DE102015118145B9

DE102015118145B9 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems

Info

Publication number: DE102015118145B9
Application number: DE102015118145.2A
Authority: DE
Inventors: Kenji Komiya; Masaaki Kondo; Akira Yamashita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2035-10-24
Also published as: DE102015118145B4; JP6102888B2; CN105591124B; CA2908283C; KR20160055062A; DE102015118145A1; CA2908283A1; CN105591124A; US20160133966A1; US10141589B2; JP2016091881A; KR101838355B1

Abstract

Brennstoffzellensystem (100), aufweisend:eine Brennstoffzelle (10);einen Tank (20a, 20b), in dem ein in der Brennstoffzelle (10) verwendetes Gas gespeichert ist;einen ersten Drucksensor (70), der einen Einfülldruck (Pf), das heißt einen Druck während des Befüllens mit Gas, in einer Füllleitung zum Befüllen des Tanks (20a, 20b) mit dem Gas, misst;einen zweiten Drucksensor (80), der einen Zufuhrleitungsdruck, das heißt einen Druck beim Start der Brennstoffzelle (10), in einer Zufuhrleitung zur Zufuhr des Gases von dem Tank (20a, 20b) zu der Brennstoffzelle (10) misst;einen Temperatursensor (28a, 28b), der eine Innentemperatur des Tanks (20a, 20b) misst; undeinen Controller (90), der konfiguriert ist beim Start der Brennstoffzelle (10)einen geschätzten Druckwert des Zufuhrleitungsdrucks (Pse) anhand eines ersten Druckwerts, den Einfülldruck (Pf) anzeigt, der Innentemperatur (T1) bei Messung des ersten Drucks, und der Innentemperatur (T2) bei Messung des Zufuhrleitungsdrucks zu ermitteln, undals Zufuhrleitungsdruck den niedrigeren von dem geschätzten Druckwert (Pse) und dem zweiten Druckwert (Ps2), der den gemessenen Zufuhrleitungsdruck anzeigt, zu erfassen.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
Stand der Technik
Allgemein wird bei Brennstoffzellensystemen mit einem Tank, in dem Brennstoffgas, das der Brennstoffzelle zugeführt wird, gespeichert ist, der Druckwert in dem Tank erfasst. Bei dem in JP 2002-089793 A beschriebenen Brennstoffzellensystem ist beispielsweise ein Drucksensor in einer Leitung, über die ein Wasserstoffgas von einem Tank zu einer Brennstoffzelle zugeführt wird, vorgesehen, und der Druckwert in dem Tank wird durch einen solchen Drucksensor erfasst. Darüber hinaus wird bei diesem Brennstoffzellensystem die Menge an restlichem Wasserstoff in dem Tank anhand des erfassten Druckwerts in dem Tank und der Temperatur in dem Tank berechnet. Generell wird die Menge an restlichem Wasserstoff in dem Tank unter Verwendung des Füllfaktors des Wasserstoffgases in dem Tank, den so genannten Ladezustand (SOC), ausgedrückt.
Bei dem in JP 2002-089793 A beschriebenen Brennstoffzellensystem wird der Druckwert in dem Tank von dem Drucksensor fehlerhaft erfasst, wenn eine so genannte Drift, bei der der Nullpunkt fluktuiert, auftritt. Besonders wenn der Nullpunkt in die positive Richtung fluktuiert und der erfasste Druckwert höher ist als der tatsächliche Wert, wird der Füllfaktor des Wasserstoffgases in dem Tank höher berechnet als der tatsächliche Wert, wodurch ein Risiko eines plötzlich auftretenden Gasmangels während des Betriebs der Brennstoffzelle entsteht. Darüber hinaus wird bei beweglichen Körpern, wie Brennstoffzellenfahrzeugen, die mit Brennstoffzellensystem ausgestattet sind, bei Konfigurationen, bei denen die Fahrstrecke bis zum leeren Tank anhand des Wasserstoffgasfüllfaktors geschätzt wird, die Fahrstrecke bis zum leeren Tank als zu lang geschätzt, wenn der Füllfaktor höher berechnet wird als der tatsächlich Wert. Daher besteht ein Bedarf für eine Technik, die verhindert, dass der Druckwert in dem Tank fehlerhaft höher als der tatsächliche Wert erfasst wird. Probleme wie diese beschränken sich nicht auf mit Brennstoffzellensystemen ausgestattete bewegliche Körper, sondern sind bei einer Vielzahl von Brennstoffzellensystemen, die als statische Energiequelle oder dergleichen genutzt werden, bekannt. In den Schriften DE 11 2010 005 532 T5 , US 2013/0206257 A1 , US 2012/0189935 A1 , US 2013/0146176 A1 und JP 2014-149065 A sind jeweils Brennstoffzellensysteme mit mindestens einem Brenngastank sowie Druck- und Temperatursensoren beschrieben.
KURZFASSUNG
Ziel der Erfindung ist es, zumindest einen Teil des oben stehenden Problems zu lösen, was durch die nachstehend beschriebenen Aspekte erreicht werden könnte.

(1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennstoffzelle geschaffen. Das Brennstoffzellensystem umfasst: einen Tank, in dem ein in der Brennstoffzelle verwendetes Gas gespeichert ist; einen ersten Drucksensor, der einen Einfülldruck, das heißt einen Druck während des Befüllens mit Gas in einer Füllleitung zum Befüllen des Tanks mit dem Gas, misst; einen zweiten Drucksensor, der einen Zufuhrleitungsdruck, das heißt einen Druck beim Start der Brennstoffzelle in einer Zufuhrleitung zur Zufuhr des Gases von dem Tank zu der Brennstoffzelle, misst; einen Temperatursensor, der eine Innentemperatur des Tanks misst; und einen Controller, der beim Start der Brennstoffzelle einen geschätzten Druckwert des Zufuhrleitungsdrucks anhand eines ersten Druckwerts, der den Einfülldruck anzeigt, der Innentemperatur bei Messung des ersten Drucks, und der Innentemperatur bei Messung des Zufuhrleitungsdrucks ermittelt, und der als Zufuhrleitungsdruck den niedrigeren von dem geschätzten Druckwert und dem zweiten Druckwert, der den gemessenen Zufuhrleitungsdruck anzeigt, erfasst. Da das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt den niedrigeren Wert von dem geschätzten Druckwert und dem zweiten Druckwert als Zufuhrleitungsdruck erfasst, verhindert es dementsprechend selbst in einer Situation, in der der zweite Druckwert auf Grund einer Fehlfunktion des zweiten Drucksensors als höher als der tatsächliche Wert gemessen wird, dass der Druckwert in dem Tank fehlerhaft höher als der tatsächliche Wert erfasst wird.
(2) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem oben stehenden Aspekt, verwendet der Controller, wenn der Controller den geschätzten Druckwert ermittelt, den ersten Druckwert, der den Höchstdruckwert während des Befüllens mit Gas anzeigt. Da das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt einen geschätzten Druckwert anhand eines ersten Druckwerts schätzt, der den größten Einfülldruck während des Befüllens mit Gas anzeigt, wird dementsprechend der Effekt des Druckabfalls in der Füllleitung reduziert im Vergleich zu Konfigurationen, bei denen ein Druckwert während dem nach Ende des Gaseinfüllens folgenden Zustand verwendet wird. Dementsprechend ist es möglich, Verschlechterungen der Schätzgenauigkeit der geschätzten Druckwerte zu unterdrücken und eine fehlerhafte Erfassung des Druckwerts in dem Tank als höher als der tatsächliche Wert wirksamer zu verhindern.
