專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池系統(tǒng)及其燃料氣體供給方法以及移動(dòng)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有利用加強(qiáng)層覆蓋內(nèi)襯的外周面而成的罐的燃料電池系統(tǒng)等。
背景技術(shù)：
例如，在車(chē)載的燃料電池系統(tǒng)中，罐內(nèi)的氫氣供給至燃料電池，氫氣在燃料電池中與氧氣反應(yīng)而被消耗。由此，產(chǎn)生電力，使用于行駛。并且，在因消耗而罐內(nèi)的氫氣剩余量減少了的情況下，使車(chē)輛靠近氫站，從氫站向罐填充氫氣。在此，在從罐供給即放出氫氣的情況下，罐內(nèi)的壓力及溫度下降。另一方面，在向罐填充氫氣時(shí)，罐內(nèi)的壓力及溫度上升。另外，這種罐的構(gòu)造通常利用確保耐壓性的加強(qiáng)層覆蓋氣體不透過(guò)性的內(nèi)襯的外周面而成(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。例如，加強(qiáng)層由碳化纖 維強(qiáng)化塑料(CFRP carbon fiber-reinforced plastics)構(gòu)成,該CFRP是通過(guò)纏繞成型法(filament winding method)等卷繞在內(nèi)襯的外周面上而形成的?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I JP特開(kāi)2006-226511號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，特別在制造了樹(shù)脂內(nèi)襯制的罐的情況下，由于內(nèi)襯和CFRP的彈性模量和線(xiàn)膨脹系數(shù)不同，內(nèi)襯收縮，在內(nèi)襯和CFRP之間產(chǎn)生間隙。另外，即使在制造階段不產(chǎn)生間隙，因供給氫氣而使罐內(nèi)的壓力及溫度下降時(shí)，有時(shí)也會(huì)與上述同樣，內(nèi)襯收縮而產(chǎn)生間隙。并且，該間隙的大小具有在溫度越低或壓力越低的條件下越大的趨勢(shì)。當(dāng)在以具有這樣的間隙的狀態(tài)下向罐填充氫氣時(shí)，通過(guò)所填充的氫氣使收縮了的內(nèi)襯膨脹而填埋間隙。但是，可能因該膨脹量的大小等對(duì)內(nèi)襯作用大的負(fù)荷。關(guān)于這一點(diǎn)，為了防止產(chǎn)生間隙，考慮將內(nèi)襯和CFRP粘接的改進(jìn)方法。但是，這一改進(jìn)方法因?yàn)閮?nèi)襯發(fā)生局部變形而會(huì)局部地作用負(fù)荷，而不優(yōu)選。因此，本發(fā)明的目的在于提供能夠降低因填充而作用于內(nèi)襯的負(fù)荷的燃料電池系統(tǒng)及其燃料氣體供給方法以及移動(dòng)體。用于解決問(wèn)題的手段為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池；罐，具有內(nèi)襯及形成于該內(nèi)襯的外周面的加強(qiáng)層，該罐用于貯存燃料氣體；和調(diào)整裝置，調(diào)整從罐向燃料電池供給的燃料氣體的供給量；信息取得部，取得與罐內(nèi)的壓力及溫度相關(guān)的信息；計(jì)算部，基于所述信息取得部在燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中取得的信息，算出內(nèi)襯和加強(qiáng)層之間的間隙量；和決定部，基于算出的間隙量，決定是否限制供給量。另外，本發(fā)明的移動(dòng)體具備本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，能夠從處于移動(dòng)體的外部的氣站向罐填充燃料氣體。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)間隙量決定限制供給量，在執(zhí)行了該限制的情況下，能夠抑制罐內(nèi)的溫度降低速度及壓力降低速度。由此，抑制了間隙量的擴(kuò)大，因而在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止后向罐填充了燃料氣體時(shí)，能夠抑制內(nèi)襯的膨脹量。這樣，根據(jù)本發(fā)明，在填充前的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)階段，通過(guò)按照間隙量積極地限制供給量，能夠降低填充時(shí)對(duì)內(nèi)襯的負(fù)荷。優(yōu)選，計(jì)算部基于該燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的罐內(nèi)的溫度變化量及壓力變化量，還算出間隙量在規(guī)定時(shí)間后的預(yù)測(cè)值。決定部還基于預(yù)測(cè)值決定是否限制供給量。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠逐漸限制供給量。例如，與不按照預(yù)測(cè)值限制供給量的情況相t匕，在按照預(yù)測(cè)值限制供給量的情況下，能夠減小與當(dāng)前的(燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的)間隙量相對(duì)應(yīng)的供給量的限制量。由此，例如在燃料電池的要求輸出變大那樣的移動(dòng)體的加速時(shí)，能夠減輕用戶(hù)的未加速的感覺(jué)。
優(yōu)選，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具備判定部，通過(guò)將與罐內(nèi)的燃料氣體相關(guān)的狀態(tài)量和規(guī)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，判定罐內(nèi)的燃料氣體不足和/或該罐內(nèi)的燃料氣體可能不足；和顯示部，在判定部判定為燃料氣體不足和/或燃料氣體可能不足時(shí)，顯示該判定結(jié)果。判定部可以基于算出的間隙量來(lái)變更規(guī)定的基準(zhǔn)值。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，按照間隙量，來(lái)改變所謂的判定氣體不足的基準(zhǔn)。例如，如果在間隙量大的情況下，比間隙量小的情況更早地判定并顯示氣體不足這一情況，則能夠使用戶(hù)意識(shí)到要進(jìn)行減少燃料氣體的消耗量(供給量)這樣的駕駛。由此，若限制燃料氣體的供給量，則能夠在填充前抑制間隙量的擴(kuò)大。更優(yōu)選，上述的狀態(tài)量是罐內(nèi)的壓力或燃料氣體量。另外，優(yōu)選判定部基于與信息取得部在燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中取得的罐內(nèi)的壓力及溫度有關(guān)的信息算出燃料氣體量。