作，能够在提高压力传感器的检测精度的同时，促进轻量化和低成本化。
上述目的、特征和优点根据参照附图说明的以下实施方式的说明能够容易地理解。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的气体供给系统的整体结构的说明图。
图2是表示高压传感器和中压传感器的压力检测范围和误差范围的说明图。
图3是表示气体控制ECU的功能的框图。
图4A是用于说明初始监视工序的调压范围和高压传感器的第1误差范围的曲线图。图4B是用于说明2次监视工序的调压范围和中压传感器的第2误差范围的曲线图。图4C是用于说明参考例所涉及的调压范围和中压传感器的第2误差范围的曲线图。
图5A是表示通常控制下的喷射器的动作以及调节器与喷射器之间的压力变化的曲线图。图5B是表示通常控制下的喷射器的动作以及调节器与喷射器之间的压力变化的曲线图。
图6是表示根据初始监视工序和2次监视工序中的喷射器的动作的燃料气体压力和移动平均值的曲线图。
图7是表示气体供给系统的缺气判定方法的处理流程的一例的流程图。
图8是用于说明高压储罐的压力随着时间经过的变化和缺气判定方法的曲线图。
具体实施方式
以下，列举优选的实施方式，并参照附图来详细地说明本发明。
对于本发明的一实施方式所涉及的气体供给系统10而言，如图1所示，在燃料电池系统12中，气体供给系统10被应用于供给作为压缩性流体的燃料气体(氢气，阳极气体)的燃料气体类装置。该气体供给系统10具有能够贮存和排出燃料气体的高压储罐14，并且将燃料气体从高压储罐14供给至燃料电池组16。燃料电池组16通过由气体供给系统10所供给的燃料气体与由未图示的氧化剂气体类装置所供给的氧化剂气体(空气，阴极气体)之间的电化学反应来进行发电。
燃料电池系统12例如被搭载于未图示的燃料电池车辆，并且将燃料电池组16的发电电力供给至马达、电池等电气部件。此外，燃料电池系统12(气体供给系统10)并不限定于应用于燃料电池车辆，例如也可以构成为固定设置类型。
除了上述的高压储罐14以外，气体供给系统10还具有气体流通部18和传感器组20，所述气体流通部18位于高压储罐14与燃料电池组16之间，并且使燃料气体流通，所述传感器组20设置于气体流通部18。另外，气体供给系统10具有气体控制ECU(ElectronicControl Unit：控制部)22，所述气体控制ECU22对用于使燃料气体在高压储罐14和气体流通部18中流通的各种设备进行控制。气体控制ECU22根据来自对燃料电池系统12的发电进行控制的发电控制ECU24的燃料气体的请求指令来控制燃料气体的流通状态。此外，气体控制ECU22也可以与发电控制ECU24设为一体。
高压储罐14为了贮存高压的燃料气体而具有容器主体26和接头(未图示)，所述容器主体26由未图示的内胆和加强层(CFRP)构成，所述接头将燃料气体从容器主体26向气体流通部18排出。在接头上安装有用于连接高压储罐14与气体流通部18的连接器28。该连接器28具有主截止阀30，所述主截止阀30对高压储罐14的燃料气体的排出和排出停止进行切换。
主截止阀30响应于从气体控制ECU22输出的控制信号来开闭连接器28内的流路。高压储罐14内的燃料气体在主截止阀30的开阀状态下向气体流通部18排出，在主截止阀30的闭阀状态下排出被切断。
气体流通部18在高压储罐14与燃料电池组16之间具有使燃料气体流通的路径。具体而言，气体流通部18具有气体供给路径32，所述气体供给路径32在高压储罐14与燃料电池组16之间延伸，并且使燃料气体流通。另外，气体流通部18具有气体排出路径34和气体循环路径36，所述气体排出路径34将燃料废气(未反应的燃料气体、氮气、水蒸气等)从燃料电池组16排出，所述气体循环路径36使气体排出路径34的燃料废气向气体供给路径32循环。而且，在气体循环路径36上连接有放气(purge)路径38，所述放气路径38将燃料废气从气体流通部18的循环回路排出。在放气路径38上设置有放气阀(purge valve)38a，所述放气阀38a进行燃料废气的排出和排出停止。
