DE102019119858A1

DE102019119858A1 - Ein gaszufuhrsystem, ein brennstoffzellensystem, welches das gaszufuhrsystem umfasst, und ein steuerverfahren für das gaszufuhrsystem

Info

Publication number: DE102019119858A1
Application number: DE102019119858.5A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Fujita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2020-03-19
Also published as: US11502316B2; JP7091964B2; DE102019119858A9; CN110911710A; CN110911710B; JP2020047375A; US20200091525A1

Abstract

Ein Gaszufuhrsystem (20) umfasst: eine Mehrzahl von Tanks (31), die mit einem Gas befüllt werden; ein Zufuhrrohr (32), das verzweigt und mit der Mehrzahl von Tanks (31) verbunden ist, und das Gas einem Zufuhrziel zuführt; eine Mehrzahl von Absperrventilen (33), die Verbindungen zwischen der Mehrzahl von Tanks (31) und dem Zufuhrrohr (32) absperren; eine Mehrzahl von Temperaturmesseinheiten (313), die eine Innentemperatur der Mehrzahl von Tanks (31) messen; und eine Steuereinheit (15), die jenes Absperrventil (33) bestimmt, das von der Mehrzahl von Absperrventilen (33) zuerst geöffnet werden soll, indem sie die Innentemperaturen der Mehrzahl von Tanks (31) verwendet, die bei einer Startzeit der Gaszufuhr gemessen werden, wenn die Steuereinheit (15) die Mehrzahl von Absperrventilen (33) zur Startzeit der Gaszufuhr von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand schaltet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gaszufuhrsystem, ein Brennstoffzellensystem, das ein Gaszufuhrsystem umfasst, und ein Steuerverfahren für ein Gaszufuhrsystem.
Beschreibung des Stands der Technik
Zum Beispiel offenbart die japanische ungeprüfte Offenlegungsschrift Nr. 2017-157283 ( JP 2017-157283 A ) ein Gaszufuhrsystem, das einer Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem ein Brenngas zuführt. Das Gaszufuhrsystem, das in JP 2017 - 157283 A beschrieben wird, führt ein Brenngas von einer Mehrzahl von Tanks über eine zusammenströmende Strömungsleitung, die über verzweigte Strömungsleitungen mit jedem einer Mehrzahl von Tanks verbunden ist, an eine Anode einer Brennstoffzelle. Start und Stopp einer Brenngaszufuhr an die jeweiligen Tanks werden durchgeführt, indem ein Öffnen und Schließen eines Absperrventils, welches ein Hauptabstellventil ist, das in jedem der verzweigten Strömungsleitungen ausgebildet ist, gesteuert wird.
Kurzfassung der Erfindung
Es ist ein Gaszufuhrsystem, welches nicht auf ein in einem Brennstoffzellensystem verwendetes Gaszufuhrsystem beschränkt ist, bekannt, das ein komprimiertes Gas wie beispielsweise ein Hochdruckgas von einer Mehrzahl von Tanks zuführt, und das ein Zufuhrrohr umfasst, das Gase, die von den jeweiligen Tanks einströmen, zusammenführt, und das zusammengeführte Gas an ein Zufuhrziel leitet. In vielen Fällen werden Komponenten, wie beispielsweise ein Drucksensor oder ein Ventil, an dem Zufuhrrohr in einem Zustand befestigt, in dem ein Druck eines Gases, das in dem Zufuhrrohr strömt, auf die Komponenten aufgebracht wird. Das Zufuhrrohr oder die Komponenten, die an dem Zufuhrrohr befestigt sind, können aufgrund eines schnellen Gasdruckanstiegs einer beträchtlichen Belastung ausgesetzt sein, wenn ein Absperrventil geöffnet wird, um eine Zufuhr von Gas an ein Zufuhrziel zu starten, nachdem jedem Tank ein Gas zugeführt wurde. Wenn sich eine solche Belastung immer dann wiederholt, wenn jedem Tank ein Gas zugeführt wird, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Beständigkeit des Zufuhrrohrs oder der Komponenten, die an dem Zufuhrrohr befestigt sind, beträchtlich sinken wird.
Die erfindungsgemäße Technik kann in den nachfolgenden Aspekten realisiert werden.
Ein erster Aspekt schafft ein Gaszufuhrsystem. Das Gaszufuhrsystem umfasst: eine Mehrzahl von Tanks, die mit einem Gas befüllt werden, wobei das Gas, das in die Mehrzahl von Tanks gefüllt wird, komprimiert ist; ein Zufuhrrohr, das verzweigt ist und mit der Mehrzahl von Tanks verbunden ist, wobei das Zufuhrrohr derart eingerichtet ist, dass das Gas, das einem Zufuhrziel zugeführt werden soll, durch das Zufuhrrohr strömt; eine Mehrzahl von Absperrventilen, die eingerichtet sind, Verbindungen zwischen der Mehrzahl von Tanks und dem Zufuhrrohr abzusperren; eine Mehrzahl von Temperaturmesseinheiten, die eingerichtet sind, Innentemperaturen der Mehrzahl von Tanks zu messen; und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, eine Ventilöffnungssteuerung auszuführen, um die Mehrzahl von Absperrventilen zur Startzeit der Gaszufuhr von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand umzuschalten. Die Steuereinheit ist eingerichtet, das Absperrventil zu bestimmen, das von der Mehrzahl von Absperrventilen zuerst geöffnet werden soll, indem sie die Innentemperaturen der Mehrzahl von Tanks verwendet, die bei der Ventilöffnungssteuerung bei Gaszufuhrstart von der Temperaturmesseinheiten gemessen werden.
Mit dem Gaszufuhrsystem gemäß diesem Aspekt kann, wenn die Absperrventile geöffnet werden, um eine Gaszufuhr an ein Zufuhrziel zu starten, basierend auf den Innentemperaturen der Tanks, die eine Korrelation mit den Innendrücken der Tanks aufweisen, ein Tank mit einem relativ niedrigen Innendruck leicht als ein Tank identifiziert werden, dessen Absperrventil zuerst geöffnet werden soll. Dementsprechend kann eine Belastung reduziert werden, die auf das Zufuhrrohr oder Komponenten, die an dem Zufuhrrohr befestigt sind, aufgrund eines Gasdrucks aufgebracht wird, wenn die Absperrventile der Tanks geöffnet werden, um eine Gaszufuhr zu starten, und so ist es möglich, eine Abnahme der Lebensdauer derselben zu begrenzen.
Das Gaszufuhrsystem gemäß des Aspekts kann ferner ein Einfüllrohr umfassen, das veranlasst, dass das Gas abzweigt und in die Mehrzahl von Tanks strömt. Nachdem eine Befüllung der Mehrzahl von Tanks mit dem Gas über das Einfüllrohr in einem Zustand abgeschlossen wurde, in dem die Mehrzahl von Absperrventilen geschlossen sind, kann die Steuereinheit eingerichtet sein, bei der Ventilöffnungssteuerung zuerst das Absperrventil zu öffnen, das für den Tank von der Mehrzahl von Tanks ausgebildet ist, der eine größte Schwankung der Innentemperatur aufweist, die bezogen wird, indem die zweiten Temperaturen der Mehrzahl von Tanks, die durch die Temperaturmesseinheiten zur Startzeit der Gaszufuhr gemessen werden, von ersten Temperaturen der Mehrzahl von Tanks, die durch die Temperaturmesseinheiten zu einer Zeit gemessen werden, zu der die Befüllung der Mehrzahl von Tanks mit dem Gas abgeschlossen ist, subtrahiert werden.
Mit dem Gaszufuhrsystem gemäß diesem Aspekt ist es möglich, einen Tank genau zu identifizieren, dessen Innendruck zur Startzeit der Gaszufuhr aufgrund eines Absinkens der Innentemperaturen, nachdem die Tanks mit dem Gas über das Einfüllrohr befüllt wurden, am niedrigsten ist. Dementsprechend ist es möglich, eine Belastung weiter zu reduzieren, die auf das Zufuhrrohr oder Komponenten, die an dem Zufuhrrohr befestigt sind, aufgrund eines Gasdrucks zur Startzeit einer Gaszufuhr aufgebracht wird.
In dem Gaszufuhrsystem gemäß dem Aspekt, kann die Steuereinheit eingerichtet sein, in der Ventilöffnungssteuerung zuerst jenes Absperrventil zu öffnen, das für den Tank ausgebildet ist, der von der Mehrzahl von Tanks die niedrigste Innentemperatur aufweist, die von der Temperaturmesseinheit zur Startzeit der Gaszufuhr gemessen wird.
Mit dem Gaszufuhrsystem gemäß diesem Aspekt ist es möglich, zu verhindern, dass das Zufuhrrohr oder Komponenten, die an dem Zufuhrrohr befestigt sind, aufgrund eines schnellen Temperaturanstiegs zur Startzeit einer Gaszufuhr einer thermischen Belastung ausgesetzt werden, nachdem die Tanks mit dem Gas befüllt wurden. Dementsprechend ist es möglich, eine Reduzierung der Lebensdauer des Zufuhrrohrs oder von Komponenten, die an dem Zufuhrrohr befestigt sind, weiter zu begrenzen.
Bei dem Gaszufuhrsystem gemäß dem Aspekt kann eine stromabwärtsseitige Komponente, auf die von dem Gas ein Druck aufgebracht wird, wenn das Gas durch das Zufuhrrohr strömt, an dem Zufuhrrohr befestigt sein, und die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zuerst jenes Absperrventil zu öffnen, das eine geringste Strömungsleitungslänge des Gases zu der stromabwärtsseitigen Komponente von jenen Absperrventilen aufweist, die Kandidaten sind, wenn es eine Mehrzahl von Absperrventilen gibt, die Kandidaten sind, bei der Ventilöffnungssteuerung zuerst geöffnet zu werden.
Mit dem Gaszufuhrsystem gemäß diesem Aspekt ist es möglich, eine Belastung zu reduzieren, die auf die stromabwärtsseitige Komponente aufgrund eines Aufpralls des Gases zu der Startzeit einer Gaszufuhr aufgebracht wird, nachdem die Tanks mit dem Gas gefüllt wurden. Dementsprechend ist es möglich, ein Sinken der Lebensdauer der stromabwärtsseitigen Komponente weiter zu begrenzen.