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，不僅能夠?qū)⑿畔⑷〉貌克〉玫男畔?yīng)用于間隙量的計(jì)算，還能夠應(yīng)用于判定氣體不足。更優(yōu)選，在為了使算出的間隙量為零所需要的內(nèi)襯的伸展量大于規(guī)定的閾值的情況下，與該伸展量為規(guī)定的閾值以下的情況相比，判定部在罐內(nèi)至少低于0°c的溫度條件下將與壓力或燃料氣體量有關(guān)的規(guī)定的基準(zhǔn)值向高壓側(cè)或量多側(cè)變更。優(yōu)選，決定部算出為了使算出的間隙量為零所需要的內(nèi)襯的伸展量，并且在算出的伸展量大于規(guī)定的閾值的情況下，與算出的伸展量為規(guī)定的閾值以下的情況相比，決定限制供給量。由此，因?yàn)橐耘c內(nèi)襯的變形有關(guān)的內(nèi)襯的伸展量(變形)為基準(zhǔn)決定是否限制供給量，所以能夠正確地判斷該限制的必要性。更優(yōu)選，上述的規(guī)定的閾值能夠使用內(nèi)襯的破壞伸展量，該值根據(jù)罐內(nèi)的溫度不同而不同。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在判斷需要限制供給量時(shí)，考慮了破壞伸展量依賴(lài)于溫度，所以能夠更正確地進(jìn)行判斷。優(yōu)選，在決定部決定了限制供給量的情況下，調(diào)整裝置通過(guò)執(zhí)行使供給量為零、減小燃料氣體向燃料電池供給的供給流量的最大值及降低供給流量中的任一操作，來(lái)限制供給量。為了達(dá)到上述目的，在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的燃料氣體供給方法中，燃料電池系統(tǒng)具有罐，具有內(nèi)襯及形成在該內(nèi)襯的外周面的加強(qiáng)層；和作為來(lái)自罐的燃料氣體的供給對(duì)象的燃料電池。并且，燃料氣體供給方法包括如下步驟基于在所述燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中取得的與罐內(nèi)的壓力及溫度相關(guān)的信息，算出內(nèi)襯和加強(qiáng)層之間的間隙量；判定為了使算出的間隙量為零所需要的內(nèi)襯的伸展量是否超過(guò)規(guī)定的閾值；在判定為超過(guò)規(guī)定的閾值的情況下，與判定為在規(guī)定的閾值以下的情況相比，限制從罐向燃料電池供給的燃料氣體的供給量。根據(jù)本發(fā)明，在填充前的燃料氣體供給階段，在對(duì)于間隙量的內(nèi)襯的需要的伸展量大于規(guī)定的閾值時(shí)，積極地限制供給量。由此，抑制了間隙量擴(kuò)大，因而能夠抑制因之后的填充而對(duì)內(nèi)襯作用負(fù)荷。


圖I是將搭載有實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的車(chē)輛與氣站一起示出的圖。圖2是實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成圖。 圖3是實(shí)施方式的罐的剖視圖。圖4A是表示外部氣溫為20°C時(shí)的罐壓力及罐溫度的時(shí)效變化的圖，涉及來(lái)自罐的氫氣放出速度慢的情況。圖4B是表示外部氣溫為20°C時(shí)的罐壓力及罐溫度的時(shí)效變化的圖，涉及來(lái)自罐的氫氣放出速度快的情況。圖5是表示在圖3的罐中內(nèi)襯與加強(qiáng)層之間具有間隙的狀態(tài)的剖視圖。圖6是示意地表示多個(gè)罐溫度下的間隙的大小與罐壓力之間的關(guān)系的圖。圖7是表示實(shí)施方式的與罐的間隙量有關(guān)的映射的一例的圖。圖8是表示罐溫度與內(nèi)襯的破壞伸展量之間的關(guān)系的圖。圖9A是表示算出填埋間隙所需的內(nèi)襯的伸展量的方法的圖，示出了具有間隙的狀態(tài)。圖9B是表示算出填埋間隙所需的內(nèi)襯的伸展量的方法的圖，示出了沒(méi)有間隙的狀態(tài)。圖10是用于實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的第I控制例的功能框圖。圖11是表示實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的第I控制例的流程圖。圖12是表示實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的第2控制例的流程圖。圖13A是示意地表示在實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的第2控制例中使用的罐壓力的梯度的圖，示出了氫氣供給中的罐壓力相對(duì)于時(shí)間的變化。圖13B是示意對(duì)表示在實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的第2控制例中使用的罐溫度的梯度的圖，示出了氫氣供給中的罐溫度相對(duì)于時(shí)間的變化。圖14是用于實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的第3控制例的功能框圖。圖15A是表示關(guān)于通過(guò)將罐壓力與基準(zhǔn)值相比較來(lái)進(jìn)行的氣體不足判定的比較例的方法的圖。圖15B是表示關(guān)于通過(guò)將罐壓力與基準(zhǔn)值相比較來(lái)進(jìn)行的氣體不足判定的第3控制例的方法的圖。圖16A是表示關(guān)于通過(guò)將氫氣的剩余量與基準(zhǔn)值相比較來(lái)進(jìn)行的氣體不足判定的比較例的方法的圖。
圖16B是表示關(guān)于通過(guò)將氫氣的剩余量與基準(zhǔn)值相比較來(lái)進(jìn)行的氣體不足判定的第3控制例的方法的圖。圖17是表示實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的第3控制例的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)。在此，說(shuō)明將燃料電池系統(tǒng)搭載于作為移動(dòng)體的代表例的車(chē)輛的例子。I.車(chē)輛的概要