气体流通部18在气体供给路径32、气体排出路径34及气体循环路径36上具有用于调整燃料气体的流通状态(压力、流量、流速等)的设备。详细而言，在气体供给路径32上，从上游侧(高压储罐14侧)朝向下游侧(燃料电池组16侧)依次具有调节器40、喷射器42和引射器44等。此外，除了这些设备以外，也可以在气体供给路径32上设置未图示的热交换器等设备。另外，气体供给系统10可以构成为将上述的主截止阀30设置于调节器40的上游侧的气体供给路径32，而不将其设置于连接器28。
在气体供给路径32中，流入来自上游侧(一次侧：高压储罐14侧)的高压的燃料气体，调节器40对该燃料气体进行减压使其向下游侧(2次侧：燃料电池组16侧)流出。例如，调节器40在壳体内具有未图示的调压弹簧和阀部，并且根据调压弹簧的弹力与下游侧的压力的差来开闭阀部，由此对燃料气体的压力进行调整。此外，在图1中，构成为在气体供给路径32上设置了1个调节器40，气体流通部18也可以构成为，具有多个调节器40，并且朝向下游侧分阶段减压燃料气体的压力。
调节器40对燃料气体进行减压以使燃料气体的压力成为所设定的调压范围PR(参照图4A～图4C)内的压力，并且使其向下游侧的气体供给路径32流出。在高压储罐14中贮存有充足的燃料气体的通常状态下，调节器40在预定的压力幅度(下限值L1～上限值H1)的第1调压范围PR1(参照图4A)内进行燃料气体的减压。另外，调节器40的调压范围PR能够通过调整喷射器42的动作而变化。关于使该调压范围PR变化的控制，在后面详细叙述。
喷射器42在气体控制ECU22的控制下重复开阀和闭阀，从而适当调整向燃料电池组16输出的燃料气体的排出量。即，喷射器42相当于流通状态调整部，用于对从高压储罐14朝向燃料电池组16供给的燃料气体的流量(供给量)进行调整。另外，喷射器42对该喷射器42的上游侧的燃料气体的压力进一步减压并且使减压后的上游侧的燃料气体向下游侧排出。换言之，在气体供给路径32中，从高压储罐14至调节器40流通高压的燃料气体，从调节器40至喷射器42流通中压的燃料气体，从喷射器42至燃料电池组16流通低压的燃料气体。
引射器44通过随着被从喷射器42排出的燃料气体的移动所产生的负压，一边从气体循环路径36吸引燃料废气一边向下游侧的燃料电池组16供给燃料气体。
另外，在气体供给路径32上以跨喷射器42和引射器44的方式连接有供给用旁路径径46。在该供给用旁路径径46上设置有BP(旁通)喷射器48。BP喷射器48例如在燃料电池组16被请求高电流发电时，在气体控制ECU22的控制下进行开闭动作，由此使燃料气体的排出量上升至高电流发电的请求值。
另一方面，在气体排出路径34与气体循环路径36的边界部分上设置有气液分离器50。气液分离器50将燃料废气中所含的液体(发电时的生成水)从气体(氢气、氮气等)中分离。气体循环路径36与气液分离器50的上部连接，使在气液分离器50中液体分离后的燃料废气流出。在气体循环路径36上设置有泵52，使燃料废气向气体供给路径32循环。
而且，用于排出分离后的液体的排放路径54的一端与气液分离器50的底部连接。在排放路径54上设置有进行液体的排出和切断的排放阀54a。排放路径54的另一端与放气路径38连接。
气体供给系统10的传感器组20具有对燃料气体的压力进行检测的多个压力传感器60(高压传感器62、中压传感器64)。此外，虽然省略了图示，但除了压力传感器60以外，传感器组20也可以包含温度传感器、流量传感器等。
高压传感器62为第1压力传感器，其设置于高压储罐14与调节器40之间的气体供给路径32。即，高压传感器62构成为能够检测调节器40的上游侧的高压的燃料气体压力。高压传感器62与气体控制ECU22连接，将检测到的压力(第1检测信息I1)输出至气体控制ECU22。此外，高压传感器62也可以设置于高压储罐14的容器主体26的内部。
中压传感器64为第2压力传感器，其设置于调节器40与喷射器42之间(供给用旁路径径46的连接部位的上游侧)。即，中压传感器64构成为能够检测被调节器40减压后的中压的燃料气体压力。中压传感器64也与气体控制ECU22连接，并且将检测到的压力(第2检测信息I2)输出至气体控制ECU22。
