(57)【要約】【課題】水素タンクを備えた燃料電池車において、水素充填装置との通信による電力の浪費を防止する。【解決手段】本明細書が開示する燃料電池車は、水素タンクと、水素充填口と、水素導入管と、充填口側逆止弁と、送信器と、圧力センサと、制御器を備える。圧力センサは、水素導入管における水素充填口と充填口側逆止弁との間の圧力を計測する。送信器は、圧力センサによって計測された圧力の値を水素充填装置に送信する。制御器は、送信器が計測圧力を送信している間に、計測圧力が所定の閾値圧力を下回ったら送信器による計測圧力の送信を停止させる。この燃料電池車は水素ガスの供給が終了すると直ちに圧力データの送信を終了するので、無駄な送信による電力の浪費が抑えられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素充填装置から水素ガスの補給を受け入れ可能に構成されている燃料電池車であって、
水素ガスを貯蔵する水素タンクと、
前記水素充填装置と接続可能に構成されている水素充填口と、
前記水素充填口から前記水素タンクへと水素ガスを導く水素導入管と、
前記水素導入管に設けられており、前記水素充填口への水素ガスの逆流を防止する充填口側逆止弁と、
前記水素導入管における前記水素充填口と前記充填口側逆止弁との間の圧力を計測する圧力センサと、
前記圧力センサによって計測された圧力を前記水素充填装置に送信する送信器と、
前記送信器が前記圧力を送信している間に、計測された前記圧力が所定の閾値圧力を下回ったら前記送信器による前記圧力の送信を停止させる制御器と、
を備える燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、水素タンクを搭載している燃料電池車に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車は、水素ステーションに設置された水素充填装置から水素ガスの補給を受け入れ可能に構成されている。例えば、特許文献１に、そのような燃料電池車が開示されている。燃料電池車は、水素ガスを貯蔵する水素タンクと、水素充填装置の充填ノズルと接続可能に構成された水素充填口と、水素充填口から水素タンクへと水素ガスを導入する水素導入管とを備えている。水素導入管の水素充填口側には、水素充填口への水素ガスの逆流を防止する充填口側逆止弁が設けられている。さらに、水素導入管には、水素導入管の内部の圧力を計測する圧力センサが設けられている。水素タンク内の水素ガスの量が増えるに従って、水素ガスをさらに水素タンクへ充填するのに必要な圧力も高まる。即ち、水素タンクの水素ガスの充填量は、圧力センサが計測する圧力（計測圧力）から求めることできる。なお、水素ガスの充填量は、正確にはガス圧力とガス温度に依存するが、本明細書では、温度の影響は無視するものとする。
【０００３】
特許文献１が開示する燃料電池車は、計測圧力を水素充填装置に送信する送信器を備えている。ステーションは、受信した計測圧力に基づいて水素タンク内の水素ガスの充填量を推定する。水素充填装置は、水素ガスの充填量が所定の閾値を超えると水素ガスの供給を停止する。即ち、水素充填装置は、計測圧力が所定の上限圧力を超えたら水素ガスの供給を停止する。なお、特許文献１に開示されている燃料電池車では、圧力センサは、充填口側逆止弁よりも水素タンク側に設けられている。
【０００４】
また、特許文献１に開示された技術では、燃料電池車は、水素充填装置から情報を受けるようには構成されていない。即ち、燃料電池車は、水素ガスの供給終了を知らせる情報を水素充填装置から受けることがない。燃料電池車は、水素充填口を覆う充填口リッド（ふた）の開閉を検知する開閉センサを備えており、充填口リッドが閉じられると、水素ガスの充填終了と判断し、送信器を停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１９２０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、水素ガスの充填中にユーザがその場を離れた場合、充填が終了しているにも関わらず水素充填装置の充填ノズルが水素充填口に接続されたままになる。