(57)【要約】【課題】停止後のディスチャージに係る処理と通信充填に係る処理とを並行して適切な態様で行うこと。【解決手段】通信充填において、燃料電池車両は、所定の充填開始要求が生じたことに応じて、外部のステーションに充填流量を決定させるため、その時の検出タンク温度及び圧力に基づいて生成した初期タンクデータ信号をステーションへ送信し（Ｓ１３〜Ｓ１５）、決定した充填流量でステーションから水素をタンクに充填させる。車両は、システム停止処理を行っている間に通信充填を開始した場合には、最初に決定された充填流量を変更させるため、所定の時期に補正タンク温度及び補正タンク圧力を算出し（Ｓ２５）、これら補正タンク温度及び圧力に基づいて初期タンクデータ信号を生成し（Ｓ２６）、再び送信し（Ｓ１５）、通信充填を再開する。車両は、通信充填の再開前より再開後の方が充填流量が小さくなるように、補正タンク温度及び圧力を算出する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器と、
前記貯蔵容器と前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられた開閉弁と、
前記貯蔵容器の状態を検出する容器状態センサと、
前記容器状態センサの出力に基づいて生成されたデータ信号を外部の燃料充填装置へ送信する送信器と、を備えた燃料電池車両の制御方法であって、
前記燃料充填装置は、前記送信器から送信された前記貯蔵容器の初期状態に関するデータ信号に基づいて充填態様を決定し、当該決定した充填態様で燃料ガスを前記貯蔵容器へ供給し、
前記制御方法は、
前記燃料電池車両への停止指令後に、前記開閉弁を開き、前記燃料電池へ燃料ガスを供給し、前記燃料電池による発電及びディスチャージを継続する停止処理工程と、
所定の充填開始要求が生じたことに応じて、前記燃料充填装置に充填態様を決定させるため、その時の前記容器状態センサの出力に基づいて生成した前記貯蔵容器の初期状態に関するデータ信号を前記燃料充填装置へ送信する通信充填準備工程と、
前記通信充填準備工程で決定した充填態様で前記燃料充填装置から燃料ガスを前記貯蔵容器に充填させる通信充填工程と、
前記停止処理工程を行っている間に前記通信充填準備工程及び前記通信充填工程を開始した場合には、前記通信充填準備工程で決定された充填態様を変更させるため、前記通信充填工程中の所定の時期に、前記容器状態センサの出力を補正し、当該補正された出力に基づいて生成した前記貯蔵容器の初期状態に関するデータ信号を前記燃料充填装置へ再び送信する充填態様変更工程と、を備え、
前記充填態様変更工程では、前記充填態様の変更前より変更後の方が燃料ガスの充填流量が小さくなるように前記容器状態センサの出力を補正することを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
【請求項２】
前記充填態様変更工程では、前記停止処理工程を構成する一工程が終了するごとに、当該工程で前記貯蔵容器から前記燃料ガス供給路を介して前記燃料電池へ流出した燃料ガスの量を算出し、当該燃料ガスの流出量に基づいて前記容器状態センサの出力に対する補正値を決定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の制御方法。
【請求項３】
前記容器状態センサは、前記貯蔵容器内の温度を検出する温度センサを含み、
前記燃料充填装置は、前記貯蔵容器の温度が高くなるほど充填流量が小さくなるように充填態様を決定し、
前記充填態様変更工程では、前記温度センサの出力値を増加側に補正することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両の制御方法。
【請求項４】
前記容器状態センサは、前記貯蔵容器内の圧力を検出する圧力センサを含み、
前記燃料充填装置は、前記貯蔵容器の圧力が低くなるほど充填流量が小さくなるように充填態様を決定し、
前記充填態様変更工程では、前記圧力センサの出力値を減少側に補正することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両の制御方法。
【請求項５】
前記制御方法は、前記通信充填工程を行っている間に前記停止処理工程が終了した場合には、前記燃料充填装置の充填態様を、前記通信充填準備工程又は前記充填態様変更工程において決定された態様から、前記燃料充填装置において予め定められた態様に変更させて充填を継続する通信充填終了工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の燃料電池車両の制御方法。
【請求項６】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器と、
前記貯蔵容器と前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられた開閉弁と、
前記貯蔵容器の状態を検出する容器状態センサと、
前記容器状態センサの出力に基づいて生成されたデータ信号を外部の燃料充填装置へ送信する送信器と、
前記貯蔵容器から延び前記燃料充填装置が接続される充填口に至る充填流路と、
当該充填流路に設けられ前記燃料充填装置から前記貯蔵容器へ流れる燃料ガスの流量を制御する充填流量制御機構と、を備えた燃料電池車両の制御方法であって、
前記燃料充填装置は、前記送信器から送信されたデータ信号に基づいて充填態様を決定し、所定の充填終了条件が満たされるまで前記決定した充填態様で燃料ガスを前記貯蔵容器へ供給し、
前記制御方法は、
前記燃料電池車両への停止指令後に、前記開閉弁を開き、前記燃料電池へ燃料ガスを供給し、前記燃料電池による発電及びディスチャージを継続する停止処理工程と、
前記貯蔵容器への燃料ガスの充填開始要求が生じたことに応じて、前記容器状態センサの出力に基づいて生成したデータ信号を前記燃料充填装置へ送信し、当該燃料充填装置に充填態様を決定させる通信充填準備工程と、
前記通信充填準備工程で決定した充填態様で前記燃料充填装置から燃料ガスを前記貯蔵容器に充填させる通信充填工程と、を備え、
前記停止処理工程を行っている間に前記通信充填準備工程及び前記通信充填工程を開始した場合には、前記充填流量制御機構により充填流量を小さくする充填流量変更工程と、を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両の制御方法に関する。より詳しくは、燃料電池車両への停止指令後に、燃料電池による発電及びディスチャージを継続する燃料電池車両の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車両は、その電源システムとして燃料電池システムを備える。燃料電池は、燃料ガスである水素ガスと酸化剤ガスである空気とが供給されると発電する。燃料電池に水素ガスを供給するため、燃料電池のアノード流路には水素ガス供給管を介して水素タンクが接続されている。また、燃料電池に空気を供給するため、燃料電池のカソード流路には空気供給管を介してコンプレッサが接続されている。燃料電池システムは、起動されると水素ガス及び空気の供給を開始し、燃料電池による発電を開始する。
【０００３】
システムの停止中に、カソード流路内に酸素が残ったままであると、次回のシステム起動時にアノード系に水素を供給したときに燃料電池のカソード側が高電位状態になってしまい、燃料電池の固体高分子電解質膜が劣化するおそれがある。このため、燃料電池システムでは、システムの停止時にカソード流路内に残留する酸素を用いて燃料電池による発電及びディスチャージを継続し、燃料電池を不活性状態にした上でシステムを完全に停止させている（特許文献１参照）。また、このディスチャージ処理では、カソード側からアノード側への酸素透過をさらに抑制するため、カソード側では残留酸素を消費させ、アノード側には水素タンクから余分に水素ガスを供給し、アノード流路内の圧力を高くしておく方が好ましいことも知られている。
【０００４】
一方、近年では水素タンク内に水素ガスを充填するための技術についても盛んに研究が進められている。例えば特許文献２の技術では、水素ステーションの水素充填装置と燃料電池車両とを接続し、その水素タンク内に水素ガスを充填する際、車両側からはタンクの温度や圧力等に関するデータ信号をステーション側に送信する。ステーション側では、受信したデータ信号に基づいて水素タンクの初期状態を把握し、この初期状態に基づいて最適な水素ガスの充填態様を決定し、この充填態様に従って水素ガスを充填する。このように車両側とステーション側との通信に基づいて水素ガスを充填する技術を、以下では通信充填という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１５３１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−３３０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上記ディスチャージ処理のようなシステムの停止指令後に行うシステム停止処理と、通信充填とを並行して行う場合について検討する。システム停止処理では、燃料電池による発電を行うため、タンク内の水素を消費する。したがって、システム停止処理と通信充填とを並行して行うと、満充填にするためにステーション側から車両側に供給すべき水素の量は、通信充填を開始した当初の予定より、システム停止処理によって消費した分だけ増加してしまう。図１４を参照して、この必要充填量のずれが及ぼす影響について説明する。
【０００７】
図１４は、水素タンクに水素を一定の流量で供給した場合におけるタンク温度の変化を示す図である。図１４において、縦軸はタンク温度であり、横軸はステーションから水素タンクに供給した水素の量（充填量）である。なお、図１４の説明においては、理解を容易にするため、水素タンク内の水素の量はタンク内の圧力に比例するものとする。なお、通信充填開始時におけるタンク温度は３０℃であったとする。
【０００８】
