(57)【要約】      （修正有）【課題】水素ガスを充填する場合に、余分なマージンを排除した充填速度で充填可能な方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様の水素ガス充填方法は、水素ガスを充填するタンクを搭載する、水素ガスを動力源とする自動車から充填開始前のタンクの温度を受信する工程と、予め設定された最大温度とタンクの温度との差分を演算する工程と、差分に依存する水素ガスの充填速度を演算する工程と、水素ガスが蓄圧された蓄圧器から計量機を介して、演算された充填速度でタンクに水素ガスを充填する工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図３
2019207007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを充填するタンクを搭載する、前記水素ガスを動力源とする自動車から充填開始前の前記タンクの温度を受信する工程と、
予め設定された最大温度と前記タンクの温度との差分を演算する工程と、
前記差分に依存する水素ガスの充填速度を演算する工程と、
水素ガスが蓄圧された蓄圧器から計量機を介して、演算された充填速度で前記タンクに水素ガスを充填する工程と、
を備えたことを特徴とする水素ガス充填方法。
【請求項２】
前記充填速度は、前記計量機を介して供給される水素ガスの供給温度に依存する前記差分と充填速度との関係式若しくは関係テーブルを用いて演算されることを特徴とする請求項１記載の水素ガス充填方法。
【請求項３】
前記関係式は、前記差分と充填速度との相関関係を２次以上の多項式で表わした近似式であることを特徴とする請求項１又は２記載の水素ガス充填方法。
【請求項４】
充填開始前の前記タンクの温度を受信する場合に、前記充填開始前の前記タンクの圧力も合わせて受信し、
前記充填速度は、前記充填開始前の前記タンクの圧力に依存することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の水素ガス充填方法。
【請求項５】
前記充填速度は、外気温度に依存することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の水素ガス充填方法。
【請求項６】
前記水素ガスは、前記計量器内に配置される冷却器により冷却され、
前記タンクへの前記水素ガスの充填を開始する際に前記冷却器への冷媒の循環を開始し、前記タンクへの前記水素ガスの充填終了と共に、前記冷媒の循環を停止することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の水素ガス充填方法。
【請求項７】
前記水素ガスは、前記計量器内に配置される冷却器により冷却され、
前記タンクへの前記水素ガスの充填を開始する際に前記冷却器への冷媒の循環量を増加し、前記タンクへの前記水素ガスの充填終了と共に、前記冷媒の循環量を低減することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の水素ガス充填方法。
【請求項８】
前記充填速度は、前記タンクへの前記水素ガスの充填中における水素ガスの供給温度に応じて変化させることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の水素ガス充填方法。
【請求項９】
水素ガスを充填するタンクを搭載する、前記水素ガスを動力源とする自動車から充填開始前の前記タンクの温度を受信する受信部と、
予め設定された最大温度と前記タンクの温度との差分を演算する差分演算部と、
前記差分に依存する水素ガスの充填速度を演算する充填速度演算部と、
水素ガスが蓄圧された蓄圧器と、
演算された充填速度で前記蓄圧器から前記タンクに水素ガスを充填する計量機と、
を備えたことを特徴とする水素ガス充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス充填方法及び水素ガス充填装置に関し、例えば、水素ステーションにおける水素ガスを動力源とする自動車への水素ガス充填方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃料として、従来のガソリンを始めとした燃料油の他に、近年、クリーンなエネルギー源として水素燃料が注目を浴びている。これに伴い、水素ガスを動力源とする燃料電池自動車（ＦＣＶ：Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）の開発が進められている。かかる燃料電池自動車（ＦＣＶ）を普及させるためには水素ガスを急速に充填することができる水素ステーションを拡充する必要がある。水素ステーションでは、水素ガスを急速にＦＣＶ車両に充填するために、圧縮機で高圧に圧縮された水素燃料を蓄圧する複数の蓄圧器による多段蓄圧器を配置する。そして、使用する蓄圧器を切り替えながらディスペンサ（計量器）を介して充填することで蓄圧器内の圧力とＦＣＶ車両の燃料タンクの圧力との差圧を大きく保ち、蓄圧器から燃料タンクへ差圧によって水素ガスを急速充填する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、水素ステーションにて水素ガスを充填する場合、水素ガスの供給温度が上がらないように十分過ぎるだけ冷やした水素ガスを使って、ＦＣＶ車両の燃料タンクの温度が高温にならないように実際の燃料タンクの温度上昇に対して予めマージンを大きくとったシミュレーションにより満充填になるまでの充填時間を推定する。そして、推定された充填時間に合わせた充填速度を決めている。そのため、決定される充填速度は、実際の水素ステーションで充填可能な能力に比べて遅く設定されるのが通常であった。よって、無駄な充填時間が必要とされていた。また、供給される水素ガスの供給温度が上がらないように、ディスペンサ内の冷却器（プレクーラー）には、冷凍機から常時、冷媒が供給され続け、水素ガスが例えば−４０℃に冷却されていた。よって、冷媒の循環に多くの電力量が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９７７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様は、水素ガスを充填する場合に、余分なマージンを排除した充填速度で充填可能な方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の水素ガス充填方法は、