(3) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem oben stehenden Aspekt, erfasst der Controller, wenn ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem geschätzten Druckwert und dem zweiten Druckwert über einem vorgegebenen Wert liegt, den niedrigeren von dem geschätzten Druckwert und dem zweiten Druckwert als Zufuhrleitungsdruck, und erfasst, wenn der Absolutwert unter dem vorgegebenen Wert liegt, den zweiten Druckwert als Zufuhrleitungsdruck. Das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt kann den Zufuhrleitungsdruck unter Berücksichtigung der jeweiligen Messfehler des ersten Drucksensors, des zweiten Drucksensors, und des Temperatursensors erfassen.
(4) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem oben stehenden Aspekt, speichert der Controller einen als Zufuhrleitungsdruck erfassten Druckwert. Da das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt den erfassten Druckwert speichert, ist es möglich, den Grund einer Fehlfunktion des ersten oder zweiten Drucksensors anhand eines solchen Werts zu analysieren, und eine Warnmeldung oder ein Warngeräusch an einen Anwender zu senden.
(5) Das Brennstoffzellensystem gemäß dem oben stehenden Aspekt umfasst weiter einen Füllfaktorfestlegungsabschnitt, der anhand des als Zufuhrleitungsdruck erfassten Druckwerts einen Füllfaktor des Gases in dem Tank ermittelt. Das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt, ermittelt den Füllfaktor mittels dem erfassten Druckwert und kann dementsprechend verhindern, dass der Füllfaktor des Gases in dem Tank fehlerhaft höher als der tatsächliche Wert erfasst wird, kann verhindern, dass die Fahrstrecke bis zum leeren Tank als zu lang geschätzt wird, wenn das Brennstoffzellensystem in einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut ist, und kann verhindern, dass der Komfort des Anwenders abnimmt.

Die Erfindung kann gemäß verschiedener anderer Aspekte realisiert werden. Sie kann beispielsweise gemäß einem Aspekt, wie einem Brennstoffzellenfahrzeug, in dem ein Brennstoffzellensystem eingebaut ist, einem Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems, oder einem Verfahren zum Erfassen eines Drucks in einem Tank realisiert werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Schema eines Brennstoffzellensystems als eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das Veränderungen des Druckwerts des Wasserstoffgases in einem Gaseinfüllsystem und einem Gaszufuhrsystem zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte der Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform:
Systemaufbau
1 ist ein Diagramm, das ein Schema eines Brennstoffzellensystems als eine Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Brennstoffzellensystem 100 ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug 500 eingebaut und wird als System zum Zuführen von Antriebsleistung verwendet. Aus Gründen der Einfachheit der Beschreibungen, ist eine Wasserstoffgastankstelle 900, die dem Brennstoffzellenfahrzeug 500 Wasserstoffgas zuführt, in 1 durch eine doppel-punktiert gestrichelte Linie dargestellt, und die Richtung des Wasserstoffgasflusses ist durch einen weißen Pfeil angezeigt.
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst eine Brennstoffzelle 10, einen ersten Tank 20a, einen zweiten Tank 20b, einen Aufnahmeteil 30, einen Verbindungsabschnitt 40, ein Gaseinfüllsystem 50, ein Gaszufuhrsystem 60, einen Füllseiten-Drucksensor 70, einen Zufuhrseiten-Drucksensor 80, und einen Controller 90. Die Brennstoffzelle 10 ist eine so genannte Polymerelektrolytbrennstoffzelle mit einer Bauweise, bei der eine Mehrzahl von Einheitszellen, die eine Zufuhr der Reaktionsgase Brennstoffgas und Oxidationsgas erhalten und die Strom erzeugen, in Schichten gestapelt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Wasserstoffgas als Brennstoffgas verwendet.
In dem ersten Tank 20a und dem zweiten Tank 20b ist jeweils Wasserstoffgas in einem verdichteten Zustand gespeichert. Der zweite Tank 20b unterscheidet sich von dem ersten Tank 20a dadurch, dass sein Volumen kleiner ist als das des ersten Tanks 20a, während es bei anderen Konfigurationen gleich groß ist wie das des ersten Tanks 20a. Dementsprechend ist der genaue Aufbau des ersten Tanks 20a unten stehend beschrieben, und auf eine Beschreibung des genauen Aufbaus des zweiten Tanks 20b wird verzichtet. Das Volumen des ersten Tanks 20a kann gleich sein wie oder kleiner sein als das Volumen des zweiten Tanks 20b. Zudem kann, obwohl das Brennstoffzellensystem 100 in der Ausführungsform zwei Tanks 20a und 20b umfasst, das Brennstoffzellensystem 100 ebenso einen oder eine beliebige Anzahl mehrerer Tanks haben.
Der erste Tank 20a ist durch das Gaseinfüllsystem 50 mit dem Aufnahmeteil 30 verbunden. Zudem ist der erste Tank 20a mit der Brennstoffzelle 10 durch das Gaszufuhrsystem 60 verbunden. Der erste Tank 20a hat eine in etwa zylindrische Erscheinungsform, und hat eine Bauweise bestehend aus Verstärkungsschichten aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) auf der äußeren Umfangsoberfläche einer Harzauskleidung. Der erste Tank 20a umfasst eine Verschlusskappe 22a an der Kante der in etwa zylindrischen Erscheinungsform. Ein Rückschlagventil 24a, ein Hauptverschlussventil 26a, und ein erster Temperatursensor 28a sind an der Verschlusskappe 22a angeordnet.
Das Rückschlagventil 24a ist mit dem Gaseinfüllsystem 50 verbunden. Das Rückschlagventil 24a lässt das von dem Gaseinfüllsystem 50 zugeführte Wasserstoffgas einströmen und blockiert ein Einströmen des Wasserstoffgases, das von dem ersten Tank 20a zu dem Gaseinfüllsystem 50 fließt. Das Hauptverschlussventil 26a ist mit dem Gaszufuhrsystem 60 verbunden. Bei Öffnen des Hauptverschlussventils 26a, wird das in dem ersten Tank 20a gespeicherte Wasserstoffgas der Brennstoffzelle 10 über das Gaszufuhrsystem 60 zugeführt. Der erste Temperatursensor 28a erfasst eine Temperatur Ta im Inneren des ersten Tanks 20a und gibt diese an den Controller 90 aus.
Die Spezifikationen für den ersten Tank 20a sind in folgender Weise vorgeschrieben: die Innentemperatur Ta ist unter 85 Grad Celsius; der Wasserstoffgasfüllfaktor, der so genannte Ladezustand (SOC), ist unter 100%; und der Innendruckwert ist unter 87,5 MPa.
Ähnlich wie der erste Tank 20a, hat der zweite Tank 20b eine Verschlusskappe 22b, ein Rückschlagventil 24b, ein Hauptverschlussventil 26b, und einen zweiten Temperatursensor 28b. Der zweite Temperatursensor 28b erfasst eine Temperatur Tb im Inneren des zweiten Tanks 20b. In den nachfolgenden Beschreibungen werden der erste Tank 20a und der zweite Tank 20b gesamtheitlich als „Tanks 20“ bezeichnet. Zudem werden der erste Temperatursensor 28a und der zweite Temperatursensor 28b gesamtheitlich als „Temperatursensoren 28“ bezeichnet, während der Durchschnittswert der Temperatur Ta und der Temperatur Tb als „Temperatur T“ bezeichnet werden.