上述のように、通信充填では、初めに、車両側からステーション側へ水素タンクの状態に関するデータ信号が送信される。ステーション側では、ここで送信されたデータ信号に基づいて、水素タンクの初期状態（充填開始直前のタンク温度、圧力、満充填容量等）を把握し、この初期状態に基づいて充填態様を決定する。図１４に示す例では、ステーションは、取得した初期状態から満充填にするためには、Δ６５ＭＰａ分だけステーションから車両へ水素を充填する必要があると判断する。またステーションは、できるだけ速やかにかつ充填を行っている間に充填が中断されないように、充填開始時のタンク温度とそのフェール上限値との差（図１４の例では、５５℃）及び必要充填量（図１４の例では、Δ６５ＭＰａ）等に基づいて充填流量［ＮＬ／ｍｉｎ］を決定する。図１４の例では、ステーションは、充填流量を１０［ＮＬ／ｍｉｎ］と決定する。図１４に示すように、充填流量を１０［ＮＬ／ｍｉｎ］とすることにより、充填中にタンク温度が所定のフェール上限（８５℃）を超えることなく、必要充填量の水素を充填することができる。すなわち、中断されることなく当初の必要充填量の水素を充填できる。なお、充填流量が１０［ＮＬ／ｍｉｎ］より遅ければ充填時間が長くなってしまい、充填流量が１０［ＮＬ／ｍｉｎ］を超えると充填中にタンク温度がフェール上限を超えてしまうおそれがある。図１４に示す例では、以上のようにして充填態様（図１４の例では、固定の充填流量）が決定される。
【０００９】
ここで、通信充填とシステム停止処理を並行して行う場合について説明する。例えば、上述のように、充填開始時のタンク初期状態に基づいて定めた充填態様で水素を充填している間に、システム停止処理を並行して行うことで水素タンクからΔ１０ＭＰａ分の水素が流出した場合を想定する。この場合、満充填にするためには、さらにΔ１０ＭＰａ分の水素を追加して充填しなければならない。すなわち、必要充填量は、当初のΔ６５ＭＰａからΔ７５ＭＰａに変更される。したがって、図１４に示すように、当初に決定した充填態様のまま水素を充填し続けると、変更後の必要充填量Δ７５ＭＰａの水素が充填される前に、タンク温度がフェール上限を超えてしまう。以上のように、通信充填とシステム停止処理とを並行して実行すると、実際の満充填に達する前に充填が中断されるおそれがある。
【００１０】
本発明は、システム停止指令後に燃料電池による発電及びディスチャージを継続して行う燃料電池車両の制御方法であって、停止後のディスチャージに係る処理と通信充填に係る処理と並行して適切な態様で行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両Ｖ）は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池（例えば、後述のスタック２）と、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器（例えば、後述の水素タンク３１）と、前記貯蔵容器と前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給路（例えば、後述の水素供給管３２）と、前記燃料ガス供給路に設けられた開閉弁（例えば、後述の主止弁３１２）と、前記貯蔵容器の状態を検出する容器状態センサ（例えば、後述のタンク温度センサ６２、タンク圧力センサ６４）と、前記容器状態センサの出力に基づいて生成されたデータ信号を外部の燃料充填装置（例えば、後述の水素ステーション９）へ送信する送信器（例えば、後述の赤外線送信器６６）と、を備える。前記外部の燃料充填装置は、前記送信器から送信された前記貯蔵容器の初期状態に関するデータ信号（例えば、後述の初期タンクデータ信号）に基づいて充填態様（例えば、後述の固定充填流量、及び充填プロトコル等）を決定し、当該決定した充填態様で燃料ガスを前記貯蔵容器へ供給する。本発明の燃料電池車両の制御方法は、前記燃料電池車両への停止指令後に、前記開閉弁を開き、前記燃料電池へ燃料ガスを供給し、前記燃料電池による発電及びディスチャージを継続する停止処理工程（例えば、後述のシステム停止処理の停止時充電処理及びＥＧＲ停止処理）と、所定の充填開始要求が生じたことに応じて、前記燃料充填装置に充填態様を決定させるため、その時の前記容器状態センサの出力（例えば、後述の検出タンク温度、及び検出タンク圧力）に基づいて生成した前記貯蔵容器の初期状態に関するデータ信号（例えば、後述の初期タンクデータ信号）を前記燃料充填装置へ送信する通信充填準備工程（例えば、後述の図８のＳ１３〜Ｓ１５）と、前記通信充填準備工程で決定した充填態様で前記燃料充填装置から燃料ガスを前記貯蔵容器に充填させる通信充填工程（例えば、後述の図８のＳ１５以降）と、前記停止処理工程を行っている間に前記通信充填準備工程及び前記通信充填工程を開始した場合には、前記通信充填準備工程で決定された充填態様を変更させるため、前記通信充填工程中の所定の時期に、前記容器状態センサの出力を補正し、当該補正された出力（例えば、後述の補正タンク温度、及び補正タンク圧力）に基づいて生成した前記貯蔵容器の初期状態に関するデータ信号（例えば、後述の図８のＳ２６で生成した初期タンクデータ信号）を前記燃料充填装置へ再び送信する充填態様変更工程（例えば、後述の図８のＳ２４〜Ｓ２６、及びＳ１５）と、を備える。前記充填態様変更工程では、前記充填態様の変更前より変更後の方が燃料ガスの充填流量が小さくなるように前記容器状態センサの出力を補正する。
【００１２】
（２）この場合、前記充填態様変更工程では、前記停止処理工程を構成する一工程が終了するごとに、当該工程で前記貯蔵容器から前記燃料ガス供給路を介して前記燃料電池へ流出した燃料ガスの量を算出し、当該燃料ガスの流出量（例えば、後述の水素流出量）に基づいて前記容器状態センサの出力に対する補正値を決定することが好ましい。
【００１３】
（３）この場合、前記容器状態センサは、前記貯蔵容器内の温度を検出する温度センサ（例えば、後述のタンク温度センサ６２）を含み、前記燃料充填装置は、前記貯蔵容器の温度が高くなるほど充填流量が小さくなるように充填態様を決定し、前記充填態様変更工程では、前記温度センサの出力値を増加側に補正することが好ましい。
【００１４】
（４）この場合、前記容器状態センサは、前記貯蔵容器内の圧力を検出する圧力センサ（例えば、後述のタンク圧力センサ６４）を含み、前記燃料充填装置は、前記貯蔵容器の圧力が低くなるほど充填流量が小さくなるように充填態様を決定し、前記充填態様変更工程では、前記圧力センサの出力値を減少側に補正することが好ましい。
【００１５】
（５）この場合、前記制御方法は、前記通信充填工程を行っている間に前記停止処理工程が終了した場合には、前記燃料充填装置の充填態様を、前記通信充填準備工程又は前記充填態様変更工程において決定された態様から、前記燃料充填装置において予め定められた態様に変更させて充填を継続する通信充填終了工程（例えば、後述の図８のＳ２１〜Ｓ２２）をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
（６）燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両Ｖ´）は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器と前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路に設けられた開閉弁と、前記貯蔵容器の状態を検出する容器状態センサと、前記容器状態センサの出力に基づいて生成されたデータ信号を外部の燃料充填装置へ送信する送信器と、前記貯蔵容器から延び前記燃料充填装置が接続される充填口に至る充填流路と、当該充填流路に設けられ前記燃料充填装置から前記貯蔵容器へ流れる燃料ガスの流量を制御する充填流量制御機構（例えば、後述の可変オリフィス３１７´）と、を備える。前記外部の燃料充填装置は、前記送信器から送信されたデータ信号に基づいて充填態様を決定し、所定の充填終了条件が満たされるまで前記決定した充填態様で燃料ガスを前記貯蔵容器へ供給するように構成されている。本発明の燃料電池車両の制御方法は、前記燃料電池車両への停止指令後に、前記開閉弁を開き、前記燃料電池へ燃料ガスを供給し、前記燃料電池による発電及びディスチャージを継続する停止処理工程と、前記貯蔵容器への燃料ガスの充填開始要求が生じたことに応じて、前記容器状態センサの出力に基づいて生成したデータ信号を前記燃料充填装置へ送信し、当該燃料充填装置に充填態様を決定させる通信充填準備工程と、前記通信充填準備工程で決定した充填態様で前記燃料充填装置から燃料ガスを前記貯蔵容器に充填させる通信充填工程と、を備える。前記停止処理工程を行っている間に前記通信充填準備工程及び前記通信充填工程を開始した場合には、前記充填流量制御機構により充填流量を小さくする充填流量変更工程（例えば、後述の図１３のＳ２４、Ｓ５５、及びＳ５６）と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
（１）本発明では、充填開始要求が生じた場合には、容器状態センサの出力に基づいて生成した貯蔵容器の初期状態に関するデータ信号を外部の燃料充填装置へ送信し、当該燃料充填装置によって充填態様を決定させる（通信充填準備工程）。この時、例えば燃料充填装置では、通信充填準備工程において送信されたデータ信号に基づいて貯蔵容器内の初期状態を把握し、この初期状態から満充填にするために燃料充填装置から供給すべき燃料ガスの量（以下、「初期充填量」という）を算出し、満充填に達するまで充填が中断されないように、かつできるだけ速やかに初期充填量の燃料ガスが充填されるように、充填態様を決定する。その後、決定した充填態様で燃料充填装置から燃料ガスを貯蔵容器に充填させる（通信充填工程）。
ここで、停止処理工程を行っている間に通信充填準備工程及び通信充填工程が開始した場合、すなわち停止処理工程によって貯蔵容器内の燃料ガスを消費しながら、同時に燃料充填装置から貯蔵容器へ燃料ガスを充填する場合について検討する。この場合、停止処理工程を並行して行うことによって貯蔵容器内の燃料ガスを消費した分だけ、満充填にするために燃料充填装置から供給すべき燃料ガスの量は、燃料充填装置において把握した初期充填量から増加する。このため、通信充填準備工程において決定した充填態様で充填し続けると、実際に満充填に達する前に充填が中断されるおそれがある。これは、燃料充填装置では、初期充填量の燃料ガスをできるだけ速やかに充填するように充填態様を決定したからである。
これに対し本発明では、停止処理工程を行っている間に通信充填準備工程及び通信充填工程を開始した場合、容器状態センサの出力を実際の値から補正し、この補正した出力に基づいて生成した貯蔵容器の初期状態に関するデータ信号を燃料充填装置へ送信することによって、通信充填準備工程において最初に定めた充填態様を変更させる。特に本発明では、充填態様の変更前よりも変更後の方が燃料ガスの充填流量が小さくなるように、すなわち貯蔵容器の状態変化がより穏やかになるように、容器状態センサの出力を補正し、これに応じたデータ信号を燃料充填装置へ送信する。これにより、実際に満充填に達する前に充填が中断されるのを防止できる。
【００１８】