水素ガスを充填するタンクを搭載する、水素ガスを動力源とする自動車から充填開始前のタンクの温度を受信する工程と、
予め設定された最大温度とタンクの温度との差分を演算する工程と、
差分に依存する水素ガスの充填速度を演算する工程と、
水素ガスが蓄圧された蓄圧器から計量機を介して、演算された充填速度でタンクに水素ガスを充填する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、充填速度は、計量機を介して供給される水素ガスの供給温度に依存する上述した差分と充填速度との関係式若しくは関係テーブルを用いて演算されると好適である。
【０００８】
また、関係式は、上述した差分と充填速度との相関関係を２次以上の多項式で表わした近似式であると好適である。
【０００９】
また、充填開始前のタンクの温度を受信する場合に、充填開始前のタンクの圧力も合わせて受信し、
充填速度は、充填開始前のタンクの圧力に依存すると好適である。
【００１０】
また、充填速度は、外気温度に依存すると好適である。
【００１１】
また、水素ガスは、計量器内に配置される冷却器により冷却され、
タンクへの水素ガスの充填を開始する際に冷却器への冷媒の循環を開始し、タンクへの水素ガスの充填終了と共に、冷媒の循環を停止すると好適である。
【００１２】
或いは、水素ガスは、計量器内に配置される冷却器により冷却され、
タンクへの水素ガスの充填を開始する際に冷却器への冷媒の循環量を増加し、タンクへの水素ガスの充填終了と共に、冷媒の循環量を低減すると好適である。
【００１３】
また、充填速度は、タンクへの水素ガスの充填中における水素ガスの供給温度に応じて変化させると好適である。
【００１４】
本発明の一態様の水素ガス充填装置は、
水素ガスを充填するタンクを搭載する、前記水素ガスを動力源とする自動車から充填開始前のタンクの温度を受信する受信部と、
予め設定された最大温度とタンクの温度との差分を演算する差分演算部と、
差分に依存する水素ガスの充填速度を演算する充填速度演算部と、
水素ガスが蓄圧された蓄圧器と、
演算された充填速度で蓄圧器からタンクに水素ガスを充填する計量機と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、水素ガスを充填する場合に、余分なマージンを排除した充填速度で充填できる。よって、充填時間を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１における水素ステーションの水素充填システムの構成を示す構成図の一例である。
【図２】実施の形態１における水素充填システム全体を制御する制御回路の内部構成の一例を示す構成図である。
【図３】実施の形態１における水素充填方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図４】実施の形態１における燃料タンクの温度上昇変化と充填速度との相関関係の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１における燃料タンクの温度上昇変化と充填速度との相関関係を２次多項式で近似した場合の２次多項式の係数表を説明するための図である。
【図６】実施の形態１における燃料タンクの温度上昇変化と充填速度との相関関係の他の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１における燃料タンクの温度上昇変化と充填速度との相関関係を３次多項式で近似した場合の３次多項式の係数表を説明するための図である。
【図８】実施の形態１における多段蓄圧器を用いて水素燃料の差圧充填を行う場合の充填の仕方を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における水素ステーションの水素充填システムの構成を示す構成図の一例である。図１において、水素充填システム５００は、水素ステーション１０２内に配置される。水素充填システム５００は、多段蓄圧器１０１、ディスペンサ（計量機）３０、圧縮機４０、冷凍機４２、及び制御回路１００を備えている。多段蓄圧器１０１は、使用下限圧力を多段にした複数の蓄圧器１０，１２，１４により構成される。図１の例では、３つの蓄圧器１０，１２，１４により多段蓄圧器１０１が構成される。図１の例では、例えば、蓄圧器１０が、使用下限圧力が低い１ｓｔバンクとして作用する。蓄圧器１２が、例えば、使用下限圧力が中間の２ｎｄバンクとして作用する。蓄圧器１４が、例えば、使用下限圧力が高い３ｒｄバンクとして作用する。但し、これに限るものではない。１ｓｔバンクから３ｒｄバンクに使用する各蓄圧器は、必要に応じて入れ替える。水素ステーション１０２内には、その他、図示しないカードル、中間蓄圧器、及び／或いは水素製造装置が配置される。また、水素ステーション１０２内には、水素ガスを充填して配送する図示しない水素トレーラーが到来する。
【００１８】
また、図１において、圧縮機４０の吸込側は、上述したカードル、中間蓄圧器、水素トレーラーの充填タンク、或いは水素製造装置と配管により接続される。
【００１９】
圧縮機４０の吐出側は、バルブ２１を介して蓄圧器１０と配管により接続される。同様に、圧縮機４０の吐出側は、バルブ２３を介して蓄圧器１２と配管により接続される。同様に、圧縮機４０の吐出側は、バルブ２５を介して蓄圧器１４と配管により接続される。
