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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasfüllsystem, das einen Gastank, der beispielsweise an einem Fahrzeug montiert ist, mit Gas aus einer Gasfüllvorrichtung, die beispielsweise an einer Wasserstofftankstelle montiert ist, befüllt.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein mit einem Gastank ausgestattetes Fahrzeug stoppt an einer Gastankstelle zum Befüllen mit Gas und Gas wird in den Gastank aus einem Tankrüssel bzw. einer Fülldüse einer Gasfüllvorrichtung eingefüllt. Im Falle von Wasserstoffgas steigen die Temperatur und der Druck im Gastank an, wenn Wasserstoffgas in den Gastank gefüllt wird, so dass es notwendig ist, die Füllmenge derart zu regeln, dass die Temperatur und der Druck entsprechende Referenzwerte nicht übersteigen. Diesbezüglich beschreibt die japanische Offenlegungsschrift Nummer
JP 2007-147005 A eine Technik, bei der die Temperatur im Wasserstofftank während des Füllens mit Wasserstoff gemessen wird, und ein Füllpfad hin zu einem Füllpfad mit Vorkühler verändert wird, wenn die Temperatur höher als ein vorgegebener Wert ist, um dadurch einen Anstieg der Temperatur zu unterdrücken und eine ausreichende Füllmenge sicherzustellen.
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Der Temperaturanstieg im Gastank während des Befüllens variiert dabei deutlich abhängig von den Wärmeabgabeeigenschaften des Gastanks. Ein Gastank mit ausgezeichneten Wärmeabgabeeigenschaften ermöglicht eine höhere Füllrate (Durchflussrate), wodurch die Zeitdauer für das Füllen verringert werden kann. Jedoch werden bei der in der
JP 2007-147005 A beschriebenen Technik die Wärmeabgabeeigenschaften des Gastank und die Zeitspanne für das Füllen nicht berücksichtigt, so dass hier nach wie vor Raum für Verbesserungen bleibt. Darüber hinaus offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nummer
JP 2005-127430 A ein Verfahren, bei dem eine maximale Füllrate entsprechend der Form und Kapazität eines Gastanks vorab in einer Datenbank an einer Gastankstelle gespeichert wird und diese maximale Füllrate dann während des Füllens geladen wird. Gemäß diesem Verfahren ist es notwendig, die Datenbank jedes Mal zu aktualisieren, wenn ein neuer Gastank entwickelt wird, was realistisch betrachtet schwierig ist.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Gasfüllsystem, ein Gasfüllverfahren sowie ein Fahrzeug, welche geeignet sind, Gas mit einer für einen Gastank geeigneten Füllrate einzufüllen, selbst wenn die Eigenschaft eines einzelnen Gastanks nicht vorab bekannt ist.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Gasfüllsystem. Das Gasfüllsystem hat einen Gastank und eine Gasfüllvorrichtung, die Gas in den Gastank füllt, sowie einen Controller, der einen Temperaturanstieg und einen Druckanstieg im Gastank während einer vorgegebenen Zeitspanne berechnet, die ab einem Startzeitpunkt der Befüllung mit Gas verstreicht, und der ein Füllratenkennfeld aus einer vorbereiteten Füllratenkennfeldgruppe auf Basis des berechneten Temperaturanstiegs und des berechneten Druckanstiegs auswählt. Die Gasfüllvorrichtung umfasst eine Betriebssteuereinheit, die das Füllratenkennfeld, das durch den Controller gewählt wurde, verwendet, um das Befüllen mit Gas auszuführen.
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Zudem betrifft ein zweiter Aspekt der Erfindung ein Gasfüllverfahren zum Füllen von Gas aus einer Gasfüllvorrichtung in einen Gastank. Das Verfahren umfasst: Starten der Befüllung mit Gas durch die Gasfüllvorrichtung; Berechnen eines Temperaturanstiegs und eines Druckanstiegs im Gastank während einer vorgegebenen Zeitspanne die vom Startzeitpunkt der Befüllung mit Gas verstreicht; Auswählen eines Füllratenkennfelds aus einer vorbereiteten Füllratenkennfeldgruppe auf Basis des berechneten Temperaturanstiegs und des berechneten Druckanstiegs, und Ausführen der Befüllung mit Gas durch die Gasfüllvorrichtung unter Verwendung des ausgewählten Füllratenkennfelds.
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Gemäß den Aspekten der Erfindung kann die Wärmeabgabeleistung des Gastanks anhand des Temperaturanstiegs und des Druckanstiegs beschafft werden, und ein Füllratenkennfeld wird auf Basis der ermittelten Wärmeabgabeleistung ausgewählt. Daher ist es möglich, das befüllen mit Gas mit einer für den Gastank geeigneten Füllrate auszuführen. Hierdurch kann eine vorgegebene Füllmenge (eine Füllmenge zum vollständigen Füllen sowie eine Füllmenge zum befüllen mit einer bestimmten Menge) in kürzest möglicher Zeit eingefüllt werden, während das Tankinnere stabil gehalten wird. Zudem wird die Wärmeabgabeleistung des Gastanks anhand eines berechneten Temperaturanstiegs und eines berechneten Druckanstiegs ermittelt, so dass es nicht notwendig ist, die Wärmeabgabeleistung eines jeden einzelnen Tank vorab zu speichern, oder die Füllratenkennfeldgruppe für jeden Tank zu aktualisieren. Da zudem sowohl der Temperaturanstieg als auch der Druckanstieg gerechnet werden, kann die Wärmeabgabeleistung unabhängig vom Volumen des Gastanks bestimmt werden.
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Die Betriebssteuereinheit kann das Befüllen mit Gas mit einer konstanten Füllrate ausführen, bis die vorgegebene Zeitspanne vom Startzeitpunkt der Befüllung mit Gas verstrichen ist. Hierdurch kann die Füllratenkennfeldgruppe vereinfacht werden. In diesem Fall ist eine konstante Füllrate vorzugsweise geringer als eine Füllrate, die in dem Füllratenkennfeld definiert ist. Hierdurch ist es während des Prozesses zum Beschaffen der Wärmeabgabeleistung des Gastanks möglich zuverlässig einen Zustand des Gastanks zu vermeiden, der einen Referenzwert übersteigt.
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Der Controller kann das Füllratenkennfeld auf Basis eines Verhältnisses des berechneten Temperaturanstiegs zum berechneten Druckanstieg auswählen. Hierdurch kann, beispielsweise verglichen zu einem Füllratenkennfeld das einen Druckanstieg und einen Temperaturanstieg in einem vorbestimmten Bereich definiert, das Füllratenkennfeld vereinfacht werden.
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Die Füllratenkennfeldgruppe kann individuelle Füllratenkennfelder konfigurieren, so dass eine Füllrate zunimmt wenn das Verhältnis abnimmt. Hierdurch kann, wenn beispielsweise der Temperaturanstieg gering ist, eine vorgegebene Füllmenge in kürzerer Zeit eingefüllt werden verglichen zu dem Fall bei dem der Temperaturanstieg hoch ist.