Der Aufnahmeteil 30 und ein Zapfventil 910 der Wasserstoffgastankstelle 900 greifen ineinander und das von einem Wasserstoffgaszufuhrabschnitt 930 zugeführte Wasserstoffgas fließt über das Zapfventil 910 ein. Der Verbindungsabschnitt 40 ist in der Nähe des Aufnahmeteils 30 angeordnet und übermittelt Informationen an und empfängt Informationen von einem Verbindungsabschnitt 920 der Wasserstoffgastankstelle 900 mittels Infrarotstrahlen. Die übermittelten und empfangenen Informationen können beispielsweise den Druckwert in den Tanks 20 etc. umfassen. Als Alternative zur Infrarotübertragung kann das Übermitteln und Empfangen von Informationen wie gewünscht auch durch andere Übertragungsmethoden ausgeführt werden.
Das Gaseinfüllsystem 50 ist zwischen dem Aufnahmeteil 30 und den beiden Tanks 20a und 20b angeordnet. Das Gaseinfüllsystem 50 umfasst eine erste Einfüllleitung 51, eine zweite Einfüllleitung 52, eine dritte Einfüllleitung 53, und eine Füllseiten-Abzweigleitung 55. Die erste Füllleitung 51 ist an einem Ende mit dem Aufnahmeteil 30 verbunden und an dem anderen Ende mit der Füllseiten-Abzweigleitung 55. Die zweite Füllleitung 52 ist an einem Ende mit der Füllseiten-Abzweigleitung 55 verbunden und an dem anderen Ende mit dem Rückschlagventil 24a. Dementsprechend stehen der Aufnahmeteil 30 und der erste Tank 20a mittels der ersten Füllleitung 51, der Füllseiten-Abzweigleitung 55, der zweiten Füllleitung 52, und dem Rückschlagventil 24a miteinander in Verbindung. Die dritte Füllleitung 53 ist an einem Ende mit der Füllseiten-Abzweigleitung 55 verbunden und an dem anderen Ende mit dem Rückschlagventil 24b. Dementsprechend stehen das Aufnahmeteil 30 und der zweite Tank 20b mittels der ersten Füllleitung 51, der Füllseiten-Abzweigleitung 55, der dritten Füllleitung 53, und dem Rückschlagventil 24b miteinander in Verbindung. Die Füllseiten-Abzweigleitung 55 verteilt von der ersten Füllleitung 51 zugeführtes Wasserstoffgas auf die zweite Füllleitung 52 und die dritte Füllleitung 53.
Das Gaszufuhrsystem 60 ist zwischen den beiden Tanks 20a und 20b und der Brennstoffzelle 10 angeordnet. Das Gaszufuhrsystem 60 umfasst eine erste Zufuhrleitung 61, eine zweite Zufuhrleitung 62, eine dritte Zufuhrleitung 63, und eine Zufuhrseiten-Abzweigleitung 65. Die erste Zufuhrleitung 61 ist an einem Ende mit dem Hauptverschlussventil 26a verbunden und an dem anderen Ende mit der Zufuhrseiten-Abzweigleitung 65. Die zweite Zufuhrleitung 62 ist an einem Ende mit dem Hauptverschlussventil 26b verbunden und an dem anderen Ende mit der Zufuhrseiten-Abzweigleitung 65. Die dritte Zufuhrleitung 63 ist an einem Ende mit der Zufuhrseiten-Abzweigleitung 65 verbunden und an dem anderen Ende mit der Brennstoffzelle 10. Dementsprechend stehen der erste Tank 20a und die Brennstoffzelle 10 mittels des Hauptverschlussventils 26a, der ersten Zufuhrleitung 61, der Zufuhrseiten-Abzweigleitung 65, und der dritten Zufuhrleitung 63 miteinander in Verbindung. Der zweite Tank 20b und die Brennstoffzelle 10 stehen mittels des Hauptverschlussventils 26b, der zweiten Zufuhrleitung 62, der Zufuhrseiten-Abzweigleitung 65, und der dritten Zufuhrleitung 63 miteinander in Verbindung. Die Zufuhrseiten-Abzweigleitung 65 führt das jeweils von der ersten Zufuhrleitung 61 und der zweiten Zufuhrleitung 62 zugeführte Wasserstoffgas zusammen und führt es der Brennstoffzelle 10 zu.
Der Füllseiten-Drucksensor 70 ist in der Füllseiten-Abzweigleitung 55 angeordnet und misst den Druckwert in dem Gaseinfüllsystem 50. Während des Befüllens mit Wasserstoffgas von der Wasserstoffgastankstelle 900 in das Brennstoffzellenfahrzeug 500, ist der von dem Drucksensor 70 gemessene Druckwert (nachstehend als „Einfülldruckwert Pf“ bezeichnet) nahezu gleich wie der Druckwert in den Tanks 20 während des Befüllens. Der Einfülldruckwert Pf wird zur Einfüllsteuerung als Druckinformation des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 während des Befüllens verwendet. Der Controller 90 vergleicht insbesondere den Einfülldruck Pf und den zulässigen Höchstdruckwert der Tanks 20, und wenn der Einfülldruck Pf über dem zulässigen Höchstdruckwert der Tanks 20 von 87,5 MPa liegt, übermittelt der Controller 90 ein Füllstoppsignal (ABBRUCH-Signal) an die Wasserstoffgastankstelle 900. Wenn die Wasserstoffgastankstelle 900 dieses Signal empfängt, stoppt der Wasserstoffgaszufuhrabschnitt 930 die Zufuhr des Wasserstoffgases.
Der Zufuhrseiten-Drucksensor 80 ist in der Zufuhrseiten-Abzweigleitung 65 angeordnet und misst den Druckwert in dem Gaszufuhrsystem 60. Während der Zufuhr von Wasserstoffgas von den Tanks 20 zu der Brennstoffzelle 10 ist der von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 gemessene Druckwert (nachstehend als „Zufuhrdruckwert Ps“ bezeichnet) nahezu gleich wie der Druckwert in den Tanks 20 während der Zufuhr. Der Zufuhrdruckwert Ps wird zum Zweck des Erfassens der restlichen Menge an Wasserstoffgas in den Tanks 20 und zum Erfassen eines Austritts des Wasserstoffgases verwendet.
Bei dieser Ausführungsform bestehen der Füllseiten-Drucksensor 70 und der Zufuhrseiten-Drucksensor 80 aus einer membranartigen Druckmessvorrichtung. Als Alternative zu der membranartigen Druckmessvorrichtung, können sie jedoch ebenso aus einer beliebigen Art von Druckmessvorrichtungen bestehen.
