DE102014216416B4

DE102014216416B4 - Brenngas-einfüllvorrichtung

Info

Publication number: DE102014216416B4
Application number: DE102014216416.8A
Authority: DE
Inventors: c/o SUZUKI MOTOR CORPORATION Takada Shinichiro; c/o SUZUKI MOTOR CORPORATION Eguchi Toru; c/o SUZUKI MOTOR CORPORATION Hirota Kazuyuki
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: CN104421611A; DE102014216416A1; JP2015045352A; CN104421611B; JP6179273B2

Abstract

Brenngas-Einfüllvorrichtung (12) zum Einfüllen von Brenngas in einen Brenngasbehälter (40), wobei die Brenngas-Einfüllvorrichtung (12) umfasst:eine Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit (38) zur Festlegung einer Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie, die fortlaufend mit einer vorbestimmten Zunahmerate bis zu einem Endziel-Behälterinnendruck zunimmt, bei dem das Einfüllen des Brenngases beendet wird; eine Füllzustands-Erfassungs-Einheit (37) zur Erfassung des Behälterinnendrucks des Brenngasbehälters (40), der an einem Fließdurchgang des Brenngases oder an dem Brenngasbehälter (40) detektiert wird; undeine Einfüllsteuereinheit (39) zum derartigen mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter (40), dass der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters (40) entlang der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt,wobei die Brenngas-Füllvorrichtung (12) dadurch gekennzeichnet ist, dassdie Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit (38) ferner eine Einfüllstopp-Drucklinie festlegt, die an einer Niederdruckseite der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie parallel zu der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt, sowie eine Einfüllneustart-Drucklinie, die an einer Niederdruckseite der Einfüllstopp-Drucklinie parallel zu der Einfüllstopp-Drucklinie zunimmt, unddie Einfüllsteuereinheit (39) das Einfüllen des Brenngases anhält, wenn der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie wird, und das Einfüllen des Brenngases erneut startet, wenn der Behälterinnendruck gleich oder geringer als die Einfüllneustart-Drucklinie wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenngas-Einfüllvorrichtung und genauer eine Brenngas-Einfüllvorrichtung, die Brenngas in einen Brenngasbehälter mit einem geringen Volumen füllen kann, ohne dass eine bestimmte Temperatur überschritten wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen füllt eine Brenngas-Einfüllvorrichtung Brenngas kontinuierlich mit einer konstanten Druckanstiegsrate oder einer konstanten Durchflussmenge in einen Brenngasbehälter, mit dem ein Brennstoffzellenfahrzeug oder dergleichen ausgerüstet ist. Aus diesem Grund steigt die Temperatur des Brenngasbehälters während des Einfüllens des Brenngases an.
Die herkömmliche Brenngas-Einfüllvorrichtung ist so ausgeführt, dass sie das Brenngas mit einer Druckanstiegsrate oder Durchflussmenge für einen Brenngasbehälter mit einem großen Volumen einfüllt. Aus diesem Grund wird das Brenngas in einen Brenngasbehälter mit einem kleinen Volumen rasch eingefüllt, und steigt in diesem Fall die Temperatur des Brenngasbehälters abrupt an, so dass die Möglichkeit besteht, dass eine bestimmte Temperatur überschritten wird.
Übrigens ist eine Brenngas-Einfüllvorrichtung bekannt, die so ausgeführt ist, dass das Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter auf mehrere Male mit Unterbrechungen vorgenommen wird (siehe die Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-89123).
Diese Brenngas-Einfüllvorrichtung ist so ausgeführt, dass das Einfüllen des Brenngases vorübergehend angehalten wird, wenn der Behälterinnendruck einen Endzieldruck erreicht hat, während das Einfüllen des Brenngases erneut begonnen wird, wenn der Behälterinnendruck in Verbindung mit der Wärmeabstrahlung des Brenngasbehälters auf einen vorbestimmten Einfüllneustartdruck abgesunken ist, und das Einfüllen des Brenngases mit Unterbrechungen ausgeführt wird, während dieses vorübergehende Anhalten und Neustarten wiederholt wird.
Doch erreicht der Behälterinnendruck bei der in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-89123 beschriebenen Vorrichtung bei jedem mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen den Endzieldruck, so dass bei dem anfänglichen mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen, bei dem der Zunahmebetrag des Behälterinnendrucks groß ist, auch der Temperaturzunahmebetrag des Brenngasbehälters groß, so dass die Möglichkeit besteht, dass die Temperatur des Brenngasbehälters eine bestimmte Temperatur übersteigt. Außerdem wird das Einfüllen des Brenngases vorübergehend angehalten, nachdem der Behälterinnendruck den Endzieldruck erreicht hat, so dass die Möglichkeit besteht, dass der Behälterinnendruck den Endzieldruck nach dem vorübergehenden Anhalten des Einfüllens aufgrund einer Ansprechverzögerung eines Steuerventils für das Brenngas und dergleichen weit überschreitet, wobei auch in diesem Fall die Möglichkeit besteht, dass die Temperatur des Brenngases die bestimmte Temperatur übersteigt. Somit gibt es bei der in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-89123 beschriebenen Vorrichtung Fälle, in denen es unmöglich ist, zu verhindern, dass die Temperatur des Brenngasbehälters zur Zeit des Einfüllens des Brenngases eine bestimmte Temperatur überschreitet.
US 2009/0107577 A1 offenbart ein Verfahren und eine Brenngas-Einfüllvorrichtung zum Einfüllen von Brenngas in einen Brenngasbehältern. Die Brenngas-Einfüllvorrichtung umfasst: eine Einheit zur Festlegung einer Füllzustands-Zunahme-Ziellinie, die fortlaufend mit einer vorbestimmten Zunahmerate bis zu einem Endziel-Füllzustand zunimmt, bei dem das Einfüllen des Brenngases beendet wird; eine Einheit zur Erfassung eines Füllzustands des Brenngasbehälters; und eine Steuereinheit zum Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälters, so dass sein Füllzustand entlang der Füllzustands-Zunahme-Ziellinie zunimmt.
US 2010/0294393 A1 offenbart ein Verfahren zum Befüllen eines Druckgasbehälters und insbesondere zum Befüllen des Gastanks von Fahrzeugen, die mit einer Brennstoffzelle oder mit einer mit Wasserstoff betriebenen Brennkraftmaschine betrieben werden. Das Befüllen wird mit einer Strömungsrate durchgeführt, die am Ende des Füllens niedriger als die anfängliche Strömungsrate ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgte zur Lösung dieses Problems und hat die Aufgabe, eine Brenngas-Einfüllvorrichtung bereitzustellen, bei der dafür gesorgt werden kann, dass die Temperatur des Brenngasbehälters selbst beim Einfüllen des Brenngases in einen Brenngasbehälter mit einem kleinen Volumen eine bestimmte Temperatur nicht überschreitet.
Bei der ersten Form der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Brenngas-Einfüllvorrichtung zum Einfüllen von Brenngas in einen Brenngasbehälter, die umfasst: eine Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit zur Festlegung einer Füllzustands-Zunahme-Ziellinie, die eine Behälterinnendruck-Znahme-Ziellinie ist und die fortlaufend mit einer vorbestimmten Zunahmerate bis zu einem Endziel-Behälterinnendruck zunimmt, bei dem das Einfüllen des Brenngases beendet wird; eine Füllzustands-Erfassungs-Einheit (Füllzustands-Erlangungs-Einheit) zur Erfassung (Erlangung) des Behälterinnendrucks des Brenngasbehälters, der an einem Fließdurchgang des Brenngases oder an dem Brenngasbehälter detektiert wird; und eine Einfüllsteuereinheit zum derartigen mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter, dass der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters entlang der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt.
