專利名稱：用于檢測液態氫容器中剩余量的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于使用氫為燃料的車輛、飛機、船舶等(下面 稱其為"氫燃料車")的液態氫容器。更具體地，其涉及一種用于檢測 所存儲液態氫的剩余量的剩余量檢測系統。
背景技術：
通常，例如日本專利特開平No.5-223612號公報披露了一種用于根 據氣體的積分流量計算液化氣瓶中剩余量的液化氣剩余量管理裝置。在 此裝置中，總是通過設置在氣體供給線路上的質量流量計測量流量。通 過用積分器加所測量的流量并且計算所^^吏用的積分量來管理氣體的剩 余量。專利文獻l:曰本專利特開平No.5-223612號公報 專利文獻2:日本專利特開平No.7-49254號公報 專利文獻3:日本專利特開No.2001-272266號7>寺艮發明內容本發明要解決的問題液態氫的大氣飽和溫度遠低于大氣溫度(約-253t;)，使得液態氫存 儲容器具有高度絕熱的構造。但是，因為僅存在少量來自外部空氣的熱 量的泄漏，所以由于這種熱量影響產生容器內的液態氫到氣體的相變現象(汽化)。因此，容器內的壓力升高，使得通過適當地排放容器內的 氣體(后面稱其為"汽化氣，，)來降低容器內部壓力力的過程得以進行。 因此，例如在液態氫存儲于前述用于才艮據所使用的積分量計算剩余量的 裝置內的情況下，產生對應于汽化氣的誤差，使得不能準確地檢測液態 氫的剩余量。本發明將要解決上述問題，因此本發明的目的是提供一種剩余量檢 測系統，用于基于新供應到容器中的熱量以及供熱前后容器中的壓力改 變計算液態氫的剩余量而不受容器的先前狀態的影響。解決問題的方案本發明的第一方面是一種用于檢測容器中液態氫的剩余量的系統，包括用于獲取所述容器中的熱量改變量的裝置；用于獲取在所述容器中的所述熱量改變前后所述容器中的壓力改 變量的裝置；以及用于基于所述熱量改變量和所述壓力改變量計算所述容器中液態 氫的剩余量的裝置。本發明的第二方面是如第一方面所述的用于檢測液態氫的剩余量 的系統，進一步包括用于將氫氣供給到所述容器的外部的裝置；以及用于獲取由所述氫氣供給裝置供給的氫氣供給量的裝置，其特征在于，所述液態氫剩余量計算裝置基于所述熱量改變量、所述壓力改變量 以及所述氫氣供給量計算所述容器中的液態氫的剩余量。本發明的第三方面是如第二方面所述的用于檢測液態氫的剩余量 的系統，其特征在于，所述氫氣供給裝置將所述氫氣供給到以氫作為燃料的輸出設備，并且所述氫氣供給量獲取裝置基于所述輸出設備中氫的消耗而估算所 述氫氣供給量。給到以氬作為燃料的燃料電池，并且所述氫氣供給量獲取裝置基于由所述燃料電池所產生的電力估算 所述氫氣供給量。本發明的第五方面是如第一至四方面中任一方面所述的用于檢測 液態氫的剩余量的系統，其特征在于，所述容器包括用于加熱其中的液態氫的裝置，并且所述熱量改變量獲取裝置獲取由所述加熱裝置供給的熱量作為所 述熱量改變量。本發明的第六方面是如第五方面所述的用于檢測液態氫的剩余量 的系統，其特征在于，所述加熱裝置^1設置在所述容器內的加熱器，并且所述熱量改變量獲取裝置獲取所述加熱器的熱值作為所述熱量改 變量。本發明的第七方面是如第一至六方面中任一方面所述的用于檢測 液態氫的剩余量的系統，其特征在于，所述熱量改變量獲取裝置包括用于估算從所述容器的外部到內部 的熱傳遞量的裝置，并且獲取所述熱傳遞量作為所述熱量改變量。本發明的第八方面是如第七方面所述的用于檢測液態氫的剩余量 的系統，進一步包括用于獲取所述容器的內部和外部之間溫度差的裝 置，其特征在于，隨著所述溫度差的增大，所述熱傳遞量估算裝置估算的熱傳遞量變大。本發明的第九方面是如第八方面所述的用于檢測液態氫的剩余量的系統，進一步包括用于檢測所述容器中的液態氫的量達到特定量的裝置；以及用于在所述容器充有所述特定量的液態氫的情況下獲取預定時間 段內所述容器中的壓力改變量的裝置，其特征在于，在所述容器充有所述特定量的液態氫的情況下，所述熱傳遞量估算 裝置基于所述的特定量和所述壓力改變量估算所述熱傳遞量。