如圖I所示，車(chē)輛3在例如作為氣站的氫站2中，從氫站2的填充嘴12向罐填充氫氣。在車(chē)輛3上搭載有向作為驅(qū)動(dòng)源的牽引馬達(dá)供給電力的燃料電池系統(tǒng)4。如圖2所示，燃料電池系統(tǒng)4具有燃料電池28及罐30。燃料電池28例如由固體高分子電解質(zhì)型燃料電池構(gòu)成，具有將多個(gè)單電池層疊而成的堆疊構(gòu)造。燃料電池28通過(guò)燃料氣體(例如氫氣)和氧氣(例如空氣)的電化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電。下面，作為燃料氣體以氫氣為例來(lái)說(shuō)明。罐30是向燃料電池28的氫氣供給源，例如是能夠貯存35MPa或70MPa的氫氣的高壓罐。在搭載有多個(gè)罐30的情況下，罐30并列地連接于燃料電池28。從罐30向燃料電池28的氫氣的供給系統(tǒng)具備供給管路31、設(shè)置于供給管路31的調(diào)整裝置33。供給管路31連接罐30和燃料電池28。調(diào)整裝置33對(duì)從罐30向燃料電池28的氫氣的供給量進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整裝置33例如能夠由截止閥、調(diào)壓閥、流量控制閥及噴射器中的至少一個(gè)構(gòu)成。在調(diào)整裝置33由截止閥構(gòu)成的情況下，也能夠作為罐30的總閥發(fā)揮功能，允許及切斷氫氣向燃料電池28的供給。在調(diào)整裝置33由調(diào)壓閥、流量控制閥或噴射器構(gòu)成的情況下，能夠?qū)ο蛉剂想姵?8的氫氣的流量進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)這樣的調(diào)整裝置33，能夠限制向燃料電池28的氫氣的供給量。向罐30的氫氣的填充系統(tǒng)具備容器32及填充流路34。容器32在填充氫氣時(shí)連接填充嘴12。填充流路34連接容器32和罐30，在填充流路34的中途設(shè)置有用于防止氫氣倒流的止回閥35。燃料電池系統(tǒng)4另外具備壓力傳感器36、溫度傳感器38、顯示裝置42及控制裝置46。壓力傳感器36檢測(cè)實(shí)質(zhì)上反映罐30內(nèi)的氫氣的壓力(下面稱(chēng)為“罐壓力”)的壓力。壓力傳感器36例如設(shè)置在止回閥35的下游側(cè)且位于罐30的前方的填充流路34，但也能夠配置于罐30內(nèi)。溫度傳感器38檢測(cè)反映罐30內(nèi)的溫度(下面稱(chēng)為“罐溫度”)的溫度。溫度傳感器38例如設(shè)置于罐30內(nèi)。顯示裝置42例如也能夠作為汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的一部分來(lái)使用，將各種信息顯示在畫(huà)面上。控制裝置46構(gòu)成為在內(nèi)部具備CPU、R0M、RAM的微型計(jì)算機(jī)，控制車(chē)輛3及燃料電池系統(tǒng)4。CPU按照控制程序執(zhí)行期望的運(yùn)算，進(jìn)行各種處理和控制。ROM存儲(chǔ)由CPU處理的控制程序和控制數(shù)據(jù)，RAM主要作為控制處理用的各種作業(yè)區(qū)域來(lái)使用?？刂蒲b置46與調(diào)整裝置33、壓力傳感器36、溫度傳感器38及顯示裝置42等相連接。例如，控制裝置46基于與作為信息取得部的壓力傳感器36及溫度傳感器38所取得的壓力及溫度有關(guān)的信息，控制調(diào)整裝置33而控制氫氣的供給量。
2.罐的構(gòu)誥如圖3所示，罐30具有形成為中空狀而在內(nèi)部劃分出貯存空間51的內(nèi)襯53、覆蓋內(nèi)襯53的外周面的加強(qiáng)層55。內(nèi)襯53及加強(qiáng)層55的軸向的至少一端部設(shè)置有用于連接閥配件的接頭57。內(nèi)襯53具有氣體阻擋性,抑制氫氣向外部透過(guò)。內(nèi)襯53的材質(zhì)無(wú)特別限制,例如除了金屬之外，還能夠列舉聚乙烯樹(shù)脂、聚丙烯樹(shù)脂等硬質(zhì)樹(shù)脂。加強(qiáng)層55起到承受所貯存的氫氣的壓力的作用，是將浸潰有基體樹(shù)脂的纖維卷繞在內(nèi)襯53的外表面上之后，對(duì)該基體樹(shù)脂進(jìn)行加熱硬化而形成的。作為基體樹(shù)脂使用環(huán)氧樹(shù)脂、改性環(huán)氧樹(shù)脂等，作為纖維使用碳纖維、芳香族聚酰胺纖維。另外，作為卷繞方法列舉長(zhǎng)絲纏繞法(FW法)、帶纏繞法等，作為此時(shí)的卷繞方法能夠列舉公知的環(huán)向纏繞及螺旋纏繞。
在本實(shí)施方式中，對(duì)樹(shù)脂制的內(nèi)襯53使用FW法來(lái)構(gòu)成CFRP (Carbon FiberReinforced Plastics :碳纖維增強(qiáng)塑料)的加強(qiáng)層55。該CFRP使用熱硬化性的環(huán)氧樹(shù)脂作為基體樹(shù)脂，使用碳纖維作為纖維。此外，加強(qiáng)層55可以具備除了層疊于內(nèi)襯53的外周面的CFRP層以外的層，例如，層疊于CFRP層的外周面的GFRP (Glass FiberReinforcedPlastics :玻璃纖維增強(qiáng)塑料)層。3.氫放出速度與罐壓力及罐溫度之間的關(guān)系圖4A及4B是表示外部氣溫為20°C時(shí)的罐壓力及罐溫度的時(shí)效變化的圖，圖4A是氫氣放出速度慢時(shí)的圖，圖4B是氫氣放出速度快時(shí)的圖。根據(jù)圖4A及4B可知，氫氣從罐30放出的放出速度(向燃料電池28的供給速度)越快，罐壓力的降低率越大，罐溫度更低。氫氣放出結(jié)束后(時(shí)間h)，通過(guò)外部氣體使罐溫度上升，罐溫度漸漸接近外部氣溫(20°C )。此時(shí)，罐壓力也稍上升。此外，通常，外部氣溫低時(shí)，罐溫度更低。罐30搭載于車(chē)輛3的情況下，在氫氣剛放出后能夠在氫站2填充。因而，可認(rèn)為在填充氫氣時(shí)，大多處于罐溫度及罐壓力低的狀態(tài)。此時(shí)，在剛進(jìn)行了氫氣放出速度快的行駛(例如加速行駛)之后進(jìn)行填充時(shí)，處于罐溫度及罐壓力更低的狀態(tài)。此外，關(guān)于罐30，在為減小了氫氣的裝載量(罐容積)的規(guī)格的情況下，在消耗了與減小前的規(guī)格的情況下等量的氫氣時(shí)，罐壓力的降低速度加快。因而，在為減小了裝載量(罐容積)的規(guī)格的情況下，罐溫度更易于降低。4.關(guān)于間隙的產(chǎn)牛圖5是表示罐30中在內(nèi)襯53與加強(qiáng)層55之間具有間隙60的狀態(tài)的剖視圖。說(shuō)明產(chǎn)生該間隙60的理由。第一，在罐30的如下的制造工序中產(chǎn)生間隙60。具體地說(shuō)，在形成加強(qiáng)層55時(shí)，首先，對(duì)于將內(nèi)壓保持為以FW法的張力不會(huì)變形的程度的常溫下的內(nèi)襯53，通過(guò)FW法卷繞浸潰有環(huán)氧樹(shù)脂的碳纖維。在結(jié)束了該卷繞的階段，不產(chǎn)生間隙60。作為下一階段，保持內(nèi)壓不變進(jìn)行加熱，通過(guò)熱硬化處理固化CFRP的環(huán)氧樹(shù)脂。在該階段，也不產(chǎn)生間隙60。但是，在熱硬化處理后，當(dāng)卸除內(nèi)壓恢復(fù)為常溫時(shí)，內(nèi)襯53收縮。結(jié)果，產(chǎn)生圖5所示的間隙60。