【００２０】
また、蓄圧器１０は、バルブ２２を介してディスペンサ３０と配管により接続される。また、蓄圧器１２は、バルブ２４を介してディスペンサ３０と配管により接続される。また、蓄圧器１４は、バルブ２６を介してディスペンサ３０と配管により接続される。このように、ディスペンサ３０が、多段蓄圧器１０１を構成する蓄圧器１０，１２，１４に共通に接続される。
【００２１】
図１において、ディスペンサ３０内には、遮断弁３６、流量調整弁３３、流量計３７、冷却器３２（プレクーラー）、遮断弁３８、緊急離脱カプラ４１、及び制御回路４３が配置され、ディスペンサ３０には、さらにディスペンサ３０外へと延びるノズル４４が配置される。ディスペンサ３０は、多段蓄圧器１０１から供給される水素ガス（水素燃料）を、遮断弁３６、流量調整弁３３、及び流量計３７を介して冷却器３２に送る。その際、多段蓄圧器１０１から供給される水素燃料の単位時間あたりの流量は、流量調整弁３３により制御されると共に、流量計３７により測定される。そして、冷却器３２により、例えば、−４０℃に冷却する。冷却された水素燃料は、遮断弁３８、緊急離脱カプラ４１、及びノズル４４を介して、ＦＣＶ車両２００に搭載された燃料タンク２０２に差圧を利用して充填される。また、冷却器３２には、冷凍機４２で冷却された冷媒が図示しない循環ポンプにより循環している。また、制御回路４３は、水素ステーション１０２に到来したＦＣＶ車両２００（水素燃料を動力源とする燃料電池自動車（ＦＣＶ））内の車載器２０４と通信可能に構成される。例えば、赤外線を用いて無線通信可能に構成される。また、制御回路４３は、水素充填システム５００全体を制御する制御回路１００に接続される。
【００２２】
また、図１における水素充填システム５００では、複数の圧力計が、多段蓄圧器１０１からディスペンサ３０の出口までの間の水素燃料の流路中に場所を異にして配置される。具体的には、蓄圧器１０内の圧力は、圧力計１１によって計測される。蓄圧器１２内の圧力は、圧力計１３によって計測される。蓄圧器１４内の圧力は、圧力計１５によって計測される。また、ディスペンサ３０内では、ディスペンサ３０に供給されるディスペンサ３０入口付近の圧力は、圧力計２７によって計測される。また、ディスペンサ３０出口付近の圧力は、圧力計２８によって計測される。図１の例では、圧力計２７は、冷却器３２の１次側に位置する遮断弁３６の上流側（１次側）の圧力を測定する。圧力計２８は、冷却器３２の２次側であって緊急離脱カプラ４１付近の圧力を測定する。各圧力計で測定される圧力データは、常時、或いは所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍ秒〜数秒）で制御回路１００に出力される。言い換えれば、制御回路１００は、各圧力計で測定される圧力を常時、或いは所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍ秒〜数秒）でモニタリングする。また、ＦＣＶ車両２００に搭載された燃料タンク２０２の圧力は、ＦＣＶ車両２００に搭載された圧力計２０６によって計測される。後述するように、ＦＣＶ車両２００に搭載された燃料タンク２０２の圧力は、車載器２０４と制御回路４３との通信が確立されている間、常時或いは所定のサンプリング間隔（例えば、１０ｍ秒〜数秒）で、モニタリングされる。
【００２３】
また、ディスペンサ３０内では、ＦＣＶ車両２００に供給されるディスペンサ３０出口付近の水素ガスの温度が温度計２９によって計測される。温度計２９は、冷却器３２の２次側であって、例えば緊急離脱カプラ４１付近の温度を測定する。また、ディスペンサ３０付近の外気温度が温度計３１によって計測される。各温度計で測定される温度データは、常時、或いは所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍ秒〜数１０秒）で制御回路１００に出力される。言い換えれば、制御回路１００は、各温度計で測定される温度を常時、或いは所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍ秒〜数１０秒）でモニタリングする。また、ＦＣＶ車両２００に搭載された燃料タンク２０２の温度は、ＦＣＶ車両２００に搭載された温度計２０７によって計測される。後述するように、ＦＣＶ車両２００に搭載された燃料タンク２０２の温度は、車載器２０４と制御回路４３との通信が確立されている間、常時或いは所定のサンプリング間隔（例えば、１０ｍ秒〜数秒）で、モニタリングされる。
【００２４】
カードル、中間蓄圧器、或いは水素トレーラーのタンク内に蓄圧された水素ガスは、制御回路１００により制御された図示しないそれぞれのレギュレータによって低圧（例えば、０．６ＭＰａ）に減圧された状態で、圧縮機４０の吸込側に供給される。同様に、水素製造装置で製造された水素ガスは、低圧（例えば、０．６ＭＰａ）の状態で圧縮機４０の吸込側に供給される。圧縮機４０は、制御回路１００による制御のもと、低圧で供給される水素ガスを圧縮しながら多段蓄圧器１０１の各蓄圧器１０，１２，１４に供給する。圧縮機４０は、多段蓄圧器１０１の各蓄圧器１０，１２，１４内が所定の高圧（例えば、８２ＭＰａ）になるまで圧縮する。言い換えれば、圧縮機４０は、吐出側の２次側圧力ＰＯＵＴが所定の高圧（例えば、８２ＭＰａ）になるまで圧縮する。圧縮機４０の吸込側に水素ガスを供給する相手が、カードル、中間蓄圧器、水素トレーラー、及び水素製造装置のいずれにするかは、制御回路１００が制御することによっていずれかに決定されればよい。同様に、圧縮機４０が水素ガスを供給する相手が蓄圧器１０，１２，１４のいずれにするかは、それぞれの配管上に配置された、対応するバルブ２１，２３，２５の開閉を制御回路１００が制御することによっていずれかに決定されればよい。或いは、２以上の蓄圧器に同時に供給するように制御しても良い。
【００２５】