本發明的第十方面是如第九方面所述的用于檢測液態氫的剩余量 的系統，其特征在于，所述特定量接近于所述容器的充滿量。本發明的第十一方面是一種用于檢測容器中液態氫的剩余量的方法，包括如下步驟獲取所述容器中的熱量改變量；獲取在所述容器中的所述熱量改變前后所述容器中的壓力改變量；以及基于所述熱量改變量和所述壓力改變量計算所述容器中液態氫的 剩余量。本發明的第十二方面是如第十一方面所述的用于檢測液態氫的剩 余量的方法，進一步包括如下步驟將氫氣供給到所述容器的外部；以及獲取所述氫氣供給步驟所供給的氫氣供給量，其特征在于，所述液態氫剩余量計算步驟基于所述熱量改變量、所述壓力改變量 以及所述氫氣供給量計算所述容器中的液態氫的剩余量。本發明第十三方面是如第十一或十二方面所述的用于檢測液態氫 的剩余量的方法，其特征在于，所述熱量改變量獲取步驟獲取通過加熱所述容器中的液態氫而供 給的熱量作為所述熱量改變量。本發明第十四方面是如第十一至十三方面中任一方面所述的用于 檢測液態氫的剩余量的方法，其特征在于，所述熱量改變量獲取步驟包括估算從所述容器的外部到內部的熱 傳遞量并且獲取所述熱傳遞量作為所述熱量改變量的步驟。本發明第十五方面是如第十四方面所述的用于檢測液態氫的剩余 量的方法，進一步包括如下步驟9檢測所述容器中的液態氫的量達到特定量；以及在所述容器充有所述特定量的液態氫的情況下獲取預定時間段內 所述容器中的所述壓力改變量，其特征在于，在所述容器充有所述特定量的液態氫的情況下，所述熱傳遞量估算 步驟基于所述特定量和所述壓力改變量估算所述熱傳遞量。本發明的效果根據本發明的第一方面，能夠基于容器內熱量的改變量和容器內部 壓力的改變量計算容器中液態氫的剩余量。進入到容器內的熱量被用作 將容器中的液態氫相變到氣體的能量。由于相變到氣體后的氫氣的體積 很大，所以容器內部壓力的值大于相變前的值。因此，根據本發明，能 夠基于容器中熱量的改變量和相變前后的壓力差計算容器內液態氫的 剩余量，而不受容器中先前狀態的影響。才艮據本發明的第二方面，即使在氫氣^L供應到容器外部期間，也能 夠基于氫氣的供應量、容氣內熱量的改變量以及容器內部壓力的改變量 計算容器內的液態氫的剩余量。因此，總是能夠準確地計算容器中液態氫的剩余量。根據本發明的第三或第四方面，氫氣被供應到使用氫作為燃料的輸 出裝置或燃料電池等。氫氣的供應量能夠根據作為供應目的地的輸出裝 置的氫消耗量或發電裝置的產生的電力估算。因此，根據本發明，能夠 準確地獲得供應到容器外部的氫氣量。根據本發明的第五方面，通過4吏用加熱裝置有意地將熱量供應到容 器中，能夠改變容器內的熱量。因此，根據本發明，通過使用所供應的 熱量作為熱量改變量，能夠準確地計算容器中的液態氫的剩余量而不受 容器中的先前狀態的影響。根據本發明的第六方面，由加熱器有意地給容器中供應熱量。因此， 根據本發明，能夠基于加熱器的熱值準確地獲得容器內的熱量改變量。根據本發明的第七或第八方面，估算從容器外部傳遞到容器內部的 熱量，并且將該熱傳遞量用作容器內的熱量改變量。因此，4艮據本發明， 能夠準確地獲得容器內的熱量改變量。才艮據本發明的第九方面，在容器內充有特定量的液態氫的情況下，獲得預定時間段內容器中的壓力改變量。容器中內部壓力由于從容器外 部到容器內部的熱傳遞而改變。因此，根據本發明，基于充入到容器內的液態氫的量和內部壓力的改變量能夠準確地估算熱傳遞量。特別地，當容器內氣體體積減小時，由于熱傳遞產生的容器內部壓 力改變將增加，所以更不易于發生測量誤差。根據本發明的第十方面， 由于特定量設定為接近于容器的充滿量，所以能夠更準確地估算熱傳遞 量。
圖l是示出與本發明第一實施方式有關的配置的示意圖。圖2是示出與本發明第 一 實施方式有關的用于檢測液態氫容器中剩 余量的系統的操作原理的示意圖。圖3是由根據第一實施方式的系統所執行的程序的流程圖。圖4是示出漏熱量E^以及容器內溫度和外界空氣溫度之間的溫度 差AT之間的關系的圖表。圖5是由根據第二實施方式的系統所執行的程序的流程圖。圖6是由根據第三實施方式的系統所執行的程序的流程圖。圖7是示出容器中的壓力改變量AP和液態氫的剩余量Vt之間關系 的圖表。圖8是由根據第四實施方式的系統所執行的程序的流程圖。 附圖標記說明 10氫容器 12壓力傳感器 14加熱器16 ECU (電子控制單元) 18燃料電池(FC)系統 Vl液態氫的體積vt容器容積ve相變到氣體的體積E施加的熱量EL漏熱量Eg氫的蒸發潛熱R氣體常數具體實施方式