Nach der vorliegenden Erfindung legt die Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit eine Einfüllstopp-Drucklinie fest, die an einer Niederdruckseite der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie parallel zu der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt, sowie eine Einfüllneustart-Drucklinie, die an einer Niederdruckseite der Einfüllstopp-Drucklinie parallel zu der Einfüllstopp-Drucklinie zunimmt, und die Einfüllsteuereinheit das Einfüllen des Brenngases anhält, wenn der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie wird, und das Einfüllen des Brenngases erneut startet, wenn der Behälterinnendruck gleich oder geringer als die Einfüllneustart-Drucklinie wird.
Als eine zweite Form der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Ausführung möglich, dass sie ferner eine Volumen-Erfassungs-Einheit (Volumen-Erlangungs-Einheit) zur Erfassung (Erlangung) des Volumens des Brenngasbehälters umfasst, wobei die Einfüllsteuereinheit ein mit Unterbrechungen erfolgendes Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter vornimmt, wenn das durch die Volumen-Erfassungs-Einheit erfasste Volumen gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Volumen ist.
Als dritte Form der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Ausführung möglich, dass die Volumen-Erfassungs-Einheit das Volumen des Brenngasbehälters auf Basis entweder einer Volumeninformation des Brenngasbehälters, die von dem Brenngasbehälter gesendet wird, oder einer Durchflussmenge des Brenngases und eines Druckzunahmebetrags des Brenngasbehälters, die durch ein vorab für eine bestimmte Zeit erfolgendes einleitendes Füllen des Brenngases in den Brenngasbehälters detektiert werden, erfasst.
Als vierte Form der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Ausführung möglich, dass sie ferner eine Außentemperatur-Detektionseinheit zur Detektion einer Außentemperatur und eine Temperaturdetektionseinheit zur Detektion einer Temperatur des Brenngases umfasst, wobei die Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie auf Basis der Außentemperatur und der Temperatur des Brenngases festlegt und den Endziel-Behälterinnendruck auf Basis der Außentemperatur, der Temperatur des Brenngases, und eines Anfangsdrucks des Brenngasbehälters vor dem Beginn des Einfüllens festlegt.
Als fünfte Form der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Ausführung möglich, dass die Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit die Zunahme der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie niedriger festlegt, wenn die Temperatur des Brenngases höher ist.
Da das Brenngas erfindungsgemäß mit Unterbrechungen in den Brenngasbehälter gefüllt wird, ist es möglich, die Temperatur des Brenngasbehälters zu verringern, während das Einfüllen des Brenngases angehalten ist, und ist es möglich, das Brenngas einzufüllen, während ein Temperaturanstieg des Brenngasbehälters unterdrückt wird. Dabei wird der Füllzustand des Brenngasbehälters entlang der Fullzustands-Zunahme-Ziellinie erhöht, so dass der Zunahmebetrag des Füllzustands des Brenngasbehälters bei jedem mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen des Brenngases beschränkt wird, und der Füllzustand allmählich erhöht werden kann und das Brenngas eingefüllt werden kann, während der Temperaturanstieg des Brenngasbehälters unterdrückt wird. Daher kann selbst beim Füllen des Brenngases in einen Brenngasbehälter mit einem kleinen Volumen verhindert werden, dass die Temperatur des Brenngasbehälters eine bestimmte Temperatur übersteigt.
Da der Behälterinnendruck erfindungsgemäß als Füllzustand des Brenngasbehälters erfasst wird, während das vereinfachte Einfüllen des Brenngases so vorgenommen wird, dass dieser Behälterinnendruck der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie bis zu dem Endziel-Behälterinnendruck zunimmt, ist es möglich, das Einfüllen des Brenngases einfach auf Basis des Behälterinnendrucks, der leicht detektiert werden kann, zu steuern.
Da das Einfüllen des Brenngases erfindungsgemäß angehalten wird, wenn der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie wird, während das Einfüllen erneut gestartet wird, wenn der Behälterinnendruck gleich oder geringer als die Einfüllneustart-Drucklinie wird, ist es möglich, das mit Unterbrechungen erfolgende Einfüllen des Brenngases mittels einer einfachen Steuerung auszuführen. Außerdem ist die Einfüllstopp-Drucklinie an der Niederdruckseite der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie festgelegt, so dass der Behälterinnendruck die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie nicht infolge einer Ansprechverzögerung des Durchflusssteuerventils und dergleichen überschreiten wird, nachdem das Einfüllen des Brenngases angehalten wurde, da der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie ist. Aus diesem Grund kann verhindert werden, dass die Temperatur des Brenngasbehälters eine bestimmte Temperatur übersteigt.
Da das Brenngas bei der oben beschriebenen zweiten Form mit Unterbrechungen eingefüllt wird, wenn das Volumen des Brenngasbehälters gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Volumen ist, und das Brenngas zum Beispiel kontinuierlich eingefüllt werden kann, wenn das Volumen des Brenngasbehälters das vorbestimmte Volumen überschreitet, ist es möglich, das Brenngas durch ein Einfüllverfahren einzufüllen, das für das Volumen des Brenngasbehälters geeignet ist.
Bei der oben beschriebenen dritten Form kann das genaue Volumen des Brenngasbehälters auf Basis entweder einer Volumeninformation, die von dem Brenngasbehälter gesendet wird, oder einer Durchflussmenge des Brenngases und des Druckzunahmebetrags des Brenngasbehälters, die durch das einleitende Füllen detektiert werden, erfasst werden.
Da der Endziel-Behälterinnendruck und die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie bei der oben beschriebenen vierten Form je nach der Außentemperatur, der Temperatur des Brenngases und dem Anfangsdruck des Brenngasbehälters vor dem Beginn des Einfüllens auf optimale Werte festgelegt werden können, kann verhindert werden, dass die Temperatur des Brenngasbehälters eine bestimmte Temperatur übersteigt, während das Einfüllen des Brenngases in einem kürzesten Zeitraum abgeschlossen werden kann.
Da das Einfüllen des Brenngases bei der oben beschriebenen fünften Form so ausgeführt wird, dass die Zunahmerate der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie niedriger festgelegt wird, wenn die Temperatur des Brenngases höher ist, kann verhindert werden, dass die Temperatur des Brenngasbehälters einen bestimmten Wert übersteigt.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Brenngas-Einfüllvorrichtung und eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer Brenngas-Einfüllvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein konzeptuelles Diagramm einer Endziel-Behälterinnendruck-Festlegekarte, die vorab in einer Steuervorrichtung einer Brenngas-Einfüllvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gespeichert wurde.
4 ist ein konzeptuelles Diagramm einer Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Abbildung, die vorab in einer Steuervorrichtung einer Brenngas-Einfüllvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gespeichert wurde.
5 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein Behälterinnendruck des Brenngasbehälters entlang einer durch eine Einfüll-Abbildung definierten Füllzustands-Zunahme-Ziellinie auf den Endziel-Fülldruck ansteigt, wenn das Brenngas durch eine Brenngas-Einfüllvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Unterbrechungen eingefüllt wird.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Einfülloperation durch eine Steuervorrichtung einer Brenngas-Einfüllvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Detail einer Brenngasbehälter-Volumen-Beurteilungs-Verarbeitung von 6 zeigt.
