CN114754284A - 氢填充系统 - Google Patents

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Abstract

本说明书公开的氢填充系统具备：第1罐和第2罐，它们构成为能够填充氢，且相互连通；第1氢供给器和第2氢供给器，它们构成为向第1罐和第2罐供给氢；以及控制器，其构成为控制第1氢供给器和第2氢供给器。控制器基于第1罐的第1内部温度、第2罐的第2内部温度、从第1氢供给器供给的氢气的第1压力、以及从第2氢供给器供给的氢气的第2压力，来推断第1罐和第2罐的氢填充率。控制器构成为：当氢填充率达到规定的阈值填充率时，停止第1氢供给器和第2氢供给器。

Description

氢填充系统
技术领域
本说明书公开的技术涉及氢填充系统。
背景技术
在日本特开2010-286015中公开有氢填充系统的一个例子。氢罐搭载于燃料电池车。从氢供给器向氢罐供给氢。根据氢罐内的温度和压力来推断氢罐内的氢的量(氢填充率)。以下，为了使说明简单，将氢罐单纯地称为罐。
若向相互连接的多个罐填充氢，则填充时间变长。通过将多个氢供给器同时与罐相连来供给氢，能够缩短填充时间。如之前叙述的那样，根据罐的内部温度和压力求出氢的填充率。然而，若从多个氢供给器向总容量较大的罐供给氢，则罐内的压力局部波动，难以求出准确的氢填充率，甚至难以将氢填充至适当的氢填充率。本说明书提供一种在从多个氢供给器同时向罐供给氢的氢填充系统中能够向罐填充氢直至适当的氢填充率的技术。
发明内容
本发明的一个形态提供一种氢填充系统。该氢填充系统具备：第1罐和第2罐，它们构成为能够填充氢，且相互连通；第1氢供给器和第2氢供给器，它们构成为向第1罐和第2罐供给氢；以及控制器，其构成为控制第1氢供给器和第2氢供给器。控制器基于第1罐的内部温度(第1内部温度)、第2罐的内部温度(第2内部温度)、从第1氢供给器供给的氢的压力(第1压力)、以及从第2氢供给器供给的氢的压力(第2压力)，来推断第1和第2罐的氢填充率。控制器构成为：当氢填充率达到规定的阈值填充率时，停止第1氢供给器和第2氢供给器。本说明书公开的技术能够使用第1内部温度、第2内部温度、第1压力以及第2压力来适当地求出氢填充率。因此，能够向氢罐填充氢直至适当的氢填充率。
控制器执行的氢填充处理的一个例子如下。也可以构成为：控制器基于第1压力和第1内部温度来计算作为第1罐与第2罐的合计的氢填充率的第1氢填充率。也可以构成为：控制器基于第2压力和第2内部温度来计算作为第1罐与第2罐的合计的氢填充率的第2氢填充率。也可以构成为：当第1氢填充率与第2氢填充率的较高的一方的填充率达到阈值填充率时，控制器停止第1氢供给器和第2氢供给器。控制器计算两种氢填充率，并基于较高的一方的氢填充率来控制第1氢供给器和第2氢供给器。防止向罐过度填充氢。
此外，根据温度和压力求出的氢填充率并不取决于罐的容量，另外，第1罐与第2罐相连，因此“第1罐和第2罐的氢填充率”可以换称为“第1罐的氢填充率”或者“第2罐的氢填充率”。
优选第1罐与第2罐、和第1氢供给装置与第2氢供给装置具有以下的关系。也可以构成为：从第1氢供给器到第1罐的氢供给路的长度比从第1氢供给器到第2罐的氢供给路的长度短，从第2氢供给器到第2罐的氢供给路的长度比从第2氢供给器到第1罐的氢供给路的长度短。若这样的关系成立，则第1罐主要从第1氢供给器供给氢，第2罐主要从第2氢供给器供给氢。
相连的第1罐和第2罐的氢填充率本来就应该相同，但在第1罐与第2罐之间存在流路阻力，从而存在第1罐的氢填充率与第2罐的氢填充率不同的情况。在具有上述的关系的情况下，第1温度和第1压力能够适当地表示第1罐内的氢填充率，第2温度和第2压力适当地表示第2罐内的氢填充率。能够适当地表示第1罐和第2罐的氢填充率。通过根据较大的值的氢填充率来控制第1氢供给器和第2氢供给器，能够防止过度填充。