Der Controller 90 ist ein Mikrocomputer, der eine Zentraleinheit (CPU) und einen Hauptspeicher umfasst, und ist als elektrische Steuereinheit (ECU) konfiguriert. Wie durch die gestrichelten Pfeile in 1 gezeigt, ist der Controller 90 mit dem Verbindungsabschnitt 40, den Temperatursensoren 28, und den beiden Drucksensoren 70 und 80 elektrisch verbunden. Neben dem Speichern der von den Sensoren 28 und den Sensoren 70 und 80 ausgegebenen Werte, ermittelt der Controller 90 den nachfolgend genannten geschätzten Druckwert Pse und erfasst einen Momentandruckwert Psa. Zudem umfasst der Controller 90 einen Füllfaktorfestlegungsabschnitt 95. Der Füllfaktorfestlegungsabschnitt 95 bestimmt den Füllfaktor des Wasserstoffgases in den Tanks 20 (nachstehend vereinfacht als „Füllfaktor“ bezeichnet).
Bei dieser Ausführungsform entsprechen die Tanks 20 (der erste Tank 20a und der zweite Tank 20b) dem Tank in den Ansprüchen, und die Temperatursensoren 28 (der erste Temperatursensor 28a und der zweite Temperatursensor 28b) entsprechen dem Temperatursensor in den Ansprüchen. Zudem entspricht der Füllseiten-Drucksensor 70 dem ersten Drucksensor in den Ansprüchen, der Zufuhrseiten-Drucksensor 80 entspricht dem zweiten Drucksensor in den Ansprüchen, und die Temperatur T entspricht der Innentemperatur in den Ansprüchen. Ferner entspricht das Gaseinfüllsystem 50 der Füllleitung in den Ansprüchen, und das Gaszufuhrsystem 60 entspricht der Zufuhrleitung in den Ansprüchen.
Veränderungen des Druckwerts des Wasserstoffgases
2 ist ein Diagramm, das Veränderungen des Druckwerts des Wasserstoffgases in dem Gaseinfüllsystem 50 und dem Gaszufuhrsystem 60 zeigt. In 2 zeigt die vertikale Achse den Wasserstoffgasdruckwert [MPa] an, und die horizontale Achse zeigt die verstrichene Zeit an. Zudem zeigt eine durch eine durchgezogene Linie dargestellte Drucklinie L1 den von dem Füllseiten-Drucksensor 70 gemessenen Einfülldruck Pf an, und eine durch eine durchgezogene Linie dargestellte Drucklinie L2 zeigt den von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 gemessenen Druckwert an. Eine Zeit t0 zeigt die Füllstartzeit des Wasserstoffgases an, eine Zeit t1 zeigt die Füllendzeit an, und eine Zeit t2 zeigt die Startzeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 an. Die Zeitspanne zwischen Zeit t1 bis Zeit t2 ist für gewöhnlich ein sehr kurzer Zeitabschnitt, beispielsweise eine Minute. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 500 jedoch auf Grund irgendwelcher Umstände für eine längere Zeitspanne an der Wasserstoffgastankstelle 900 verbleibt, entspricht die Zeitspanne von Zeit t1 bis Zeit t2 einem vergleichsweise langen Zeitabschnitt, wie einer Woche.
Nach der Füllstartzeit (nachstehend „Zeit t0“) erhöht sich bei Befüllen mit Wasserstoffgas von der Wasserstoffgastankstelle 900 in das Brennstoffzellenfahrzeug 500 der Einfülldruckwert Pf, da die Menge an Wasserstoffgas in den Tanks 20 zunimmt. Für den Einfülldruckwert Pf wird kurz vor Ende des Befüllens mit Wasserstoffgas zur Zeit t1 ein Höchstdruckwert Pfl angezeigt, und der Höchstdruckwert Pfl wird bis zum Ende des Befüllens beibehalten. Der Höchstdruckwert Pfl ist nahezu gleich dem Druckwert in den Tanks 20 beim Ende des Befüllens. Wenn der Höchstdruckwert Pfl gemessen wird, erfassen die Temperatursensoren 28 eine Temperatur T1, und der Controller 90 speichert diese Temperatur T1.
Umgekehrt ändert sich der von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 erlangte Druckwert in der Spanne von Zeit t0 bis Zeit t2 nicht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Hauptverschlussventile 26a und 26b, die beide Tanks 20a und 20b haben, zur Füllstartzeit (der Zeit t0) geschlossen sind und zur Startzeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 (der Zeit t2) geöffnet sind. Wenn beide der Hauptverschlussventile 26a und 26b zur Zeit t2 geöffnet sind, erhöht sich der von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 erlangte Druckwert vorübergehend auf einen gemessenen Druckwert Ps2. Der gemessene Druckwert Ps2 ist nahezu gleich wie der Druckwert in den Tanks 20 zur Zufuhrstartzeit. Wenn der gemessene Druckwert Ps2 gemessen wird, erfassen die Temperatursensoren 28 eine Temperatur T2, und der Controller 90 speichert diese Temperatur T2. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die Werte des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 und der Temperatursensoren 28 zu der Zeit t2 beide stabil sind.
Der Füllfaktor des Wasserstoffgases in den Tanks 20 wird aus dem Druckwert in den Tanks 20 und der Temperatur T auf Grund der unten stehenden Formel berechnet: $F \ddot{u} llfaktor [%] = {(Z 0 \times T 0 \times PA) / (ZA \times TA \times P 0)} \times 100$
Bei der oben stehenden Formel (1), zeigt Z den Verdichtungsfaktor an, T die Temperatur, und P den Druckwert, während der Index „0“ den Standardwert anzeigt, und der Index „A“ den erhaltenen Wert der jeweiligen Sensoren 28, 70, und 80 anzeigt. Bei dieser Ausführungsform werden Z0=0,99, T0=15 Grad Celsius, und P0=70MPa als Standardwerte verwendet, es können jedoch beliebige andere Werte als Standardwerte verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform sind Z0 und ZA gleich.
Bei der oben stehenden Formel (1), wird der Füllfaktor bei Ende des Befüllens mit Wasserstoffgas (der Zeit t1) auf Grund des Höchstdruckwerts Pfl und der Temperatur T1 ermittelt. Auf ähnliche Weise wird der Füllfaktor zur Startzeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 (der Zeit t2) auf Grund des gemessenen Druckwerts Ps2 und der Temperatur T2 ermittelt.