Bei dem Gaszufuhrsystem gemäß dem Aspekt kann eine stromabwärtsseitige Komponente, auf die von dem Gas ein Druck aufgebracht wird, wenn das Gas durch das Zufuhrrohr strömt, an dem Zufuhrrohr befestigt sein, und die Steuereinheit kann eingerichtet sein, bei der Ventilöffnungssteuerung von jenen Absperrventilen, die für die Tanks ausgebildet sind, die die größte Innentemperaturschwankung aufweisen, zuerst jenes Absperrventil zu öffnen, das die geringste Strömungsleitungslänge des Gases zu der stromabwärtsseitigen Komponente aufweist, wenn eine Mehrzahl von Tanks vorhanden ist, die die größte Schwankung bei der Innentemperatur aufweisen.
In dem Gaszufuhrsystem gemäß dem Aspekt kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zuerst jenes Absperrventil zu öffnen, das für den Tank ausgebildet ist, der die niedrigste zweite Temperatur von einer Mehrzahl von Tanks aufweist, die eine größte Schwankung der Innentemperatur aufweisen, wenn eine Mehrzahl von Tanks vorhanden ist, die die größte Innentemperaturschwankung der Ventilöffnungssteuerung aufweist.
Mit dem Gaszufuhrsystem gemäß diesem Aspekt ist es möglich, eine Belastung oder eine thermische Belastung zu reduzieren, die auf das Zufuhrrohr oder Komponenten, die an dem Zufuhrrohr befestigt sind, zur Startzeit einer Gaszufuhr aufgebracht wird, nachdem die Tanks mit dem Gas gefüllt wurden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt umfasst eine Brennstoffzelle sowie das Gaszufuhrsystem gemäß einem der Aspekte, das eingerichtet ist, der Brennstoffzelle ein Reaktionsgas zuzuführen.
Mit dem Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt ist es möglich, eine Belastung zu reduzieren, die auf das Zufuhrrohr oder Komponenten, die an dem Zufuhrrohr befestigt sind, aufgrund eines schnellen Gasdruckanstiegs aufgebracht wird, wenn die Absperrventile geöffnet werden, um eine Stromerzeugung in der Brennstoffzelle zu starten. Dementsprechend ist es möglich, eine Reduzierung der Lebensdauer des Zufuhrrohrs oder von Komponenten, die an dem Zufuhrrohr in dem Gaszufuhrsystem befestigt sind, zu begrenzen und das Auftreten eines Zufuhrausfalls von Reaktionsgas an die Brennstoffzelle aufgrund von Verschleiß von Bestandkomponenten des Gaszufuhrsystems zu begrenzen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung schafft ein Steuerverfahren für ein Gaszufuhrsystem. Das Steuerverfahren für ein Gaszufuhrsystem gemäß diesem Aspekt umfasst: Messen von Innentemperaturen einer Mehrzahl von Tanks zu einer Startzeit einer Gaszufuhr von der Mehrzahl von Tanks an ein Zufuhrziel über ein Zufuhrrohr, das verzweigt ist und mit der Mehrzahl von Tanks verbunden ist, wobei das Zufuhrrohr derart eingerichtet ist, dass das Gas, das dem Zufuhrziel zugeführt werden soll, durch das Zufuhrrohr strömt, wenn eine Mehrzahl von Absperrventilen, die eingerichtet sind, Verbindungen zwischen dem Zufuhrrohr und der Mehrzahl von Tanks zu versperren, von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand umgeschaltet werden; und Bestimmen des Absperrventils, das von der Mehrzahl von Absperrventilen zuerst geöffnet werden soll, um die Gaszufuhr zu starten, unter Verwendung der gemessenen Innentemperaturen der Mehrzahl von Tanks.
Die Erfindung kann auf verschiedene andere Arten als dem Gaszufuhrsystem, dem Brennstoffzellensystem, welches das Gaszufuhrsystem umfasst, und dem Steuerverfahren für das Gaszufuhrsystem ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Erfindung in Form von, zum Beispiel, einem Fahrzeug, in dem das Gaszufuhrsystem montiert ist, einem Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem oder für ein Fahrzeug, einem Computerprogramm zur Ausbildung eines solchen Steuerverfahrens und einem nichtflüchtigen Aufnahmemedium ausgebildet sein, auf dem das Computerprogramm aufgenommen ist.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische und gewerbliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ein Diagramm ist, das schematisch eine Konfiguration eines Brennstoffzellensystems darstellt, welches ein Gaszufuhrsystem umfasst;
2 ein Diagramm ist, das einen Ablauf einer Ventilöffnungssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
3 ein Diagramm ist, das einen Ablauf eines Bestimmungsprozesses gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ein Diagramm ist, das zeitliche Schwankungen eines Innendrucks und einer Innentemperatur eines Tanks und Öffnungszeiten eines Absperrventils darstellt;
5 ein Diagramm ist, das einen Ablauf eines Bestimmungsprozesses gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
6 ein Diagramm ist, das einen Ablauf einer Ventilöffnungssteuerung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt; und
7 ein Diagramm ist, das einen Ablauf eines Bestimmungsprozesses gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 100 darstellt, das ein Gaszufuhrsystem 20 gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst eine Brennstoffzelle 10, der ein Brenngas und ein Oxidationsgas zugeführt wird und die Strom erzeugt, und eine Steuereinheit 15, die eine Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 10 steuert. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst das Gaszufuhrsystem 20 gemäß der ersten Ausführungsform, die eine Zufuhr des Brenngases an die Brennstoffzelle 10 und eine Zirkulation des Brenngases durchführt, und eine Oxidationsgaszufuhr- und auslasseinheit 80, die ein Zuführen und Auslassen des Oxidationsgases an und aus der Brennstoffzelle 10 durchführt.
In der ersten Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem 100 in einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert. Strom, der von der Brennstoffzelle 10 in dem Brennstoffzellensystem 100 erzeugt wird, wird für das Brennstoffzellenfahrzeug zum Fahren verwendet und wird auch in einem Hilfsaggregat oder in elektrischen Ausstattungselementen des Brennstoffzellenfahrzeugs verbraucht. Strom, der von der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, kann auch für eine externe Zufuhr verwendet werden.
Die Brennstoffzelle 10 ist vom Typ Feststoffpolymerbrennstoffzelle, die Strom durch elektrochemische Reaktionen zwischen einem Brenngas und einem Oxidationsgas, welche Reaktionsgase sind, erzeugt. In der ersten Ausführungsform ist das Brenngas Wasserstoff und das Oxidationsgas ist Sauerstoff, der in der Luft enthalten ist. Die Brennstoffzelle 10 weist eine Stapelstruktur auf, in der eine Mehrzahl von Einheitszellen 11 gestapelt ist. Jede Einheitszelle 11 ist ein Leistungserzeugungselement, das unabhängig Strom erzeugen kann. Jede Einheitszelle 11 umfasst eine Membranelektrodenanordnung, die ein Leistungsgenerator mit Elektroden ist, die sich an beiden Oberflächen einer Elektrolytmembran befinden, und zwei Separatoren, zwischen denen die Membranelektrodenanordnung eingefügt ist. Die Elektrolytmembran ist eine Feststoffpolymerelektrolytmembran, die in einem nassen Zustand, in dem Feuchtigkeit in derselben umfasst ist, eine ausgezeichnete Protonenleitfähigkeit aufweist. Die Elemente jeder Einheitszelle 11 sind nicht dargestellt.
Sammelrohre M1 bis M4 sind verzweigte Strömungsleitungen, die es erlauben, dass ein Reaktionsgas in die Einheitszellen 11 strömt, die in der Brennstoffzelle 10 ausgebildet sind. Das erste Sammelrohr M1 steht mit einem Einlass einer Anode jeder Einheitszelle 11 in Verbindung und das zweite Sammelrohr M2 steht mit einem Auslass der Anode jeder Einheitszelle 11 in Verbindung. Das dritte Sammelrohr M3 steht mit einem Einlass einer Kathode jeder Einheitszelle 11 in Verbindung und das vierte Sammelrohr M4 steht mit einem Auslass der Kathode jeder Brennstoffzelle 11 in Verbindung.
Die Brennstoffzelle 10 ist nicht auf eine Feststoffpolymerbrennstoffzelle beschränkt. In einer anderen Ausführungsform können verschiedene Brennstoffzellentypen, denen ein Reaktionsgas zugeführt wird und Strom erzeugen, wie beispielsweise eine Festoxidbrennstoffzelle, als Brennstoffzelle 10 verwendet werden.
Die Steuereinheit 15 wird von einer elektronischen Steuereinheit (ECU), die eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs) umfasst, und einer Hauptspeichervorrichtung gebildet. Die Steuereinheit 15 verkörpert verschiedene Funktionseinheiten, die eine Stromerzeugung in der Brennstoffzelle 10 steuern, indem sie eine CPU veranlassen, ein Programm oder einen Befehl auszuführen, der auf der Hauptspeichervorrichtung eingelesen wird.
In der ersten Ausführungsform dient die Steuereinheit 15 auch als Steuereinheit des Gaszufuhrsystems 20 und führt verschiedene Steuerungen für das Gaszufuhrsystem 20 aus, die später beschrieben werden. Die Steuereinheit 15 ist ein Element des Gaszufuhrsystems 20. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit des Gaszufuhrsystems 20 getrennt von der Steuereinheit 15 des Brennstoffzellensystems 100 ausgebildet sein.
Das Gaszufuhrsystem 20 führt der Brennstoffzelle 10 ein Brenngas zu, welches von außerhalb des Gaszufuhrsystems 20 wieder aufgefüllt wird und darin gespeichert ist. Das Gaszufuhrsystem 20 umfasst eine Zufuhreinheit 30, die ein Speichern und eine Zufuhr des Brenngases übernimmt bzw. steuert, eine Zirkulationseinheit 40, die das Brenngas, welches aus der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, ohne zur Stromerzeugung verwendet zu werden, in die Brennstoffzelle 10 zirkuliert, und eine Befüllungseinheit 50, die die Zufuhreinheit 30 mit dem Brenngas befüllt. Die Zufuhreinheit 30 umfasst eine Mehrzahl von Tanks 31, die mit dem Brenngas befüllt werden, ein Zufuhrrohr 32, das die Tanks 31 mit der Brennstoffzelle 10 verbindet, und eine Mehrzahl von Absperrventilen 33, die derart ausgebildet sind, dass sie den Tanks 31 entsprechen.
Jeder Tank 31 speichert das Brenngas. Das Brenngas, das in jedem Tank 31 gespeichert ist, ist verdichtet. In der ersten Ausführungsform ist jeder Tank 31 als Hochdruckgastank ausgestaltet. Jeder Tank 31 weist vorzugsweise eine Druckfestigkeit von 35 MPa oder mehr auf und weist vorzugsweise eine Druckfestigkeit von 70 MPa oder mehr auf.