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Die Gasfüllvorrichtung kann eine Gaszufuhrquelle und einen Kühler aufweisen, der zwischen der Gaszufuhrquelle und dem Gastank angeordnet ist und das Gas von der Gaszufuhrquelle kühlt. Hierbei kann der Controller das Füllratenkennfeld auf Basis des berechneten Temperaturanstiegs, des berechneten Druckanstiegs und einer Temperatur des vom Kühler gekühlten Gases auswählen. Gemäß der vorstehenden Konfiguration ist das Einfüllen von Gas unter Berücksichtigung der Kühlleistung des Kühlers möglich.
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In ähnlicher Weise kann das Gasfüllsystem ferner einen Außenlufttemperatursensor aufweisen, wobei der Controller das Füllratenkennfeld auf Basis des berechneten Temperaturanstiegs, des berechneten Druckanstiegs und einer Außenlufttemperatur, die vom Außenlufttemperatursensor erfasst wird, oder auf Basis des berechneten Temperaturanstiegs, des berechneten Druckanstiegs und einer Temperatur des vom Kühler gekühlten Gases auswählen kann.
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Das Gasfüllsystem kann ferner eine Anzeige enthalten, die anzeigt, dass Gas unter Verwendung des vom Controller ausgewählten Füllratenkennfelds in den Gastank eingefüllt wird oder eingefüllt wurde. Mit der vorgenannten Konfiguration kann ein mit dem Einfüllen von Gas beschäftigter Arbeiter visuell wahrnehmen, dass ein für die Wärmeabgabeleistung des Gastanks geeignetes Befüllen mit Gas ausgeführt wird oder ausgeführt wurde.
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Der Gastank kann an einem Fahrzeug montiert sein, der Controller kann an der Gasfüllvorrichtung vorgesehen sein, und das Gasfüllsystem kann ferner aufweisen: eine Kommunikationsvorrichtung, die Informationen über eine Temperatur und einen Druck im Gastank, die auf Seiten des Fahrzeugs erfasst wurden, durch Kommunikation an den Controller auf Seiten der Gasfüllvorrichtung überträgt. Mit der vorgenannten Konfiguration kann eine Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Gasfüllvorrichtung ausgeführt werden, so dass es nicht notwendig ist manuell die Informationen, die auf Seiten des Fahrzeugs erfasst wurden, auf Seiten der Gasfüllvorrichtung einzugeben. Zudem kann, nachdem die auf Seiten des Fahrzeugs erfassten Informationen empfangen wurden, das Befüllen mit Gas hauptsächlich auf Seiten der Gasfüllvorrichtung ausgeführt werden.
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Das Gasfüllsystem kann zudem eine Speichervorrichtung aufweisen, die eine Historie der von der Kommunikationsvorrichtung durchgeführten Kommunikation speichert. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, beispielsweise durch Überprüfen der Kommunikationshistorie zum Zeitpunkt der Fahrzeuginspektion, festzustellen, ob das Befüllen mit Gas unter Verwendung des für die Wärmeabgabeleistung des Gastanks geeigneten Füllratenkennfelds ausgeführt wurde.
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Das Fahrzeug gemäß den Aspekten der Erfindung kann für das Gasfüllsystem verwendet werden. Das Fahrzeug kann dabei einen Temperatursensor sowie einen Drucksensor aufweisen, die Informationen über eine Temperatur und einen Druck im Gastank erfassen, wobei ein Kommunikationsinstrument als Teil der Kommunikationsvorrichtung die vom Temperatursensor und Drucksensor erfassten Informationen an ein Kommunikationsinstrument an der Gasfüllvorrichtung überträgt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Gasfüllvorrichtung, die Gas in einen Gastank füllt. Die Gasfüllvorrichtung umfasst: eine Beschaffungsvorrichtung, die eine Temperatur und einen Druck im Gastank beschafft; einen Controller, der einen Temperaturanstieg und einen Druckanstieg im Gastank während einer vorgegebenen Zeitspanne, die vom Startzeitpunkt der Befüllung des Gastanks mit Gas verstreicht, berechnet und ein Füllratenkennfeld aus einer vorbereiteten Füllratenkennfeldgruppe auf Basis des berechneten Temperaturanstiegs und des berechneten Druckanstiegs auswählt; und eine Betriebssteuereinheit, die das Befüllen mit Gas unter Verwendung des Füllratenkennfelds, das durch den Controller gewählt wurde, ausführt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Merkmale, Vorteile und technische sowie wirtschaftliche Bedeutung dieser Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
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1 eine schematische Darstellung eines Gasfüllsystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
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2 eine Konfigurationsansicht des Gasfüllsystems gemäß der Ausführungsform zeigt;
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3 ein Flussdiagramm zeigt, das den Ablauf des Befüllens mit Gas des Gasfüllsystems gemäß der Ausführungsform zeigt;
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4 ein Flussdiagramm zeigt, das den Ablauf des Befüllens mit Gas des Gasfüllsystems gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform der Ausführungsform zeigt;
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5 eine Darstellung zeigt, die beispielhaft eine Füllratenkennfeldgruppe zeigt, die für den Ablauf des Befüllens mit Gas gemäß der ersten alternativen Ausführungsform verwendet wird;
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6 eine Darstellung zeigt, die beispielhaft eine Füllratenkennfeldgruppe zeigt, die für den Ablauf des Befüllens mit Gas gemäß der ersten alternativen Ausführungsform verwendet wird; und
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7 eine Darstellung von Funktionsblöcken eines Controllers einer Gasfüllvorrichtung gemäß der Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform, bei welcher Wasserstoffgas aus einer Gasfüllvorrichtung in ein Brennstoffzellenfahrzeug gefüllt wird, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, wird als Gasfüllsystem und Gasfüllverfahren beschrieben. Es sei angemerkt, dass, wie allgemein bekannt ist, das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle oder dergleichen umfasst, die Strom durch die elektrochemische Reaktion zwischen Brenngas (zum Beispiel Wasserstoffgas) und Oxidationsgas (zum Beispiel Luft) erzeugt.
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Wie in 1 dargestellt umfasst ein Gasfüllsystem 1 beispielsweise eine Gasfüllvorrichtung 2 und ein Fahrzeug 3. Die Gasfüllvorrichtung 2 ist beispielsweise in einer Wasserstofftankstelle oder dergleichen installiert. Das Fahrzeug 3 wird von der Gasfüllvorrichtung 2 mit Wasserstoffgas versorgt.