Zusätzlich zur oben beschriebenen Überwachung durch den Zufuhrseiten-Drucksensor 80, kann der Druck in dem Gaszufuhrsystem 60 zu der Zeit t2, wie durch die gestrichelte Linie in 2 angezeigt, anhand des von dem Füllseiten-Drucksensor 70 gemessenen Druckwerts geschätzt werden. Insbesondere unter der Annahme, dass der Füllfaktor während der Zeitspanne von dem Ende des Befüllens bis zur Startzeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 nicht variiert, wird ein geschätzter Druckwert des Drucks in dem Gaszufuhrsystem 60 zur Zeit t2 (nachstehend als „geschätzter Druckwert Pse“ bezeichnet) unter Verwendung der unten stehenden Formel (2) anhand des Höchstdruckwerts Pfl, der Temperatur T1, und der Temperatur T2 ermittelt. $Gesch \ddot{a} tzter Druckwert Pse [MPa] = Pf 1 \times (T 1 / T 2)$
Wie jedoch in 2 gezeigt, gibt es Situationen, in denen der geschätzte Druckwert Pse und der gemessene Druckwert Ps2 abweichen. Es ist beispielsweise eine Situation denkbar, bei der ein Nullpunkt des Füllseiten-Drucksensors 70 auf Grund von Abnutzungserscheinungen, einer Fehlfunktion oder ähnlichem des Füllseiten-Drucksensors 70 in die positive Richtung fluktuiert und der geschätzte Druckwert Pse als höher als der tatsächliche Druckwert erfasst wird, oder eine Situation, in der der Nullpunkt des Füllseiten-Drucksensors 70 in die negative Richtung fluktuiert und der geschätzte Druckwerts Pse als niedriger als der tatsächliche Druckwert erfasst wird. Zudem ist eine Situation denkbar, bei der ein Nullpunkt des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 auf Grund von Abnutzungserscheinungen, einer Fehlfunktion oder ähnlichem des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 in die positive Richtung fluktuiert und der gemessene Druckwert Ps2 als höher als der tatsächliche Druckwert erfasst wird, oder eine Situation, bei der der Nullpunkt des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 in die negative Richtung fluktuiert und der gemessene Druckwerts Ps2 als niedriger als der tatsächliche Druckwert erfasst wird. Insbesondere wenn der Nullpunkt des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 in die positive Richtung fluktuiert und der gemessene Druckwert Ps2 als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird, besteht bei dem Aufbau, bei dem die Menge an restlichem Wasserstoffgas in den Tanks 20 anhand des von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 gemessenen Zufuhrdruckwerts Ps festgelegt wird, ein Risiko, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird und der Füllfaktor als höher als der tatsächliche Wert berechnet wird. Diesbezüglich verhindert diese Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird, indem eine unten stehend beschriebene Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung ausgeführt wird.
Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung
3 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte der Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung zeigt. Die Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung bezieht sich auf die Verarbeitung des Druckwerts in dem Gaszufuhrsystem 60, der zur Startzeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 (nachstehend als „Momentandruckwert Psa“ bezeichnet) erfasst wird. Wie untenstehend beschrieben wird, gibt es Situation, in denen der Zufuhrdruckwert Ps (insbesondere der von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 gemessene Druckwert) als Momentandruckwert Psa erfasst wird, und Situationen, in denen Ps nicht als der Momentandruckwert Psa erfasst wird.
Bei dieser Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 wird die Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung ausgeführt wenn das Befüllen des Wasserstoffgases von der Wasserstoffgastankstelle 900 in die Tanks 20 beginnt. Wenn bei dem Befüllen mit dem Wasserstoffgas durch die Wasserstoffgastankstelle 900 zunächst ein nicht dargestellter Deckel geöffnet wird und der Controller 90 startet, und anschließend das Zapfventil 910 Wasserstoffgastankstelle der 900 mit dem Aufnahmeteil 30 in Eingriff ist, ist die Infrarotübertragung zwischen dem Verbindungsabschnitt 920 der Wasserstoffgastankstelle 900 und dem Verbindungsabschnitt 40 des Brennstoffzellensystems 100 möglich, sobald das Befüllen mit Wasserstoffgas möglich ist. Basierend auf den Normen der Society of Automotive Engineers (SAE) findet das Befüllen mit Wasserstoffgas mit einer erhöhten Geschwindigkeit statt, die die Temperaturvorgaben für die Tanks 20 nicht überschreitet.
Wenn das Befüllen mit Wasserstoffgas beginnt, misst der Füllseiten-Drucksensor 70 den Einfülldruckwert Pf, und die Temperatursensoren 28 messen die Temperatur T (Schritt S310). Jeder der Sensoren 70 und 28 gibt seine jeweiligen erfassten Werte an den Controller 90 aus. Der Controller 90 gibt diese Werte an den Verbindungsabschnitt 40 aus, und der Verbindungsabschnitt 40 übermittelt diese mittels Infrarotübertragung an den Verbindungsabschnitt 920. Auf diese Weise wird das Befüllen mit Wasserstoffgas ausgeführt, während der Fülldruckwert Pf und die Temperatur T überwacht werden.
Wenn das Befüllen mit Wasserstoffgas beendet ist (Schritt S315), speichert der Controller 90 den Höchstdruckwert Pfl, der der Höchstdruckwert der Fülldruckwerte Pf ist, und speichert außerdem die Temperatur T1, wenn der Höchstdruckwert Pfl gemessen wurde (Schritt S320). Nach dem Befüllen mit Wasserstoffgas wird der Deckel geschlossen.
Der Controller 90 ist bis zum Start des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 im Stand-By-Modus (Schritt S325). Beim Start des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 (Schritt S325: JA) öffnet der Controller 90 die Hauptverschlussventile 26a und 26b (Schritt S330). Beim Starten des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 wird das gesamte Brennstoffzellensystem 100 gestartet. Der Controller 90 speichert den gemessenen Druckwert Ps2, der von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 gemessen wird und die von den Temperatursensoren 28 gemessene Temperatur T2 (Schritt S335).
Der Controller 90 ermittelt mit der oben stehenden Formel (2) den geschätzten Druckwert Pse anhand der Höchstdruckwerts Pfl und der bei Schritt S320 gespeicherten Temperatur T1, und der bei Schritt S335 gespeicherten Temperatur T2 (Schritt S340). Der Controller 90 beurteilt, ob der Absolutwert (|Pse-Ps2|) der Differenz zwischen dem bei Schritt S340 ermittelten geschätzten Druckwert Pse und dem bei Schritt S335 gespeicherten geschätzten Druckwert Ps2 über einem vorgegebenen Wert α liegt oder nicht (Schritt S345). Der Grund, weshalb Abweichungen zwischen den zwei Druckwerten Pse und Ps2 entstehen, ist obenstehend beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist der vorgegebene Wert α auf 10 MPa eingestellt. Der vorgegebene Wert α ist jedoch nicht auf 10 MPa beschränkt und kann auf beliebige andere Zahlenwerte eingestellt werden. In Anbetracht der Messfehler bei den beiden Drucksensoren 70 und 80 und den Temperatursensoren 28 ist es vorteilhaft, den vorgegebenen Wert α auf einen Wert außerhalb des Bereichs derartiger Messfehler einzustellen. Bezüglich der Situationen, in denen der Absolutwert den vorgegebenen Wert α überschreitet, sind beispielsweise Situationen denkbar, in denen der Füllseiten-Drucksensor 70 oder der Zufuhrseiten-Drucksensor 80 wie oben stehend beschrieben durch Abnutzungserscheinungen oder eine Fehlfunktion beeinträchtigt sind.