（２）本発明では、停止処理工程を行っている間に通信充填準備工程及び通信充填工程を開始した場合、停止処理工程を構成する一工程が終了するごとに、この工程における燃料ガスの流出量を算出する。そして、算出した流出量に基づいて容器状態センサの出力を補正し、これに応じたデータ信号を燃料充填装置へ送信し、充填態様を変更させる。ここで、上記燃料ガスの流出量は、満充填にするために燃料充填装置から供給すべき燃料ガスの量の初期充填量からの増加分に相当する。したがって、本発明によれば、停止処理工程を構成する一工程が終了するごとに、充填流量はそのときの増加分に応じて段階的に小さくなる。これにより、充填が中断されないように、より満充填に近くなるまで充填を継続することができる。
【００１９】
（３）本発明の充填態様変更工程では、温度センサの出力値を実際の出力値よりも増加側に補正し、これに応じたデータ信号を燃料充填装置へ送信する。これにより、充填流量が変更前より変更後の方が小さくなるように充填態様を変更させることができる。
【００２０】
（４）本発明の充填態様変更工程では、圧力センサの出力値を実際の出力値よりも減少側に補正し、これに応じたデータ信号を燃料充填装置へ送信する。これにより、充填流量が変更前より変更後の方が小さくなるように充填態様を変更させることができる。
【００２１】
（５）例えば、停止処理工程と通信充填工程を並行して行っている間に、先に停止処理工程が終了すると、貯蔵容器からの燃料ガスの流出が止まるため、貯蔵容器内の圧力の上昇速度が増加し、充填が中断されてしまう場合がある。本発明では、充填工程を行っている間に停止処理工程が終了した場合には、充填態様を、通信充填準備工程又は充填態様変更工程で決定した態様から、燃料貯蔵装置において予め定められた態様に変更させて充填を継続する。燃料貯蔵装置では、燃料電池車両の送信器と通信できず、貯蔵容器の状態を把握できない場合を想定して、送信器からのデータ信号に依存しない充填態様が設定されている。そしてこの燃料充填装置で予め設定された充填態様は、貯蔵容器がどのような状態であってもできるだけ長く充填を継続できるように、その充填流量は、燃料電池車両との通信に基づいて決定した場合よりも小さくなっている。本発明では、充填工程を行っている間に停止処理工程が終了した場合には、充填態様を上述のような燃料充填装置で定められた態様に変更させることにより、充填にかかる時間は長くなるものの、中断することなく充填を継続できる。
【００２２】
（６）本発明では、停止処理工程を行っている間に通信充填準備工程及び充填工程を開始した場合、燃料電池車両が備える充填流量制御機構によって充填流量を小さくする。これにより、通信充填準備工程において最初に定めた充填態様にかかわらず、充填流量を小さくできる。したがって、上記（１）の発明と同様の理由により、実際に満充填に達する前に充填が中断されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水素充填システムの構成を示す図である。
【図２】上記実施形態に係るステーションにおいて固定の充填流量を決定する手順を示すフローチャートである。
【図３】燃料電池システムの構成を示す図である。
【図４】ＦＣＶ−ＥＣＵの構成を示す図である。
【図５】システム停止処理における各装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】通信充填ＥＣＵの構成を示す図である。
【図７】水素タンクに水素を一定の流量で供給した場合におけるタンクの温度の変化を示す図である。
【図８】通信充填の車両側の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図９】通信充填のステーション側の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図１０】システム停止処理を実行している間に通信充填を開始した場合における、通信充填を再開する時期、ステーション側で把握される必要充填量、及び充填流量の変化を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る通信充填のステーション側の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る水素充填システムの構成を示す図である。
【図１３】上記実施形態に係る通信充填の車両側の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図１４】水素タンクに水素を一定の流量で供給した場合におけるタンクの温度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る水素充填システムＳの構成を示す図である。水素充填システムＳは、水素を燃料ガスとして走行する燃料電池車両Ｖと、この車両Ｖの水素タンク３１に水素を供給する水素ステーション９と、を組み合わせて構成される。
【００２５】
＜水素ステーション９の構成＞
水素ステーション９は、水素貯蔵タンク９１とディスペンサ９２とを備える。水素貯蔵タンク９１には、車両Ｖに供給するための水素が高圧で貯蔵されている。この水素貯蔵タンク９１内の水素は、液体水素を気化したもの、改質装置により原料を改質することで製造されたもの、或いは電解装置によって製造されたものなどを圧縮機で圧縮したものが用いられる。
【００２６】
ディスペンサ９２は、車両Ｖに接続される水素充填ノズル９３と、この水素充填ノズル９３と水素貯蔵タンク９１とを接続する水素の流路９５に設けられた可変オリフィス９６と、を備える。ディスペンサ９２は、水素充填ノズル９３が車両Ｖに設けられた水素導入口８２に差し込まれると、可変オリフィス９６のオリフィス径を適切な大きさに調節し、水素貯蔵タンク９１から供給された水素を可変オリフィス９６によって減圧し、水素充填ノズル９３から水素を供給する。水素充填ノズル９３から供給された水素は、車両Ｖの水素タンク３１に充填される。
【００２７】
また、この水素充填ノズル９３には、赤外線通信器９４が設けられている。赤外線通信器９４は、水素充填ノズル９３を車両Ｖの水素導入口８２に差し込むことにより、車両Ｖに搭載された後述の通信充填システム６との間で赤外線を介したデータ信号の送受信が可能となっている。ディスペンサ９２では、車両Ｖへの水素の充填にあたって、通信充填と呼称される充填方法と、非通信充填と呼称される充填方法との２つの充填方法を選択的に実行できる。
【００２８】
通信充填とは、車両Ｖ及びステーション９間で通信を行いながら、車両Ｖに水素を充填する充填方法である。より具体的には、通信充填では、後に詳細に説明するように、車両Ｖの通信充填システム６から、充填開始直前の水素タンク３１の初期状態に関するデータ信号（後述の初期タンクデータ信号）がステーション９側へ送信される。この初期タンクデータ信号には、水素の充填を開始する直前の水素タンク３１の温度、圧力、及び水素タンク３１の満充填容量等に関する情報が含まれている。ここで、満充填容量とは、水素タンク３１に貯蔵できる水素の上限量に相当する。ディスペンサ９２は、赤外線通信器９４によって初期タンクデータ信号を受信し、このデータ信号に基づいて、できるだけ速やかに満充填にできかつ途中で充填が中断されないように、適切な充填態様を決定し、決定した充填態様で水素を水素タンク３１に充填する。通信充填では、可変オリフィス９６のオリフィス径、すなわち充填流量を水素の充填中に変化させる場合と、変化させない場合と、がある。以下では、通信充填中に充填流量を変化させない場合について説明する。
【００２９】
図２は、ステーションにおいて初期タンクデータに基づいて固定の充填流量を決定する手順を示すフローチャートである。
始めに、ステーションは、受信した初期タンクデータに含まれるタンク温度及び圧力に基づいて、現在の水素タンク内に貯蔵されている水素の残量を算出する（Ｓ１）。より具体的には、この現水素残量は、例えば、取得したタンク温度及び圧力に基づいて理想気体の状態方程式を利用して算出される。
【００３０】
Ｓ２では、ステーションは、受信した初期タンクデータに含まれる満充填容量から算出した現水素残量を減算することにより、必要充填量を算出する。この必要充填量は、水素タンクを満充填にするためにステーション側から車両側へ供給する必要のある水素の量に相当する。
【００３１】
Ｓ３では、ステーションは、予め定められたフェール温度上限値から受信した初期タンクデータに含まれるタンク温度を減算することにより、フェール温度差を算出する。このフェール温度上限値は、後に詳細に説明するように、実行中の充填を中断するか否かを判断するための閾値ともなっている。すなわち、このフェール温度差は充填の中断のされやすさを示すパラメータとなっている。
【００３２】
Ｓ４では、ステーションは、できるだけ速やかに満充填にできかつ途中で充填が中断されないように、算出した必要充填量及びフェール温度差に基づいて充填流量を算出する。図１４を参照して説明したように、充填流量は、概ねフェール温度差に比例しかつ必要充填量に反比例する。
なお、以上のようにして充填流量を定めた後の通信充填時におけるステーション側の具体的な手順については、後に図９を参照して説明する。また、通信充填時における車両側の具体的な手順については、後に図８を参照して説明する。
【００３３】
図１に戻って、非通信充填とは、車両Ｖ及びステーション９間で通信を行うことなく車両Ｖに水素を充填する充填方法である。より具体的には、非通信充填では、ディスペンサ９２は、予め定められた規定の充填態様で水素タンク３１に水素を充填する。非通信充填時のディスペンサ９２は、現在の水素タンク３１の温度はその時の平均的な温度よりも高温であると想定し、したがって充填流量は、通信充填の下で定めた場合より小さな値に設定される。したがって、通信充填と非通信充填とを比較すると、通信充填の方がその時の水素タンク３１の状態や仕様に応じて適切に充填流量を制御できるため、速やかに満充填又はその付近まで充填できる。
【００３４】
＜燃料電池車両Ｖの構成＞
燃料電池車両Ｖは、水素タンク３１に貯蔵された水素によって発電し、発電した電力を利用して走行する燃料電池システム１と、この燃料電池システム１の制御を担う電子制御ユニット（以下、「ＦＣＶ−ＥＣＵ」という）１１と、水素タンク３１へ水素を充填する際に水素ステーション９との通信を担う通信充填システム６と、この通信充填システム６の制御を担う電子制御ユニット（以下、「通信充填ＥＣＵ」という）６１と、を備える。なお、図１には、燃料電池システム１全体の構成のうち、水素タンク３１へ水素を供給するために必要な装置の構成を主に示す。
【００３５】