這是因?yàn)閮?nèi)襯53與加強(qiáng)層55的彈性模量和線(xiàn)膨脹系數(shù)的差而使內(nèi)襯53比加強(qiáng)層55更易于發(fā)生收縮/膨脹變形而導(dǎo)致的。第二，即使在上述的制造階段不產(chǎn)生間隙60，但在低壓或低溫條件下，會(huì)產(chǎn)生間隙60。例如，當(dāng)罐壓力從如圖3所示的間隙為零的狀態(tài)開(kāi)始降低時(shí)，產(chǎn)生圖5所示的間隙60。這是因?yàn)?，因上述的彈性模量等的差，?nèi)襯53收縮，而加強(qiáng)層55幾乎不變形。同樣，罐溫度從圖3所示的間隙為零的狀態(tài)開(kāi)始降低時(shí)，產(chǎn)生圖5所示的間隙60。并且，罐壓力或罐溫度越小，該間隙60的大小越大。也就是說(shuō)，具有氫氣放出速度越快時(shí)(參照?qǐng)D4A及4B)，間隙60的大小越大的趨勢(shì)。圖6是示意地表示在多個(gè)罐溫度T1 T4 (T1 < T2 < T3 < T4)下，間隙60的大小與罐壓力之間的關(guān)系的圖。如圖6所示，在罐溫度相等的條件下，若罐壓力變大，則間隙60的大小變小。同樣，在罐壓力相等的條件下，若罐溫度升高，則間隙60的大小變小。因此，可以說(shuō)即使氫氣未填充罐30，在因外部氣溫而使罐溫度升高時(shí)，間隙60變小。另外，可知在間隙60的大小相等的條件下，罐溫度越低，為了填滿(mǎn)間隙60，需要越高的罐壓力。5.關(guān)于間隙暈的測(cè)定及存儲(chǔ) 間隙60的大小不僅依賴(lài)于罐壓力及罐溫度，還根據(jù)罐30的規(guī)格的不同而不同。例如，根據(jù)構(gòu)成罐30的材料(內(nèi)襯53及加強(qiáng)層55的材質(zhì))、罐30的體積(長(zhǎng)度、直徑、容量等)不同，間隙60的大小不同。作為表不間隙60的大小的指標(biāo),在此,如圖5所不,使用與內(nèi)襯53和加強(qiáng)層55之間的距離相當(dāng)?shù)拈g隙量62。此外，設(shè)內(nèi)襯53及加強(qiáng)層55在全部區(qū)域上一致的情況下，該間隙量62相當(dāng)于兩者間的距離，內(nèi)襯53及加強(qiáng)層55不在全部區(qū)域上一致的情況下，該間隙量62相當(dāng)于兩者間的距離中的最大的距離。間隙量62能夠通過(guò)各種方法測(cè)定。例如,對(duì)罐30進(jìn)行X射線(xiàn)拍攝，使罐30的內(nèi)部可視化，從而能夠測(cè)定內(nèi)襯53與加強(qiáng)層55之間的間隙量62。另外作為其他的方法，通過(guò)在罐30的加強(qiáng)層55上開(kāi)孔，從該孔插入位移計(jì)的測(cè)量頭，從而也能夠以機(jī)械的方式測(cè)定間隙量62。這樣的間隙量62的測(cè)定在罐30的開(kāi)發(fā)階段進(jìn)行，在填充時(shí)并不是以上述的方法測(cè)定間隙量62。因而，在燃料電池系統(tǒng)4中，已經(jīng)把握了罐30的間隙量62，例如作為映射預(yù)先準(zhǔn)備。圖7是表示與間隙量62相關(guān)的映射M的一個(gè)例子的圖。映射M準(zhǔn)備燃料電池系統(tǒng)4的罐30固有的參數(shù)。如上所述，間隙量62因罐壓力及罐溫度不同而不同，所以與間隙量62相關(guān)的映射M將縱軸作為罐壓力，將橫軸作為罐溫度，規(guī)定與各條件相對(duì)應(yīng)的間隙量。例如，在罐溫度為T(mén)1時(shí)，對(duì)于在圖7表示為BI El的各間隙量62來(lái)說(shuō)，罐壓力越大則間隙量越小。另外，在罐壓力為OMPa時(shí)，對(duì)于在圖7中表示為A2 A5的各間隙量62來(lái)說(shuō)，罐溫度越高則間隙量越小。在此，映射M存儲(chǔ)在控制裝置46的存儲(chǔ)部(ROM等)中。后面詳述，在供給氫氣的過(guò)程中，通過(guò)在存儲(chǔ)部的映射M中參照此時(shí)的罐壓力及罐溫度來(lái)算出間隙量62，基于此來(lái)決定是否對(duì)之后的供給量設(shè)定限制。6.關(guān)于間隙規(guī)定倌間隙規(guī)定值，是在后面的(7.)的考慮了間隙量的供給控制中使用的指標(biāo)之一(參照?qǐng)D11的步驟S3等)，指內(nèi)襯53的破壞伸展量δ或破壞伸展量δ乘以安全因數(shù)而得到的值。破壞伸展量δ根據(jù)內(nèi)襯53的材料物性來(lái)規(guī)定，根據(jù)罐溫度的不同而不同。具體地說(shuō)，如圖8所示，罐溫度越高，破壞伸展量δ越大。與罐30有關(guān)的間隙規(guī)定值與映射M同樣，預(yù)先存儲(chǔ)在控制裝置46的存儲(chǔ)部中。此外，破壞伸展量δ能夠根據(jù)拉伸試驗(yàn)的結(jié)果獲得，能夠用下面的式(I)表示，這是不言自明的。δ = 100Χ (If-I0) / I0...... (I)在此，各參數(shù)的含義如下。I。內(nèi)襯53的初始長(zhǎng)度If :破壞后的內(nèi)襯53的永久伸展量6-1.與間隙規(guī)定值比較的對(duì)象在后述「7.」的供給控制中，與間隙規(guī)定值進(jìn)行比較的對(duì)象為填埋間隙60所需的 內(nèi)襯53的伸展量ε。如圖9Α所示，當(dāng)在內(nèi)襯53與加強(qiáng)層55之間具有間隙60的狀態(tài)下填充氫氣時(shí)，如圖9Β所示，內(nèi)襯53進(jìn)行膨脹變形直到填埋間隙60為止。這是因?yàn)?，因填充使罐壓力及罐溫度上升，由此已收縮的內(nèi)襯53膨脹直到與加強(qiáng)層55相接觸為止。相對(duì)于該間隙60的內(nèi)襯53的伸展量、即填埋間隙60所需的內(nèi)襯53的伸展量ε例如使用下面的式(2)算出。ε = 100X (rf-r0) / r0...... (2)在此，各參數(shù)的含義如下。rQ :內(nèi)襯53的初始外徑rf 已將間隙60填埋時(shí)的內(nèi)襯53的外徑若列舉一例，貝U在rQ = 50mm,間隙量=5mm時(shí)，rf = 55,因而需要的內(nèi)襯53的伸展量ε為10%。在進(jìn)行供給控制時(shí)，因?yàn)橐阎g隙量62的計(jì)算值及內(nèi)襯53的外徑rf，所以能夠由上述的式(2)算出填埋間隙60所需的伸展量ε。然后，將所算出的需要的伸展量ε與間隙規(guī)定值進(jìn)行比較，在需要的伸展量ε大于間隙規(guī)定值時(shí)，預(yù)測(cè)為在燃料電池系統(tǒng)4停止后進(jìn)行填充時(shí)會(huì)對(duì)內(nèi)襯53作用允許以上的負(fù)荷。在此，與所算出的需要的伸展量ε進(jìn)行比較的間隙規(guī)定值(規(guī)定的閾值)使用與該比較時(shí)的罐溫度相對(duì)應(yīng)的規(guī)定值。如上所述，是因?yàn)槠茐纳煺沽喀囊蕾?lài)于罐溫度(參照?qǐng)D8)。因而，當(dāng)罐溫度升高時(shí)，設(shè)定的間隙規(guī)定值也變大。7.