DE112017001338T5

DE112017001338T5 - Gasbetankungsverfahren

Info

Publication number: DE112017001338T5
Application number: DE112017001338.0T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Handa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2018-12-06
Also published as: US20190086032A1; CN108779895A; JPWO2017159314A1; WO2017159314A1; CN108779895B; JP6587737B2

Abstract

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gasbetankungsverfahren zum Ausführen eines Gasbetankungsprozesses anzugeben, das in einen Anfangsfüllschritt und einen Hauptfüllschritt unterteilt ist, und das den Hauptfüllschritt auch dann geeignet beenden kann, wenn ein Tank mit kleinem Volumen angeschlossen ist. Der Gasfüllschritt ab dem Anfang bis zum Abschluss des Tankens von Gas ist unterteilt in den Anfangsfüllschritt und den Hauptfüllschritt, der Gas so einfüllt, dass eine vorbestimmte Druckanstiegsrate realisiert wird. Das Gasbetankungsverfahren enthält: einen Schritt zum Schätzen eines Anfangsdrucks Peines Wasserstofftanks, wenn der Anfangsfüllschritt gestartet wird, und einer Anfangsdruckanstiegsrate ΔPeines Tanks für den Anfangsfüllschritt; einen Schritt zum Berechnen einer Referenzdruckanstiegsrate ΔPdes Wasserstofftanks, wenn ein Zustand angenommen wird, in dem der Druck des Wasserstofftanks der Anfangsdruck Pist, als Basispunkt, und der Hauptfüllschritt ab dem Basispunkt gestartet wird, ohne des Anfangsfüllschritt auszuführen; und einen Schritt zum Setzen einer Zieldruckanstiegsrate ΔPfür den Hauptfüllschritt mittels einer Abweichung zwischen der Anfangsdruckanstiegsrate ΔPund der Referenzdruckanstiegsrate ΔP.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasbetankungsverfahren. Insbesondere betrifft sie ein Gasbetankungsverfahren eines beweglichen Körpers, das eine Druckgaszufuhrquelle mit einem an dem beweglichen Körper angebrachten Tank verbindet und das Gas in den Tank des beweglichen Körpers füllt.
Verwandte Technik
Brennstoffzellenfahrzeuge fahren durch Zufuhr von sauerstoffhaltiger Luft und Wasserstoffgas, welches das Brenngas ist, zu der Brennstoffzelle und durch Antrieb eines Elektromotors mittels der hierdurch erzeugten elektrischen Energie. In den letzten Jahren sind bei der praktischen Realisierung von Brennstoffzellenfahrzeugen, welche solche Brennstoffzellen als Energiequellen zum Erzeugen von Antriebskraft verwenden, Fortschritte gemacht worden. Obwohl Wasserstoff erforderlich ist, damit die Brennstoffzellen elektrischen Strom erzeugen, sind, mit den Brennstoffzellenfahrzeugen der letzten Jahre, solche Fahrzeuge häufiger geworden, die eine ausreichende Menge von Wasserstoffgas vorab in einem Hochdrucktank oder einem mit einer Speicherlegierung ausgestatteten Wasserstofftank speichern, und das Wasserstoffgas innerhalb des Tanks zum Fahren nutzen. Darüber hinaus gibt es einhergehend damit erhebliche Fortschritte in der Forschung im Bezug auf die Betankungstechnologie, um so rasch wie möglich eine große Wasserstoffmenge in einen Tank zu füllen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
8 ist ein Graph, der ein Beispiel der Druckänderung innerhalb des Wasserstofftanks während des Einfüllens von Wasserstoffgas zeigt. Wie in 8 gezeigt, ist der Gasfüllschritt vor Beginn des Einfüllens von Wasserstoffgas zur Zeit t0, bis zum Ende bei t5, in zwei Stufen des Anfangsfüllschritts zuerst und anschließend des Hauptfüllschritts unterteilt.
Der Anfangsfüllschritt ist ein Schritt zur Vorbetankung mit Wasserstoffgas, um Information im Bezug auf den Tank zu bekommen, die zur Durchführung des anschließenden Hauptfüllschritts erforderlich ist. Wie in 8 gezeigt, sind in diesem Anfangsfüllschritt ein Vor-Schuß-Befüllen (Zeit t0~t1) zum Messen des Anfangsdrucks des Tanks, ein Volumendetektionsbefüllen (Zeit t2~t3) zum Messen des Volumens des Tanks etc. enthalten. Darüber hinaus ist der Hauptfüllschritt ein Schritt zum Einfüllen von Wasserstoffgas unter der Strömungsratensteuerung mittels der im Anfangsfüllschritt erhaltenen Information des Tanks, der Temperatur der Außenluft zu dieser Zeit, etc., bis er vollständig gefüllt wird.
Obwohl hier die Temperatur des Tanks ansteigt, wenn Wasserstoffgas in den Tank gefüllt wird, hat dieser Temperaturanstieg einen starken Einfluss auf die Druckanstiegsgeschwindigkeit, d.h. die Druckanstiegsrate, des Tanks während des Einfüllens von Wasserstoffgas. Aus diesem Grund ist es in dem Hauptfüllschritt häufig der Fall, dass eine Ziel-Druckanstiegsrate bestimmt wird, und die Strömungsrate des dem Tank zugeführten Wasserstoffgases so gesteuert wird, dass diese Ziel-Druckanstiegsrate realisiert wird.
Wenn die Ziel-Druckanstiegsrate höher ist als eine geeignete Druckanstiegsrate, wird, obwohl einhergehend hiermit Wasserstoff rascher eingefüllt wird, die Temperatur des Tanks ansteigen, bevor das Volltanken erreicht ist, und es könnte zunehmend erforderlich sein, das Betanken selbst zu unterbrechen oder zu stoppen. Wenn darüber hinaus die Ziel-Druckanstiegsrate niedriger ist als die geeignete Druckanstiegsrate, wird, obwohl es möglich ist, den Temperaturanstieg des Tanks einhergehend hiermit zu begrenzen, die erforderliche Zeit verlängert, bis das Volltanken erreicht ist, und somit Unannehmlichkeiten entstehen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Ziel-Druckanstiegsrate auf eine geeignete Größe zu setzen, um den Hauptfüllschritt rasch und geeignet durchzuführen. Darüber hinaus kann eine solche geeignete Druckanstiegsrate mittels eines bekannten Algorithmus berechnet werden, solange ein Referenzpunkt verwendet wird, der gemäß der Startzeit des Betankens und des Anfangsdrucks des Tanks zur Startzeit, des Volumens des Tanks, der Außenlufttemperatur, der Temperatur des Wasserstoffgases etc. spezifiziert ist. 8 zeigt die Änderung im Tankdruck im Falle des Einfüllens von Wasserstoffgas unter der geeigneten Druckanstiegsrate, die mit der Zeit t0 und dem Anfangsdruck P0 als der Referenzpunkt erhalten wird, mit der gepunkteten Linie A-B.
Patentdokument 1: Internationale PCT-Veröffentlichung Nr. WO2011/058782 .
ABRISS DER ERFINDUNG
Jedoch ist der Gasfüllschritt der in den letzten Jahren vorgeschlagenen Gasbetankungsverfahren meistens in den Anfangsfüllschritt und den Hauptfüllschritt unterteilt, wie oben erwähnt. Da in diesem Fall eine gewisse Wasserstoffmenge unter einer unbekannten Druckanstiegsrate in dem Anfangsfüllschritt vor Beginn des Hauptfüllschritts eingefüllt wird, steigen auch der Druck und die Temperatur innerhalb des Tanks. Um daher die Ziel-Druckanstiegsrate in dem Hauptfüllschritt auf eine geeignete Höhe zu setzen, ist es erforderlich, die Zustandsänderung des Tanks vor der Füllstartzeit bis zum Abschluss des Anfangsfüllschritts sowie den Zustand des Tanks zum Zeitpunkt des Abschlusses des Anfangsfüllschritts durch Ausführung des Anfangsfüllschritts zu erfassen, und die Ziel-Druckanstiegsrate mit dem Zustand des Tanks zum Moment des Abschlusses des Anfangsfüllschritts als den Referenzpunkt zu setzen.
Jedoch berücksichtigen die herkömmlichen Gasbetankungsverfahren, beim Setzen der Ziel-Druckanstiegsrate im Hauptfüllschritt, nicht die Zustandsänderung des Tanks aufgrund des Vorhandenseins des Anfangsfüllschritts, d.h. durch Ausführen des Anfangsfüllschritts. In anderen Worten, mit den herkömmlichen Gasbetankungsverfahren ist die Druckanstiegsrate (Steigung der gepunkteten Linie A-C in 8), die man mit der Startzeit des Anfangsfüllschritts als Referenzpunkt erhält, als die Ziel-Druckanstiegsrate im Hauptfüllschritt gesetzt worden (Steigung der durchgehenden Linie C-D in 8). Aus diesem Grund wird mit den herkömmlichen Gasbetankungsverfahren der Druck des Tanks proportional rasch ansteigen, wenn Wasserstoffgas mit einer Druckanstiegsrate getankt wird, die höher ist als die Druckanstiegsrate, die als die Referenz in dem Anfangsfüllschritt dient. In anderen Worten, die gesamte Druckanstiegsrate, die man durch Aufsummieren des Anfangsfüllschritts und des Hauptfüllschritts (Steigung der Linie A-D in 8) erlangt, wird größer als die geeignete Druckanstiegsrate, die durch einen bekannten Algorithmus bestimmt wird (Steigung der Linie A-B in 8), und steigt auf den gleichen Druck zur Zeit t5, was früher ist als die Endzeit t6 im Falle des Betankens unter der geeigneten Druckanstiegsrate. Aus diesem Grund wird mit dem herkömmlichen Gasbetankungsverfahren der Temperaturanstieg des Tanks stark, und es könnte erforderlich werden, das Betanken zu unterbrechen oder zu stoppen, bevor die volle Betankung erreicht ist.