8 ist eine graphische Darstellung, die Veränderungen eines Behälterinnendrucks und einer Temperatur des Brenngasbehälters zeigt, wenn das Brenngas durch eine Brenngas-Einfüllvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Unterbrechungen eingefüllt wird.
9 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel einer mit Unterbrechungen erfolgenden Einfülloperation einer Brenngas-Einfüllvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei es sich um eine graphische Darstellung handelt, die eine Veränderung einer Masse des Brenngasbehälters im Fall eines mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllens des Brenngases mit einer konstanten Masse zeigt.
10 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel einer mit Unterbrechungen erfolgenden Einfülloperation einer Brenngas-Einfüllvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei es sich um eine graphische Darstellung handelt, die eine Veränderung eines Drucks des Brenngasbehälters im Fall eines mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllens des Brenngases zeigt, während ein Durchflusssteuerventil für einen konstanten Zeitraum geöffnet wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. 1 bis 10 sind Diagramme, die eine Ausführungsform einer Brenngas-Einfüllvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
Zuerst wird der Aufbau beschrieben. In 1 und 2 dient eine Brenngas-Einfüllvorrichtung 12, die zum Beispiel an einer Wasserstoffstation eingerichtet ist, zum Einfüllen von Brenngas (zum Beispiel Wasserstoffgas) in einen Brenngasbehälter 40 eines Kraftfahrzeugs 13. Das Kraftfahrzeug 13 ist ausgestattet mit entweder einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von Strom unter Verwendung des Brenngases und einem Elektromotor oder mit einem Verbrennungsmotor, der unter Verwendung des Brenngases angetrieben wird, und so ausgeführt, dass es durch den Elektromotor oder den Verbrennungsmotor als Kraftquelle fährt. Somit bildet die Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 zusammen mit dem Kraftfahrzeug 13 als Brenngas-Verwendungs-Vorrichtung ein Brenngas-Einfüllsystem 11.
Nun wird der Aufbau der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 beschrieben. Die Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 ist so gestaltet, dass sie eine Gasversorgungsquelle 21, einen Einfüllstutzen 22, und einen Brenngasfließdurchgang 23, der die Gasversorgungsquelle 21 und den Einfüllstutzen 22 koppelt, umfasst.
Die Gasversorgungsquelle 21 ist ausgestattet mit einem Kompressor und einem Druckspeicher, die nicht in der Figur gezeigt sind, und so ausgeführt, dass sie das Brenngas durch den Kompressor auf einen vorbestimmten Druck komprimiert, während sie das komprimierte Brenngas in dem Druckspeicher sammelt.
Der Einfüllstutzen 22 ist so gestaltet, dass er luftdicht mit einem später beschriebenen Anschluss 42 auf der Seite des Kraftfahrzeugs 13 verbunden werden kann, und so ausgeführt, dass er dann, wenn er mit dem Anschluss 42 verbunden ist, einen Einfüllfließdurchgang des Brenngases von der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 zu dem Kraftfahrzeug 13 bildet.
Der Brenngasfließdurchgang 23 ist von der Gasversorgungsquelle 21 zu dem Einfüllstutzen 22 ausgestattet mit einem Absperrventil 30, einem Durchflusssteuerventil 26, einem Durchflussmengenmesser 27 und einem Vorkühler 28 und so ausgeführt, dass er das Brenngas, das durch das Absperrventil 30 und das Durchflusssteuerventil 26 verläuft und durch den Vorkühler 28 vorgekühlt wird, zu dem Einfüllstutzen 22 führt. Außerdem ist der Brenngasfließdurchgang 23 ausgestattet mit Vorsteuerventilen 14 und 15 zur indirekten Steuerung des Öffnens oder Schließens des Absperrventils 30 und des Durchflusssteuerventils 26.
Das Absperrventil 30 weist das Vorsteuerventil 14 auf und ist so ausgeführt, dass es durch einen Druck von Stickstoffgas, dessen Zufuhrmenge durch dieses Vorsteuerventil 14 gesteuert wird, in einen offenen Zustand oder einen geschlossenen Zustand aktiviert wird.
Das Durchflusssteuerventil 26 weist das Vorsteuerventil 15 auf und ist so ausgeführt, dass es durch einen Druck von Stickstoffgas, dessen Zufuhrmenge durch dieses Vorsteuerventil 15 gesteuert wird, zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand aktiviert wird. Das Durchflusssteuerventil 26 ist so ausgeführt, dass es eine Durchflussmenge des Brenngases je nach seinem Öffnungsgrad steuert.
Die Vorsteuerventile 14 und 15 sind gebildet durch elektromagnetische Ventile und dergleichen, die sich durch Strom öffnen oder schließen, und so ausgeführt, dass ein Hochdruck-Stickstoffgas, das in einem nicht gezeigten Stickstoffgastank gesammelt ist, zu dem Absperrventil 30 bzw. dem Durchflusssteuerventil 26 geliefert wird und das Absperrventil 30 und das Durchflusssteuerventil 26 durch den Druck des Stickstoffgases geöffnet bzw. geschlossen werden.
Somit wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein gasaktiviertes Vorsteuerschema eingesetzt, bei dem das Öffnen oder Schließen des Absperrventils 30 und des Durchflusssteuerventils 26 über die Vorsteuerventile 14 und 15 indirekt gesteuert wird. Dadurch wird es möglich, den Durchflussmengenbereich des Brenngases, der durch das Absperrventil 30 und das Durchflusssteuerventil 26 gesteuert werden kann, zu vergrößern. Es ist zu beachten, dass das Absperrventil 30 und das Durchflusssteuerventil 26 Ventile eines Schemas sein können, das nicht indirekt durch die Vorsteuerventile 14 und 15 gesteuert wird, das heißt, Ventile der direkt angetriebenen Art, und dass der Ventilaufbau in einem solchen Fall mit einer geringen Größe ausgeführt werden kann.
Der Vorkühler 28 ist so ausgeführt, dass er das Brenngas mit ungefähr Raumtemperatur (zum Beispiel 20 °C), das von der Gasversorgungsquelle 21 geliefert wird, zunächst auf eine niedrige Temperatur (zum Beispiel -20 °C) abkühlt. Dieser Vorkühler 28 ist zum Beispiel als Kühler vom Wärmepumpentyp zum Umwälzen eines Kühlmittels mit einem Wärmeaustauscher ausgestaltet.
Außerdem ist die Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 ausgestattet mit einer Außentemperatur-Detektionseinheit 33, einem Durchflussmengenmesser 27, einer Temperaturdetektionseinheit 29, einer Druckdetektionseinheit 35, einer Kommunikationsvorrichtung 31 und einer Steuervorrichtung 34.
Die Außentemperatur-Detektionseinheit 33 ist so ausgeführt, dass sie eine Außentemperatur detektiert und die detektierte Außentemperatur an die Steuervorrichtung 34 ausgibt.
Der Durchflussmengenmesser 27 ist so ausgeführt, dass er eine Durchflussmenge des Brenngases detektiert, das durch den Brenngasfließdurchgang 23 läuft. Dieser Durchflussmengenmesser 27 ist an einer stromabwärts befindlichen Seite des Durchflusssteuerventils 26 bereitgestellt.