ＦＣＶ−ＥＣＵ１１と通信充填ＥＣＵ６１とは、通信線Ｌで接続されており、相互通信可能となっている。これにより、２つのＥＣＵ１１，６１のうち何れか一方で生成した信号を他方に送信したり、２つのＥＣＵ１１，６１における判断を同期したりできる。以下では、このようなＦＣＶ−ＥＣＵ１１と通信充填ＥＣＵ６１との間の通信線Ｌを介した相互通信を、「ＦＣ−ＩＲ間通信」という。
【００３６】
＜燃料電池システム１の構成＞
図３は、燃料電池システム１の構成を示す図である。
燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２に水素を供給するアノード系３と、燃料電池スタック２に酸化剤ガスとしての空気を供給するカソード系４と、燃料電池スタック２から排出されたガスの後処理を行う希釈器３７と、燃料電池スタック２で発電した電力を蓄えるバッテリＢと、燃料電池スタック２及びバッテリＢからの電力の供給によって駆動する走行モータＭと、ＦＣＶ−ＥＣＵ１１と、を備える。なお、図３には、燃料電池システム１全体の構成のうち、燃料電池スタック２により発電させるために必要な装置の構成を主に示す。
【００３７】
燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という）２は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック２は、アノード電極側に形成されたアノード流路２１に水素が供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路２２に酸素を含んだ空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
【００３８】
発電中のスタック２から取り出される出力電流は、電流制御器２９を介してバッテリＢや負荷（走行モータＭ及びエアコンプレッサ４１等）に入力される。電流制御器２９は、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを備えており、そのチョッピング動作によって発電中のスタック２の出力電流を制御する。特に後述の停止時充電処理やＥＧＲディスチャージ処理では、電流制御器２９は、スタック２の出力電流をバッテリＢの充電電流とし、これを所定の電流指令値に制御しながらバッテリＢに充電する。
【００３９】
バッテリＢは、スタック２で発電した電力や、走行モータＭによって回生制動力として回収した電気エネルギーを蓄える。また、例えば燃料電池システム１の起動時や車両の高負荷運転時には、バッテリＢに蓄えられた電力はスタック２の出力を補うようにして負荷に供給される。
【００４０】
アノード系３は、水素タンク３１と、水素タンク３１からスタック２のアノード流路２１の導入部に至る水素供給管３２と、アノード流路２１の排出部から希釈器３７に至る水素排出管３３と、水素排出管３３から分岐し水素供給管３２に至る水素還流管３４と、を含んで構成される。水素を含んだガスの水素循環流路は、水素供給管３２、アノード流路２１、水素排出管３３及び水素還流管３４によって構成される。
【００４１】
図１に戻って、水素タンク３１は、水素ガスを高圧で貯蔵するタンク本体３１１と、タンク本体３１１から延びる水素供給管３２に設けられた開閉弁としての主止弁３１２と、タンク本体３１１から延びる水素導入管３１３と、を備える。この水素導入管３１３は、一端側がタンク本体３１１に接続され、他端側が後述のリッドボックス８１内に設けられた水素導入口８２に接続されている。
【００４２】
水素導入管３１３には、２つの逆止弁３１４，３１５と、充填遮断弁３１６とが設けられている。充填遮断弁３１６は、タンク本体３１１へのガスの流入及びタンク本体３１１からのガスの流出を遮断する。すなわち、充填遮断弁３１６を開くと、ステーション９からタンク本体３１１への水素の供給が受容され、充填遮断弁３１６を閉じると、ステーション９からタンク本体３１１への水素の供給が拒絶される。逆止弁３１４，３１５は、それぞれ、タンク本体３１１の近傍と水素導入口８２の近傍に設けられ、タンク本体３１１側から車両Ｖの外側へ水素が逆流するのを防止する。
【００４３】
リッドボックス８１は、車両Ｖの側部後方に設けられており、その内部で水素導入口８２を保護する。このリッドボックス８１には、リッド８３が回動可能に設けられている。水素ステーション９において、利用者はリッド８３を開き、水素導入口８２を外部に露出させ、ディスペンサ９２の水素充填ノズル９３を水素導入口８２に差し込み、水素を充填する。
【００４４】
図３に戻って、水素供給管３２のうち、主止弁３１２より下流側には、水素タンク３１から供給された新たな水素ガスを、スタック２へ向けて噴射するインジェクタ３５が設けられている。なお以下では、水素供給管３２のうち、インジェクタ３５と主止弁３１２との間の区間を中圧部３２１という。発電中のスタック２のアノード流路２１内の圧力（以下、「アノード圧」という）は、中圧部３２１内の圧力が十分に高い状態でインジェクタ３５を開閉駆動することにより所定の目標圧に制御される。
【００４５】
水素排出管３３のうち、上記水素還流管３４との接続部より下流側には、パージ弁３３ａが設けられている。水素循環流路内を循環するガスの水素濃度が低下すると、スタック２の発電効率が低下する。このため、パージ弁３３ａは、スタック２の発電中に適切なタイミングで開かれる。これにより、水素循環流路内のガスは、希釈器３７へ排出される。
【００４６】
カソード系４は、エアコンプレッサ４１と、エアコンプレッサ４１からカソード流路２２の導入部に至る空気供給管４２と、カソード流路２２の排出部から希釈器３７に至る空気排出管４３と、空気排出管４３から分岐し空気供給管４２に至る空気還流管４５と、空気排出管４３から分岐し水素供給管３２及び希釈器３７に至るスタックバイパス管４８と、を含んで構成される。酸素を含んだガスの酸素循環流路は、空気供給管４２、カソード流路２２、空気排出管４３及び空気還流管４５によって構成される。
【００４７】
エアコンプレッサ４１は、システム外の空気を、空気供給管４２を介してスタック２のカソード流路２２に空気を供給する。また、空気排出管４３には、カソード流路２２内の圧力を調整するための背圧弁４３ｂが設けられている。発電中のスタック２のカソード流路２２内の圧力（以下、「カソード圧」という）は、エアコンプレッサ４１で空気を供給しながら背圧弁４３ｂの開度を調整することにより、スタック２の発電状態に応じた適切な大きさに制御される。
【００４８】
空気還流管４５には、空気排出管４３側のガスを空気供給管４２に圧送し、酸素循環流路内で酸素を含んだガスを循環させるＥＧＲポンプ４６が設けられている。空気供給管４２のうち空気還流管４５との接続部よりもエアコンプレッサ４１側には、システム１の停止中にエアコンプレッサ４１側からカソード流路２２側へ外気が流入するのを防止する入口封止弁４２ａが設けられている。また、空気排出管４３のうち空気還流管４５との分岐部よりも希釈器３７側には、システム１の停止中に希釈器３７側からカソード流路２２側へ外気が流入するのを防止する出口封止弁４３ａが設けられている。これら封止弁４２ａ、４３ａは、後述のＥＧＲ停止処理（例えば、後述の図５参照）において、カソード流路２２に酸素濃度の低い不活性ガスを充填した状態で閉じられ、スタック２の劣化を抑制する。
【００４９】
スタックバイパス管４８には、エアコンプレッサ４１から希釈器３７へ流れる空気の流量を制御するバイパス弁４８ａと、エアコンプレッサ４１から水素供給管３２へ流れる空気の流量を制御する掃気弁４８ｂと、が設けられている。バイパス弁４８ａは、例えば背圧弁４３ｂを閉じており、空気排出管４３から希釈ガスを希釈器３７に供給できない場合に開かれ、エアコンプレッサ４１の直下の空気を希釈器３７に供給する。掃気弁４８ｂは、スタック２による発電を停止している間に、水素循環流路内に残留する不純物をエアコンプレッサ４１から供給した空気で排出する掃気処理を実行する際に開かれる。
【００５０】
希釈器３７は、上述の背圧弁４３ｂ、及びバイパス弁４８ａを介して導入されたガスを希釈ガスとして、パージ弁３３ａを介して排出された水素を含んだガスを希釈し、システム外に排出する。
【００５１】
アノード圧センサ２７は、水素供給管３２に設けられ、アノード圧を検出し、検出値に略比例した信号をＦＣＶ−ＥＣＵ１１に送信する。カソード圧センサ２８は、空気排出管４３に設けられ、カソード圧を検出し、検出値に略比例した信号をＦＣＶ−ＥＣＵ１１に送信する。
【００５２】
図示しない車両の運転席には、燃料電池システム１の状態を利用者に報知する表示装置としてのインフォメーションパネルＰと、運転者が操作可能なイグニッションスイッチＩＧと、が設けられている。
【００５３】
ＦＣＶ−ＥＣＵ１１は、燃料電池システム１を構成する各種装置を制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。
【００５４】
イグニッションスイッチＩＧは、ＯＦＦの状態からＯＮにされると、燃料電池システム起動要求信号を発生する。図示しないＥＣＵ電源は、イグニッションスイッチＩＧから出力されたシステム起動要求信号を検出すると、ＦＣＶ−ＥＣＵ１１及び通信充填ＥＣＵ６１を稼動状態にする。
【００５５】
イグニッションスイッチＩＧは、ＯＮの状態からＯＦＦにされると、燃料電池システム停止要求信号を発生する。ＦＣＶ−ＥＣＵ１１は、イグニッションスイッチＩＧから出力されたシステム停止要求信号を検出すると、後述のシステム停止処理を開始する。
【００５６】
図４は、ＦＣＶ−ＥＣＵ１１の構成を示す図である。ＦＣＶ−ＥＣＵ１１には、スタックによる発電、燃料電池システムの起動及び停止に係る様々な処理（以下では、ＦＣＶ−ＥＣＵ１１が担う処理を総称して「燃料電池システム処理」という）を実行するため複数のモジュール１１１〜１１６が構成されている。以下、ＦＣＶ−ＥＣＵ１１に構成された各種モジュールとその機能について説明する。
【００５７】
システム起動部１１１は、燃料電池システム処理のうち、燃料電池システムの起動に係る処理、すなわちスタックを安定して発電可能な状態にする処理（以下、「システム起動処理」という）を担う。
【００５８】
