專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體供應(yīng)系統(tǒng)和校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及當(dāng)通過(guò)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)，車(chē)輛中燃料箱內(nèi)部氣體的壓力與壓力傳感器的輸出電壓之間的關(guān)系的校正。
背景技術(shù)：
采用氫氣作為能源的車(chē)輛設(shè)置有氫氣儲(chǔ)存箱。例如通過(guò)壓力傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)氫氣儲(chǔ)存箱中的壓力(例如，參見(jiàn)日本專(zhuān)利申請(qǐng)N0.2005-325950 (JP-A-2005-325950))。在燃料電池供電的車(chē)輛中，氫氣儲(chǔ)存箱以等于或高于約70MPa的極高壓將氫氣儲(chǔ)存其中。因此，在一些情況下，采用壓力傳感器，壓力傳感器例如被設(shè)計(jì)為使用張力傳感器來(lái)檢測(cè)施加到隔層(隔膜)上的壓力，作為隔層的變形程度，并生成與應(yīng)變量相對(duì)應(yīng)的輸出電壓。在這種壓力傳感器中，氫氣可能溶解到壓力傳感器的隔膜中，導(dǎo)致隔膜膨脹。在這種情況下，可能難以基于壓力傳感器的輸出電壓正確地確定氫氣儲(chǔ)存箱的壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明使得可以校正燃料箱(氫氣儲(chǔ)存箱，氣缸)中的壓力與壓力傳感器的輸出電壓之間的關(guān)系。本發(fā)明的第一方面涉及一種氣體供應(yīng)系統(tǒng)，該氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括:燃料箱，氣體從氣站的氣箱供應(yīng)給燃料箱；氣體流量計(jì)，該氣體流量計(jì)測(cè)量從氣箱供應(yīng)給燃料箱的氣體的量；溫度傳感器，該溫度傳感器測(cè)量燃料箱中的氣體的溫度；壓力傳感器，該壓力傳感器測(cè)量燃料箱中氣體的壓力，并根據(jù)壓力來(lái)生成輸出信號(hào)；以及控制部，該控制部校正施加給壓力傳感器的壓力與輸出信號(hào)的值之間的關(guān)系。在氣體的供應(yīng)之前，控制部獲取燃料箱中的氣體的第一溫度、燃料箱中的氣體的第一壓力以及壓力傳感器的與第一壓力相對(duì)應(yīng)的第一輸出信號(hào)值，控制部使用燃料箱的容積、第一溫度和第一壓力來(lái)獲取燃料箱中的第一氣體量，通過(guò)在氣體的供應(yīng)期間由氣體流量計(jì)獲得的測(cè)量值的積分，控制部獲取在氣體的供應(yīng)之后燃料箱中的第二氣體量，在氣體的供應(yīng)之后，控制部獲取燃料箱中氣體的第二溫度、燃料箱中氣體的第二壓力以及與壓力傳感器的第二壓力相對(duì)應(yīng)的第二輸出信號(hào)值，控制部使用燃料箱的容積、第二氣體量以及第二溫度來(lái)計(jì)算燃料箱中的氣體的第三壓力，以及控制部使用第一壓力、第一輸出信號(hào)值、第三壓力以及第二輸出信號(hào)值來(lái)校正壓力傳感器的輸出信號(hào)與燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。在根據(jù)上述方面的氣體供應(yīng)系統(tǒng)中，控制部可以通過(guò)將與第二輸出信號(hào)值相對(duì)應(yīng)的壓力從第二壓力改變?yōu)榈谌龎毫?lái)校正壓力傳感器的輸出信號(hào)與燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。因此，在這個(gè)方面中，通過(guò)將與第二輸出信號(hào)值相對(duì)應(yīng)的壓力從第二壓力改變?yōu)榈谌龎毫?lái)校正壓力傳感器的輸出電壓與燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。因此，可以基于輸出電壓來(lái)正確地確定壓力。在根據(jù)上述方面的氣體供應(yīng)系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)诙毫εc第三壓力的比率等于或小于預(yù)定第一比率或者等于或大于預(yù)定第二比率時(shí)，控制部可以校正壓力傳感器的輸出信號(hào)與燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。