第一實施方式[第一實施方式的硬件配置圖l示出用于檢測液態氬容器中剩余量的系統的配置，在本發明第 一實施方式中使用該系統。如圖1中所示，本實施方式的系統具有氫容 器10。氫容器10是主要用于存儲液態氫的氬供應容器，其具有絕熱構 造，使得能夠防止由于熱量泄漏造成汽化氣的產生。氫容器10設置有壓力傳感器12，使得能夠檢測容器內的壓力。在 氫容器10中還設置有用于施加熱量的加熱器14。如圖1中所示本實施方式的系統設置有電子控制單元(ECU) 16。 前述壓力傳感器12的輸出被提供到電子控制單元16，并且電子控制單 元16基于該輸出計算預定時間的壓力改變量。而且，電子控制單元16 與加熱器14連接，從而驅動加熱器14并且計算供應到容器內的熱量。 電子控制單元16基于這些信息執行用于計算液態氣的剩余量的程序。氫容器10中的氫氣供應到燃料電池(FC)系統18。燃料電池系統 18連接到電子控制單元16，從而將系統的操作狀態等提供到電子控制 單元16。電子控制單元16基于該信號執行用于計算氫氣供應量的程 序。第一實施方式的操作接下來，參照圖2解釋本實施方式的IMt原理。本實施方式的系統 能夠基于由加熱器14供應到容器中的熱量和供熱前后容器內的熱量改變量準確地計算液態氫的剩余量。圖2 U)是示出熱量被施加到氫容器中前后容器中狀態的示意圖。 才艮據該圖，容器內存在有液態氫和氫氣，并且在內部壓力P和溫度T 時保持平衡狀態。容器的內部被控制成使得通過公知的方法將溫度一直 保持為不高于沸點，以防止液態氫氣化。當設容器容積為Vt且液態氫 體積為Vl時，容器內氫氣的體積可以表示為Vt-VL。圖2 (b)示出在加熱器14由電子控制單元16驅動以向容器中施 加熱量的情況下容器內的狀態。才艮據該圖，當i殳所施加的熱量(能量) 為E并且氫的蒸發潛熱為Eg時，對應于E/Eg (質量)的液態氬相變成 氣體。關于這點，蒸發潛熱表示單位量的物質相變到氣體所需的熱量(能 量)。當設相變到氣體的體積為Ve時，由于Ve是液體體積的幾百倍， 所以容器的內部壓力P，變得大于壓力P。如果假定改變前后容器中的溫 度T為常數，并且近似地應用理想氣體的狀態方程，則如下方程成立Px(Vt-VL+Ve)=P'x(VrVL)...(l)簡化方程(1)并設壓力改變量(P，-P)為AP，則下面的方程成立VL=Vt-(V ..(2)類似地，如果近似應用理想氣體的狀態方程，則相變到氣體的體積 Ve由下面的方程表示Ve=E/Egx(RT/P》..(3)其中，T是容器中的溫度，R是氣體常數。如上所述，在本實施方式中，使用容器容積Vt、新產生的氫氣體積 Ve、加熱前容器的內部壓力P，則能夠計算出壓力差AP。通過將這些 值代入方程(2)，能夠精確地計算出容器中液化氣的體積VL。[第一實施方式中的特定程序]圖3是由電子控制單元16執行以計算容器中液態氫的剩余量的程 序的流程圖。在圖3中所示的程序中，首先，通過設置在容器10中的 壓力傳感器12檢測容器的內部壓力P (步驟100 )。將所檢測到的輸出 信號提供到電子控制單元16。接下來，在圖3中所示的程序中，電子控制單元16驅動設置在容器10中的加熱器4以向液態氫施加預定的熱量E (步驟102)。當施加 了熱量E時，容器的內部壓力增加以使一部分液態氳相變到氣體。壓力 傳感器12檢測壓力P'(步驟104 )。所檢測到的輸出信號被提供到電子 控制單元16。接下來，由電子控制單元16基于施加到容器中的熱量E計算相變 氫氣的體積Ve (步驟106 )。具體地，首先，確定蒸發潛熱Eg。蒸發潛 熱Eg是根據壓力改變的值。電子控制單元16存儲確定蒸發潛熱Eg和 壓力之間關系的映射。