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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasversorgungssystem und ein Steuerverfahren für ein Gasversorgungssystem.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Es ist ein Gasversorgungssystem bekannt, das ein in mehreren Hochdrucktanks gespeichertes Brenngas über einen Versorgungsströmungsweg, der verzweigt und mit jedem Hochdrucktank verbunden ist, an ein Gasversorgungsziel liefert (siehe z.B. die japanische Patentanmeldung
JP 2013 - 228 059 A ).
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Beim Start der Gasversorgung aus dem Hochdrucktank kann ein Nachteil auftreten, bei dem Vibrationen und Geräusche auftreten und nach außen übertragen werden.
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Die vorliegende Erfindung lässt sich in den folgenden Aspekten realisieren.
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- (1) Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Gasversorgungssystem, umfassend: eine Mehrzahl von Hochdrucktanks, die mit einem Hochdruckgas gefüllt sind, wobei die Hochdrucktanks zumindest unterschiedliche Längen in Längsrichtung aufweisen; eine Mehrzahl von Versorgungsleitungen, die jeweils ein erstes Ende, das mit einem entsprechenden der Hochdrucktanks verbunden ist, und ein zweites Ende aufweisen; ein versorgungsseitiges Sammelrohr, mit dem das zweite Ende jeder der Versorgungsleitungen verbunden ist; eine Mehrzahl von Magnet- bzw. Solenoidventilen, die in den jeweiligen Versorgungsleitungen angeordnet sind; einen ersten Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er einen ersten Druck erfasst, der sich auf einen Innendruck der Hochdrucktanks bezieht; einen zweiten Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Druck am versorgungsseitigen Sammelrohr erfasst; und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das Solenoidventil, das dem Hochdrucktank entspricht, der von der Mehrzahl von Hochdrucktanks ein größtes Verhältnis der Länge in Längsrichtung zu einer Breite der kurzen Seite aufweist, so zu steuern, dass dieses zuerst öffnet, und dann das Solenoidventil, das dem verbleibenden Hochdrucktank entspricht, so zu steuern, dass dieses öffnet, wenn ein Wert, der durch Subtrahieren des durch den zweiten Drucksensor erfassten Drucks von dem durch den ersten Drucksensor erfassten Druck erhalten wird, zum Zeitpunkt der Aktivierung des Gasversorgungssystems größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Gemäß dem Gasversorgungssystem des ersten Aspekts wird in einem Zustand, in dem der Innendruck der Hochdrucktanks größer ist als der Druck der Versorgungsleitungen und daher eher Vibrationen und Lärm von den Magnet- bzw. Solenoidventilen erzeugt werden, das Solenoidventil, das dem Hochdrucktank entspricht, der ein großes Verhältnis der Länge in Längsrichtung zu der Breite der kurzen Seite aufweist und daher wahrscheinlich keine Vibrationen und Lärm verstärkt, so gesteuert, dass es zuerst öffnet. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen Nachteil zu unterdrücken, bei dem die Vibrationen und Geräusche, die von den Solenoidventilen bei der Gasversorgung erzeugt werden können, von den Hochdrucktanks nach außen übertragen werden.
- (2) Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie die Solenoidventile so steuert, dass diese gleichzeitig öffnen, wenn der Wert, der durch Subtrahieren des durch den zweiten Drucksensor erfassten zweiten Drucks von dem durch den ersten Drucksensor erfassten ersten Druck erhalten wird, gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist. Gemäß dem Gasversorgungssystem dieses Aspekts kann die Steuervorrichtung auf Basis der Erfassungsergebnisse des ersten und zweiten Drucksensors den Zustand bestimmen, in dem keine Auswirkungen auf die Erzeugung von Vibrationen und Geräuschen bestehen, und kann die den Hochdrucktanks entsprechenden Solenoidventile so steuern, dass sie sich innerhalb einer kurzen Zeitspanne öffnen.
- (3) Das Gasversorgungssystem dieses Aspekts kann ferner umfassen: eine Mehrzahl von Füllrohren, von denen jedes ein erstes Ende, das mit einem der entsprechenden Hochdrucktanks verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist; und ein befüllungsseitiges Sammelrohr, mit dem das zweite Ende jedes der Füllrohre verbunden ist. Der erste Drucksensor kann in dem befüllungsseitigen Sammelrohr angeordnet sein. Gemäß dem Gasversorgungssystem dieses Aspekts kann der Innendruck der Hochdrucktanks mit einer einfachen Konfiguration unter Verwendung eines einzigen Drucksensors erfasst werden, der in dem befüllungsseitigen Sammelrohr angeordnet ist, mit dem die Versorgungsleitungen verbunden sind.