Die Temperaturdetektionseinheit 29 ist so ausgeführt, dass sie eine Temperatur des Brenngases an einer stromabwärts befindlichen Seite des Vorkühlers 28 detektiert und die detektierte Temperatur an die Steuervorrichtung 34 ausgibt.
Die Druckdetektionseinheit 35 ist so ausgeführt, dass sie einen Druck zwischen dem Vorkühler 28 und dem Einfüllstutzen 22 an dem Brenngasfließdurchgang 23 detektiert und den detektierten Druck an die Steuervorrichtung 34 ausgibt. Hier entspricht der durch die Druckdetektionseinheit 35 detektierte Druck in einem Zustand, in dem das Absperrventil 30 und das Durchflusssteuerventil 26 geschlossen sind, dem Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40. Aus diesem Grund kann die Druckdetektionseinheit 35 den Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 detektieren.
Die Kommunikationsvorrichtung 31 weist eine Kommunikationsschnittstelle zur Durchführung einer drahtlosen Kommunikation, wie etwa einer Infrarotkommunikation, auf und ist so ausgeführt, dass sie unter Verwendung dieser Kommunikationsschnittstelle verschiedene Arten von Informationen einschließlich einer Information im Zusammenhang mit dem Einfüllen des Brenngases zu einer später beschriebenen Kommunikationsvorrichtung 54 auf Seiten des Kraftfahrzeugs 13 überträgt oder davon empfängt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Kommunikationsvorrichtung 31 auf Seiten der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 an dem Einfüllstutzen 22 bereitgestellt, und ist die Kommunikationsvorrichtung 54 auf Seiten des Kraftfahrzeugs 13 an dem Anschluss 42 bereitgestellt, wodurch ermöglicht wird, dass die Kommunikationsvorrichtung 31 und die Kommunikationsvorrichtung 54 in einem Zustand, in dem der Einfüllstutzen 22 und der Anschluss 42 verbunden sind, kommunizieren.
Die Steuervorrichtung 34 ist als Mikrocomputer gestaltet, der intern mit einer CPU, einem ROM und einem RAM ausgerüstet ist. In der Steuervorrichtung 34 ist die CPU so ausgeführt, dass sie gemäß einem Steuerprogramm, das vorab in dem ROM gespeichert wurde, durch Ausführen von Berechnungen unter Verwendung des RAM als Arbeitsbereich verschiedene Arten von Berechnungen und Steuerungen durchführt.
Diese Steuervorrichtung 34 ist elektrisch mit den Vorsteuerventilen 14 und 15, der Außentemperatur-Detektionseinheit 33, dem Durchflussmengenmesser 27, der Temperaturdetektionseinheit 29, der Druckdetektionseinheit 35 und der Kommunikationsvorrichtung 31, die oben beschrieben wurden, verbunden und so ausgeführt, dass sie eine integrierte Steuerung der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 als Ganzes vornimmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 34 so ausgeführt, dass sie die Steuerung des Einfüllens des Brenngases in das Kraftfahrzeug 13 durch Öffnen oder Schließen des Absperrventils 30 und des Durchflusssteuerventils 26 über die Vorsteuerventile 14 und 15 auf Basis der von der Außentemperatur-Detektionseinheit 33, dem Durchflussmengenmesser 27, der Temperaturdetektionseinheit 29, der Druckdetektionseinheit 35 und der Kommunikationseinheit 31 erfassten Informationen vornimmt. Der detaillierte Aufbau und der Betrieb der Steuervorrichtung 34 werden später beschrieben.
Als nächstes wird der Aufbau des Kraftfahrzeugs 13 beschrieben. Das Kraftfahrzeug 13 ist ausgerüstet mit einem Anschluss 42, einem Brenngasbehälter 40, einer Einfüllleitung 44, um den Anschluss 42 und den Brenngasbehälter 40 zu verbinden, einer Kommunikationsvorrichtung 54 und einer Steuervorrichtung 56.
Der Anschluss 42 ist so gestaltet, dass er luftdicht mit dem Einfüllstutzen 22 auf Seiten der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 verbunden werden kann, und so ausgeführt, dass er dann, wenn er mit dem Einfüllstutzen 22 verbunden ist, den Einfüllfließdurchgang für das Brenngas von der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 zu dem Kraftfahrzeug 13 bildet.
Der Brenngasbehälter 40 ist ein Hochdrucktank, der das von der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 eingefüllte Brenngas speichern kann. An dem Brenngasbehälter 40 ist ein Rückschlagventil 58 bereitgestellt, und dieses Rückschlagventil 58 ist so ausgeführt, dass es einen Rückfluss des Brenngases, das heißt, einen Fluss des Brenngases von dem Brenngasbehälter 40 zu dem Anschluss 42 hin, verhindert. Das durch den Brenngasbehälter 40 gespeicherte Brenngas wird zu der Brennstoffzelle oder dem Verbrennungsmotor, womit das Kraftfahrzeug 13 ausgerüstet ist, geliefert.
An dem Brenngasbehälter 40 ist eine Temperaturdetektionseinheit 50 bereitgestellt, und diese Temperaturdetektionseinheit 50 ist so ausgeführt, dass sie eine Temperatur des Brenngases in dem Brenngasbehälter 40 detektiert und die detektierte Temperatur an die Steuervorrichtung 56 ausgibt. Darüber hinaus ist an dem Brenngasbehälter 40 eine Druckdetektionseinheit 52 bereitgestellt, und diese Druckdetektionseinheit 52 ist so ausgeführt, dass sie einen Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 detektiert und den detektierten Behälterinnendruck an die Steuervorrichtung 56 ausgibt.
An der Einfüllleitung 44 ist ein Einfüll-Absperrventil 57 bereitgestellt, und dieses Einfüll-Absperrventil 57 ist so ausgeführt, dass es durch die Steuervorrichtung 56 geöffnet wird, wenn das Brenngas von der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 in den Brenngasbehälter 40 des Kraftfahrzeugs 13 gefüllt wird. Das Einfüll-Absperrventil 57 ist als elektromagnetisches Ventil gestaltet, bei dem das Öffnen oder Schließen elektrisch gesteuert wird. Es ist zu beachten, dass das Einfüll-Absperrventil 57 ein Ventil sein kann, das sich durch einen Schrittmotor als Antriebsquelle öffnet oder schließt.
Die Kommunikationsvorrichtung 54 weist eine Kommunikationsschnittstelle auf, die zu einer drahtlosen Kommunikation, wie etwa einer Infrarotkommunikation und dergleichen, mit der Kommunikationsvorrichtung 31 auf Seiten der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 fähig ist, und ist so ausgeführt, dass sie unter Verwendung dieser Kommunikationsschnittstelle verschiedene Informationen zu der Kommunikationsvorrichtung 31 der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 überträgt oder davon empfängt.
Die Steuervorrichtung 56 ist ähnlich wie die Steuervorrichtung 34 der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 als Mikrocomputer gestaltet und so ausgeführt, dass sie durch den Empfang der Detektionsergebnisse von verschiedenen Arten von Detektionseinheiten (Sensoren) einschließlich der Temperaturdetektionseinheit 50 und der Druckdetektionseinheit 52 eine integrierte Steuerung des Kraftfahrzeugs 13 vornimmt. Außerdem ist die Steuervorrichtung 56 so ausgeführt, dass sie die Temperatur und den Druck, die durch die Temperaturdetektionseinheit 50 und die Druckdetektionseinheit 52 detektiert wurden, über die Kommunikationsvorrichtung 54 zu der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 übertragen kann. Außerdem ist die Steuervorrichtung 56 so ausgeführt, dass sie eine Volumeninformation, die ein Volumen des Brenngasbehälters 40 angibt, über die Kommunikationsvorrichtung 54 zu der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 überträgt.