システム起動処理では、始めに主止弁３１２を開くとともにエアコンプレッサを駆動し、スタックへの水素及び空気の供給を開始する。また、このシステム起動処理では、パージ弁を開きながら水素タンク内の水素を供給することにより、水素循環流路内に残留していた不純物をシステム外に排出し、替わりに水素タンクから供給された新規の水素で水素循環流路内を満たす。そして、水素循環流路内が新規の水素で置換されることにより、スタックの開放電圧が所定値まで上昇したことに応じて、燃料電池システムの起動が完了したと判断し、図示しないコンタクタを閉じスタックと負荷とを接続する。これにより、システム起動処理が完了する。なお、システム起動処理は、バッテリに蓄えられた電力が利用される。なお、このシステム起動処理は、イグニッションスイッチからのシステム起動要求信号を検出したことに応じてＦＣＶ−ＥＣＵ１１が稼動状態となった後、システム起動部１１１によって実行される。
【００５９】
通常発電部１１２は、燃料電池システム処理のうち、運転者の要求に応じた発電を行う処理（以下、「通常発電」という）を担う。通常発電では、図示しないアクセルペダルからの入力に基づいてスタックの出力電流に対する要求を取得し、この要求が実現されるようにカソード圧及びアノード圧を制御する。この通常発電は、上記システム起動処理が完了した後、システム停止要求（ＩＧ−ＯＦＦ）が検出されるまで、通常発電部１１２によって実行される。
【００６０】
システム停止部１１３は、燃料電池システムの停止に係る処理（以下、「システム停止処理」という）を担う。システム停止処理は、停止時充電処理と、ＥＧＲ停止処理と、停止時希釈処理との３つの処理で構成される。図５は、システム停止処理における各装置の制御手順を示すタイムチャートである。
【００６１】
停止時充電部１１３ａは、３つのシステム停止処理のうち停止時充電処理を担う。停止時充電部１１３ａは、通常発電を行っていた状態からシステム停止要求（ＩＧ−ＯＦＦ）を検出したことを契機として、以下で説明する停止時充電処理を実行する。停止時充電処理では、次回の燃料電池システムの起動に備えて、システムの停止指令後も主止弁を開いたままスタックによる発電を継続し、発電した電力をバッテリに充電する処理である。この停止時充電処理は、システムの停止指令時におけるバッテリの残容量が不十分であると判断された場合にのみ、システムの停止指令後、直ちに実行される。なお、図５のタイムチャートでは、システムの停止指令時にバッテリの残容量が十分であると判断され、停止時充電処理が行われなかった場合を示す。
【００６２】
ＥＧＲ停止部１１３ｂは、３つのシステム停止処理のうちＥＧＲ停止処理を担う。このＥＧＲ停止処理は、発電を停止している間におけるスタックの劣化を抑制するための処理であり、システムの停止指令後、システムが完全に停止するまでの間に行われる。このＥＧＲ停止処理は、図５に示すように、圧上げ処理（ｔ１〜ｔ２）と、ＥＧＲディスチャージ処理（ｔ２〜ｔ３）と、保圧処理（ｔ３〜ｔ４）と、の３つの処理で構成される。
【００６３】
圧上げ処理は、ＥＧＲディスチャージ処理の実行に先立ち、予めアノード圧を好ましい圧力まで昇圧する処理である。より具体的には、圧上げ処理では、主止弁を開き中圧部に十分な圧力を確保した状態で、アノード圧が後述の目標圧になるように、アノード圧センサの出力に基づいてインジェクタをフィードバック制御する。
【００６４】
ＥＧＲディスチャージ処理は、スタックの劣化を防止するため、システムを完全に停止させる前にスタックのカソード流路に残留する酸素を消費する処理である。ＥＧＲディスチャージ処理では、アノード系の装置については、主止弁を開いた状態でインジェクタによってアノード圧を予め定められた目標圧（以下、「ディスチャージ時目標圧」という）に制御しながら、水素ポンプによって水素循環流路内の水素ガスを循環させる。一方、カソード系の装置については、入口封止弁及び出口封止弁を閉じた状態でコンプレッサを駆動することにより、カソード圧を所定の目標圧に維持する。また、ＥＧＲポンプを駆動することにより、酸素循環流路内でガスを循環させることにより、酸素循環流路内の酸素濃度を徐々に低下させる。ＥＧＲディスチャージ処理では、水素循環流路及び酸素循環流路を上述のような状態に維持しながらスタックによる発電及びディスチャージを所定時間にわたって行い、酸素循環流路内の酸素濃度を低下させる。ＥＧＲディスチャージ処理は、酸素循環流路内の酸素濃度が所定濃度まで低下するまで、又は酸素濃度が所定濃度まで低下したと判断できる程度の時間が経過するまで実行される。なお、このＥＧＲディスチャージ処理を実行している間にスタックから取り出された発電電流は、例えばバッテリに供給される。
【００６５】
保圧処理は、ＥＧＲディスチャージ処理の終了後に、アノード圧をさらに昇圧する処理である。より具体的には、保圧処理では、主止弁を開いた状態でインジェクタによって上述のディスチャージ時目標圧よりも高い所定の保圧時目標圧までアノード圧を昇圧する。そして、この昇圧が完了した後、主止弁を閉じ、保圧処理を終了する。
【００６６】
以上のような手順でＥＧＲ停止処理を実行することにより、スタックのカソード流路には酸素濃度の低い不活性ガスが充填され、アノード流路は水素ガスによって高圧に維持される。これにより、カソード側からの残留酸素の透過が極力抑制され、スタックの劣化を抑制できる。
【００６７】
なお、以上のＥＧＲ停止処理は、上記停止時充電処理と同様にスタックによる発電及びディスチャージを伴う処理であるため、基本的には上記停止時充電処理と並行して行うことはできない。そこで本実施形態では、ＥＧＲ停止処理は、停止時充電処理が終了した後に行う（後述の図１０参照）。
【００６８】
停止時希釈部１１３ｃは、３つのシステム停止処理のうち停止時希釈処理を担う。この停止時希釈処理は、システムの停止指令時に希釈器内に残留していた水素ガスを希釈し、希釈器内の水素濃度を規定の濃度まで所定時間かけて低下させる処理である。この停止時希釈処理は、スタックへ積極的に水素ガスを供給する必要が無く、かつコンプレッサを駆動しており希釈器内に希釈ガスを導入できる状態であれば実行できる処理であるため、上記ＥＧＲ停止処理と並行して実行できる。したがって本実施形態では、システム停止要求信号を検出した後、直ちに停止時希釈処理を開始する。
【００６９】
より具体的には、停止時希釈処理では、図５に示すように、コンプレッサを駆動した状態で、背圧弁、及びスタックバイパス弁等を適宜開閉することにより、スタックから排出されたガスやコンプレッサの直下のガスを希釈器に導入し、これを希釈ガスとして希釈器内の水素を希釈する。なお、出口封止弁を閉じている間は、背圧弁を開いても希釈器に希釈ガスを導入できない。このため、ＥＧＲディスチャージ処理を行っている間は、スタックバイパス弁を適宜開閉することにより、希釈ガスを希釈器に導入する。
【００７０】
なお、以上説明した一連のシステム停止処理は、利用者によるシステム停止操作が行われた後に、利用者の意図とは無関係に行われる。したがって、システム停止部１１３は、システム停止処理を実行している間は、インフォメーションパネルＰに「停止処理実行中」とのメッセージを表示させ、利用者に報知することが好ましい。
【００７１】
図４に戻って、水素流出量演算部１１４は、上述のシステム停止処理中における水素の流出量を算出する。システム停止処理のうち、停止時充電処理及びＥＧＲ停止処理は主止弁を開いた状態で行われる処理であるから、これらの処理を行うと水素タンクから水素供給管を介してスタックへ向けて水素が流出する。また、このときの水素の流出速度は、システム停止処理を構成する工程ごとに異なる。水素流出量演算部１１４は、システム停止処理を構成する一工程（停止時充電処理、ＥＧＲ停止処理の圧上げ処理、ＥＧＲ停止処理のＥＧＲディスチャージ処理）ごとの水素流出量を算出する。
【００７２】
停止時充電処理では、水素タンクから供給された水素は、スタックの発電により消費されるか、水素循環流路内を循環するか、又はパージ弁を介してシステム外に排出される。したがって、停止時充電処理の水素流出量は、充電中にスタックから取り出された発電電流の積算値、インジェクタの操作量、アノード圧の変化、及びパージ弁の開閉履歴などに基づいて算出できる。
【００７３】
ＥＧＲ停止処理の圧上げ処理では、水素タンクから供給された水素は、アノード圧を目標圧まで昇圧するために用いられる。したがって、圧上げ処理の水素流出量は、インジェクタの操作量、及び圧上げ処理の実行前後のアノード圧の差などに基づいて算出できる。
ＥＧＲ停止処理のＥＧＲディスチャージ処理では、水素タンクから供給された水素は、スタックの発電により消費されるか、水素循環流路内を循環するか、又はパージ弁を介してシステム外に排出される。したがって、ＥＧＲディスチャージ処理の水素流出量は、ディスチャージ中にスタックから取り出された発電電流の積算値、インジェクタの操作量、アノード圧の変化、及びパージ弁の開弁履歴などに基づいて算出できる。
【００７４】
ところで、後に詳細に説明するように、水素タンクにはその温度や圧力を検出するためのセンサが設けられている。したがって、システム停止処理中の水素タンクからの水素流出量は、タンクに設けられたセンサを利用しても算出することはできる。しかしながら、通常の運転時における水素タンク内の圧力は燃料電池システム内（より具体的には、インジェクタより下流の水素循環流路内）の圧力よりも高圧である。したがって、水素タンクに設けられたセンサと燃料電池システム内に設けられたセンサとを比較すると、水素タンクに設けられたセンサの検出レンジは、燃料電池システム内に設けられたセンサの検出レンジより広い。したがって、システム停止処理の水素流出量は、より検出レンジの狭い燃料電池システム内に設けられたセンサを利用して算出した方が、より高い精度で算出できる。
【００７５】
水素ＳＯＣ演算部１１５は、現在の水素タンクの水素ＳＯＣの演算を担う。なお、水素タンクの水素ＳＯＣとは、水素タンクに貯蔵可能な水素の量を１として、現在の水素タンクに貯蔵されている水素の量を百分率で表したものである。水素ＳＯＣ演算部１１５は、後述のＦＣ−ＩＲ間通信部１１６を介して送信された水素タンク内の圧力及び温度に関するデータ信号に基づいて、水素ＳＯＣを算出する。水素ＳＯＣ演算部１１５によって算出された水素ＳＯＣは、上述のシステム起動処理、通常発電、及びシステム停止処理において適宜用いられる。
【００７６】
ＦＣ−ＩＲ間通信部１１６は、通信線Ｌを介したＦＣ−ＩＲ間通信のＦＣＶ−ＥＣＵ１１側の処理を担う。ＦＣＶ−ＥＣＵ１１側から通信充填ＥＣＵ６１側へは、通信充填ＥＣＵ６１側での処理に必要な情報、例えば、システム停止処理の実行状態に関するデータ信号や、水素流出量演算部１１４において算出された水素消費量に関するデータ信号などが送信される。また、通信充填ＥＣＵ６１側からＦＣＶ−ＥＣＵ１１側へは、ＦＣＶ−ＥＣＵ１１側での処理に必要な情報、例えば、水素タンク内の温度や圧力に関するデータ信号が送信される。
【００７７】
＜通信充填システム６の構成＞
図１に戻って、燃料電池車両Ｖの通信充填システム６の構成について説明する。
