DE112007001582B4

DE112007001582B4 - Speichertanksystem und Verfahren zum Dekomprimieren des Speichertanksystems

Info

Publication number: DE112007001582B4
Application number: DE112007001582.9T
Authority: DE
Inventors: Shuji Hirakata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: WO2008010045A3; CN101484744A; JP2008019953A; CN101484744B; DE112007001582T5; US8627841B2; WO2008010045A2; KR101073712B1; KR20090023652A; JP4904952B2; US20090288713A1

Abstract

Ein Tanksystem (1) beinhaltet einen Hochdrucktank (4), eine Erfassungseinheit (5) zum Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks (4), eine Dekompressionseinheit (8) zum Dekomprimieren des Hochdrucktanks (4) und eine Steuerungseinheit (14) zum Steuern der Dekompressionseinheit (8), so dass der Hochdrucktank (4) dekomprimiert wird, wenn ein Temperaturanstieg in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks (4) durch die Erfassungseinheit (5) erfasst wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tanksystem und ein Dekompressionsverfahren für das Tanksystem.
2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Ein Tank zum Speichern von unter hohem Druck stehenden Gas- oder Flüssigfüllungen ist mit einem Sicherheitsventil ausgestattet, um ein Bersten des Tanks zu verhindern. Beispiele für aus dem Stand der Technik bekannte Sicherheitsventile beinhalten ein Feder-Sicherheitsventil zum Verhindern, dass ein Druck im Tank einen zulässigen Druck überschreitet, und ein Schmelzpfropfen-Sicherheitsventil, um die Tankfüllung in die Atmosphäre freizugeben, bevor die Temperatur des Tanks eine zulässige Temperatur überschreitet.
Vorschläge für Verfahren zum Reduzieren des Drucks in einem Tank, bevor die Temperatur des Tanks eine zulässige Temperatur überschreitet, beinhalten Verfahren unter Verwendung eines verbesserten Schmelzpfropfen-Sicherheitsventils und eines anderen Ventils als dem Schmelzpfropfen-Sicherheitsventil (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift JP-A-2005-69417 , die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichungsschrift JP-U-26-6447 , die japanische Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift JP-A-2001-283343 und die japanische Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift JP-A-2005-315294 ).
Dem einschlägigen Stand der Technik gemäß wird die Temperatur des Tanks jedoch nur an einer Stelle erfasst; wenn sich somit in dem Hochdrucktank ein lokaler Temperaturanstieg ereignet, kann, aufgrund des Einflusses durch die Temperatur der Außenluft oder dergleichen, die durch den lokalen Temperaturanstiegs verursachte Wärme nicht an die Stelle gelangen, wo die Temperatur des Tanks erfasst wird, so dass keine Dekompression des Tanks stattfinden kann.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend vom Stand der Technik ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Tanksystems, in dem ein Temperaturanstieg in zumindest einem Teil eines Hochdrucktanks erfasst und der Druck in dem Tank reduziert wird, ohne dabei durch die Temperatur der Außenluft beeinträchtigt zu werden, sowie ein Dekompressionsverfahren für das Tanksystem. Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 7 und 11; vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Tanksystem, in dem ein Temperaturanstieg in zumindest einem Teil eines Hochdrucktanks erfasst und der Druck in dem Tank reduziert wird, ohne dabei durch die Temperatur der Außenluft beeinträchtigt zu werden, sowie ein Dekompressionsverfahren für das Tanksystem.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich eines Hochdrucktanks geschaffen, und beim Erfassen eines Temperaturanstiegs des Hochdrucktanks wird eine Dekompressionseinrichtung so gesteuert, dass der Hochdrucktank dekomprimiert wird. Dadurch wird die Erfassung eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks und eine Reduktion des Drucks in dem Tank ohne Beeinträchtigung durch die Temperatur der Außenluft ermöglicht.
Im Speziellen wird ein Tanksystem geschaffen mit: einem Hochdrucktank; einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks; einer Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren des Hochdruck-Brennstofftanks; und einer Steuerungseinrichtung zum Steuern der Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren des Hochdrucktanks, wenn der Temperaturanstieg in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks durch die Erfassungseinrichtung erfasst wird.
Das vorstehend beschriebene Tanksystem ist so konfiguriert, dass sogar ein Temperaturanstieg erfasst wird, der sich nur in einem Teil des Hochdrucktanks ereignet, und die Steuerungseinrichtung die Dekompressionseinrichtung so steuert, dass der Hochdrucktank dekomprimiert wird. Somit ist es möglich, ohne Beeinträchtigung durch die Temperatur der Außenluft einen Temperaturanstieg in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks zu erfassen und den Druck im Tank zu reduzieren.
In dem vorstehend beschriebenen Tanksystem wird der Temperaturanstieg in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks anhand einer an zwei oder mehr Stellen vorliegenden Temperatur des Hochdrucktanks durch die Erfassungseinrichtung erfasst.