Als nächstes wird die Steuervorrichtung 34 der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 detailliert beschrieben.
Die Steuervorrichtung 34 ist so ausgeführt, dass sie vor dem Einfüllen des Brenngases in das Kraftfahrzeug 13 durch Bezugnahme auf eine Endziel-Behälterinnendruck-Festlege-Abbilung, die in 3 gezeigt ist, einen Endziel-Behälterinnendruck festlegt, und durch Bezugnahme auf eine Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Abbildung, die in 4 gezeigt ist, eine Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie festlegt. Die Endziel-Behälterinnendruck-Festlege-Abbildung und die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Abbildung werden vorab durch Versuche und dergleichen erhalten und dann in dem ROM der Steuervorrichtung 34 gespeichert.
Hier ist der Endziel-Behälterinnendruck ein Behälterinnendruck, bei dem das Einfüllen des Brenngases beendet werden soll, da der Brenngasbehälter 40 in einen vollständig gefüllten Zustand gelangt. Außerdem ist die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie eine Linie zur Definition eines Zielwerts eines Behälterinnendrucks zur Zeit des mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllens des Brenngases, die so festgelegt ist, dass sie mit einer bestimmten Zunahmerate zunimmt.
Wie in 3 gezeigt, ist der Endziel-Behälterinnendruck in der Endziel-Behälterinnendruck-Festlege-Abbildung je nach der Außentemperatur, der Temperatur des Brenngases, und dem Anfangsdruck des Brenngasbehälters 40 festgelegt. Hier ist der Anfangsdruck des Brenngasbehälters 40 ein Druck in dem Brenngasbehälter 40, bevor das Einfüllen des Brenngases vorgenommen wird. In dieser Endziel-Behälterinnendruck-Festlege-Abbildung ist der Endziel-Behälterinnendruck zum Beispiel bei einem Anfangsdruck des Brenngasbehälters 40 von 0 MPa, einer Temperatur des Brenngases von -20 °C und einer Außentemperatur von 20 °C als 35 MPa festgelegt.
Wie in 4 gezeigt ist, ist in der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Abbildung die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie mit einer Zunahmerate gemäß der Außentemperatur und der Temperatur des Brenngases festgelegt. In dieser Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Abbildung ist zum Beispiel bei einer Temperatur des Brenngases von -20 °C und einer Außentemperatur von 20 °C eine Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie mit einer Zunahmerate von 0,2 MPa/s festgelegt. Außerdem wird die Anstiegsrate des Behälterinnendrucks in dieser Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Abbildung niedriger festgelegt, wenn die Temperatur des Brenngases höher ist. Somit bildet die Steuervorrichtung 34 eine Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit 38.
Hier bildet der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 eine Angabe zur Repräsentation des Füllzustands des Brenngasbehälters 40, das heißt, einen Anteil der Menge des Brenngases in Bezug auf das Volumen des Brenngasbehälters 40, so dass der Endziel-Behälterinnendruck und die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie, die oben beschrieben wurden, auch als Endziel-Füllzustand bzw. Füllzustands-Zunahme-Ziellinie ausgedrückt werden können.
Außerdem ist die Steuervorrichtung 34 so ausgeführt, dass sie den Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 erfasst (erlangt). Genauer ist die Steuervorrichtung 34 so ausgeführt, dass sie über die Kommunikationsvorrichtungen 31 und 54 den durch die Druckdetektionseinheit 35 der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 detektierten Behälterinnendruck erfasst oder den durch die Druckdetektionseinheit 52 des Kraftfahrzeugs 13 detektierten Behälterinnendruck erfasst. Somit bildet die Steuervorrichtung 34 eine Füllzustands-Erfassungs-Einheit 37.
Die Steuervorrichtung 34 ist so ausgeführt, dass sie das Brenngas so mit Unterbrechungen in den Brenngasbehälter 40 füllt, dass der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 entlang der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt, und das Einfüllen des Brenngases beendet, wenn der Behälterinnendruck den Endziel-Behälterinnendruck erreicht.
Genauer ist die Steuervorrichtung 34, wie in 5 gezeigt, so ausgeführt, dass sie vor dem Einfüllen des Brenngases zusätzlich zu der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie eine Einfüllstopp-Drucklinie und eine Einfüllneustart-Drucklinie festlegt. Die Einfüllstopp-Drucklinie ist eine Linie, die an einer Niederdruckseite der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie parallel zu dieser Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt und einen Einfüllstoppdruck definiert, bei dem das Einfüllen des Brenngases angehalten werden soll. Und die Einfüllneustart-Drucklinie ist eine Linie, die an einer Niederdruckseite der Einfüllstopp-Drucklinie parallel zu dieser Einfüllstopp-Drucklinie zunimmt und einen Einfüllneustartdruck definiert, bei dem das Einfüllen des Brenngases erneut begonnen werden soll.
Die Steuervorrichtung 34 ist so ausgeführt, dass sie das Einfüllen des Brenngases anhält, wenn der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie wird, während sie das Einfüllen des Brenngases erneut beginnt, wenn der Behälterinnendruck gleich oder geringer als die Einfüllneustart-Drucklinie wird. Somit bildet die Steuervorrichtung 34 eine Einfüllsteuereinheit 39.
Es ist zu beachten, dass die Einfüllstopp-Drucklinie bei der vorliegenden Ausführungsform unter Berücksichtigung der Ansprechverzögerung des Absperrventils 30 und des Durchflusssteuerventils 26 derart gestaltet ist, dass sie in Bezug auf die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie um 0,1 MPa oder mehr niedriger festgelegt ist. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass verhindert wird, dass der Behälterinnendruck die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie übersteigt, das heißt, überschreitet, nachdem das Absperrventil 30 und das Durchflusssteuerventil 26 an der Einfüllstopp-Drucklinie geschlossen wurden. Außerdem ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Druckintervall zwischen der Einfüllstopp-Drucklinie und der Einfüllneustart-Drucklinie so festgelegt, dass es 20 MPa oder weniger beträgt, so dass die Temperatur des Brenngasbehälters 40 bei einem Einfüllereignis während des mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllens des Brenngases eine bestimmte Temperatur nicht übersteigt. Hier beträgt die bestimmte Temperatur des Brenngasbehälters 40 zum Beispiel 85 °C.
Die Steuervorrichtung 34 ist so ausgeführt, dass sie das oben beschriebene mit Unterbrechungen erfolgende Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter 40 vornimmt, wenn das Volumen des Brenngasbehälters 40 gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Volumen ist, das heißt, wenn es ein kleines Volumen ist.
Die Steuervorrichtung 34 ist so ausgeführt, dass sie das Volumen des Brenngasbehälters 40 über die Kommunikationsvorrichtungen 34 und 54 erfasst, oder indem sie ein einleitendes Füllen vornimmt.
Genauer ist die Steuervorrichtung 34 im Fall der Erfassung des Volumens des Brenngasbehälters 40 über die Kommunikationsvorrichtungen 31 und 54 so ausgeführt, dass sie die Volumeninformation des Brenngasbehälters 40, die vorab in der Steuervorrichtung 56 auf Seiten des Kraftfahrzeugs 13 gespeichert wurde, durch eine Kommunikation mit der Kommunikationsvorrichtung 31 und der Kommunikationsvorrichtung 54 erfasst.