在此，如图2所示，高压传感器62为了检测高压的燃料气体而具有较宽的第1压力检测范围，另一方面，中压传感器64为了检测中压的燃料气体而具有比高压传感器62的范围窄的第2压力检测范围。高压传感器62的第1压力检测范围取决于高压储罐14的耐压性能，例如设定为大气压～70MPa左右。中压传感器64的第2压力检测范围取决于调节器40的减压性能，例如设定为大气压～5MPa左右的压力检测范围。
此外，当高压储罐14的内部的燃料气体的压力成为规定的储罐保护压力GP(参照图4A～图4C)以下时，使高压储罐14损坏等的可能性提高。另外，在规定的储罐保护压力GP下，使调节器40的阀部变得打不开，据此无法由中压传感器64进行缺气判定。
如上所述，高压传感器62和中压传感器64的压力检测范围相互不同，因此在压力检测中所产生的误差范围也不同。即，高压传感器62在比较宽的第1误差范围E1内检测压力。在第1误差范围E1内，作为正量具有+E1，作为负量具有-E1(还参照图4A)。
另一方面，中压传感器64在比第1误差范围E1窄的第2误差范围E2内检测压力。即第2误差范围E2具有比+E1小的正量(+E2)和比-E1小的负量(-E2)(还参照图4B)。但是，在高压储罐14中贮存有充足的燃料气体的通常状态下，如上所述，调节器40的调压范围PR成为预定的第1调压范围PR1。因此，在通常状态下，中压传感器64在第2误差范围E2与第1调压范围PR1相加而得到的范围内，检测调节器40的下游侧的燃料气体的压力。
返回图1，气体控制ECU22由具有处理器66、存储器68、输入输出接口70的计算机构成，以可通信的方式与气体供给系统10的各设备、传感器组20和告知部72连接。告知部72是向气体供给系统10的使用者告知高压储罐14内的燃料气体的状态的设备，例如可列举出设置于燃料电池车辆的指示器、监视器、扬声器等。
气体控制ECU22通过由处理器66执行存储于存储器68的程序(未图示)，据此如图3所示那样构建出用于控制燃料气体的流通状态的功能框。另外，在供给燃料气体时，气体控制ECU22可以使用高压传感器62的检测信号(第1检测信息I1)和中压传感器64的检测信号(第2检测信息I2)，分两个阶段来进行高压储罐14内的缺气判定。因此，在气体控制ECU22内，构建有初始监视处理部80、2次监视处理部90。
初始监视处理部80是在于高压储罐14内残留有充足的燃料气体而高压储罐14的压力较高的情况下动作的功能部。在该初始监视处理部80内设置有高压传感器判定部82、通常控制部84。
在通常控制(通常控制部84的动作)时，高压传感器判定部82进行初始监视工序，接收高压传感器62的第1检测信息I1，并且对高压储罐14内的燃料气体的余量进行判定。因此，高压传感器判定部82预先保存有用于与第1检测信息I1进行比较的第1阈值T1。优选根据高压储罐14的保护压力、高压传感器62的第1误差范围E1等将第1阈值T1设定得尽可能低。例如如图4A所示，第1阈值T1可以被设定为高压储罐14的储罐保护压力GP与高压传感器62的第1误差范围E1的负量(-E1)的绝对值相加而得到的值。
返回图3，通常控制部84在高压储罐14的压力较高的状态下动作，实施通常控制。此时，通常控制部84根据发电控制ECU24的要求指令算出燃料气体的目标供给量，打开主截止阀30，并且使喷射器42以与目标供给量对应的占空比动作。在喷射器42的控制中，向与电源连接的配电部(未图示)输出驱动指令，从配电部向喷射器42的驱动电路(未图示)供给图5A所示波形的驱动电流(脉冲电流)。
具体而言，驱动电流在喷射器42的开阀初始时显示出高的浪涌电流，在此之后成为开阀所需的电流值(稳定电流)，进而从稳定电流下降而成为零电流，由此使喷射器42闭阀。在该情况下，浪涌电流和稳定电流的期间相当于开阀期间To，零电流的期间相当于闭阀期间Tc。另外，在本实施方式中，将进行1次开阀和闭阀的期间称为驱动间隔Tin(＝开阀期间To+闭阀期间Tc)。喷射器42的开阀期间To和闭阀期间Tc的占空比能够通过DUTY＝To/Tin来计算。喷射器42根据通常控制部84所指示的占空比的驱动电流来反复进行开阀和闭阀，由此调整燃料气体的供给量。