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Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die Gasfüllvorrichtung 2 eine Gaszylindergruppe (Gaszufuhrquelle) 11, eine Fülldüse 12 und einen Gasflusskanal 13. Die Gaszylindergruppe 11 speichert Wasserstoffgas. Die Fülldüse 12 gibt Wasserstoffgas in Richtung zu einem auf einem Fahrzeug montierten Gastank 30 aus. Der Gasflusskanal 13 verbindet die Gaszylindergruppe 11 mit der Fülldüse 12. Die Fülldüse 12 ist ein Bauteil, das als Füllanschluss bezeichnet wird. Die Fülldüse 12 wird mit einer Aufnahme 32 am Fahrzeug 3 zum Einfüllen des Wasserstoffgases verbunden. Die Fülldüse 12 und die Aufnahme 32 bilden eine Verbindungseinheit, die die Gasfüllvorrichtung 2 mit dem Gastank 30 verbindet.
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Ein Kompressor 14, ein Speicher 15, ein Durchflussratensteuerventil 16, ein Strömungsmesser (Str. Messer) 17, einen Vorkühler 18 und ein Temperatursensor 19 sind am Gasflusskanal 13 in dieser Reihenfolge von Seiten der Gaszylindergruppe 11 angeordnet. Der Kompressor 14 verdichtet Wasserstoffgas von der Gaszylindergruppe 11 und gibt das verdichtete Wasserstoffgas aus. Der Speicher 15 sammelt Wasserstoffgas, das vom Kompressor 14 auf einen vorgegebenen Druck verdichtet wurde. Das Durchflussratensteuerventil 16 regelt die Durchflussrate des Wasserstoffgases vom Speicher 15. Der Strömungsmesser 17 misst die Strömungsrate des Wasserstoffgases. Der Vorkühler 18 kühlt das durch den Gasflusskanal 13 strömende Wasserstoffgas vor.
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Der Temperatursensor 19 erfasst die Temperatur des Wasserstoffgases an einem Abschnitt stromab des Vorkühlers 18. Zudem umfasst die Gasfüllvorrichtung 2 ein Kommunikationsinstrument 21, eine Anzeige 22, einen Außenlufttemperatursensor 23 sowie einen Controller 24. Diese Vorrichtungen sind elektrisch mit dem Controller 24 verbunden. Es sei angemerkt dass, obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, ein Sperrventil für das Öffnen des Gasflusskanals 13 während des Füllens am Speicher 15, oder einer Stelle stromab des Speichers 15, vorgesehen ist.
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Das Durchflussratensteuerventil 16 ist ein elektrisch betriebenes Ventil und umfasst beispielsweise einen Schrittmotor als Antriebsquelle. Das Durchflussratensteuerventil 16 regelt die Durchflussrate des Wasserstoffgases derart, dass der Öffnungsgrad des Ventils durch den Schrittmotor gemäß einem Befehl vom Controller 24 variiert wird. Hierdurch wird die Strömungsrate, mit der Wasserstoffgas in den Gastank 30 gefüllt wird, gesteuert. Die derart gesteuerte Füllflussrate wird vom Strömungsmesser 17 gemessen. Dann regelt der Controller 24 das Durchflussratensteuerventil 16 durch empfangen der übermittelten Füllflussrate, so dass die Füllflussrate mit einer gewünschten Füllflussrate übereinstimmt. Es sei angemerkt, dass anstelle des Durchflussratensteuerventils 16 eine andere Flussratensteuervorrichtung verwendet werden kann.
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Der Vorkühler 18 kühlt Wasserstoffgas von etwa Raumtemperatur beim Speicher 15 auf eine vorgegebene niedrige Temperatur (beispielsweise –20°C) durch Wärmeaustausch. Die Art des Wärmeaustausches des Vorkühlers 18 kann dabei über eine Trennwand, ein Zwischenmedium und/oder einen Speicher erfolgen und jede bekannte Struktur kann für den Vorkühler 18 verwendet werden. Als ein Beispiel hat der Vorkühler 18 einen Leitungsabschnitt, durch den Wasserstoffgas strömt, wobei der Leitungsabschnitt in einem Gehäuse aufgenommen ist, durch das ein Kühlmittel strömt, um dadurch den Wärmeaustausch zwischen dem Wasserstoffgas und dem Kühlmittel zu ermöglichen. In diesem Fall kann die Kühltemperatur für das Wasserstoffgas durch Regeln der Menge und Temperatur des dem Gehäuse zugeführten Kühlmittels geregelt werden. Auf diese Weise wird die vom Vorkühler 18 gekühlte Temperatur des Wasserstoffgases durch den Temperatursensor 19 erfasst und das erfasste Signal wird in den Controller 24 eingegeben.
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Das Kommunikationsinstrument 21 hat beispielsweise eine Kommunikationsschnittstelle, die eine drahtlose Kommunikation, beispielsweise Infrarotkommunikation, ausführt. Die Anzeige 22 zeigt verschiedene Informationsteile auf einem Schirm an, beispielsweise die Information der Füllflussrate während der Befüllung mit Gas. Die Anzeige 22 kann ein Bedienfeld zum Auswählen oder Bestimmen einer gewünschten Füllmenge oder dergleichen auf dem Anzeigeschirm haben.
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Der Controller 24 ist als Mikrocomputer ausgebildet, der eine CPU, ein ROM und ein RAM enthält. Die CPU führt eine gewünschte Berechnung gemäß einem Steuerprogramm aus, um verschiedene Prozesse und Steuerungen durchzuführen. Das ROM speichert Steuerprogramme und Steuerdaten, die in der CPU verarbeitet werden. Das RAM wird hauptsächlich für verschiedene Arbeitsbereiche und Steuerprozesse verwendet. Der Controller 24 ist elektrisch nicht nur mit dem Kommunikationsinstrument 21 oder dergleichen vermittels Steuerleitungen verbunden, die durch die alternierende Strich-Punkt-Linie in 2 dargestellt ist, sondern ist ferner mit der Gaszylindergruppe 11, dem Kompressor 14, dem Speicher 15 und dem Vorkühler 18 verbunden. Der Controller 24 steuert die gesamte Gasfüllvorrichtung 2. Darüber hinaus nutzt der Controller 24 das Kommunikationsinstrument 21 um Informationen, die durch die Gasfüllvorrichtung 2 beschafft werden können, an das Fahrzeug 3 zu übertragen.