通信充填システム６は、水素タンク３１の状態を検出する２つのタンク温度センサ６２，６３及びタンク圧力センサ６４と、リッド８３の状態を検出するリッドセンサ６５と、赤外線送信器６６と、通信充填ＥＣＵ６１と、を備える。
【００７８】
タンク温度センサ６２は、水素タンク３１のうちタンク本体３１１内の水素温度を検出し、検出値に略比例した信号を通信充填ＥＣＵ６１に送信する。なお、以下では、タンク温度センサ６２の検出値、すなわちタンク温度センサ６２によって検出されたタンクの温度を「検出タンク温度」という。また、この検出タンク温度を補正して得られたものについては、「補正タンク温度」といい、検出タンク温度と区別する。
【００７９】
タンク圧力センサ６４は、水素導入管３１３のうち逆止弁３１４よりタンク本体３１１側の圧力を検出し、検出値に略比例した信号を通信充填ＥＣＵ６１に送信する。なお以下では、タンク圧力センサ６４の検出値、すなわちタンク圧力センサ６４によって検出されたタンクの圧力を「検出タンク圧力」という。また、この検出タンク圧力を補正して得られたものについては、「補正タンク圧力」といい、検出タンク圧力と区別する。
【００８０】
リッドセンサ６５は、リッドボックス８１に設けられており、リッド８３の開閉状態を検出する。リッドセンサ６５は、リッド８３が閉じられリッドボックス８１内に水素導入口８２が保護された状態では、これを示す閉信号を通信充填ＥＣＵ６１に送信する。リッドセンサ６５は、リッド８３が開かれ水素導入口８２が外部に露出した状態では、これを示す開信号を通信充填ＥＣＵ６１及びＦＣＶ−ＥＣＵ１１に送信する。
【００８１】
以上のように、水素を充填するためには、リッド８３を開かなければならない。したがって、リッド８３の開閉は、利用者が水素の充填を開始又は終了するための予備的な行為となっている。したがって、以下では、リッドセンサ６５から出力される開信号は、通信充填システム６に対する起動要求信号ともいう。また、リッドセンサ６５から出力される閉信号は、通信充填システム６に対する停止要求信号ともいう。
【００８２】
赤外線送信器６６は、赤外線ＬＥＤ６７とそのドライバ６８で構成される。ドライバ６８は、通信充填ＥＣＵ６１から送信されたデータ信号に応じた態様で赤外線ＬＥＤ６７を点滅させる。以下では、この赤外線送信器６６を利用した通信充填システム６とステーション９との間の赤外線通信を、「ＩＲ通信」といい、ＦＣ−ＩＲ間通信と区別して扱う。
【００８３】
通信充填ＥＣＵ６１は、通信充填システム６を構成する各種装置を制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。
【００８４】
図６は、通信充填ＥＣＵ６１の構成を示す図である。通信充填ＥＣＵ６１には、通信充填システム６による水素ステーションとの通信、及び水素ステーションからの水素の充填に係る処理（以下では、通信充填ＥＣＵ６１が担う処理を総称して「通信充填システム処理」という）を実行するための複数のモジュール６１１〜６２１が構成されている。以下、通信充填ＥＣＵ６１に構成された各種モジュールとその機能について説明する。図示しないＥＣＵ電源は、リッドが開かれ、リッドセンサ６５からの通信充填システム起動要求信号を検出すると、通信充填ＥＣＵ６１を稼動状態にし、以下で説明する各種処理を実行可能な状態にする。
【００８５】
データ信号生成部６１１は、ＩＲ通信によってステーション側へ送信するデータ信号、より具体的には車両及びステーション間で通信充填を行ったり、実行中の通信充填を非通信充填に切り替えたりするために必要なデータ信号を生成する。ここで生成したデータ信号は、ＩＲ通信部６１２によってステーション側へ送信される。
【００８６】
データ信号生成部６１１は、通信開始指令信号、初期タンクデータ信号、充填中タンクデータ信号、アボート信号、及び非通信切替信号を生成する。
【００８７】
通信開始指令信号は、車両側からステーション側へＩＲ通信及び通信充填の開始を指令するための信号である。データ信号生成部６１１は、ＩＲ通信及び通信充填を開始するための準備が整ったことに応じて通信開始指令信号を生成する。
【００８８】
初期タンクデータ信号は、通信充填の開始直前又は通信充填の再開直前における水素タンクの初期状態に関する情報を含む。データ信号生成部６１１は、図２を参照して説明したような手順に従ってステーション側で具体的な充填態様を決定させるため、通信充填を開始する際に、その時の検出タンク温度、検出タンク圧力、及び車両固有の満充填容量に基づいて初期タンクデータ信号を生成する。
【００８９】
なお、この初期タンクデータ信号は、通信充填を初めて開始する際だけでなく、通信充填を再開する場合にも新たに生成され、ステーション側へ送信される。ここで、「通信充填の再開」とは、実行中の通信充填の充填態様を変更させ、新たな充填態様の下で再び通信充填を開始することをいう。このように、通信充填を再開する際には、データ信号生成部６１１は、後述の補正値演算部６１６によって算出された補正タンク温度、補正タンク圧力、及び満充填容量に基づいて初期タンクデータ信号を生成する。
【００９０】
充填中タンクデータ信号は、充填中の水素タンクの状態に関する情報を含む。データ信号生成部６１１は、通信充填を開始した後、ステーション側で水素が充填されている間の水素タンクの状態を把握させるため、上記初期タンクデータの送信後、周期的に、その時の検出タンク温度、検出タンク圧力に基づいて充填タンクデータ信号を生成する。
【００９１】
アボート信号は、充填の中断が要求された状態であることを示す信号である。データ信号生成部６１１は、後述の充填中断判断部６１４によって実行中の充填を中断する必要があると判断されたことに応じてアボート信号を生成する。
【００９２】
非通信切替信号は、通信充填から非通信充填へ充填方法の切り替えが要求された状態であることを示す信号である。データ信号生成部６１１は、後述の非通信切替判断部６１５によって実行中の通信充填を非通信充填に切り替える必要があると判断されたことに応じて非通信切替信号を生成する。
【００９３】
ＩＲ通信部６１２は、データ信号生成部６１１によって生成したデータ信号を、赤外線送信器６６によって適切な赤外線信号に変換し、ステーション側へ送信する（ＩＲ通信）。
【００９４】
充填遮断弁制御部６１３は、所定の充填開始要求を検出したことに応じて、充填遮断弁３１６を開き、水素タンクを水素充填可能な状態にする。これにより、ステーション側で定められた流量で水素が供給され、水素タンクに充填される。その後、充填遮断弁制御部６１３は、所定の通信充填終了条件又は非通信充填終了条件が満たされたことに応じて、充填遮断弁３１６を閉じる。これにより、ステーション側からの水素の供給が終了する。なお、充填遮断弁制御部６１３は、後述の充填中断要求が生じた場合には、上記充填終了条件が満たされていなくても充填遮断弁を閉じ、水素の充填を強制的に終了する。
【００９５】
充填中断判断部６１４は、実行中の水素の充填を中断するか否かを判断する。より具体的には、充填中断判断部６１４は、通信充填又は非通信充填を行っている間に充填中の水素タンクの状態を示す物理量（例えば、その時の検出タンク温度、検出タンク圧力、及びこれら検出タンク温度及び検出タンク圧力に基づいて算出された水素ＳＯＣ等）を取得し、これら取得した物理量と各々に対して予め設定されたフェール上限値とを比較する。充填中断判断部６１４は、取得した物理量の何れかが上記フェール上限値を超えた場合には、実行中の水素の充填を中断する必要があると判断する。これにより、通信充填の実行中である場合には、データ信号生成部６１１はアボート信号を生成し、ＩＲ通信部６１２は生成したアボート信号をステーション側へ送信し、充填遮断弁制御部６１３は充填遮断弁３１６を閉じる。以下では、充填の中断要求が生じた後に行われる一連の処理をアボート処理という。
【００９６】
非通信切替判断部６１５は、通信充填の実行中に、充填方法を通信充填から非通信充填に切り替えるか否かを判断する。より具体的には、非通信切替判断部６１５は、システム停止処理と通信充填とが並行して行われた場合に、通信充填が終了する前にシステム停止処理のうち主止弁の開弁を伴う処理（停止時充電処理、及びＥＧＲ停止処理）が先に終了した場合には、充填方法を通信充填から非通信充填に切り替える必要があると判断する。
【００９７】
上述のような主止弁の開弁を伴う処理が終了すると、水素タンクからの水素の流出が止まるため、水素タンク内の圧力の上昇速度が増加するため、実行中の充填が中断されてしまう場合がある。非通信切替判断部６１５は、このような水素の流出が停止することに起因した充填の中断を回避するため、通信充填を行っている間にシステム停止処理が終了した場合には、ステーション側において予め充填態様が定められている非通信充填へ切り替える必要があると判断する。
【００９８】
補正値演算部６１６は、以下で説明する手順に従ってタンク温度センサ６２及びタンク圧力センサ６４の検出値を補正し、通信充填の再開時における初期タンクデータ信号を生成するために必要となる上述の補正タンク温度及び補正タンク圧力を算出する。この補正値演算部６１６の機能を説明するため、図７を参照して充填中における水素タンクの状態の変化について説明する。
【００９９】
図７は、水素タンクに水素を一定の流量で供給した場合におけるタンクの温度の変化を示す図である。なお、図７の縦軸、横軸、及び通信充填開始時におけるタンクの状態等については、上述の図１４と共通しているので、これらの詳細な説明は省略する。また、図１４と同様に、理解を容易にするため、水素タンク内の水素の量はタンク内の圧力に比例するものとする。
【０１００】
図１４を参照して説明したように、通信充填と主止弁の開弁を伴うシステム停止処理とを並行して行うと、充填中に必要充填量が増加してしまう（図７の例では、Δ６５ＭＰａからΔ７５ＭＰａへ増加する）。このため、通信充填の開始時に車両側からステーション側へ送信した初期タンクデータ信号に基づいて決定した充填流量（例えば、１０ＮＬ／ｍｉｎ）で充填し続けた場合、実際の満充填に達する前にタンクの温度がフェール温度上限を超えてしまい、通信充填が中断されるおそれがある。
【０１０１】
したがって、この必要充填量の増加分（Δ１０ＭＰａ）を、タンクの温度がフェール温度上限を超えることなく充填させるためには、充填中のタンクの温度上昇が緩やかになるように、当初の初期タンクデータ信号に基づいて定めた充填流量をより小さく変更する必要がある。図７に示す例では、充填流量を１０ＮＬ／ｍｉｎから８ＮＬ／ｍｉｎへ減少させることにより、充填中のタンクの温度上昇速度を低下させ、充填中にタンクの温度がフェール温度上限を超えることなく満充填にできる。このため、データ信号生成部６１１は、システム停止処理と通信充填とが並行して行われた場合、当初送信した初期タンクデータ信号に基づいてステーション側で設定された充填流量を変更して通信充填を再開させるため、通信充填中の所定の時期に、初期タンクデータを再び生成し、ステーション側へ送信する。