在此程序中，通過使用此映射，確定對應于壓力 傳感器12提供的容器內部壓力的蒸發潛熱Eg。然后，基于所施加的熱 量E和蒸發潛熱Eg，計算相變到氣體的氫的質量(E/Eg )。基于方程(3 )， 確定對應于這些氫的質量的液態氫的體積Ve。接下來，通過電子控制單元16計算施加熱量前后容器中壓力的改 變量AP (步驟108 )。具體地，基于在步驟100中檢測到的施加熱量前 的壓力信號和在步驟104中檢測到的施加熱量后的壓力信號計算改變量 AP。在完成上述步驟中的程序后，計算容器中液態氫的剩余量Vj步驟 110)。具體地，將在步驟IOO中檢測到的P，在步驟106中計算得到的 Ve以及在步驟108中計算得到的AP代到方程(2 )中，然后通過該方 程計算容器中的液態氫的剩余量VL。如上所解釋的，根據本實施方式，基于施加到容器中的熱量和施加 前后容器中的壓力改變量計算容器中液態氫的剩余量VL。因此，總是 能夠準確地計算出液態氳的剩余量而不受容器中的先前狀態的影響。在上述第一實施方式中，壓力傳感器12直接安裝在容器10上。但 是，壓力傳感器12的安裝位置并不局限于該位置。為了盡可能地防止 熱量i^到容器10中，該配置可以使得一根管從容器10延伸，并且壓 力傳感器12安裝與從容器10分離的位置處以增加容器的絕熱效果。在上述第一實施方式中，第一發明中的"熱量改變量獲取裝置"通 過使用電子控制單元16執行步驟102中的程序來實現，第一發明中的 "壓力改變量獲取裝置"通過使用電子控制單元16執行步驟108中的 程序來實現，并且第一發明的"液態氫剩余量計算裝置"通過使用電子 控制單元16執行步驟110中的程序來實現。而且，在上述第一實施方式中，第五發明中的"加熱裝置，，通過使用電子控制單元16執行步驟102中加熱器14的驅動來實現。另外，在上述第一實施方式中，所施加的熱量E對應于第六發明中 的"熱值"。第二實施方式[第二實施方式的特征接下來，參照圖4和圖5說明本發明的第二實施方式。通過使用圖 1中所示的硬件配置，本實施方式的系統可以通過使用電子控制單元16 執行后面所述的示于圖5中的程序來實現。在上述第一實施方式中，有意地通過驅動加熱器而將熱量施加到容器中，并且基于施加前后容器中的壓力改變量計算液態氫的剩余量VL。雖然如上所述容器IO具有高度絕熱的構造，但是總是會有微量熱量從 容器外部泄漏到容器內。因此，如果能夠估算漏熱量，則取代由加熱器 施加的熱量，能夠^f吏用漏熱量計算液態氫的剩余量V^。絕熱性能對容器的形狀有影響。而且，如圖4中所示，即4吏容器的 形狀相同，隨著容器內溫度和外界空氣溫度之間的溫度差增加，漏熱量 的值也變大。因此，通過反映由容器形狀確定的漏熱量的溫度差，能夠 高度準確地估算漏熱量。在本實施方式中，基于漏熱量計算液態氫的剩 余量VL。因此，即使不有意地驅動加熱器，也能夠準確地計算液態氫 的剩余量Vl。下面具體說明根據本實施方式的系統基于上述方法計算液態氫的 剩余量V^的程序。圖5是由電子控制單元16執行以計算容器中液態氫的剩余量的程 序的流程圖。在圖5中所示的程序中，首先，通過設置在容器10內的 壓力傳感器12檢測容器的內部壓力P (步驟200 )。所檢測到的輸出信 號提供到電子控制單元16。接下來，在圖5中所示的程序中，通過電子控制單元16估算泄漏 到容器10中的漏熱量EJ步驟102)。具體地，首先，讀^L基準漏熱量。 此基準漏熱量是基于容器形狀確定的值。接下來，計算容器內溫度和外 界空氣溫度之間的溫度差AT。該溫度差能夠基于燃料電池系統18的外界空氣溫度信號計算，該外界空氣溫度信號被提供到電子控制單元16。 實際漏熱量是隨著溫度差AT的大小而改變的值。電子控制單元16存 儲有確定了溫度差AT和漏熱量之間關系的映射。在此程序中，通過使 用此映射，確定與AT對應的漏熱量。然后，通過電子控制單元16計算預定時間段的漏熱量EL。接下來，當漏熱量EL進入到容器中時， 一些液態氫相變成為氣體， 使得容器內部壓力增高。壓力傳感器12檢測到此壓力P'(步驟204 )。 所檢測到的輸出信號提供到電子控制單元16。