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Wie in 7 dargestellt, umfasst der Controller 24 eine Speichereinheit 61, eine Berechnungseinheit 62, eine Kennfeldauswahleinheit 63 sowie eine Betriebssteuereinheit 64 als Funktionsblöcke zum Ausführen der Steuerung der Füllrate. Die Speichereinheit 61 besteht aus dem ROM, dem RAM oder dergleichen und speichert beispielsweise vorab eine Füllratenkennfeldgruppe (eine Mehrzahl von Füllratenkennfeldern), die nachfolgend beschrieben werden. Die Berechnungseinheit 62 führt verschiedenen Berechnungen aus, die für die Steuerung einer Füllrate notwendig sind, und berechnet beispielsweise einen Temperaturanstieg sowie einen Druckanstieg im Wasserstoffgas im Gastank 30. Die Kennfeldauswahleinheit 63 wählt ein Füllratenkennfeld auf Basis der Berechnungsergebnisse durch die Berechnungseinheit 62 aus, wie später beschrieben wird. Die Betriebssteuereinheit 64 lädt das Füllratenkennfeld, das durch die Kennfeldauswahleinheit 63 gewählt wurde, aus der Speichereinheit 61 und überträgt dann einen Steuerbefehl an verschiedene Vorrichtungen auf Basis des geladenen Füllratenkennfelds, um dadurch die unterschiedlichen Vorrichtungen anzusteuern, um Wasserstoffgas einzufüllen.
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Das Fahrzeug 3 umfasst den Gastank 30 und die Aufnahme 32. Der Gastank 30 ist eine Brenngaszuführquelle für eine Brennstoffzelle und ist ein Hochdrucktank der geeignet ist, Wasserstoffgas mit beispielsweise 35 MPa oder 70 MPa zu speichern. Wenn eine Mehrzahl von Gastanks 30 montiert ist, sind die Gastanks 30 mit der Brennstoffzelle parallel verbunden. Wasserstoffgas im Gastank 30 wird der Brennstoffzelle über eine Zufuhrleitung (nicht dargestellt) zugeführt. Andererseits wird Wasserstoffgas von der Gasfüllvorrichtung 2 dem Gastank 30 über die Aufnahme 32 und eine Füllleitung 34 zugeführt. Ein Sperrventil 36 zum verhindern eines Rückstroms des Wasserstoffgases ist beispielsweise an der Füllleitung 34 vorgesehen. Ein Temperatursensor 40 sowie ein Drucksensor 42 erfassen jeweils die Temperatur und den Druck des Wasserstoffgases im Gastank 30 und können an der Zufuhrleitung oder der Füllleitung 34 vorgesehen sein.
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Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug 3 ein Kommunikationsinstrument 44, einen Controller 46 und eine Anzeige 48. Das Kommunikationsinstrument 44 überträgt oder empfängt verschiedene Informationsstücke zu oder von dem Kommunikationsinstrument 21 der Gasfüllvorrichtung 2. Der Controller 46 ist als Mikrocomputer ähnlich dem Controller 24 der Gasfüllvorrichtung 2 ausgebildet. Die Anzeige 48 zeigt verschiedene Informationsteile auf einem Schirm an. Das Kommunikationsinstrument 44 ist kompatibel zum Kommunikationsinstrument 21 und hat beispielsweise eine Kommunikationsschnittstelle, die eine drahtlose Kommunikation, beispielsweise Infrarotkommunikation, ausführt. Das Kommunikationsinstrument 44 ist in der Aufnahme 32 installiert oder an einem Tankdeckel des Fahrzeugs 3 befestigt, um die Kommunikation mit dem Kommunikationsinstrument 21 ausführen zu können, wenn die Fülldüse 12 mit der Aufnahme 32 verbunden ist. Der Controller 46 empfängt die Erfassungsergebnisse verschiedener Sensoren einschließlich des Temperatursensors 40 und des Drucksensors 42 um das gesamte Fahrzeug 3 zu steuern. Darüber hinaus nutzt der Controller 46 das Kommunikationsinstrument 44, um Informationen, die vom Fahrzeug 3 erfasst werden können, an die Gasfüllvorrichtung 2 zu übertragen. Die Anzeige 48 kann beispielsweise als Teil eines Fahrzeugnavigationssystems verwendet werden.
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Im Gasfüllsystem 1 wird, wenn das Fahrzeug 3 mit Wasserstoffgas betankt wird, zunächst die Fülldüse 12 mit der Aufnahme 32 verbunden. In diesem Zustand wird die Gasfüllvorrichtung 2 aktiviert. Dann wird, nachdem im Speicher 15 gesammeltes Wasserstoffgas durch den Vorkühler 18 herunter gekühlt wurde, das Wasserstoffgas aus der Fülldüse 12 in den Gastank 30 ausgegeben. Im Gasfüllsystem 1 und dem Gasfüllverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Gasfüllvorrichtung 2 die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 auf Basis von Informationen vom Fahrzeug 3 beim Ausgangszustand der Betankung, um dadurch die Füllrate auf einen für den Gastank 30 geeigneten Wert zu steuern.
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Nachfolgend wird die Steuerung der Füllrate im Gasfüllsystem 1 (Gasfüllverfahren) unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm aus 3 beschrieben.
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Zunächst wird, wenn ein mit dem Betanken beschäftigter Arbeiter die Fülldüse 12 mit der Aufnahme 32 verbindet, und eine Füllstartbetätigung ausführt, die das Ausgeben von Wasserstoffgas aus der Gasfüllvorrichtung 2 zum Gastank 30 ermöglicht, ein Vorfüllen bzw. Vorbefüllen gestartet (Schritt S1). Hierdurch wird Wasserstoffgas, das durch den Vorkühler 18 gekühlt wurde, zum Gastank 30 ausgegeben. Wenn Wasserstoffgas in den Gastank 30 strömt steigen die Temperatur und der Druck des Wasserstoffgases im Gastank 30 (nachfolgend als „Tanktemperatur” und „Tankdruck” bezeichnet) an.
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Das Vorbefüllen aus Schritt S1 wird mit einer konstanten Füllrate für eine vorgegebene Spanne von t Sekunden ausgeführt (Schritt S2). Es ist nur notwendig, dass die Länge der vorgegebenen Spanne von t Sekunden zulässt, dass die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 anhand von Schwankungen in der Tanktemperatur und dem Tankdruck aufgrund des Füllens ermittelt werden können. Daher können beispielsweise 60 Sekunden ausreichend sein; dies kann jedoch eine insgesamt lange Zeitspanne für das Befüllen verursachen. Eine oder zwei Sekunden sind dagegen zu kurz, so dass die Möglichkeit besteht, dass Schwankungen in der Tanktemperatur und dem Tankdruck nicht ausreichend erfasst werden können. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte wird die Länge der vorgegebenen Spanne von t Sekunden vorzugsweise unter Berücksichtigung eines Gleichgewichts zwischen der gesamten Zeitspanne zum Betanken und einer Zeit, welche die Erfassung von Schwankungen der Tanktemperatur dem Tankdruck ermöglicht, bestimmt. So sind beispielsweise 30 Sekunden wünschenswert. Darüber hinaus ist die konstante Füllrate beim Vorbefüllen vorzugsweise niedriger als die Füllrate beim Hauptbefüllen (Schritt S7). Es sei angemerkt, dass die Einheit der Füllrate allgemein unter Verwendung von g/min oder MPa/min angezeigt wird, wobei MPa/min in der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
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Im nachfolgenden Schritt S3 werden ein Tanktemperaturanstieg ΔT und ein Tankdruckanstieg ΔP, die in der vorgegebenen Spanne von t Sekunden variiert haben, berechnet. Die Berechnung wird in der Berechnungseinheit 62 des Controllers 24 auf Seiten der Gasfüllvorrichtung 2 auf Basis der Information zur Tanktemperatur und zum Tankdruck, die auf Seiten des Fahrzeugs 3 beschafft wurden, ausgeführt.