也可以构成为：控制器基于第1内部温度与第2内部温度的平均值、和第1压力与第2压力的较高的一方的压力来计算氢填充率。即使氢罐内的温度波动，也能够获得平均的氢填充率。
也可以构成为：第1罐由多个子罐构成，第1内部温度是多个子罐的内部温度中的最高的温度。同样，也可以构成为：第2罐由多个子罐构成，第2内部温度是多个子罐的内部温度中的最高的温度。能够向多个子罐更安全地填充氢。此外，“子罐”这一称呼是便于与之前的“第1罐”、“第2罐”区别的称呼，并不限制罐的容量、性能。
本发明的另一形态提供一种氢填充系统。该氢填充系统具备：罐，其构成为能够填充氢；第1氢供给器和第2氢供给器，它们构成为向罐供给氢；以及控制器，其构成为控制第1氢供给器和第2氢供给器。控制器构成为：基于罐的内部温度和从第1氢供给器供给的氢的第1压力来计算罐的第1氢填充率，基于内部温度和从第2氢供给器供给的氢的第2压力来计算罐的第2氢填充率，当第1氢填充率与第2氢填充率中的较高的一方的填充率达到规定的阈值填充率时，停止第1氢供给器和第2氢供给器。
本说明书公开的技术的详细内容和进一步的改进在以下的“具体实施方式”中进行说明。
附图说明
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，其中，
图1是第1实施例的氢填充系统的框图。
图2是第2实施例的氢填充系统的框图。
具体实施方式
(第1实施例)参照附图对第1实施例的氢填充系统2进行说明。在图1中示出第1实施例的氢填充系统2的框图。氢填充系统2由第1氢供给器10、第2氢供给器20、以及具备第1罐31和第2罐32的燃料电池车30构成。图1是表示第1氢供给器10、第2氢供给器20以及燃料电池车30的配置的俯视图。在图1中，虚线箭头线表示信号线。
燃料电池车30具备燃料电池40、逆变器41以及马达42。存储氢的第1罐31及第2罐32、和燃料电池40通过燃料管37连结，通过燃料管37将第1罐31和第2罐32的氢向燃料电池40供给。燃料管37也与第1填充口35及第2填充口36相连。
通过逆变器41将燃料电池40发电的直流电力转换为交流电力。将逆变器41输出的交流电力向行驶用的马达42供给。将马达42的输出扭矩经由差动齿轮43向作为驱动轮的后轮44传递。
在第1罐31具备测量第1罐31的内部温度(第1内部温度)的温度传感器33，在第2罐32具备测量第2罐32的内部温度(第2内部温度)的温度传感器34。将温度传感器33、34的测量数据向燃料电池车30的控制器(车辆控制器38)发送。
图1表示燃料电池车30在氢站停车并正接受氢的供给的情形。在氢站具备两个氢供给器(第1氢供给器10和第2氢供给器20)。燃料电池车30的总罐容量(第1罐31与第2罐32的容量的合计)较大。燃料电池车30具备两个填充口35、36，使得能够从第1氢供给器10和第2氢供给器20同时接受氢的供给。燃料电池车30能够从两个氢供给器10、20同时接受氢的供给，因此向第1罐31和第2罐32的氢填充时间变短。
第1氢供给器10的喷嘴(第1喷嘴11)与第1填充口35连接，第2氢供给器20的喷嘴(第2喷嘴21)与第2填充口36连接。将第1氢供给器10的氢通过第1喷嘴11、第1填充口35、燃料管37向第1罐31和第2罐32供给。将第2氢供给器20的氢通过第2喷嘴21、第2填充口36、燃料管37向第1罐31和第2罐32供给。
在第1氢供给器10具备有测量第1氢供给器10供给的氢的供给压力(第1压力)的压力传感器12，在第2氢供给器20具备有测量第2氢供给器20供给的氢的供给压力(第2压力)的压力传感器22。第1氢供给器10和第2氢供给器20由站控制器5控制。将压力传感器12、22的测量数据向站控制器5发送。
在向燃料电池车30的第1罐31和第2罐32供给氢的期间，站控制器5与车辆控制器38能够通信。站控制器5若检测到在第1填充口35连接有第1喷嘴11并在第2填充口36连接有第2喷嘴21，则向车辆控制器38通知氢供给开始，并且开始从第1氢供给器10和第2氢供给器20供给氢。