- (4) Nach einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Steuerverfahren für ein Gasversorgungssystem. Das Steuerverfahren umfasst: Steuern, wenn ein Wert, der erhalten wird durch Subtrahieren eines zweiten Drucks in einem versorgungsseitigen Sammelrohr, mit dem zweite Enden einer Mehrzahl von Versorgungsleitungen verbunden sind, von einem ersten Druck einer Mehrzahl von Hochdrucktanks, die zumindest unterschiedliche Längen in Längsrichtung aufweisen und mit denen jeweils erste Enden der Mehrzahl von Versorgungsleitungen verbunden sind, zum Zeitpunkt der Aktivierung des Gasversorgungssystems größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, eines Solenoidventils, das dem Hochdrucktank entspricht, der von der Mehrzahl von Hochdrucktanks ein größtes Verhältnis der Länge in Längsrichtung zu einer Breite der kurzen Seite aufweist, derart, dass dieses zuerst öffnet, und dann Steuern eines Solenoidventils, das dem verbleibenden Hochdrucktank entspricht, derart, dass dieses öffnet. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene andere Weise als dem Gasversorgungssystem und dem Steuerverfahren für ein Gasversorgungssystem realisiert werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung in Form eines mit dem Gasversorgungssystem ausgestatteten Brennstoffzellensystems, eines mit dem Gasversorgungssystem ausgestatteten Fahrzeugs, in Form von Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem und das Fahrzeug, in Form eines Computerprogramms, das die Steuerverfahren realisiert, und in Form eines nicht-flüchtigen Speichermediums, das das Computerprogramm speichert, realisiert werden.
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Figurenliste
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Die Merkmale und Vorteile sowie technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleichartige Bezugszeichen gleichartige Elemente bezeichnen, hierbei zeigt:
- 1 eine erläuternde Darstellung, die schematisch ein Brennstoffzellensystem darstellt;
- 2 eine Schnittansicht, die ein Solenoidventil in geöffnetem Zustand zeigt;
- 3 eine erläuternde Darstellung, die schematisch die Konfiguration eines ersten Hochdrucktanks zeigt;
- 4 eine erläuternde Darstellung, die schematisch die Konfiguration eines zweiten Hochdrucktanks zeigt; und
- 5 ein Flussdiagramm, das eine Steuerung der Gasversorgung bzw. Gaszufuhrsteuerung durch eine Steuervorrichtung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch ein Brennstoffzellensystem 10 mit einem Gasversorgungssystem 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Das Brennstoffzellensystem 10 ist z.B. an einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert, das die Brennstoffzelle als Antriebsquelle nutzt. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst ein Gasversorgungssystem 100, eine Brennstoffzelle 90 und ein Luftversorgungssystem 200.
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Das Luftversorgungssystem 200 umfasst einen Kompressor 70, eine Luftzufuhrleitung 71, eine Luftauslassleitung 74 und ein Auslassdurchflussmengen-Einstellventil 73. Die Luftzufuhrleitung 71 ist mit einem Kathodenversorgungsanschluss der Brennstoffzelle 90 verbunden. Die Luftauslassleitung 74 verbindet einen Kathodenauslassanschluss mit der Atmosphäre. Der von einem Motor angetriebene Kompressor 70 ist an der Luftzufuhrleitung 71 vorgesehen, und das Auslassdurchflussmengen-Einstellventil 73 befindet sich in der Luftauslassleitung 74. Im Luftversorgungssystem 200 wird die Durchflussmenge der Luft, die einer Kathode der Brennstoffzelle 90 zugeführt wird, durch den Kompressor 70 und das Auslassdurchflussmengen-Einstellventil 73 gesteuert. Nicht verbrauchte Luft (auch Kathodenabgas genannt), die von dem Kathodenauslassanschluss abgegeben wird, wird aus der Luftauslassleitung 74 an die Atmosphäre abgegeben.
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Das Gasversorgungssystem 100 versorgt die Brennstoffzelle 90 mit einem Brenngas, das in mehreren Hochdrucktanks unter hohem Druck gespeichert ist (z.B. ein Wasserstoffgas). Das Gasversorgungssystem 100 umfasst mehrere Hochdrucktanks, eine Steuervorrichtung 80, ein Wasserstoffbefüllsystem HF und ein Wasserstoffversorgungssystem HS. Das Wasserstoffbefüllsystem HF füllt Wasserstoffgas aus einer Wasserstoffversorgungsquelle wie z.B. einer Wasserstoffstation ein. Das Wasserstoffversorgungssystem HS liefert Wasserstoffgas aus den Hochdrucktanks an die Brennstoffzelle 90, die ein Gasversorgungsziel ist.
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Die Brennstoffzelle 90 besteht aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Brennstoffzellen. Jede Brennstoffzelle enthält eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA), in der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode auf die jeweiligen Seiten einer Elektrolytmembran geklebt sind. Die Brennstoffzelle 90 erzeugt elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Wasserstoffgas als Brenngas und Sauerstoffgas als Oxidationsgas und treibt mit der erzeugten elektrischen Leistung Verbraucher wie z.B. einen Antriebsmotor an.
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In der ersten Ausführungsform umfasst das Gasversorgungssystem 100 zwei Hochdrucktanks, d.h. einen ersten Hochdrucktank 50L und einen zweiten Hochdrucktank 50S. Im Gasversorgungssystem 100 ist die Anzahl der Hochdrucktanks nicht auf zwei begrenzt. Das Gasversorgungssystem 100 kann drei oder mehr Hochdrucktanks umfassen.