充填口リッドが開かれたままなので、通信器は計測圧力の送信を続けている。水素ガスの充填が終了したにも関わらず通信を継続しているのは、電力の浪費である。充填口リッドの開閉検知によらずに、水素ガスの充填が終了したら速やかに通信を停止する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する燃料電池車は、水素充填装置から水素ガスの補給を受け入れ可能に構成されている。この燃料電池車は、水素タンクと、水素充填口と、水素導入管と、充填口側逆止弁と、圧力センサと、送信器と、制御器を備えている。水素タンクは、水素ガスを貯蔵する。水素充填口は、水素充填装置と接続可能に構成されている。水素導入管は、水素充填口から水素タンクへと水素ガスを導く管である。充填口側逆止弁は、水素導入管に設けられており、水素充填口への水素ガスの逆流を防止する。圧力センサは、水素導入管における水素充填口と充填口側逆止弁との間の圧力を計測する。送信器は、圧力センサによって計測された圧力（計測圧力）を水素充填装置に送信する。制御器は、送信器が計測圧力を送信している間に、計測圧力が所定の閾値圧力を下回ったら送信器による計測圧力の送信を停止させる。ここで、「所定の閾値圧力」は、大気圧よりも少し高い値に設定されている。水素充填装置は、計測圧力が所定の上限圧力を超えると満充填と判断して水素ガスの供給を停止する。そうすると、水素導入管の充填口側逆止弁よりも水素充填口側では圧力が大気圧まで低下する。計測圧力も大気圧まで下がる。即ち、水素ガスの充填が開始されてから計測圧力が大気圧よりも少し高い閾値圧力を下回ったときが、水素ガスの供給が停止したときとなる。制御器は、圧力センサの計測値に基づいて水素ガスの供給停止を検知して通信を停止させる。それゆえ、無駄な通信による電力の浪費を防止することができる。
【０００８】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池車の構成を示す説明図である。
【図２】制御器が実行する充填制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、燃料電池車１０の構成を示す説明図である。燃料電池車１０は、燃料電池１００と、回転電機２００と、蓄電池３００と、水素タンク４００を備える。燃料電池１００は、水素タンク４００の水素ガスを用いて電力を生成する。回転電機２００は、燃料電池車１０の駆動輪（不図示）を駆動する動力を生成する電動機として動作する。回転電機２００は、回生電力を生成する発電機としても動作する。蓄電池３００は、燃料電池１００の余剰電力、および、回転電機２００による回生電力を蓄える。蓄電池３００は、燃料電池１００の起動前の電源として用いられる。水素タンク４００は、水素ガスを貯蔵する。燃料電池車１０は、２個の水素タンク４００を備えている。
【００１１】
燃料電池車１０は、水素ステーションに設置された水素充填装置９００から水素ガスの補給を受け入れ可能に構成されている。水素充填装置９００は、燃料電池車１０に接続可能な充填ノズル９１０を備えている。水素充填装置９００は、充填ノズル９１０を介して燃料電池車１０の水素タンク４００に水素ガスを充填する。
【００１２】
燃料電池車１０は、充填口リッド５０２と、水素充填口５１０と、水素導入管５２０と、水素供給管５３０と、赤外線送信器５５０と、制御器６００を備えている。燃料電池車１０は、水素導入管５２０に付随する構成として、圧力センサ５２２と、充填口側逆止弁５２４と、タンク側逆止弁５２６とを備えている。燃料電池両１０は、水素供給管５３０に付随する構成として、水素供給バルブ５３２と、圧力センサ５３４とを備えている。
【００１３】