考虎了間隙量的供給控制接著，關(guān)于通過(guò)燃料電池系統(tǒng)4執(zhí)行的氫氣供給，說(shuō)明考慮了間隙量62的多個(gè)控制例。任意的控制例都是在燃料電池系統(tǒng)4的運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行。7-1.第I控制例圖10是表示為了實(shí)現(xiàn)本控制，控制裝置46所具有的功能塊的框圖?？刂蒲b置46具有存儲(chǔ)部70、計(jì)算部71、決定部72及運(yùn)轉(zhuǎn)控制部73。存儲(chǔ)部70存儲(chǔ)與罐30相對(duì)應(yīng)的上述的映射M及間隙規(guī)定值等。計(jì)算部71通過(guò)在存儲(chǔ)部70的映射M中參照檢測(cè)出的罐壓力及罐溫度，來(lái)算出間隙量62。決定部72基于算出的間隙量62，決定是否對(duì)向燃料電池28供給的氫氣的供給量進(jìn)行限制。運(yùn)轉(zhuǎn)控制部73基于決定部72產(chǎn)生的決定結(jié)果，控制調(diào)整裝置33。尤其在決定部72決定對(duì)供給量進(jìn)行限制的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)控制部73控制調(diào)整裝置33，以形成該決定的限制的供給量。圖11是表示本控制例的流程圖。
首選，當(dāng)通過(guò)駕駛員等用戶(hù)使車(chē)輛3點(diǎn)火時(shí)(步驟SI)，燃料電池系統(tǒng)4開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。由此，開(kāi)始從罐30向燃料電池28供給氫氣。在氫氣的供給中，通過(guò)壓力傳感器36及溫度傳感器38讀取罐壓力及罐溫度，算出該讀取時(shí)的(即當(dāng)前的)間隙量62 (步驟S2)。詳細(xì)地說(shuō)，罐壓力及罐溫度各信息暫時(shí)存儲(chǔ)在控制裝置46的例如RAM中，因而計(jì)算部71通過(guò)在存儲(chǔ)部70的映射M中參照該暫時(shí)存儲(chǔ)的信息，算出當(dāng)前的間隙量62。在下面的步驟S3中，決定部72基于算出的當(dāng)前的間隙量62，算出填埋間隙60所需要的內(nèi)襯53的伸展量ε，并判斷算出的需要的伸展量ε是否在間隙規(guī)定值內(nèi)。此時(shí)，作為與算出的需要的伸展量ε進(jìn)行比較的間隙規(guī)定值，使用與在步驟S2時(shí)讀取的當(dāng)前的罐溫度相對(duì)應(yīng)的間隙規(guī)定值。結(jié)果，在需要的伸展量ε在間隙規(guī)定值內(nèi)的情況下(步驟S3:是)，判斷為即使在、燃料電池系統(tǒng)4停止運(yùn)轉(zhuǎn)后填充氫氣，也不會(huì)對(duì)內(nèi)襯53作用允許以上的負(fù)荷，進(jìn)行通常的氫氣供給。在該通常的氫氣供給中，供給與燃料電池28的要求輸出相對(duì)應(yīng)的氫氣。具體地說(shuō)，通過(guò)調(diào)整裝置33，向燃料電池28供給與燃料電池28的要求輸出相對(duì)應(yīng)的供給壓力、供給流量及供給量的氫氣。另一方面，在需要的伸展量ε不在間隙規(guī)定值內(nèi)的情況下(步驟S3:否)，判斷為若進(jìn)行通常的氫氣供給，則會(huì)對(duì)內(nèi)襯53作用允許以上的負(fù)荷，而限制氫氣的供給量(步驟S4)。該供給量的限制，指與通常的氫氣供給相比，對(duì)從罐30放出的氫氣的供給量進(jìn)行限制。限制氫氣的供給量，能夠通過(guò)控制調(diào)整裝置33，由多種方法來(lái)執(zhí)行。例如，能夠通過(guò)使氫氣的供給流量比通常的氫氣供給中的供給流量低(例如，將供給流量降低規(guī)定的百分比等)，來(lái)限制供給量。關(guān)于該方法，不僅在調(diào)整裝置33為噴射器等的情況下，在調(diào)整裝置33為截止閥的情況下，也能反復(fù)使其開(kāi)閉。另外，在其他的方法中，通過(guò)降低供給流量的最大值(例如，使最大流量為規(guī)定流量以下等)，也能夠限制供給量。根據(jù)這些方法，能夠持續(xù)從罐30向燃料電池28供給氫氣。另外，通過(guò)另外的方法，也能夠通過(guò)停止供給氫氣而使供給量為零來(lái)進(jìn)行限制。這種方法能夠在調(diào)整裝置33為截止閥的情況下簡(jiǎn)單地執(zhí)行。此外，在采用該方法的情況下，不從罐30向燃料電池28供給氫氣。不過(guò)，即使在采用該方法時(shí)，在燃料電池系統(tǒng)4具有氫氣循環(huán)系統(tǒng)(由于公知，故省略圖示)的情況下，也允許通過(guò)氫泵將氫氣循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的氫氣或氫廢氣供給至燃料電池28。之后，通過(guò)用戶(hù)反復(fù)執(zhí)行上述步驟S2 S4，直到車(chē)輛3熄火(步驟S5 :否)。S卩，隨時(shí)讀入罐壓力及罐溫度，算出此時(shí)的間隙量62 (步驟S2)，判定是否在間隙規(guī)定值內(nèi)(步驟S3)。結(jié)果，繼續(xù)限制供給量的狀態(tài)(步驟S3 :否，步驟S4)，或者解除對(duì)供給量的限制而進(jìn)行通常的氫氣供給(步驟S3 :是)。當(dāng)熄火時(shí)(步驟S5 :是)，燃料電池系統(tǒng)4結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)，停止從罐30向燃料電池28供給氫氣(步驟S6)。對(duì)以上說(shuō)明的本控制例的作用效果進(jìn)行說(shuō)明。算出燃料電池系統(tǒng)4運(yùn)轉(zhuǎn)中的罐30內(nèi)的間隙量62，判定是否因燃料電池系統(tǒng)4運(yùn)轉(zhuǎn)停止后的填充對(duì)內(nèi)襯53作用負(fù)荷，在判定為作用那樣的負(fù)荷時(shí)，限制來(lái)自罐30的供給量。通過(guò)限制該供給量，能夠抑制罐30內(nèi)的溫度降低速度及壓力降低速度(參照?qǐng)D4Α及4Β)。這是因?yàn)?，即使在從?0放出氫氣的情況下，隨著罐30內(nèi)的氫氣的絕熱膨脹而產(chǎn)生的溫度降低以比較緩慢的速度進(jìn)行。限制了供給量的結(jié)果，罐30易于被外部氣體加熱，抑制變?yōu)楦蜏厍腋蛪旱臓顟B(tài)，因而抑制了間隙量的擴(kuò)大。由此，在停止后的填充中，抑制了內(nèi)襯53的膨脹量，因而能夠抑制對(duì)內(nèi)襯53作用大的負(fù)荷。此外，優(yōu)選在氫氣的供給量被限制的過(guò)程中，在車(chē)輛3的WOT (Wide OpenThrottle :節(jié)流閥全開(kāi))等要求燃料電池28快速地輸出的情況下，控制裝置46禁止進(jìn)行滿(mǎn)足這樣的要求的運(yùn)轉(zhuǎn)。由此，能夠可靠地維持供給量的限制狀態(tài)，從而能夠減輕內(nèi)襯53的負(fù)荷。7-2.