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Die Hochdrucktanks 50L, 50S sind über Ventileinheiten 60L, 60S an das Wasserstoffbefüllsystem HF und das Wasserstoffversorgungssystem HS angeschlossen. Die Ventileinheit 60L ist mit dem ersten Hochdrucktank 50L verbunden und die Ventileinheit 60S ist mit dem zweiten Hochdrucktank 50S verbunden. Die Ventileinheiten 60L, 60S sind jeweils ein Strukturkörper mit mehreren Strömungswegen und mehreren Ventilen darin. Die Ventileinheiten 60L, 60S schalten zwischen dem Öffnen und Schließen der Ventile um, um zwischen dem Befüllen der Hochdrucktanks 50L, 50S mit Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffbefüllsystem HF und der Zufuhr des Wasserstoffgases aus jedem der Hochdrucktanks 50L, 50S in das Wasserstoffversorgungssystem HS umzuschalten.
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Das Wasserstoffbefüllsystem HF umfasst eine Aufnahme 20, ein erstes Füllrohr 21, ein befüllungsseitiges Sammelrohr 22 und zweite Füllrohre 24L, 24S. Ein Ende des ersten Füllrohrs 21 ist mit der Aufnahme 20 verbunden. Ein Ende des zweiten Füllrohrs 24L ist mit einem befüllungsseitigen Anschluss PF1 der Ventileinheit 60L verbunden. Ein Ende des zweiten Füllrohrs 24S ist mit einem befüllungsseitigen Anschluss PF2 der Ventileinheit 60S verbunden.
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Das befüllungsseitige Sammelrohr 22 ist ein Leitungsweg zur Verzweigung eines Strömungsweges in eine Mehrzahl von Strömungswegen. Das andere Ende des ersten Füllrohrs 21 und die anderen Enden der zweiten Füllrohre 24L, 24S sind mit dem befüllungsseitigen Sammelrohr 22 verbunden, um das von dem ersten Füllrohr 21 zugeführte Wasserstoffgas jedem der zweiten Füllrohre 24L, 24S zuzuführen. Das befüllungsseitige Sammelrohr 22 ist mit einem ersten Drucksensor 28 ausgebildet. Der erste Drucksensor 28 erfasst einen ersten Druck, der sich auf einen Innendruck der Hochdrucktanks 50L, 50S bezieht. Der Begriff „erster Druck, der sich auf einen Innendruck der Hochdrucktanks bezieht“ bezeichnet einen Druck zur direkten oder indirekten Erfassung des Innendrucks der Hochdrucktanks 50L, 50S. In der ersten Ausführungsform sind der Druck in dem befüllungsseitigen Sammelrohr 22, das mit den Hochdrucktanks 50L, 50S verbunden ist, der Druck in den zweiten Füllrohren 24L, 24S und der Innendruck in den Hochdrucktanks 50L, 50S gleich groß. Daher erfasst der erste Drucksensor 28 indirekt den Innendruck in den Hochdruckbehältem 50L, 50S, indem er den Druck im befüllungsseitigen Sammelrohr 22 erfasst. Die Aufnahme 20 wird an eine Gasversorgungsquelle wie z.B. eine Wasserstoffstation (nicht abgebildet) angeschlossen. Das über die Aufnahme 20 zugeführte Wasserstoffgas strömt durch das erste Füllrohr 21 in das befüllungsseitige Sammelrohr 22 und wird über die zweiten Füllrohre 24L, 24S zu den Hochdrucktanks 50L, 50S geleitet.
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Das Wasserstoffversorgungssystem HS umfasst ein versorgungsseitiges Sammelrohr 32, eine erste Versorgungsleitung 34, zweite Versorgungsleitungen 30L, 30S, eine Zirkulationsleitung 42 und eine Auslassleitung 44. Ein Ende der ersten Versorgungsleitung 34 ist mit einem Wasserstoffversorgungsanschluss der Brennstoffzelle 90 verbunden. Ein Ende der zweiten Versorgungsleitung 30L ist mit einem versorgungsseitigen Anschluss PS1 der Ventileinheit 60L verbunden. Ein Ende der zweiten Versorgungsleitung 30S ist mit einem versorgungsseitigen Anschluss PS2 der Ventileinheit 60S verbunden.
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Das versorgungsseitige Sammelrohr 32 ist ein Leitungsweg zum Zusammenführen der mehreren Strömungswege zu einem Strömungsweg. Das andere Ende der ersten Versorgungsleitung 34 und die anderen Enden der zweiten Versorgungsleitungen 30L, 30S sind mit dem versorgungsseitigen Sammelrohr 32 verbunden, um das von jeder der zweiten Versorgungsleitungen 30L, 30S zugeführte Wasserstoffgas der ersten Versorgungsleitung 34 zuzuführen. Das versorgungsseitige Sammelrohr 32 ist mit einem zweiten Drucksensor 38 ausgebildet. Der zweite Drucksensor 38 erfasst den Druck des Wasserstoffversorgungssystems HS. Genauer gesagt erfasst der zweite Drucksensor 38 den Innendruck der zweiten Versorgungsleitungen 30L, 30S und den Innendruck der ersten Versorgungsleitung 34, die sich im Gleichgewicht zueinander befinden.