Das vorstehend angegebene Tanksystem kann so konfiguriert sein, dass die Erfassungseinrichtung einen wärmeschmelzbaren leitfähigen Draht aufweist, der so angeordnet ist, dass er den Umfang des Hochdrucktanks umgibt, und, wenn der wärmeschmelzbare leitfähige Draht zerstört wird, durch die Erfassungseinrichtung erfasst wird, dass sich in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks ein Temperaturanstieg ereignet hat, und dass die Steuerungseinrichtung die Dekompressionseinrichtung so steuert, dass der Hochdrucktank dekomprimiert wird.
Das heißt, dass zur Erfassung eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks ein wärmeschmelzbarer leitfähiger Draht, der aufgrund des Temperaturanstiegs durchschmilzt, so angeordnet ist, dass er die Oberfläche des Hochdrucktanks bedeckt. Dabei wird der Bestromungszustand des wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts gemessen, und wenn aufgrund einer Zerstörung des Drahts keine Bestromung mehr vorliegt, wird bestimmt, dass sich in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks ein Temperaturanstieg ereignet hat. Dadurch wird die Erfassung eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks ohne Beeinträchtigung durch die Temperatur der Außenluft ermöglicht.
Das vorstehend angegebene Tanksystem kann so konfiguriert sein, dass die Erfassungseinrichtung zumindest zwei Thermistoren aufweist, die auf einer Oberfläche des Hochdrucktanks angeordnet sind, und die Erfassungseinrichtung durch diese Thermistoren erfasste Temperaturen miteinander vergleicht und erfasst, dass sich in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks ein Temperaturanstieg ereignet hat, wenn ein Temperaturunterschied vorliegt, und dass die Steuerungseinrichtung die Dekompressionseinrichtung so steuert, dass der Hochdrucktank dekomprimiert wird.
Das heißt, um einen Temperaturanstieg in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks zu erfassen, sind Thermistoren zum Erfassen einer Temperatur an zumindest zwei Stellen auf der Oberfläche des Hochdrucktanks angeordnet. Dabei wird der Widerstandswert des Thermistors gemessen, und die Temperaturen der jeweiligen Thermistoren werden miteinander verglichen. Liegt zwischen den jeweiligen Thermistoren ein Temperaturunterschied vor, wird bestimmt, dass sich in zumindest einem Bereich des Tanks ein Temperaturanstieg ereignet hat. Dies ist darin begründet, dass die Temperaturverteilung über der Oberfläche des Hochdrucktanks nicht einheitlich ist, wenn sich in dem Hochdrucktank ein lokaler Temperaturanstieg ereignet. Dadurch wird die Erfassung eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks ohne Beeinträchtigung durch die Temperatur der Außenluft ermöglicht.
Das vorstehend angegebene Tanksystem kann so konfiguriert sein, dass das Tanksystem in einem Fahrzeug angebracht ist und ferner eine Kollisions- bzw. Aufprallerkennungseinrichtung zum Erfassen einer Kollision bzw. eines Aufpralls des Fahrzeugs beinhaltet, und dass die Steuerungseinrichtung die Erfassungsempfindlichkeit der Erfassungseinrichtung erhöht, wenn eine Kollision des Fahrzeugs erfasst wird.
Wenn ein Fahrzeug mit einem eingebauten Tanksystem in eine Kollision gerät, besteht die erhöhte Gefahr, dass der Hochdrucktank dadurch hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Dementsprechend wird bei der Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis oder dergleichen die Erfassungsempfindlichkeit der Erfassungseinrichtung erhöht. Dadurch wird eine frühzeitige Erfassung eines Temperaturanstieg des Hochdrucktanks ermöglicht.
Das vorstehend erwähnte Tanksystem kann so konfiguriert sein, dass das Tanksystem in einem Fahrzeug angebracht ist und ferner eine Temperaturerkennungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur von zumindest einem Teil des Fahrzeugs beinhaltet, und dass die Steuerungseinrichtung eine Erfassungsempfindlichkeit der Erfassungseinrichtung erhöht, wenn die Temperaturerkennungseinrichtung erfasst, dass die Temperatur von zumindest einem Teil des Fahrzeugs eine vorbestimmte Temperatur überschritten hat.
Im Allgemeinen ist ein Fahrzeug mit einer großen Anzahl von Temperaturerkennungseinrichtungen, wie z. B. einem Außentemperatursensor, einem Reifentemperatursensor und einem Katalysatortemperatursensor, ausgestattet. Dementsprechend ist die Erfassungsempfindlichkeit der Erfassungseinrichtungen so eingestellt, dass sie ansteigt, wenn Signale von diesen Temperaturerkennungseinrichtungen in die Steuerungseinrichtung eingegeben werden und die Temperaturerkennungseinrichtungen beispielsweise eine anomal hohe Temperatur erfassen. Somit wird eine frühzeitige Erfassung eines Temperaturanstiegs des Hochdrucktanks ermöglicht. Es ist zu beachten, dass die vorbestimmte Temperatur auf hohe Temperaturen bezogen ist, die unter normalen Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle, des Antriebsmotor und dergleichen nicht erreicht werden würden.