Wenn beurteilt wird, dass der Absolutwert der Differenz zwischen dem geschätzten Druckwert pse und dem gemessenen Druckwert Ps2 über dem vorgegebenen Wert α liegt (Schritt S345: JA), beurteilt der Controller 90, dass die Möglichkeit besteht, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird (Schritt S350). Der Controller 90 erfasst den niedrigeren Wert von dem geschätzten Druckwert Pse und dem gemessenen Druckwert Ps2 als den Momentandruckwert Psa (Schritt S355). Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den zwei Druckwerten Pse und Ps2 über dem vorgegebenen Wert α liegt, ist es möglich, dass der Nullpunkt des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 in die positive Richtung fluktuiert und der gemessene Druckwert Ps2 als höher als der tatsächliche Wert gemessen wird. In dieser Situation wird, wenn der gemessene Druckwert Ps2 als Momentandruckwert Psa erfasst wird, das heißt, als der Druckwert in den Tanks 20, der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst. Daher wird in dieser Situation der geschätzte Druckwert Pse, der der niedrigere Wert ist und den tatsächlichen Druckwert mit größerer Wahrscheinlichkeit anzeigt, als Momentandruckwert Psa erfasst. Da der Nullpunkt des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 in die negative Richtung fluktuiert und der gemessene Druckwert Ps2 daher als niedriger als der tatsächliche Wert gemessen wird, gibt es Situationen, in denen der Absolutwert der Differenz zwischen den zwei Druckwerten Pse und Ps2 über dem vorgegebenen Wert α liegt. In dieser Situation ist es, da der gemessene Druckwert Ps2, der niedriger ist als der geschätzte Druckwert Pse, das heißt, auch niedriger als tatsächliche Wert ist, als Momentandruckwert Psa erfasst wird, möglich zu verhindern, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird. Da der Nullpunkt des Füllseiten-Drucksensors 70 fluktuiert, ist es möglich, dass der Absolutwert der Differenz zwischen den zwei Druckwerten Pse und Ps2 über dem vorgegebenen Wert α liegt. Selbst in dieser Situation ist jedoch der niedrigere Wert von dem geschätzten Druckwert Pse und dem gemessenen Druckwert Ps2 entweder gleich wie der tatsächliche Druckwert oder niedriger als der tatsächliche Druckwert. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird.
Umgekehrt beurteilt der Controller 90, wenn beurteilt wird, dass der Absolutwert der Differenz zwischen dem geschätzten Druckwert Pse und dem gemessenen Druckwert Ps2 nicht über dem vorgegebenen Wert α liegt (Schritt S345: NEIN), dass keine Möglichkeit besteht, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird (Schritt S360). In dieser Situation erfasst der Controller 90 den gemessenen Druckwert Ps2 als den Momentandruckwert Psa (Schritt S365). Mit den oben stehenden Schritten ist die Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung beendet.
Wenn die Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung wie vorstehend beschrieben beendet ist, speichert der Controller 90 den Momentandruckwert Psa. Anschließend verwendet der Füllfaktorfestlegungsabschnitt 95 die obenstehende Formel (1), um den Füllfaktor anhand des Momentandruckwerts Psa zu bestimmen, und der Controller 90 erfasst die Entfernung bis zum leeren Tank des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 anhand des bestimmten Füllfaktors und benachrichtigt den Anwender.
Bei dieser Ausführungsform entsprechen die folgenden Elemente einander: der Einfülldruck Pf dem ersten Druckwert in den Ansprüchen; der Höchstdruckwert Pfl dem den Höchstfülldruck während des Befüllens mit Gas anzeigenden ersten Druckwert in den Ansprüchen; der Zufuhrdruckwert Ps dem Zufuhrleitungsdruck in den Ansprüchen; der gemessene Druckwert Ps2 dem zweiten Druckwert in den Ansprüchen; der geschätzte Druckwert Pse dem geschätzten Druckwert in den Ansprüchen; und der Momentandruckwert Psa dem als Zufuhrleitungsdruck erfassten Druckwert in den Ansprüchen. Zudem entspricht die Temperatur T1 der beim Messen des Einfülldrucks gemessenen Innentemperatur in den Ansprüchen, und die Temperatur T2 entspricht der beim Messen des Zufuhrdrucks gemessenen Innentemperatur in den Ansprüchen. Ferner wird bei dem Start des Brennstoffzellensystems 100 die Brennstoffzelle 10 gestartet.
Bei dem Brennstoffzellensystem 100 in der obenstehend beschriebenen Ausführungsform wird, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen dem geschätzten Druckwert Pse, der geschätzt wurde, und dem gemessenen Druckwert Ps2, der von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 gemessen wurde, über dem vorgegebenen Wert α liegt, der niedrigere Wert von dem geschätzten Druckwert Pse und dem gemessenen Druckwert Ps2 als der Momentandruckwert Psa erfasst. Daher wird, selbst in einer Situation, in der der gemessene Druckwert Ps2 auf Grund von Abnutzungserscheinungen, einer Fehlfunktion oder ähnlichem des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 als höher als der tatsächliche Wert in den Tanks 20 erfasst wird, der geschätzte Druckwert Pse, der anhand des von dem Füllseiten-Drucksensor 70 gemessenen Werts geschätzt wird, als Momentandruckwert Psa erfasst, wodurch es möglich ist, zu verhindern, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird. Zudem wird, selbst in einer Situation, in der der geschätzte Druckwert Pse auf Grund von Abnutzungserscheinungen, einer Fehlfunktion oder ähnlichem des Füllseiten-Drucksensors 70 als höher als der tatsächliche Druckwert in den Tanks 20 ermittelt wird, der gemessene Druckwert Ps2, der von dem Zufuhrseiten-Drucksensor 80 gemessen wurde, das heißt der tatsächliche Druckwert in den Tanks 20, als Momentandruckwert Psa erfasst, wodurch es möglich ist, zu verhindern, dass der Druckwert in den Tank fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird. In einer Situation, in der der gemessene Druckwert Ps2 auf Grund von Abnutzungserscheinungen, einer Fehlfunktion oder ähnlichem des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 als niedriger als der tatsächliche Druckwert in den Tanks 20 gemessen wird, wird ein solcher gemessener Druckwert Ps2 als Momentandruckwert Psa erfasst. Zudem wird, in einer Situation, in der der geschätzte Wert Pse auf Grund von Abnutzungserscheinungen, einer Fehlfunktion oder ähnlichem des Füllseiten-Drucksensors 70 als niedriger als der tatsächliche Druckwert in den Tanks 20 ermittelt wird, ein solcher geschätzter Wert Pse als Momentandruckwert Psa erfasst. Dementsprechend ist es selbst in diesen Situationen möglich, zu verhindern, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird. Auf diese Weise ist das Brennstoffzellensystem 100 in dieser Ausführungsform in der Lage zu verhindern, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird, wodurch ein fehlerhaftes Erfassen des Füllfaktors von Wasserstoffgas in den Tanks 20 als höher als der tatsächliche Füllfaktor verhindert werden kann. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Entfernung bis zum leeren Tank des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 als zu lang geschätzt wird, und zu verhindern, dass der Komfort des Anwenders abnimmt.
Zudem wird der geschätzte Druckwert Pse anhand des von dem Füllseiten-Drucksensor 70 während des Befüllens mit Wasserstoffgas erfassten Höchstdruckwerts Pfl; der Temperatur T1; und der Temperatur T2 zu der Zeit, zu der das Brennstoffzellenfahrzeug 500 zum ersten Mal nach dem Ende des Befüllens mit Wasserstoffgas gestartet wird, ermittelt. Auf diese Weise ist es, da der geschätzte Druckwert Pse unter Verwendung des Druckwerts bei einem Zustand des Ineinandergreifens des Zapfventils 910 und des Aufnahmeteils 30 ermittelt wird, möglich, den Effekt des Druckabfalls in dem Gaseinfüllsystem 50 im Vergleich zu Konfigurationen, die den Druckwert bei einem Zustand des Nicht-Ineinandergreifens des Zapfventils 910 und des Aufnahmeteils 30 verwenden, zu reduzieren. Daher ist es möglich, Verschlechterungen der Schätzgenauigkeit des geschätzten Druckwerts Pse zu unterdrücken und eine fehlerhafte Erfassung des Druckwerts in den Tanks 20 als höher als der tatsächliche Wert wirksamer zu verhindern. Zusätzlich ist es, da der geschätzte Druckwert Pse mit der Temperatur T2 ermittelt wird, möglich, Verschlechterungen der Schätzgenauigkeit des geschätzten Druckwerks Pse selbst in Situationen, in denen das Brennstoffzellenfahrzeug 500 auf Grund irgendeines Umstandes für eine längere Zeitspanne an der Wasserstoffgastankstelle 900 verbleibt und der Wert der Temperatur T1 und der Wert der Temperatur T2 weit voneinander abweichen, zu unterdrücken.