Es sollte angemerkt werden, dass, wenn der Tank, der das Betankungsziel ist, ein solcher eines allgemeinen vierrädrigen Brennstoffzellenfahrzeugs ist, die Abweichung zwischen der gesamten Druckanstiegsrate und der geeigneten Druckanstiegsrate auch klein wird, weil der Druckanstiegsbetrag vom Anfangsfüllschritt relativ zum Druckanstiegsbetrag vom Hauptfüllschritt ausreichend klein sein wird. Da jedoch der Druckanstiegsbetrag vom Anfangsfüllschritt im Vergleich zum Druckanstiegsbetrag vom Hauptfüllschritt mit kleineren Volumina des Tanks, der das Betankungsziel ist, zunimmt, nimmt auch die Abweichung zwischen der gesamten Druckanstiegsrate und der geeigneten Druckanstiegsrate zu, und daher wird das oben erwähnte Problem noch deutlicher.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Gasbetankungsverfahren zum Tanken von Gas anzugeben, das in einen Anfangsfüllschritt und einen Hauptfüllschritt unterteilt ist und den Hauptfüllschritt auch dann geeignet beenden kann, wenn ein Tank mit kleinem Volumen angeschlossen ist.
Gemäß einem ersten Aspekt enthält ein Gasbetankungsverfahren zum Verbinden einer Zufuhrquelle (z.B. der später beschriebene Druckakkumulator 91) von Druckgas durch eine Rohrleitung (z.B. die später beschriebene Tankstellenrohrleitung 93 und Fahrzeugrohrleitung 39) mit einem Tank (z.B. dem später beschriebenen Wasserstofftank 31), mit dem ein beweglicher Körper (z.B. das später beschriebene Fahrzeug V) ausgestattet ist, und Füllen von Gas in den Tank: einen Gasfüllschritt ab nach dem Anfang bis zum Abschluss des Tankens von Gas, der unterteilt ist in einen Anfangsfüllschritt (z.B. die später beschriebenen Schritte S1 bis S7 in 5 oder die Schritte S21 bis S28 in 7), zum Tanken von Gas, um Information im Bezug auf den Tank zu erhalten; und einen Hauptfüllschritt (z.B. die später beschriebenen Schritte S8 bis S12 in 5 oder Schritt 29 in 7) zum Füllen von Gas, so dass eine Ziel-Druckanstiegsrate realisiert wird, die mittels der erhaltenen Information bestimmt wird, während der Anfangsfüllschritt ausgeführt wird. Das Gasfüllverfahren enthält: einen Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt (z.B. die später beschriebenen Schritte S4 bis S5 von 5 oder Schritte S25 bis S26 in 7) zum Schätzen eines Anfangsdrucks (z.B. des später beschriebenen Anfangsdrucks P₀) des Tanks während des Starts des Anfangsfüllschritts und einer Anfangsdruckanstiegsrate (z.B. der später beschriebenen Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀) des Tanks in dem Anfangsfüllschritt; einen Referenzdruckanstiegsratenberechnungsschritt zum Berechnen einer Referenzdruckanstiegsrate (z.B. die später beschriebene Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS) des Tanks in einem Fall mit einem Zustand, in dem der Druck des Tanks der Anfangsdruck ist, als Referenzpunkt, und angenommen wird, dass der Hauptfüllschritt ab dem Referenzpunkt gestartet wird, ohne den Anfangsfüllschritt auszuführen; sowie einen Zieldruckanstiegsratensetzschritt (z.B. der später beschriebene Schritt S7 in 5 oder Schritt S28 in 7) zum Setzen der Zieldruckanstiegsrate für den Hauptfüllschritt mittels einer Abweichung zwischen der Anfangsdruckanstiegsrate und der Referenzdruckanstiegsrate.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass im Zieldruckanstiegsratensetzschritt die Zieldruckanstiegsrate niedriger eingestellt wird als die Referenzdruckanstiegsrate, falls die Anfangsdruckanstiegsrate höher ist als die Referenzdruckanstiegsrate.
Gemäß einem dritten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass ein Ein-Aus-Ventil (z.B. das später beschriebene Strömungsratensteuerventil 94b) und ein Drucksensor (z.B. der später beschriebene erste Tankstellendrucksensor 97c) zum Detektieren eines Drucks an der stromaufwärtigen Seite von dem Ein-Aus-Ventil in der Rohrleitung bereitgestellt werden; in dem Anfangsfüllschritt, nach einem Druckanstieg innerhalb eines vorbestimmten Speichersegments (z.B. dem später beschriebenen Segment in der Tankstellenrohrleitung 93 von dem Strömungsratensteuerventil 94b zu dem Absperrventil 94a) in der Rohrleitung an einer stromaufwärtigen Seite von dem Ein-Aus-Ventil in einem Schließzustand des Ein-Aus-Ventils, das Ein-Aus-Ventil geöffnet wird, und ein Vorschussfüllen (z.B. der später beschriebene Schritt S1 in 5 oder Schritt S21 in 7) durchgeführt wird, um Druckgas innerhalb des Speicherelements in den Tank zu füllen; und der Anfangsdruck und die Anfangsanstiegsrate in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt basierend auf dem Druck innerhalb der Rohrleitung, der mittels des Drucksensors nach der Ausführung des Vorschussfüllens detektiert ist, dem Volumen des Speicherelements und dem Volumen des Tanks geschätzt werden.
Gemäß einem vierten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt der Anfangsdruck basierend auf dem Druck innerhalb der Rohrleitung, der nach der Ausführung des Vorschussfüllens mittels des Drucksensors detektiert wird, dem Volumen des Speicherelements und dem Volumen des Tanks geschätzt wird, und die Anfangsdruckanstiegsrate, die basierend auf dem Druck innerhalb der Rohrleitung, der mittels des Drucksensors nach Ausführung des Vorschussfüllens detektiert wird, und einer Zeit, die für das Vorschussfüllen erforderlich ist, geschätzt wird.
Gemäß einem fünften Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Gasbetankungsverfahren ferner einen Volumenschätzschritt enthält (z.B. den später beschriebenen Schritt S9 in 5 oder Schritt S24 in 7) um eine Gasmenge zu erfassen, die in den Tank während einer vorbestimmten Zeitspanne unter einer festen Druckanstiegsrate gefüllt wird, und das Volumen des Tanks mittels der erfassten Gasmenge zu schätzen.
Gemäß einem sechsten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt das Volumen des Tanks mittels Kommunikation zwischen der Zufuhrquelle und dem beweglichen Körper erfasst wird, und in Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate mittels des so erfassten Volumens (z.B. des später beschriebenen gesendeten Volumenwerts V_IR) geschätzt werden; wobei der Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt, der Referenzdruckanstiegsratenberechnungsschritt und der Zieldruckanstiegsratensetzschritt ausgeführt werden, bis der Hauptfüllschritt gestartet wird; und der Volumenschätzschritt das Volumen des Tanks mittels einer Zeitspanne unmittelbar nach dem Start des Hauptfüllschritts unter der im Zieldruckanstiegsratensetzschritt gesetzten Zieldruckanstiegsrate schätzt.
Gemäß einem siebten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Verfahren ferner enthält: einen Tankvolumenverifizierungsschritt (z.B. den später beschriebenen Schritt S10 in 5) zum Vergleichen zwischen dem Volumen des Tanks, das mittels Kommunikation erfasst wird, um den Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt zu schätzen, und dem Volumen des Tanks, der in dem Volumenschätzschritt geschätzt ist.
Gemäß einem achten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, falls in dem Tankvolumenverifizierungsschritt ein relativer Fehler in der Differenz zwischen dem mittels der Kommunikation erfassten Volumen und dem in dem Volumenschätzschritt geschätzten Volumen zumindest einen vorbestimmten Wert hat, um die im Zieldruckanstiegsratensetzschritt gesetzte Zieldruckanstiegsrate zu korrigieren, und der Hauptfüllschritt mittels einer korrigierten Zieldruckanstiegsrate fortgesetzt wird.
Gemäß einem neunten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass ein Volumen des Tanks in dem Volumenschätzschritt mittels einer Zeitspanne geschätzt wird, für die Gas mit einer festen Druckanstiegsrate getankt wird, die vorab im Anfangsfüllschritt bestimmt ist; und der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate im Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt mittels des im Volumenschätzschritt geschätzten Volumens des Tanks geschätzt werden.
Gemäß einem zehnten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass in dem Zieldruckanstiegsratensetzschritt die Zieldruckanstiegsrate derart gesetzt wird, dass eine vorhergesagte Beendigungszeit des Hauptfüllschritts zur gleichen Zeit wird wie eine vorhergesagte Beendigungszeit (z.B. die später beschriebene vorhergesagte Beendigungszeit t_end in 6) des Hauptfüllschritts im Falle der Ausführung des Hauptfüllschritts unter der Referenzdruckanstiegsrate von dem Referenzpunkt, ohne den Anfangsfüllschritt auszuführen.