Das vorstehend angegebene Speichertanksystem kann so konfiguriert sein, dass das Speichertanksystem ferner eine Druckerkennungseinrichtung zum Erfassen des Drucks in dem Hochdrucktank beinhaltet, und die Steuerungseinrichtung nach Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks die Dekompressionseinrichtung so steuert, dass der Hochdrucktank dekomprimiert wird, wenn der erfasste Innendruck größer oder gleich einem ersten Schwellendruck ist.
Es gibt Fälle, in denen, selbst wenn die Temperatur des Hochdrucktanks so angestiegen ist, dass dadurch eine Reduktion der Festigkeit hervorgerufen wird, eine Dekompression aufgrund eines niedrigen Drucks im Tank nicht ausgeführt werden muss. Außerdem kommt es bei einer ausschließlichen Zuhilfenahme der Erfassungseinrichtungen z. B. zu Fällen, in denen gegebenenfalls eine nicht notwendige Dekompression aufgrund einer fehlerhaften Erfassung oder dergleichen ausgeführt wird. Vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit und der Auswirkungen auf die Umwelt ist selbst unter solchen Umständen eine Freigabe der Tankfüllung nicht zu bevorzugen.
Im Hinblick darauf können ferner Druckerkennungseinrichtungen zum Erfassen des Drucks im Hochdrucktank bereitgestellt werden, so dass, wenn ein Temperaturanstieg in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks erfasst wird und der Innendruck des Hochdrucktanks größer oder gleich einem ersten Schwellendruck ist, die Dekompressionseinrichtung so gesteuert wird, dass der Hochdrucktank dekomprimiert wird. Gemäß dem so konfigurierten Tanksystem kann eine nicht notwendige Freigabe der Tankfüllung aufgrund einer fehlerhaften Erfassung durch die Erfassungseinrichtung verhindert werden. Es ist zu beachten, dass sich der erste Schwellendruck auf einen Druck innerhalb des Hochdrucktanks bezieht und als ein Druck definiert ist, der, wenn sich ein lokaler Temperaturanstieg in einem Hochdrucktank ereignet, ein Bersten des Tanks bewirken kann, wenn der Innendruck des Hochdrucktanks aufrechterhalten wird.
Das vorstehend erwähnte Tanksystem kann so konfiguriert sein, dass, nachdem die Dekompressionseinrichtung so gesteuert worden ist, dass der Hochdrucktank dekomprimiert wird, die Steuerungseinrichtung die Dekompressionseinrichtung so steuert, dass die Dekompression des Hochdrucktanks gestoppt wird, wenn die Druckerkennungseinrichtung erfasst, dass ein Innendruck des Hochdrucktanks kleiner oder gleich einem zweiten Schwelldruck ist.
Das heißt, dass der Druck im Tank, selbst wenn er höher als der erste Schwellendruck ist, wenn die Dekompression des Tanks gestartet wird, mit Fortschreiten des Dekompression des Tanks allmählich abnimmt. Vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit und der Auswirkungen auf die Umwelt ist es nicht zu bevorzugen, die Freigabe der Tankfüllung über den Punkt hinaus fortzusetzen, wo der Druck im Tank ausreichend auf einen Druck bei einem Wert oder unterhalb eines Werts reduziert worden ist, bei dem keine Dekompression mehr notwendig ist.
Wenn der Druck im Hochdrucktank dementsprechend kleiner oder gleich dem zweiten Schwellendruck geworden ist, wird die Dekompressionseinrichtung so gesteuert, dass die Dekompression des Hochdrucktanks gestoppt wird. Gemäß dem so konfigurierten Tanksystem ist es möglich, eine nicht notwendige Freigabe der Tankfüllung zu verhindern. Es ist zu beachten, dass sich der zweite Schwellendruck auf einen Druck im Hochdrucktank bezieht und als ein Druck definiert ist, bei dem, wenn sich ein lokaler Temperaturanstieg in einem Hochdrucktank ereignet, ein Bersten des Tanks selbst dann unwahrscheinlich ist, wenn der Innendruck des Hochdrucktanks aufrechterhalten wird.
Das vorstehend angegebene Tanksystem kann so konfiguriert sein, dass die Dekompressionseinrichtung ein Schmelzpfropfenventil und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Schmelzpfropfenventils aufweist, und dass die Steuerungseinrichtung den Hochdrucktank dadurch dekomprimiert, dass das Schmelzpfropfenventil erwärmt wird, so dass das Schmelzpfropfenventil durchschmilzt.