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Die erste Versorgungsleitung 34 umfasst ein Druckminderventil 36 und einen Injektor 40 in dieser Reihenfolge von der Seite des versorgungsseitigen Sammelrohrs 32. Das Druckminderventil 36 wird unter der Steuerung der Steuervorrichtung 80 angesteuert, entspannt das Wasserstoffgas und führt das drucklose Wasserstoffgas dem Injektor 40 zu. Der Injektor 40 wird unter der Steuerung der Steuervorrichtung 80 angetrieben und spritzt das Wasserstoffgas in die Brennstoffzelle 90 ein, um das Wasserstoffgas der Brennstoffzelle 90 zuzuführen.
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Ein Ende der Zirkulationsleitung 42 ist mit einem Auslassanschluss der Brennstoffzelle 90 verbunden. Das andere Ende der Zirkulationsleitung 42 ist mit der ersten Versorgungsleitung 34 an einer Stelle des Injektors 40 auf der Seite der Brennstoffzelle 90 verbunden. Die Zirkulationsleitung 42 ist mit einer Zirkulationspumpe 48 ausgebildet. Die Zirkulationspumpe 48 wird unter der Steuerung der Steuervorrichtung 80 angetrieben und zirkuliert nicht verbrauchtes Wasserstoffgas, das in dem von der Brennstoffzelle 90 abgegebenen Abgas enthalten ist, zur Brennstoffzelle 90.
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Die Auslassleitung 44 ist mit der Zirkulationsleitung 42 an einer Stelle verbunden, die näher an dem Auslassanschluss der Brennstoffzelle 90 liegt als die Position der Zirkulationspumpe 48. Ein Ende der Auslassleitung 44 ist mit der Luftauslassleitung 74 des Luftversorgungssystems 200 verbunden. Das andere Ende der Auslassleitung 44 ist mit der Zirkulationsleitung 42 verbunden. Die Auslassleitung 44 enthält ein Auslassventil 43. Das Auslassventil 43 wird unter der Steuerung der Steuervorrichtung 80 angesteuert und leitet das aus der Brennstoffzelle 90 austretende Abgas über die Auslassleitung 44 und die Luftauslassleitung 74 in die Atmosphäre ab.
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Als nächstes werden die Ventileinheiten 60L, 60S beschrieben, die mit den Hochdrucktanks 50L, 50S verbunden sind. Die Ventileinheit 64L des ersten Hochdrucktanks 50L enthält ein befüllungsseitiges Rückschlagventil 61L, ein Hauptabsperrventil 62L, ein Magnet- bzw. Solenoidventil 64L und ein versorgungsseitiges Rückschlagventil 65L. Die Ventileinheit 60S des zweiten Hochdrucktanks 50S enthält ein befüllungsseitiges Rückschlagventil 61S, ein Hauptabsperrventil 62S, ein Magnet- bzw. Solenoidventil 64S und ein versorgungsseitiges Rückschlagventil 65S.
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Das Hauptabsperrventil 62L ist ein manuelles Ventil, das zwischen dem Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen dem ersten Hochdrucktank 50L und dem zweiten Füllrohr 24L und der zweiten Versorgungsleitung 30L umschaltet. Das Hauptabsperrventil 62S ist ein manuelles Ventil, das zwischen dem Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen dem zweiten Hochdrucktank 50S und dem zweiten Füllrohr 24S und der zweiten Versorgungsleitung 30S umschaltet. Jedes der Hauptabsperrventile 62L, 62S wird durch manuelle Betätigung geöffnet, bevor das Gasversorgungssystem 100 an ein Fahrzeug montiert wird. Die befüllungsseitigen Rückschlagventile 61L, 61S regeln den Durchfluss des Wasserstoffgases in den zweiten Füllrohren 24L, 24S nur in einer Richtung von der Seite des befüllungsseitigen Sammelrohrs 22 zu den Hochdrucktanks 50L, 50S. Die Solenoidventile 64L, 64S werden durch die Steuervorrichtung 80 so angesteuert, dass die Solenoidventile 64L, 64S zum Öffnen und Schließen angetrieben werden. Das Solenoidventil 64L ist ein Solenoidventil, das dem ersten Hochdrucktank 50L entspricht. Das „Solenoidventil 64L ist ein Solenoidventil, das dem ersten Hochdrucktank 50L entspricht“ bezeichnet ein Solenoidventil, das zwischen dem Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen dem ersten Hochdrucktank 50L und der zweiten Versorgungsleitung 30L, die mit dem ersten Hochdrucktank 50L verbunden ist, umschaltet. Das Solenoidventil 64S ist ein Solenoidventil, das dem zweiten Hochdrucktank 50S entspricht und zwischen dem Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen dem zweiten Hochdrucktank 50S und der zweiten Versorgungsleitung 30S umschaltet. Die versorgungsseitigen Rückschlagventile 65L, 65S regulieren den Durchfluss des Wasserstoffgases in den zweiten Versorgungsleitungen 30L, 30S nur in einer Richtung von jedem der Hochdrucktanks 50L, 50S zum versorgungsseitigen Sammelrohr 32.