なお、上述した例では、圧縮機４０の吸込側に水素ガスを供給する圧力ＰＩＮが所定の低圧（例えば、０．６ＭＰａ）に減圧制御されている場合を示したがこれに限るものではない。カードル、中間蓄圧器、或いは水素トレーラーに蓄圧された水素ガスの圧力を減圧せずに、或いは所定の低圧（例えば、０．６ＭＰａ）よりも高い圧力の状態で圧縮機４０の吸込側に与えて圧縮する場合であっても構わない。
【００２６】
多段蓄圧器１０１に蓄圧された水素ガスは、ディスペンサ３０内の冷却器３２によって冷却され、ディスペンサ３０から水素ステーション１０２内に到来したＦＣＶ車両２００に供給される。
【００２７】
図２は、実施の形態１における水素充填システム全体を制御する制御回路の内部構成の一例を示す構成図である。図２において、制御回路１００内には、通信制御回路５０、メモリ５１、受信部５２、外気温度受信部５３、終了圧演算部５４、タイマ５５、温度差演算部５６、充填速度演算部５７、システム制御部５８、判定部５９、復圧制御部６１、供給制御部６３、バンク圧力受信部６６、ディスペンサ情報受信部６７、出力部７４、モニタ７６、及び磁気ディスク装置等の記憶装置８０，８４，８６が配置される。復圧制御部６１は、バルブ制御部６０、及び圧縮機制御部６２を有する。供給制御部６３は、ディスペンサ制御部６４、バルブ制御部６５、及び冷凍機制御部６８を有する。受信部５２、外気温度受信部５３、終了圧演算部５４、タイマ５５、温度差演算部５６、充填速度演算部５７、システム制御部５８、判定部５９、復圧制御部６１（バルブ制御部６０、圧縮機制御部６２）、供給制御部６３（ディスペンサ制御部６４、バルブ制御部６５、及び冷凍機制御部６８）、バンク圧力受信部６６、ディスペンサ情報受信部６７、及び出力部７４、といった各「〜部」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。受信部５２、外気温度受信部５３、終了圧演算部５４、タイマ５５、温度差演算部５６、充填速度演算部５７、システム制御部５８、判定部５９、復圧制御部６１（バルブ制御部６０、圧縮機制御部６２）、供給制御部６３（ディスペンサ制御部６４、バルブ制御部６５、及び冷凍機制御部６８）、バンク圧力受信部６６、ディスペンサ情報受信部６７、及び出力部７４内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ５１に記憶される。
【００２８】
また、記憶装置８０内には、ＦＣＶ車両２００に搭載された燃料タンク２０２の圧力、温度、及び燃料タンク２０２の容積といったＦＣＶ情報と、ＦＣＶ情報に対応する水素ガスの残量と、燃料タンク２０２に充填すべき最終圧、及び最終温度といった充填情報との相関関係を示す変換テーブル８１が格納される。また、記憶装置８０内には、変換テーブル８１から得られる結果を補正する補正テーブル８３が格納される。
【００２９】
また、記憶装置８６内には、燃料タンク２０２の許容最大温度Ｔｍａｘと燃料タンク２０２の初期温度Ｔｉとの差分ΔＴと、充填速度Ｍとの関係式パラメータ８７が格納される。また、記憶装置８６内には、燃料タンク２０２の許容最大温度Ｔｍａｘと燃料タンク２０２の初期温度Ｔｉとの差分ΔＴと、充填速度Ｍとの関係テーブル８８が格納される。関係式パラメータ８７及び関係テーブル８８は、水素ガスの供給温度毎に作成される。また、関係式パラメータは、燃料タンク２０２の初期圧力Ｐａに依存して作成される。また、関係式パラメータは、外気温度Ｔ’に依存して作成される。図２の例では、関係式パラメータ８７及び関係テーブル８８の両方が格納される場合を示しているが、どちらか一方だけでも構わない。
【００３０】
また、バンク圧力受信部６６は、上述したように各圧力計１１，１３，１５で測定される圧力を常時、或いは所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍ秒〜数秒）で受信し、記憶装置８４に受信時刻と共に格納する。同様に、ディスペンサ情報受信部６７は、ディスペンサ３０内の各圧力計２７，２８で測定される圧力を常時、或いは所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍ秒〜数秒）で受信し、記憶装置８４に受信時刻と共に格納する。また、ディスペンサ情報受信部６７は、ディスペンサ３０内の温度計２９で測定される温度を常時、或いは所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍ秒〜数秒）で受信し、記憶装置８４に受信時刻と共に格納する。
【００３１】
上述したように、従来、水素ステーション１０２にて水素ガスを充填する場合、水素ガスの供給温度が上がらないように十分過ぎるだけ冷やした水素ガスを使って、ＦＣＶ車両２００の燃料タンク２０２の温度が高温にならないように実際の燃料タンク２０２の温度上昇に対して予めマージンを大きくとったシミュレーションにより満充填になるまでの充填時間を推定する。そして、推定された充填時間に合わせた充填速度を決めている。そのため、決定される充填速度は、実際の水素ステーション１０２で充填可能な能力に比べて遅く設定されるのが通常であった。そこで、実施の形態１では、水素ステーション１０２にて実際にＦＣＶ車両２００の燃料タンク２０２に水素ガスを充填した際のデータに基づいて、燃料タンク２０２の許容最大温度と燃料タンク２０２の初期温度との差分と、充填速度との相関関係を求めておき、かかる相関関係に沿って充填速度を決定する。以下、具体的に説明する。
【００３２】
図３は、実施の形態１における水素充填方法の要部工程を示すフローチャート図である。図３において、実施の形態１における水素充填方法は、ノズル接続工程（Ｓ１０２）と、冷凍機循環開始工程（Ｓ１０４）と、ＦＣＶ情報受信工程（Ｓ１０６）と、外気温度受信工程（Ｓ１０８）と、終了圧演算工程（Ｓ１１０）と、温度差演算工程（Ｓ１１２）と、充填速度演算工程（Ｓ１１４）と、水素充填工程（Ｓ１１６）と、判定工程（Ｓ１１８）と、水素供給温度入力工程（Ｓ１２０）と、冷凍機循環停止及び復圧継続工程（Ｓ１２２）と、いう一連の工程を実施する。
