(57)【要約】  本発明は、リザーブタンク（ＶＴ）と、送出弁を開閉可能な、充填ステーション側のコンピュータ（ＳＰＳ）と、前記リザーブタンク（ＶＴ）と、充填しようとする車両タンクとの間のタンク導管と、車両に通じる通信接続部（ＫＶ）とが設けられている、車両タンクに充填する水素又は天然ガス等の、圧力がかけられている状態のガス用の充填ステーションに関する。安全性の向上のために、車両側の充填率（充填状況、車両のＳＯＣ）を算出する車両側のコンピュータと、前記タンク導管内に設けられた充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）とを備えており、前記充填ステーション側のコンピュータ（ＳＰＳ）は、前記充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）の測定値と、少なくとも１つの温度値とから、充填ステーションの初期のＳＯＣを算出して、目標圧力又は充填ステーションの目標ＳＯＣに到達するまで、或いは前記車両側のコンピュータから中止信号が送られるまで、前記充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）の情報を用いて充填を制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リザーブタンク（ＶＴ）と、
送出弁を開閉することのできる充填ステーション側のコンピュータ（ＳＰＳ）と、
前記リザーブタンク（ＶＴ）と、充填しようとする車両タンクとの間のタンク導管と、
車両に通じる通信接続部（ＫＶ）とが設けられている、
車両タンクに充填する水素又は天然ガス等の、圧力をかけられたガス用の充填ステーションであって、
車両側の充填率（充填状況、車両のＳＯＣ）を算出する車両側のコンピュータと、
前記タンク導管内に設けられた充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）とを備えており、
前記充填ステーション側のコンピュータ（ＳＰＳ）は、前記充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）の測定値と、少なくとも１つの温度値とから、充填ステーションの初期のＳＯＣを算出して、目標圧力又は充填ステーションの目標ＳＯＣに到達するまで、或いは前記車両側のコンピュータから中止信号が送られるまで、前記充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）の情報を用いて充填を制御することを特徴とする、車両タンクに充填する水素又は天然ガス等の、圧力をかけられたガス用の充填ステーション。
【請求項２】
温度測定のために、前記タンク導管内に設けられた充填ステーション側の温度測定器（Ｆ−ＴＴ）、周辺温度測定器（Ｆ−ＵＴ）及び／又は経験値、若しくは当該値を求めるための別の手段が使用される、請求項１記載の充填ステーション。
【請求項３】
前記通信接続部（ＫＶ）は、バス、ＷＬＡＮバス、Ｐｒｏｆｉバス Ｆ、赤外線接続、光ケーブル、無線接続、ブルートゥース接続又は電気ケーブルである、請求項１又は２記載の充填ステーション。
【請求項４】
前記充填ステーション側の温度測定器（Ｆ−ＴＴ）、前記充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）及び／又は前記周辺温度測定器（Ｆ−ＵＴ）はフェイルセーフである、請求項１から３までのいずれか１項記載の充填ステーション。
【請求項５】
前記充填ステーションのＳＯＣの算出のために物質データ表（ＳＡＥ表又はＮＩＳＴ表）が使用される、請求項１から４までのいずれか１項記載の充填ステーション。
【請求項６】
リザーブタンク（ＶＴ）と、
送出弁を開閉することのできる充填ステーション側のコンピュータ（ＳＰＳ）と、
前記リザーブタンク（ＶＴ）と、充填しようとする車両タンクとの間のタンク導管と、
車両に通じる通信接続部（ＫＶ）とを使用して、
充填ステーションにおいて水素又は天然ガス等の、圧力をかけられたガスで、車両タンクを充填する方法であって、
車両側の充填率（充填状況、車両のＳＯＣ）を算出する車両側のコンピュータと、
前記タンク導管内に設けられた充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）とを使用し、且つ