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Genauer gesagt empfängt der Controller 46 auf Seiten des Fahrzeugs 3 Erfassungssignale der Tanktemperatur und des Tankdrucks durch den Temperatursensor 40 und Drucksensor 42 unmittelbar nach Start der Vorbefüllung (nachfolgend an geeigneter Stelle als „Tankanfangstemperatur” und „Tankanfangsdruck” bezeichnet). Darüber hinaus empfängt der Controller 46 Erfassungssignale des Tankdrucks und der Tanktemperatur, die nach der vorgegebenen Spanne von t Sekunden nach dem Start der Vorbefüllung ausgelesen werden. Der Controller 46 nutzt das Kommunikationsinstrument 44 um die Werte der Tanktemperatur und des Tankdrucks, die zu diesen zwei Zeitpunkten ermittelt wurden, an das Kommunikationsinstrument 21 der Gasfüllvorrichtung 2 zu übertragen. Nach Erhalt des Kommunikationsergebnisses berechnet der Controller 24 der Gasfüllvorrichtung 2 einen Tanktemperaturanstieg ΔT und einen Tankdruckanstieg ΔP. Der Tanktemperaturanstieg ΔT kann ein Wert sein, der durch Subtrahieren der Tankanfangstemperatur von der Tanktemperatur nach der vorgegebenen Zeitspanne von t Sekunden erhalten wird; oder es kann ein Wert verwendet werden, der durch Dividieren der Tanktemperatur nach der vorgegebenen Zeitspanne von t Sekunden durch die Tankanfangstemperatur (d. h. die Tanktemperaturanstiegsrate) erhalten wird. Dies gilt in gleicher Weise für den Tankdruckanstieg ΔP.
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Im nächsten Schritt S4 wird bestimmt, ob das Verhältnis des Tanktemperaturanstiegs ΔT zum Tankdruckanstieg ΔP (nachfolgend als „Anstiegsverhältnis ΔT/ΔP” bezeichnet) größer oder gleich als ein Grenzwert X ist. Diese Bestimmung wird durch die Kennfeldauswahleinheit 63 des Controllers 24 auf Seiten der Gasfüllvorrichtung 2 getroffen.
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Genauer gesagt kann die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 anhand des Wertes des Anstiegsverhältnisses ΔT/ΔP bestimmt werden. Ein Gastank hat, je nach Material, Oberflächenbereich, Struktur und dergleichen, eine andere Wärmeabgabeleistung oder Temperaturanstiegsrate. Beispielsweise ist die Wärmeabgabeleistung höher, wenn Aluminium als Auskleidung des Gastanks 30 verwendet wird, als wenn ein Harz (Polyethylen oder dergleichen) als Auskleidung verwendet wird. Darüber hinaus schwankt die Wärmeabgabeleistung abhängig von der Beschaffenheit des Harzes und/oder einem Mischungsverhältnis der Harzauskleidung. Daher ist die Wärmeabgabeleistung bei aktuellen und zukünftigen Gastanks 30 nicht immer gleich. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 dann derart bestimmt, dass das Anstiegsverhältnis ΔT/ΔP mit dem Grenzwert X verglichen wird, der vorab durch Simulationen oder Auswertungen erhalten wurde (Schritt S4).
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Wenn das Anstiegsverhältnis ΔT/ΔP größer oder gleich dem Grenzwert X ist, wird bestimmt der dass die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 relativ niedrig ist, und die Kennfeldauswahleinheit 63 des Controllers 24 wählt ein Füllratenkennfeld Ma (Schritt S4: Ja, Schritt S5). Wenn dagegen bestimmt wird, dass die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 relativ hoch ist, wählt die Kennfeldauswahleinheit 63 des Controllers 24 ein Füllratenkennfeld Mb (Schritt S4. Nein, Schritt S6).
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Die Füllratenkennfelder Ma und Mb werden in der Speichereinheit 61 des Controllers 24 als Teil der Füllratenkennfeldgruppe vorab gespeichert. Die Kennfeldauswahleinheit 63 des Controllers 24 wählt eines der Füllratenkennfelder Ma und Mb aus der Füllratenkennfeldgruppe auf Basis des Anstiegsverhältnisses ΔT/ΔP (Schritt S5 oder S6). Dann nutzt die Betriebssteuereinheit 64 des Controllers 24 das ausgewählte Füllratenkennfeld, um die Hauptbefüllung mit Wasserstoffgas durch die Gasfüllvorrichtung 2 zu starten (Schritt S7).
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Die Füllratenkennfeldgruppe konfiguriert hierbei individuelle Füllratenkennfelder Ma und Mb, so dass das Befüllen mit einer höheren Füllrate durchgeführt wird, wenn verhältnidas Anstiegss ΔT/ΔP abnimmt (das bedeutet wenn festgestellt wird, dass die Wärmeabgabeleistung des Gastanks
30 höher ist). Ein Beispiel der Füllratenkennfeldgruppe kann beispielsweise in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt sein. Wie bei dem Füllratenkennfeld Ma (
6) als bevorzugtes Beispiel, das nachfolgend beschrieben werden wird, ist jedes Füllratenkennfeld der Füllratenkennfeldgruppe derart konfiguriert, um eine Mehrzahl von Füllraten für zumindest einen Zustand wie beispielsweise einen Tankanfangsdruck und eine Tankanfangstemperatur zu definieren. In der Tabelle 1 werden die Füllraten α und β der jeweiligen Füllratenkennfelder Ma und Mb als Beispiele für die Füllraten verwendet, wenn diese Bedingungen gleich sind. Tabelle 1 Füllratenkennfeldgruppe
| Füllratenkennfeld Ma | Füllratenkennfeld Mb |
Füllrate [MPa/min] | α | β *wobei α < β |
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Die Füllraten α und β bedeuten hierbei optimale Füllraten, bei denen eine Befüllung bzw. Betankung mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden kann, während der Tankdruck und die Tanktemperatur im Gastank 30 entsprechende Referenzwerte (zum Beispiel 85°C) nicht übersteigen. Das bedeutet, im Fall der Füllrate α kann eine vorbestimmte Füllmenge (eine Füllmenge für eine vollständige Betankung sowie eine Füllmenge für eine Betankung mit bestimmten Menge) in einer kürzest möglichen Zeitspanne eingefüllt werden, während das Innere des Gastanks 30 mit relativ niedriger Wärmeabstrahlungsleistung stabil gehalten wird. Im Fall der Füllrate β dagegen kann eine vorgegebene Füllmenge in einer noch kürzeren Zeitspanne eingefüllt werden, während das Innere des Gastanks 30 mit relativ hoher Wärmeabstrahlungsleistung stabil gehalten wird. Gemäß einem spezifischen Beispiel wird der Gastank 30 mit der Füllrate α unter Verwendung des Füllratenkennfeldes Ma befüllt, wenn der Gastank 30 aus einer Harzauskleidung besteht, und wird mit der Füllrate β unter Verwendung des Füllratenkennfeldes Mb befüllt, wenn der Gastank 30 aus einer Aluminiumsauskleidung besteht. Somit kann der Gastank 30 mit der Aluminiumsauskleidung mit guter Wärmeabgabeleistung in einer weiter verkürzten Zeitspanne befüllt werden.