【００３３】
ノズル接続工程（Ｓ１０２）として、ＦＣＶ車両２００が水素ステーション１０２に到来すると、水素ステーション１０２の作業員或いはＦＣＶ車両２００のユーザが、ディスペンサ３０のノズル４４を、ＦＣＶ車両２００の燃料タンク２０２の受け口（レセプタクル）に接続（嵌合）し、固定する。ＦＣＶ車両２００が水素ステーション１０２内に到来し、ユーザ或いは水素ステーション１０２の作業員によってディスペンサ３０のノズル４４がＦＣＶ車両２００の燃料タンク２０２の受け口（レセプタクル）に接続、固定されると、車載器２０４と制御回路４３（中継器）との通信が確立される。
【００３４】
冷凍機循環開始工程（Ｓ１０４）として、車載器２０４と制御回路４３（中継器）との通信が確立されると、制御回路１００内の冷凍機制御部６８は、通信制御回路５０を介して冷凍機４２を制御して、冷凍機４２の循環ポンプを駆動する。これにより、冷凍機４２と冷却器３２との間での冷媒の循環を開始する。これにより、ディスペンサ３０内の冷却器３２によって水素ガスの冷却が開始される。上述したように、水素ガスは、ディスペンサ３０内に配置される冷却器３２により冷却されるが、実施の形態１では、燃料タンク２０２への水素ガスの充填を開始する際にディスペンサ３０内の冷却器３２によって水素ガスの冷却を開始し、後述するように、燃料タンク２０２への水素ガスの充填終了と共に、冷媒の循環を停止する。このように、従来、常時循環により常時駆動していた循環ポンプを水素ガスの充填が成されていない期間は停止させる。これにより、水素ガスの充填が成されていない期間に生じていた循環ポンプを駆動するための電力量の消費を低減できる。
【００３５】
ＦＣＶ情報受信工程（Ｓ１０６）として、受信部５２は、水素ガスを充填する燃料タンク２０２を搭載する、水素ガスを動力源とするＦＣＶ車両２００（燃料電池自動車：ＦＣＶ）から充填開始前の燃料タンク２０２の温度（初期温度）Ｔｉを受信する。また、受信部５２は、充填開始前の燃料タンク２０２の温度Ｔｉを受信する場合に、充填開始前の燃料タンク２０２の圧力（初期圧力）Ｐａも合わせて受信する。具体的には、受信部５２は、水素ガスを動力源とするＦＣＶ車両２００（燃料電池自動車（ＦＣＶ））に搭載された車載器２０４からＦＣＶ車両２００に搭載された燃料タンク２０２（水素貯蔵容器）に関するＦＣＶ情報を受信する。さらに具体的には以下のように動作する。車載器２０４と制御回路４３（中継器）との通信が確立されると、車載器２０４からは、燃料タンク２０２の現在の圧力、温度、及び燃料タンク２０２の容積といったＦＣＶ情報が、リアルタイムで出力（発信）される。ＦＣＶ情報は、制御回路４３を中継して、制御回路１００に送信される。制御回路１００内では、受信部５２が、通信制御回路５０を介してかかるＦＣＶ情報を受信する。ＦＣＶ情報は、車載器２０４と制御回路４３との通信が確立されている間、常時或いは所定のサンプリング間隔（例えば、１０ｍ秒〜数秒）で、モニタリングされる。受信されたＦＣＶ情報は、受信時刻の情報と共に、記憶装置８０に記憶される。
【００３６】
外気温度受信工程（Ｓ１０８）として、外気温度受信部５３は、通信制御回路５０を介して、温度計３１で測定された外気温度Ｔ’を受信する。受信された外気温度Ｔ’の情報は、受信時刻の情報と共に、記憶装置８０に記憶される。
【００３７】
終了圧演算工程（Ｓ１１０）として、終了圧演算部５４は、記憶装置８０から変換テーブル８１を読み出し、受信された燃料タンク２０２の受信初期時の圧力Ｐａ、温度Ｔｉ、燃料タンク２０２の容積Ｖ、及び外気温度Ｔ’に対応する最終圧ＰＦを演算し、予測する。また、終了圧演算部５４は、記憶装置８０から補正テーブル８３を読み出し、変換テーブル８１によって得られた数値を補正する。変換テーブル８１のデータだけでは、得られた結果に誤差が大きい場合に、実験或いはシミュレーション等により得られた結果に基づいて補正テーブル８３を設ければよい。演算された最終圧ＰＦは、システム制御部５８に出力される。
【００３８】
温度差演算工程（Ｓ１１２）として、温度差演算部５６は、予め設定された最大温度Ｔｍａｘと燃料タンク２０２の温度（初期温度）Ｔｉとの差分ΔＴ（＝Ｔｍａｘ−Ｔｉ）を演算する。燃料タンク２０２の許容される最大温度Ｔｍａｘとして、例えば８５℃が予め設定される。受信した充填前の燃料タンク２０２の温度（初期温度）Ｔｉが、例えば１５℃であったとすると、差分ΔＴ＝８５−１５＝７０℃と演算されることになる。
【００３９】
図４は、実施の形態１における燃料タンクの温度上昇変化と充填速度との相関関係の一例を示す図である。図４において、縦軸に、温度上昇変化として、予め設定された最大温度Ｔｍａｘと燃料タンク２０２の温度（初期温度）Ｔｉとの差分ΔＴ（℃）を示す。横軸に、充填速度Ｍ（ＭＰａ／ｍｉｎ）を示す。また、相関関係は、水素ガスの供給温度毎に作成される。さらに、相関関係は、燃料タンク２０２の充填開始前の圧力（初期圧力）Ｐａと外気温度Ｔ’に依存する。よって、相関関係は、燃料タンク２０２の初期圧力Ｐａと外気温度Ｔ’との組合せ毎、かつ水素ガスの供給温度毎に作成される。図４の例では、水素ガスの供給温度として、−２０℃、−２６℃、−３２℃、及び−３８℃について相関関係が示されている。かかる相関関係は、水素ステーション１０２において実際に水素ガスを充填した際のデータに基づいて作成する。よって、かかる相関関係には、従来のようなマージンが含まれていない。図４の例では、プロットされた関係を２次多項式で近似したグラフを示している。
【００４０】
図５は、実施の形態１における燃料タンクの温度上昇変化と充填速度との相関関係を２次多項式で近似した場合の２次多項式の係数表を説明するための図である。図５では、図４で説明した２次多項式の係数ａ，ｂ，ｃの値を水素ガスの供給温度毎に定義している。図５の例では、水素ガスの供給温度が、−２０℃、−２３℃、−２６℃、−２９℃、−３２℃、−３５℃、及び−３８℃について２次多項式の係数ａ，ｂ，ｃが定義される場合を示している。図４の相関式で示されていない水素ガスの供給温度については線形補間により求めればよい。また、実際に演算する際の水素ガスの供給温度が、定義されていない場合には、線形補間した値を用いればよい。燃料タンクの許容最大温度と初期温度の差分と充填速度との相関関係は、２次式に限るものではない。その他の次数の式で近似しても構わない。