In der ersten Ausführungsform umfasst die Zufuhreinheit 30 drei Tanks 31A, 31B und 31C als Mehrzahl von Tanks 31. Die Tanks 31A, 31B und 31C weisen unterschiedliche Ladekapazitäten mit dem Brenngas auf. Die Ladekapazitäten der Tanks 31A, 31B und 31C mit Brenngas sinken in der folgenden Reihenfolge: erster Tank 31A, zweiter Tank 31B und dritter Tank 31C. In der nachfolgenden Beschreibung werden die drei Tank 31A, 31B und 31C kollektiv als „Tank 31“ bezeichnet, wenn nicht zwischen ihnen unterschieden werden muss.
Die Anzahl der Tanks 31, die in dem Gaszufuhrsystem 20 umfasst ist, ist nicht auf drei beschränkt. In einer anderen Ausführungsform kann das Gaszufuhrsystem 20 zwei oder mehr Tank 31 umfassen. In einer anderen Ausführungsform können die Ladekapazitäten der Tanks 31 mit Brenngas in einigen Tanks 31 oder in allen Tanks 31 gleich sein.
Jeder Tank 31 umfasst einen Tankkörper 311, der aus einem hohlen Gefäß besteht, einen Verschluss 312, der eine Öffnung des Tankkörpers 311 abdichtet, und eine Temperaturmesseinheit 313, die sich in dem Tankkörper 311 befindet. Der Tankkörper 311 weist eine Struktur auf, in der eine Oberflächenschicht einer Harzauskleidung mit einer verstärkten Faserschicht bedeckt ist. Die verstärkte Faserschicht wird ausgebildet, indem ein duroplastisches Harz ausgehärtet wird, das in Kohlenstofffasern imprägniert wird, die um die Oberflächenschicht der Harzauskleidung gewunden sind. In einer anderen Ausführungsform kann der Tankkörper 311 eine Metallauskleidung anstelle der Harzauskleidung umfassen.
Der Verschluss 312 ist eine Metallkomponente, die luftdicht an einer Öffnung (nicht dargestellt) befestigt ist, die an einem Ende des Tankkörpers 311 ausgestaltet ist. Ein Absperrventil 33 und ein Sperrventil 53, die später beschrieben werden, sind integral an dem Verschluss 312 befestigt.
Die Temperaturmesseinheit 313 wird durch einen Temperatursensor gebildet. Die Temperaturmesseinheit 313 befindet sich in einem Innenraum des Tankkörpers 311 und liegt zu dem Brenngas, das in den Tank 31 gefüllt wird, frei. Die Temperaturmesseinheit 313 misst eine Innentemperatur des Tanks 31 und gibt das Messergebnis an die Steuereinheit 15 aus.
Die Stromabwärtsseite des Zufuhrrohrs 32 ist mit dem ersten Sammelrohr M1 der Brennstoffzelle 10 verbunden. Die Stromaufwärtsseite des Zufuhrrohrs 32 ist verzweigt und über die Absperrventile 33 mit den Tanks 31 verbunden. Das Brenngas, das der Anode der Brennstoffzelle 10 von den Tanks 31 zugeführt wird, strömt in das Zufuhrrohr 32.
Jedes Absperrventil 33 ist ein Hauptabstellventil des entsprechenden Tanks 31 und wird gesteuert von der Steuereinheit 15 geöffnet und geschlossen. Das Absperrventil 33 sperrt eine Verbindung zwischen dem entsprechenden Tank 31 und dem Zufuhrrohr 32. Die Steuereinheit 15 unterbindet einen schnellen Druckanstieg in dem Zufuhrrohr 32 aufgrund eines Öffnens der Absperrventile 33, indem sie eine Ventilöffnungsreihenfolge der Absperrventile 33 unter Verwendung von Temperaturinformationen über die Innentemperaturen der Tanks 31 bestimmt, welche von den Temperaturmesseinheiten 313 während der Ventilöffnungssteuerung bezogen werden, was später beschrieben wird.
Die Zufuhreinheit 30 umfasst ferner eine Druckmesseinheit 34, die einen Druck des Brenngases misst, das in dem Zufuhrrohr 32 strömt, ein Druckregelventil 35, das den Druck des Brenngases in dem Zufuhrrohr 32 anpasst, und eine Einspritzvorrichtung 36, die das Brenngas in die Brennstoffzelle 10 einspritzt. Stromabwärts von den Tanks 31 sind die Druckmesseinheit 34, das Druckregelventil 35 und die Einspritzvorrichtung 36 in dem Zufuhrrohr 32 in dieser Reihenfolge von einer Stromaufwärtsseite aus angeordnet. In der nachfolgenden Beschreibung werden Komponenten, die an dem Zufuhrrohr 32 stromabwärts von den Tanks 31 (den Absperrventilen 33) befestigt sind und zu dem Gas, das in dem Zufuhrrohr 32 strömt, frei liegen, wie beispielsweise die Druckmesseinheit 34, das Druckregelventil 35 und die Einspritzvorrichtung 36, auch als „stromabwärtsseitige Komponenten“ bezeichnet.
Die Druckmesseinheit 34 übermittelt das Messergebnis an die Steuereinheit 15. Das Druckregelventil 35 ist ein Druckregulierer und passt den Druck stromaufwärts von der Einspritzvorrichtung 36 an. Ein Öffnungsgrad des Druckregelventils 35 wird von der Steuereinheit 15 gesteuert. Die Einspritzvorrichtung 36 ist ein elektromagnetisch betriebenes Schaltventil. Ein Antriebszyklus der Einspritzvorrichtung 36 wird durch die Steuereinheit 15 gesteuert. Die Steuereinheit 15 steuert den Öffnungsgrad des Druckregelventils 35 und den Antriebszyklus der Einspritzvorrichtung 36 basierend auf dem Messergebnis von der Druckmesseinheit 34 derart, dass ein Zufuhrdruck oder eine Zufuhrmenge des Brenngases an die Anode der Brennstoffzelle 10 gesteuert wird, wenn die Brennstoffzelle 10 Strom erzeugt.
Die Zirkulationseinheit 40 umfasst ein Anodenabgasrohr 41, das mit der Brennstoffzelle 10 verbunden ist, eine Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42, die mit dem Anodenabgasrohr 41 verbunden ist, und ein Zirkulationsrohr 43 und ein Ablassrohr 44, die mit der Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42 verbunden sind. Die Zirkulationseinheit 40 umfasst ferner eine Zirkulationspumpe 45, die in dem Zirkulationsrohr 43 ausgebildet ist, und ein Ablassventil 46, das in dem Ablassrohr 44 ausgebildet ist.
Das Anodenabgasrohr 41 ist mit dem zweiten Sammelrohr M2 der Brennstoffzelle 10 verbunden und leitet ein Anodenabgas, das aus der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, über das zweite Sammelrohr M2 an die Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42. Das Anodenabgas umfasst das Brenngas, ein Inertgase und Feuchtigkeit, die von der Anode der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird.
Die Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42 trennt das strömende Anodenabgas in eine Gaskomponente und eine Flüssigkomponente auf. Die Gaskomponente wird von der Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42 zu dem Zirkulationsrohr 43 geleitet. Die Flüssigkomponente wird als Abwasser in einem Sammelbehälter 42s der Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42 gespeichert.
Das Zirkulationsrohr 43 ist mit einer Stromaufwärtsseite der Einspritzvorrichtung 36 des Zufuhrrohrs 32 verbunden. Die Steuereinheit 15 treibt die Zirkulationspumpe 45 so an, dass die Gaskomponente des Anodenabgases, das in dem Zirkulationsrohr 43 strömt, in das Zufuhrrohr 32 der Zufuhreinheit 30 strömt, wenn die Brennstoffzelle 10 Strom erzeugt. Dementsprechend zirkuliert das Brenngas, das in dem Anodenabgases umfasst ist, über das Zufuhrrohr 32 der Zufuhreinheit 30 in die Brennstoffzelle 10, und so ist es möglich, die Nutzungseffizienz des Brenngases zu verbessern.
Das Ablassrohr 44 ist mit dem Reservoirspeicher 42s der Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42 verbunden. Das Ablassventil 46 des Ablassrohrs 44 wird gesteuert von der Steuereinheit 15 geöffnet und geschlossen. Wenn die Brennstoffzelle 10 Strom erzeugt, öffnet die Steuereinheit 15 das Ablassventil 46, um Abwasser, das in der Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42 gespeichert ist, über das Ablassrohr 44 auszustoßen, wenn ein vorgegebener Ventilöffnungszyklus eintritt. In der ersten Ausführungsform ist das Ablassrohr 44 mit einem Kathodenabgasrohr 84 verbunden, das später beschrieben wird, und Abwasser, das in der Gas-Flüssigkeitsabscheider-Einheit 42 gespeichert ist, wird mittels dem Kathodenabgasrohr 84 aus dem Brennstoffzellensystem 100 nach außen ausgestoßen.
In einer anderen Ausführungsform kann auf die Zirkulationseinheit 40 des Gaszufuhrsystems 20 verzichtet werden. In diesem Fall kann zum Beispiel ein Anodenabgas von dem Anodenabgasrohr 41, das mit dem zweiten Sammelrohr M2 verbunden ist, aus dem Brennstoffzellensystem 100 nach außen ausgestoßen werden, ohne irgendeinen Prozess durchzuführen.
Die Befüllungseinheit 50 umfasst einen Einfüllstutzen 51, welcher das Brenngas aufnimmt, ein Einfüllrohr 52, das den Einfüllstutzen 51 mit den Tanks 31 verbindet, und eine Mehrzahl von Sperrventilen 53, die derart ausgebildet sind, dass sie den Tanks 31 entsprechen. Die Befüllungseinheit 50 umfasst eine Befüllungs-Druckmesseinheit 54, die in dem Einfüllrohr 52 ausgebildet ist, und eine Befüllungserfassungseinheit 55, die eine Befüllung der Tanks 31 mit dem Brenngas erfasst.
Eine Befüllung der Tanks 31 der Zufuhreinheit 30 mit dem Brenngas wird über den Einfüllstutzen 51 durchgeführt. Der Einfüllstutzen 51 ist in einem Körper eines Brennstoffzellenfahrzeugs ausgebildet und kann zur Außenseite des Brennstoffzellenfahrzeugs hin geöffnet werden. Der Einfüllstutzen 51 wird normalerweise mit einem Deckel 201 geschlossen, der drehbar an dem Körper des Brennstoffzellenfahrzeugs befestigt ist, außer wenn eine Befüllung mit dem Brenngas durchgeführt wird.