并且，调节器40和喷射器42之间的气体供给路径32的燃料气体压力(以下也称为调节器下游压力)受到喷射器42的开阀和闭阀动作的影响而变化。即，喷射器42通过开阀使燃料气体向下游侧流出，因此，使调节器下游压力急剧下降。另外，在下降至规定压力后，调节器下游压力在以后的开阀期间To的期间保持规定的压力进行推移。另一方面，喷射器42通过闭阀来切断燃料气体向下游侧的流出。因此，调节器下游压力呈现在闭阀的开始初始时急剧上升，进而缓慢上升至调节器40的断流压力那样的时间常数的波形。
然而，即使中压传感器64检测到上述压力波形，气体控制ECU22也会计算出连续的压力波形的移动平均值MAD(参照图6)，而不直接使用压力波形。据此，气体控制ECU22识别调节器下游压力的平均波动，并将该平均波动(移动平均值MAD)用于缺气判定等处理。
返回图3，在于初始监视工序中判定高压传感器62的第1检测信息I1为第1阈值T1以下之后，2次监视处理部90进行动作。在该2次监视处理部90内，设置有中压传感器判定部92、低压控制部94。
在低压控制(低压控制部94的动作)时，中压传感器判定部92进行2次监视工序，接收中压传感器64的第2检测信息I2，并且对高压储罐14内的燃料气体的余量进行判定。即，气体供给系统10通过使用包含比第1误差范围E1窄的第2误差范围E2的第2检测信息I2，来高精度地判定高压储罐14内的缺气。
中压传感器判定部92预先保存有用于与第2检测信息I2进行比较的第2阈值T2。气体控制ECU22在第2检测信息I2为第2阈值T2以下的情况下，判定高压储罐14内的燃料气体的欠缺，并通过告知部72向使用者告知该情况(燃料气体的欠缺)。
优选根据高压储罐14的保护压力、中压传感器64的第2误差范围E2等将该第2阈值T2设定得尽可能低。例如如图4B所示，第2阈值T2可以被设定为高压储罐14的储罐保护压力GP与中压传感器64的第2误差范围E2的负量(-E2)的绝对值相加而得到的值。
以下，进一步详细说明本实施方式所涉及的气体供给系统10的第2阈值T2、中压传感器64的第2误差范围E2、调节器40的调压范围PR和高压储罐14的保护压力的关系。
在调节器40的作为减压能力的调压范围PR较低(接近高压储罐14的保护压力)的情况下，气体供给系统10可以降低调节器40的下游侧的配管、设备等的耐压性能。而且，气体供给系统10通过降低配管、设备的耐压性能，能够进一步促进轻量化、低成本化。
因此，如图4A所示，气体供给系统10在初始监视工序中实施通常控制，在该通常控制下，以使调节器40的调压范围PR与2次监视工序的第2阈值T2重叠的方式来调整燃料气体的流通状态。例如，调节器40在第1调压范围PR1内对燃料气体进行减压。由此，气体供给系统10能够降低调节器40的下游侧的配管、设备等的耐压性能。
在此，参照图4C，考虑到假设即使在2次监视工序中也希望在通常控制(初始监视工序)下所设定的第1调压范围PR1与第2阈值T2重叠的情况。在该情况下，中压传感器64对调节器40的第1调压范围PR1与第2误差范围E2(±E2)相加而得到的第2检测信息I2’进行检测。即，即使实际的压力在第1调压范围PR1内或为第1调压范围PR1以上，也有可能因检测误差而检测为第2阈值T2以下的压力，在该情况下也被判定为缺气。换言之，即使使用误差范围比高压传感器62小的中压传感器64，也会使高压储罐14的缺气的判定精度下降。
因此，如图4B所示，在2次监视工序中，本实施方式所涉及的气体控制ECU22执行以下处理，即使调节器40的调压范围PR从包括第2误差范围E2的正量(+E2)的第2阈值T2偏移。2次监视处理部90的低压控制部94通过改变喷射器42的动作内容，来调整调节器40的调压范围PR。
详细而言，如图5B所示，低压控制部94以不改变喷射器42的占空比的方式延长驱动间隔Tin来反复进行开阀和闭阀的动作(低压控制)。例如，低压控制部94在通常控制的驱动间隔Tin1的150％～200％(1.5倍～2倍)的范围内来延长低压控制的驱动间隔Tin2。据此，闭阀期间Tc变长，喷射器42能够与该闭阀期间Tc相应地增加使调节器下游压力上升的时间。其结果，如图6所示，低压控制的移动平均值MAD2相对于通常控制的移动平均值MAD1向上方移动。