第2控制例接著，參照?qǐng)D12，以與第I控制例的不同點(diǎn)為中心來(lái)說(shuō)明第2控制例。主要的不同點(diǎn)在于，不僅算出當(dāng)前的間隙量(步驟S11)，也算出規(guī)定時(shí)間后的間隙量的預(yù)測(cè)值(步驟S14)，基于該預(yù)測(cè)值決定是否對(duì)供給量進(jìn)行限制(步驟S15)。此外，用于實(shí)現(xiàn)本控制的控制 裝置46的框圖與圖11所示的相同。如圖12所示，在步驟Sll中，根據(jù)當(dāng)前的罐壓力及罐溫度算出當(dāng)前的間隙量62。在步驟S12中，基于所算出的當(dāng)前的間隙量62算出需要的伸展量ε，判定算出的需要的伸展量ε是否在間隙規(guī)定值內(nèi)。然后，進(jìn)行氫氣的供給量的限制(步驟S13)、之后的間隙量62的計(jì)算(步驟Sll)以及比較(步驟S12)直到算出的需要的伸展量ε在間隙規(guī)定值內(nèi)為止(步驟S12 :是)。另一方面，在算出的需要的伸展量ε在間隙規(guī)定值內(nèi)(步驟S12:是)的情況下，基于罐壓力的梯度及罐溫度的梯度算出X時(shí)間(規(guī)定時(shí)間)后的間隙量62的預(yù)測(cè)值(步驟S14)。該計(jì)算也由計(jì)算部71來(lái)進(jìn)行。具體地說(shuō)，如圖13Α及13Β所示，由于氫氣的供給使罐壓力及罐溫度都降低，計(jì)算部71首先求出單位時(shí)間內(nèi)的罐壓力的梯度(Λ P / At)及罐溫度的梯度(AT /At)，根據(jù)各梯度推定X時(shí)間后的罐壓力及罐溫度。接著，計(jì)算部71通過(guò)在上述的映射M中參照上述的推定值，算出X時(shí)間后的間隙量62的預(yù)測(cè)值。此外，在其他的實(shí)施方式中，計(jì)算部71也可以基于除了罐壓力及罐溫度的梯度以外的變化量，算出間隙量62的預(yù)測(cè)值。另外，X時(shí)間能夠設(shè)定為任意的時(shí)間，例如5分鐘。在下一步驟S15中，決定部72基于間隙量62的預(yù)測(cè)值算出填埋間隙60所需要的內(nèi)襯53的伸展量ε，判斷算出的需要的伸展量ε是否在間隙規(guī)定值內(nèi)。此時(shí)，作為與算出的需要的伸展量ε進(jìn)行比較的間隙規(guī)定值，使用與執(zhí)行步驟S14時(shí)推定的X時(shí)間后的罐溫度相對(duì)應(yīng)的間隙規(guī)定值。結(jié)果，在算出的需要的伸展量ε在間隙規(guī)定值內(nèi)時(shí)(步驟S15:是)，進(jìn)行通常的氫氣供給而等待熄火(步驟S17)。另一方面，在算出的需要的伸展量ε不在間隙規(guī)定值內(nèi)時(shí)(步驟S15 :是)，限制氫氣的供給量(步驟S16)，等待熄火(步驟S17)。然后，反復(fù)進(jìn)行上述步驟Sll 16直到熄火為止(步驟S17 :是)。因而，即使當(dāng)初未限制供給量(步驟S12 :是，步驟S15:是)，在對(duì)于間隙量62的需要的伸展量ε大于間隙規(guī)定值的情況下，在之后也能夠積極地限制供給量。在此，步驟S13及S16中的供給量的限制能夠通過(guò)與上述的第I控制例(步驟S4)同樣的方法進(jìn)行。在步驟S13及S16中，也能夠形成相等的供給量的限制量，但優(yōu)選使供給量的限制量不等。具體地說(shuō)，可以使步驟S13的限制量大于步驟S16的限制量。列舉一例，可以在步驟S13中，使供給流量小于步驟S16的供給流量。另一方面，步驟S13的限制量能夠設(shè)定得比第I控制例的步驟S4的限制量小。也就是說(shuō)，在基于當(dāng)前的間隙量62限制供給量的情況下，能夠使第2控制例的步驟S13的供給量大于第I控制例的步驟S4的供給量。這是因?yàn)?，在?控制例中，在步驟S16中，還能夠限制供給量。根據(jù)以上說(shuō)明的本控制例，不僅起到與第I控制例同樣的作用效果，與第I控制例相比，還能夠逐漸限制供給量。由此，在大多伴隨著氫氣的消耗的車(chē)輛3加速時(shí)，能夠一定程度上確保消耗用的氫氣量。因此，駕駛車(chē)輛3中的用戶(hù)能夠減輕車(chē)輛3突然不加速的感覺(jué)。7-3.第3控制例 接著，參照?qǐng)D14 圖17，說(shuō)明第3控制例。第3控制例基于燃料電池系統(tǒng)4運(yùn)轉(zhuǎn)中算出的間隙量62改變判定所謂的氣體不足的基準(zhǔn)。圖14是表示為了實(shí)現(xiàn)本控制而控制裝置46所具有的功能塊的框圖。控制裝置46具有上述的存儲(chǔ)部70、計(jì)算部71、決定部72及運(yùn)轉(zhuǎn)控制部73，還具有進(jìn)行氣體不足的判定的判定部75。圖15A及15B分別示出了比較例及本控制例的氣體不足判定的方法。兩種方法都通過(guò)將罐壓力和基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行氣體不足判定。在此，作為氣體不足判定中的基準(zhǔn)值使用表示罐30內(nèi)的燃料氣體不足和罐30內(nèi)的燃料氣體可能不足的界限的兩條氣體不足線(xiàn)L1及L2。具體地說(shuō)，氣體不足線(xiàn)L1是表示罐30內(nèi)的氫氣的剩余量是否完全沒(méi)有的界限的罐壓力線(xiàn)。當(dāng)罐壓力處于氣體不足線(xiàn)L1的低壓側(cè)時(shí)，罐30內(nèi)的氫氣的剩余量完全沒(méi)有，使車(chē)輛3停止。另一方面，氣體不足線(xiàn)L2是表示如下界限的罐壓力線(xiàn)是否表示車(chē)輛3的可續(xù)航距離為0km。在罐壓力處于氣體不足線(xiàn)L2的低壓側(cè)時(shí)，表示可續(xù)航距離為0km，催促駕駛員等用戶(hù)填充氫氣。這樣的顯示例如通過(guò)以氣體不足燈等為代表的顯示裝置42顯示。此外，在罐壓力處于氣體不足線(xiàn)L1與氣體不足線(xiàn)L2之間的情況下，罐30內(nèi)殘留有少量的氫氣，車(chē)輛3能夠續(xù)航。在圖15A所示的比較例中，氣體不足線(xiàn)LpL2分別為通過(guò)罐壓力x、y的鉛垂直線(xiàn)。即，無(wú)論罐溫度的大小如何，氣體不足線(xiàn)U、L2恒定。相對(duì)于此，在圖15B所示的本控制例中，氣體不足線(xiàn)LpL2在罐溫度Tb以上分別與圖15A所示的比較例相同。但是，在罐溫度Tb以下，圖15B所示的本控制例的氣體不足線(xiàn)U、L2以罐溫度越低壓力越高的方式傾斜。即，在罐溫度Tb以下的條件下，與罐溫度Tb以上的條件下相比，氣體不足線(xiàn)LpL2向高壓側(cè)變更。此外，罐溫度Tb至少小于0°C，若列舉一例則為-30°C。圖16A及16B是表示氣體不足判定的另外的方法的圖，分別是比較例及本控制例的圖。在該方法中，通過(guò)將罐30內(nèi)的氫氣量與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行氣體不足判定。在此，罐30內(nèi)的氫氣量η能夠通過(guò)氣體的狀態(tài)方程式算出，可用下面的式(3)來(lái)表不。n = PV / zRT…(3)各參數(shù)的意思如下。P :罐壓力V:罐30的體積