燃料電池車１０の充填口リッド５０２は、水素充填口５１０を覆う蓋である。充填口リッド５０２は、手動によって開閉可能である。充填口リッド５０２を開放状態とすることによって、水素充填口５１０への充填ノズル９１０の接続が可能となる。
【００１４】
燃料電池車１０の水素充填口５１０は、水素充填装置９００と接続可能に構成されている。水素充填口５１０は、水素導入管５２０の端部に相当する。水素充填口５１０は、水素充填装置９００の充填ノズル９１０に嵌合する形状を成している。水素充填口５１０を介して、充填ノズル９１０から水素タンク４００へ水素ガスが供給される。
【００１５】
燃料電池車１０の水素導入管５２０は、水素充填口５１０から水素タンク４００へと水素ガスを導く管である。水素導入管５２０は、２個の水素タンク４００へと分岐する。圧力センサ５２２は、水素導入管５２０における水素充填口５１０と充填口側逆止弁５２４との間で管内の圧力Ｐａ（水素ガスの圧力）を計測する。圧力センサ５２２は、圧力Ｐａの値を示す計測信号を制御器６００に出力する。充填口側逆止弁５２４は、水素充填口５１０への水素ガスの逆流を防止する。タンク側逆止弁５２６は、水素タンク４００から水素導入管５２０への水素ガスの逆流を防止する。水素導入管５２０には、２個の水素タンク４００の夫々に対応して２個のタンク側逆止弁５２６が設けられている。
【００１６】
燃料電池車１０の水素供給管５３０は、水素タンク４００から燃料電池１００へと水素ガスを導く管である。水素供給バルブ５３２は、水素タンク４００から燃料電池１００への水素ガスの供給量を調整する。水素供給管５３０には、２個の水素タンク４００の夫々に対応して２個の水素供給バルブ５３２が設けられている。圧力センサ５３４は、水素供給管５３０の水素供給バルブ５３２と燃料電池１００との間で管内の圧力Ｐｂ（水素ガスの圧力）を計測する。圧力センサ５３４は、圧力Ｐｂの値を示す計測信号を制御器６００に出力する。
【００１７】
水素ガスの充填時には、水素供給バルブ５３２は閉じられており、燃料電池１００は停止している。燃料電池１００を起動するときに、制御器６００は、水素供給バルブ５３２を開き、燃料電池１００に水素ガスを供給する。なお、燃料電池１００の起動前は、制御器６００ほかの電子デバイスは、蓄電池３００の電力によって動作する。制御器６００は、圧力センサ５３４が計測する圧力Ｐｂに基づいて、燃料電池１００に供給される水素ガスの量が適量となるように水素供給バルブ５３２の開度を調整する。
【００１８】
燃料電池車１０の赤外線送信器５５０は、赤外線通信によって水素充填装置９００に情報を送信する送信機である。充填ノズル９１０には赤外線受信器が設けられており、赤外線送信器５５０は、充填ノズル９１０を通じて水素充填装置９００に情報を送信する。赤外線送信器５５０は、水素充填口５１０の近傍に配置され、充填口リッド５０２によって水素充填口５１０と共に覆われる。赤外線送信器５５０は、蓄電池３００から供給される電力で動作する。赤外線送信器５５０は、制御器６００の指示に基づいて、水素タンク４００の充填状態を示す情報を送信する。水素タンク４００の充填状態を示す情報は、圧力センサ５２２、５３４によって計測される計測圧力（圧力Ｐａ、Ｐｂ）と、水素タンク４００に備えられている温度センサ（不図示）によって計測される水素タンク４００の内部の温度（計測温度）を含む。
【００１９】
燃料電池車１０の制御器６００は、燃料電池車１０の各部（例えば、水素供給バルブ５３２、赤外線送信器５５０など）を制御する。制御器６００は、圧力センサ５２２および圧力センサ５３４からそれぞれ圧力の計測信号を受信する。制御器６００は、水素充填装置９００から水素ガスの補給を受ける際に、水素ガスの充填処理を実行する。
【００２０】