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Die Steuervorrichtung 80 besteht aus einem Mikrocomputer mit einem Mikroprozessor, der eine logische Operation ausführt, und einem Speicher wie z.B. einem Festspeicher (ROM) oder einem Arbeitsspeicher (RAM). Der Mikroprozessor führt ein in dem Speicher gespeichertes Programm aus, so dass die Steuervorrichtung 80 verschiedene Steuerungen für die Brennstoffzelle 90 ausführt, einschließlich der Steuerung zum Öffnen und Schließen der Ventile, wie z.B. des Injektors 40, des Druckminderventils 36 und der Solenoidventile 64L, 64S. Im Gasversorgungssystem 100 der ersten Ausführungsform führt die Steuervorrichtung 80, wie später beschrieben, eine Gaszufuhrsteuerung unter Verwendung der Erfassungsergebnisse des ersten Drucksensors 28 und des zweiten Drucksensors 38 aus.
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Unter Bezugnahme auf 2 werden Einzelheiten des Solenoidventils 64L beschrieben. 2 ist eine Schnittdarstellung des Solenoidventils 64L, das sich im geöffneten Zustand befindet. Das Solenoidventil 64L umfasst einen Ventilkörper 641, einen Ventilsitz 642, eine Spule 643, einen Anschlag 644 und einen Verbindungsraum 645, in dem der Ventilkörper 641 untergebracht ist. Es sei angemerkt, dass die Konfiguration des Solenoidventils 64S die gleiche ist wie die des Solenoidventils 64L, und auf eine Beschreibung hiervon verzichtet wird.
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Strömungswege 66L bis 68L sind im Solenoidventil 64L ausgebildet. Der Strömungsweg 66L fungiert als Teil der zweiten Versorgungsleitung 30L und ist ein Strömungsweg zur Verbindung des ersten Hochdrucktanks 50L mit dem Verbindungsraum 645. Der Strömungsweg 67L fungiert als Teil der zweiten Versorgungsleitung 30L und ist mit dem Verbindungsraum 645 verbunden. Der Strömungsweg 68L ist ein Strömungsweg zur Verbindung des Verbindungsraums 645 mit der Außenseite des Solenoidventils 64L. Der Strömungsweg 68L wird durch ein Druckeinstellventil (nicht abgebildet) geschlossen.
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Der aus einem Magnetkörper gebildete Ventilkörper 641 gleitet innerhalb des Verbindungsraums 645 entsprechend der Erregung und Entmagnetisierung der Spule 643, so dass das Solenoidventil 64L zwischen einem offenen und einem geschlossenen Ventilzustand umgeschaltet werden kann. Das Solenoidventil 64L ist geschlossen, wenn ein vorderes bzw. distales Ende des Ventilkörpers 641 auf dem Ventilsitz 642 sitzt, und ist geöffnet, wenn das distale Ende des Ventilkörpers 641 vom Ventilsitz 642 getrennt ist. Bei dieser Konfiguration wird ein Strömungsweg zur Verbindung des Strömungswegs 66L und des Strömungswegs 67L geöffnet und geschlossen.
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Ein Anschlag 644 fungiert als Teil einer Wandfläche des Verbindungsraums 645. Ein Gleitbereich des Ventilkörpers 641 ist so eingeschränkt, dass eine Wandfläche 644W des Anschlags 644 mit einer offenen Endfläche 641W des Ventilkörpers 641 in Kontakt kommt. Wenn das Solenoidventil 64L in einem Zustand geöffnet wird, in dem der Innendruck des ersten Hochdrucktanks 50L größer ist als der Druck der zweiten Versorgungsleitung 30L, stößt eine Endfläche 641W des Ventilkörpers 641 mit der Wandfläche 644W des Anschlag 644 zusammen, was zur Erzeugung von Vibrationen und Geräuschen führen kann.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 werden Details des ersten Hochdrucktanks 50L und des zweiten Hochdrucktanks 50S beschrieben. 3 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch die Konfiguration des ersten Hochdrucktanks 50L zeigt. In 3 ist eine Mittelachse AX1 des ersten Hochdrucktanks 50L durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
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Der erste Hochdrucktank 50L hat eine längliche Form entlang der Mittelachse AX1. 3 zeigt schematisch eine Länge in Längsrichtung TL1 des ersten Hochdrucktanks 50L entlang der Mittelachse AX1 und eine Breite der kurzen Seite TW1 des ersten Hochdrucktanks 50L. Die Breite der kurzen Seite des Hochdrucktanks bezeichnet einen Durchmesser, wenn eine Querschnittsform des Hochdrucktanks in Richtung der kurzen Seite kreisförmig ist, und bezeichnet die maximale Breite der Querschnittsform, wenn die Querschnittsform eine andere Form als einen Kreis hat. In der ersten Ausführungsform ist die Breite der kurzen Seite TW1 des ersten Hochdrucktanks 50L gleich einem Durchmesser der Querschnittsform des ersten Hochdrucktanks 50L, der kreisförmig ist, d.h. einem Tankdurchmesser.
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4 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch die Konfiguration des zweiten Hochdrucktanks 50S zeigt. Der zweite Hochdrucktank 50S hat eine andere Form als der erste Hochdrucktank 50L. Die übrigen Konfigurationen des zweiten Hochdrucktanks 50S sind die gleichen wie die des ersten Hochdrucktanks 50L.