前記充填ステーション側のコンピュータ（ＳＰＳ）は、前記充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）の測定値と、少なくとも１つの温度値とから、充填ステーションの初期のＳＯＣを算出して、目標圧力又は充填ステーションの目標ＳＯＣに到達するまで、或いは前記車両側のコンピュータから中止信号が送られるまで、前記充填ステーション側の圧力測定器（Ｆ−ＰＴ）の情報を用いて充填を制御することを特徴とする、充填ステーションにおいて水素又は天然ガス等の、圧力をかけられたガスで、車両タンクに充填する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の充填ステーションに関する。ガスとは、周辺温度及び周辺圧力においてガス状の、あらゆる物質のことを意味しており、これには空気、酸素、窒素、アルゴン、ＣＯ２、及びプロパン、ブタン、天然ガス、水素等の可燃ガス又は類似の物質が属している。これらのガスは、部分的に液体の状態であるか、又は超臨界状態（水素汚泥、スラッシ）であってもよい。車両とは、陸上車両、船舶及び航空機を意味する。車両のタンクは搬送タンクであってよく、このようにして例えば窒素をトレーラーで顧客に搬送することができる。又、車両のタンクは消費タンクであってもよく、この消費タンクには車両用の燃料、例えば最新のエンジン又は燃料電池を駆動するための天然ガス又は水素等が蓄えられていてよい。
【０００２】
ＳＡＥ規格、ＳＡＥ  ＴＩＲ  Ｊ２６０１" Surface Vehicle Technical Information Report: Fueling Protocols for Light Duty Gaseous Hydrogen Surface Vehicle " 、２０１０年３月１６日発行、から、圧縮された水素（現在は７００ｂａｒまで）に関する充填方法及び規定が公知である。
【０００３】
ＥＰ１３３６７９５Ｂ１からは、請求項１の上位概念に記載の特徴を有する水素充填ステーションが公知である。この場合、車両タンクから検出される車両の圧力値及び温度値が、充填状況（Status of Charge）−ＳＯＣ、充填率−を算出するために使用される。充填ステーションは、車両の通信部から読み取れるこれらの値を、これらの値に含まれるあらゆる不正確さと誤差と共に直接に受け取る。次いで、前記値がＳＯＣの算出に利用される。充填は、車両センサが相応のＳＯＣ値を通知するまで続く。次いで充填が終了される。スイッチオフパラメータは、各車両メーカーにより個別に規定される。しかしながら、スイッチオフパラメータには、例えばＳＡＥ  ＴＩＲ  Ｊ２６０１等の相応のメーカー規格が利用されてもよい。スイッチオフ基準には、いわゆる「充填コマンド」（車両準備完了、充填中止等の充填状況の通知）も含まれる。
【０００４】
この公知の方法の欠点は、目標圧力若しくはＳＯＣの算出に、常に車両通信器が使用される点にある。これらの通信器は、設備構成に対して極端に大きな誤差若しくは極端に小さな精度を有している。したがって、前記通信器は、蓄え容器の充填を安全技術的に最適に制御するには適していない。前記値は、フェイルセーフシステムを介さずに送られるので、制御装置にフェイルセーフ値として受け取られることもない。したがって、前記公知の方法に基づくフェイルセーフシステムの構築は困難である。車両から通信部に伝達される値は、センサシステムの絶対値ではなく、車両プログラム毎に換算若しくは解釈される。つまり、車両の解釈ソフトウェアに含まれる誤差は、修正又は認識されない。又、車両のセンサシステムは、全ての車両メーカーにおいて同一箇所に位置しているわけではない。したがって、ＳＯＣ評価は配置に関連して変わる。このことから全体として、圧力容器の比較的安全でない充填が生ぜしめられる。
【０００５】
本発明による方法の課題は、圧力がかけられた状態のガスの車両への充填を、できるだけ安全に実現することにある。充填値は非常に高い範囲（７００ｂａｒ）にあるので、安全性には極めて大きな意義がある。
【０００６】
この課題は、本発明に基づき請求項１記載の特徴を有する充填ステーションによって解決される。本発明の有利な構成及び充填方法は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明では、２つのコンピュータが設けられていて、これらのコンピュータは互いに完全に独立して充填率ＳＯＣを算出する。このことは安全性を高める。充填ステーション側のコンピュータは、独自の測定値しか受け取らないので、車両の圧力及び温度データが使用される従来技術の場合よりも、より確実なデータを充填に使用することができる。通信線路を介しては、車両のＳＯＣだけが送られるので、誤差が発生する可能性も、目下の圧力値及び温度値を常に送らねばならない従来技術の場合より、著しく少ない。本発明の１つの利点は、センサの精度と共に、充填プロセスの安全性も向上するという点にある。