【００４１】
図６は、実施の形態１における燃料タンクの温度上昇変化と充填速度との相関関係の他の一例を示す図である。図６において、縦軸に、温度上昇変化として、予め設定された最大温度Ｔｍａｘと燃料タンク２０２の温度（初期温度）Ｔｉとの差分ΔＴ（℃）を示す。横軸に、充填速度Ｍ（ＭＰａ／ｍｉｎ）を示す。また、相関関係は、図４に示した場合と同様、水素ガスの供給温度毎に作成される。さらに、相関関係は、図４に示した場合と同様、燃料タンク２０２の充填開始前の圧力（初期圧力）Ｐａと外気温度Ｔ’に依存する。よって、相関関係は、燃料タンク２０２の初期圧力Ｐａと外気温度Ｔ’との組合せ毎、かつ水素ガスの供給温度毎に作成される。図６の例では、水素ガスの供給温度として、−２３℃、−２９℃、及び−３５℃について相関関係が示されている。かかる相関関係は、水素ステーション１０２において実際に水素ガスを充填した際のデータに基づいて作成する。よって、かかる相関関係には、従来のようなマージンが含まれていない。図６の例では、プロットされた関係を３次多項式で近似したグラフを示している。
【００４２】
図７は、実施の形態１における燃料タンクの温度上昇変化と充填速度との相関関係を３次多項式で近似した場合の３次多項式の係数表を説明するための図である。図７では、図６で説明した３次多項式の係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値を水素ガスの供給温度毎に定義している。図７の例では、水素ガスの供給温度が、−２０℃、−２３℃、−２６℃、−２９℃、−３２℃、−３５℃、及び−３８℃について３次多項式の係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが定義される場合を示している。図６の相関式で示されていない水素ガスの供給温度については線形補間により求めればよい。また、実際に演算する際の水素ガスの供給温度が、定義されていない場合には、線形補間した値を用いればよい。
【００４３】
なお、図４〜図７では、燃料タンク２０２の温度上昇変化と充填速度との関係式について示しているが、かかる関係を係数表の代わりに、関係テーブルとして定義してもよい。関係テーブルについても、燃料タンク２０２の初期圧力Ｐａと外気温度Ｔ’との組合せ毎、かつ水素ガスの供給温度毎に作成されればよい。
【００４４】
充填速度演算工程（Ｓ１１４）として、充填速度演算部５７は、差分ΔＴに依存する水素ガスの充填速度Ｍを演算する。充填速度Ｍは、上述した、ディスペンサ３０を介して供給される水素ガスの供給温度に依存するタンクの温度上昇変化と充填速度との関係式若しくは関係テーブルを用いて演算される。具体的には、まず、燃料タンク２０２の初期圧力Ｐａと外気温度Ｔ’と予め設定された水素ガスの供給温度Ｔ”に相当する関係式の係数表或いは関係テーブルを記憶装置８６から読み出す。充填開始前の時点では、冷凍機４２から冷媒が冷却器３２に供給されていないので、水素ガスが十分に冷却されているとは限らない。そのため、水素ガスの供給温度の初期値Ｔ”を予め設定しておくと良い。例えば、初期値Ｔ”＝−２０℃と設定しておく。冷媒の循環が開始されると、短期間で水素ガスは冷却される。例えば、数１０秒で冷却される。よって、それまでは初期値Ｔ”で仮の充填速度を演算すればよい。そこで、充填速度演算部５７は、読み出した関係式の係数表或いは関係テーブルを参照して、演算された差分ΔＴに対応する充填速度Ｍを演算する。演算された充填速度Ｍは、システム制御部５８に出力される。
【００４５】
水素充填工程（Ｓ１１６）として、水素ガスが蓄圧された多段蓄圧器１０１（蓄圧器）からディスペンサ３０を介して、演算された充填速度Ｍで燃料タンク２０２に水素ガスを充填する。言い換えれば、ディスペンサ３０は、多段蓄圧器１０１（蓄圧器）から演算された充填速度Ｍで燃料タンク２０２に水素ガスを充填する。
【００４６】
図８は、実施の形態１における多段蓄圧器を用いて水素燃料の差圧充填を行う場合の充填の仕方を説明するための図である。図８において縦軸は圧力を示し、横軸は時間を示す。ＦＣＶ車両２００に水素燃料の差圧充填を行う場合、通常、予め、多段蓄圧器１０１の各蓄圧器１０，１２，１４は、同じ圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）に蓄圧されている。一方、水素ステーション１０２に到来したＦＣＶ車両２００の燃料タンク２０２は圧力Ｐａになっている。かかる状態からＦＣＶ車両２００の燃料タンク２０２に充填を開始する場合について説明する。
【００４７】
まず、１ｓｔバンクとなる例えば蓄圧器１０から燃料タンク２０２に充填を開始する。具体的には、以下のように動作する。供給制御部６３は、システム制御部５８による制御のもと、供給部１０６を制御して、ＦＣＶ車両２００の燃料タンク２０２に蓄圧器１０から水素燃料を供給させる。具体的には、システム制御部５８は、ディスペンサ制御部６４、及びバルブ制御部６５を制御する。ディスペンサ制御部６４は、通信制御回路５０を介してディスペンサ３０の制御回路４３と通信し、ディスペンサ３０の動作を制御する。具体的には、まず、制御回路４３は、ディスペンサ３０内の流量調整弁の開度を演算された充填速度Ｍになるように調整する。次に、制御回路４３は、ディスペンサ３０内の遮断弁３６，３８を開にする。そして、バルブ制御部６５は、通信制御回路５０を介して、バルブ２２，２４，２６に制御信号を出力し、各バルブの開閉を制御する。具体的には、バルブ２２を開にして、バルブ２４，２６を閉に維持する。これにより、蓄圧器１０から燃料タンク２０２に水素燃料が供給される。蓄圧器１０と燃料タンク２０２との差圧によって蓄圧器１０内に蓄圧された水素燃料は燃料タンク２０２側へと調整された充填速度で移動し、燃料タンク２０２の圧力は点線Ｐｔに示すように徐々に上昇していく。それに伴い、蓄圧器１０の圧力（「１ｓｔ」で示すグラフ）は徐々に減少する。そして、１ｓｔバンクの使用下限圧力を割った、充填開始から時間Ｔ１が経過した時点で、蓄圧器１０から２ｎｄバンクとなる例えば蓄圧器１２に使用する蓄圧器が切り替えられる。具体的には、バルブ制御部６５は、通信制御回路５０を介して、バルブ２２，２４，２６に制御信号を出力し、各バルブの開閉を制御する。具体的には、バルブ２４を開にして、バルブ２２を閉し、バルブ２６を閉に維持する。これにより、蓄圧器１２と燃料タンク２０２との差圧が大きくなるため、充填速度が速い状態を維持できる。