充填装置９００から水素タンク４００に水素ガスを充填する処理について説明する。充填口リッド５０２には、その開閉を検知する開閉センサ（不図示）が設けられている。開閉センサの情報は、制御器６００に送られる。制御器６００は、充填口リッド５０２が開いたことを検知すると、赤外線送信器５５０を制御し、水素タンク４００の充填状態を示す情報（計測圧力Ｐａ／Ｐｂと計測温度を含む）の送信を開始する。充填ノズル９１０が水素充填口５１０に接続されると、赤外線送信器５５０から送信された情報は、充填ノズル９１０に設けられている赤外線受信器を介して水素充填装置９００に送られる。水素充填装置９００は、計測圧力Ｐａ／Ｐｂと計測温度を含む情報に基づいて、供給する水素ガスの圧力を調整する。なお、詳しくは後述するが、赤外線送信器５５０は、送信開始の初期には圧力Ｐｂを送信し、所定の条件が成立した後は圧力Ｐａを送信する。
【００２１】
良く知られているように、ガスの体積と、ガス温度及びガス圧力の間には一意の関係が成立する。即ち、水素タンク４００の内部圧力及び内部温度と、水素ガスの充填量の間には、一意の関係が成立する。水素充填装置９００は、計測圧力Ｐａと計測温度が、満充填のときの水素ガスに相当する値になるまで、水素ガスを供給する。ここで、水素ガスの満充填のときの圧力を第１閾値圧力Ｐｔｈ１と称する。なお、第１閾値圧力Ｐｔｈ１は、水素タンク４００の内部温度（計測温度）に依存して変化するが、ここでは温度の影響には言及しない。水素充填装置９００は、計測圧力Ｐａが第１閾値圧力Ｐｔｈ１を超えると水素ガスの供給を停止し、充填ノズル９１０の内部のガスを回収する。その結果、充填ノズル９１０の内圧は大気圧程度まで下がる。圧力センサ５２２は、充填口側逆止弁５２４よりも充填口５１０の側に設けられているので、水素ガスの供給が停止し、充填ノズル９１０の内圧が下がると、圧力センサ５２２が計測する圧力（計測圧力Ｐａ）も下がる。制御器６００は、計測圧力Ｐａが第１閾値圧力Ｐｔｈ１を超え、その後に第２閾値圧力Ｐｔｈ２を下回ったときに、赤外線送信器５５０による通信を停止させる。第２閾値圧力Ｐｔｈ２は、大気圧よりもわずかに高い値に設定されている。制御器６００の機能は、コンピュータプログラムに基づいてソフトウェア的に実現される。制御器６００の機能の少なくとも一部は、回路構成に基づいてハードウェア的に実現されてもよい。
【００２２】
図２を参照して充填制御処理を説明する。図２は、制御器６００が実行する充填制御処理を示すフローチャートである。図２の処理は、充填口リッド５０２が開かれたことが検知されると開始される。なお、燃料電池車１０は、車両のメインスイッチがオフされると、圧力センサ５３４が圧力Ｐｂを計測し、制御器６００は計測された圧力Ｐｂの値を記憶する。そして制御器６００は、水素供給バルブ５３２を閉じる。従って、図２の処理が開始されるとき、制御器６００は、直前の水素タンク４００の内圧（圧力Ｐｂ）の値を保持している。
【００２３】
図２の処理が開始されると、制御器６００は、赤外線送信器５５０によって、圧力の送信を開始する。当初は、制御器６００は、記憶している圧力Ｐｂの値を、赤外線送信器５５０を使って送信する（ステップＳ２）。なお、先に述べたように、赤外線送信器５５０の動作には蓄電池３００の電力が用いられる。また、制御器６００は、圧力とともに水素タンク４００の温度を送信するが、ここでも、水素タンク４００の温度については言及しない。
【００２４】
次に制御器６００は、圧力センサ５２２を使って圧力Ｐａ（充填口側逆止弁５２４よりも水素充填口５１０の側の圧力）を計測する（ステップＳ３）。制御器６００は、今回計測した圧力Ｐａと前回計測した圧力Ｐａの差が所定の圧力差ｄＰを超えているか否かをチェックする（ステップＳ４）。ステップＳ４の判断がＹＥＳとなるのは、水素充填口５１０に充填ノズル９１０が差し込まれ、水素充填装置９００から水素ガスの充填が開始されたときである。制御器６００は、ステップＳ４の判断がＹＥＳとなるまで、即ち、水素ガスの充填が開示されるまでは、記憶している圧力Ｐｂを送信し続ける（ステップＳ４：ＮＯ、ステップＳ２）。ステップＳ４の判断がＹＥＳとなると、即ち、水素ガスの充填開始が検知されると、制御器６００は赤外線送信器５５０を使って圧力Ｐａを送信する（ステップＳ４：ＹＥＳ、ステップＳ５）。なお、制御器６００は、圧力Ｐａの計測値を保持するとともに、圧力Ｐａの計測値のピークホールド値も保持している。ステップＳ５の送信では、圧力Ｐａのピークホールド値が送信される。これは、後に充填ノズル９１０が抜かれて圧力Ｐａが下がっても、水素充填装置９００には圧力Ｐａの最大値を送信し続けるためである。