低压控制部94通过该喷射器42的控制，如图4B所示，使调节器40的下游侧的压力变化的幅度变窄，并使调节器40的控制压力(第2调压范围PR2)的下限值L2上升。例如，低压控制部94以成为相对于初始监视工序中的第1调压范围PR1缩小了以第2阈值T2为基点的第2误差范围E2的正量而得到的第2调压范围PR2的方式延长驱动间隔Tin。据此，中压传感器判定部92能够在第2阈值T2附近良好地监视燃料气体压力(中压传感器64的第2检测信息I2)，并且判定高压存储罐14的缺气。
尤其，在本实施方式所涉及的低压控制中，如果燃料气体的目标供给量不变，则不改变开阀期间To和闭阀期间Tc的占空比。据此，气体供给系统10不会使向喷射器42的下游侧排出的燃料气体的流量大幅下降。例如在通常控制和低压控制中，占空比可以被设定为50％以下。据此，气体供给系统10能够在确保燃料气体的供给量的同时使调节器40的调压范围PR变化。此外，如果喷射器42的闭阀期间Tc变长，则能够使燃料气体压力上升，因此，气体供给系统10可以在低压控制中减小占空比以使闭阀期间Tc变长。
本实施方式所涉及的气体供给系统10基本上如以上这样构成，以下说明其动作。
燃料电池系统12的发电控制ECU24使气体供给系统10动作，将燃料气体从高压储罐14向燃料电池组16供给。燃料电池组16通过由气体供给系统10供给的燃料气体与由氧化剂气体类装置供给的氧化剂气体之间的电化学反应来发电。
在燃料气体的供给中，气体控制ECU22根据传感器组20的检测信号来设定燃料气体的流通状态，适当地控制主截止阀30、排气阀38a、喷射器42、BP喷射器48、泵52和排放阀54a。另外，在燃料气体的供给中，气体控制ECU22根据高压传感器62的检测信号(第1检测信息I1)和中压传感器64的检测信号(第2检测信息I2)来监视高压储罐14内的燃料气体的余量。具体而言，气体控制ECU22实施图7所示的缺气判定方法的处理流程。
在缺气判定方法中，首先实施初始监视工序。此时，通常控制部84实施通常控制，即，使主截止阀30开阀的同时，以基于燃料气体的目标供给量的占空比使喷射器42开阀和闭阀(步骤S1)。即，图5A和图6所示的通常控制的调节器下游压力的波形的时间宽度根据占空比而变化。因此，通常控制的调节器下游压力的移动平均值MAD1随着占空比增大而减小，并随着占空比减小而增大。另外，如图4A所示，在通常控制中，调节器40将上游侧燃料气体的压力减小到第1调压范围PR1，并且将其输出到下游侧。
返回图7，高压传感器判定部82为了监视高压传感器62的第1检测信息I1而读出预先存储在存储器68中的第1阈值T1(步骤S2)。然后，高压传感器判定部82从高压传感器62获取第1检测信息I1(步骤S3)，判定该第1检测信息I1是否为第1阈值T1以下(步骤S4)。在第1检测信息I1超过第1阈值T1的情况(步骤S4：否)下，返回到步骤S3，以下重复相同的处理。另一方面，在第1检测信息I1为第1阈值T1以下的情况(步骤S4：是)下，进入步骤S5。
在步骤S5中，气体控制ECU22从通常控制切换为低压控制。低压控制部94在图5B和图6所示的低压控制中，使主截止阀30成为开阀状态的同时，使喷射器42的开阀和闭阀的驱动间隔Tin2比通常控制的驱动间隔Tin1长。另外，此时，如果燃料气体的目标供给量固定，则开阀期间To和闭阀期间Tc的占空比不变。
喷射器42在比通常控制长的开阀期间To和闭阀期间Tc开闭，调节器下游压力的振幅的时间宽度也比通常控制的时间宽度长。因此，与通常控制的移动平均值MAD1相比，低压控制的移动平均值MAD2上升。通过该喷射器42的动作，调节器40如图4B所示那样将上游侧的燃料气体的压力减小到第2调压范围PR2并向下游侧输出。
返回图7，中压传感器判定部92从存储器68读出第2阈值T2(步骤S6)。然后，中压传感器判定部92从中压传感器64获取第2检测信息I2(步骤S7)，判定该第2检测信息I2是否为第2阈值T2以下(步骤S8)。