一般而言，广泛公知有通过罐的内压与内部温度的函数来表示罐内的氢填充率。此外，氢填充率是指所填充的氢相对于充满时的氢的量的比例。根据罐的内压和内部温度获得的氢填充率并不取决于罐的容量。对于根据罐的内压和内部温度求出氢填充率的算式，由文献(SAE-J2601，Fueling Protocols for Light Duty Gaseous Hydrogen，https://www.sae.org/standards/content/j2601_201407/)规定。
燃料电池车30具备两个氢罐，通过两处(第1填充口35和第2填充口36)接受氢的供给。另外，在将第1罐31与第2罐32相连的燃料管37也存在流路阻力。因此，罐内部的温度和压力有时根据罐内的位置而波动。氢填充系统2基于多处位置的罐内温度和多处位置的氢压力，来准确地求出氢填充率，从而能够向罐填充氢直至适当的氢填充率。
站控制器5控制第1氢供给器10和第2氢供给器20。对站控制器5执行的氢供给处理进行说明。
站控制器5从车辆控制器38接收第1内部温度和第2内部温度的数据。站控制器5基于第1内部温度、第2内部温度、第1压力、第2压力来准确地求出第1罐31与第2罐32的合计的氢填充率(相对于将第1罐31的容量与第2罐32的容量相加后的总容量的氢填充率)。
如图1所示，第1罐31和第1填充口35配置于车辆的左侧，第1氢供给器10位于车辆的左侧。第2罐32和第2填充口36配置于车辆的右侧，第2氢供给器20位于车辆的右侧。第1罐31、第2罐32、第1填充口35以及第2填充口36通过燃料管37相连。从第1氢供给器10到第1罐31的氢供给路径比从第1氢供给器10到第2罐32的氢供给路径短。通过氢供给路径变短，从而压力传感器与罐之间的压力损失变小，所计算出的填充率中的误差变小，与供给器仅为一个的情况相比，能够提高填充速度(单位时间的填充率提高速度)。另外，从第2氢供给器20到第2罐32的氢供给路径比从第2氢供给器20到第1罐31的氢供给路径短。如之前叙述的那样，第1罐31与第2罐32通过较细的燃料管37相连。因此，第1罐31主要从第1氢供给器10接受氢的供给，第2罐32主要从第2氢供给器20接受氢的供给。
根据上述的关系，第1氢供给器10的氢供给压力(第1压力)接近第1罐31的内部压力，第2氢供给器20的氢供给压力(第2压力)接近第2罐32的内部压力。站控制器5基于第1压力和第1内部温度来计算第1氢填充率，并基于第2压力和第2内部温度来计算第2氢填充率。第1罐31和第2罐32通过燃料管37相连，因此上述第1氢填充率与上述第2氢填充率本来应该相等。然而，当内部温度、压力在局部波动时，存在第1氢填充率与第2氢填充率不同的情况。若第1氢填充率与第2氢填充率中的较高的一方的氢填充率达到规定的阈值填充率，则站控制器5停止第1氢供给器10和第2氢供给器20。站控制器5使用第1氢填充率与第2氢填充率中的较高的一方的氢填充率来决定氢供给的停止，因此避免向氢罐的过度填充，填充氢的第1罐31和第2罐32的安全性变高。阈值填充率例如设定为90％。
或者，站控制器5也可以基于第1内部温度与第2内部温度的平均值、以及第1压力与第2压力中的较高的一方的压力，来求出第1罐31与第2罐32的合计的氢填充率。若所求出的氢填充率达到阈值填充率，则站控制器5停止第1氢供给器10和第2氢供给器20。由于基于第1压力与第2压力中的较高的一方的压力来求出氢填充率，因此在该情况下，也能够避免过度填充，从而第1罐31和第2罐32的安全性变高。
第1实施例的氢填充系统2能够向连通的所有的氢罐(第1罐31和第2罐32)填充氢直至适当的氢填充率。
(第2实施例)在图2中示出第2实施例的氢填充系统2a的框图。氢填充系统2a具备燃料电池车30a、第1氢供给器10以及第2氢供给器20。