在完成上述步驟中的程序之后，通過電子控制單元16基于漏熱量 E^計算新氣化的氫的體積Ve (步驟206)。然后，計算施加熱量前后容 器中的壓力改變量AP (步驟208 )，并且計算容器中液態氫的剩余量Vl (步驟210)。在步驟206至210中，具體地，執行與圖3中所示步驟 106至110中相同的程序。如上所說明的，根據本實施方式，基于從容器外部自然地泄漏到容 器內部的漏熱量EL和施加熱量前后容器中的壓力改變量計算容器中液 態氫的剩余量VL。因此，總是能夠準確地計算出液態氫的剩余量，而 不必從例如加熱器等外部熱源施加熱量，并且不會受到容器中先前狀態 的影響。在上述第二實施方式中，僅基于受漏熱量EL影響引起的容器中的 壓力改變量計算液態氫的剩余量Vl。但是，所使用的熱量不只局限于 漏熱量EL。即，同時也可執行第一實施方式中所示通過驅動加熱器施 加熱量E，并且此熱量可以用于基于對應于施加到容器中的總熱量的壓 力改變量計算液態氫的剩余量。在上述的第二實施方式中，第一發明中的"壓力改變量獲取裝置" 通過使用電子控制單元16執行步驟208中的程序實現，并且第一發明 中的"液態氫剩余量計算裝置"通過使用電子控制單元16執行步驟210 中的程序實現。而且，在上述第二實施方式中，漏熱量Et對應于第七發明中的"熱 傳遞量"，并且第七發明中的"熱傳遞量估算裝置，，通過4吏用電子控制 單元16執行步驟202中的程序實現。而且，在上述第二實施方式中，第八發明中的"溫度差獲取裝置"通過使用電子控制單元16在步驟202中計算容器內溫度和外界空氣溫 度之間的溫度差AT實現。第三實施方式[第三實施方式的特征接下來，參照圖6說明本發明的第三實施方式。通過使用圖l中所 示的硬件配置，本實施方式的系統可以通過使用電子控制單元16執行 后面所述的示于圖6中的程序來實現。在燃料電池系統18工作的狀態下，氫氣一直從此系統供給到燃料 電池系統18。例如電力等由燃料電池系統產生的信息^L提供到電子控制 單元16，并且計算基于此信號計算待供給的氫氣的體積V。ut。計算用 于產生V。ut的氫氣所需的熱量E。ut，并JL&于該計算出值執行加熱器控 制。即，在燃料電池系統的操作過程中，所供應氫氣的體積總是受到電 子控制單元16的監控。因此，即使在燃料電池系統工作期間除上述的 E。ut之外在第一實施方式中所示用于檢測液體剩余量的熱量也施加到容 器中的情況下，基于此熱量的氫氣體積能夠通it^基于總熱量相變成氣 體的氫氣體積減去V。ut計算出。因此，即使在燃料電池系統的工作過程 中，也總是能夠準確地計算出液態氫的剩余量。在上述第一和第二實施方式中，當計算液態氫的剩余量時不考慮供 應到容器外部的氫氣的體積。因此，在燃料電池系統的工作過程中，會產生對應于所供應的氫氣的體積V。ut的誤差。為此，在上述第一和第二實施方式中所示的方法中，為了計算液態氫的剩余量Vu燃料電池系 統18不工作的情況是適合的。下面將具體描述根據本實施方式的系統基于上述方法計算液態氫 的剩余量的程序。圖6是由電子控制單元16執行以計算容器中液態氫的剩余量的程 序的流程圖。在圖6中所示的程序中，首先，通過設置在容器10中的 壓力傳感器12檢測容器的內部壓力P (步驟300 )。所檢測到的輸出信 號提供到電子控制單元16。接下來，在圖6中所示的程序中，通過電子控制單元16計算供到燃料電池系統的氫氣的體積V。ut(步驟302)。具體地，燃料電池系統 所產生的電力信息被提供到電子控制單元16,并且基于此信號等估算 所需的氫氣體積。接下來，計算用于產生要供應的氫氣V贈所需的熱量E。ut (步驟 304)。具體地，首先，確定氫的蒸發潛熱Eg。蒸發潛熱Eg是根據壓力 變化的值。電子控制單元16存儲確定蒸發潛熱Eg和壓力之間關系的映 射。在此程序中，通過使用此映射，確定對應于壓力傳感器12提供的 容器內部壓力的蒸發潛熱Eg。然后，基于蒸發潛熱Eg以及容器內的溫 度和壓力，計算用于產生體積為V。ut的氫氣的熱量E。ut。接下來，通過電子控制單元16驅動加熱器14以施加熱量E。ut + a 到液態氫中(步驟306)，所述熱量E。