Ein Schmelzpfropfenventil schmilzt durch und öffnet sich, wenn es einer hoher Temperatur ausgesetzt ist. Die vorliegende Erfindung soll hingegen einen lokalen Temperaturanstieg in dem Hochdrucktank erfassen, um den Tank zu dekomprimieren, und somit sind die durch die beiden auszuführenden Funktionen identisch. Dementsprechend ist die Dekompressionseinrichtung so konfiguriert, dass sie ein Schmelzpfropfenventil beinhaltet, das bei Erwärmung durchschmilzt. Dadurch wird eine Dekompression des Tanks bei einem Temperaturanstieg des Hochdrucktanks ermöglicht, selbst wenn die Steuerungseinrichtung des Tanksystems inaktiv.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Dekompressionsverfahren für ein Tanksystem, das beinhaltet: ein Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich eines Hochdrucktanks; und ein Dekomprimieren des Hochdrucktanks, wenn der Temperaturanstieg in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks erfasst worden ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorstehenden und weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der identische Bezugszeichen zur Benennung identischer Elemente verwendet werden, besser verständlich. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung eines Tanksystems gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein Steuerungsflussdiagramm des Tanksystems gemäß der ersten Ausführungsform;
4 einen Graphen, der darstellt, wie sich der Widerstandswert eines wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts, der Innendruck eines Hochdrucktanks und der Bestromungszustand einer elektrischen Heizeinrichtung im Tanksystem gemäß der ersten Ausführungsform im Laufe der Zeit ändern;
5 eine schematische Darstellung eines Tanksystems gemäß einer Modifizierung der ersten Ausführungsform;
6 eine schematische Darstellung eines Tanksystems gemäß der zweiten Ausführungsform;
7 ein Steuerungsflussdiagramm des Tanksystems gemäß der zweiten Ausführungsform; und
8 einen Graphen, der darstellt, wie sich der Widerstandswert eines wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts, der Innendruck eines Hochdrucktanks und der Bestromungszustand eines elektronischen Ventils im Tanksystem gemäß der zweiten Ausführungsform im Laufe der Zeit ändern.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass es sich bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen lediglich um Beispiele handelt und dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist.
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 3, das ein Tanksystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform und eine Brennstoffzelle 2 beinhaltet. Der Effekt der vorliegenden Erfindung kann viel besser erzielt werden, wenn das Tanksystem der vorliegenden Erfindung auf einen Tank zum Speichern eines als ein Brenngas für ein Brennstoffzellenfahrzeug dienenden Wasserstoffgases angewendet wird. Dies ist darin begründet, dass ein in ein Fahrzeug eingebauter Tank viel eher unerwarteten Veränderungen in der Umgebung ausgesetzt sein kann als ein am Boden installierter Tank. In der ersten Ausführungsform ist dementsprechend davon auszugehen, dass das Tanksystem 1 in einem Brennstoffzellenfahrzeug 3 angebracht ist und ein Wasserstoffgas speichert, dass als Brenngas für die Brennstoffzelle 2 dient. Natürlich kann das Tanksystem gemäß der vorliegenden Erfindung auch am Boden installiert sein.
2 ist eine schematische Darstellung des Tanksystems 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein einzelner wärmeschmelzbarer leitfähiger Draht 5 (der der „Erfassungseinrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht) zum Erfassen eines Anstiegs der Temperatur eines Hochdrucktanks 4 so gewickelt, dass er die Oberfläche eines Hochdrucktanks 4 bedeckt. Der Hochdrucktank 4 weist eine Dekompressionsvorrichtung 8 (die der „Dekompressionseinrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht), die ein Schmelzpfropfenventil 6 zum Reduzieren eines Drucks im Hochdrucktank 4 und eine elektrische Heizeinrichtung 7 (die der „Heizeinrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht) beinhaltet, und ein elektrisches Druckmessgerät 9 zum Erfassen eines Drucks im Hochdrucktank 4 auf. Ferner kann an dem Hochdrucktank 4 eine Steuerungsvorrichtung 14 (die der „Steuerungseinrichtung” gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht), die eine mit dem wärmeschmelzbaren leitfähigen Draht 5 verbundene Erfassungsschaltung 10, eine mit der elektrischen Heizeinrichtung 7 und dem elektrischen Druckmessgerät 9 verbundene Leistungsversorgungsschaltung 11 und eine mit einem Lautsprecher 12 verbundene Audioerzeugungsschaltung 13 beinhaltet, angebracht sein. Eine Brennstoffzelle 16 ist mit einem Weg 15 verbunden, der auf der stromabwärtigen Seite des Hochdrucktanks 4 angeordnet ist.
In Reaktion auf Eingangssignale von dem wärmeschmelzbaren leitfähigen Draht 5 und dem elektrischen Druckmessgerät 9 gibt die Steuerungsvorrichtung 14 Signale an die elektrische Heizeinrichtung 7 und den Lautsprecher 12 aus. Wenngleich in der ersten Ausführungsform davon auszugehen ist, dass die Erfassungsschaltung 10, die Leistungsversorgungsschaltung 11 und die Audioerzeugungsschaltung 13 in der Steuerungsvorrichtung 14 jeweils durch eine elektrische Schaltung ausgebildet sind, können sie auch durch einen eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) oder einen Speicher, eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (I/O) oder dergleichen beinhaltenden Computer ausgebildet sein. Beim Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Teil des Tanks (insbesondere wenn die Temperatur in oder in der Nähe der Tankoberfläche größer oder gleich der zulässigen Temperatur für den Tank ist oder einer Schwelltemperatur entsprechend der zulässigen Temperatur entspricht), sendet die Steuerungsvorrichtung 14 ein elektrisches Signal an das Betätigungsglied (die elektrische Heizeinrichtung 7), um die Dekompressionseinrichtung unter Zwang zu betätigen, so dass der Hochdrucktank 4 dekomprimiert wird.