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4 zeigt eine Länge in Längsrichtung TL2 entlang einer Mittelachse AX2 des zweiten Hochdrucktanks 50S und eine Breite der kurzen Seite TW2 des zweiten Hochdrucktanks 50S. Die Länge in Längsrichtung TL2 ist kleiner als die Länge in Längsrichtung TL1 des ersten Hochdrucktanks 50L. Die Breite der kurzen Seite TW2 ist ein Tankdurchmesser des zweiten Hochdrucktanks 50S und größer als die Breite der kurzen Seite TW1 des ersten Hochdrucktanks 50L.
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Auf den Hochdrucktank übertragene Vibrationen und Geräusche werden mit größerer Wahrscheinlichkeit verstärkt, wenn das Verhältnis der Länge in Längsrichtung des Hochdrucktanks zur Breite der kurzen Seite nahe 1 ist und die Form des Hochdrucktanks sich einer Kugel annähert. In diesem Fall ist es wahrscheinlicher, dass der Hochdrucktank Vibrationen und Lärm nach außen überträgt. Wenn das Verhältnis der Länge in Längsrichtung zur Breite der kurzen Seite konstant ist, ist es wahrscheinlicher, dass Vibrationen und Lärm verstärkt werden, wenn die Länge in Längsrichtung des Hochdrucktanks kleiner wird. Im ersten Hochdrucktank 50L ist ein Verhältnis K1 ein Verhältnis der Länge in Längsrichtung TL1 zur Breite der kurzen TW1. Im zweiten Hochdrucktank 50S ist ein Verhältnis K2 ein Verhältnis der Länge in Längsrichtung TL2 zur Breite der kurzen Seite TW2. Im Gasversorgungssystem 100 der ersten Ausführungsform sind sowohl das Verhältnis K1 als auch das Verhältnis K2 größer als 1, und das Verhältnis K1 ist größer als das Verhältnis K2. Das heißt, bei der ersten Ausführungsform überträgt der zweite Hochdrucktank 50S im Vergleich zum ersten Hochdrucktank 50L eher Vibrationen und Geräusche nach außen.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird die Steuerung der Gasversorgung bzw. Gaszufuhrsteuerung durch die Steuervorrichtung 80 des Gasversorgungssystems 100 in der ersten Ausführungsform beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, das die von der Steuervorrichtung 80 ausgeführte Gaszufuhrsteuerung zeigt. Die in 5 dargestellte Gaszufuhrsteuerung wird z.B. bei der Aktivierung des Gasversorgungssystems 100 durch Einschalten eines Startschalters in einem mit dem Gasversorgungssystem 100 ausgerüsteten Fahrzeug gestartet. Zum Zeitpunkt der Aktivierung des Gasversorgungssystems 100 sind das Druckminderventil 36 und die Solenoidventile 64L, 64S geschlossen und die Hauptabsperrventile 62L, 62S sind geöffnet.
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Wenn das Gasversorgungssystem 100 aktiviert wird, erfasst die Steuervorrichtung 80 die Erfassungsergebnisse des ersten Drucksensors 28 und des zweiten Drucksensors 38 (Schritt S10). Ein durch den ersten Drucksensor 28 erfasster Druck P1 bezeichnet den Innendruck der Hochdrucktanks 50L, 50S wie oben beschrieben. Ein durch den zweiten Drucksensor 38 erfasster Druck P2 bezeichnet den Innendruck der zweiten Versorgungsleitungen 30L, 30S und der ersten Versorgungsleitung 34 von den Solenoidventilen 64L, 64S zum Druckminderventil 36.
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Wenn die Steuervorrichtung 80 den Druck P1 und den Druck P2 erfasst, führt die Steuervorrichtung 80 eine Berechnung durch, indem der Druck P2 vom Druck P1 subtrahiert wird, vergleicht das Berechnungsergebnis mit einem vorbestimmten Schwellenwert TS und stellt fest, ob das Berechnungsergebnis größer als der Schwellenwert TS ist (Schritt S20). Der Schwellenwert TS ist vorzugsweise z.B. 5 MPa oder mehr. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen Effekt durch einen Fehler zu reduzieren, der durch eine Erfassungsgenauigkeit des ersten und zweiten Drucksensors 28, 38 verursacht wird. Der Schwellenwert TS liegt vorzugsweise bei 10 MPa oder mehr. Dementsprechend ist es möglich, einen Bereich auszuschließen, in dem die von den Solenoidventilen 64L, 64S erzeugten Vibrationen und Geräusche gering sind, und somit eine unnötige Einschränkung der Öffnungsreihenfolge der Solenoidventile 64L, 64S zu vermeiden.
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Wenn die Steuervorrichtung 80 feststellt, dass das Berechnungsergebnis gleich oder kleiner als der Schwellenwert TS ist (S20: NEIN), steuert die Steuervorrichtung 80 die den Hochdrucktanks 50L, 50S entsprechenden Solenoidventile 64L, 64S derart, dass diese gleichzeitig öffnen (Schritt S50). „Steuerung der Solenoidventile zum gleichzeitigen öffnen“ bedeutet, dass die Solenoidventile innerhalb von 0,1 Sek. zum Öffnen gesteuert werden. Der Zeitpunkt zur Steuerung der Solenoidventile 64L, 64S zum gleichzeitigen Öffnen ist nicht auf den gleichzeitige Zeitpunkt beschränkt. Die Solenoidventile 64L, 64S können in jeder geeigneten Reihenfolge geöffnet werden. Die Steuervorrichtung 80 beendet die Routine, wenn die Solenoidventile 64L, 64S geöffnet sind.