In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Gas in den Tank eines beweglichen Körpers von einer Zufuhrquelle gefüllt, indem dies in einen Anfangsfüllschritt und den Hauptfüllschritt unterteilt wird. In dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt werden der Anfangsdruck des Tanks, wenn der Anfangsfüllschritt gestartet wird, und die Anfangsdruckanstiegsrate des Tanks in dem Anfangsfüllschritt geschätzt, und ferner wird in dem Referenzdruckanstiegsratenberechnungsschritt eine Referenzdruckanstiegsrate mittels des geschätzten Anfangsdruck des Tanks berechnet. Insbesondere wird im Falle eines Zustands, in dem der Druck des Tanks der Anfangsdruck ist, der im Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt als Referenzpunkt geschätzt ist, und unter der Annahme zum Starten des Hauptfüllschritts ab dem Referenzpunkt, ohne den Anfangsfüllschritt auszuführen, die Druckanstiegsrate als die Referenzdruckanstiegsrate berechnet. Dann wird im Zieldruckanstiegsratenschätzschritt die Zieldruckanstiegsrate für den Hauptfüllschritt mittels der Abweichung zwischen der im Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt geschätzten Anfangsdruckanstiegsrate und der im Referenzdruckanstiegsratenberechnungsschritt berechneten Referenzdruckanstiegsrate gesetzt. Wenn man hierin die Referenzdruckanstiegsrate als die Zieldruckanstiegsrate für den Hauptfüllschritt so hernimmt wie sie ist, wird, falls die Anfangsdruckanstiegsrate höher ist als die Referenzdruckanstiegsrate, der Temperaturanstieg des Tanks größer als unter Referenzdruckanstiegsrate angenommen, wie im Bezug auf 8 erläutert, und könnte auch der Tank einen zu hohen Temperaturanstieg erreichen, und daher bestehen Bedenken, nicht mehr in der Lage zu sein, den Hauptfüllschritt geeignet zu beenden. Im Gegensatz hierzu schätzt die vorliegende Erfindung die Anfangsdruckanstiegsrate, die herkömmlich nicht erfasst worden ist, und falls die Anfangsdruckanstiegsrate höher ist als die Referenzdruckanstiegsrate, kann wegen dem Setzen der Zieldruckanstiegsrate mittels der Abweichung zwischen dieser und der Referenzdruckanstiegsrate die Zieldruckanstiegsrate niedriger gemacht werden als die Referenzdruckanstiegsrate, um diese zu korrigieren; daher lässt sich vermeiden, dass sich der Temperaturanstieg des Tank in dem Hauptfüllschritt jenem, der unter der Referenzdruckanstiegsrate angenommen wird, annähert. Demzufolge ist es gemäß der vorliegenden Erfindung auch, falls ein Tank mit kleinem Volumen angeschlossen wird, möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Tanks zu verhindern und den Hauptfüllschritt geeignet zu beenden.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung macht die Zieldruckanstiegsrate niedriger als die Referenzdruckanstiegsrate, falls die Anfangsdruckanstiegsrate höher ist als die Referenzdruckanstiegsrate. In anderen Worten, die vorliegende Erfindung kann einen übermäßigen Temperaturanstieg des Tanks und somit ein Beenden des Hauptfüllschritts geeignet auch verhindern, falls ein Tank mit kleinem Volumen angeschlossen ist, indem mittels der Anfangsdruckanstiegsrate, die herkömmlich nicht erfasst worden ist, die Zieldruckanstiegsrate für den Hauptfüllschritt auf die Referenzdruckanstiegsrate zurückfällt.
Gemäß dem dritten Aspekt wird nach dem Druckanstieg innerhalb eines Speicherelements an einer stromaufwärtigen Seite von dem Ein-Aus-Ventil in einem Schließzustand des Ein-Aus-Ventils, das in der Rohrleitung vorgesehen ist, das Ein-Aus-Ventil geöffnet und wird Druckgas innerhalb des Speicherelements rasch in den Tank gefüllt. Darüber hinaus wird in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt nach der Angleichung des Drucks von der Rohrleitung zu dem Tank durch Ausführung des oben beschriebenen Vorschussfüllens, der Druck in der Rohrleitung mittels des in der Rohrleitung vorgesehenen Drucksensors detektiert; und werden der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate mittels dieses Drucks, Volumens des Speichersegments und Volumens des Tanks geschätzt. Da es hierdurch möglich ist, den Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate präzise zu schätzen, kann die mittels dieser gesetzte Zieldruckanstiegsrate auf eine geeignete Größe gesetzt werden.
Gemäß der vierten Ausführung wird in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt der Anfangsdruck basierend auf dem Druck in der Rohrleitung, der mittels des Drucksensors nach dem Ausgleichen des Drucks von der Rohrleitung bis zum Tank durch Ausführung des oben erwähnten Vorschussfüllens detektiert wird, und dem Volumen des Speicherelements und dem Volumen des Tanks geschätzt. Darüber hinaus wird die Anfangsdruckanstiegsrate ferner basierend auf dem auf diese Weise erhaltenen Anfangsdruck, dem Druck innerhalb der Rohrleitung nach dem Ausführen des Vorschussfüllens und der zum Vorschussfüllen erforderlichen Zeit geschätzt. Da es hierdurch möglich ist, den Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate präzise zu schätzen, kann die mittels dieser gesetzte Zieldruckanstiegsrate auf eine geeignete Größe gesetzt werden.
Gemäß dem fünften Aspekt wird in dem Volumenschätzschritt die Gasmenge, die in dem Tank während einer vorbestimmten Zeitspanne unter einer festen Druckanstiegsrate gefüllt wird, erfasst, und wird das Volumen des Tanks mittels dieser geschätzt. Im Falle der oben erwähnten Schätzung des Anfangsdrucks und der Anfangsdruckanstiegsrate ist Information im Bezug auf das Volumen des Tanks erforderlich. Demzufolge kann durch Schätzung des Volumens des Tanks gemäß dem Volumenschätzschritt die vorliegende Erfindung den Anfangsdruck, die Anfangsdruckanstiegsrate etc. mittels dieser schätzen. Es sollte angemerkt werden, dass Information im Bezug auf das Volumen des Tanks während des Anfangsfüllschritts an der Zufuhrquellenseite mittels Kommunikation, die zwischen dem beweglichen Körper und der Zufuhrquelle während des Betankens erstellt wird, erfasst werden. In diesem Fall kann das Ergebnis der Schätzung in dem Volumenschätzschritt dazu benutzt werden, die Glaubhaftigkeit des mittels Kommunikation erfassten Ergebnisses zu verifizieren.
Gemäß dem sechsten Aspekt wird das Volumen des Tanks mittels Kommunikation erfasst, und werden der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate mittels diesem in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt geschätzt. Darüber hinaus werden dieser Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt, der Referenzdruckanstiegsratenberechnungsschritt mittels der Ergebnisse, die in diesem Schritt und dem Zieldruckanstiegsratensetzschritt erhalten sind, ausgeführt, bis der Hauptfüllschritt gestartet wird. Dann wird der Hauptfüllschritt unter dem Zieldruckanstiegsratensetzschritt gesetzten Zieldruckanstiegsrate gestartet, und wird das Volumen des Tanks in dem oben erwähnten Volumenschätzschritt mittels der Zeitspanne unmittelbar nach dem Start dieses Hauptfüllschritts geschätzt. In anderen Worten, da es möglich wird, den Hauptfüllschritt prompt zu starten, ohne auf die Ergebnisse des Volumenschätzschritts zu warten, kann durch gleichzeitige Ausführung des Hauptfüllschritts und des Volumenschätzschritts, die vorliegende Erfindung eine Verlängerung der Betankungszeit verhindern.
Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Zieldruckanstiegsrate vorläufig mittels des durch Kommunikation erhaltenen Tankvolumens gesetzt, und nach dem Start des Hauptfüllschritts unter dieser Zieldruckanstiegsrate wird das Volumen des Tanks durch eine separate Kommunikationsroute geschätzt, durch gleichzeitige Ausführung des Volumenschätzschritts mit diesem Hauptfüllschritt. Dann wird in dem Tankvolumenverifizierungsschritt das Volumen des Tanks, das durch Kommunikation erhalten wird, die zum vorläufigen Setzen der Zieldruckanstiegsrate verwendet wird, mit dem Volumen des Tanks, das durch Ausführung des Volumenschätzschritts geschätzt wird, verglichen. Hierdurch wird es möglich, die Glaubhaftigkeit der durch Kommunikation erhaltenen Information im Bezug auf das Volumen des Tanks zu verifizieren, während der Hauptfüllschritt rasch eingeleitet wird.
Falls, gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in dem Tankvolumenverifizierungsschritt der relative Fehler in der Differenz zwischen dem mittels der Kommunikation erfassten Volumen und dem in dem Volumenschätzschritt geschätzten Volumen zumindest einen vorbestimmten Wert einnimmt, wird die Zieldruckanstiegsrate für den Hauptfüllschritt bei der Ausführung korrigiert, und wird der Hauptfüllschritt mittels der korrigierten Rate fortgesetzt. Hierdurch wird es möglich, das Betanken fortzusetzen, während ein übermäßiger Temperaturanstieg des Tanks verhindert wird, auch in einem Fall, in dem das mittels Kommunikation erfasste Volumen, um die ursprüngliche Zieldruckanstiegsrate zu setzen, fehlerhaft ist.
Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Volumen des Tanks mittels der Zeitspanne des Füllgases bei einer festen Druckanstiegsrate während des Anfangsfüllschritts geschätzt, und werden der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate mittels diesem geschätzt. Hierdurch werden der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate auch in einem Fall geschätzt, in dem es nicht möglich ist, das Volumen des Tanks mittels Kommunikation zu erfassen, und somit wird es möglich, die Soll-Druckanstiegsrate für den Hauptfüllschritt mittels dieser anschließend zu setzen.
Gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Zieldruckanstiegsrate so gesetzt, dass die vorhergesagte Beendigungszeit des Hauptfüllschritts zu einer vorhergesagten Beendigungszeit des Hauptfüllschritts in einem Fall mit einem Zustand wird, in dem der Druck des Tanks der Anfangsdruck ist, als Referenzpunkt, und angenommen wird, dass der Anfangsfüllschritt unter der Referenzdruckanstiegsrate ausgeführt wird. Da die Zieldruckanstiegsrate hierdurch so gesetzt wird, dass sie niedriger ist als die Referenzdruckanstiegsrate, wird es auch in einem Fall, in dem die Anfangsdruckanstiegsrate höher als die Referenzdruckanstiegsrate ist, möglich, einen übermäßigen Druckanstieg des Tanks zu verhindern, und den Hauptfüllschritt geeignet zu beenden, auch falls ein Tank mit kleinem Volumen angeschlossen ist.
Figurenliste

1 zeigt die Konfiguration eines Wasserstoffbetankungssystems, auf das ein Wasserstoffgasbetankungsverfahren gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuerschaltung zur Füllströmungsratensteuerung zeigt;
3 zeigt einen spezifischen Algorithmus zum Setzen einer Zieldruckanstiegsrate;
4 zeigt eine Sequenz zum Setzen einer Zieldruckanstiegsrate;
5 zeigt in einem Flussdiagramm eine Sequenz zum Tanken von Wasserstoffgas in einem Wasserstoffbetankungssystem;
6 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch den Ablauf des Tankens von Wasserstoffgas zeigt, der im Flussdiagramm von 5 realisiert ist;
7 zeigt in einem Flussdiagramm eine Sequenz zum Tanken von Wasserstoffgas in einem Wasserstoffbetankungssystem gemäß einer zweiten Ausführung; und
8 zeigt ein Beispiel der Druckänderung innerhalb eines Wasserstofftanks während des Tankens von Wasserstoffgas.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
< Erste Ausführung >
Nachfolgend wird eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1 zeigt die Konfiguration eines Wasserstoffbetankungssystems S, auf das ein Wasserstoffbetankungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Das Wasserstoffbetankungssystem S ist konfiguriert durch Kombination eines Brennstoffzellenfahrzeugs V, das mit Wasserstoffgas als Brenngas fährt, und einer Wasserstofftankstelle 9, die einem Wasserstofftank dieses Fahrzeugs V Wasserstoffgas zuführt. Nachfolgend wird zuerst die Konfiguration seitens des Fahrzeugs V erläutert, und dann wird die Konfiguration seitens der Tankstelle 9 erläutert.