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Nach Start der Hauptbefüllung in Schritt S7 wird die Gasfüllvorrichtung 2 gesteuert, um die im Füllratenkennfeld definierte Füllrate zu erzielen. Insbesondere steuert die Betriebssteuereinheit 64 des Controllers 24 den Öffnungsgrad des Durchflussratensteuerventils 16, um die vorbestimmte Füllflussrate zu erzielen, während sie das Ergebnis, das durch den Strömungsmesser (Str. Messer) 17 erfasst wird, prüft.
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Darüber hinaus wird während der Hauptbefüllung die Tatsache, dass die Betankung bzw. Befüllung mit Gas unter Verwendung des in Schritt S5 oder Schritt S6 gewählten Füllratenkennfelds ausgeführt wird, zumindest auf der Anzeige 22 der Gasfüllvorrichtung 2 und/oder der Anzeige 48 des Fahrzeugs 3 angezeigt. Das bedeutet, ein die Betankung Ausführender kann durch die Anzeige auf zumindest einer der Anzeige 22 und 48 im Gasfüllsystem 1 feststellen, dass die Steuerung basierend auf dem Füllratenkennfeld ausgeführt wird, das auf Basis von Bedingungen ausgewählt wurde, die die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 umfassen. Danach wird, wenn die vorgegebene Füllmenge in den Gastank 30 eingefüllt wurde, die Zufuhr von Wasserstoff von der Gasfüllvorrichtung 2 gestoppt, um das Befüllen bzw. Betanken mit Gas zu beenden. Es sei angemerkt, dass eine der vorgenannten Anzeige ähnliche Anzeige auf zumindest einer der Anzeigen 22 und/oder 48 nach Abschluss der Betankung oder nur nach Abschluss der Betankung angezeigt werden kann.
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Nach Abschluss der Befüllung mit Gas ist es wünschenswert, dass die Speichereinheit (beispielsweise die Speichereinheit 61 oder das RAM) zumindest einer Steuerung 24 und/oder 46 im Gasfüllsystem 1 zeitweilig eine Kommunikationshistorie zwischen dem Kommunikationsinstrument 44 und dem Kommunikationsinstrument 21 speichert. Das Kommunikationsinstrument 44 und das Kommunikationsinstrument 21 dienen als Kommunikationsvorrichtungen. Die Kommunikationshistorie enthält vorzugsweise beispielsweise eine Historie, die anzeigt, dass die Tanktemperatur und der Tankdruck vom Kommunikationsinstrument 21 zum Kommunikationsinstrument 44 zu den vorstehend genannten zwei Zeitpunkten während der Vorbefüllung übertragen wurden. Eine derartige Kommunikationshistorie kann sowohl in der Gasfüllvorrichtung 2 als auch dem Fahrzeug 3 gespeichert werden und wird vorzugsweise im Fahrzeug 3 gespeichert. Daher ist es zum Zeitpunkt einer Fahrzeuginspektion oder dergleichen möglich, einfach zu bestimmen, ob die Befüllung mit Gas gemäß dem Ablauf aus 3 ausgeführt wurde.
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Mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, die Wärmeabgabeleistung des am Fahrzeug montierten Gastank 30 durch die Gasfüllvorrichtung 2 zu bestimmen, und eine Füllsteuerung für den Gastank 30 unter Verwendung des für die bestimmte Wärmeabgabeleistung geeigneten Füllratenkennfelds Ma oder Mb auszuführen. Daher ist es möglich, das Befüllen mit Gas mit einer Füllrate auszuführen, die für die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 geeignet ist, so dass eine Zeitspanne für das Befüllen verringert werden kann.
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Wenn zudem ein Verfahren verwendet wird, bei dem, anders als bei der vorliegenden Ausführungsform, lediglich ein Temperaturanstieg ΔT berechnet wird, um die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 zu bestimmen, variiert die Temperaturanstiegsrate abhängig von der Größe eines Tankvolumens. Diesbezüglich variiert, wenn in ähnlicher Weise ein Verfahren zum Berechnen lediglich des Druckanstiegs ΔP verwendet wird, die Druckanstiegsrate abhängig von der Größe eines Tankvolumens. Daher ist es schwierig in geeigneter Weise die Wärmeabgabeleistung zu bestimmen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es dagegen möglich, da ein Verfahren zum Berechnen von sowohl einem Temperaturanstieg ΔT als auch einem Druckanstieg ΔP verwendet wird, die Wärmeabgabeleistung ohne den Einfluss des Volumens des Gastanks 30 geeignet zu bestimmen.
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Da zudem die Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 durch Berechnung erhalten werden kann, ist es nicht notwendig, die Wärmeabgabeleistung eines jeden der einzelnen Gastank 30 vorab in der Gasfüllvorrichtung 2 der Wasserstoffstation bzw. -tankstelle zu speichern. Es ist zudem nicht notwendig, die Software der Füllratenkennfeldgruppe für jedes Neufahrzeug zu aktualisieren.
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Darüber hinaus ist, bei einem Schritt zur Bestimmung der Wärmeabgabeleistung des Gastanks 30 (Schritte S1 bis S3) die Füllrate konstant, so dass es möglich ist, die Füllratenkennfeldgruppe zu vereinfachen. Wenn zudem die niedrigere Füllrate als die Füllraten, die durch die Füllratenkennfelder Ma und Mb definiert sind, als die konstante Füllrate genutzt wird, ist es möglich den Zustand im Inneren des Gastanks 30 stabil zu halten, selbst wenn die Wärmeabgabeleistung beschafft bzw. bestimmt wird. Darüber hinaus wird das Anstiegsverhältnis ΔT/ΔP dazu verwendet, um die Wärmeabgabeleistung zu bestimmen (Schritt S4), so dass es nicht notwendig ist, Füllratenkennfelder zu verwenden, die individuell vorgegebene Bereiche des Temperaturanstiegs ΔT und des Druckanstiegs ΔP definieren. Somit ist es möglich, die einzelnen Füllratenkennfelder zu vereinfachen.