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Wenn die Steuervorrichtung 80 feststellt, dass das Berechnungsergebnis größer als der Schwellenwert TS ist (S20: JA), wird zunächst das Solenoidventil geöffnet, das demjenigen Hochdrucktank mit dem größten Verhältnis von Länge in Längsrichtung zur Breite der kurzen Seite von den mehreren Hochdrucktanks entspricht (Schritt S30). Im Gasversorgungssystem 100 der ersten Ausführungsform ist das Verhältnis K1 des ersten Hochdrucktanks 50L grösser als das Verhältnis K2 des zweiten Hochdrucktanks 50S. Daher steuert die Steuervorrichtung 80 das dem ersten Hochdrucktank 50L entsprechende Solenoidventil 64L so an, dass es zuerst öffnet. Wenn z.B. die Breiten der kurzen Seite der Hochdrucktanks gleich sind, beispielsweise wenn die Tankdurchmesser der Hochdrucktanks im Wesentlichen gleich sind, kann die Steuervorrichtung 80 im Schritt S30 die Reihenfolge des Öffnens der Solenoidventile anhand der Länge in Längsrichtung jedes Hochdrucktanks bestimmen und das Solenoidventil, das einem Hochdrucktank mit der längsten Länge in Längsrichtung von den Hochdrucktanks entspricht, so steuern, dass es zuerst öffnet. Wenn das Verhältnis zwischen der Länge in Längsrichtung und der Breite der kurzen Seite gleich ist, die Länge in Längsrichtung bei den Hochdrucktanks jedoch unterschiedlich ist, kann die Steuereinrichtung 80 das Solenoidventil steuern, das dem Hochdrucktank mit der längsten Länge in Längsrichtung entspricht, so dass es zuerst öffnet.
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Nachdem das Solenoidventil 64, das dem ersten Hochdrucktank 50L entspricht, geöffnet ist, steuert die Steuereinrichtung 80 das Solenoidventil 64S, das dem zweiten Hochdrucktank 50S entspricht, zum Öffnen an (Schritt S40). Das heißt, das Solenoidventil 64S wird geöffnet, nachdem das Gas aus dem ersten Hochdrucktank 50L zugeführt und eine Druckdifferenz zwischen den Hochdrucktanks 50L, 50S und den zweiten Versorgungsleitungen 30L, 30S verringert wurde. Wenn das Gasversorgungssystem 100 drei oder mehr Hochdrucktanks umfasst, kann die Steuereinrichtung 80 das Solenoidventil, das einem Hochdrucktank mit dem größten Verhältnis zwischen der Länge in Längsrichtung und der Breite der kurzen Seite entspricht, so steuern, dass es zuerst öffnet, und dann alle Solenoidventile, die den übrigen Hochdrucktanks entsprechen, so steuern, dass sie gleichzeitig oder in einer geeigneten Reihenfolge öffnen. Die „verbleibenden Hochdrucktanks“ bezeichnen die Hochdrucktanks, die sich von dem Hochdrucktank unterscheiden, für den das entsprechende Solenoidventil in Schritt S30 zuerst geöffnet wird, und die über die entsprechenden Solenoidventile verfügen, die geöffnet werden sollen. In einer Form, in der das Gasversorgungssystem 100 so konfiguriert ist, dass es jedes Mal, wenn das Gas in einem Hochdrucktank vollständig verbraucht ist, nach und nach in Schritt S40 auf einen anderen Hochdrucktank mit einem zu öffnenden Solenoidventil umschaltet, wird der Hochdrucktank, für den das entsprechende Solenoidventil nicht geöffnet werden soll, nicht zu den „verbleibenden Hochdrucktanks“ gezählt. Die Steuervorrichtung 80 beendet die Routine, nachdem die Solenoidventile 64L, 64S geöffnet sind.
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Wie oben beschrieben, steuert die Steuervorrichtung 80 gemäß dem Gasversorgungssystem 100 der ersten Ausführungsform das Solenoidventil 64L, das dem ersten Hochdrucktank 50L mit dem größten Verhältnis von Länge in Längsrichtung zur Breite der kurzen Seite entspricht, derart, dass es zuerst öffnet, und steuert dann das Solenoidventil 64S, das dem zweiten Hochdrucktank 50S entspricht, derart, dass es öffnet, wenn ein Wert, der durch Subtrahieren des vom zweiten Drucksensor 38 erfassten Drucks P2 von dem vom ersten Drucksensor 28 erfassten Druck P1 erhalten wird, zum Zeitpunkt der Aktivierung des Gasversorgungssystems 100 größer als der vorbestimmte Schwellenwert TS ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, bei der Gasversorgung einen Nachteil zu unterdrücken, bei dem Vibrationen und Geräusche, die durch die Solenoidventile 64L, 64S erzeugt werden können, durch die Hochdruckbehälter 50L, 50S verstärkt und dann nach außen übertragen werden.