Und im Fall der Erfassung des Volumens des Brenngasbehälters 40 durch das einleitende Füllen öffnet die Steuervorrichtung 34 für das einleitendes Füllen das Absperrventil 30 und das Durchflusssteuerventil 26 für einen vorbestimmten Zeitraum, und detektiert sie dann die Durchflussmenge des Brenngases, das durch den Gasfließdurchgang 23 fließt. Dann ist die Steuervorrichtung 34 so ausgeführt, dass sie den Druckzunahmebetrag des Behälterinnendrucks des Brenngasbehälters 40 berechnet und auf Basis dieses Druckzunahmebetrags das Volumen des Brenngasbehälters 40 berechnet. Somit bildet die Steuervorrichtung 34 eine Volumen-Erfassungs-Einheit 48.
Als nächstes wird die Einfülloperation der Brenngas-Einfüllvorrichtung, die wie oben aufgebaut ist, beschrieben. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Einfülloperation der Brenngas-Einfüllvorrichtung zeigt. Und 7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Detail der Brenngasbehälter-Volumen-Beurteilungs-Verarbeitung von 6 zeigt. Es ist zu beachten, dass die folgende Einfülltätigkeit in einem Zustand ausgeführt wird, in dem der Einfüllstutzen 22 mit dem Anschluss 42 verbunden ist.
Wie in 6 gezeigt, führt die Steuervorrichtung 34 bei Vornahme einer Operation, um das Einfüllen des Brenngases von der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 in den Brenngasbehälter 40 zu befehlen, zuerst die Brenngasbehälter-Volumen-Beurteilungs-Verarbeitung durch (Schritt S1).
Bei dieser Brenngasbehälter-Volumen-Beurteilungs-Verarbeitung, deren Unterprogramm in 7 gezeigt ist, beurteilt die Steuervorrichtung 34, ob eine Information, die das Volumen des Brenngasbehälters 40 repräsentiert, von dem Kraftfahrzeug 13 über die Kommunikationsvorrichtung 31 empfangen wurde oder nicht (Schritt S21).
Wenn in Schritt S21 die Volumeninformation des Brenngasbehälters 40 empfangen wurde, geht die Steuervorrichtung 34 zur Verarbeitung des Schritts S25 über. Wenn andererseits in Schritt S21 keine Volumeninformation des Brenngasbehälters 40 empfangen wurde, berechnet die Steuervorrichtung 34 das Volumen des Brenngasbehälters 40 durch Ausführen der folgenden Schritte S22, 23 und 24.
Genauer öffnet die Steuervorrichtung 34 in Schritt S22 das Absperrventil 30, während sie das Durchflusssteuerventil 26 für einen vorbestimmten Zeitraum um ein konstantes kleines Öffnungsausmaß öffnet, und detektiert sie dann durch den Durchflussmesser 27 die Durchflussmenge des Brenngases, das durch den Gasfließdurchgang 23 fließt (Schritt S22), berechnet sie den Druckzunahmebetrag des Behälterinnendrucks des Brenngasbehälters 40 (Schritt S23), und berechnet sie auf Basis dieses Druckzunahmebetrags das Volumen des Brenngasbehälters 40 (Schritt S24). Somit berechnet die Steuervorrichtung 34 in den Schritten S22, 23 und 24 das Volumen des Brenngasbehälters 40 durch Vornehmen des einleitenden Füllens des Brenngases.
Als nächstes beurteilt die Steuervorrichtung 34, ob das Volumen des Brenngasbehälters 40, das über die Kommunikationsvorrichtung 31 empfangen wurde, oder das Volumen des Brenngasbehälters 40, das durch Durchführen der Schritte S22, 23 und 24 berechnet wurde, gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht (Schritt S25), und beendet sie diese Brenngasbehälter-Volumen-Beurteilungs-Verarbeitung, wenn das Volumen einen vorbestimmten Wert übersteigt, oder beurteilt sie, dass der Brenngasbehälter 40 ein kleines Volumen aufweist, wenn das Volumen gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (Schritt S26), und beendet sie diese Brenngasbehälter-Volumen-Beurteilungs-Verarbeitung.
Als nächstes beurteilt die Steuervorrichtung 34 unter Rückkehr zu 6, ob bei der Brenngasbehälter-Volumen-Beurteilungs-Verarbeitung von Schritt S1 beurteilt wurde, dass das Volumen des Brenngasbehälters 40 ein kleines Volumen ist oder nicht (Schritt S2), und beendet sie das Ablaufdiagramm dieser Einfülloperation, wenn das Volumen nicht als kleines Volumen beurteilt wurde.
Es ist zu beachten, dass der Brenngasbehälter 40 dann, wenn der Brenngasbehälter 40 in Schritt S2 nicht als kleinvolumig beurteilt wurde, ein Behälter mit einem großen Volumen ist, so dass die Steuervorrichtung das Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter 40 zum Beispiel kontinuierlich vornimmt.
Wenn der Brenngasbehälter 40 in Schritt S2 als kleinvolumig beurteilt wurde, nimmt die Steuervorrichtung 34 auf die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Abbildung von 4 Bezug und legt sie die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie mit einer Zunahmerate gemäß der Temperatur des Brenngases und der Außentemperatur fest (Schritt S3). Als nächstes nimmt die Steuervorrichtung 34 auf die Endziel-Behälterinnendruck-Festlege-Abbildung von 3 Bezug und legt sie den Endziel-Behälterinnendruck je nach der Temperatur des Brenngases, der Außentemperatur und dem Anfangsdruck des Brenngasbehälters 40 fest (Schritt S4).
Als nächstes öffnet die Steuervorrichtung 34 das Absperrventil 30 und das Durchflusssteuerventil 26 über die Vorsteuerventile 14 und 15 und beginnt sie das Einfüllen des Brenngases (Schritt S5).
Als nächstes beurteilt die Steuervorrichtung 34, ob der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 gleich oder größer als der Einfüllstoppdruck ist oder nicht (Schritt S6), und wenn er gleich oder größer als der Einfüllstoppdruck ist, hält sie das Einfüllen des Brenngases an (Schritt S7). Die Steuervorrichtung 34 setzt die Beurteilungs-Verarbeitung in Schritt S6 fort, bis beurteilt wird, dass der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 gleich oder größer als der Einfüllstoppdruck ist. Nachdem das Einfüllen des Brenngases in Schritt S7 angehalten wurde, beurteilt die Steuervorrichtung 34, ob der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 gleich oder geringer als der Einfüllneustartdruck ist oder nicht (Schritt S8), und wenn er gleich oder geringer als der Einfüllneustartdruck ist, beginnt sie das Einfüllen des Brenngases erneut (Schritt S9). Die Steuervorrichtung 34 setzt die Beurteilungs-Verarbeitung in Schritt S8 fort, bis der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters gleich oder geringer als der Einfüllneustartdruck wird.
Im Anschluss an Schritt S9 beurteilt die Steuervorrichtung 34, ob der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 gleich oder größer als der Endziel-Fülldruck ist oder nicht (Schritt S10), und wenn er gleich oder größer als der Endziel-Fülldruck ist, beendet sie das Einfüllen des Brenngases (Schritt S11), und beendet sie das Ablaufdiagramm dieser Einfülloperation. Wenn der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 bei Schritt S10 geringer als der Endziel-Fülldruck ist, führt die Steuervorrichtung 34 nochmals die Schritte S6 bis S9 aus.