【００２５】
制御器６００は、計測された圧力Ｐａが、大気圧よりもわずかに高い第２閾値圧力Ｐｔｈ２を下回るまで、圧力Ｐａの計測と、圧力Ｐａのピークホールド値の送信を繰り返す（ステップＳ６、ステップＳ７：ＮＯ、ステップＳ５）。
【００２６】
水素充填装置９００は、燃料電池車１０から送られる圧力Ｐａを受信し、圧力Ｐａが所定の圧力を超えると（即ち、前述した第１閾値圧力Ｐｔｈ１を超えると）、水素ガスの供給を停止する。水素充填装置９００は充填ノズル９１０の内圧を大気圧まで下げる。そうすると、圧力センサ５２２が計測する圧力Ｐａが第２閾値圧力Ｐｔｈ２を下回り、ステップＳ７の判断がＹＥＳとなる。制御器６００は、図２の処理を終了する。即ち、制御器６００は、赤外線送信器５５０による送信を停止する。
【００２７】
図２の処理によると、制御器６００は、充填口リッド５０２が閉められたか否かに関わらず、圧力Ｐａが下がった時点で圧力の送信を停止する。燃料電池車１０は、充填口リッド５０２の開閉ではなく、水素導入管５２０の充填口側逆止弁５２４よりも水素充填口５１０の側に設けられた圧力センサ５２２の計測値によって、水素ガスの充填終了を検知する。燃料電池車１０の制御器６００は、充填口リッド５０２が閉鎖されたか否かに関わらず、水素ガスの充填が終了次第、圧力の送信を停止する。これによって、無駄な送信による電力の浪費が避けられる。
【００２８】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図２のフローチャートのステップＳ４の処理は、「圧力Ｐａ＞Ｐｔｈ２？」という処理にしてもよい。なお、第２閾値圧力Ｐｔｈ２は、先に述べたように、大気圧よりもわずかに高い値に設定されている。圧力Ｐａは、水素ガスの充填が開示される前は大気圧に等しく、充填ノズル９１０が差し込まれて水素ガスの充填が開始されると圧力Ｐａは第２閾値圧力Ｐｔｈ２を超えるからである。
【００２９】
以上説明した実施形態によれば、充填完了に伴う水素充填装置９００による水素ガスの供給停止に応じた圧力Ｐａの低下に基づいて、赤外線送信器５５０による送信を停止する。これによって、充填完了後も赤外線送信器５５０が動作し続けることによる電力の浪費を防止できる。
【００３０】
燃料電池車１０は、水素ステーションの水素充填装置から情報を受信するようには構成されていない。これは、仮に、水素充填装置から情報を受信することを前提にすると、全ての水素充填装置が送信器を備えることが必須となり、水素充填装置の普及の妨げになることが一因である。また、構成をなるべく簡素化することも、その一因である。
【００３１】
以上、実施形態を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面において説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載した組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面において説明した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３２】
１０…燃料電池車
１００…燃料電池
２００…回転電機
３００…蓄電池
４００…水素タンク
５０２…充填口リッド
５１０…水素充填口
５２０…水素導入管
５２２…圧力センサ
５２４…充填口側逆止弁
５２６…タンク側逆止弁
５３０…水素供給管
５３２…水素供給バルブ
５３４…圧力センサ
５５０…赤外線送信器
６００…制御器
９００…水素充填装置
９１０…充填ノズル
【図１】
2019027549.tif 000003
【図２】
2019027549.tif 000004