Es wird nun im Einzelnen ein Verfahren zum Steuern des Tanksystems 1 beschrieben, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist. Die jeweiligen nachstehend beschriebenen Steuerungsabläufe werden innerhalb der Steuerungsvorrichtung 14 durch ein Zusammenwirken der Erfassungsschaltung 10 und der Leistungsversorgungsschaltung 11 realisiert. 3 ist eine Flussdiagramm, das den Steuerungsablauf des Tanksystems 1 darstellt. 4 ist ein Graph, der darstellt, wie sich der Widerstandswert des wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts 5, der Innendruck des Hochdrucktanks 4 und der Bestromungszustand der elektrischen Heizeinrichtung 7 im Laufe der Zeit ändern.
Wenn das Tanksystem 1 gestartet wird (Zeit „T0” in 4; wobei gleiches für die nachstehende Beschreibung gilt), bewirkt die Steuerungsvorrichtung 14, dass ein Strom in dem wärmeschmelzbaren leitfähigen Draht 5 fließt, der mit der Erfassungsschaltung 10 verbunden ist, und misst den Widerstandswert des wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts 5 (Schritt S101 in 3; wobei gleiches für die nachstehende Beschreibung gilt). Steigt die Temperatur des Hochdrucktanks 4 an (T1) und schmilzt der wärmeschmelzbare leitfähige Draht 5 und wird schließlich zerstört (T2), ändert sich der Leiterwiderstandswert des wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts 5. Insbesondere ändert sich der Widerstand von näherungsweise 0 Ω, was auf einen normalen Wert hinweist, bis näherungsweise ∞ Ω, was auf einen anomalen Wert hinweist. Die Steuerungsvorrichtung 14 bestimmt daher, dass sich in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks 4 ein Temperaturanstieg ereignet hat, und das Verfahren wird beim nächsten Schritt fortgesetzt (S102).
Wenn der wärmeschmelzbare leitfähige Draht 5 zerstört ist, überprüft die Steuerungsvorrichtung 14 den Innendruck des Hochdrucktanks 4 mittels des elektrischen Druckmessgeräts 9 (S102). Wenn der Innendruck des Hochdrucktanks 4 unter einem ersten Schwellendruck liegt, bestimmt die Steuerungsvorrichtung 14, dass eine Dekompression des Tanks nicht notwendig ist. Wenn hingegen der Innendruck des Hochdrucktanks 4 größer oder gleich dem ersten Schwellendruck ist (zulässige Innendruckschwelle), bestimmt die Steuerungsvorrichtung 14, dass eine Dekompression des Tanks notwendig ist. Es ist zu beachten, dass sich der erste Schwelldruck auf einen Druck innerhalb des Hochdrucktanks 4 bezieht, der in der ersten Ausführungsform als ein Druck definiert ist, der ein Bersten des Tanks bewirken kann, wenn sich ein lokaler Temperaturanstieg in einem Teil des Hochdrucktanks 4 ereignet und in diesem Zustand der Innendruck des Hochdrucktanks 4 aufrechterhalten bleibt.
Wenn die Steuerungsvorrichtung 14 bei Schritt S102 bestimmt, dass eine Dekompression des Tanks notwendig ist, wird die elektrische Heizeinrichtung 7 durch die Steuerungsvorrichtung 14 bestromt (T3), um das Schmelzpfropfenventil 6 zu erwärmen und durchschmelzen zu lassen, und bewirkt, dass der Lautsprecher 12 einen Warnton erzeugt (S103). Da das Schmelzpfropfenventil 6 erwärmt und durchgeschmolzen ist, wird der Hochdrucktank 4 dekomprimiert (T4).
Nachdem die elektrische Heizeinrichtung 7 bestromt worden ist, überprüft die Steuerungsvorrichtung 14 den Innendruck des Hochdrucktanks 4 durch das elektrische Druckmessgerät 9 (Schritt S104). Wenn der Innendruck des Hochdrucktanks 4 größer oder gleich dem ersten Schwellendruck ist, setzt die Steuerungsvorrichtung 14 die Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 7 (S103) fort. Wenn hingegen der Innendruck des Hochdrucktanks 4 einen Druck aufweist, der etwas geringer ist als der erste Schwellendruck (wenn sich dieser an der „Innendruck-Untergrenzschwelle” befindet, die im Graphen von 4 gezeigt ist), bestimmt die Steuerungsvorrichtung 14, dass das Schmelzpfropfenventil 6 geöffnet worden ist, und stoppt (T5) die Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 7 (S105).
Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem Tanksystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform ohne Beeinträchtigung durch die Temperatur der Außenluft ein Temperaturanstieg in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks 4 erfasst und der Druck im Tank reduziert werden. Wenn ferner die Tankfüllung freigegeben wird, wird zum Zeitpunkt der Freigabe der Tankfüllung eine Warnung in Form eines Tons ausgegeben, wodurch sich in der Nähe aufhaltende Menschen gewarnt werden.