Somit ist die Steuervorrichtung 34 so ausgeführt, dass sie das Brenngas dann, wenn der Brenngasbehälter 40 als kleinvolumig beurteilt wird, mit Unterbrechungen und wiederholt entlang der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie einfüllt. Aus diesem Grund erfolgt während des Anhaltens des Einfüllens des Brenngases eine Wärmeabstrahlung von dem Brenngasbehälter 40 und wird die Temperatur des Brenngasbehälters 40 verringert. Als Ergebnis steigt die Temperatur des Brenngasbehälters 40, wie in 8 gezeigt, langsam an, während sie in Verbindung mit dem mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen wiederholt ansteigt und abfällt, so dass verhindert wird, dass die Temperatur des Brenngasbehälters 40 einen bestimmten oberen Grenzwert überschreitet.
Es ist zu beachten, dass die Temperatur des Brenngases, die bei der Festlegung des Endziel-Behälterinnendrucks und der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie verwendet wird, bei der vorliegenden Ausführungsform eine tatsächlich gemessene Temperatur ist, die an einer stromabwärts befindlichen Seite des Vorkühlers 28 durch die Temperaturdetektionseinheit 29 detektiert wird; doch anstelle dieser tatsächlich gemessenen Temperatur kann eine Einstelltemperatur des Vorkühlers 28 verwendet werden. In diesem Fall legt die Steuervorrichtung 34 die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie in Schritt S3 auf Basis der Außentemperatur und der Einstelltemperatur des Vorkühlers 28 fest, und legt sie den Endziel-Behälterinnendruck in Schritt S4 auf Basis der Außentemperatur, der Einstelltemperatur des Vorkühlers 28 und des Anfangsdrucks des Brenngasbehälters 40 vor dem Beginn des Einfüllens fest. Es ist zu beachten, dass in Betracht gezogen werden kann, dass die tatsächliche Temperatur des Brenngases aufgrund einer mangelnden Kühlfähigkeit des Vorkühlers 28 und dergleichen höher als die Einstelltemperatur des Vorkühlers 28 wird, weshalb es günstig ist, den Endziel-Behälterinnendruck und die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie nach dem Beginn des Einfüllens des Brenngases in Schritt S5 unter Verwendung der tatsächlich gemessenen Temperatur, die durch die Temperaturdetektionseinheit 29 detektiert wird, zurückzusetzen (zu aktualisieren).
Als weiteres Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann außerdem, wie in 9 gezeigt, so vorgegangen werden, dass das Brenngas bei jedem mit Unterbrechungen vorgenommenen Einfüllen mit einer konstanten Masse eingefüllt wird. In diesem Fall legt die Steuervorrichtung 34 anstelle des Endziel-Behälterinnendrucks und der Behälterinnendruck-Znahme-Ziellinie eine Endzielmasse und eine Masse-Zunahme-Ziellinie fest, und erfasst sie die Masse des Brenngases in dem Brenngasbehälter 40 und füllt sie das Brenngas so mit Unterbrechungen in den Brenngasbehälter 40, dass diese Masse des Brenngases entlang der Masse-Zunahme-Ziellinie zunimmt. Auch wenn auf diese Weise vorgegangen wird, wird die Temperatur des Brenngasbehälters 40, wie in 9 gezeigt, einen bestimmten oberen Grenzwert der Temperatur nicht übersteigen.
Als weiteres Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann außerdem, wie in 10 gezeigt, so vorgegangen werden, dass die Steuervorrichtung 34 die Steuerung so vornimmt, dass das Durchflusssteuerventil 26 bei jedem mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen des Brenngases für einen konstanten Zeitraum geöffnet wird. Auch in diesem Fall steigt die Temperatur des Brenngasbehälters 40, wie in 10 gezeigt, an, während sie wiederholt ansteigt und abfällt, und wird sie einen bestimmten oberen Grenzwert der Temperatur nicht übersteigen.
Wie oben beschrieben, ist die Steuervorrichtung 34 der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 bei der vorliegenden Ausführungsform so ausgeführt, dass die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie, die fortlaufend mit einer vorbestimmten Zunahmerate bis zu einem Endziel-Behälterinnendruck zunimmt, festgelegt wird, der an dem Brenngasfließdurchgang 23 oder dem Brenngasbehälter 40 detektierte Behälterinnendruck erfasst wird und das Brenngas mit Unterbrechungen so in den Brenngasbehälter 40 gefüllt wird, dass der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 entlang der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt.
Durch diese Gestaltung wird das Brenngas mit Unterbrechungen in den Brenngasbehälter 40 gefüllt, so dass es möglich ist, die Temperatur des Brenngasbehälters 40 zu verringern, während das Einfüllen des Brenngases angehalten ist, und es möglich ist, das Brenngas einzufüllen, während ein Temperaturanstieg des Brenngasbehälters 40 unterdrückt wird. Dabei wird der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters 40 entlang der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie erhöht, so dass der Zunahmebetrag des Behälterinnendrucks bei jedem mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen des Brenngases beschränkt wird, und es möglich ist, den Behälterinnendruck allmählich zu erhöhen, und das Brenngas eingefüllt werden kann, während ein Temperaturanstieg des Brenngasbehälters 40 unterdrückt wird. Daher ist die Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 der vorliegenden Ausführungsform so gestaltet, dass selbst im Fall des Einfüllens des Brenngases in einen Brenngasbehälter 40 mit einem kleinen Volumen verhindert werden kann, dass die Temperatur des Brenngasbehälters 40 eine bestimmte Temperatur übersteigt.
Überdies wird der Behälterinnendruck als der Füllzustand des Brenngasbehälters erfasst, so dass es möglich ist, das Einfüllen des Brenngases einfach auf Basis des Behälterinnendrucks, der leicht detektiert werden kann, zu steuern.
Außerdem ist die Steuervorrichtung 34 der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 bei der vorliegenden Ausführungsform so ausgeführt, dass ferner die Einfüllstopp-Drucklinie, die an der Niederdruckseite der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie parallel zu dieser Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt, und die Einfüllneustart-Drucklinie, die an der Niederdruckseite der Einfüllstopp-Drucklinie parallel zu dieser Einfüllstopp-Drucklinie zunimmt, festgelegt werden und das Einfüllen des Brenngases angehalten wird, wenn der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie wird, während das Einfüllen des Brenngases erneut begonnen wird, wenn der Behälterinnendruck gleich oder geringer als die Einfüllneustart-Drucklinie wird.
Durch diese Gestaltung wird das Einfüllen des Brenngases angehalten, wenn der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie wird, während das Einfüllen des Brenngases erneut begonnen wird, wenn der Behälterinnendruck gleich oder geringer als die Einfüllneustart-Drucklinie wird, so dass es möglich ist, das mit Unterbrechungen erfolgende Einfüllen des Brenngases durch eine einfache Steuerung auszuführen. Außerdem ist die Einfüllstopp-Drucklinie an der Niederdruckseite der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie festgelegt, so dass der Behälterinnendruck die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie nicht infolge einer Ansprechverzögerung des Durchflusssteuerventils und dergleichen überschreiten wird, nachdem das Einfüllen des Brenngases angehalten wurde, da der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie geworden ist. Aus diesem Grund ist es möglich, zu verhindern, dass die Temperatur des Brenngasbehälters 40 eine bestimmte Temperatur übersteigt.