z :壓縮系數(shù)R :氣體常數(shù)T :罐溫度因而，氫氣量η能夠根據(jù)罐壓力及罐溫度等算出。圖16Α及16Β所示的兩條氣體不足線(xiàn)U、L2是氫氣量η的線(xiàn)，與上述同樣，分別表示罐30內(nèi)的氫氣的剩余量是否完全沒(méi)有的界限和是否表示車(chē)輛3的可續(xù)航距離為Okm的界限。在圖16Α所示的比較例中，氣體不足線(xiàn)LpL2分別為通過(guò)罐壓力x、y的傾斜直線(xiàn)。相對(duì)于此，在圖16B所示的本控制例中，就氣體不足線(xiàn)LpL2而言，在罐溫度Tb以上，與圖16A所示的比較例相同，但在罐溫度Tb以下，以罐溫度越低壓力越高的方式傾斜。即，在罐溫度Tb以下的條件下，與罐溫度Tb以上的條件下相比，氣體不足線(xiàn)U、L2向氫氣量的量多側(cè)變更。
外的狀態(tài)量為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行氣體不足的判定。另外，氣體不足線(xiàn)L2可以表示如下界限是否表示車(chē)輛3的可續(xù)航距離為Okm以外的規(guī)定距離(例如IOkm等)。圖17是表示第3控制例的流程圖。首先，作為燃料電池系統(tǒng)4的運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始的觸發(fā)，車(chē)輛3點(diǎn)火(步驟S21)。于是，在判斷是否在顯示裝置42顯示可續(xù)航距離為Okm之后(步驟S22)，根據(jù)罐壓力及罐溫度算出當(dāng)前的間隙量62 (步驟S23、S24)。在未顯示可續(xù)航距離為Okm的情況下(步驟S22 :否)，算出當(dāng)前的間隙量62后(步驟S24)，進(jìn)入氣體不足線(xiàn)決定的處理(步驟S27)。在顯示可續(xù)航距離為Okm的情況下(步驟S22 :是)，在算出的當(dāng)前的間隙量62大于零時(shí)(步驟S25 :是)，進(jìn)入氣體不足線(xiàn)決定的處理(步驟S27)，另一方面，在算出的當(dāng)前的間隙量62為零時(shí)(步驟S25 :否)，判斷為通過(guò)填埋間隙60而將氫氣填充在罐30，解除了上述顯示之后(步驟S26 )，進(jìn)入氣體不足線(xiàn)決定的處理(步驟S27 )。在氣體不足線(xiàn)決定的處理(步驟S27)中，判定部75基于算出的間隙量62決定在氣體不足的判定時(shí)使用的氣體不足線(xiàn)。具體地說(shuō)，根據(jù)算出的間隙量62算出上述的需要的伸展量ε，若算出的需要的伸展量ε在間隙規(guī)定值內(nèi)，則決定使用圖15Α或圖16Α所示的氣體不足線(xiàn)U、L2。另一方面，若不是如此(不在間隙規(guī)定值內(nèi))，則決定使用圖15B或圖16B所示的氣體不足線(xiàn)U、L2。然后，隨時(shí)監(jiān)視在燃料電池系統(tǒng)4運(yùn)轉(zhuǎn)中隨時(shí)檢測(cè)出的罐壓力或隨時(shí)算出的罐30內(nèi)的氫氣量η是否在決定的氣體不足線(xiàn)L2以上(步驟S28)。在小于決定的氣體不足線(xiàn)L2時(shí)(步驟S28 :否)，顯示裝置42顯示可續(xù)航距離為Okm (步驟S29)。此外，在已經(jīng)進(jìn)行了該顯示的情況下，省略步驟S29。然后，同樣隨時(shí)監(jiān)視隨時(shí)取得的罐壓力或氫氣量η是否在決定的氣體不足線(xiàn)L1以上(步驟S30)。在小于決定的氣體不足線(xiàn)L1時(shí)(步驟S30 :否)，車(chē)輛3停止(步驟S31)。另一方面，在決定的氣體不足線(xiàn)L1以上時(shí)(步驟S30 :是)，返回上述步驟S22進(jìn)行與上述同樣的處理直到車(chē)輛3熄火(步驟S32 :是)。說(shuō)明以上說(shuō)明的本控制例的作用效果。在燃料電池系統(tǒng)4運(yùn)轉(zhuǎn)中，在根據(jù)當(dāng)前的間隙量62算出的需要的伸展量ε不在間隙規(guī)定值內(nèi)的情況下，使用圖15Β或圖16Β所示的線(xiàn)作為判定氣體不足的基準(zhǔn)(氣體不足線(xiàn)1^山)。由此，在處于冰點(diǎn)下的罐溫度Tb以下，與需要的伸展量ε在間隙規(guī)定值內(nèi)的情況(圖15A或圖16A所示的氣體不足線(xiàn)Lp L2)相比,在罐壓力高時(shí)也判定氣體不足。即，氣體不足判定的基準(zhǔn)值變更的結(jié)果是，在罐溫度Tb以下的條件下不在間隙規(guī)定值內(nèi)時(shí)，較早判定氣體不足。接受該判定來(lái)顯示氣體不足，因而能夠使駕駛員等用戶(hù)注意有意識(shí)地進(jìn)行氫消耗量少的駕駛。結(jié)果，如果減小燃料電池28的氫消耗量，則減少了從罐30向燃料電池28的氫氣的供給量，因而抑制了間隙量62擴(kuò)大。由此，能夠在燃料電池系統(tǒng)4的停止后的填充中減小對(duì)內(nèi)襯53的負(fù)荷。此外，也能夠省略氣體不足線(xiàn)U、L2中的一方。另外，可以使第3控制例與上述的第I控制例或第2控制例進(jìn)行組合。這種情況下，例如在決定氣體不足線(xiàn)時(shí)(步驟S27)，若通過(guò)決定部72決定對(duì)供給量進(jìn)行限制，則通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)控制部73限制供給量。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)及其燃料氣體供給方法以及車(chē)輛不僅能夠應(yīng)用于氫氣，還能夠應(yīng)用于天然氣等其他的燃料氣體。另外，不限于車(chē)輛，還能夠應(yīng)用于搭載有罐來(lái)作為來(lái) 自外部的燃料氣體的填充目標(biāo)的移動(dòng)體，例如航空器、船舶、機(jī)器人等。在上述的實(shí)施方式中，在燃料電池系統(tǒng)4運(yùn)轉(zhuǎn)中將間隙量62作為映射M讀取來(lái)進(jìn)行控制，但還能夠設(shè)計(jì)為僅通過(guò)取得與罐壓力及罐溫度有關(guān)的信息而進(jìn)行上述的控制標(biāo)號(hào)說(shuō)明2 :氣站，3 :車(chē)輛，28 :燃料電池，30 :罐，36 :壓力傳感器，38 :溫度傳感器，53 :內(nèi)襯，55 :加強(qiáng)層，71 :計(jì)算部，72 :決定部，73 :運(yùn)轉(zhuǎn)控制部，75 :判定部。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，具備 燃料電池； 罐，具有內(nèi)襯及形成于該內(nèi)襯的外周面的加強(qiáng)層，該罐用于貯存燃料氣體；和 調(diào)整裝置，調(diào)整從所述罐向所述燃料電池供給的燃料氣體的供給量， 所述燃料電池系統(tǒng)具備 信息取得部，取得與所述罐內(nèi)的壓力及溫度相關(guān)的信息； 計(jì)算部，基于所述信息取得部在該燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中取得的信息，算出所述內(nèi)襯和所述加強(qiáng)層之間的間隙量；和 決定部，基于算出的所述間隙量，決定是否限制所述供給量。