【０１０２】
ただし、初期タンクデータ信号を再送信する場合、この初期タンクデータ信号を、検出タンク温度及び検出タンク圧力に基づいて生成すると、ステーション側では、当初送信された初期タンクデータ信号の下で決定した充填流量と同じ充填流量に再設定される可能性が高い。このため、通信充填を再開する際に送信する初期タンクデータ信号は、検出タンク温度及び検出タンク圧力を補正して得られる補正タンク温度及び補正タンク圧力に基づいて生成する必要がある。
【０１０３】
図６に戻って、補正値演算部６１６は、通信充填の再開前より再開後の方が燃料ガスの充填流量が小さくなるように、検出タンク温度及び検出タンク圧力を補正し、補正タンク温度及び補正タンク圧力を算出する。以下、補正タンク温度及び補正タンク圧力を算出する手順について説明する。
【０１０４】
先ず、図２を参照して説明したように、ステーション側で把握されるフェール温度差は、タンクの温度が高くなるほど小さくなる。また、ステーションは、概ねフェール温度差に比例して充填流量を決定する。つまりステーションは、タンクの温度が高くなるほど充填流量を小さく設定する傾向がある。したがって補正値演算部６１６は、検出タンク温度に所定の正の補正値を加えたものを補正タンク温度とする。また、通信充填の再開時における水素タンクの状態と当初の水素タンクの状態とのずれは、必要充填量の増加分、すなわちシステム停止処理における水素流出量に比例して大きくなる。したがって、水素流出量が大きくなるほど、充填流量を小さくする必要がある。そこで、検出タンク温度に加算する正の補正値は、ＦＣＶ−ＥＣＵによって算出された水素流出量に比例して大きくなるように設定される。
【０１０５】
また、図２を参照して説明したように、ステーション側で把握される現水素残量は、タンクの圧力が高くなるほど増加する。また、現水素残量が増加すると、必要充填量は減少する。またステーションは、概ね必要充填量に反比例して充填流量を決定する。つまりステーションは、タンクの圧力が低くなるほど充填流量を小さく設定する傾向がある。したがって補正値演算部６１６は、検出タンク圧力に所定の負の補正値を加えたものを補正タンク圧力とする。また、この検出タンク圧力に加算される負の補正値は、補正タンク温度の場合と同様の理由により、ＦＣＶ−ＥＣＵによって算出された水素流出量に反比例して小さくなるように設定される。
【０１０６】
以上のように、検出タンク温度から増加側に補正された補正タンク温度と、検出タンク圧力から減少側に補正された補正タンク圧力と、に基づいて初期タンクデータ信号を生成することにより、システム停止中に水素タンクから流出した水素の量を考慮して、充填流量を小さくできる。
【０１０７】
ＦＣ−ＩＲ間通信部６２１は、通信線Ｌを介したＦＣ−ＩＲ間通信の通信充填ＥＣＵ６１側の処理を担う。上述のように、ＦＣＶ−ＥＣＵ１１側から通信充填ＥＣＵ６１側へは、システム停止処理の実行状態に関する情報を含むデータ信号や、システム停止処理中の水素流出量に関する情報を含むデータ信号等が送信される。また、通信充填ＥＣＵ６１側からＦＣＶ−ＥＣＵ１１側へは、検出タンク温度や検出タンク圧力等タンクの状態に関する情報を含むデータ信号が送信される。
【０１０８】
以下、図８〜図１０を参照して、通信充填の車両側及びステーション側での具体的な手順について説明する。
【０１０９】
図８は、通信充填の車両側の具体的な手順を示すフローチャートである。この図８に示す処理は、充填開始要求（例えば、リッドが開かれ、かつステーションの水素充填ノズルが水素充填口に差し込まれること）が生じたことを契機として、通信充填ＥＣＵによって実行される。
【０１１０】
始めに通信充填ＥＣＵは、現在、システム停止処理（主止弁の開弁を伴う停止時充電処理又はＥＧＲ停止処理）を実行しているか否かを判別する（Ｓ１１）。Ｓ１１の判別がＹＥＳである場合には、システム停止処理と通信充填とを並行して実行した状態であることを示す並行実施フラグをオンにし（Ｓ１２）、Ｓ１３へ移る。Ｓ１１の判別がＮＯである場合には、並行実施フラグをオフにしたまま、Ｓ１３へ移る。
【０１１１】
Ｓ１３では、通信充填ＥＣＵは、現在、すなわち通信充填を開始する直前の検出タンク温度及び検出タンク圧力に基づいて初期タンクデータ信号を生成し、Ｓ１４に移る。Ｓ１４では、通信充填ＥＣＵは、通信開始指令信号をステーション側へ送信し、Ｓ１５に移る。
【０１１２】
Ｓ１５では、通信充填ＥＣＵは、通信充填を開始又は再開するため、上記Ｓ１３又は後述のＳ２６において生成した初期タンクデータ信号をステーション側へ送信し、Ｓ１６に移る。後に図９を参照して説明するように、ステーションは、初期タンクデータ信号を受信したことを契機として充填流量を決定し、決定した充填流量に応じてオリフィス径を調整し、水素の供給を開始する。したがって、Ｓ１５以降、ステーション側から車両側へ水素が供給される。
【０１１３】
Ｓ１６では、通信充填ＥＣＵは、充填中タンクデータ信号をステーションへ送信し、Ｓ１７へ移る。
Ｓ１７では、通信充填ＥＣＵは、アボートが発生したか否か、すなわち実行中の通信充填を中断する必要があるか否かを判別する。より具体的には、上述のように検出タンク温度、検出タンク圧力、及び水素ＳＯＣが各々に対して予め設定されたフェール上限値を超えた場合には、通信充填を中断する必要があると判断する。Ｓ１７の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ１８に移り、アボート処理を実行し、実行中の通信充填を強制的に終了する。なお、このアボート処理では、通信充填ＥＣＵは、アボート信号をステーション側へ送信するとともに、充填遮断弁を適切なタイミングで閉じる。Ｓ１７の判別がＮＯである場合には、Ｓ１９へ移る。
【０１１４】
Ｓ１９では、通信充填ＥＣＵは、通信充填が適切に終了したか否かを判別する。より具体的には、例えば、ステーション側から通信充填が終了したことを示す信号を受信した場合や、ステーション側からの水素の供給が停止した場合に、通信充填ＥＣＵは、通信充填が適切に終了したと判断する。Ｓ１９の判別がＹＥＳである場合には、この処理を終了する。Ｓ１９の判別がＮＯである場合には、Ｓ２０へ移る。
【０１１５】
Ｓ２０では、通信充填ＥＣＵは、並行実施フラグがオンであるか否かを判別する。Ｓ２０の判別ＮＯである場合には、Ｓ２１以降の処理を行うことなくＳ１６に戻り、通信充填を継続する。この場合、通信充填が再開されることはない。Ｓ２０の判別がＹＥＳである場合には、通信充填を再開する時期を判断するため、Ｓ２１へ移る。
【０１１６】
Ｓ２１では、通信充填ＥＣＵは、前回のＳ２０の判断から今回のＳ２０の判断までの間に、システム停止処理が全て終了したか否かを判別する。より具体的には、Ｓ２１では、システム停止処理のうち最後に行われるＥＧＲ停止処理の保圧処理が終了したか否かを判別する。Ｓ２１の判別がＹＥＳである場合、すなわち通信充填を行っている間にシステム停止処理が終了した場合には、Ｓ２２へ移る。
【０１１７】
Ｓ２２では、通信充填ＥＣＵは、充填方法を通信充填から非通信充填に切り替えて充填を継続すべく、非通信切替指令信号をステーション側へ送信し、この処理を終了する。後に図９を参照して説明するように、ステーションは、この非通信充填への切り替えを指令する信号を受信したことを契機として、充填方法を非通信充填に切り替える。非通信充填ではステーション側で予め定められた充填流量の下で水素が充填されるため、非通信充填の下で水素を充填した場合、通信充填の下で水素を充填した場合よりも満充填にするためにかかる時間は長くなる。しかしながら、非通信充填に切り替えることにより、充填が中断される可能性を低くできるので、より確実に多くの水素を充填できる。
【０１１８】
Ｓ２１の判別がＮＯである場合には、Ｓ２３へ移る。Ｓ２３では、通信充填ＥＣＵは、前回のＳ２０の判断から今回のＳ２０の判断までの間に、システム停止処理を構成する複数の処理の１つが終了したか否かを判別する。ここで、システム停止処理を構成する複数の処理とは、より具体的には、停止時充電処理、ＥＧＲ停止処理の圧上げ処理、及びＥＧＲ停止処理のＥＧＲディスチャージ処理である。Ｓ２３の判別がＮＯである場合には、通信充填ＥＣＵは、通信充填を再開する時期ではないと判断し、Ｓ１６に戻り通信充填を継続する。
【０１１９】
Ｓ２３の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ２４へ移る。Ｓ２４では、通信充填ＥＣＵは、直前まで実行していたシステム停止処理の水素流出量を取得する。この水素流出量は、上述のようにＦＣＶ−ＥＣＵにおいて、燃料電池システムに設けられたセンサを利用して高い精度で算出される。またこの水素流出量は、満充填にするために当初の予定から追加して供給すべき水素の量に相当する。
【０１２０】
Ｓ２５では、通信充填ＥＣＵは、現在、すなわちシステム停止処理の一工程が終了した直後の検出タンク温度及び検出タンク圧力、並びに取得した水素流出量に基づいて、補正タンク温度及び補正タンク圧力を算出する。Ｓ２６では、通信充填ＥＣＵは、補正タンク温度及び補正タンク圧力に基づいて初期タンクデータ信号を生成し、Ｓ１５へ移る。そしてＳ１５では、通信充填ＥＣＵは、生成した初期タンクデータ信号を再びステーションへ送信し、充填流量を小さく変更し、通信充填を再開する。
【０１２１】
図９は、通信充填のステーション側の具体的な手順を示すフローチャートである。この図９に示す処理は、例えば、車両側から送信された通信開始指令信号を受信したことを契機としてステーションによって実行される。
【０１２２】
Ｓ３１では、ステーションは、車両側から送信される初期タンクデータ信号を受信したか否かを判別する。Ｓ３１の判別がＹＥＳの場合、Ｓ３２へ移る。Ｓ３２では、ステーションは、受信した初期タンクデータ信号に基づいて、例えば図２を参照して説明した手順に従って充填流量を決定し、可変オリフィスのオリフィス径を充填流量に応じて調整する。Ｓ３３では、ステーションは、水素の充填を開始又は再開する。Ｓ３１の判別がＮＯの場合、上記Ｓ３２〜Ｓ３３の処理をスキップし、Ｓ３４へ移る。
【０１２３】