【００４８】
そして、２ｎｄバンクとなる例えば蓄圧器１２と燃料タンク２０２との差圧によって蓄圧器１２内に蓄圧された水素燃料は燃料タンク２０２側へと、同じく調整された充填速度で移動し、燃料タンク２０２の圧力は点線Ｐｔに示すように徐々にさらに上昇していく。それに伴い、蓄圧器１２の圧力（「２ｎｄ」で示すグラフ）は徐々に減少する。そして、２ｎｄバンクの使用下限圧力を割った、充填開始から時間Ｔ２が経過した時点で、蓄圧器１２から３ｒｄバンクとなる例えば蓄圧器１４に使用する蓄圧器が切り替えられる。具体的には、バルブ制御部６５は、通信制御回路５０を介して、バルブ２２，２４，２６に制御信号を出力し、各バルブの開閉を制御する。具体的には、バルブ２６を開にして、バルブ２４を閉し、バルブ２２を閉に維持する。これにより、蓄圧器１４と燃料タンク２０２との差圧が大きくなるため、充填速度が速い状態を維持できる。
【００４９】
そして、３ｒｄバンクとなる例えば蓄圧器１４と燃料タンク２０２との差圧によって蓄圧器１４内に蓄圧された水素燃料は燃料タンク２０２側へと調整された充填速度で移動し、燃料タンク２０２の圧力は点線Ｐｔに示すように徐々にさらに上昇していく。それに伴い、蓄圧器１４の圧力（「３ｒｄ」で示すグラフ）は徐々に減少する。そして、３ｒｄバンクとなる蓄圧器１４によって燃料タンク２０２の圧力が演算された最終圧ＰＦ（例えば６５〜８１ＭＰａ）になるまで充填する。
【００５０】
以上のように、１ｓｔバンクから順に水素ガスを燃料タンク２０２に充填していくことになる。演算された充填速度Ｍで充填する限り、燃料タンク２０２の温度は、燃料タンク２０２の温度（初期温度）Ｔｉから上昇しても最大温度Ｔｍａｘまでしか上昇しないことになる。言い換えれば、演算された充填速度Ｍで充填する限り、燃料タンク２０２の温度が最大温度Ｔｍａｘを超えることはない。但し、かかる関係は、水素ガスの供給温度が変化しなければ成り立つ。なお、外気温度については、数分程度の充填期間中の変化は誤差程度とみなして構わない。そこで、定期的に、充填速度Ｍを見直す。
【００５１】
判定工程（Ｓ１１８）として、判定部５９は、充填が終了したかどうかを判定する。具体的には、判定部５９は、タイマ５５に設定された時間が経過するごとに、燃料タンク２０２の圧力が演算された最終圧ＰＦに到達したかどうかを判定する。充填が終了した場合には、冷凍機循環停止工程（Ｓ１２２）及び復圧工程（Ｓ１２４）に進む。まだ充填が終了していない場合には、水素供給温度入力工程（Ｓ１２０）に進む。タイマ５５に設定される時間は、充填開始直後の１回目は数１０秒（例えば３０秒）、２回目以降は、数秒（例えば５秒）に設定される。実施の形態１では、水素ガスの充填を行うたびに冷凍機４２から冷媒を冷却器３２に循環させるので、充填開始時の水素ガスの冷却が不十分である可能性がある。そのため、１回目は、冷却器３２による水素ガスの冷却にかかる時間を想定して２回目以降よりも長く設定すると好適である。
【００５２】
水素供給温度入力工程（Ｓ１２０）として、充填速度演算部５７は、現在の水素供給温度を入力する。具体的には、記憶装置８４に格納される温度計２９による測定された最新の温度を最新の水素供給温度として入力する。そして、充填速度演算工程（Ｓ１１４）に戻り、充填が終了するまで充填速度演算工程（Ｓ１１４）から水素供給温度入力工程（Ｓ１２０）までを繰り返す。
【００５３】
充填速度演算工程（Ｓ１１４）では、充填速度演算部５７は、最新の水素供給温度と、既に測定された外気温度Ｔ’と、既に得られている燃料タンク２０２の初期圧力Ｐａとに相当する関係式の係数表或いは関係テーブルを記憶装置８６から読み出す。そして、充填速度演算部５７は、読み出した関係式の係数表或いは関係テーブルを参照して、改めて、既に演算された差分ΔＴに対応する充填速度Ｍを演算する。ここでは、水素供給温度だけを変えるだけで他のパラメータは変えないで用いる。そして、演算された充填速度Ｍは、システム制御部５８に出力される。そして、充填速度Ｍが演算されるたびに、改めて演算された充填速度Ｍになるように流量調整弁３３の開度が再調整される。そして、充填速度Ｍが演算されるたびに、再調整された充填速度Ｍで水素ガスの充填動作が継続されることになる。
【００５４】
冷凍機循環停止及び復圧継続工程（Ｓ１２２）として、冷凍機制御部６８は、充填が終了すると、通信制御回路５０を介して冷凍機４２を制御して、冷凍機４２の循環ポンプを停止する。これにより、冷凍機４２と冷却器３２との間での冷媒の循環を停止させる。これにより、ディスペンサ３０内の冷却器３２によって水素ガスの冷却が停止或いは冷却速度が低下する。実施の形態１では、実際の水素供給温度、実際の外気温度、及び実際の初期圧力に依存する実際の温度差ΔＴに応じた充填速度Ｍを用いているので、水素供給温度の変化に対応できる。よって、常時、冷却器３２で水素ガスを過分に冷却する必要を無くすことができる。よって、従来、常時循環により常時駆動していた循環ポンプを水素ガスの充填が成されていない期間は停止させることができる。これにより、水素ガスの充填が成されていない期間に生じていた循環ポンプを駆動するための電力を低減できる。