In der ersten Ausführungsform beinhaltet das Tanksystem den Lautsprecher 12 und die Audioerzeugungsschaltung 13, wobei zeitgleich mit der Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung ein Warnton erzeugt wird. Darauf ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt. Das heißt, dass der Alarm auch in Form einer Anzeigeleuchte oder dergleichen erfolgen oder auf eine solche Alarmeinrichtung verzichtet werden kann.
Wie in 5 gezeigt ist, kann ferner eine Konfiguration übernommen werden, bei der, anstelle des wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts 5 oder zusammen mit dem wärmeschmelzbaren leitfähigen Draht 5, Thermistoren 17 jeweils an zumindest zwei Stellen auf der Oberfläche des Hochdrucktanks 14 angeordnet sind. Die Temperaturen der jeweiligen Thermistoren 17 werden miteinander verglichen, und wenn zwischen den durch die jeweiligen Thermistoren 17 erfassten Temperaturen ein Unterschied vorliegt (z. B. wenn ein Temperaturunterschied zwischen den jeweiligen Thermistoren 17 eine vorbestimmte Schwelle überschritten hat), wird bestimmt, dass sich ein Temperaturanstieg in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks 4 ereignet hat. Dabei handelt es sich um eine Erfassung, die sich auf die Tatsache konzentriert, dass die Temperaturverteilung über der Oberfläche des Hochdrucktanks 4 nicht gleichmäßig ist, wenn sich im Hochdrucktank 4 ein lokaler Temperaturanstieg ereignet. Das heißt, dass, wenn die Thermistoren 17 an mehreren Stellen auf der Oberfläche des Hochdrucktanks 4 angeordnet sind, eine Variation der Temperaturverteilung aufgrund eines solchen lokalen Temperaturanstiegs erfasst werden kann. Dass sich ein lokaler Temperaturanstieg im Hochdrucktank 4 ereignet hat, wird bestimmt, wenn eine Variation in der Temperaturverteilung über der Oberfläche des Hochdrucktanks 4 vorliegt. Dadurch wird die Erfassung eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks ohne Beeinträchtigung durch die Temperatur der Außenluft ermöglicht.
Ferner kann eine Konfiguration übernommen werden, bei der das Tanksystem ferner einen Beschleunigungssensor 18 beinhaltet, der alle Kollisionen des Fahrzeugs 3 erfasst, wobei der Beschleunigungssensor 18 mit der Erfassungsschaltung 10 verbunden ist. Wenn der Beschleunigungssensor 18 zum Zeitpunkt der Kollision des Fahrzeugs 3 eine Beschleunigung erfasst, kann die Erfassungsempfindlichkeit erhöht werden, indem die Schwelle des Widerstandswerts des wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts 5 oder der Erfassungstemperatur des Thermistors 17 oder dergleichen geändert wird. Dadurch wird eine frühzeitige Erfassung eines Temperaturanstiegs im Hochdrucktank ermöglicht. In Bezug auf den wärmeschmelzbaren leitfähigen Draht 5 kann die Erfassungsempfindlichkeit erhöht werden, indem die Schwelle des Widerstandswerts gesenkt wird, der als Referenz herangezogen wird, wenn eine Zerstörung des Drahts erfasst wird. Im Hinblick auf die Thermistoren 17 kann die Erfassungsempfindlichkeit erhöht werden, indem die Schwelle des Temperaturunterschieds zwischen den jeweiligen Thermistoren gesenkt wird, der als Referenz herangezogen wird, wenn ein Temperaturanstieg im Hochdrucktank 4 erfasst wird.
Ferner kann eine Konfiguration übernommen werden, bei der ein Temperatursensor 19 bereitgestellt ist, der als eine Temperaturerkennungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur von zumindest einem Teil des Fahrzeugs 3 dient (beispielsweise der Temperatur der Brennstoffzelle oder des Antriebsmotors, der Öltemperatur der Bremsflüssigkeit, der Temperatur innerhalb der Fahrgastzelle oder dergleichen), und es wird bestimmt, dass sich in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks 4 ein Temperaturanstieg ereignet hat, wenn durch den Temperatursensor 19 eine höhere Temperatur als eine vorbestimmte Temperatur erfasst wird. Die vorbestimmte Temperatur bezieht sich hier auf hohe Temperaturen, die unter normalen Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle, des Antriebsmotor und dergleichen nicht erreicht werden würden. Dadurch wird eine frühzeitige Erfassung eines Temperaturanstiegs im Hochdrucktank ermöglicht.
Wenngleich eine Dekompression des Hochdrucktanks 4 durch Öffnen des wärmeschmelzbaren Ventils 6 in der ersten Ausführungsform erreicht wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, dass es ebenso möglich ist, ein Gas im Hochdrucktank 4 der stromabwärtigen Seite zuzuführen, indem die Öffnung eines Ventils 20 geöffnet oder vergrößert wird, das auf dem Weg 15 angeordnet ist, der zur Brennstoffzelle 12 führt und sich auf der stromabwärtigen Seite des Hochdrucktanks 4 befindet, wodurch der Druck im Hochdrucktank 4 reduziert wird. Dadurch wird eine effektive Nutzung des Gases ermöglicht, das freigegeben wird, wenn der Hochdrucktank 4 dekomprimiert wird, wodurch ein Gasverlust reduziert werden kann.