Der Einfüllstutzen 51 nimmt eine Verbindung einer Einspritzdüse des Brenngases, welche in einer Befüllungsquelle des Brenngases umfasst ist, in einem Zustand auf, in dem der Deckel 201 offen ist. Die Befüllungsquelle des Brenngases ist zum Beispiel ein Spender, der in einer Wasserstofftankstelle installiert ist. Das Brenngas, das von der Einspritzdüse eingespritzt wird, strömt über den Einfüllstutzen 51 in das Einfüllrohr 52. Ein Einlasskanal-Sperrventil 51v, das ein Lecken des Brenngases nach außen verhindert, ist in dem Einfüllstutzen 51 angeordnet.
Eine Kommunikationseinheit 202, die von der Steuereinheit 15 verwendet wird, um mit der Befüllungsquelle des Brenngases zu kommunizieren, ist in der Nähe des Einfüllstutzens 51 ausgebildet. Die Kommunikationseinheit 202 wird zum Beispiel durch eine Infrarot-Kommunikationsvorrichtung gebildet.
Das Einfüllrohr 52 ist verzweigt und mit den Tanks 31 über die Sperrventile 53 verbunden, die entsprechend der Tanks 31 ausgebildet sind. Wie oben beschrieben ist jedes Sperrventil 53 integral an dem Deckel 312 des entsprechenden Tanks 31 zusammen mit dem entsprechenden Absperrventil 33 der Zufuhreinheit 30 befestigt. Das Brenngas, das von dem Einfüllstutzen 51 zugeführt wird, zweigt ab und strömt über das Einfüllrohr 52 in die Tanks 31. Jedes Sperrventil 53 verhindert einen Rückfluss des Brenngases von dem entsprechenden Tank 31 an das Einfüllrohr 52. Wie später unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, sind die Innendrücke der Tanks 31 dementsprechend unmittelbar nachdem eine Befüllung der Tanks 31 mit dem Brenngas über das Einfüllrohr 52 abgeschlossen ist, beinahe gleich.
Die Befüllungs-Druckmesseinheit 54 misst einen Druck des Brenngases, das in dem Einfüllrohr 52 strömt, und übermittelt den gemessenen Druck an die Steuereinheit 15. Die Steuereinheit 15 startet eine Kommunikation mit der Befüllungsquelle des Brenngases über die Kommunikationseinheit 202 zur Zeit der Befüllung der Tanks 31 mit dem Brenngas. Die Steuereinheit 15 übermittelt das Messergebnis eines Drucks von der Befüllungs-Druckmesseinheit 54 und das Messergebnis der Innentemperaturen der Tanks 31 von den Temperaturmesseinheiten 313 an die Befüllungsquelle des Brenngases. Eine solche Information wird verwendet, um die Menge des Brenngases, die befüllt wird, auf der Seite der Befüllungsquelle des Brenngases zu steuern.
Die Befüllungserfassungseinheit 55 wird zum Beispiel durch einen Sensor gebildet, der eine Abdeckung des Einfüllstutzens 51 mit dem Deckel 201 elektrisch erfasst. Die Steuereinheit 15 erfasst einen Befüllungsstart der Tanks 31 mit dem Brenngas, wenn der Deckel 201 geöffnet wird und der Einfüllstutzen 51 geöffnet wird. Die Steuereinheit 15 erfasst einen Abschluss der Befüllung der Tanks 31 mit dem Brenngas, wenn der Einfüllstutzen 51 mit dem Deckel 201 bedeckt wird.
In einer anderen Ausführungsform kann die Befüllungserfassungseinheit 55 zum Beispiel aus einem Sensor gebildet sein, der elektrisch eine Verbindung zwischen dem Einfüllstutzen 51 und der Einspritzdüse der Befüllungsquelle des Brenngases erfasst. In diesem Fall erfasst die Steuereinheit 15 den Start einer Befüllung der Tanks 31 mit dem Brenngas, wenn die Einspritzdüse mit dem Einfüllstutzen 51 verbunden wird, und erfasst einen Abschluss der Befüllung der Tanks 31 mit dem Brenngas, wenn die Einspritzdüse von dem Einfüllstutzen 51 getrennt wird.
In einer anderen Ausführungsform kann die Befüllungserfassungseinheit 55 anstelle durch den Sensor durch eine Funktionseinheit der Steuereinheit 15 verkörpert sein. Die Steuereinheit 15 kann zum Beispiel einen Befüllungsstart der Tanks 31 mit dem Brenngas erfassen, wenn ein vorgegebener Druckanstieg durch die Befüllungs-Druckmesseinheit 54 des Einfüllrohrs 52 erfasst wird, und sie kann einen Befüllungsabschluss der Befüllung des Tanks 31 mit dem Brenngas erfassen, wenn dann ein vorgegebener Druckanstieg erfasst wird. Alternativ kann die Steuereinheit 15 einen Befüllungsstart der Tanks 31 mit dem Brenngas erfassen, wenn eine Kommunikation mit der Befüllungsquelle des Brenngases gestartet wird, und sie kann einen Befüllungsabschluss der Tanks 31 mit dem Brenngas erfassen, wenn eine Kommunikation mit der Befüllungsquelle des Brenngases beendet wird.
Die Oxidationsgaszufuhr- und auslasseinheit 80 umfasst ein Kathodengasrohr 81, das mit dem dritten Sammelrohr M3 der Brennstoffzelle 10 verbunden ist, einen Verdichter 82, der in dem Kathodengasrohr 81 ausgebildet ist, und ein Schaltventil 83, das in dem Kathodengasrohr 81 ausgebildet ist. Der Verdichter 82 wird gesteuert von der Steuereinheit 15 angetrieben. Wenn die Brennstoffzelle 10 Strom erzeugt, veranlasst die Steuereinheit 15, dass der Verdichter 82 Außenluft verdichtet, die über einen Lufteinlass, der nicht dargestellt ist, eingeführt wird, und die Außenluft den Kathoden der Einheitszellen 11 der Brennstoffzelle 10 über das Kathodengasrohr 81 zuführt. Das Schaltventil 83 ist normalerweise geschlossen und wird geöffnet, wenn von dem Verdichter 82 eine Druckluft mit einem vorgegebenen Druck oder mehr ausgesendet wird.
Die Oxidationsgaszufuhr- und auslasseinheit 80 umfasst ferner ein Kathodenabgasrohr 84, das mit dem vierten Sammelrohr M4 der Brennstoffzelle 10 verbunden ist, und ein Druckregelventil 85, das in dem Kathodenabgasrohr 84 ausgebildet ist. Das Kathodenabgasrohr 84 leitet ein Kathodenabgas, das aus der Kathode der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, aus dem Brennstoffzellensystem 100 nach außen. Das Kathodenabgas umfasst ein Oxidationsgas, das nicht in der Kathode der Brennstoffzelle 10 verbraucht wurde, ein Inertgase, und Feuchtigkeit, welche auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle 10 vorhanden ist. Wenn die Brennstoffzelle 10 Strom erzeugt, steuert die Steuereinheit 15 den Öffnungsgrad des Druckregelventils 85 derart, dass der Druck in dem Kathodenabgasrohr 84, das heißt, der Gegendruck auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle 10, gesteuert wird.
Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem 100 ferner eine Kühlmittelzufuhreinheit, die veranlasst, dass ein Kühlmittel in eine Strömungsleitung strömt, die zwischen den Einheitszellen 11 der Brennstoffzelle 10 ausgebildet ist, und steuert eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 10. In dieser Spezifikation wird auf eine Darstellung und detaillierte Beschreibung der Kühlmittelzufuhreinheit verzichtet.
2 ist ein Diagramm, das einen Ablauf einer Ventilöffnungssteuerung, die von dem Gaszufuhrsystem 20 ausgeführt wird, gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. Eine Ventilöffnungssteuerung ist eine Steuerung, die von der Steuereinheit 15 ausgeführt wird, um die Absperrventile 33 von dem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand zu einer Startzeit der Brenngaszufuhr an ein Zufuhrziel umzuschalten. Nachdem die jeweiligen Tank 31 der Zufuhreinheit 30 mit dem Brenngas über die Befüllungseinheit 50 aufgefüllt wurden, wird bei dieser Ventilöffnungssteuerung zur Startzeit der Brenngaszufuhr von der Zufuhreinheit 30 aus den Absperrventilen 33 der Tanks 31 jenes Absperrventil 33 bestimmt, welches zuerst geöffnet werden soll. In der ersten Ausführungsform wird eine Ventilöffnungsreihenfolge der Mehrzahl von Absperrventilen 33 bestimmt. Durch diese Ventilöffnungssteuerung werden Fehler aufgrund eines schnellen Druckanstiegs in dem Zufuhrrohr 32 zur Startzeit einer Brenngaszufuhr über das Zufuhrrohr 32 begrenzt.
Die Steuereinheit 15 startet diese Ventilöffnungssteuerung, nachdem die Absperrventile 33 der Tanks 31 geschlossen wurden, um Verbindungen zwischen dem Zufuhrrohr 32 und den Tanks 31 zu sperren, und um eine Zufuhr des Brenngases von der Zufuhreinheit 30 zu beenden. Die Ventilöffnungssteuerung wird zum Beispiel gestartet, wenn ein Fahrer eines Brennstoffzellenfahrzeugs einen Zündungs-Abschaltvorgang des Brennstoffzellenfahrzeugs durchführt, und die Steuereinheit 15 beendet eine Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 10.
In Schritt S10 erfasst die Steuereinheit 15 einen Befüllungsstart des Tanks 31 mit dem Brenngas unter Verwendung der Befüllungserfassungseinheit 55. Wie durch einen Pfeil mit NEIN in Schritt S10 angegeben, befindet sich die Ventilöffnungssteuerung in einem Bereitschaftszustand, bis die Befüllung der Tanks 31 mit dem Brenngas von der Befüllungserfassungseinheit 55 erfasst wird. Zum Beispiel wenn eine Anweisung, eine Stromerzeugung in der Brennstoffzelle 10 zu starten, wie ein Zündungs-Einschaltvorgang, von einem Bediener, im Bereitschaftszustand erhalten wird, bestimmt die Steuereinheit 15, dass eine Befüllung der Tanks 31 mit dem Brenngas nicht durchgeführt wurde, beendet die Ventilöffnungssteuerung und startet eine normale Zufuhrsteuerung des Brenngases.