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Nach dem Gasversorgungssystem 100 der ersten Ausführungsform steuert die Steuervorrichtung 80 die Solenoidventile 64L, 64S so, dass sie gleichzeitig öffnen, wenn der Wert, der durch Subtraktion des vom zweiten Drucksensor 38 erfassten Drucks P2 von dem vom ersten Drucksensor 28 erfassten Druck PI erhalten wird, gleich oder kleiner als der Schwellenwert TS ist. Mit dieser Konfiguration kann die Steuervorrichtung 80 die den Hochdruckbehältern 50L bzw. 50S entsprechenden Solenoidventile 64L, 64S so steuern, dass sie innerhalb einer kurzen Zeitspanne öffnen, indem sie auf Basis der Erfassungsergebnisse des ersten und zweiten Drucksensors 28, 38 den Zustand bestimmt, in dem keine Auswirkung auf die Erzeugung von Vibrationen und Lärm besteht.
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Gemäß dem Gasversorgungssystem 100 der ersten Ausführungsform ist der erste Drucksensor 28 in dem befüllungsseitigen Sammelrohr 22 angeordnet, mit dem die Mehrzahl der zweiten Füllrohre 24L, 24S verbunden ist. Somit kann der Innendruck jedes der Hochdrucktanks 50L, 50S mit einer einfachen Konfiguration mit einem einzigen Drucksensor erfasst werden.
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Andere Ausführungsformen
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- (B1) Bei der ersten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem sich die Länge in Längsrichtung zwischen dem ersten Hochdrucktank 50L und dem zweiten Hochdrucktank 50S unterscheidet. Wenn das Gasversorgungssystem 100 drei oder mehr Hochdrucktanks umfasst, brauchen nicht alle Hochdrucktanks voneinander unterschiedliche Längen in Längsrichtung haben. So kann z.B. einer der Hochdrucktanks die längste Länge in Längsrichtung haben, und die übrigen Hochdrucktanks können die gleichen Längen in Längsrichtung haben. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung 80 die Gaszufuhrsteuerung so ausführen, dass das Solenoidventil, das dem Hochdrucktank mit dem größten Verhältnis der Länge in Längsrichtung zur Breite der kurzen Seite entspricht, zuerst öffnet, wenn der vom ersten Drucksensor 28 erfasste Druck P1 größer ist als der vom zweiten Drucksensor 38 erfasste Druck P2.
- (B2) Bei der ersten Ausführungsform führt die Steuervorrichtung 80, nachdem die Steuervorrichtung 80 den Druck P1 und den Druck P2 erfasst hat, eine Berechnung durch, indem sie den Druck P2 vom Druck P1 subtrahiert, vergleicht das Berechnungsergebnis mit dem vorbestimmten Schwellenwert TS und bestimmt in Schritt S20, ob das Berechnungsergebnis größer als der Schwellenwert TS ist. Im Gegensatz dazu kann die Steuervorrichtung 80 bestimmen, ob der Druck P1 größer als der Druck P2 ist, indem sie den Druck P1 und den Druck P2 vergleicht, ohne den Schwellenwert TS anzugeben. Die Feststellung, ob der Druck P1 größer als der Druck P2 ist, kann durch Setzen des Schwellenwertes TS nahe Null erfolgen.
- (B3) Bei der ersten Ausführungsform ist der erste Drucksensor 28 in dem befüllungsseitigen Sammelrohr 22 angeordnet. Der Innendruck der Hochdrucktanks kann jedoch indirekt erfasst werden, indem der erste Drucksensor 28 in einem beliebigen Leitungsweg des Wasserstoffbefüllsystems HF, wie z.B. in den zweiten Füllrohren 24L, 24S, angeordnet wird und ein erster Druckwert bezogen auf den Innendruck der Hochdrucktanks im Gasversorgungssystem 100 erfasst wird.
- (B4) Bei der ersten Ausführungsform werden die Solenoidventile 64L, 64S so gesteuert, dass sie gleichzeitig öffnen, wenn der Wert, der durch Subtrahieren des vom zweiten Drucksensor 38 erfassten Drucks P2 von dem vom ersten Drucksensor 28 erfassten Druck P1 erhalten wird, gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert TS ist. Die Solenoidventile 64L, 64S können jedoch in jeder geeigneten Reihenfolge geöffnet werden. Wenn das Gasversorgungssystem drei oder mehr Hochdrucktanks umfasst, können die Solenoidventile, die den jeweiligen Hochdrucktanks entsprechen, so gesteuert werden, dass sie in einer geeigneten Reihenfolge geöffnet werden.
- (B5) Bei der ersten Ausführungsform sind die Solenoidventile 64L, 64S in den entsprechenden Ventileinheiten 60L, 60S angeorndet. Die Solenoidventile 64L, 64S können jedoch statt in den Ventileinheiten 60L, 60S für die zweiten Versorgungsleitungen 30L, 30S vorgesehen werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann mit verschiedenen Konfigurationen realisiert werden, ohne von deren Umfang abzuweichen. Beispielsweise können die Ausführungsformen, die technischen Merkmalen in dem in der Kurzfassung der Erfindung beschriebenen Aspekt entsprechen, und technische Merkmale in anderen Ausführungsformen in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einige oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen oder um einige oder alle der oben beschriebenen Effekte zu erzielen. Darüber hinaus können die technischen Merkmale gegebenenfalls gestrichen werden, es sei denn, sie werden in der vorliegenden Beschreibung als wesentlich beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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