Ｓ３４では、ステーションは、車両側からアボート信号を受信したか否かを判別する。Ｓ３４の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ３５へ移り、アボート処理を開始する。なお、このアボート処理では、ステーションは、水素の供給の停止し、停止が完了した場合には、供給が完了したことを示す信号を車両側へ送信する。Ｓ３４の判別がＮＯの場合、Ｓ３６へ移る。
【０１２４】
Ｓ３６では、ステーションは、車両側から非通信切替信号を受信したか否かを判別する。Ｓ３６の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ３７へ移り、実行中の通信充填を終了し、引き続き非通信充填を開始する。より具体的には、ステーションは、Ｓ３２において初期タンクデータ信号に基づいて定めた充填流量を、予め定められた非通信充填時の充填流量に変更し、この充填流量の下で水素の充填を継続する。Ｓ３６の判別がＮＯの場合、Ｓ３８へ移る。
【０１２５】
Ｓ３８では、ステーションは、通信充填中に車両側から送信される充填中タンクデータ信号に基づいて、水素ＳＯＣを算出する。この水素ＳＯＣは、充填中タンクデータ信号に含まれる検出タンク温度及び検出タンク圧力に基づいて、例えば理想気体の状態方程式を利用して算出される。Ｓ３９では、ステーションは、算出した水素ＳＯＣに基づいて、満充填に達したか否かを判別する。満充填に達したか否かは、例えば、算出した水素ＳＯＣが１００［％］以上となったか否かによって判断される。Ｓ３９の判別がＹＥＳの場合には、通信充填を終了する。Ｓ３９の判別がＮＯの場合には、引き続き通信充填を継続すべく、Ｓ３１へ移る。
【０１２６】
図１０は、システム停止処理を実行している間に通信充填を開始した場合における、通信充填を再開する時期、ステーション側で把握される必要充填量、及び充填流量の変化を示すタイムチャートである。
図１０では、時刻ｔ１０においてシステムの停止指令があった後、時刻ｔ１０から停止時充電処理を開始し、その後時刻ｔ１２において停止時充電処理が終了したことに伴いＥＧＲ停止処理を開始した場合を示す。
【０１２７】
停止時充電処理の実行中である時刻ｔ１１では、利用者によってリッドを開かれかつ充填ノズルが水素充填口に挿入されたことを契機として、通信充填開始要求が発生する。車両は、検出タンク温度及び検出タンク圧力に基づいて生成された初期タンクデータ信号をステーションへ送信する（図８のＳ１３〜Ｓ１５）。ステーションは、この初期タンクデータ信号に基づいて必要充填量を把握するとともに、充填流量を決定し、通信充填を開始する（図９のＳ３１〜Ｓ３３）。
【０１２８】
その後、時刻ｔ１２では、停止時充電処理が終了し、ＥＧＲ停止処理の圧上げ処理が開始する。この時、車両は、この停止時充電処理における水素タンクからの水素流出量を算出し、この水素流出量に基づいて補正タンク温度及び補正タンク圧力を算出し、これらに基づいて初期タンクデータ信号を再び生成し、ステーションへ送信する（図８のＳ２３〜Ｓ２６）。ステーションは、再び送信された初期タンクデータ信号から、必要充填量が増加したことを把握し、これに応じて充填流量を小さくし、通信充填を再開する（図９のＳ３１〜Ｓ３３）。
【０１２９】
その後、時刻ｔ１３では、ＥＧＲ停止処理の圧上げ処理終了し、時刻ｔ１４ではＥＧＲ停止処理のＥＧＲディスチャージ処理が終了する。これら時刻ｔ１３、ｔ１４においても車両は、初期タンクデータ信号を再びステーションへ送信する。ステーションは、再び送信された初期タンクデータ信号から、必要充填量が増加したことを把握し、さらに充填流量を小さくし、通信充填を再開する。
【０１３０】
その後、時刻ｔ１５では、ＥＧＲ停止処理の保圧処理が終了する。すなわち、システム停止処理が全て終了する。この時、車両は、非通信切替指令信号をステーションへ送信する（図８のＳ２１、Ｓ２２）。ステーションは、この指令に応じて充填方法を通信充填から非通信充填へ切り替えて、水素の充填を継続する（図９のＳ３６〜Ｓ３７）。そして、時刻ｔ１６では、所定の非通信充填終了条件が満たされたことに応じて、非通信充填が終了する。
【０１３１】
以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、上記実施形態では、水素ステーションは、一旦、初期タンクデータ信号に基づいて定めた充填流量を、その後初期タンクデータを再び受信しない限り、変化させない場合について説明したが、本発明はこれに限らない。水素ステーションには、通信充填中に充填流量を変化させるものもある。本発明は、このような水素ステーションと組み合わせてもよい。
【０１３２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、第１実施形態と同じ構成及び処理については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の水素充填システムは、上記第１実施形態の水素充填システムＳ（図１参照）と、水素ステーションの構成が異なる。第１実施形態の水素ステーションは、通信充填の終了時期を、通信充填中に車両から送信された充填中タンクデータ信号に基づいて算出した水素ＳＯＣに基づいて決定する。本実施形態の水素ステーションは、第１実施形態の水素ステーションと、通信充填の終了時期を判断する手順が主に異なる。
【０１３３】
図１１は、通信充填のステーション側の具体的な手順を示すフローチャートである。
Ｓ３１では、ステーションは、車両側から送信される初期タンクデータ信号を受信したか否かを判別する。Ｓ３１の判別がＹＥＳの場合、Ｓ４２へ移る。Ｓ４２では、ステーションは、受信した初期タンクデータ信号に基づいて、通信充填の充填態様を定めた充填プロトコルを設定する。この充填プロトコルとは、充填の開始から終了までの充填流量の変化態様（例えば、可変オリフィスの制御手順）を規定したものである。より具体的には、Ｓ４２では、ステーションは、受信した初期タンクデータ信号に基づいて、できるだけ速やかに満充填にできかつ途中で充填が中断されないように、適切な充填プロトコルを決定する。Ｓ４３では、ステーションは、決定した充填プロトコルに従って充填を開始又は再開する。
【０１３４】
その後、Ｓ４９では、ステーションは、充填プロトコルが終了したか否かを判別する。Ｓ４９の判別がＹＥＳである場合には、通信充填を終了する。Ｓ４９の判別がＮＯである場合には、通信充填を継続すべくＳ３１に戻る。
【０１３５】
以上のように、充填の開始から終了まで、開始時に定めた充填プロトコルに従って充填を行う水素ステーションに対しても、本発明は適用できる。すなわち、本実施形態の水素ステーションも、第１実施形態の水素ステーションと同様に、通信充填の開始時に車両側から送信された初期タンクデータ信号に基づいて、できるだけ速やかにかつ途中で中断されないように、その後の充填態様を決定する点では同じである。このため、システム停止処理と通信充填とを並行して行うと、当初定めた充填プロトコルと、水素が流出することにより増加した必要充填量の下で理想とされる充填プロトコルとで、第１実施形態と同様のずれが生じる。このため、車両側からは、図８を参照して説明した手順に従って、システム停止処理の一工程が終了するたびに初期タンクデータ信号を再び送信し、その都度充填プロトコルを新たに規定しなおすことにより、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【０１３６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、第１実施形態と同じ構成及び処理については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１２は、本実施形態に係る水素充填システムＳ´の構成を示す図である。
本実施形態の水素充填システムＳ´は、上記第１実施形態の水素充填システムＳ（図１参照）と、車両Ｖ´の構成が異なる。また、第１実施形態の水素充填システムＳは、初期タンクデータ信号を再送信することによって、充填流量を小さくした。これに対し本実施形態の水素充填システムＳ´は、車両Ｖ´が備える充填流量制御機構によって充填流量を小さくする点で、第１実施形態と異なる。
【０１３７】
燃料電池システム１´の水素導入管３１３には、そのオリフィス径を電磁的に調整できる充填流量制御装置としての可変オリフィス３１７´が設けられている。通信充填システム６´の通信充填ＥＣＵ６１´は、通信充填とシステム停止処理とを並行して行う場合、所定の時期に可変オリフィス３１７´のオリフィス径を調整することにより、充填流量を制御する。
【０１３８】
図１３は、通信充填の車両側の具体的な手順を示すフローチャートである。この図１３に示す処理は、充填開始要求が生じたことを契機として、通信充填ＥＣＵによって実行される。なお、この通信充填の開始時、車両に設けられた可変オリフィスのオリフィス径は、最大に設定される。したがって、通信充填を開始した直後は、初期タンクデータ信号に基づいてステーション側で設定された充填流量に従って水素が充填される。
【０１３９】
Ｓ２４では、通信充填ＥＣＵは、これまでに実行していたシステム停止処理の水素流出量を算出する。図７を参照して説明したように、通信充填中に水素タンクから水素が流出すると、必要充填量が増加する。この必要充填量の増加分を、タンクの温度がフェール温度上限を超えることなく充填させるためには、充填中のタンクの温度上昇が緩やかになるように、当初の初期タンクデータ信号に基づいてステーション側で定めた充填流量をより小さく変更する必要がある。この際、充填流量の減少分（図７の例では、２ＮＬ／ｍｉｎ）は、水素流出量に概ね比例して大きくなる。Ｓ５５では、通信充填ＥＣＵは、算出した水素流出量に基づいて充填流量の減少分を算出する。Ｓ５６では、通信充填ＥＣＵは、Ｓ５５で算出した分だけ充填流量が減少するように、可変オリフィスのオリフィス径を絞り、充填流量を小さくし、Ｓ１６へ移る。
【符号の説明】
【０１４０】
Ｖ、Ｖ´…燃料電池車両
Ｓ、Ｓ´…水素充填システム
１、１´…燃料電池システム
２…スタック（燃料電池）
３１…水素タンク（貯蔵容器）
３１２…主止弁（開閉弁）
３１７´…可変オリフィス（充填流量制御機構）
３２…水素供給管（燃料ガス供給路）
６、６´…通信システム
６１、６１´…通信充填ＥＣＵ
６２…タンク温度センサ（容器状態センサ、温度センサ）
６４…タンク圧力センサ（容器状態センサ、圧力センサ）
６６…赤外線送信器（送信器）
９…水素ステーション（燃料充填装置）
【図１】
2014192048.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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