Außerdem ist die Steuervorrichtung 34 der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 bei der vorliegenden Ausführungsform so ausgeführt, dass das Volumen des Brenngasbehälters 40 erfasst wird und das mit Unterbrechungen erfolgende Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter 40 vorgenommen wird, wenn das Volumen gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Volumen ist.
Durch diese Gestaltung wird das Brenngas mit Unterbrechungen eingefüllt, wenn das Volumen des Brenngasbehälters 40 gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Volumen ist, und ist es möglich, das Brenngas zum Beispiel kontinuierlich einzufüllen, wenn das Volumen des Brenngasbehälters 40 das vorab festgelegte Volumen übersteigt, so dass es möglich ist, das Brenngas durch ein Einfüllverfahren, welches für das Volumen des Brenngasbehälters 40 geeignet ist, einzufüllen.
Außerdem ist die Steuervorrichtung 34 bei der vorliegenden Ausführungsform so ausgeführt, dass das Volumen des Brenngasbehälters 40 auf Basis entweder der Volumeninformation des Brenngasbehälters, die von Seiten des Brenngasbehälters 40 gesendet wird, oder der Durchflussmenge des Brenngases und des Druckzunahmebetrags des Brenngasbehälters 40, die durch ein vorab für einen vorbestimmten Zeitraum erfolgendes einleitendes Füllen des Brenngases in den Brenngasbehälter 40 detektiert werden, erfasst wird.
Durch diese Gestaltung ist es möglich, das genaue Volumen des Brenngasbehälters auf Basis entweder der Volumeninformation, die von dem Brenngasbehälter 40 gesendet wird, oder der Durchflussmenge des Brenngases und dem Druckzunahmebetrag, der durch das einleitende Füllen detektiert werden, zu erfassen.
Außerdem ist die Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 bei der vorliegenden Ausführungsform ferner mit der Außentemperatur-Detektionseinheit 33 und der Temperaturdetektionseinheit 29 ausgerüstet und ist die Steuervorrichtung 34 so ausgeführt, dass die Behälterinnendruck-Zunahmerate auf Basis der Außentemperatur und der Temperatur des Brenngases festgelegt wird, während der Endziel-Behälterinnendruck auf Basis der Außentemperatur, der Temperatur des Brenngases, und des Anfangsdrucks des Brenngasbehälters 40 vor dem Beginn des Einfüllens festgelegt wird.
Durch diese Gestaltung können der Endziel-Behälterinnendruck und die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie auf optimale Werte je nach der Außentemperatur, der Temperatur des Brenngases, und dem Anfangsdruck des Brenngasbehälters 40 vor dem Beginn des Einfüllens festgelegt werden, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass die Temperatur des Brenngasbehälters 40 eine bestimmte Temperatur übersteigt, während es möglich ist, das Einfüllen des Brenngases innerhalb eines kürzesten Zeitraums abzuschließen.
Außerdem ist die Steuervorrichtung 34 der Brenngas-Einfüllvorrichtung 12 bei der vorliegenden Ausführungsform so ausgeführt, dass die Zunahmerate der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie niedriger festgelegt wird, wenn die Temperatur des Brenngases höher ist.
Durch diese Gestaltung wird das Einfüllen des Brenngases so vorgenommen, dass die Zunahmerate des Behälterinnendrucks des Brenngasbehälters niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur des Brenngases höher ist, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass die Temperatur des Brenngasbehälters 40 einen bestimmten Wert übersteigt.
Im Vorhergehenden wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart, doch ist offensichtlich, dass von Fachleuten Veränderungen hinzugefügt werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle diese Abwandlungen und Äquivalente sollen in den Ansprüchen, die im Rahmen der Patentansprüche beschrieben sind, enthalten sein.

Claims

Brenngas-Einfüllvorrichtung (12) zum Einfüllen von Brenngas in einen Brenngasbehälter (40), wobei die Brenngas-Einfüllvorrichtung (12) umfasst: eine Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit (38) zur Festlegung einer Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie, die fortlaufend mit einer vorbestimmten Zunahmerate bis zu einem Endziel-Behälterinnendruck zunimmt, bei dem das Einfüllen des Brenngases beendet wird; eine Füllzustands-Erfassungs-Einheit (37) zur Erfassung des Behälterinnendrucks des Brenngasbehälters (40), der an einem Fließdurchgang des Brenngases oder an dem Brenngasbehälter (40) detektiert wird; und eine Einfüllsteuereinheit (39) zum derartigen mit Unterbrechungen erfolgenden Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter (40), dass der Behälterinnendruck des Brenngasbehälters (40) entlang der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt, wobei die Brenngas-Füllvorrichtung (12) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit (38) ferner eine Einfüllstopp-Drucklinie festlegt, die an einer Niederdruckseite der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie parallel zu der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie zunimmt, sowie eine Einfüllneustart-Drucklinie, die an einer Niederdruckseite der Einfüllstopp-Drucklinie parallel zu der Einfüllstopp-Drucklinie zunimmt, und die Einfüllsteuereinheit (39) das Einfüllen des Brenngases anhält, wenn der Behälterinnendruck gleich oder größer als die Einfüllstopp-Drucklinie wird, und das Einfüllen des Brenngases erneut startet, wenn der Behälterinnendruck gleich oder geringer als die Einfüllneustart-Drucklinie wird.
Brenngas-Einfüllvorrichtung (12) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Volumen-Erfassungs-Einheit (48) zur Erfassung des Volumens des Brenngasbehälters (40), wobei die Einfüllsteuereinheit (39) ein mit Unterbrechungen erfolgendes Einfüllen des Brenngases in den Brenngasbehälter (40) vornimmt, wenn das durch die Volumen-Erfassungs-Einheit (48) erfasste Volumen gleich oder kleiner als ein vorbestimmtes Volumen ist.
Brenngas-Einfüllvorrichtung (12) nach Anspruch 2, wobei die Volumen-Erfassungs-Einheit (48) das Volumen des Brenngasbehälters (40) auf Basis entweder einer Volumeninformation des Brenngasbehälters (40), die von dem Brenngasbehälter (40) gesendet wird, oder einer Durchflussmenge des Brenngases und eines Druckzunahmebetrags des Brenngasbehälters (40), die durch ein vorab für eine vorbestimmte Zeit erfolgendes einleitendes Füllen des Brenngases in den Brenngasbehälter (40) detektiert werden, erfasst.
Brenngas-Einfüllvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Außentemperatur-Detektionseinheit (33) zur Detektion einer Außentemperatur, und eine Temperaturdetektionseinheit (29) zur Detektion einer Temperatur des Brenngases, wobei die Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit die Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie (38) auf Basis der Außentemperatur und der Temperatur des Brenngases festlegt und den Endziel-Behälterinnendruck auf Basis der Außentemperatur, der Temperatur des Brenngases, und eines Anfangsdrucks des Brenngasbehälters (40) vor dem Beginn des Einfüllens festlegt.
Brenngas-Einfüllvorrichtung (12) nach Anspruch 4, wobei die Füllzustands-Zunahme-Ziellinien-Festlege-Einheit (38) die Zunahmerate der Behälterinnendruck-Zunahme-Ziellinie niedriger festlegt, wenn die Temperatur des Brenngases höher ist.