ut + a通過將為檢測液體的剩余量 所施加的熱量a加到所計算的E。ut獲得。在施加了該熱量之后， 一些液 態氫相變成氣體，另一方面，體積為V。m的氫氣被排出到容器外部，并 且被供應到燃料電池系統。壓力傳感器12檢測到隨后的壓力P'(步驟 308 )。接下來，在圖6中所示的程序中，通過電子控制單元16計算剩余 在容器中的氫氣(步驟310)。具體地，計算出從受所施加熱量影響發生 相變的氫氣的總體積中減去供應到燃料電池系統中的體積V。ut所獲得的 值以做為剩余在容器中的氫氣的體積值。在完成上述步驟中的程序之后，通過電子控制單元16計算施加熱 量前后容器中的壓力改變量AP (步驟312)。然后，計算容器中液態氫 的剩余量VL (步驟314 )。具體地，在步驟310和312中執行與圖3中 所示步驟108和110中相同的程序。如上所說明的，根據本實施方式，即4吏在燃料電池系統工作期間， 也施加為相變所供應的氫氣所需的熱量E。m和為檢測液體的剩余量所施 加的熱量a，并且基于施加熱量前后容器中的壓力改變量計算容器中的 液態氫的剩余量Vl。因此，即使在燃料電池系統工作過程中，也總是 能夠準確地計算出液態氫的剩余量。在上述第三實施方式中，施加為相變所供應的氫氣所需的熱量E。ut 和為檢測液體的剩余量所施加的熱量a，并且基于施加熱量前后容器中 的壓力改變量計算容器中的液態氫的剩余量Vl。但是，所使用的熱量不局限于上述的那些。即，不僅使用步驟306中施加的熱量，而且可以 加入以第二實施方式中所示的漏熱量，并且可以基于對應于該熱量的壓 力改變量計算液態氫的剩余量。而且，在上述第三實施方式中，即使在用于氫燃料車等的燃料電池 系統的工作過程中，即，即使在氫氣供應的過程中，也能夠計算液態氫 的剩余量。但是，氫氣的供應目的地并不局限于燃料電池系統。即，如 果可以獲取氫氣供應量，則可以通it^M壬意其它發動機等(氫發動機等) 的氫消耗量(噴射量)等獲取氫氣供應量來計算液態氫的剩余量。在上述的第三實施方式中，第一發明中的"熱量改變量獲取裝置" 通過使用電子控制單元16執行步驟306中的程序來實現，第一發明中 的"壓力改變量獲取裝置"通過使用電子控制單元16執行步驟312中 的程序來實現，并且第一發明中的"液態氫剩余量計算裝置"通過使用 電子控制單元16執行步驟314中的程序來實現。而且，在上述第三實施方式中，第二發明中的"氫氣供應量獲取裝 置"通過使用電子控制單元16執行步驟302中的程序來實現。而且，在上述第三實施方式中，第五發明中的"加熱裝置"通過4吏 用電子控制單元16執行步驟306中的程序來實現。第四實施方式[第四實施方式中的特征接下來，參照圖7和8說明本發明的第四實施方式。通過使用圖l 中所示的硬件配置，本實施方式的系統可以通過使用電子控制單元16 執行后面所述的示于圖8中的程序來實現。在上述第二實施方式中，基于自然地泄漏到容器內部的漏熱量EL 和施加熱量前后容器中的壓力改變量AP計算容器中液態氫的剩余量此漏熱量Et基于容器的形狀和容器內外部之間的溫度差估算。但 是，僅通過容器的形狀不能反映基于產品變形的每個容器的各自的特 性，使得估算的漏熱量具有誤差。因此，如果能夠校正此估算誤差，則 能夠更準確地計算液態氫的剩余量。圖7是示出在產生相同體積Ve的氫氣的情況下液態氫的剩余量VL 和相變前后的壓力改變量AP之間的關系的圖表。根據此圖，壓力的改變量AP隨著液態氫的剩余量的增加一一即隨著容器中氫氣體積的減少 —一而變為較大值。因此，當容器中的狀態變成接近于充滿狀態時，能夠更準確地檢測出產生Ve前后的壓力改變量AP。基于方程(2)和(3),漏熱量E^表示如下 EL=Eg(Vt-VL)xAP/RL..(4)因為當如上所述氫氣體積(Vt-VL)減小時能更準確地計算所 以理想為將液態氫體積VL確定為接近充滿量。因此，能夠通過使用例如 過滿傳感器來確定充滿時的Vl。即，過量傳感器能夠確切地判定液體高 度是否已達到預定位置。因此，通過在容器10中安裝此傳感器，能夠確 切地充滿確定體積的液態氫。