Das Fahrzeug V enthält einen Wasserstofftank 31, der von der Tankstelle 9 zugeführten Wasserstoff speichert, eine Fahrzeugrohrleitung 39, die sich von diesem Wasserstofftank 31 erstreckt, ein Brennstoffzellensystem (nicht dargestellt), das aus dem im Wasserstofftank 31 gespeicherten Wasserstoffgas Elektrizität erzeugt und die erzeugte elektrische Energie zum Fahren verwendet, eine Infrarot-Kommunikationseinrichtung 5, die Datensignale im Bezug auf den Wasserstofftank 31 zu der Wasserstofftankstelle 9 sendet, sowie eine Kommunikationsbetriebs-ECU 6, die Datensignale erzeugt, um sie von dieser Infrarot-Kommunikationseinrichtung 5 zu senden.
Die Fahrzeugrohrleitung 39 enthält eine Aufnahme 38, in die ein später beschriebener Füllstutzen 32 der Wasserstofftankstelle 9 passt, und ein Rückschlagventil 36, das in der Fahrzeugrohrleitung 39 nahe der Aufnahme 38 vorgesehen ist und dazu dient, ein Zurückfließen des Wasserstoffgases an dem Wasserstofftank 31 zu der Aufnahme 38 hin zu verhindern.
Als Mittel zum Erfassen von Information im Bezug auf den vorgenannten Wasserstofftank 31 sind ein Tankinnentemperatursensor 41 und ein Tankinnendrucksensor 42 mit der Kommunikationsbetriebs-ECU 6 verbunden. Der Tankinnentemperatursensor 41 detektiert die Temperatur vom Wasserstoffgas innerhalb des Wasserstofftanks 31 und sendet ein dem Detektionswert entsprechendes Signal zu der Kommunikationsbetriebs-ECU 6. Der Tankinnendrucksensor 42 detektiert den Druck innerhalb des Wasserstofftanks 31 und sendet ein dem Detektionswert entsprechendes Signal zu der Kommunikationsbetriebs-ECU 6.
Die Kommunikationsbetriebs-ECU 6 ist ein Mikrocomputer, der aufgebaut ist durch eine Schnittstelle, die die Detektionssignale der oben erwähnten Sensoren 41, 42 A/D wandelt, eine CPU, die einen später beschriebenen Signalerzeugungsprozess ausführt, eine Treiberschaltung, die die Infrarot-kommunikationseinrichtung 5 in einem bestimmten Zustand unter dem oben erwähnten Prozess handhabt, eine Speichervorrichtung, die verschiedene Daten speichert, etc.
Programme im Bezug auf die Ausführung des später beschriebenen Datensignalerzeugungsprozesses, und Kenninformation, welche den Volumenwert des Wasserstofftanks 31 enthält, mit dem das Fahrzeug V bei der Herstellung ausgestattet wurde, sind in einer Speichervorrichtung der Kommunikationsbetriebs-ECU 6 aufgezeichnet. Es sollte angemerkt werden, dass in dieser Kenninformation, abgesehen vom Tankvolumen des Wasserstofftanks, zum Beispiel enthalten sind Information im Bezug auf den Wasserstofftank 31, die zur Zeit der Herstellung spezifiziert werden kann, wie etwa die Kapazität, hergeleitet durch eine bekannte Umwandlungsvorschrift aus dem Volumenwert, und das Material des Wasserstofftanks.
Die CPU der Kommunikationsbetriebs-ECU 6 startet einen Signalerzeugungsprozess zum Erzeugen eines Signals, das von der Kommunikationseinrichtung 5 zu der Wasserstofftankstelle 9 gesendet werden soll, zum Beispiel mit dem Ereignis, dass ein die Aufnahme 38 schützender Tankdeckel geöffnet wird. Darüber hinaus beendet die CPU der Kommunikationsbetriebs-ECU 6 den Signalerzeugungsprozess, mit dem Ereignis des Eintritts in einen Zustand, in dem das Einfüllen von Wasserstoffgas unmöglich wird, falls etwa detektiert wird, dass der oben erwähnte Stutzen aus der Aufnahme 38 entfernt worden ist, oder falls zum Beispiel detektiert wird, dass der Tankdeckel geschlossen worden ist.
In dem Signalerzeugungsprozess werden ein gesendeter Temperaturwert T_IR entsprechend dem gegenwärtigen Wert der Temperatur in dem Wasserstofftank, ein gesendeter Druckwert P_IR entsprechend dem gegenwärtigen Wert des Drucks in dem Wasserstofftank, und ein gesendeter Volumenwert V_IR entsprechend dem gegenwärtigen Wert des Volumens des Wasserstofftanks zu jeder vorbestimmten Periode erfasst, und gemäß diesen Werten (T_IR, P_IR, V_IR) wird ein Datensignal erzeugt. Für den gesendeten Temperaturwert T_IR wird der derzeitige Detektionswert des Tankinnentemperatursensors 41 verwendet. Für den gesendeten Druckwert P_IR wird der derzeitige Detektionswert des Tankinnendrucksensors 42 verwendet. Darüber hinaus wird für den gesendeten Volumenwert V_IR ein in der vorgenannten Speichervorrichtung aufgezeichneter Wert verwendet.
Darüber hinaus werden in dem Signalerzeugungsprozess der gesendete Temperaturwert T_IR und der gesendete Druckwert P_IR, die wie oben erwähnt periodisch erfasst werden, mit Abbruchschwellenwerten, die vorab für jeden gesendeten Wert bestimmt sind, verglichen, und falls einer dieser gesendeten Werte während des Betankens den Abbruchschwellenwert überschreitet, wird ein Abbruchsignal erzeugt, um bei der Wasserstofftankstelle 9 das Beenden des Betankens anzufordern.
Die Treiberschaltung der Kommunikationsbetriebs-ECU 6 veranlasst, dass die Infrarot-Kommunikationseinrichtung 6 gemäß den Datensignalen betrieben wird (blinkt) und durch den oben erwähnten Signalerzeugungsprozess das Abbruchsignal erzeugt wird. Hierdurch werden Datensignale einschließlich Zustandsinformation im Bezug auf den Zustand innerhalb des Wasserstofftanks (d.h. den gesendeten Temperaturwert T_IR, den gesendeten Druckwert P_IR, etc.) sowie Kenninformation (d.h. den gesendeten Volumenwert V_IR etc.) und Abbruchsignale zu der Wasserstofftankstelle 9 gesendet.
Die Wasserstofftankstelle 9 enthält einen Druckakkumulator 91, in dem Wasserstoffgas zum Zuführen zum Fahrzeug V bei hohem Druck gespeichert wird; eine Tankstellenrohrleitung 93, die zum Füllstutzen 92 reicht, um Wasserstoff von dem Druckakkumulator 91 abzugeben, ein Absperrventil 94a und ein Strömungsratensteuerventil 94b, die in der Tankstellenrohrleitung 93 vorgesehen sind, sowie eine Tankstellen-ECU 95, die diese Ventile 94a, 94b steuert.
Die Tankstellen-ECU 95 öffnet/schließt das Absperrventil 94a und das Strömungsratensteuerventil 94b gemäß der später im Bezug auf die 2 bis 6 erläuterten Sequenz, nachdem der Füllstutzen 92 mit der im Fahrzeug V vorgesehenen Aufnahme verbunden ist, um im Druckakkumulator 91 gespeichertes Hochdruckwasserstoffgas in den Wasserstofftank 31 des Fahrzeugs V zu füllen.
Ein Kühler 96 zum Kühlen des Wasserstoffgases ist in der Tankstellenrohrleitung 93 zwischen dem Strömungsratensteuerventil 94b und dem Füllstutzen 92 angeordnet. Durch Kühlen des Wasserstoffgases an einer Position vor dem Einfüllen in den Wasserstofftank 31 mittels eines solchen Kühlers 36 wird ein Temperaturanstieg des Wasserstoffgases in dem Wasserstofftank 31 verringert, und demzufolge wird ein rasches Betanken möglich.
Mit der Tankstellen-ECU 95 sind verschiedene Sensoren 97a, 97b, 97c, 97d, 97e verbunden, um den Zustand vom Wasserstoffgas an einer Position vor dem Einfüllen in den Wasserstofftank 31 zu erfassen.
Ein Strömungsmesser 97a ist in der Tankstellenrohrleitung 93 zwischen dem Absperrventil 94a und dem Strömungsratensteuerventil 94b angeordnet und schickt zu der Tankstellen-ECU 95 ein Signal, das der Masse pro Zeiteinheit von Wasserstoffgas entspricht, das in die Tankstellenrohrleitung 93 fließt, d.h. die Massenströmungsrate. Ein Tankstellentemperatursensor 97b ist in der Tankstellenrohrleitung 93 an der stromabwärtigen Seite des Kühlers 96 angeordnet und sendet ein Signal, das der Temperatur des Wasserstoffgases innerhalb der Tankstellenrohrleitung 93 entspricht, zu der Tankstellen-ECU 95. Ein Umgebungstemperatursensor 97d detektiert die Temperatur der Umgebungsluft und sendet ein Signal, das dem Detektionswert entspricht, zu der Tankstellen-ECU 95. Es sollte angemerkt werden, dass die durch diesen Umgebungstemperatursensor 97d detektierte Umgebungstemperatur als Temperatur des Wasserstoffgases in dem Brennstofftank des Fahrzeugs V, während das Betanken beginnt, betrachtet werden könnte.