Es erfolgt nun eine Beschreibung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei sind Komponenten und Steuerflussprozesse, die Funktionen dienen, die gleich jenen der vorstehend beschriebenen Komponenten sind, mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine ausführliche Beschreibung derselben wird daher verzichtet.
6 zeigt die schematische Konfiguration eines Tanksystems 21 gemäß der zweiten Ausführungsform. Obgleich in der ersten Ausführungsform die Dekompressionsvorrichtung 8 übernommen wird, die den Hochdrucktank 4 dekomprimiert, indem das Schmelzpfropfenventil 6 durch die elektrische Heizeinrichtung 7 durchgeschmolzen wird, wird in der zweiten Ausführungsform eine Dekompressionsvorrichtung 23 übernommen, die den Hochdrucktank 4 dekomprimiert, indem, anstatt der Verwendung des Schmelzpfropfenventils 6, ein Elektromagnetventil 22 geöffnet und geschlossen wird. Ferner ist das elektromagnetische Ventil 22 mit einer Leistungsversorgungsschaltung 24 elektrisch verbunden und wird mittels eines Signals von der Leistungsversorgungsschaltung 24 geöffnet und geschlossen. Dadurch erübrigt sich die Notwendigkeit, die elektrische Heizeinrichtung 7 bereitzustellen.
7 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung des Tanksystems 21 gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. 8 ist ein Graph, der darstellt, wie sich der Widerstandswert des wärmeschmelzbaren leitfähigen Drahts 5, der Innendruck des Hochdrucktanks 4 und der Öffnungs-/Schließzustand des Elektromagnetventils 22 im Laufe der Zeit ändern.
Die Verfahrensschritte des Steuerungsflusses für das Tanksystem 21 gemäß der zweiten Ausführungsform sind bis zum Schritt S102 mit jenen aus der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform identisch.
Bei der Bestimmung bei Schritt S102, dass eine Dekompression des Tanks notwendig ist, sendet eine Steuerungsvorrichtung 25 ein Signal an das Elektromagnetventil 22, um das Elektromagnetventil 22 (T3) zu öffnen, und verursacht zudem, dass der Lautsprecher 12 einen Warnton erzeugt (S203). Wenn das Elektromagnetventil 22 geöffnet wird, wird eine Dekompression des Hochdrucktanks 4 gestartet (T4).
Nachdem das Elektromagnetventil 22 geöffnet worden ist, überprüft die Steuerungsvorrichtung 25 den Innendruck des Hochdrucktanks 4 mittels des elektrischen Druckmessgeräts 9 (S104). Wenn der Innendruck des Hochdrucktanks 4 einen zweiten Schwellendruck (Innendruck-Untergrenzschwelle) überschritten hat, wird das Elektromagnetventil 22 durch die Steuerungsvorrichtung 25 offengehalten (S203). Wenn hingegen der Innendruck des Hochdrucktanks 4 kleiner oder gleich dem zweiten Schwellendruck ist, wird das Elektromagnetventil 22 durch die Steuerungsvorrichtung 25 geschlossen (T5). Es ist zu beachten, das sich der zweite Schwellendruck auf einen Druck im Hochdrucktank 4 bezieht und in der zweiten Ausführungsform als ein Druck definiert ist, bei dem, selbst wenn sich ein lokaler Temperaturanstieg in nur einem Teil des Hochdrucktanks 4 ereignet, ein Bersten des Tanks unwahrscheinlich ist, wenn der Innendruck des Hochdrucktanks 4 aufrechterhalten wird.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird eine Freigabe des Gases aus dem Hochdrucktank 4 gestoppt, wenn der Innendruck des Hochdrucktanks 4 kleiner oder gleich dem zweiten Schwellendruck wird, wodurch ermöglicht wird, eine nicht notwendige Freigabe der Tankfüllung zu verhindern.
Gemäß den jeweiligen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht die Möglichkeit, ohne Beeinträchtigung durch die Temperatur der Außenluft einen Temperaturanstieg in zumindest einem Teil des Hochdrucktanks zu erfassen und den Druck im Tank zu reduzieren.

Claims

Tanksystem, das in einem Fahrzeug angebracht ist, aufweisend: einen Hochdrucktank (4) zum Speichern von unter hohem Druck stehenden Gas; eine Dekompressionseinrichtung (8) zum Dekomprimieren des Hochdrucktanks (4); eine Erfassungseinrichtung (5) zum Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks (4); und eine Steuerungseinrichtung (14) zum Steuern der Dekompressionseinrichtung (8), so dass der Hochdrucktank (4) dekomprimiert wird, wenn ein Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) durch die Erfassungseinrichtung (5) erfasst wird; das Tanksystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: eine Temperaturerkennungseinrichtung (19) zum Erfassen einer Temperatur in zumindest einem Teil des Fahrzeugs außerhalb des Hochdrucktanks (4); wobei die Steuerungseinrichtung (14) eine Erfassungsempfindlichkeit der Erfassungseinrichtung (5) erhöht, wenn die von der Temperaturerkennungseinrichtung (19) erfasste Temperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Tanksystem nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung (5) den Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) anhand einer Temperatur des Hochdrucktanks (4) an mehr als zwei Stellen erfasst.
Tanksystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine Bereich des Hochdrucktanks (4) eine Oberfläche des Hochdrucktanks (4) oder eine Nähe der Oberfläche des Hochdrucktanks (4) beinhaltet.
Tanksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungseinrichtung (5) einen wärmeschmelzbaren leitfähigen Draht (5) beinhaltet, der den Umfang des Hochdrucktanks (4) umgibt, und wobei, wenn der wärmeschmelzbare leitfähige Draht (5) zerstört ist, die Erfassungseinrichtung (5) erfasst, dass sich der Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) ereignet hat.
Tanksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungseinrichtung (5) zumindest zwei Thermistoren (17) aufweist, die auf einer Oberfläche des Hochdrucktanks (4) angeordnet sind, und wobei die Erfassungseinrichtung (5) Temperaturen vergleicht, die durch die Thermistoren (17) erfasst werden, und den Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) erfasst, wenn ein Temperaturunterschied zwischen den erfassten Temperaturen vorliegt.
Tanksystem nach Anspruch 5, wobei die Erfassungseinrichtung (5) den Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) erfasst, wenn ein Unterschied der erfassten Temperaturen einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Tanksystem, das in einem Fahrzeug angebracht ist, aufweisend: einen Hochdrucktank (4) zum Speichern von unter hohem Druck stehenden Gas; eine Dekompressionseinrichtung (8) zum Dekomprimieren des Hochdrucktanks (4); eine Erfassungseinrichtung (5) zum Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks (4); und eine Steuerungseinrichtung (14) zum Steuern der Dekompressionseinrichtung (8), so dass der Hochdrucktank (4) dekomprimiert wird, wenn ein Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) durch die Erfassungseinrichtung (5) erfasst wird; das Tanksystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: eine Kollisionserkennungseinrichtung (18) zum Erfassen einer Kollision des Fahrzeugs, wobei die Steuerungseinrichtung (14) eine Erfassungsempfindlichkeit der Erfassungseinrichtung (5) erhöht, wenn die Kollisionserkennungseinrichtung (18) eine Kollision des Fahrzeugs erfasst.
Tanksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: eine Druckerkennungseinrichtung (9) zum Erfassen eines Drucks im Hochdrucktank (4), wobei die Steuerungseinrichtung (14) die Dekompressionseinrichtung (8) steuert, um den Hochdrucktank (4) zu dekomprimieren, wenn ein Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) erfasst wird und der erfasste Druck größer oder gleich einem ersten Schwellendruck ist.
Tanksystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinrichtung (14) die Dekompressionseinrichtung (8) so steuert, dass die Dekompression des Hochdrucktanks (4) gestoppt wird, wenn der erfasste Innendruck kleiner oder gleich einem zweiten Schwelldrucken ist.
Tanksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Dekompressionseinrichtung (8) ein Schmelzpfropfenventil (6) und eine Heizeinrichtung (7) zum Erwärmen des Schmelzpfropfenventils (6) aufweist, und die Steuerungseinrichtung (14) den Hochdrucktank (4) dekomprimiert, indem das Schmelzpfropfenventils (6) erwärmt wird, so dass das Schmelzpfropfenventil (6) durchschmilzt.
Dekompressionsverfahren für ein Tanksystem das in einem Fahrzeug angebracht ist, aufweisend: Erfassen eines Temperaturanstiegs in zumindest einem Bereich eines Hochdrucktanks (4) mittels einer Erfassungseinrichtung (5); und Dekomprimieren des Hochdrucktanks (4) mittels einer Dekompressionseinrichtung (8), wenn ein Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) erfasst wird, das Dekompressionsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: Erfassen einer Temperatur in zumindest einem Teil des Fahrzeugs außerhalb des Hochdrucktanks (4) mittels einer Temperaturerkennungseinrichtung (19); und Erhöhen einer Erfassungsempfindlichkeit der Erfassungseinrichtung (5), wenn die von der Temperaturerkennungseinrichtung (19) erfasste Temperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Dekompressionsverfahren nach Anspruch 11, wobei der erfasste Temperaturanstieg in dem zumindest einen Bereich des Hochdrucktanks (4) anhand einer Temperatur des Hochdrucktanks (4) an zwei Stellen oder mehr erfasst wird.
Dekompressionsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, ferner aufweisend: Erfassen eines Innendrucks des Hochdrucktanks (4), und wobei der Hochdrucktank (4) dekomprimiert wird, nachdem ein Temperaturanstieg in zumindest einem Bereich des Hochdrucktanks (4) erfasst worden ist und der erfasste Innendruck des Hochdrucktanks (4) größer oder gleich einem ersten Schwellendruck ist.
Dekompressionsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Dekompression des Hochdrucktanks (4) gestoppt wird, wenn der erfasste Innendruck des Hochdrucktanks (4) kleiner oder gleich einem zweiten Schwellendruck ist.