如上說明的，在此實施方式中，確定了氫氣體積(Vt-VL)、 Eg、 AP 和T。通過將這些值代入方程(4 ),能夠計算出反映每個容器的各自特 性的確切的漏熱量。下面具體說明本實施方式的系統基于上述方法計算液態氫的剩余 量V^的程序。圖8是由電子控制單元16執行以計算容器中液態氫剩余量的程序 的流程圖。在圖8中所示的程序中，首先，判定液態氫是否充滿容器10 (步驟400)。具體地，基于安裝在容器中的過滿傳感器的檢測信號做出 此判定。因此，能夠判定在容器中是否形成了特定的空閑體積。如果滿 足上述條件，則控制前進到下一步，否則終止程序。接下來，在圖8中所示的程序中，通過位于容器10中的壓力傳感 器12檢測被液態氳充滿的狀態下的容器的內部壓力P (步驟402 )。然 后，檢測經過預定時間段后容器的內部壓力P，(步驟404)。然后，通 過電子控制單元16計算漏熱量1前后容器中的壓力改變量AP(步驟 406)。具體地，這些步驟中的程序與圖5中所示步驟200、 204和208 相同。如上所述，在充滿時，容器中的壓力改變量很大。因此，即使漏 熱量很小，在步驟406中也能準確地計算出壓力改變量。在圖8中所示的程序中，接下來，通過電子控制單元16計算泄漏 到容器IO中的漏熱量E^ (步驟408)。具體地，首先，確定氫的蒸發潛 熱Eg。如上所述，蒸發潛熱E^是才艮據壓力改變的值。電子控制單元1620存儲有確定蒸發潛熱Eg和壓力之間關系的映射。在此程序中，通過使 用此映射，確定對應于由壓力傳感器12提供的容器內部壓力的蒸發潛 熱Eg。接下來，確定在步驟406中計算出的AP以及容器中的溫度T。接下來，在步驟408中，確定氫氣體積(Vt-Vj。如上所述，能夠 確切地確定充滿時的液態氫體積Vl。因此，通it^容器容積Vt中減去 確定(Vt-VL)。通過將這些值代入方程(4)，由電子控制單元16計算漏熱量EL。在上述步驟結束后，用基于在步驟408中在充滿時的實際測量值計 算出的El替換用于在如圉5中所示步驟202中估算漏熱量的漏熱量。 由此，圖8中所示的程序終止。然后，通過獨立地執行圖5中所示的程 序，能夠計算反映通過此程序計算出的El的容器中的液態氫剩余量Vl。如上所^說明的，祁^據本實施方式的系統，自然泄漏到容器中的漏熱 量Et基于在充滿時的實際測量值而確切地得以計算。因此，不再考慮 用于根據容器形狀等估算漏熱量的方法。不僅能夠反映出每個容器的各 自的特性，并且總是能夠準確地計算液態氫的剩余量。在上述的第四實施方式中，基于在^f吏用過滿傳感器確定的充滿時的 氫氣體積(VrVL)計算漏熱量EL。但是，容器填充狀態和確定方法并 不局限于本實施方式中所述的這些。如果能夠確切地確定容器中的氫氣 體積，則容器填充狀態不必為充滿狀態，并且也能夠使用其它的確定方 法。在上述的第四實施方式中，漏熱量E^對應于第七發明中的"熱傳 遞量"，并且第七發明中的"熱傳遞量估算裝置"通過使用電子控制單 元16執行步驟408中的程序實現。而且，在上述第四實施方式中，第y^明中的"檢測裝置"通過使用電子控制單元16執行步驟400中的程序實現，并且第ytJL明中的"壓 力改變量獲取裝置"通過使用電子控制單元16執行步驟408中的程序 實現。
權利要求
1.一種用于檢測容器中液態氫的剩余量的系統，包括用于獲取所述容器中的熱量改變量的裝置；用于獲取在所述容器中的所述熱量改變前后所述容器中的壓力改變量的裝置；以及用于基于所述熱量改變量和所述壓力改變量計算所述容器中液態氫的剩余量的裝置。
2.如權利要求1所述的用于檢測液態氫的剩余量的系統，進一步 包括用于將氫氣供給到所述容器的外部的裝置；以及 用于獲取由所述氫氣供給裝置供給的氫氣供給量的裝置，其特征在于，所述液態氫剩余量計算裝置基于所述熱量改變量、所述壓力改變量 以及所述氫氣供給量而計算所述容器中的液態氫的剩余量。
3.如權利要求2所述的用于檢測液態氫的剩余量的系統，其特征 在于，所述氫氣供給裝置將所述氫氣供給到以氫作為燃料的輸出設備，并且所述氫氣供給量獲取裝置基于所述輸出設備中氫的消耗而估算所 述氫氣供給量。