Ein erster Tankstellendrucksensor 97c ist in der Tankstellenrohrleitung 93 zwischen dem Strömungsratensteuerventil 94b und dem Absperrventil 94a angeordnet und sendet ein Signal, das dem Druck des Wasserstoffgases innerhalb der Tankstellenrohrleitung 93 entspricht, zu der Tankstellen-ECU 95. Ein zweiter Tankstellendrucksensor 97e ist in der Tankstellenrohrleitung 93 an der stromabwärtigen Seite von dem Strömungsratensteuerventil 94b und dem Kühler 96 angeordnet und sendet ein Signal, das dem Druck des Wasserstoffgases innerhalb der Tankstellenrohrleitung 93 entspricht, zu der Tankstellen-ECU 95.
Eine Infrarot-Kommunikationseinrichtung 98 zum Kommunizieren mit dem Fahrzeug V ist an dem Füllstutzen 92 vorgesehen. Die Infrarot-Kommunikationseinrichtung 98 weist zu der Infrarot-Kommunikationseinrichtung 5, die an dem Fahrzeug V vorgesehen ist, wenn der Füllstutzen 92 mit der Aufnahme 38 verbunden wird, wodurch das Senden/Empfangen von Datensignalen über Infrarotlicht zwischen diesen Kommunikationseinrichtungen 98, 5 möglich wird.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuerschaltung für Füllströmungsratensteuerung durch die Tankstellen-ECU 95 zeigt. Der Gasfüllschritt vom Beginn bis zum Abschluss des Tankens von Wasserstoffgas in der Wasserstofftankstelle ist unterteilt in einen Anfangsfüllschritt, um zunächst Wasserstoffgas vorzufüllen, um Information im Bezug auf den Wasserstofftank des Fahrzeugs zu erhalten; einen Hauptfüllschritt, um Wasserstoffgas unter einer Füllströmungsratensteuerung durch die Tankstellen-ECU 95 mittels der im Anfangsfüllschritt erhaltenen Information einzufüllen (im Bezug auf das später beschriebene Flussdiagramm von 5, etc.). 2 zeigt Module 71 bis 76 zum Realisieren der Füllströmungsratensteuerung in dem Hauptfüllschritt im Besonderen.
Eine Durchschnittsvorkühltemperatur-Berechnungseinheit 71 berechnet eine durchschnittliche Vorkühltemperatur T_{PC_AV}, welche eine durchschnittliche Temperatur des Wasserstoffgases nach dem Vorkühlen ist, basierend auf einem Detektionswert T_PC des Temperatursensors 97b und einem Detektionswert m_ST des Strömungsmessers 97a. Die Zieldruckanstiegsratensetzeinheit 72 setzt eine Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST entsprechend einem Ziel im Bezug auf die Druckanstiegsrate des Wasserstofftanks während des Hauptfüllschritts. Es sollte angemerkt werden, dass die spezifische Sequenz zum Setzen der Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST im Bezug auf 3 später erläutert wird.
Die Zielfülldruckberechnungseinheit 73 berechnet einen Zielfülldruck P_TRGT entsprechend dem Zielwert für den Fülldruck nach einer vorbestimmten Zeit unter Verwendung der von der Zieldruckanstiegsratensetzeinheit 72 gesetzten Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST und des Detektionswerts P_ST2 des zweiten Tankstellendrucksensors (nachfolgend als „Fülldruck“ bezeichnet).
Basierend auf einer bekannten Rückkopplungsteuervorschrift bestimmt der Rückkopplungsregler 94 eine Soll-Öffnung des Strömungsratensteuerventils, so dass der Fülldruck P_ST2 zu dem Zielfülldruck P_TRGT wird, und gibt diesen in eine Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) des Strömungsratensteuerventils ein. Die Antriebsvorrichtung stellt eine Öffnung des Strömungsratensteuerventils so ein, dass diese Soll-Öffnung realisiert wird. Im Hauptfüllschritt wird hierdurch Wasserstoffgas so eingefüllt, dass die von der Zieldruckanstiegsratensetzeinheit 72 gesetzte Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST realisiert wird.
Eine Füllende-Bewertungseinheit 75 bewertet, ob das Tanken von Wasserstoffgas abgeschlossen wurde, und falls sie bewertet, dass das Tanken abgeschlossen wurde, setzt sie die Soll-Öffnung auf 0 oder schließt das Absperrventil 94a, um das Füllen von Wasserstoffgas zu beenden. Mit der Füllende-Bewertungseinheit 75 werden zum Beispiel die drei folgenden Füllende-Bedingungen definiert.
Die erste Füllende-Bedingung ist das Ereignis, dass ein Abbruchsignal von der Fahrzeugseite empfangen wird. Die Füllende-Bewertungseinheit 75 setzt die Soll-Öffnung auf 0 oder schließt das Absperrventil 94a, um das Tanken von Wasserstoffgas zu beenden, falls bewertet worden ist, dass diese erste Füllende-Bedingung erfüllt wurde.
Die zweite Füllende-Bewertungseinheit ist, dass der Wasserstoff SOC des Wasserstofftanks während des Betankens einen vorbestimmten Beendigungsschwellenwert überschritten hat. Hierin ist der Wasserstoff SOC ein Wert, zu dem man gelangt, indem man die Restmenge des im Wasserstofftank gespeicherten Wasserstoffgases durch einen Prozentsatz relativ zur maximalen Menge von Wasserstoffgas, die im Wasserstofftank gespeichert werden kann, ausdrückt. Die Füllende-Bewertungseinheit 75 berechnet den Wasserstoff SOC während des Tankens durch Eingabe des gesendeten Temperaturwerts T_IR von der Fahrzeugseite und des Fülldrucks P_ST2 in eine bekannte Schätzformel, und setzt, falls dieser Wasserstoff SOC den oben erwähnten Beendigungsschwellenwert überschreitet, die Soll-Öffnung auf 0 oder schließt das Absperrventil 94a, um zu veranlassen, dass das Tanken von Wasserstoffgas beendet wird.
Die dritte Füllende-Bewertungseinheit ist, dass der Fülldruck P_ST2 einen vorbestimmten Beendigungsschwellenwert überschritten hat. Die Füllende-Bewertungseinheit 75 setzt die Soll-Öffnung auf 0 oder schließt das Absperrventil 94a, um zu veranlassen, dass das Betanken von Wasserstoffgas beendet wird, falls der vom Drucksensor detektierte Fülldruck P_ST2 den oben erwähnten Beendigungsschwellenwert überschritten hat.
Die Volumenschätzeinheit 76 berechnet einen geschätzten Wert V' für das Volumen des Wasserstofftanks auch mittels anderer Information als dem von der Fahrzeugseite gesendeten Volumenwert VIR. Insbesondere berechnet sie einen geschätzten Wert V' für das Volumen des Wasserstofftanks gemäß der unten angegebenen Formel (1) mittels zweier unterschiedlicher Werte, die jeweils zu einer ersten Zeit ta und einer zweiten Zeit tb nach dem Start des Betankens unter einer festen Druckanstiegsrate, bis eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist. Die folgende Formel (1) wird hergeleitet durch Kombinieren von realen Gasgleichungen, die an jeder der obigen ersten Zeit und zweiten Zeit erstellt werden.
[Formel 1] $V' = \frac{R \cdot dm}{\frac{P_{b}}{T_{b} \cdot Z_{b} (P_{b})} - \frac{P_{a}}{T_{a} \cdot Z_{a} (P_{a})}}$
In der obigen Formel (1) ist „R“ die Gaskonstante und ist ein Festwert.
„dm“ ist ein Wert der Füllmenge von Wasserstoffgas zum Beispiel zwischen der vorgenannten ersten Zeit und der zweiten Zeit, und es wird ein Wert verwendet, der durch Integrieren des Detektionswerts des Masseströmungsmessers 97a zwischen der ersten Zeit bis zur zweiten Zeit berechnet wird.
„T_a“ und „T_b“ sind Werte der Temperatur des Wasserstoffgases in dem Wasserstofftank jeweils zur ersten Zeit und zweiten Zeit. Insbesondere wird für „T_a“ zum Beispiel der Detektionswert T_am des Umgebungstemperatursensors zur ersten Zeit verwendet. Darüber hinaus wird „T_b“ berechnet, indem der Detektionswert des Umgebungstemperatursensors, der Detektionswert des Gastemperatursensors, etc. in eine vorab erstellte Temperaturvorhersageformel eingegeben werden.
„P_a“ und „P_b“ sind Werte des Drucks vom Wasserstoffgas in dem Wasserstofftank jeweils zur ersten Zeit und zweiten Zeit. Insbesondere werden zum Beispiel die Detektionswerte P_ST2 des zweiten Tankstellendrucksensors zur ersten Zeit und zweiten Zeit jeweils für „P_a“ und „P_b“ verwendet. Da jedoch während des Tankens von Wasserstoffgas ein Druckabfall in dem Wasserstoffgaskanal zwischen der Tankstelle und dem Fahrzeug entsteht, ist der Druck an der Tankstellenseite höher als innerhalb des Wasserstofftanks. Daher ist es im Falle der Schätzung von „P_a“ und „P_b“ mittels der Ausgabe des Drucksensors an der Tankstellenseite wie oben beschrieben bevorzugt, das Tanken des Wasserstoffgases zeitweilig zu stoppen, oder die Strömungsrate zu verringern, während sie geschätzt werden, d.h. zur ersten Zeit und zweiten Zeit.
Darüber hinaus sind „Z_a(P_a)“ und „Z_b(P_b)“ Werte des Komprimierbarkeitsfaktors von Wasserstoffgas in dem Wasserstofftank jeweils zur ersten Zeit und zweiten Zeit. Insbesondere werden diese berechnet, indem die Werte „P_a“ und „P_b“ für den Druck zu jeder Zeit, die Werte „T_a“ und „T_b“ für die Temperatur zu jeder Zeit, etc. in die Schätzformel für den Komprimierbarkeitsfaktor eingegeben werden, die vorab erstellt ist, als Funktion des Drucks vom Wasserstoffgas in dem Wasserstofftank.
3 zeigt einen spezifischen Algorithmus zum Setzen der Zieldruckanstiegsrate in der Zieldruckanstiegsratensetzeinheit 72. 4 zeigt eine Sequenz zum Setzen der Zieldruckanstiegsrate.