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Es sei angemerkt, dass bei der vorgenannten Beschreibung zwei Füllratenkennfelder Ma und Mb, die in der Füllratenkennfeldgruppe enthalten sind, dargestellt sind; jedoch ist die Zahl der Füllratenkennfelder nicht auf zwei begrenzt. Wenn die Zahl der Vergleich mit dem AnstiegverhältniGrenzwerte zums ΔT/ΔP beispielsweise erhöht ist, ist die Zahl der Füllratenkennfelder drei oder mehr. Wenn beispielsweise zwei Grenzwerte verwendet werden, kann die Füllratenkennfeldgruppe gemäß der nachfolgenden Tabelle 2 verwendet werden. In diesem Fall wird in Schritt S4 von
3 das Anverhältnistiegss ΔT/ΔP mit beiden Grenzwerten X und Y verglichen. Eines der drei Füllratenkennfelder Ma, Mb oder Mc wird auf Basis des Vergleichsergebnisses ausgewählt (ähnlich den Schritten S5 und S6), und das Befüllen mit Gas wird gemäß der durch das ausgewählte Füllratenkennfeld definierten Füllrate ausgeführt. Tabelle 2 Füllratenkennfeldgruppe
| ΔT/ΔP ≥ X | Y < ΔT/ΔP < X | Y ≥ ΔT/ΔP |
Füllratenkennfeld | Ma | Mb | Mc |
Füllrate [MPa/min] | α | *wobei α < β < γ und Y < X | γ |
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Alternative Ausführungsformen
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Nachfolgend werden einige alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei angemerkt, dass die alternativen Ausführungsformen einzeln für die vorliegende Erfindung angewandt werden können oder in Kombination mit anderen alternativen Ausführungsformen angewandt werden können.
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Erste alternative Ausführungsform
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Wie in 4 gezeigt, können, anstelle der Schritte S4 bis S6 aus 3, die Schritte S14 und S15 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Schritte S11 bis S13 und S16 in 4 gleich den Schritten S1 bis S3 und S7 aus 3 sind, so dass auf deren Beschreibung verzichtet wird.
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In Schritt S14 wird ein Füllratenkennfeld aus der Füllratenkennfeldgruppe auf Basis des Anstiegsverhältnisses ΔT/ΔP und des Tankanfangsdrucks gewählt. Wie in 5 dargestellt, die ein Beispiel der in diesem Fall verwendeten Füllratenkennfeldgruppe zeigt, definiert die Füllratenkennfeldgruppe MM eine Mehrzahl von Füllratenkennfeldern unter Verwendung des Tankanfangsdrucks als Ordinatenachse und des Anstiegsverhältnisses ΔT/ΔP als Abszissenachse. Der Tankanfangsdruck und das Anstiegverhältnis ΔT/ΔP sind hierbei für jeden von drei Bereichen eingestellt, um in Summe neun Füllratenkennfelder Ma bis Mi zu definieren. Dies kann bei Bedarf jedoch natürlich entsprechend verändert werden. Wenn beispielsweise in Schritt S14 das Anstiegverhältnis ΔT/ΔP geringer als der Grenzwert A ist, und der Tankanfangsdruck 10 MPa ist, wird das Füllratenkennfeld Ma gewählt.
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Es sei angemerkt, dass, wie im Fall der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die Füllratenkennfeldgruppe MM in der Speichereinheit 61 des Controllers 24 vorab gespeichert ist, und das Füllratenkennfeld Ma durch die Kennfeldauswahleinheit 63 des Controllers 24 gewählt wird. Darüber hinaus konfiguriert die Füllratenkennfeldgruppe MM individuelle Füllratenkennfelder Ma bis Mi, um das Befüllen mit Gas mit einer höheren Füllrate auszuführen, wenn das Anstiegsverhältnis ΔT/ΔP sinkt bzw. abnimmt. Daher ist beispielsweise die Füllrate im Füllratenkennfeld Mb niedriger als die im Füllratenkennfeld Ma; gleichwohl ist die im Füllratenkennfeld Mb definierte Füllrate höher als die im Füllratenkennfeld Mc.
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In Schritt S15 bestimmt der Controller 24 die Füllrate auf Basis der Tankanfangstemperatur und des Tankanfangsdrucks unter Bezugnahme auf das Füllratenkennfeld. Dies kann durch die Betriebssteuereinheit 64 des Controllers 24 erfolgen. Wenn ein Beispiel unter Verwendung des Füllratenkennfelds Ma beschrieben wird, definiert das Füllratenkennfeld Ma in 6 eine Mehrzahl von Füllraten unter Verwendung des Tankanfangsdrucks als Ordinate und der Tankanfangstemperatur als Abszisse. Zudem ist das Füllratenkennfeld Ma für jede einer Mehrzahl von Vorkühlertemperaturen (beispielsweise T1, T2 und T3, wobei T1 < T2 < T3) vorgesehen. Die Vorkühlertemperatur ist die Temperatur des Wasserstoffgases im Vorkühler 18 und wird durch den Temperatursensor 19 erfasst. Der Controller 24, der ein Signal der erfassten Vorkühlertemperatur direkt empfängt, bestimmt eine Vorkühlertemperatur unmittelbar nach Start der Vorbefüllung, oder eine Vorkühlertemperatur nach Ablauf der vorgegebenen t Sekunden seit dem Start der Vorbefüllung. In Schritt S15 wird, wenn beispielsweise die erfasste Vorkühlertemperatur gleich T1 ist, der Tankanfangsdruck gleich 40 MPa ist, und die Tankanfangstemperatur gleich 0°C ist, die Füllrate als D4 [MPa/min] bestimmt. Danach wird die Hauptbefüllung mit der bestimmten Füllrate gestartet (Schritt S16).
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Nachfolgend werden zwei Punkte bezüglich der Reihenfolge der Füllratenwerte im Füllratenkennfeld Ma beschrieben. Erstens nimmt, wenn der Tankanfangsdruck und die Tankanfangstemperatur gleich sind, der Wert der Füllrate ab, wenn die Vorkühlertemperatur zunimmt. Wenn beispielsweise der Tankanfangsdruck 40 MPa ist, und die Tankanfangstemperatur 0°C ist, ist die Füllrate bei der Vorkühlertemperatur T2 niedriger als die Füllrate D4 bei der Vorkühlertemperatur T1.
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Zweitens kann, wenn die Vorkühlertemperatur gleich ist, die Füllrate erhöht werden, wenn der Tankanfangsdruck zunimmt oder die Tankanfangstemperatur sinkt. Beispielsweise ist, bei der Vorkühlertemperatur T1, von Füllraten A1 bis H8 im Füllratenkennfeld Ma die Füllrate H1 (Tankdruck: 80 MPa, Tanktemperatur: –30°C) maximal, und die Füllrate A8 (Tankdruck: 10 Mpa, Tanktemperatur: 40°C) ist minimal.