Nachdem ein Befüllungsstart der Tanks 31 mit einem Brenngas erfasst wurde, wie in Schritt S10 von einem Pfeil mit JA angegeben, erfasst die Steuereinheit 15 einen Befüllungsabschluss der Tanks 31 mit einem Brenngas unter Verwendung der Befüllungserfassungseinheit 55 in Schritt S20. Bis ein Befüllungsabschluss der Tanks 31 mit einem Brenngas erfasst wird, das heißt, solange die Tanks 31 mit einem Brenngas über die Befüllungseinheit 50 befüllt werden, befindet sich die Ventilöffnungssteuerung in dem Bereitschaftszustand, wie durch einen Pfeil mit NEIN in Schritt S20 angegeben. Nachdem ein Befüllungsabschluss der Tanks 31 mit einem Brenngas erfasst wurde, wie in Schritt S20 durch einen Pfeil mit JA angegeben, misst die Steuereinheit 15 die Innentemperaturen der Tanks 31 unter Verwendung der Temperaturmesseinheiten 313 in Schritt S30.
In Schritt S40 erfasst die Steuereinheit 15 einen Zufuhrstart eines Brenngases. Insbesondere erfasst die Steuereinheit 15 eine Anweisung, eine Brenngaszufuhr zu starten. In der ersten Ausführungsform ist eine Anweisung, eine Brenngaszufuhr zu starten, zum Beispiel eine Anweisung, eine Stromerzeugung in der Brennstoffzelle 10 zu starten, wie beispielsweise ein Zündungs-Einschaltvorgang durch einen Bediener. Wie in Schritt S40 durch einen Pfeil mit NEIN angegeben, befindet sich die Ventilöffnungssteuerung in dem Bereitschaftszustand, bis eine Anweisung, eine Brenngaszufuhr zu starten, erfasst wird. Wenn eine Anweisung, eine Brenngaszufuhr zu starten, erfasst wird, wie in Schritt S40 durch einen Pfeil mit JA angegeben, misst die Steuereinheit 15 die Innentemperaturen der Tanks 31 unter Verwendung der Temperaturmesseinheiten 313 in Schritt S50.
In Schritt S60 führt die Steuereinheit 15 einen Bestimmungsprozess durch, um unter Verwendung der Innentemperaturen der Tanks 31, die in Schritt S50 zur Startzeit der Brenngaszufuhr gemessen werden, jenes Absperrventil 33 zu bestimmen, das aus einer Mehrzahl von Absperrventilen 33, die für die Tanks 31 ausgebildet sind, zuerst zu öffnen ist. In der ersten Ausführungsform bestimmt die Steuereinheit 15 jenes Absperrventil 33, das zuerst zu öffnen ist, unter Verwendung der Innentemperaturen der Tanks 31, die in Schritt S30 gemessen werden, wenn eine Befüllung der Tanks 31 mit einem Brenngas abgeschlossen wurde, zusammen mit den Innentemperaturen der Tanks 31, die in Schritt S50 gemessen werden.
3 ist ein Diagramm, das einen Ablauf eines Bestimmungsprozesses darstellt, der in Schritt S60 der Ventilöffnungssteuerung durchgeführt wird. In Schritt S61 berechnet die Steuereinheit 15 Schwankungen ΔT der Innentemperaturen der Tanks 31 ab einem Zeitpunkt, an dem eine Befüllung mit einem Brenngas abgeschlossen wurde, bis zu einem Zeitpunkt, an dem eine Anweisung erfasst wird, eine Brenngaszufuhr zu starten.
Hier werden die Temperaturen, die in Schritt S30 der Ventilöffnungssteuerung, die in 2 dargestellt ist, gemessen werden, das heißt, die Innentemperaturen der Tanks 31, die von den Temperaturmesseinheiten 313 zu einer Abschlusszeit der Befüllung mit Brenngas gemessen werden, als erste Temperaturen T1 definiert. Die Temperaturen, die in Schritt S50 der in 2 dargestellten Ventilöffnungssteuerung gemessen werden, das heißt, die Innentemperaturen der Tanks 31, die von den Temperaturmesseinheiten 313 zur Startzeit der Brenngaszufuhr gemessen werden, werden als zweite Temperaturen T2 definiert. In Schritt S61 berechnet die Steuereinheit 15 die Schwankungen ΔT der Innentemperaturen, indem sie die zweiten Temperaturen T2 von den ersten Temperaturen T1 subtrahiert. Im Allgemeinen sind die Innentemperaturen der Tanks 31 am höchsten, wenn eine Befüllung mit einem Brenngas abgeschlossen ist, und daher sind die Schwankungen ΔT der Innentemperaturen positive Werte größer als 0.
In Schritt S63 vergleicht die Steuereinheit 15 die Schwankungen ΔT der Innentemperaturen und bestimmt, ob eine Mehrzahl von Tanks 31 vorhanden ist, die die höchste Schwankung ΔT der Innentemperaturen aufweisen. Bei dem Vergleich der Schwankungen ΔT der Innentemperaturen durch die Steuereinheit 15 wird bestimmt, dass die Schwankungen ΔT der Innentemperaturen, die unterschiedliche Werte aufweisen, im Wesentlichen gleich sind, wenn die Schwankungen ΔT der Innentemperaturen in einem vorgegebenen Bereich für Messfehler liegen. Zum Beispiel bestimmt die Steuereinheit 15, dass zwei Schwankungen ΔT der Innentemperaturen im Wesentlichen gleich sind, wenn eine Differenz von ±5 % zwischen den zwei Schwankungen ΔT der Innentemperaturen vorliegt.
Wenn ein Tank 31, der die größte Schwankung ΔT der Innentemperatur aufweist, identifiziert ist, bestimmt die Steuereinheit 15 in Schritt S65 jenes Absperrventil 33, das für den Tank 31 ausgebildet ist, als das Absperrventil 33, das zuerst geöffnet werden soll. Wenn eine Mehrzahl von Tanks 31 mit der größten Schwankung ΔT der Innentemperatur vorhanden ist, beträgt die Anzahl der Absperrventile 33, die zuerst geöffnet werden sollen, zwei oder mehr. In diesem Fall bestimmt die Steuereinheit 15 in Schritt S67, jenes Absperrventil 33, das für den Tank 31 ausgebildet ist, der von den Tanks 31, die die größte Schwankung ΔT der Innentemperatur aufweisen, die niedrigste zweite Temperatur T2 aufweist, als das Absperrventil 33, das zuerst geöffnet werden soll. Wenn drei oder mehr Tank 31 mit der größten Schwankung ΔT der Innentemperatur vorhanden sind, bestimmt die Steuereinheit 15, dass die Absperrventile aufeinanderfolgend beginnend bei dem Absperrventil 33 geöffnet werden, das in dem Tank 31 ausgebildet ist, der die niedrigste zweite Temperatur T2 aufweist. Der Grund für die Bestimmung des Absperrventils 33, das zuerst geöffnet werden soll, mit diesem Verfahren wird später erläutert.
Die Beschreibung wird unter Bezugnahme auf 2 fortgesetzt. In Schritt S70 bestimmt die Steuereinheit 15 eine Ventilöffnungsreihenfolge der anderen Absperrventile 33. In der ersten Ausführungsform bestimmt die Steuereinheit 15, dass jenes Absperrventil 33, in dem die zweite Temperatur T2 als die Innentemperatur des Tanks 31, welche in Schritt S50 zur Startzeit der Brenngaszufuhr gemessen wird, niedriger ist, früher geöffnet wird. Dementsprechend ist es möglich, einen schnellen Temperaturanstieg eines Brenngases, das in dem Zufuhrrohr 32 zu einer Startzeit einer Gaszufuhr strömt, zu begrenzen. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass eine thermische Belastung auf das Zufuhrrohr 32 oder auf stromabwärtsseitige Komponenten, die an dem Zufuhrrohr 32 befestigt sind, aufgebracht wird. In Schritt S70 einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit 15 bestimmen, dass das Absperrventil 33, das für den Tank 31 mit der größten Schwankung ΔT der Innentemperatur ausgebildet ist, früher geöffnet wird.
In Schritt S80 führt die Steuereinheit 15 einen Ventilöffnungsprozess durch, in dem sie die Absperrventile 33 der Tanks 31 in der Ventilöffnungsreihenfolge öffnet, die in den Schritten S60 bis S70 bestimmt wurde. Das Intervall zwischen den Ventilöffnungszeiten der Absperrventile 33 kann zum Beispiel auf 1 Sekunde oder weniger oder mehrere Sekunden eingestellt werden. Die Steuereinheit 15 beendet die Ventilöffnungssteuerung und startet eine Zufuhrsteuerung eines Brenngases, um die Brennstoffzelle 10 zu veranlassen, Strom zu erzeugen.
Graphen, die Beispiele für zeitliche Schwankungen der Innendrücke Pa, Pb und Pc und der Innentemperaturen Ta, Tb und Tc der Tanks 31A, 31B und 31C repräsentieren, während die Ventilöffnungssteuerung ausgeführt wird, sind in 4 dargestellt. In 4 sind Steuerzeitdiagramme, die Beispiele für die Zeiten darstellen, an denen die Absperrventile 33 der Tanks 31A, 31B und 31C geöffnet und geschlossen werden, so dargestellt, dass sie den Graphen der Innendrücke Pa, Pb und Pc und den Innentemperaturen Ta, Tb und Tc der Tanks 31 entsprechen.
Um ein Brenngas aufzufüllen, werden zur Zeit t₀ die Absperrventile 33, die in den Tanks 31A, 31B und 31C ausgebildet sind, geschlossen und eine Zufuhr von Brenngas durch das Gaszufuhrsystem 20 an die Brennstoffzelle 10 wird angehalten. Zu diesem Zeitpunkt werden die Innentemperaturen Ta, Tb und Tc der Tanks 31 unterschiedlich voneinander. Diese Differenz wird durch eine Differenz zwischen den Konfigurationen der Tanks 31 oder einer Schwankung bei der bisherigen Nutzungsumgebung verursacht. Die Differenz zwischen den Innentemperaturen der Tanks 31 wird von einer Differenz einer Ausflussmenge an Brenngas bezüglich der Kapazitäten der Tanks 31, einer Differenz bei einem Abstand der Tanks 31 zu einer Wärmequelle wie beispielsweise der Brennstoffzelle 10, einer Differenz bei der Wärmeableitung basierend auf den Formen oder Positionen der Tanks 31 oder dergleichen verursacht.