Eine Anfangsdruckschätzeinheit 721 schätzt einen Anfangsdruck P₀, der der Druck des Wasserstofftanks beim Start des Anfangsfüllschritts ist, einer Zeit ab nach dem Starten des Anfangsfüllschritts bis zum Starten des Hauptfüllschritts. Insbesondere nach Ausführung des Vorschussfüllens, das in dem Anfangsfüllschritt enthalten ist, und dann Schätzen einer Anfangsdichte ρ₀, die die Dichte in dem Wasserstofftank während des Starts des Anfangsfüllschritts ist, gemäß der folgenden Formel (2), schätzt die Anfangsdruckschätzeinheit 721, unter Verwendung des vom ersten Tankstellendrucksensor detektierten Drucks innerhalb der Tankstellenrohrleitung, des Volumens des Wasserstofftanks, etc., den Anfangsdruck P₀ gemäß einem bekannten Rechenausdruck unter Verwendung dieser Anfangsdichte ρ₀ und der Anfangstemperatur entsprechend der Temperatur des Wasserstofftanks während des Starts des Anfangsfüllschritts. Es sollte angemerkt werden, dass die Temperatur des Wasserstofftanks während des Starts des Anfangsfüllschritts als eine solche betrachtet wird, die zur Außenlufttemperatur angenähert äquivalent ist; daher wird die vom Umgebungstemperatursensor detektierte Temperatur T_amb zum Beispiel unverändert als diese Anfangstemperatur verwendet.
[Formel 2] $ρ_{0} = ρ_{1} - (\frac{V_{PRE}}{V}) (ρ_{PRE} - ρ_{1})$
In der obigen Formel (2) ist „V_PRE“ das Volumen eines Speichersegments, dessen Druck während des Vorschussfüllens zeitweilig ansteigt (insbesondere eines Segments innerhalb der Tankstellenrohrleitung von dem Absperrventil bis zum Strömungsratensteuerventil), und es wird ein vorab bestimmter Wert verwendet. Darüber hinaus ist „ρ_PRE“ die Dichte des in dem vorgenannten Speichersegment eingeschlossenen Gases unmittelbar vor dem Start des Vorschussfüllens. Diese Dichte ρ_PRE wird mittels des Drucks P_ST1 innerhalb des Speichersegments, der mit dem ersten Tankstellendrucksensor unmittelbar vor dem Vorschussfüllen detektiert wird, und der Temperatur innerhalb des Speichersegments, unmittelbar vor dem Start des Vorschussfüllens, berechnet. Es sollte angemerkt werden, dass die Temperatur innerhalb des Speichersegments unmittelbar vor dem Start dieses Vorschussfüllens auch direkt mittels eines Temperatursensors (nicht dargestellt) erfasst werden könnte, oder mittels des bekannten Rechenausdrucks geschätzt werden könnte.
Darüber hinaus ist in der obigen Formel (2) „ρ₁“ die Dichte des Gases, das in den Wasserstofftank nach dem Vorschussfüllen gefüllt wird. Für diese Dichte ρ₁ werden der Druck innerhalb der Tankstellenrohrleitung, der mittels des ersten oder zweiten Tankstellendrucksensors unmittelbar nach dem Vorschussfüllen detektiert wird, und die Temperatur innerhalb des Wasserstofftanks unmittelbar nach dem Vorschussfüllen verwendet. Es sollte angemerkt werden, dass die Temperatur des Wasserstofftanks unmittelbar nach diesem Vorschussfüllen, zum Beispiel auch mit einem bekannten arithmetischen Ausdruck mittels der Anfangstemperatur des Wasserstofftanks, der Temperatur in dem Speicherelements unmittelbar vor dem Start des vorgenannten Vorschussfüllens, etc. geschätzt werden kann. Darüber hinaus ist „V“ das Volumen des Wasserstofftanks, und es wird der von der Fahrzeugseite gesendeten Volumenwert V_IR oder ein mit der vorgenannten Volumenschätzeinheit 76 berechneter geschätzter Wert V' verwendet. Darüber hinaus wird die obige Formel (2) basierend auf dem Masseerhaltungsgesetz vor und nach dem Vorschussfüllen hergeleitet.
Es sollte angemerkt werden, dass im Falle der Annahme, dass die Temperaturen des Wasserstofftanks vor und nach dem Vorschussfüllen angenähert dieselben sind, für den Anfangsdruck P₀ die folgende Formel (3), die ähnlich der obigen Formel (2) ist, erstellt wird. Daher kann in dem Fall, dass diese Annahme geeignet ist, ein direkter Anfangsdruck P₀ mittels der folgenden Formel (3) berechnet werden, ohne die Berechnung der Anfangsdicht ρ₀ zu durchlaufen, wie oben erwähnt. Es sollte angemerkt werden, dass in der folgenden Formel (3) „P_PRE“ der Druck innerhalb des oben erwähnten Speichersegments unmittelbar vor dem Start des Vorschussfüllens ist, und der Druck P_ST1 innerhalb des Speicherelements, der mittels des ersten Tankstellendrucksensors unmittelbar vor dem Vorschussfüllen detektiert wird, verwendet wird. Darüber hinaus ist „P₁“ der Druck des Wasserstofftanks nach dem Vorschussfüllen, und wird der Druck innerhalb der Tankstellenrohrleitung, der mittels des ersten oder zweiten Tankstellendrucksensors unmittelbar nach dem Vorschussfüllen detektiert wird, verwendet. Es sollte angemerkt werden, dass unmittelbar nach dem Vorschussfüllen, da berücksichtigt wird, dass der Druck innerhalb der Tankstellenrohrleitung am Detektionsort des ersten Tankstellendrucksensors und am Detektionsort des zweiten Tankstellendrucksensors angenähert äquivalent ist, der oben erwähnte Druck P₁ den ersten Tankstellendrucksensor verwenden kann, oder den zweiten Tankstellendrucksensor verwenden kann.
[Formel 3] $P_{0} = P_{1} - (\frac{V_{PRE}}{V}) (P_{PRE} - P_{1})$
Die Anfangsdruckanstiegsratenschätzeinheit 722 schätzt die Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀, welche die Anfangsdruckanstiegsrate des Wasserstofftanks in der Zeit ab dem Start bis zum Ende des Anfangsfüllschritts ist, ab dann, wenn der Anfangsfüllschritt gestartet wird, bis der Hauptfüllschritt gestartet wird. Insbesondere schätzt die Anfangsdruckanstiegsratenschätzeinheit 722 die Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀ mit der folgenden Formel (4) mittels des von der Anfangsdruckschätzeinheit 721 geschätzten Anfangsdrucks P₀, des Drucks des Wasserstofftanks nach dem Vorschussfüllen und einer Zeit t_PRE, die in dem Anfangsfüllschritt benötigt wird (=t1-t0). Diese Anfangsdruckanstiegsrate entspricht der Steigung der Ein-Punkt-Strich-Linie A-C im Beispiel von 4.
[Formel 4] $Δ P_{0} = (\frac{P_{1} - P_{0}}{t_{PRE}})$
Die Referenzdruckanstiegsraten-Berechnungseinheit 723 berechnet eine Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS, die beim Setzen der Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST für den Hauptfüllschritt als Referenz dient. Diese Referenzdruckanstiegsrate ist eine ideale Druckanstiegsrate, die so bestimmt ist, dass die Temperatur des Wasserstofftanks vor dem Erreichen des kompletten Füllens eine vorbestimmte Obergrenze nicht überschreitet, und um eine vollständige Füllung in kürzestmöglicher Zeit zu erreichen, im Falle der Annahme, dass der Hauptfüllschritt unter einer festen Druckanstiegsrate beginnt, ohne den Anfangsfüllschritt auszuführen. Wenn der Referenzpunkt, der durch die Startzeit des Füllens und den Anfangsdruck des Wasserstofftanks zur Startzeit spezifiziert ist, das Volumen des Wasserstofftanks, die Außenlufttemperatur und die Wasserstoffgastemperatur eingegeben werden, berechnet die Referenzdruckanstiegsraten-Berechnungseinheit 723 die oben erwähnte ideale Druckanstiegsrate durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds (nicht dargestellt) basierend auf diesen Parametern.
Insbesondere verwendet die Referenzdruckanstiegsraten-Berechnungseinheit 723 den Referenzpunkt (Pfeil A in 4), der durch die Startzeit des Anfangsfüllschritts (Zeit t₀ in 4) und den durch die Anfangsdruck-Schätzeinheit geschätzten Anfangsdruck P₀ spezifiziert ist, als Eingangsparameter bei der Berechnung der Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS. Hierdurch wird die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS entsprechend der Steigung der gepunkteten Linie A-B in 4 berechnet. Darüber hinaus wird der von der Fahrzeugseite gesendete Volumenwert V_IR oder der mit der Volumenschätzeinheit 76 berechnete geschätzte Wert V' als das Volumen des Wasserstofftanks verwendet, das als Eingangsparameter dient, der bei der Berechnung der Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS verwendet wird, wird die vom Umgebungstemperatursensor detektierte Umgebungstemperatur T_amb als die Außenlufttemperatur verwendet, und wird die von der Durchschnittsvorkühltemperatur-Berechnungseinheit 71 berechnete Durchschnittsvorkühltemperatur T_{PC_AV} als die Wasserstoffgastemperatur verwendet.
Die Rückfall-Berechnungseinheit 724 setzt eine Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST in die Nähe der Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS mittels der Abweichung zwischen der Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS und der Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀. Insbesondere verwendet die Rückfall-Berechnungseinheit 724 die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS als die Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST so wie sie ist (ΔP_BS = ΔP_ST), falls die Anfangsdruckanstiegsrate nicht größer ist als die Referenzdruckanstiegsrate (ΔP₀ ≤ ΔP_BS). Falls hingegen die Anfangsdruckanstiegsrate zumindest die Referenzdruckanstiegsrate ist (ΔP₀ > ΔP_BS), wird die Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST niedriger gesetzt als die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS, um diese Abweichung zu kompensieren. Insbesondere setzt die Rückfall-Berechnungseinheit 724 die Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST niedriger als die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS, so dass die vorhergesagte Beendigungszeit des Hauptfüllschritts die gleiche Zeit wird wie die vorhergesagte Beendigungszeit t_end eines hypothetischen Hauptfüllschritts im Falle der Ausführung des Hauptfüllschritts unter der Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS, ohne den Anfangsfüllschritt vom Referenzpunkt A aus auszuführen.