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Es sei angemerkt, dass beim Füllratenkennfeld Ma der Tankdruck in Abständen von 10 MPa und die Tanktemperatur in Abständen von 10°C eingestellt ist; wobei diese Skala jedoch natürlich willkürlich gewählt werden kann. Die Skala der Vorkühlertemperatur kann auch willkürlich in Schritten von beispielsweise 2°C bis 3°C, 5°C oder 10°C gewählt werden. Darüber hinaus haben die Füllratenkennfelder Mb bis Mi eine ähnliche Konfiguration wie das Füllratenkennfeld Ma, wobei die Füllratenkennfelder Mb bis Mi jedoch voneinander verschiedene Füllraten haben. In ähnlicher Weise bedeuten die jeweiligen Füllraten in den Füllratenkennfeldern Ma bis Mi eine Füllrate, bei der eine Betankung mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden kann, ohne dass eine Situation auftritt, bei welcher der Tankdruck und die Tanktemperatur im Gastank 30 entsprechende Referenzwerte unter entsprechenden Bedingungen des Tankanfangsdrucks, der Tankanfangstemperatur und der Vorkühlertemperatur übersteigen.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen ersten alternativen Ausführungsform können, zusätzlich zu den Funktionen und vorteilhaften Effekten ähnlich denen der vorgenannten Ausführungsform, die folgenden Funktionen und vorteilhafte Effekte erhalten werden. Das bedeutet, wenn eines der Füllratenkennfelder Ma bis Mi ausgewählt wird, wird nicht nur das Anstiegsverhältnis ΔT/ΔP sondern auch der Tankanfangsdruck berücksichtigt (Schritt S14), so dass ein Füllratenkennfeld, das noch besser für die Eigenschaften des Gastanks 30 geeignet ist, gewählt werden kann. Wenn zudem die Füllrate aus dem gewählten Füllratenkennfeld bestimmt wird, wird die Vorkühlertemperatur berücksichtigt so dass es möglich ist, eine optimale Befüllung mit Gas gemäß der Kühlleistung des Vorkühler 18 auszuführen.
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Es sei angemerkt, dass in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden alternativen Ausführungsform es auch denkbar ist, dass die jeweiligen Füllratenkennfelder Ma bis Mi nicht für jede einer Vielzahl von Vorkühlertemperatur eingestellt sind. Alternativ ist es auch denkbar, dass, durch Verwendung einer Außenlufttemperatur anstelle einer Vorkühlertemperatur, die jeweiligen Füllratenkennfelder Ma bis Mi für jede einer Vielzahl von Außenlufttemperaturen eingestellt werden können. Die Außenlufttemperatur kann durch einen Außenlufttemperatursensor 23 erfasst werden.
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Zweite alternative Ausführungsform
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Im Gasfüllsystem 1 können der Schritt zum Berechnen des Tanktemperaturanstiegs ΔT und des Tankdruckanstiegs ΔP (Schritt S3 3, Schritt S13 in 4), und der anschließenden Schritt zum Auswählen des Füllratenkennfelds (Schritte S4 bis S6 in 3, Schritte S14 und S15 in 4) von separaten Controllern ausgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass der vorangehende Berechnungsschritt durch den Controller 46 auf Seiten des Fahrzeugs 3 ausgeführt wird, und das Berechnungsergebnis durch Kommunikation an die Gasfüllvorrichtung 2 übertragen wird, und das anschließende Auswahlschritt durch den Controller 24 ausgeführt wird. In diesem Fall ist eine Berechnungseinheit entsprechend der vorstehend beschriebenen Berechnungseinheit 62 im Controller 46 enthalten.
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Davon verschieden ist es auch möglich, dass, im Gasfüllsystem 1 der Berechnungsschritt und der Auswahlschritt (Schritte S3 bis S6 in 3, Schritte S13 bis S15 in 4) durch den Controller 46 auf Seiten des Fahrzeugs 3 ausgeführt werden. In diesem Fall wird das auf Seiten des Fahrzeugs 3 gewählte Füllratenkennfeld durch Kommunikation an die Gasfüllvorrichtung 2 übertragen, und der Controller 24 der Gasfüllvorrichtung 2 nutzt dann das Füllratenkennfeld, das vom Fahrzeug 3 übertragen wurde, um das Befüllen mit Gas auszuführen. In diesem Fall sind zumindest eine Berechnungseinheit sowie eine Kennfeldauswahleinheit entsprechend der Berechnungseinheit 62 und die Kennfeldauswahleinheit 63 im Controller 46 enthalten, und die Betriebssteuereinheit 64 des Controllers 24 führt die Wasserstoffbetankung auf Basis des von der Kennfeldauswahleinheit des Controllers 46 gewählten Füllratenkennfelds aus.
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Kurz gesagt ist es lediglich notwendig, dass das Gasfüllsystem 1 einen Controller enthält, der die Speichereinheit 61, die Berechnungseinheit 62 und die Kennfeldauswahleinheit 63 umfasst, wobei der Controller durch den Controller 24 der Gasfüllvorrichtung 2 (die vorstehend genannte Ausführungsform) oder den Controller 24 der Gasfüllvorrichtung 2 und den Controller 46 auf Seiten des Fahrzeugs 3 (zweite alternative Ausführungsform) ausgebildet sein kann.
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Dritte alternative Ausführungsform
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Bei einer dritten alternativen Ausführungsform kann die Stelle des Temperatursensors 19, der die Vorkühlertemperatur erfasst, verändert werden. Es ist lediglich notwendig, dass der Temperatursensor 19 in der Lage ist, die Temperatur des Wasserstoffgases zwischen dem Vorkühler 18 und einem Abschnitt stromauf des Gastanks 30 zu erfassen, so dass der Temperatursensor 19 an der Aufnahme 32 oder der Füllleitung 34 auf Seiten des Fahrzeugs 3 vorgesehen sein kann, oder die Temperatur des Wasserstoffgases, das aus der Gasfüllvorrichtung 2 in Richtung zum Gastank 30 ausgegeben wird, erfassen kann. Zudem kann, bei einer anderen Ausführungsform, der Temperatursensor 19 an der Fülldüse 12 vorgesehen sein und die Temperatur des Wasserstoffgases an der Fülldüse 12 erfassen.
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Das Gasfüllsystem sowie das Gasfüllverfahren gemäß dem Aspekt der Erfindung kann nicht nur für Wasserstoffgas verwendet werden sondern für ein Gas, dessen Temperatur während der Betankung steigt. Zudem können das Gasfüllsystem und das Gasfüllverfahren nicht nur für ein Fahrzeug verwendet werden, sondern können für eine mobile Einheit verwendet werden, die mit einem Gastank ausgestattet ist, der von außen betankt wird, beispielsweise ein Flugzeug, ein Schiff und/oder ein Roboter.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-147005 A [0002, 0003]
- JP 2005-127430 A [0003]