如上所述，调节器40的调压范围PR通过低压控制(使喷射器42的驱动间隔Tin延长)变为由下限值L2～上限值H2构成的第2调压范围PR2(也参照图4B)。该第2调压范围PR2的下限值L2不与第2阈值T2重叠，且为加上第2误差范围E2的正量(+E2)而得到的值以上。因此，在燃料气体的压力下降到第2阈值T2附近的情况下，假设即使中压传感器64包含第2误差范围E2在内而检测出第2检测信息I2，第2检测信息I2也不会成为加上调节器40的第2调压范围PR2而得到的值。即，中压传感器64能够在第2阈值T2附近高精度地检测出降低后的燃料气体的压力。气体控制ECU22通过将该中压传感器64检测出的第2检测信息I2与第2阈值T2进行比较，能够良好地识别出高压储罐14的缺气。
在第2检测信息I2超过第2阈值T2的情况(步骤S8：否)下，中压传感器判定部92返回到步骤S7，以下重复相同的处理。另一方面，在第2检测信息I2为第2阈值T2以下的情况(步骤S8：是)下，中压传感器判定部92识别出高压储罐14内的燃料气体的欠缺，进入步骤S9。在步骤S9中，2次监视处理部90通过告知部72向燃料电池系统12的使用者告知成为缺气的情况。
进而，发电控制ECU24通过接收气体控制ECU22的缺气的判定结果，进行停止燃料电池组16的发电的处理(步骤S10)。此时，气体控制ECU22通过进行主截止阀30的闭阀、气体流通部18的各设备(喷射器42、泵52等)的动作停止等，来停止燃料气体向燃料电池组16的供给。
接着，参照图8，对高压储罐14的燃料气体随着时间经过的压力变化和直至缺气判定为止的控制时刻进行说明。在开始从高压储罐14排出燃料气体之后，根据高压传感器62的第1检测信息I1来监视高压储罐14的燃料气体的压力(初始监视工序)。此时，气体控制ECU22实施通常控制，并且根据与燃料气体的目标供给量对应的占空比反复进行喷射器42的开阀和闭阀(还参照图6)。据此，调节器40将燃料气体压力减小至第1调压范围PR1。高压储罐14的燃料气体的压力(第1检测信息I1)逐渐下降，直至到达第1阈值T1的时刻T1为止。
在燃料气体的压力成为第1阈值T1以下的时刻T1，从高压传感器62的第1检测信息I1切换为中压传感器64的第2检测信息I2来监视高压储罐14的燃料气体的压力(2次监视工序)。另外，气体控制ECU22从通常控制切换为低压控制，以比通常控制的驱动间隔Tin1长的驱动间隔Tin2反复进行喷射器42的开阀和闭阀。此时，如果低压控制的目标供给量与通常控制的目标供给量相同，则低压控制的占空比与通常控制的占空比一致。因此，能够不改变通常控制的燃料气体的流量和低压控制的燃料气体的流量而向喷射器42的下游侧排出燃料气体。
对喷射器42而言，原本与开阀相比，闭阀更耗费时间，因此，基本上占空比被设定为50％以下(开阀期间To≤闭阀期间Tc)。因此，即使延长驱动间隔Tin，调节器下游压力上升的时间宽度也比下降的时间宽度长，低压控制的移动平均值MAD2相对于通常控制的移动平均值MAD1向上方偏移。据此，调节器40将燃料气体压力减小到第2调压范围PR2。
在此，气体供给系统10延长喷射器42的驱动间隔Tin，由此在喷射器42的下游侧的燃料气体的流通中脉动变大。由于该燃料气体的脉动，燃料电池组16有可能对发电质量产生影响。然而，本实施方式所涉及的低压控制在初始监视工序中高压储罐14的燃料气体的压力充分下降的时刻(第1检测信息I1为第1阈值T1以下的时刻：以燃料余量计的E点(Empty)以下的时刻)实施。因此，气体供给系统10即使实施低压控制，也能够将燃料电池组16的发电质量、对燃料电池系统12的使用者造成的影响(噪音等)抑制在最小限度。
在时刻t1以后，在高压储罐14的燃料气体的压力大于第2调压范围PR2的情况下，气体控制ECU22根据中压传感器64的第2检测信息I2，大致计算出调节器40的第2调压范围PR2的中央值。在高压储罐14的燃料气体的压力成为第2调压范围PR2的中央值以下的时刻t2，高压储罐14的燃料气体的压力与中压传感器64的第2检测信息I2一致。因此，第2检测信息I2在时刻t2以后实时地反映高压储罐14的燃料气体的压力。