In einer Zeitspanne zwischen Zeitpunkten t₁ bis t₂ werden die Tanks 31 über das Einfüllrohr 52 der Befüllungseinheit 50 mit einem Brenngas aufgefüllt. In dieser Zeitspanne steigen die Innendrücke Pa, Pb und Pc der Tanks 31 beinahe gleichwertig und die Innendrücke Pa, Pb und Pc der Tanks 31 sind zum Zeitpunkt t₂ beinahe gleich, da ein Brenngas abzweigt und über das Einfüllrohr 52 in die Tanks 31 strömt. Dagegen variieren die Innentemperaturen Ta, Tb und Tc der Tanks 31 in der Zeitspanne der Zeiten t₁ bis t₂ unterschiedlich abhängig von den Tanks 31. Die Differenz bei der Schwankung ist zum Beispiel eine Folge einer Differenz zwischen den Innentemperaturen Ta, Tb und Tc der Tanks 31 zu dem Zeitpunkt, an dem die Befüllung mit einem Brenngas gestartet wird, einer Differenz bei der Kapazität zwischen den Tanks 31, einer Differenz bei einer Entfernung zwischen den Tanks 31 und einer Wärmequelle wie beispielsweise der Brennstoffzelle 10, einer Differenz hinsichtlich der Wärmeableitung basierend auf den Formen oder den Positionen der Tanks 31 oder dergleichen. In Schritt S30 der Ventilöffnungssteuerung, die in 2 dargestellt ist, werden die Innentemperaturen Ta, Tb und Tc der Tanks 31 zum Zeitpunkt t₂ als erste Temperaturen T1 gemessen.
Nachdem eine Befüllung der Tanks 31 mit einem Brenngas zum Zeitpunkt t₂ abgeschlossen wurde, erfasst die Steuereinheit 15 an Zeitpunkt t₃ eine Anweisung, eine Stromerzeugung in der Brennstoffzelle 10 zu starten, das heißt, eine Anweisung, eine Brenngaszufuhr durch das Gaszufuhrsystem 20 zu starten. Die Zeitspanne zwischen den Zweitpunkten t₂ und t₃ entspricht einer Zeit, bis das Brennstoffzellenfahrzeug zum Fahren gestartet wird, nachdem ein Auffüllen mit einem Brenngas in einer Wasserstofftankstelle abgeschlossen wurde. Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₂ bis t₃ ist eine kurze Zeitspanne, wie beispielsweise eine Minute oder mehrere Minuten. In der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₂ bis t₃ sinken die Innentemperaturen Ta, Tb und Tc der Tanks 31 und die Innendrücke Pa, Pb und Pc der Tanks 31 sinken mit absinkender Temperatur ebenfalls. Das Sinken der Innentemperaturen Ta, Tb und Tc in der Zeitspanne t₂ bis t₃ wird von verschiedenen Bedingungen beeinflusst. Diese verschiedenen Bedingungen umfassen, zum Beispiel, die Innentemperaturen Ta, Tb und Tc zu der Zeit, zu der eine Befüllung mit einem Brenngas abgeschlossen ist, Kapazitäten der Tanks 31A, 31B und 31C, die Abstände zwischen den Tanks 31A, 31B und 31C und einer Wärmequelle und einer Wärmeableitung basierend auf den Formen oder den Positionen der Tanks 31A, 31B und 31C.
In Schritt S50 der in 2 dargestellten Ventilöffnungssteuerung werden die Innentemperaturen der Tanks 31 an dem Zeitpunkt t₃ als zweite Temperaturen T2 gemessen. Die Schwankungen ΔT der Innentemperaturen, die verwendet werden, um jenes Absperrventil 33 zu bestimmen, das in Schritt S60 zuerst geöffnet werden soll, entsprechen den Absenkungen der Innentemperaturen der Tanks 31 in der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₂ bis t₃ in 4 und sind Werte, die verschiedene, für die Tanks 31 spezifische Bedingungen widerspiegeln. Die Innendrücke der Tanks 31 zu der Zeit, zu der eine Brenngaszufuhr gestartet wird, werden von einem gemeinsamen Innendruck der Tanks 31 zu dem Zeitpunkt, an dem die Befüllung der Tanks 31 mit einem Brenngas abgeschlossen ist, abhängig von den Größenordnungen der Schwankungen ΔT der Innentemperaturen, die für die Tanks 31 bezogen werden, gesenkt. Dementsprechend weist der Tanks 31 mit der größten Schwankung ΔT der Innentemperatur einen niedrigsten Innendruck zu der Startzeit einer Brenngaszufuhr auf. Indem die Schwankungen ΔT der Innentemperaturen verwendet werden, die abhängig von verschiedenen, für die Tanks 31 spezifischen Bedingungen variieren, ist es auf diese Art und Weise möglich, einfach und genau jenen Tank 31 zu identifizieren, der zur Startzeit einer Brenngaszufuhr den niedrigsten Innendruck aufweist, nachdem die Tanks 31 mit einem Brenngas befüllt wurden.
Nach Zeitpunkt t₃ in 4 werden die Absperrventile 33 der Tanks 31 in der Reihenfolge geöffnet, die in den Schritten S60 und S70 der in 2 dargestellten Ventilöffnungssteuerung bestimmt wurde. In dem in 4 dargestellten Beispiel wird das Absperrventil 33 des ersten Tanks 31A, das die größte Schwankung ΔT der Innentemperatur aufweist, zuerst geöffnet. Dann wird das Absperrventil 33 des dritten Tanks 31C mit der niedrigsten zweiten Temperatur T2 geöffnet und schließlich wird das Absperrventil 33 des zweiten Tanks 31B geöffnet.
Wie oben beschrieben wird mit der Ventilöffnungssteuerung gemäß der ersten Ausfiihrungsform das Absperrventil 33 des Tanks 31, in dem die Schwankung ΔT der Innentemperatur am größten ist und der Innendruck der niedrigste ist, nach dem Befüllen mit einem Brenngas zuerst geöffnet. Dementsprechend wird eine Belastung aufgrund eines Gasdrucks, der auf das Zufuhrrohr 32 oder die stromabwärtsseitigen Komponenten desselben aufgebracht wird, reduziert, wenn eine Zufuhr eines Brenngases an die Brennstoffzelle 10, die ein Zufuhrziel ist, gestartet wird. Dementsprechend wird verhindert, dass das Zufuhrrohr 32 und die stromabwärtsseitigen Komponenten desselben mit einer wiederholten Belastung aufgrund eines Gasdrucks verschleißen, wenn eine Zufuhr mit Brenngas gestartet wird, nachdem eine Befüllung des Tanks 31 mit einem Brenngas abgeschlossen ist. Folglich ist es möglich, ein Sinken der Lebensdauer des Zufuhrrohrs 32 oder der stromabwärtsseitigen Komponenten desselben zu begrenzen.
Bei der Ventilöffnungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform nutzt die Steuereinheit 15 die Schwankungen ΔT der Innentemperaturen der Tanks 31, um jenes Absperrventil 33 zu bestimmen, das als erstes geöffnet werden soll. Wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, unterscheiden sich die Innendrücke der Tanks 31, nachdem eine Auffüllung mit einem Brenngas abgeschlossen wurde, zwischen den Tanks 31 aufgrund von unterschiedlichen Bedingungen, wie beispielsweise der Differenz hinsichtlich der Zufuhrbedingungen eines Brenngases vor Auffüllung mit einem Brenngas, oder einer Anordnungsumgebung, wie beispielsweise den Kapazitäten, und Formen der Tanks 31. Die Differenz zwischen den Schwankungen ΔT der Innentemperaturen stellt auf geeignete Weise die Differenz bei dem Innendruck dar, welcher aufgrund von Bedingungen verursacht wird, die für die Tanks 31 spezifisch sind. Dementsprechend ist es mit der Ventilöffnungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform möglich, genauer und einfacher jenen Tank 31 zu identifizieren, in dem der Innendruck zur Startzeit einer Brenngaszufuhr der niedrigste ist, ohne einen Drucksensor auszubilden, um einen Innendruck in jedem Tank 31 zu messen.
Wenn es eine Mehrzahl von Tanks 31 gibt, die die größte Schwankung ΔT der Innentemperatur aufweisen, und es eine Mehrzahl von Absperrventilen 33 gibt, die Kandidaten für eine erste Öffnung sind, wird mit der Ventilöffnungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform bestimmt, dass jenes Absperrventil 33 des Tanks 31 mit der niedrigsten zweiten Temperatur T2, welche dem Innendruck entspricht, der zu einer Startzeit der Brenngaszufuhr gemessen wurde, zuerst geöffnet werden soll. Dementsprechend ist es möglich, zu veranlassen, dass ein Brenngas einer niedrigeren Temperatur zuerst in das Zufuhrrohr 32 strömt, und so einen thermischen Verschleiß des Zufuhrrohrs 32 und der stromabwärtsseitigen Komponenten desselben begrenzen.
Da das Brennstoffzellensystem 100 gemäß der ersten Ausführungsform das oben erwähnte Gaszufuhrsystem 20 umfasst, ist es möglich, einen Zufuhrfehler oder ein Leck eines Brenngases aufgrund von Verschleiß des Zufuhrrohrs 32 oder der stromabwärtsseitigen Komponenten desselben zu begrenzen. Zudem können mit dem Gaszufuhrsystem 20 das Brennstoffzellensystem 100, welches das Gaszufuhrsystem 20 umfasst, und dem Steuerverfahren für das Gaszufuhrsystem 20 gemäß der ersten Ausführungsform verschiedene betriebstechnische Vorteile erzielt werden, die oben in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein Diagramm, das einen Ablauf eines Bestimmungsprozesses für ein Absperrventil 33 darstellt, das zuerst geöffnet werden soll, der während einer Ventilöffnungssteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform durchgeführt wird. Ein Gaszufuhrsystem gemäß der zweiten Ausführungsform, das die Ventilöffnungssteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform durchführt, weist die gleiche Systemkonfiguration auf wie das Gaszufuhrsystem 20 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist. Die Ventilöffnungssteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform wird auf die gleiche Weise ausgeführt, wie in der ersten Ausführungsform erläutert, allerdings bestehen Unterschiede bei Einzelheiten des Bestimmungsprozesses aus Schritt S60. Der Ablauf des Bestimmungsprozesses in der zweiten Ausführungsform ist beinahe der gleiche wie der Ablauf des Bestimmungsprozesses gemäß der ersten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, außer dass in der zweiten Ausführungsform anstelle des Vorgangs aus Schritt S67, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wird, der Vorgang aus Schritt S67a durchgeführt wird.