Als nächstes wird eine spezifische Sequenz zum Tanken von Wasserstoffgas in dem obigen Wasserstoffbetankungssystem erläutert. 5 ist ein Flussdiagramm, das die Sequenz zum Tanken von Wasserstoffgas in dem Wasserstoffbetankungssystem zeigt. Dieser Prozess startet in Antwort darauf, dass der Füllstutzen der Wasserstofftankstelle mit der Aufnahme des Fahrzeugs verbunden wird, und ein Zustand eintritt, in dem das Tanken von Wasserstoffgas und Kommunikation möglich sind. Wie in 5 gezeigt, ist der Gasfüllschritt ab dem Start bis zum Ende des Einfüllens von Wasserstoffgas unterteilt in den Anfangsfüllschritt (Schritte S1 bis S7) zum Vorfüllen von Wasserstoffgas, und den Hauptfüllschritt (Schritte S8 und weitere) zum Tanken von Wasserstoffgas unter einer vorbestimmten Zieldruckanstiegsrate.
In Schritt S1 führt die Wasserstofftankstelle das Vorschussfüllen aus. Insbesondere während das in der Tankstellenrohrleitung vorgesehene Strömungsratensteuerventil geschlossen wird, wird das an dessen stromaufwärtiger Seite vorgesehene Absperrventil geöffnet, und nachdem der Druck innerhalb der Tankstellenrohrleitung angestiegen ist, bis der Detektionswert des ersten Tankstellendrucksensors, der an der stromaufwärtigen Seite von dem Strömungsratensteuerventil angeordnet ist, einen vorbestimmten Wert anzeigt, wird das Absperrventil geschlossen. Hierdurch wird Wasserstoffgas mit einer dem Druck entsprechenden Menge in das Speicherelement innerhalb der Tankstellenrohrleitung von dem Strömungsratensteuerventil bis zu dem Absperrventil gefüllt. Dann wird das Strömungsratensteuerventil geöffnet, während das Absperrventil geschlossen bleibt. Komprimiertes Wasserstoffgas innerhalb des oben erwähnten Speicherelements fließt hierdurch unmittelbar in den Wasserstofftank, und die Innenseite des Wasserstofftanks und die Innenseite der Tankstellenrohrleitung werden ausgeglichen.
In Schritt S2 stoppt die Wasserstofftankstelle das Tanken vorübergehend, und führt eine Leckprüfung durch, um die Existenz von Betankungslecks zu prüfen. In Schritt S3 erfasst die Wasserstofftankstelle den vom Fahrzeug gesendeten Volumenwert V_IR mittels Kommunikation. In Schritt S4 schätzt die Wasserstofftankstelle die anfängliche Dichte ρ₀ und den Anfangsdruck P₀ des Wasserstofftanks, wenn der Anfangsfüllschritt gestartet wird, entsprechend der Sequenz, die oben im Bezug auf die Formel (2) erläutert ist, unter Verwendung des in Schritt S3 erfassten gesendeten Volumens V_IR. In Schritt S5 schätzt die Wasserstofftankstelle die Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀ im Anfangsfüllschritt gemäß der oben im Bezug auf Formel (4) erläuterten Sequenz unter Verwendung des in Schritt S4 geschätzten Anfangsdrucks P₀.
In Schritt S6 berechnet die Wasserstofftankstelle die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS gemäß der im Bezug auf 3 erläuterten Sequenz mit einem Zustand, in dem der Druck des Wasserstofftanks zur Startzeit des Vorschussfüllens in Schritt S1 der in Schritt S3 geschätzte Anfangsdruck P₀ ist, als den Referenzpunkt. In Schritt S7 setzt die Wasserstofftankstelle die Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST für den Hauptfüllschritt gemäß der im Bezug auf 3 erläuterten Sequenz mittels der Abweichung zwischen der in Schritt S6 berechneten Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS und der in Schritt S5 geschätzten Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀.
In Schritt S8 startet die Wasserstofftankstelle den Hauptfüllschritt unter der in Schritt S6 gesetzten Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST. In Schritt S9 wird der geschätzte Wert V' für das Volumen des Wasserstofftanks gemäß der oben im Bezug auf Formel (1) erläuterten Sequenz berechnet, unter Verwendung der Zeitperiode unmittelbar nach dem Start des Hauptfüllschritts unter Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST.
In Schritt S10 wird bestimmt, ob der relative Fehler (|V'-V_IR|/V') für die Differenz zwischen dem in Schritt S9 erfassten geschätzten Volumenwert V' und dem in Schritt S3 erfassten gesendeten Volumenwert V_IR zur Verwendung der Schätzung des Anfangsdrucks P₀, Setzen der Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST etc., zumindest einen vorbestimmten Wert einnimmt, welcher positiv ist. Falls die Bestimmung in Schritt S10 NEIN ist, wird verifiziert, dass der durch Kommunikation erfasste gesendete Volumenwert V_IR korrekt ist, und dann wird der Hauptfüllschritt fortgesetzt (im Bezug auf Schritt S11). Falls darüber hinaus die Bestimmung in Schritt S10 JA ist, wird bestimmt, dass der durch Kommunikation erfasste gesendeten Volumenwert V_IR nicht korrekt ist, und daher der Anfangsdruck P0, die Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀ und die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS, die mittels dieser gesetzt wird, sowie auch Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST, die mittels dieser gesetzt ist, nicht geeignet sind, und wird die Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST korrigiert, und wird der Hauptfüllschritt unter Verwendung dieser korrigierten Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST' fortgesetzt (im Bezug auf Schritt S12). Hierin werden für die neue Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST' ein Anfangsdruck, die Anfangsdruckanstiegsrate und die Referenzdruckanstiegsrate mittels des in Schritt S9 erfassten geschätzten Volumenwerts V' erneut berechnet, und wird ein Wert verwendet, der mittels dieser erneut gesetzt ist.
6 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch den Ablauf des Tankens von Wasserstoffgas zeigt, der gemäß dem Flussdiagramm von 5 realisiert wird. In 6 bezeichnet die durchgehende Linie die aktuelle Änderung des Drucks innerhalb des Tanks, und bezeichnet die gepunktete Linie die Druckänderung innerhalb des Tanks im Falle des Füllens von Wasserstoffgas unter der Referenzdruckanstiegsrate.
Zuerst werden zur Zeit t0~t1 das Vorschussfüllen und die Leckprüfung ausgeführt (im Bezug auf die Schritte S1 bis S2 in 5). Der Druck in dem Wasserstofftank steigt hierdurch von P₀ auf P₁ .
Dann wird zur Zeit t1 der gesendete Volumenwert V_IR erfasst (im Bezug auf Schritt S3) und wird der Anfangsdruck P₀ des Wasserstofftanks im Moment des Startens des Vorschussfüllens mittels dieser geschätzt (im Bezug auf Schritt S4). Darüber hinaus wird zur Zeit t1 die Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀ (=(P₁-P₀)/t1-t0)) in dem durch das Vorschussfüllen und die Leckprüfung aus dem dargestellten Anfangsfüllschritt mittels des geschätzten Anfangsdrucks P₀ geschätzt, und wird die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS mit den Referenzpunkten von Zeit t0 und Anfangsdruck P₀ berechnet (im Bezug auf Schritt S6). Ferner wird zur Zeit t1 die Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST mittels der Abweichung zwischen dieser Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀ und der Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS gesetzt, und wird der Hauptfüllschritt unter dieser Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST gestartet (im Bezug auf Schritt S8). Falls hierin, wie in 6 gezeigt, die Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀ größer ist als die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS, wird die Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST auf niedriger gesetzt als die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS, so dass der Hauptfüllschritt gleichzeitig mit der vorhergesagten Beendigungszeit t_end endet, falls der Hauptfüllschritt gestartet wird, ohne den Anfangsfüllschritt unter der Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS auszuführen.
Nach dem Start des Hauptfüllschritts wird zur Zeit t2 der geschätzte Volumenwert V' berechnet (im Bezug auf Schritt S9), mittels der Zeitspanne, in der Wasserstoffgas unter der Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST während der Zeiten t1~t2 eingefüllt wird, wobei dieser geschätzte Volumenwert V' und der vor mittels Kommunikation erfasste gesendete Volumenwert V_IR verglichen werden, und schließlich verifiziert wird, ob der erfasste gesendete Volumenwert V_IR zum Setzen der Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST geeignet ist (im Bezug auf Schritt S10). Nach Verifizierung, dass der gesendete Volumenwert V_IR geeignet ist, wird hier der Hauptfüllschritt fortgesetzt, und endet der Hauptfüllschritt zur vorhergesagten Beendigungszeit t_end.
< Zweite Ausführung >
Nun wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es sollte angemerkt werden, dass bei der Erläuterung der folgenden vorliegenden Ausführung Illustrationen und Erläuterungen für mit der ersten Ausführung gemeinsame Punkte weggelassen werden. Mit dem Wasserstoffbetankungssystem der ersten Ausführung wird ein Fall erläutert, der in der Lage ist, den gesendeten Volumenwert V_IR des Wasserstofftanks an der Wasserstofftankstellenseite zu erfassen, indem zwischen dem Fahrzeug und der Wasserstofftankstelle erstellte Kommunikation genutzt wird (im Bezug auf Schritt S3 in 5). Im Gegensatz hierzu wird mit der Wasserstofftankstelle der vorliegenden Ausführung ein Fall erläutert, der aus irgendeinem Grund nicht in der Lage ist, den gesendeten Volumenwert V_IR des Wasserstofftanks an der Wasserstofftankstellen-Seite zu erfassen.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenz zum Tanken von Wasserstoffgas in dem Wasserstoffbetankungssystem gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt. Sie startet in Antwort darauf, dass der Füllstutzen der Wasserstofftankstelle mit der Aufnahme des Fahrzeugs verbunden wird, und in einem Zustand eintritt, in dem das Tanken von Wasserstoffgas und Kommunikation möglich sind. Wie in 7 gezeigt, ist der Gasfüllschritt ab dem Start bis zum Beenden des Tankens von Wasserstoffgas unterteilt in den Anfangsfüllschritt (Schritte S21 bis S28) zum Vorfüllen von Wasserstoffgas, und den Hauptfüllschritt (Schritte S29 und weitere) zum Tanken von Wasserstoffgas unter einer vorbestimmten Zieldruckanstiegsrate.