在這個(gè)方面中，當(dāng)?shù)诙毫εc第三壓力之間的差異小時(shí)，不必執(zhí)行校正。在根據(jù)上述方面的氣體供應(yīng)系統(tǒng)中，將減壓閥連接到所述燃料箱的一側(cè)，該側(cè)是相對(duì)于與所述氣站相連接的該燃料箱的另一側(cè)相反的一側(cè)，所述壓力傳感器是第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器用于測(cè)量所述燃料箱的所位于的所述減壓閥的一側(cè)上的氣體的壓力，所述氣體供應(yīng)系統(tǒng)還包括第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器用于測(cè)量與所述減壓閥的所述一側(cè)相反的所述減壓閥的另一側(cè)上的氣體的壓力，以及當(dāng)從第一壓力傳感器獲得的壓力等于或小于預(yù)定壓力并且減壓閥下游的壓力等于減壓閥上游的壓力時(shí)，控制部可以使用第一壓力傳感器的輸出信號(hào)值作為第一輸出信號(hào)值、以及從第二壓力傳感器獲得的壓力作為第一壓力來(lái)校正第一壓力傳感器的輸出信號(hào)與燃料箱中的壓力之間的關(guān)系，減壓閥下游的壓力是已經(jīng)經(jīng)過(guò)減壓閥的氣體的壓力，減壓閥上游的壓力是沒(méi)有經(jīng)過(guò)減壓閥的氣體的壓力。在這個(gè)方面中，通過(guò)改變第一壓力來(lái)校正第一壓力傳感器的輸出電壓與燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。因此，可以基于輸出電壓來(lái)正確地確定壓力。在根據(jù)上述方面的氣體供應(yīng)系統(tǒng)中，控制部可以使用燃料箱的容積、第一溫度和第一壓力來(lái)計(jì)算第一氣體量，可以使用燃料箱的容積、第二溫度和第二壓力來(lái)計(jì)算第二氣體量，并且當(dāng)?shù)诙毫εc第三壓力的比率等于或小于預(yù)定第三比率或者等于或大于預(yù)定第四比率時(shí)，可以校正由氣體流量計(jì)獲得的測(cè)量值。在這種方面中，當(dāng)?shù)诙毫εc第三壓力之間的存在差異時(shí)，校正由流量計(jì)獲得的測(cè)量值。本發(fā)明的第二方面涉及一種用于校正施加給連接到燃料箱的壓力傳感器的壓力與壓力傳感器的輸出信號(hào)之間的關(guān)系的校正方法。該校正方法包括:在氣體的供應(yīng)之前，獲取燃料箱中的氣體的第一溫度、燃料箱中的氣體的第一壓力以及與第一壓力相對(duì)應(yīng)的壓力傳感器的第一輸出信號(hào)值；使用燃料箱的容積、第一溫度和第一壓力來(lái)獲取燃料箱中的第一氣體量；通過(guò)在氣體的供應(yīng)期間由氣體流量計(jì)獲得的測(cè)量值的積分，獲取在氣體的供應(yīng)之后燃料箱中的第二氣體量；在氣體的供應(yīng)之后，獲取燃料箱中的氣體的第二溫度、燃料箱中氣體的第二壓力以及與第二壓力相對(duì)應(yīng)的壓力傳感器的第二輸出信號(hào)值；使用燃料箱的容積、第二氣體量以及第二溫度來(lái)計(jì)算燃料箱中的氣體的第三壓力；以及使用第一壓力、第一輸出信號(hào)值、第三壓力以及第二輸出信號(hào)值來(lái)校正壓力傳感器的輸出信號(hào)與燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。本發(fā)明可以在各種方面中實(shí)現(xiàn)。例如，本發(fā)明可以被實(shí)現(xiàn)為氣體供應(yīng)裝置、氣體供應(yīng)方法以及在氣體的供應(yīng)期間校正箱中壓力的檢測(cè)值的方法。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和產(chǎn)業(yè)重要性，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且在附圖中:圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氣體供應(yīng)系統(tǒng)的配置的說(shuō)明性視圖；圖2是示出壓力傳感器的配置的說(shuō)明性視圖；圖3是示出氣缸中的壓力為高的狀態(tài)的說(shuō)明性視圖；圖4是示出氣缸中的氣體的量與氣體的壓力之間的關(guān)系的說(shuō)明性視圖；圖5是示出壓力與傳感器輸出電壓之間的關(guān)系的說(shuō)明性視圖6是示