燃料电池车30a具备四个罐(第1a子罐31a、第1b子罐31b、第2a子罐32a、第2b子罐32b)。四个子罐31a、31b、32a、32b通过燃料管37相连。第1a子罐31a和第1b子罐31b比第2a子罐32a和第2b子罐32b更靠近第1填充口35，第2a子罐32a和第2b子罐32b比第1a子罐31a和第1b子罐31b更靠近第2填充口36。此外，“子罐”这一称呼是便于与之前的“第1罐31”、“第2罐32”区别的称呼，并不限制容量、性能。
在第1填充口35连接有第1氢供给器10，在第2填充口36连接有第2氢供给器20。从第1氢供给器10到第1a子罐31a和第1b子罐31b的氢供给路径的长度比从第1氢供给器10到第2a子罐32a和第2b子罐32b的氢供给路径短。从第2氢供给器20到第2a子罐32a和第2b子罐32b的氢供给路径的长度比从第2氢供给器20到第1a子罐31a和第1b子罐31b的氢供给路径短。因此，第1a子罐31a和第1b子罐31b主要从第1氢供给器10供给氢，第2a子罐32a和第2b子罐32b主要从第2氢供给器20供给氢。
将第1a子罐31a和第1b子罐31b分组为第1罐31，将第2a子罐32a和第2b子罐32b分组为第2罐32。换言之，第1a子罐31a和第1b子罐31b正好能够作为一个第1罐31来处理，第2a子罐32a和第2b子罐32b正好能够作为一个第2罐32来处理。
在第1a子罐31a具备有测量其内部温度的温度传感器33a，在第1b子罐31b具备有测量其内部温度的温度传感器33b。在第2a子罐32a具备有测量其内部温度的温度传感器34a，在第2b子罐32b具备有测量其内部温度的温度传感器34b。
将温度传感器33a、33b、34a、34b的测量数据经由车辆控制器38向站控制器5发送。站控制器5基于作为第1罐31而被分组的第1a子罐31a与第1b子罐31b的内部温度中的较高的一方的内部温度和第1压力(第1氢供给器10的氢供给压力)，来计算第1氢填充率。站控制器5基于作为第2罐32而被分组的第2a子罐32a与第2b子罐32b的内部温度中的较高的一方的内部温度和第2压力(第2氢供给器20的氢供给压力)，来计算第2氢填充率。若第1氢填充率与第2氢填充率中的较高的一方的氢填充率达到阈值填充率，则站控制器5停止第1氢供给器10和第2氢供给器20。第2实施例的氢填充系统2a也能够向连通的所有的罐31a、31b、32a、32b填充氢直至适当的氢填充率。
或者，站控制器5也可以使用所有的温度传感器的测量值的平均值、和第1压力与第2压力中的较高的一方的压力，来求出氢填充率。
(变形例)氢填充系统2、2a具备多个罐。在向一个大型的罐填充氢的情况下，通过用多个氢供给器同时填充氢，能够缩短填充时间。在为大型的一个罐的情况下，存在根据部位不同而压力、温度不同的情况。
变形例的氢填充系统具备能够填充氢的罐、向罐供给氢的第1氢供给器和第2氢供给器、以及控制第1氢供给器和第2氢供给器的控制器。控制器基于罐的内部温度和从第1氢供给器供给的氢的第1压力来计算罐的第1氢填充率。另外，控制器基于罐的内部温度和从第2氢供给器供给的氢的第2压力来计算罐的第2氢填充率。若第1氢填充率与第2氢填充率的较高的一方的填充率达到规定的阈值填充率，则控制器停止第1氢供给器和第2氢供给器。这样的氢填充系统也能够对大型的罐填充氢直至适当的氢填充率。
对关于在实施例和变形例中说明的氢填充系统的留意点进行叙述。实施例的氢填充系统将氢供给器供给的氢的压力(氢供给压力)作为罐的内压的近似值来使用。在同时使用两个氢供给器的情况下，实施例的氢填充系统能够使用各个氢供给器的氢供给压力来适当地求出罐的氢填充率。
在实施例中说明的技术也能够应用于通过三个以上的氢供给器同时向罐填充氢的情况。在该情况下，基于三个以上的各个氢供给器的氢供给压力来求出罐的氢填充率。若所求出的多个氢填充率中的最高的氢填充率达到阈值填充率，则停止所有的氢供给器。这样，能够向罐填充氢直至适当的氢填充率。