Wenn es eine Mehrzahl von Tanks 31 mit der größten Schwankung ΔT der Innentemperatur gibt, bestimmt die Steuereinheit 15 bei dem Bestimmungsprozess gemäß der zweiten Ausführungsform in Schritt S67a jenes Absperrventil, das die geringste Gasströmungsleitungslänge zu den stromabwärtsseitigen Komponenten aufweist, von den Absperrventilen 33, die Kandidaten sind, als das Absperrventil, das zuerst geöffnet werden soll. Die „Gasströmungsleitungslänge“ bezieht sich auf eine Länge des Zufuhrrohrs 32 von dem entsprechenden Tank 31 zu der stromabwärtsseitigen Komponente. Das heißt, es wird bestimmt, dass das Absperrventil 33 des Tanks 31, der von den Tanks 31 mit der größten Schwankung ΔT der Innentemperaturen in dem Zufuhrrohr 32 am weitesten stromabwärts verbunden ist, als erstes geöffnet werden soll. Wenn drei oder mehr Absperrventile 33 vorhanden sind, die Kandidaten sind, bestimmt die Steuereinheit 15, dass die Absperrventile aufeinanderfolgend geöffnet werden, angefangen bei dem Absperrventil 33, das die geringste Gasströmungsleitungslänge zu der stromabwärtsseitigen Komponente aufweist. Dementsprechend kann, wenn ein Abschaltventil 33 zuerst geöffnet wird, ein Druck, der auf die stromabwärtsseitige Komponente des Zufuhrrohrs 32 aufgrund eines Aufpralls des Brenngases aufgebracht wird, reduziert werden, und daher ist es möglich, Altersschäden und Verschleiß der stromabwärtsseitigen Komponente zu begrenzen. Zudem können mit dem Gaszufuhrsystem 20 das Brennstoffzellensystem 100, welches das Gaszufuhrsystem 20 umfasst, und dem Steuerverfahren für das Gaszufuhrsystem 20 gemäß der zweiten Ausführungsform verschiedene betriebstechnische Vorteile erzielt werden, die oben in der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben wurden.
Dritte Ausführungsform
6 ist ein Diagramm, das einen Ablauf einer Ventilöffnungssteuerung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Ein Gaszufuhrsystem gemäß der dritten Ausführungsform, die die Ventilöffnungssteuerung gemäß der dritten Ausführungsform durchführt, weist die gleiche Systemkonfiguration auf, wie das Gaszufuhrsystem 20 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist. Die Ventilöffnungssteuerung gemäß der dritten Ausführungsform ist beinahe die gleiche wie in der zweiten Ausführungsform erläutert, mit Ausnahme der folgenden Punkte. In der Ventilöffnungssteuerung gemäß der dritten Ausführungsform wird Schritt S30 ausgelassen und die Steuereinheit 15 misst möglicherweise nicht die Innentemperaturen der Tanks 31, nachdem die Befüllung der Tanks 31 mit einem Brenngas abgeschlossen ist. In der Ventilöffnungssteuerung gemäß der dritten Ausführungsform wird anstelle des Bestimmungsprozesses aus Schritt S60 der zweiten Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, der Bestimmungsprozess aus Schritt S60b durchgeführt, in dem die Bedingungen für das Bestimmen des Absperrventils 33, das zuerst geöffnet werden soll, anders sind.
7 ist ein Diagramm, das einen Ablauf eines Bestimmungsprozesses darstellt, bei dem jenes Absperrventil 33 bestimmt wird, das zuerst geöffnet werden soll, das in Schritt S60b der Ventilöffnungssteuerung gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführt wird. Nachdem in dem in 6 dargestellten Schritt S40 eine Anweisung, mit einer Brenngaszufuhr zu starten, erfasst wurde, wird in dem Bestimmungsprozess gemäß der dritten Ausführungsform jenes Absperrventil 33, das zuerst geöffnet werden soll, unter Verwendung der Innentemperaturen der Tanks 31 bestimmt, die in Schritt S50 zur Startzeit einer Brenngaszufuhr gemessen werden.
In Schritt S63b führt die Steuereinheit 15 einen Vergleich der Innentemperaturen der Tanks 31 durch und bestimmt, ob eine Mehrzahl von Tanks 31 mit der niedrigsten Innentemperatur vorhanden ist. Bei einem Vergleich der Innentemperaturen, der von der Steuereinheit 15 durchgeführt wird, wird bestimmt, dass die Innentemperaturen, die unterschiedliche Werte aufweisen, gleich sind, wenn sie sich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs für Messfehler befinden. Zum Beispiel bestimmt die Steuereinheit 15, dass zwei Innentemperaturen gleich sind, selbst wenn die zwei Innentemperaturen eine Differenz von ±5 % aufweisen.
Wenn ein Tank 31, der die niedrigste Innentemperatur aufweist, identifiziert werden kann, bestimmt die Steuereinheit 15 in Schritt S65b jenes Absperrventil 33, das für den Tank 31 ausgebildet ist, als das Absperrventil 33, das zuerst geöffnet werden soll. Wenn eine Mehrzahl von Tanks 31 mit der niedrigsten Innentemperatur vorhanden ist, bestimmt die Steuereinheit 15 in Schritt S67b das Absperrventil mit der geringsten Strömungsleitungslänge zu der stromabwärtsseitigen Komponente des Zufuhrrohrs 32 aus den Absperrventilen 33 der Tanks 31 mit der niedrigsten Innentemperatur als das Absperrventil 33, das zuerst geöffnet werden soll. Wenn drei oder mehr Tank 31 vorhanden sind, die die niedrigste Innentemperatur aufweisen, bestimmt die Steuereinheit 15, dass die Absperrventile aufeinanderfolgend geöffnet werden, angefangen bei dem Absperrventil 33, das die geringste Strömungsleitungslänge zu der stromabwärtsseitigen Komponente aufweist.
Mit der Ventilöffnungssteuerung gemäß der dritten Ausführungsform wird das Absperrventil 33 des Tanks 31 mit der niedrigsten Innentemperatur zuerst geöffnet. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass ein Brenngas mit einer hohen Temperatur von Anfang an in das Zufuhrrohr 32 einströmt, wenn das Absperrventil 33 zuerst geöffnet wird, um die Temperatur des Zufuhrrohrs 32 und der stromabwärtsseitigen Komponente desselben schnell zu erhöhen. Dementsprechend werden, wenn eine Befüllung der Tanks 31 mit einem Brenngas abgeschlossen wurde, das Zufuhrrohr 32 und die stromabwärtsseitige Komponente desselben daran gehindert, als Folge von wiederholter thermischer Belastung mit dem hohen Temperaturanstieg zu verschleißen. Daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Innendruck des Tanks 31 mit der niedrigsten Innentemperatur niedrig sein wird. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass das Zufuhrrohr 32 oder die stromabwärtsseitige Komponente desselben einer Belastung aufgrund des Drucks eines Brenngases ausgesetzt wird, das zu der Startzeit einer Brenngaszufuhr in das Zufuhrrohr 32 strömt. Dementsprechend wird verhindert, dass das Zufuhrrohr 32 und die stromabwärtsseitigen Komponenten desselben aufgrund wiederholten Belastungen durch einen Gasdruck verschleißen, wenn eine Befüllung der Tanks 31 mit einem Brenngas abgeschlossen wurde.
Wenn es eine Mehrzahl von Absperrventilen 33 gibt, die potentiell als erstes geöffnet werden sollen, wird mit der Ventilöffnungssteuerung gemäß der dritten Ausführungsform von den Absperrventilen 33, die potentiell als erstes geöffnet werden, jenes Absperrventil 33, das die geringste Strömungsleitungslänge an die stromabwärtsseitige Komponente aufweist, zuerst geöffnet. Wenn das Absperrventil 33 zuerst geöffnet wird, ist es dementsprechend möglich, einen Druck zu reduzieren, der auf das Zufuhrrohr 32 und die stromabwärtsseitige Komponente desselben aufgrund eines Aufpralls des Brenngases aufgebracht wird, und Altersschäden und Verschleiß der stromabwärtsseitigen Komponente zu begrenzen. Zudem können mit dem Gaszufuhrsystem 20, dem Brennstoffzellensystem 100, welches das Gaszufuhrsystem 20 umfasst, und dem Steuerverfahren für das Gaszufuhrsystem 20 gemäß der dritten Ausführungsform verschiedene betriebstechnische Vorteile erzielt werden, die oben in der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform beschrieben wurden.
Andere Ausführungsformen
Verschiedene Konfigurationen, die oben in den Ausführungsformen beschrieben wurden, können zum Beispiel wie folgt abgewandelt werden. Die Ausführungsformen, die unten beschrieben werden, sind Beispiele für die Aspekte, mit denen die Erfindung auf ähnliche Art und Weise wie in den oben erwähnten Ausführungsformen ausgeführt wird.
Andere Ausführungsform 1
In den Schritten S60 und S60b der oben erwähnten Ausführungsformen können die Absperrventile 33, die für die Mehrzahl von Tanks 31 ausgebildet werden, gleichzeitig geöffnet werden, wenn es eine Mehrzahl von Tanks 31 gibt, die die größte Schwankung ΔT der Innentemperatur aufweisen, oder wenn es eine Mehrzahl von Tanks 31 gibt, die zur Startzeit der Brenngaszufuhr die niedrigste Innentemperatur aufweisen. Alternativ kann das Absperrventil 33, das aus der Mehrzahl von Absperrventilen 33, die in der Mehrzahl von Tanks 31 ausgebildet sind, zuerst geöffnet werden soll, basierend auf einer im Voraus bestimmten Priorität bestimmt werden.
Andere Ausführungsform 2
In Schritt S70 kann in der Ventilöffnungssteuerung gemäß der oben erwähnten Ausführungsformen die Steuereinheit 15 bestimmen, dass das Absperrventil 33 mit der kürzeren Strömungsleitungslänge zu der stromabwärtsseitigen Komponente früher geöffnet wird. In der Ventilöffnungssteuerung gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann Schritt S70 ausgelassen werden. In dem Ventilöffnungsprozess aus Schritt S80 können in diesem Fall die anderen Absperrventile 33 gleichzeitig oder basierend auf einer vorgegebenen Prioritätsreihenfolge geöffnet werden, nachdem das Absperrventil 33 geöffnet wurde, von dem in den Schritten S60 und S60b bestimmt wurde, dass es zuerst geöffnet werden soll.