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的操作的流程圖；圖7是示出本發(fā)明的第二實(shí)施例中的配置的說(shuō)明性視圖；圖8是示出本發(fā)明的第二實(shí)施例中壓力與壓力傳感器的輸出電壓之間的關(guān)系的說(shuō)明性視圖；圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施例中的操作的流程圖；以及圖10是本發(fā)明的第三實(shí)施例中的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氣體供應(yīng)系統(tǒng)的配置的說(shuō)明性視圖。氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括供應(yīng)氣體的氣站10和被供應(yīng)氣體的車(chē)輛20。氣站10包括氣箱100、閥門(mén)110、噴嘴120、氣體管道130、控制裝置140、通信裝置150和流量計(jì)160。車(chē)輛20包括燃料箱(雖然在本發(fā)明的此實(shí)施例中也稱(chēng)為“氣缸”，但是本發(fā)明的燃料箱不限于“氣缸”)200、減壓閥210、容器220、氣體管道230、用于供應(yīng)和通信的E⑶240、通信裝置250、溫度傳感器260、壓力傳感器270和燃料電池300。在氣站10中，氣箱100與噴嘴120通過(guò)氣體管道130彼此相連接，并且氣體管道130設(shè)置有閥門(mén)110。氣站10的噴嘴120連接到車(chē)輛20的容器220，并且容器220經(jīng)由氣體管道230連接到氣缸200。氣缸200經(jīng)由減壓閥210連接到燃料電池300。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，氣箱100中的氣體經(jīng)由閥門(mén)110、氣體管道130、噴嘴120、容器220和氣體管道230供應(yīng)給氣缸200。氣站10的流量計(jì)160連接到氣體管道130，以測(cè)量每單位時(shí)間流過(guò)氣體管道130的氣體的流動(dòng)速度。車(chē)輛20的溫度傳感器260測(cè)量氣缸200中氣體的溫度。壓力傳感器270測(cè)量氣缸200中的氣體的壓力。屬于車(chē)輛20的用于供應(yīng)和通信的E⑶240從溫度傳感器260獲取氣缸200中的氣體的溫度，并且從壓力傳感器270獲取氣缸200中的氣體的壓力。在這種情況下，用于供應(yīng)和通信的ECU240獲取溫度傳感器260和壓力傳感器270的輸出電壓，并根據(jù)這些輸出電壓來(lái)計(jì)算溫度和壓力。用于供應(yīng)和通信的ECU240經(jīng)由通信裝置250以及氣站10的通信裝置150將氣缸200中的氣體的溫度和壓力以及氣缸200的容積發(fā)送給氣站10的控制裝置140。通信裝置150包括設(shè)置在噴嘴120附近的紅外線(xiàn)發(fā)射部和紅外線(xiàn)接收部，并且通信裝置250包括設(shè)置在容器220附近的紅外線(xiàn)發(fā)射部和紅外線(xiàn)接收部。當(dāng)噴嘴120與容器220相互耦接時(shí)，通信裝置150和通信裝置250可通過(guò)紅外通信相互通信。氣站10的控制裝置140基于氣缸200中的氣體的溫度和壓力來(lái)控制閥門(mén)110的開(kāi)/關(guān)，從而控制氣體從氣箱100到氣缸200的供應(yīng)。此外，控制裝置140從流量計(jì)160獲取氣體的流動(dòng)速度，并將獲取的流動(dòng)速度積分，從而計(jì)算從氣箱100供應(yīng)給氣缸200的氣體量。圖2是示出壓力傳感器270的配置的說(shuō)明性視圖。壓力傳感器270包括支撐部271、玻璃層274和傳感器芯片276。通常，支撐部271是圓柱形金屬構(gòu)件，并且在其頂部配備有隔膜(薄膜部)272。玻璃層274被布置為與隔膜272接觸，并且傳感器芯片276被布置為與玻璃層274接觸。可采用單晶壓電晶體管作為傳感器芯片276。當(dāng)壓力傳感器270內(nèi)部的壓力變高時(shí)，隔膜272向外膨脹，經(jīng)由玻璃層274使傳感器芯片276變形。傳感器芯片276根據(jù)其變形量產(chǎn)生電壓。用于供應(yīng)和通信的ECU240基于該電壓值來(lái)確定壓力。