4.如權利要求2所述的用于檢測液態氫的剩余量的系統，其特征 在于，所述氫氣供給裝置將氫氣供給到以氳作為燃料的燃料電池，并且所述氫氣供給量獲取裝置基于由所述燃料電池所產生的電力估算 所述氫氣供給量。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的用于檢測液態氫的剩余量的 系統，其特征在于，所述容器包括用于加熱其中的液態氫的裝置，并且所述熱量改變量獲取裝置獲取由所述加熱裝置供給的熱量作為所 述熱量改變量。
6. 如權利要求5所述的用于檢測液態氫的剩余量的系統，其特征 在于，所述加熱裝置是設置在所述容器內的加熱器，并且所述熱量改變量獲取裝置獲取所述加熱器的熱值作為所述熱量改 變量。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的用于檢測液態氫的剩余量的 系統，其特征在于，所述熱量改變量獲取裝置包括用于估算從所述容器的外部到內部 的熱傳遞量的裝置，并且獲取所述熱傳遞量以作為所述熱量改變量。
8. 如權利要求7所述的用于檢測液態氫的剩余量的系統，進一步 包括用于獲取所述容器的內部和外部之間溫度差的裝置，其特征在于，隨著所述溫度差的增大，所述熱傳遞量估算裝置估算的熱傳遞量變大。
9. 如權利要求8所述的用于檢測液態氫的剩余量的系統，進一步 包括用于檢測所述容器中的液態氫的量達到特定量的裝置；以及用于在所述容器充有所述特定量的液態氫的情況下獲取預定時間 段內所述容器中的壓力改變量的裝置，其特征在于，在所述容器充有所述特定量的液態氫的情況下，所述熱傳遞量估算 裝置基于所述的特定量和所述壓力改變量而估算所述熱傳遞量。
10. 如權利要求9所述的用于檢測液態氫的剩余量的系統，其特征 在于，所述特定量接近于所述容器的充滿量。
11. 一種用于檢測容器中液態氫的剩余量的方法，包括如下步驟 獲取所述容器中的熱量改變量；獲取在所述容器中的所述熱量改變前后所述容器中的壓力改變量；以及基于所述熱量改變量和所述壓力改變量計算所述容器中液態氫的 剩余量。
12. 如權利要求11所述的用于檢測液態氫的剩余量的方法，進一 步包括如下步驟將氫氣供給到所述容器的外部；以及獲取所述氫氣供給步驟所供給的氫氣供給量，其特征在于，所述液態氫剩余量計算步驟基于所述熱量改變量、所述壓力改變量 以及所述氫氣供給量計算所述容器中的液態氫的剩余量。
13. 如權利要求11或12所述的用于檢測液態氫的剩余量的方法， 其特征在于，所述熱量改變量獲取步驟獲取通過加熱所述容器中的液態氫而供 給的熱量作為所述熱量改變量。
14. 如權利要求11至13中任一項所述的用于檢測液態氫的剩余量 的方法，其特征在于，所述熱量改變量獲取步驟包括估算從所述容器的外部到內部的熱 傳遞量并且獲取所述熱傳遞量作為所述熱量改變量的步驟。
15.如權利要求14所述的用于檢測液態氫的剩余量的方法，進一 步包括如下步驟檢測所述容器中的液態氬的量達到特定量；以及在所述容器充有所述特定量的液態氫的情況下獲取預定時間段內 所述容器中的所述壓力改變量，其特征在于，在所述容器充有所述特定量的液態氫的情況下，所述熱傳遞量估算 步驟基于所述特定量和所述壓力改變量估算所述熱傳遞量。
全文摘要
本發明提供一種用于檢測儲氫裝置中存儲的液態氫的剩余量的剩余量檢測系統。該剩余量檢測系統能夠準確地計算液態氫的剩余量而不受容器中的先前狀態的影響。檢測容器中的壓力P。給定的熱量E被施加到液態氫中。測量施加熱量后容器中的壓力P′。基于施加到容器中的熱量E計算相變的氫氣體積V<sub>e</sub>。基于壓力P和壓力P′計算施加熱量前后容器中的壓力改變量ΔP。基于氫氣體積V<sub>e</sub>和壓力改變量ΔP計算容器中的液態氫的剩余量V<sub>L</sub>。
文檔編號G01F23/14GK101326398SQ200680046619
公開日2008年12月17日 申請日期2006年12月13日 優先權日2005年12月14日
發明者廣瀨雄彥 申請人:豐田自動車株式會社