在向连通的多个罐同时填充氢的情况下，在各个罐具备温度传感器即可。温度传感器设置于罐的入口附近即可。在多个罐中，到第1氢供给器的氢供给路径较短的罐组构成第1罐组，到第2氢供给器的氢供给路径较短的罐组构成第2罐组。作为一个例子，存在在车辆的右侧和左侧具有填充口的车辆，配置于车辆的左侧的罐组构成第1罐组，配置于车辆的右侧的罐组构成第2罐组。第1罐组与第2罐组相互连通，但第1罐组主要从与左侧的填充口连接的第1氢供给器供给氢，第2罐组主要从与右侧的填充口连接的第2氢供给器供给氢。
站控制器根据第1罐组的温度传感器的测量值中的最高的温度和第1氢供给器的氢供给压力来求出第1氢填充率。站控制器根据第2罐组的温度传感器的测量值中的最高的温度和第2氢供给器的氢供给压力来求出第2氢填充率。若第1氢填充率与第2氢填充率中的较高的一方的氢填充率达到阈值填充率，则站控制器停止所有的氢供给器。
本说明书公开的技术也可以向搭载于燃料电池车的氢罐以外的罐供给氢。
优选氢的填充方法基于SAE(Society of Automotive Engineers：美国汽车工程师协会)制定的规定，但本说明书公开的技术并不限制于SAE的规定的技术。
以上，对本发明的具体例详细地进行了说明，但这些只不过是例示，并不限定权利要求书。权利要求书所记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的技术。本说明书或者附图所说明的技术要素单独地或者通过各种组合发挥技术有用性，并不限定于申请时权利要求记载的组合。

Claims (6)

1.一种氢填充系统，其特征在于，具备：
第1罐和第2罐，它们构成为能够填充氢，且相互连通；
第1氢供给器和第2氢供给器，它们构成为向所述第1罐和所述第2罐供给氢；以及
控制器，其构成为控制所述第1氢供给器和所述第2氢供给器，
其中，所述控制器构成为：基于所述第1罐的第1内部温度、所述第2罐的第2内部温度、从所述第1氢供给器供给的氢的第1压力、以及从所述第2氢供给器供给的氢的第2压力，来推断所述第1罐和所述第2罐的氢填充率，当所述氢填充率达到规定的阈值填充率时，停止所述第1氢供给器和所述第2氢供给器。
2.根据权利要求1所述的氢填充系统，其特征在于，
所述控制器构成为：
基于所述第1压力和所述第1内部温度，来计算作为所述第1罐与所述第2罐的合计的氢填充率的第1氢填充率，
基于所述第2压力和所述第2内部温度，来计算作为所述第1罐与所述第2罐的合计的氢填充率的第2氢填充率，
当所述第1氢填充率与所述第2氢填充率中的较高的一方的填充率达到所述阈值填充率时，停止所述第1氢供给器和所述第2氢供给器。
3.根据权利要求2所述的氢填充系统，其特征在于，
从所述第1氢供给器到所述第1罐的氢供给路的长度比从所述第1氢供给器到所述第2罐的氢供给路的长度短，
从所述第2氢供给器到所述第2罐的氢供给路的长度比从所述第2氢供给器到所述第1罐的氢供给路的长度短。
4.根据权利要求1所述的氢填充系统，其特征在于，
所述控制器构成为：基于所述第1内部温度与所述第2内部温度的平均值、以及所述第1压力与所述第2压力中的较高的一方的压力，来计算所述氢填充率。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氢填充系统，其特征在于，
所述第1罐由多个子罐构成，所述第1内部温度是所述多个子罐的内部温度中的最高的内部温度。
6.一种氢填充系统，其特征在于，具备：
罐，其构成为能够填充氢；
第1氢供给器和第2氢供给器，它们构成为向所述罐供给氢；以及
控制器，其构成为控制所述第1氢供给器和所述第2氢供给器，
所述控制器构成为：
基于所述罐的内部温度和从所述第1氢供给器供给的氢的第1压力，来计算所述罐的第1氢填充率，
基于所述内部温度和从所述第2氢供给器供给的氢的第2压力，来计算所述罐的第2氢填充率，
当所述第1氢填充率与所述第2氢填充率中的较高的一方的填充率达到规定的阈值填充率时，停止所述第1氢供给器和所述第2氢供给器。
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