In den Schritten S21 und S22 führt die Wasserstofftankstelle das Vorschussfüllen und die Leckprüfung aus, ähnlich den Schritten S1 und S2 in 5. In Schritt S23 füllt die Wasserstofftankstelle das Wasserstoffgas über eine vorbestimmte Zeitspanne mit einer vorab bestimmten festen Druckanstiegsrate, um das Volumen des Wasserstofftanks zu schätzen. Es sollte angemerkt werden, dass in diesem Moment die Zieldruckanstiegsrate auf den unter diesen angenommenen Werten niedrigsten Wert gesetzt wird, da die Wasserstofftankstelle das Volumen des Wasserstofftanks nicht erfassen kann.
In Schritt S24 berechnet die Wasserstofftankstelle den geschätzten Volumenwert V' des Wasserstofftanks gemäß der Sequenz, die im Bezug auf die obige Formel (1) erläutert ist, mittels der Zeitspanne, in der Wasserstoffgas über die vorbestimmte Zeitspanne unter der vorbestimmten Druckanstiegsrate in Schritt S23 gefüllt wird.
In Schritt S25 schätzt die Wasserstofftankstelle die Anfangsdichte ρ₀ und den Anfangsdruck P₀ des Wasserstofftanks während des Starts des Anfangsfüllschritts gemäß der oben im Bezug auf Formel (2) erläuterten Sequenz unter Verwendung des geschätzten Volumenwerts V'. In Schritt S26 schätzt die Wasserstofftankstelle die Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀ in dem Anfangsfüllschritt gemäß der oben im Bezug auf 4 erläuterten Sequenz, unter Verwendung des in Schritt S25 geschätzten Anfangsdrucks P₀ .
In Schritt S27 berechnet die Wasserstofftankstelle die Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS gemäß der oben im Bezug auf 3 erläuterten Sequenz mit einem Zustand, in dem der Druck des Wasserstofftanks bei der Startzeit des Vorschussfüllens in Schritt S1 der in Schritt S25 geschätzte Anfangsdruck P₀ ist, als den Referenzpunkt. In Schritt S28 setzt die Wasserstofftankstelle die Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST für den Hauptfüllschritt gemäß der im Bezug auf 3 erläuterten Sequenz unter Verwendung der Abweichung zwischen der in Schritt S27 berechneten Referenzdruckanstiegsrate ΔP_BS und der in Schritt S26 geschätzten Anfangsdruckanstiegsrate ΔP₀. In Schritt S29 führt die Wasserstofftankstelle den Hauptfüllschritt unter der in Schritt S28 gesetzten Zieldruckanstiegsrate ΔP_ST durch.
Obwohl oben Ausführungen der vorliegenden Erfindung erläutert sind, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Detaillierte Konfigurationen können nach Bedarf innerhalb eines Umfangs der Idee der vorliegenden Erfindung modifiziert werden.
Bezugszeichenliste

S: Wasserstoffbetankungssystem
V: Brennstoffzellenfahrzeug (beweglicher Körper)
31: Wasserstofftank (Tank)
39: Fahrzeugrohrleitung (Rohrleitung)
9: Wasserstofftankstelle
91: Druckakkumulator (Zufuhrquelle)
93: Tankstellenrohrleitung (Rohrleitung)
94b: Strömungsratensteuerventil (Ein-Aus-Ventil)
97: erster Tankstellendrucksensor (Drucksensor)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/058782 [0007]

Claims

Gasbetankungsverfahren eines beweglichen Körpers, das eine Druckgaszufuhrquelle durch eine Rohrleitung mit einem in dem beweglichen Körper angebrachten Tank verbindet und Gas in den Tank füllt, wobei das Verfahren aufweist: einen Gasfüllschritt ab nach dem Anfang bis zum Abschluss des Tankens von Gas, der unterteilt ist in einen Anfangsfüllschritt zum Tanken von Gas, um Information im Bezug auf den Tank zu erhalten, und einen Hauptfüllschritt zum Tanken von Gas, so dass eine Zieldruckanstiegsrate, die mittels der während der Ausführung des Anfangsfüllschritts erhaltenen Information bestimmt ist, realisiert wird, einen Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt zum Schätzen eines Anfangsdrucks des Tanks während des Starts des Anfangsfüllschritts und einer Anfangsdruckanstiegsrate des Tanks in dem Anfangsfüllschritt; einen Referenzdruckanstiegsratenberechnungsschritt zum Berechnen einer Referenzdruckanstiegsrate des Tanks in einem Fall mit einem Zustand, in dem der Druck des Tanks der Anfangsdruck ist, als Referenzpunkt, und angenommen wird, dass der Hauptfüllschritt ab dem Referenzpunkt gestartet wird, ohne den Anfangsfüllschritt auszuführen; und einen Zieldruckanstiegsratensetzschritt zum Setzen der Zieldruckanstiegsrate für den Hauptfüllschritt mittels einer Abweichung zwischen der Anfangsdruckanstiegsrate und der Referenzdruckanstiegsrate.
Das Gasbetankungsverfahren nach Anspruch 1, wobei, falls die Anfangsdruckanstiegsrate höher ist als die Referenzdruckanstiegsrate, im Zieldruckanstiegsratensetzschritt die Zieldruckanstiegsrate niedriger gesetzt wird als die Referenzdruckanstiegsrate.
Das Gasbetankungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Ein-Aus-Ventil und ein Drucksensor zum Detektieren eines Drucks an einer stromaufwärtigen Seite von dem Ein-Aus-Ventil in der Rohrleitung vorgesehen sind, wobei in dem Anfangsfüllschritt nach einem Druckanstieg innerhalb eines vorbestimmten Speicherelements in der Rohrleitung an einer stromaufwärtigen Seite von dem Ein-Aus-Ventil, im Schließzustand des Ein-Aus-Ventils, das Ein-Aus-Ventil geöffnet wird, und ein Vorschussfüllen durchgeführt wird, um Druckgas innerhalb des Speichersegments in den Tank zu füllen, und wobei der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt basierend auf dem Druck innerhalb der Rohrleitung, der mittels des Drucksensors nach Ausführung des Vorschussfüllens detektiert wird, dem Volumen des Speicherelements und dem Volumen des Tanks geschätzt werden.
Das Gasbetankungsverfahren nach Anspruch 3, wobei in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt der Anfangsdruck basierend auf dem Druck innerhalb der Rohrleitung, der mittels des Drucksensors nach Ausführung des Vorschussfüllens detektiert wird, dem Volumen des Speicherelements und dem Volumen des Tanks geschätzt wird, und die Druckanstiegsrate basierend auf dem so geschätzten Anfangsdruck, dem Druck innerhalb der Rohrleitung, der mittels des Drucksensors nach Ausführung des Vorschussfüllens detektiert wird, und einer Zeit, die für das Vorschussfüllen erforderlich ist, geschätzt wird.
Das Gasbetankungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner einen Volumenschätzschritt aufweist, um eine Gasmenge zu erfassen, die in den Tank während einer vorbestimmten Zeitspanne unter einer festen Druckanstiegsrate gefüllt wird, und das Volumen des Tanks mittels der erfassten Gasmenge zu schätzen.
Das Gasbetankungsverfahren nach Anspruch 5, wobei das Volumen des Tanks mittels Kommunikation zwischen der Zufuhrquelle und dem beweglichen Körper erfasst wird, und im Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate mittels des so erfassten Volumens geschätzt werden, wobei der Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt, der Referenzdruckanstiegsratenberechnungsschritt und der Zieldruckanstiegsratensetzschritt ausgeführt werden, bis der Hauptfüllschritt gestartet wird, und wobei der Volumenschätzschritt das Volumen des Tanks mittels einer Zeitspanne unmittelbar nach dem Start des Hauptfüllschritts unter der im Zieldruckanstiegsratensetzschritt gesetzten Zieldruckanstiegsrate schätzt.
Das Gasbetankungsverfahren nach 6, das ferner einen Tankvolumenverifizierungsschritt aufweist, um zwischen dem Volumen des Tanks, das mittels Kommunikation erfasst wird, um den Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt zu schätzen, und dem Volumen des Tanks, das in dem Volumenschätzschritt geschätzt ist, zu vergleichen.
Das Gasbetankungsverfahren nach Anspruch 7, wobei, falls in dem Tankvolumenverifizierungsschritt ein relativer Fehler der Differenz zwischen dem mittels der Kommunikation erfassten Volumen und dem in dem Volumenschätzschritt geschätzten Volumen zumindest einen vorbestimmten Wert hat, die in dem Zieldruckanstiegsratensetzschritt gesetzte Zieldruckanstiegsrate korrigiert wird, und der Hauptfüllschritt mittels der korrigierten Zieldruckanstiegsrate fortgesetzt wird.
Das Gasbetankungsverfahren nach Anspruch 5, wobei ein Volumen des Tanks in dem Volumenschätzschritt mittels einer Zeitspanne geschätzt wird, während der Gas in dem Anfangsfüllschritt mit einer vorab bestimmten festen Druckanstiegsrate eingefüllt wird, und wobei der Anfangsdruck und die Anfangsdruckanstiegsrate in dem Anfangsdruckanstiegsratenschätzschritt mittels des im Volumenschätzschritt geschätzten Tankvolumens geschätzt werden.
Das Gasbetankungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in dem Zieldruckanstiegsratensetzschritt die Zieldruckanstiegsrate so gesetzt wird, dass eine vorhergesagte Beendigungszeit des Hauptfüllschritts zur gleichen Zeit wird wie eine vorhergesagte Beendigungszeit des Hauptfüllschritts im Falle der Ausführung des Hauptfüllschritts unter der Referenzdruckanstiegsrate von dem Referenzpunkt aus, ohne den Anfangsfüllschritt auszuführen.