Andere Ausführungsform 3
In den oben erwähnten Ausführungsformen kann das Gaszufuhrsystem 20 ein Abgas möglicherweise nicht verarbeiten, das aus der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, sondern nur eine Zufuhr eines Brenngases an die Brennstoffzelle 10 durchführen. Das Gaszufuhrsystem 20 kann als System verwendet werden, das anstelle eines Brenngases ein Oxidationsgas an die Kathode der Brennstoffzelle 10 zuführt. In diesem Fall wird jeder Tank 31 mit einem Oxidationsgas gefüllt. In den oben erwähnten Ausführungsformen wird das Gaszufuhrsystem 20 möglicherweise nicht in das Brennstoffzellensystem 100 eingegliedert und führt möglicherweise einem anderen Zufuhrziel als der Brennstoffzelle 10 ein Gas zu. Zum Beispiel kann das Gaszufuhrsystem 20 einem Wasserstoffmotor Wasserstoff zuführen. Das Gaszufuhrsystem 20 kann einem Zuführsystem ein anderes Gas als Wasserstoff zuführen. Zum Beispiel kann das Gaszufuhrsystem 20 ein Erdgas einem Verbrennungssystem zuführen, welches das Erdgas verbraucht.
Andere Ausführungsform 4
In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann das Gaszufuhrsystem 20 die Absperrventile 33 in dem Zustand öffnen, in dem die Absperrventile 33 geschlossen sind, um eine Zufuhr eines Brenngases durch die gleichen Prozesse wie die Schritte S60 und S60b bis S80 zu starten, außer nachdem eine Befüllung der Tanks 31 mit einem Brenngas abgeschlossen wurde. In diesem Fall kann die Steuereinheit 15 zum Beispiel bestimmen, dass das Absperrventil 33, das für den Tank 31 mit der niedrigsten Innentemperatur ausgebildet ist, die zur Startzeit einer Brenngaszufuhr gemessen wird, zuerst geöffnet werden soll, wie bei der dritten Ausführungsform. Alternativ kann die Steuereinheit 15 die Innentemperaturen der Tanks messen und auf nichtflüchtige Art und Weise speichern, wenn die Absperrventile 33 geschlossen werden, und unter Verwendung der gespeicherten Innentemperaturen und der Innentemperaturen der Tanks 31, die zur Startzeit einer Brenngaszufuhr gemessen werden, jenes Absperrventil 33 bestimmen, das zuerst geöffnet werden soll. In diesem Fall kann die Steuereinheit 15 zuerst jenes Absperrventil 33 öffnen, das in dem Tank 31 ausgebildet ist, der die größte Schwankung der Innentemperatur aufweist, die bezogen wird, indem die Innentemperatur des Tanks 31 zur Startzeit der Brenngaszufuhr von der Innentemperatur des Tanks 31 in einem Zustand, in dem das Absperrventil 33 geschlossen ist, subtrahiert wird.
Weitere
In den oben erwähnten Ausführungsformen können einige oder alle Funktionen und Prozesse, die durch Software ausgebildet sind, in Hardware ausgebildet sein. Einige oder alle Funktionen und Prozesse, die in Hardware ausgebildet sind, können in Software ausgebildet sein. Zum Beispiel können verschiedene Schaltungen wie beispielsweise eine integrierte Schaltung, diskrete Schaltungen oder ein Schaltmodul, in dem solche Schaltungen kombiniert werden, als Hardware verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen, Beispiele und abgewandelten Beispiele beschränkt und kann auf verschiedene Art und Weise ausgeführt werden, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können technische Merkmale der Ausführungsformen, Beispiele und abgewandelten Beispiele, die technischen Merkmalen der Aspekte entsprechen, die in der Kurzfassung der Erfindung beschrieben wurden, zweckmäßig geändert oder kombiniert werden, um einige oder alle der oben erwähnten Probleme zu lösen oder um einige oder alle der oben erwähnten Vorteile zu erlangen. Die technischen Merkmale können zweckmäßig entfernt werden, solange sie nicht in dieser Spezifikation als essentiell beschrieben werden und solange sie in dieser Spezifikation als nicht essentiell beschrieben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017157283 A [0002]
JP 2017 [0002]
JP 157283 A [0002]

Claims

Gaszufuhrsystem (20) aufweisend: eine Mehrzahl von Tanks (31), die mit einem Gas befüllt werden, wobei das Gas, das in die Mehrzahl von Tanks (31) gefüllt wird, komprimiert ist; ein Zuführrohr (32), das verzweigt ist und mit der Mehrzahl von Tanks (31) verbunden ist, wobei das Zuführrohr (32) derart eingerichtet ist, dass das Gas, das einem Zuführziel zugeführt werden soll, durch das Zufuhrrohr (32) strömt; eine Mehrzahl von Absperrventilen (33), die eingerichtet sind, Verbindungen zwischen der Mehrzahl von Tanks (31) und dem Zuführrohr (32) abzusperren; eine Mehrzahl von Temperaturmesseinheiten (313), die eingerichtet sind, Innentemperaturen der Mehrzahl von Tanks (31) zu messen; und eine Steuereinheit (15), die eingerichtet ist, eine Ventilöffnungssteuerung auszuführen, um die Mehrzahl von Absperrventilen (33) zu einer Startzeit einer Gaszufuhr von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand umzuschalten, wobei die Steuereinheit (15) eingerichtet ist, bei der Ventilöffnungssteuerung jenes Absperrventil (33) zu bestimmen, das von der Mehrzahl von Absperrventilen (33) zuerst geöffnet werden soll, indem sie die Innentemperaturen der Mehrzahl von Tanks (31) verwendet, die bei Gaszufuhrstart durch die Temperaturmesseinheiten (313) gemessen werden.
Gaszufuhrsystem (20) nach Anspruch 1, das ferner ein Einfüllrohr (52) aufweist, das veranlasst, dass das Gas abzweigt und in die Mehrzahl von Tanks (31) strömt, wobei, nachdem eine Befüllung der Mehrzahl von Tanks (31) mit dem Gas über das Einfüllrohr (52) in einem Zustand abgeschlossen wurde, in dem die Mehrzahl von Absperrventilen (33) geschlossen sind, die Steuereinheit (15) eingerichtet ist, bei der Ventilöffnungssteuerung zuerst jenes Absperrventil (33) zu öffnen, das aus der Mehrzahl von Tanks (31) für den Tank (31A, 31B, 31C) ausgebildet ist, der eine größte Schwankung (ΔT) der Innentemperatur aufweist, die bezogen wird, indem die zweiten Temperaturen (T2) der Mehrzahl von Tanks (31), die durch die Temperaturmesseinheiten (313) zur Startzeit der Gaszufuhr gemessen werden, von ersten Temperaturen (T1) der Mehrzahl von Tanks (31), die durch die Temperaturmesseinheiten (313) zu einer Zeit gemessen werden, zu der die Befüllung der Mehrzahl von Tanks (31) mit dem Gas abgeschlossen ist, subtrahiert werden.
Gaszufuhrsystem (20) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (15) eingerichtet ist, bei der Ventilöffnungssteuerung zuerst jenes Absperrventil (33) zu öffnen, das für den Tank (31A, 31B, 31C) ausgebildet ist, der von der Mehrzahl von Tanks (31) die niedrigste Innentemperatur aufweist, die von der Temperaturmesseinheit (313) zur Startzeit der Gaszufuhr gemessen wird.
Gaszufuhrsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine stromabwärtsseitige Komponente, auf die von dem Gas ein Druck aufgebracht wird, wenn das Gas durch das Zufuhrrohr (32) strömt, an dem Zufuhrrohr (32) befestigt ist, und wobei die Steuereinheit (15) eingerichtet ist, zuerst jenes Absperrventil (33) mit der geringsten Strömungsleitungslänge des Gases zu der stromabwärtsseitigen Komponente von den Absperrventilen (33) zu öffnen, die Kandidaten sind, wenn es eine Mehrzahl von Absperrventilen (33) gibt, die Kandidaten sind, bei der Ventilöffnungssteuerung zuerst geöffnet zu werden.
Gaszufuhrsystem (20) nach Anspruch 2, wobei eine stromabwärtsseitige Komponente, auf die von dem Gas ein Druck aufgebracht wird, wenn das Gas durch das Zufuhrrohr (32) strömt, an dem Zufuhrrohr (32) befestigt ist, und wobei die Steuereinheit (15) eingerichtet ist, bei der Ventilöffnungssteuerung von den Absperrventilen (33), die für die Tanks (31A, 31B, 31C) ausgebildet sind, die eine größte Schwankung der Innentemperatur aufweisen, zuerst jenes Absperrventil (33) zu öffnen, das die geringste Strömungsleitungslänge des Gases zu der stromabwärtsseitigen Komponente aufweist, wenn es eine Mehrzahl von Tanks (31) gibt, die die größte Schwankung der Innentemperatur aufweisen.
Gaszufuhrsystem (20) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (15) eingerichtet ist, zuerst jenes Absperrventil (33) zu öffnen, das für jenen Tank (31A, 31B, 31C) ausgebildet ist, der von einer Mehrzahl von Tanks (31A, 31B, 31C), die eine größte Schwankung der Innentemperatur aufweisen, die niedrigste zweite Temperatur aufweist, wenn eine Mehrzahl von Tanks (31) vorhanden ist, die die größte Innentemperaturschwankung der Ventilöffnungssteuerung aufweisen.
Brennstoffzellensystem (100) aufweisend: eine Brennstoffzelle (10); und das Gaszufuhrsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das eingerichtet ist, der Brennstoffzelle (10) ein Reaktionsgas zuzuführen.
Steuerverfahren für ein Gaszufuhrsystem aufweisend: Messen von Innentemperaturen einer Mehrzahl von Tanks (31) zu einer Startzeit einer Gaszufuhr von der Mehrzahl von Tanks (31) an ein Zufuhrziel über ein Zufuhrrohr (32), das verzweigt ist und mit der Mehrzahl von Tanks (31) verbunden ist, wobei das Zufuhrrohr (32) derart eingerichtet ist, dass das Gas, das einem Zufuhrziel zugeführt werden soll, durch das Zufuhrrohr (32) strömt, wenn eine Mehrzahl von Absperrventilen (33), die eingerichtet sind, Verbindungen zwischen dem Zufuhrrohr (32) und der Mehrzahl von Tanks (31) zu versperren, von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand umgeschaltet werden; und Bestimmen des Absperrventils (33), das von der Mehrzahl von Absperrventilen (33) zuerst geöffnet werden soll, um die Gaszufuhr zu starten, unter Verwendung der gemessenen Innentemperaturen der Mehrzahl von Tanks (31).