然后，气体控制ECU22通过低压控制使调节器40的第2调压范围PR2相对于将第2误差范围E2的正值(+E2：参见图4B)与第2阈值T2相加而获得的值偏移。因此，在高压储罐14的燃料气体的压力接近第2阈值T2的时刻，中压传感器64检测出未加上调节器40的第2调压范围PR2的第2检测信息I2(包含第2误差范围E2)。气体控制ECU22能够高精度地监视高压储罐14的燃料气体的压力(第2检测信息I2)是否为第2阈值T2以下。
在第2检测信息I2达到第2阈值T2的时刻t3，气体控制ECU22判定高压储罐14内的燃料气体的欠缺。发电控制ECU24伴随着该缺气判定而停止燃料电池组16的发电。此时，气体控制ECU22通过停止各设备的动作，而停止从高压储罐14排出燃料气体。因此，在时刻t3以后，中压传感器64检测出水平的燃料气体的压力。
此外，本发明不限于上述实施方式，可以根据发明的主旨进行各种改变。例如，气体供应系统10不限于应用于燃料电池系统12，而是可以应用于从高压储罐14向气体消耗物供给气体的各种系统。
另外，例如，气体供给系统10也可以是具有多个高压储罐14的结构，在该情况下，从各高压储罐14的连接器28延伸的各气体供给路32彼此在高压传感器62的设置部位的上游侧合流即可。
以下记载能够从上述实施方式掌握的技术思想和效果。
本发明一方式是：一种气体供给系统10，其具有高压储罐14、调节器40、喷射器42、第1压力传感器(高压传感器62)、第2压力传感器(中压传感器64)和控制部(气体控制ECU22)，其中，调节器40使从高压储罐14排出的气体的压力减小到调压范围PR内并使其向下游侧流出；喷射器42设置于调节器40的下游侧，通过反复开阀和闭阀来调整气体的流量；第1压力传感器(高压传感器62)检测调节器40的上游侧的压力；第2压力传感器(中压传感器64)检测调节器40与喷射器42之间的压力；控制部(气体控制ECU22)控制喷射器42的动作，气体供给系统10的特征在于，控制部构成为，进行将第1压力传感器的第1检测信息I1与第1阈值T1进行比较的初始监视工序，在判定出第1检测信息I1达到第1阈值T1以下的情况之后，进行将第2压力传感器的第2检测信息I2与第2阈值T2进行比较的2次监视工序，并且，控制部使2次监视工序的喷射器42的开阀期间To和闭阀期间Tc比初始监视工序的喷射器42的开阀期间To和闭阀期间Tc长。
上述气体供给系统10能够使2次监视工序中的调节器40与喷射器42之间的气体的压力(调节器下游压力)高于初始监视工序的调节器下游压力。据此，控制部(气体控制ECU22)能够使调节器40的调压范围PR变化，并高精度地对第2检测信息I2与第2阈值T2进行比较。即，气体供给系统10通过根据状况使喷射器42适当地动作，能够在调节器40中对气体充分地减压，另一方面能够提高压力传感器60的检测精度。因此，气体供给系统10能够降低下游侧的设备的耐压性能，促进轻量化和低成本化。
另外，控制部(气体控制ECU22)通过延长喷射器42的开阀期间To和闭阀期间Tc，使调压范围PR的下限值上升。据此，气体供给系统10能够进一步高精度地检测第2检测信息I2。
另外，第1压力传感器(高压传感器62)将第1误差范围E1包含于第1检测信息I1，第2压力传感器(中压传感器64)将比第1误差范围E1窄的第2误差范围E2包含于第2检测信息I2，在初始监视工序中，控制部(气体控制ECU22)使调压范围PR与以第2阈值T2为基点的第2误差范围E2重叠，另一方面，在2次监视工序中，控制部(气体控制ECU22)通过延长喷射器42的开阀期间To和闭阀期间Tc，使调压范围PR相对于以第2阈值T2为基点的第2误差范围E2偏移。据此，气体供给系统10能够使用抑制了调压范围PR的影响的第2检测信息I2，从而能够进一步提高2次监视工序的监视精度。
另外，控制部(气体控制ECU22)在第2检测信息I2为第2阈值T2以下的情况下，判定出高压储罐14的缺气。据此，气体供给系统10能够进一步高精度地判定高压储罐14的缺气，从而充分地用尽高压储罐14的气体。