Ferner ist es, da die Momentandruckwert-Erfassungsverarbeitung unter Verwendung des gemessenen Druckwerts Ps2 ausgeführt wird, der zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 100 gemessen wurde, möglich, den Effekt einer Verringerung des Druckwerts in den Tanks 20 auf Grund des Wasserstoffgasverbrauchs im Vergleich zu Konfigurationen, die den Zufuhrdruck Ps verwenden, der nach Beginn der Zufuhr von Wasserstoffgas nach dem Start des Brennstoffzellensystems 100 gemessen wurde, zu reduzieren. Zudem wird in einer Situation, in der der Absolutwert der Differenz zwischen dem geschätzten Druckwert Pse und dem gemessenen Druckwert Ps2 über dem vorgegebenen Wert α liegt, beurteilt, dass eine Möglichkeit besteht, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird, wodurch es möglich ist zu beurteilen, ob unter Berücksichtigung der Messfehler von jedem der Drucksensoren 70 und 80 und den Temperatursensoren 28 die Möglichkeit der fehlerhaften Erfassung besteht. Daher ist es möglich die Beurteilungsgenauigkeit bezüglich einer bestehenden Möglichkeit der fehlerhaften Erfassung eines Druckwerts in den Tanks 20 als höher als der tatsächlich Wert zu verbessern. Darüber hinaus ist es, da der Controller 90 den erfassten Momentandruckwert Psa speichert, möglich, den Grund einer Fehlfunktion des Füllseiten-Drucksensors 70 oder des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 unter Verwendung dieses Werts zu analysieren, und eine Warnmeldung oder ein Warngeräusch an einen Anwender zu senden. Zudem ist es, da der Controller 90 einen Füllfaktorfestlegungsabschnitt 95 umfasst, möglich, den Füllfaktor anhand des Momentandruckwerts Psa zu bestimmen und diesen zur Erfassung der Fahrstrecke bis zum leeren Tank des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 zu verwenden.
Modifikationen:
Modifikation 1:
Obwohl der gemessene Druckwert Ps2 und die Temperatur T2 in der oben stehenden Ausführungsform unter der Annahme, dass die Werte des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 und der Temperatursensoren 28 zur Zeit t2, dem Zeitpunkt, zu dem das Brennstoffzellenfahrzeug 500 startet und die Hauptverschlussventile 26a und 26b offen sind, beide stabil sind gespeichert werden, ist die Erfindung nicht auf diese Annahme beschränkt. Vor dem Speichern des gemessenen Druckwerts Ps2 und der Temperatur T2, kann der Controller 90 beurteilen, ob der Zufuhrseiten-Drucksensor 80 und die Temperatursensoren 28 stabil sind oder nicht, und kann, wenn sie als stabil beurteilt wurden, anschließend den gemessenen Druckwert Ps2 und die Temperatur T2 speichern. Bei einem solchen Aufbau ist es, da der gemessene Druckwert Ps2 und die Temperatur T2 gespeichert werden, wenn jeder der Sensoren 80 und 28 als stabil beurteilt wird, möglich, die durch Instabilität der Sensoren 80 und 28 begründeten Messfehler zu reduzieren, um eine Abnahme der Messgenauigkeit des gemessenen Druckwerts PS2 und der Temperatur T2 zu unterbinden und Verschlechterungen der Schätzgenauigkeit des geschätzten Druckwerts Pse zu unterdrücken.
Modifikation 2:
Obwohl der Controller 90 bei der oben stehenden Ausführungsform den Höchstdruckwert Pf1, der der Höchstdruckwert von den Einfülldruckwerten Pf ist, speichert und diesen zur Schätzung des geschätzten Druckwerts Pse verwendet, kann er den Einfülldruck Pf auch zu der Zeit, zu der das Befüllen mit Wasserstoffgas beendet wird, speichern, und diesen zur Schätzung des geschätzten Druckwerts Pse verwenden. Dieser Aufbau ermöglicht es, den geschätzten Druckwert Pse durch ein einfaches Verfahren zu ermitteln. Zudem können die Hauptverschlussventile 26a und 26b, obwohl der Controller 90 die Hauptverschlussventile 26a und 26b öffnet, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 500 (das Brennstoffzellensystem 100) startet, auch geöffnet sein, ohne dass das Brennstoffzellensystem 100 startet. Bei diesem Aufbau kann das Öffnen der Hauptverschlussventile 26a und 26b als Impuls zum Speichern des gemessenen Druckwerts Ps2 und der Temperatur T2 verwendet werden. Selbst bei einem solchen Aufbau werden dieselben Vorteile erreicht wie bei dem Brennstoffzellensystem 100 der oben stehenden Ausführungsform.
Modifikation 3:
Obwohl der Controller 90 bei der oben stehenden Ausführungsform beurteilt, ob der Absolutwert der Differenz zwischen dem geschätzten Druckwert Pse und dem gemessenen Druckwert Ps2 über einem vorgegebenen Wert α liegt, ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Der Controller 90 kann ohne eine solche Beurteilung den niedrigeren Wert von dem geschätzten Druckwert Pse und dem gemessenen Druckwert Pse als den Momentandruckwert Psa festlegen. Da der Controller 90 bei einem solchen Aufbau möglicherweise weniger Prozesse ausführen muss, kann die Last des Controllers 90 reduziert werden. Zudem kann der Controller 90 das Speichern des bestimmten Momentandruckwerts Psa auslassen und den Füllfaktor bestimmen. Ferner kann der Controller 90 des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 den Füllfaktor ohne den Füllfaktorfestlegungsabschnitt 95 bestimmen. Bei diesem Aufbau werden dieselben Vorteile erzielt wie bei dem Brennstoffzellensystem 100 in der oben stehenden Ausführungsform.