2.如權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述計(jì)算部基于該燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的罐內(nèi)的溫度變化量及壓力變化量，還算出所述間隙量在規(guī)定時(shí)間后的預(yù)測(cè)值， 所述決定部還基于所述預(yù)測(cè)值決定是否限制所述供給量。
3.如權(quán)利要求I或2所述的燃料電池系統(tǒng)，具備 判定部，通過(guò)將與所述罐內(nèi)的燃料氣體相關(guān)的狀態(tài)量和規(guī)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，判定該罐內(nèi)的燃料氣體不足和/或該罐內(nèi)的燃料氣體可能不足；和 顯示部，在所述判定部判定為燃料氣體不足和/或燃料氣體可能不足時(shí)，顯示該判定結(jié)果， 所述判定部基于算出的所述間隙量來(lái)變更所述規(guī)定的基準(zhǔn)值。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述狀態(tài)量是所述罐內(nèi)的壓力， 所述規(guī)定的基準(zhǔn)值是與壓力相關(guān)的值。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 在為了使算出的所述間隙量為零所需要的內(nèi)襯的伸展量大于規(guī)定的閾值的情況下，與該伸展量為規(guī)定的閾值以下的情況相比，所述判定部在所述罐內(nèi)至少低于0°C的溫度條件下將所述規(guī)定的基準(zhǔn)值向高壓側(cè)變更。
6.如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述狀態(tài)量是所述罐內(nèi)的燃料氣體量， 所述規(guī)定的基準(zhǔn)值是與燃料氣體量相關(guān)的值。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 在為了使算出的所述間隙量為零所需要的內(nèi)襯的伸展量大于規(guī)定的閾值的情況下，與該伸展量為規(guī)定的閾值以下的情況相比，所述判定部在所述罐內(nèi)至少低于0°C的溫度條件下將所述規(guī)定的基準(zhǔn)值向量多側(cè)變更。
8.如權(quán)利要求6或7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述判定部基于所述信息取得部在該燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中取得的與罐內(nèi)的壓力及溫度相關(guān)的信息，算出與所述規(guī)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的所述燃料氣體量。
9.如權(quán)利要求廣8中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述決定部算出為了使算出的所述間隙量為零所需要的內(nèi)襯的伸展量，并且在算出的該伸展量大于規(guī)定的閾值的情況下，與算出的該伸展量為規(guī)定的閾值以下的情況相比，決定限制所述供給量。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述規(guī)定的閾值是所述內(nèi)襯的斷裂伸展量，且所述規(guī)定的閾值根據(jù)所述罐內(nèi)的溫度而不同。
11.如權(quán)利要求廣10中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 在所述決定部決定了限制所述供給量的情況下，所述調(diào)整裝置通過(guò)執(zhí)行使所述供給量為零、減小燃料氣體向所述燃料電池的供給流量的最大值及降低所述供給流量中的任一操作，來(lái)限制所述供給量。
12.—種移動(dòng)體，具備權(quán)利要求f 11中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述移動(dòng)體構(gòu)成為使所述罐能夠從位于該移動(dòng)體的外部的氣站填充燃料氣體。
13.一種燃料電池系統(tǒng)的燃料氣體供給方法，該燃料電池系統(tǒng)具有罐，具有內(nèi)襯及形成在該內(nèi)襯的外周面的加強(qiáng)層；和作為來(lái)自該罐的燃料氣體的供給對(duì)象的燃料電池， 所述燃料電池系統(tǒng)的燃料氣體供給方法包括如下步驟 基于在所述燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中取得的與罐內(nèi)的壓力及溫度相關(guān)的信息，算出所述內(nèi)襯和所述加強(qiáng)層之間的間隙量； 判定為了使算出的所述間隙量為零所需要的內(nèi)襯的伸展量是否超過(guò)規(guī)定的閾值； 在判定為超過(guò)所述規(guī)定的閾值的情況下，與判定為在所述規(guī)定的閾值以下的情況相t匕，限制從所述罐向所述燃料電池供給的燃料氣體的供給量。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供能夠抑制填充對(duì)內(nèi)襯的負(fù)荷的燃料電池系統(tǒng)及其燃料氣體供給方法以及移動(dòng)體。該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池；具有內(nèi)襯及形成在其外周面的加強(qiáng)層且用于貯存燃料氣體的罐；對(duì)從罐向燃料電池供給的燃料氣體的供給量進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整裝置；取得與罐內(nèi)的壓力及溫度有關(guān)的信息的信息取得部；基于信息取得部在燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中取得的信息算出內(nèi)襯與加強(qiáng)層之間的間隙量的計(jì)算部；基于算出的間隙量決定是否限制供給量的決定部。
文檔編號(hào)F17C5/06GK102713403SQ20108005183
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者大川內(nèi)榮治, 石戶(hù)谷盡生 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社