圖3是示出氣缸200內(nèi)部的壓力為高的狀態(tài)的說(shuō)明性視圖。在氣缸200的壓力為高的情況下，氣缸200中的氫氣的局部壓力為高。在這種情況下，一部分氫氣溶解在隔膜272中。結(jié)果，隔膜272膨脹，并且由 于隔膜272的膨脹所致的應(yīng)力以及壓力施加到傳感器芯片276。因此，當(dāng)基于該傳感器芯片的輸出電壓值來(lái)確定氣缸200中的氣體的壓力時(shí)，考慮到由于隔膜272的膨脹所致的應(yīng)力，需要用于供應(yīng)和通信的E⑶240來(lái)校正壓力。圖4是示出氣缸中的氣體的量與氣體的壓力之間的關(guān)系的說(shuō)明性視圖。通常，當(dāng)氣缸中的氣體的量增加時(shí)壓力增加，并且當(dāng)氣體的溫度上升時(shí)壓力增加。假設(shè)V (m3)、P(Pa)、T (K)和n (mol)分別表示氣缸的容積、氣體的壓力、溫度和量，則以下關(guān)系成立:PV = nRT...(I)該方程式(I)稱(chēng)為理想氣體狀態(tài)方程。常數(shù)R稱(chēng)為氣體常數(shù)，并且R =S^ljr1mOr1U分子間力施加在氣體分子之間，并且分子的大小不能忽略。因此，通常使用實(shí)際氣體狀態(tài)方程。方程式(2)表示實(shí)際氣體狀態(tài)方程的示例(范德瓦斯?fàn)顟B(tài)方程)。
權(quán)利要求
1.一種氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其包括: 燃料箱，氣體從氣站的氣箱被供應(yīng)至所述燃料箱； 氣體流量計(jì)，所述氣體流量計(jì)用于測(cè)量從所述氣箱供應(yīng)至所述燃料箱的氣體的量； 溫度傳感器，所述溫度傳感器用于測(cè)量所述燃料箱中的氣體的溫度； 壓力傳感器，所述壓力傳感器用于測(cè)量所述燃料箱中的氣體的壓力，并且根據(jù)所述壓力來(lái)生成輸出信號(hào)；以及 控制部，所述控制部用于校正在施加給所述壓力傳感器的壓力與所述輸出信號(hào)的值之間的關(guān)系，其中， 所述控制部獲取在所述氣體的供應(yīng)之前的所述燃料箱中的氣體的第一溫度、所述燃料箱中的氣體的第一壓力、以及與所述第一壓力相對(duì)應(yīng)的所述壓力傳感器的第一輸出信號(hào)值， 所述控制部使用所述燃料箱的容積、所述第一溫度和所述第一壓力來(lái)獲取所述燃料箱中的第一氣體量， 通過(guò)所述氣體流量計(jì)在所述氣體的供應(yīng)期間所獲得的測(cè)量值的積分，所述控制部獲取在所述氣體的供應(yīng)之后所述燃料箱中的第二氣體量， 所述控制部獲取在所述氣體的供應(yīng)之后的所述燃料箱中的氣體的第二溫度、所述燃料箱中的氣體的第二壓力、以及與所述第二壓力相對(duì)應(yīng)的所述壓力傳感器的第二輸出信號(hào)值， 所述控制部使用所述燃料箱的容積、所述第二氣體量以及所述第二溫度，來(lái)計(jì)算所述燃料箱中的氣體的第三壓力，并且， 所述控制部使用所述第一壓力、所述第一輸出信號(hào)值、所述第三壓力以及所述第二輸出信號(hào)值，來(lái)校正在所述壓力傳感器的輸出信號(hào)與所述燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 所述控制部通過(guò)將與所述第二輸出信號(hào)值相對(duì)應(yīng)的壓力從所述第二壓力改變?yōu)樗龅谌龎毫?，?lái)校正在所述壓力傳感器的輸出信號(hào)與所述燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 當(dāng)所述第二壓力與所述第三壓力的比率等于或小于預(yù)定第一比率、或者等于或大于預(yù)定第二比率時(shí)，所述控制部校正在所述壓力傳感器的輸出信號(hào)與所述燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 將減壓閥連接到所述燃料箱的一側(cè)，該側(cè)是相對(duì)于與所述氣站相連接的該燃料箱的另一側(cè)相反的一側(cè)， 所述壓力傳感器是第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器用于測(cè)量所述燃料箱的所位于的所述減壓閥的一側(cè)上的氣體的壓力， 所述氣體供應(yīng)系統(tǒng)還包括第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器用于測(cè)量與所述減壓閥的所述一側(cè)相反的所述減壓閥的另一側(cè)上的氣體的壓力，以及 