【００５５】
なお、上述した例では、燃料タンク２０２への水素ガスの充填を開始する際にディスペンサ３０内の冷却器３２によって水素ガスの冷却を開始し、燃料タンク２０２への水素ガスの充填終了と共に、冷媒の循環を停止する場合について説明したが、これに限るものではない。燃料タンク２０２への水素ガスの充填を開始する際に冷却器３２への冷媒の循環量を増加し、燃料タンク２０２への水素ガスの充填終了と共に、冷媒の循環量を低減するように構成しても良い。かかる構成でも循環ポンプを駆動するための電力を低減できる。
【００５６】
また、復圧機構１０４は、各蓄圧器１０，１２，１４を復圧する。圧縮機４０、及びバルブ２１，２３，２５等が復圧機構１０４を構成する。まず、システム制御部５８は、図示しないカードル、中間蓄圧器、水素トレーラー、或いは水素製造装置の中から圧縮機４０の吸込側につなぐ水素燃料の供給元を選択する。そして、復圧制御部６１は、システム制御部５８による制御のもと、復圧機構１０４を制御して、各蓄圧器１０，１２，１４を復圧させる。具体的には、以下のように動作する。ＦＣＶ車両２００の燃料タンク２０２への充填に使用する各バンクの蓄圧器は、充填中に復圧も行われていても良い。しかしながら、規定の圧力まで復圧する時間が足りないため、充填後も復圧を行わなくてはならない。１ｓｔバンク、２ｎｄバンク、３ｒｄバンクの順で切り替わるので、まず、１ｓｔバンクとなる蓄圧器１０を復圧する。バルブ制御部６０は、バルブ２１，２３，２５が閉じた状態から、バルブ２１を開にする。
【００５７】
そして、圧縮機制御部６２は、圧縮機４０を駆動して、水素燃料の供給元からの低圧（例えば０．６ＭＰａ）の水素燃料を圧縮しながら送り出し、蓄圧器１０の圧力が所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）になるまで蓄圧器１０に水素燃料を充填することで蓄圧器１０を復圧する。
【００５８】
次に、バルブ制御部６０は、バルブ２１を閉じて、代わりにバルブ２３を開にする。
【００５９】
そして、圧縮機制御部６２は、圧縮機４０を駆動して、低圧（例えば０．６ＭＰａ）の水素燃料を圧縮しながら送り出し、蓄圧器１２の圧力が所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）になるまで蓄圧器１２に水素燃料を充填することで蓄圧器１２を復圧する。
【００６０】
次に、バルブ制御部６０は、バルブ２３を閉じて、代わりにバルブ２５を開にする。
【００６１】
そして、圧縮機制御部６２は、圧縮機４０を駆動して、低圧（例えば０．６ＭＰａ）の水素燃料を圧縮しながら送り出し、蓄圧器１４の圧力が所定の圧力Ｐ０（例えば、８２ＭＰａ）になるまで蓄圧器１４に水素燃料を充填することで蓄圧器１４を復圧する。
【００６２】
以上により、次のＦＣＶ車両２００が水素ステーション１０２に到来しても、同様に、水素燃料の供給が可能となる。
【００６３】
以上のように、実施の形態１によれば、水素ガスを充填する場合に、余分なマージンを排除した充填速度Ｍで充填できる。よって、充填時間を短くできる。また、循環ポンプを水素ガスの充填が成されていない期間は停止させる。これにより、水素ガスの充填が成されていない期間に生じていた循環ポンプを駆動するための電力を低減できる。
【００６４】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した例では、ＦＣＶ車両１台分の水素燃料の充填に、３つの蓄圧器１０，１２，１４による多段蓄圧器１０１を用いた場合を示したが、これに限るものではない。蓄圧器１０，１２，１４の容積等に応じて、１台分の充填にさらに多くの蓄圧器を用いる場合もあり得る。或いは、逆に１台分の充填に２つの蓄圧器で賄える場合もあり得る。
【００６５】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
【００６６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての水素ガス充填方法及び水素ガス充填装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６７】
１０，１２，１４  蓄圧器
１１，１３，１５，２７，２８  圧力計
２１，２２，２３，２４，２５，２６  バルブ
２９  温度計
３０  ディスペンサ
３１  温度計
３２  冷却器
３３  流量調整弁
３６  遮断弁
３７  流量計
３８  遮断弁
４０  圧縮機
４１  緊急離脱カプラ
４２  冷凍機
４３  制御回路
５０  通信制御回路
５１  メモリ
５２  受信部
５３  外気温度受信部
５４  終了圧演算部
５５  タイマ
５６  温度差演算部
５７  充填速度演算部
５８  システム制御部
５９  判定部
６０，６５  バルブ制御部
６１  復圧制御部
６２  圧縮機制御部
６３  供給制御部
６４  ディスペンサ制御部
６６  バンク圧力受信部
６７  ディスペンサ情報受信部
６８  冷凍機制御部
７４  出力部
８０，８４，８６  記憶装置
８１  変換テーブル
８３  補正テーブル
８６  関係式パラメータ
８８  関係テーブル
１００  制御回路
１０１  多段蓄圧器
１０２  水素ステーション
１０４  復圧機構
１０６  供給部
２００  ＦＣＶ車両
２０２  燃料タンク
２０４  車載器
２０６  圧力計
２０７  温度計
５００  水素充填システム
【図１】
2019207007.tif 000003
【図２】
2019207007.tif 000004
【図３】
2019207007.tif 000005
【図４】
2019207007.tif 000006
【図５】
2019207007.tif 000007
【図６】
2019207007.tif 000008
【図７】
2019207007.tif 000009
【図８】
2019207007.tif 000010