另外，控制部(气体控制ECU22)在第2检测信息I2为第2阈值T2以下之前，持续使喷射器42的开阀期间To和闭阀期间Tc延长的状态。据此，控制部能够在2次监视工序中稳定地进行第2检测信息I2与第2阈值T2的比较。
另外，控制部(气体控制ECU22)在第2检测信息I2为第2阈值T2以下的情况下，停止从高压储罐14排出气体。据此，气体供给系统10在判定出高压储罐14的缺气时，能够立即停止气体的排出来保护高压储罐14。
另外，控制部(气体控制ECU22)在从初始监视工序转移至2次监视工序时，以不改变开阀期间To和闭阀期间Tc的占空比的方式延长由1次的开阀期间To和闭阀期间Tc构成的驱动间隔Tin。据此，气体供给系统10能够确保从喷射器42排出的气体的流量的同时，提高调节器下游压力。
另外，控制部(气体控制ECU22)在初始监视工序的驱动间隔Tin1的1.5倍～2倍的范围内延长2次监视工序的驱动间隔Tin2。据此，气体供给系统10能够使2次监视工序中的调节器40的调压范围PR变为适当的范围。

Claims (8)

1.一种气体供给系统(10)，其具有高压储罐(14)、调节器(40)、喷射器(42)、第1压力传感器(62)、第2压力传感器(64)和控制部(22)，其中，
所述调节器使从所述高压储罐排出的气体的压力减小到调压范围(PR)内并使其向下游侧流出；
所述喷射器设置于所述调节器的下游侧，通过反复开阀和闭阀来调整所述气体的流量；
所述第1压力传感器检测所述调节器的上游侧的压力；
所述第2压力传感器检测所述调节器与所述喷射器之间的压力；
所述控制部控制所述喷射器的动作，
所述气体供给系统的特征在于，
所述控制部构成为，进行将所述第1压力传感器的第1检测信息(I1)与第1阈值(T1)进行比较的初始监视工序，在判定出所述第1检测信息达到所述第1阈值以下的情况之后，进行将所述第2压力传感器的第2检测信息(I2)与第2阈值(T2)进行比较的2次监视工序，
并且，所述控制部使所述2次监视工序的所述喷射器的开阀期间(To)和闭阀期间(Tc)双方比所述初始监视工序的所述喷射器的开阀期间和闭阀期间长。
2.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
所述控制部通过延长所述喷射器的开阀期间和闭阀期间，使所述调压范围的下限值上升。
3.根据权利要求2所述的气体供给系统，其特征在于，
所述第1压力传感器将第1误差范围(E1)包含于所述第1检测信息，
所述第2压力传感器将比所述第1误差范围窄的第2误差范围(E2)包含于所述第2检测信息，
在所述初始监视工序中，所述控制部使所述调压范围与以所述第2阈值为基点的所述第2误差范围重叠，另一方面，
在所述2次监视工序中，所述控制部通过延长所述喷射器的开阀期间和闭阀期间双方，使所述调压范围相对于以所述第2阈值为基点的所述第2误差范围偏移。
4.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
所述控制部在所述第2检测信息为所述第2阈值以下的情况下，判定出所述高压储罐的缺气。
5.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
所述控制部在所述第2检测信息为所述第2阈值以下之前，持续使所述喷射器的开阀期间和闭阀期间延长的状态。
6.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
所述控制部在所述第2检测信息为所述第2阈值以下的情况下，停止从所述高压储罐排出所述气体。
7.根据权利要求1所述的气体供给系统，其特征在于，
所述控制部在从所述初始监视工序转移至所述2次监视工序时，以不改变所述开阀期间和所述闭阀期间的占空比的方式延长由1次的所述开阀期间和所述闭阀期间构成的驱动间隔(Tin)。
8.根据权利要求7所述的气体供给系统，其特征在于，
所述控制部在所述初始监视工序的所述驱动间隔的1.5倍～2倍的范围内延长所述2次监视工序的所述驱动间隔。
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