當(dāng)從所述第一壓力傳感器獲得的壓力等于或小于預(yù)定壓力并且所述減壓閥的下游的壓力等于所述減壓閥的上游的壓力時(shí)，所述控制部通過(guò)將所述第一壓力傳感器的輸出信號(hào)值用作所述第一輸出信號(hào)值以及將從所述第二壓力傳感器獲得的壓力用作所述第一壓力來(lái)校正在所述第一壓力傳感器的輸出信號(hào)與所述燃料箱中的壓力之間的關(guān)系，所述減壓閥的下游的壓力是已經(jīng)經(jīng)過(guò)所述減壓閥的氣體的壓力，并且所述減壓閥的上游的壓力是尚未經(jīng)過(guò)所述減壓閥的氣體的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 所述控制部使用所述燃料箱的所述容積、所述第一溫度和所述第一壓力來(lái)計(jì)算所述第一氣體量，使用所述燃料箱的所述容積、所述第二溫度和所述第二壓力來(lái)計(jì)算所述第二氣體量，并且當(dāng)所述第二壓力與所述第三壓力的比率等于或小于預(yù)定第三比率、或者等于或大于預(yù)定第四比率時(shí)，所述控制部校正由所述氣體流量計(jì)獲得的測(cè)量值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 所述控制部使用所述燃料箱的所述容積、所述第一溫度和所述第一壓力來(lái)計(jì)算所述第一氣體量，使用所述燃料箱的所述容積、所述第二溫度和所述第二壓力來(lái)計(jì)算所述第二氣體量，并且當(dāng)所述第二壓力與所述第三壓力的比率等于或小于預(yù)定第三比率、或者等于或大于預(yù)定第四比率時(shí)，所述控制部校正由所述氣體流量計(jì)獲得的測(cè)量值， 所述第三比率小于所述第一比率，以及 所述第四比率大于所述第二比率 。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其中， 所述控制部通過(guò)使用所述第一氣體量和所述第二氣體量計(jì)算作為被供應(yīng)至所述燃料箱的氣體的量的氣體供應(yīng)量、并且將該氣體供應(yīng)量與由所述氣體流量計(jì)獲得的測(cè)量值的積分值進(jìn)行比較，來(lái)校正由所述氣體流量計(jì)獲得的測(cè)量值。
8.一種校正方法，其用于對(duì)在被施加給與燃料箱相連接的壓力傳感器的壓力與所述壓力傳感器的輸出信號(hào)之間的關(guān)系進(jìn)行校正，所述校正方法包括: 獲取在所述氣體的供應(yīng)之前的所述燃料箱中的氣體的第一溫度、所述燃料箱中的氣體的第一壓力、以及與所述第一壓力相對(duì)應(yīng)的所述壓力傳感器的第一輸出信號(hào)值； 使用所述燃料箱的容積、所述第一溫度和所述第一壓力，來(lái)獲取所述燃料箱中的第一氣體量； 通過(guò)由所述氣體流量計(jì)在所述氣體的供應(yīng)期間獲得的測(cè)量值的積分，來(lái)獲取在所述氣體的供應(yīng)之后所述燃料箱中的第二氣體量； 獲取在所述氣體的供應(yīng)之后的所述燃料箱中的氣體的第二溫度、所述燃料箱中的氣體的第二壓力、以及與所述第二壓力相對(duì)應(yīng)的所述壓力傳感器的第二輸出信號(hào)值； 使用所述燃料箱的所述容積、所述第二氣體量以及所述第二溫度，來(lái)計(jì)算所述燃料箱中的氣體的第三壓力；以及 使用所述第一壓力、所述第一輸出信號(hào)值、所述第三壓力以及所述第二輸出信號(hào)值，來(lái)校正在所述壓力傳感器的輸出信號(hào)與所述燃料箱中的壓力之間的關(guān)系。
全文摘要
在氣體供應(yīng)系統(tǒng)中，在氣體供應(yīng)之前，控制部獲取燃料箱(200)中的氣體的第一溫度和第一壓力，以及與第一壓力相對(duì)應(yīng)的壓力傳感器(270；270a)的第一輸出信號(hào)值，使用燃料箱的容積、第一溫度和第一壓力來(lái)獲取燃料箱(200)中的第一氣體量，通過(guò)氣體供應(yīng)期間由氣體流量計(jì)(160)獲得的測(cè)量值的積分來(lái)獲取在氣體供應(yīng)之后的第二量，在氣體供應(yīng)之后，獲取第二溫度、第二壓力以及與第二壓力相對(duì)應(yīng)的第二輸出信號(hào)值，使用燃料箱容積、第二量以及第二溫度來(lái)計(jì)算第三壓力，以及使用第一壓力、第一輸出信號(hào)值、第三壓力以及第二輸出信號(hào)值來(lái)校正輸出信號(hào)與壓力之間的關(guān)系。
文檔編號(hào)F17C5/00GK103097798SQ201180039934
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者矢橋洋樹(shù), 石戶(hù)谷盡生 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社