Modifikation 4:
Der Aufbau des Brennstoffzellensystems 100 in der oben stehenden Ausführungsform stellt nur ein Beispiel dar, und eine Vielzahl von Abänderungen sind möglich. In einer Umgebung mit niedriger Temperatur besteht die Gefahr, dass die Harzauskleidung der Tanks 20 sich verhärtet und beschädigt wird. Dementsprechend wird eine Beurteilung des Mindestdrucks in den Tanks 20 ausgeführt, um zu verhindern, dass die Temperatur T und der Zufuhrdruck Ps in den Tanks 20 unter den Mindestwert fällt. Hierbei kann beispielsweise der festgelegte Momentandruckwert Psa zur Beurteilung des Mindestdrucks der Tanks 20 verwendet werden. Selbst in einer Situation, in der auf Grund von Abnutzungserscheinungen, einer Fehlfunktion oder ähnlichem des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 der Zufuhrdruckwert Ps der Tanks 20 als höher als der tatsächliche Wert gemessen wird, während der tatsächliche Druckwert in den Tanks 20 unter dem Mindestwert liegt, ist es möglich, dass die Beurteilung des Mindestdruckwerts in dem Brennstoffzellensystem 100 nicht ausgeführt wird und der Anwender nicht benachrichtigt wird. Da bei dem Brennstoffzellensystem 100 in dieser Ausführungsform jedoch der niedrigere Wert von dem geschätzten Druckwert Pse und dem gemessenen Druckwert Ps2 als der Momentandruckwert Psa festgelegt wird, ist es möglich, eine Situation zu verhindern, in der der Anwender nicht benachrichtigt wird, obwohl der tatsächliche Druckwert in den Tanks 20 unter dem Mindestwert liegt. Zudem kann der festgelegte Momentandruckwert Psa verwendet werden, um einen Austritt von Wasserstoffgas zu erfassen. Ferner kann bei der Erfindung, wenn beurteilt wird, dass die Möglichkeit besteht, dass der Druckwert in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird, der Anwender des Brennstoffzellenfahrzeugs 500 benachrichtigt werden, dass die Möglichkeit von Abnutzungserscheinungen, einer Fehlfunktion oder ähnlichem des Zufuhrseiten-Drucksensors 80 besteht, um das Durchführen von Reparaturarbeiten oder einem Ersatzteilaustausch anzuregen. Dadurch kann weiter eine Abnahme des Komforts des Anwenders verhindert werden.
Modifikation 5
Obwohl das Brennstoffzellensystem 100 in der oben stehenden Ausführungsform eingebaut in ein Brennstoffzellenfahrzeug 500 verwendet wird, kann es als Alternative zu dem Brennstoffzellenfahrzeug 500 auch in einem beliebigen anderen beweglichen Körper eingebaut sein oder als statische Energiequelle verwendet werden. Selbst bei solchen Konfigurationen ist es möglich, zu verhindern, dass der Füllfaktor von Wasserstoffgas in den Tanks 20 fehlerhaft als höher als der tatsächliche Wert erfasst wird, um eine Situation zu verhindern, in der ein unerwarteter Brennstoffinangel auftritt, und um zu verhindern, dass der Komfort des Anwenders abnimmt.

Claims

Brennstoffzellensystem (100), aufweisend: eine Brennstoffzelle (10); einen Tank (20a, 20b), in dem ein in der Brennstoffzelle (10) verwendetes Gas gespeichert ist; einen ersten Drucksensor (70), der einen Einfülldruck (Pf), das heißt einen Druck während des Befüllens mit Gas, in einer Füllleitung zum Befüllen des Tanks (20a, 20b) mit dem Gas, misst; einen zweiten Drucksensor (80), der einen Zufuhrleitungsdruck, das heißt einen Druck beim Start der Brennstoffzelle (10), in einer Zufuhrleitung zur Zufuhr des Gases von dem Tank (20a, 20b) zu der Brennstoffzelle (10) misst; einen Temperatursensor (28a, 28b), der eine Innentemperatur des Tanks (20a, 20b) misst; und einen Controller (90), der konfiguriert ist beim Start der Brennstoffzelle (10) einen geschätzten Druckwert des Zufuhrleitungsdrucks (Pse) anhand eines ersten Druckwerts, den Einfülldruck (Pf) anzeigt, der Innentemperatur (T1) bei Messung des ersten Drucks, und der Innentemperatur (T2) bei Messung des Zufuhrleitungsdrucks zu ermitteln, und als Zufuhrleitungsdruck den niedrigeren von dem geschätzten Druckwert (Pse) und dem zweiten Druckwert (Ps2), der den gemessenen Zufuhrleitungsdruck anzeigt, zu erfassen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Controller (90) konfiguriert ist, wenn der Controller (90) den geschätzten Druckwert ermittelt, den Höchstdruckwert (Pf1) während des Befüllens mit Gas als ersten Druckwert zu verwenden.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Controller (90) konfiguriert ist, nur wenn ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem geschätzten Druckwert (Pse) und dem zweiten Druckwert (Ps2) über einem vorgegebenen Wert liegt, den niedrigeren Wert von dem geschätzten Druckwert (Pse) und dem zweiten Druckwert (Ps2) als Zufuhrleitungsdruck zu erfassen, und, wenn der Absolutwert unter dem vorgegebenen Wert liegt, den zweiten Druckwert (Ps2) als Zufuhrleitungsdruck zu erfassen.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Controller (90) konfiguriert ist, einen als Zufuhrleitungsdruck erfassten Druckwert zu speichern.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter aufweisend, einen Füllfaktorfestlegungsabschnitt, der anhand des als Zufuhrleitungsdruck erfassten Druckwerts einen Füllfaktor des Gases in dem Tank (20a, 20b) ermittelt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das in ein Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut ist.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (100), das eine Brennstoffzelle (10) und einen Tank (20a, 20b) hat, in dem ein in der Brennstoffzelle (10) verwendetes Gas gespeichert ist, wobei das Verfahren aufweist: Messen eines Einfülldrucks (Pf), das heißt eines Drucks während des Befüllens mit Gas, in einer Füllleitung zum Befüllen des Tanks (20a, 20b) mit dem Gas; Messen eines Zufuhrleitungsdrucks, das heißt eines Drucks beim Start der Brennstoffzelle (10), in einer Zufuhrleitung zur Zufuhr des Gases von dem Tank (20a, 20b) zu der Brennstoffzelle (10); Messen eines Innendrucks des Tanks (20a, 20b); Ermitteln des geschätzten Druckwerts des Zufuhrleitungsdrucks (Pse) beim Start der Brennstoffzelle (10) anhand eines ersten Druckwerts, der den Einfülldruck (Pf) anzeigt, der Innentemperatur (T1) bei Messung des ersten Drucks, und der Innentemperatur (T2) bei Messung des Zufuhrleitungsdrucks; und Erfassen des niedrigeren von dem geschätzten Druckwert (Pse) und dem zweiten Druckwert (Ps2), der den gemessenen Zufuhrleitungsdruck anzeigt, als Zufuhrleitungsdruck.
Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems nach Anspruch 7, wobei beim Ermitteln des geschätzten Druckwerts (Pse) des Zufuhrleitungsdrucks bei dem Start der Brennstoffzelle (10) der Höchstdruckwert (Pf1) während des Befüllens mit Gas als erster Druckwert verwendet wird.
Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das Ermitteln des niedrigeren Werts von dem geschätzten Druckwert (Pse) und dem zweiten Druckwert (Ps2) als Zufuhrleitungsdruck den Prozess umfasst, in dem, nur wenn ein Absolutwert der Differenz zwischen dem geschätzten Druckwert (Pse) und dem zweiten Druckwert (Ps2) über einem vorgegebenen Wert liegt, der niedrigere Wert von dem geschätzten Druckwert (Pse) und dem zweiten Druckwert (Ps2) als Zufuhrleitungsdruck erfasst wird, und, wenn der Absolutwert unter dem vorgegebenen Wert liegt, der zweite Druckwert (Ps2) als Zufuhrleitungsdruck erfasst wird.
Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiter aufweisend, Speichern eines als Zufuhrleitungsdruck erfassten Druckwerts.
Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiter aufweisend, Ermitteln eines Füllfaktors des Gases in dem Tank (20a, 20b) anhand eines als Zufuhrleitungsdruck erfassten Druckwerts.