【０００８】
本発明による設備（充填ステーション）は、複数の設備センサ又は通信器から設備のＳＯＣを算出する。車両は、複数の車両センサから車両のＳＯＣを算出する。充填中止には、両システムが利用される。基本的には、車両が充填を中止することが望ましい（設備ウインドウの上昇）。車両が設備ウインドウの範囲内で充填を中止しない場合は、如何なる場合も設備によって充填が終了させられる。つまり、このシステムは２つの別個のコンピュータと、２つの別個のセンサシステムとに基づいている。その結果、両サイドからそれぞれ独立して監視可能な、安全な充填方法が得られる。この方法では、１つのコンピュータが不確実な接続部を介して、乗用車に設けられたインタプリタ方式のセンサシステムにアクセスする従来技術（この場合、比較的廉価な乗用車のセンサがソース源として働く）とは異なり、充填ステーション側に設けられた比較的高価な測定器の、より正確な測定データにアクセスするようになっている。
【０００９】
本発明の１つの構成では、タンク導管内のガス温度用に、温度測定器が使用され得る。タンク導管内のガス温度は、特定の状況下（例えば固定的な事前冷却温度）では別の手段（例えば固定値）でも求められる。同様に、周辺温度センサも使用可能である。この周辺温度センサも、相応の設備パラメータにおいては別の測定手段若しくは所定の固定値若しくは温度表で代替され得る。本発明による方法の１つの態様では、設備圧と温度情報（充填用のガス温度、例えば充填導管又は注出ポイントに直接に設けられた周辺温度通信器及び圧力通信器）のみが、設備のＳＯＣの算出に利用され、ソフトウェア若しくは非フェイルセーフ方式の伝達の中間解釈を利用することはない。この値（設備のＳＯＣ）は、充填中に車両から検出された値と比較され、これにより、車両の許容し得るＳＯＣ値を超過した場合には、充填が中止される。車両におけるＳＯＣ値の算出法は、車両メーカーに一任されている。いずれにしろ、決め手となる重要な値は充填ステーションコンピュータにより算出される。
【００１０】
この場合、通信線路は常時データを伝達する必要はなく、タンク充填時（ＳＯＣ＝１００％）に所定の信号を車両からコンピュータに送信すれば十分である。したがって、通信箇所は比較的簡単に構成されていてよく、バス、ＷＬＡＮバス、Ｐｒｏｆｉバス Ｆ、赤外線接続、無線接続、光ケーブル、ブルートゥース接続又は簡単な電気ケーブル等の、従来慣用の通信装置に相当するものであってよい。
【００１１】
当該設備は、フェイルセーフ方式で構成され得る。種々様々な車両センサの解釈／位置に関連したＳＯＣ算出となんら差はない。１つのフェイルセーフシステムが第２のシステムと比較されることにより、システム全体のより高い安全性が得られる。第１のシステムがフェイルセーフであることにより、改良されたシステム全体をもフェイルセーフであると見なすことができる。この場合、いくつか又は全てのセンサがフェイルセーフ式に構成されていてよい。相応の安全グレードを提供することができないセンサは、別の方式によってフェイルセーフにすることもできる（例えば二重化された構成）。これにより、フェイルセーフコンピュータ（プログラマブルコントローラ、ＳＰＳ）、フェイルセーフセンサ又はフェイルセーフバスシステムを用いるフェイルセーフシステムが形成され得る。付加的に、本発明では充填ステーションシステムを第２のシステムと比較するか、若しくはこの第２のシステムにより監視する。車両におけるＳＯＣ算出に基づく充填コマンドが、中止信号を送る。このようにして、システム全体がフェイルセーフであると見なすことができる。充填圧力（延いてはこれに関連したＳＯＣ）を算出するための基礎としては、例えば周辺温度、ガス温度及び初期の車両タンク圧が使用される。これらの値と、（ＮＩＳＴ表又はＳＡＥ表のような物質データ表に基づく）例えば水素等のガスの記録された物質特性とを用いて、充填の結果生じるタンク温度が算出される。このタンク温度から、充填の目標圧力が得られる。この充填圧力で、充填システムにおいて要求される水素充填が達成される、即ち、１００％のＳＯＣが得られるか、又は例えば今日の車両では７００ｂａｒの最終圧力に到達する。この値は、充填用には所定のパーセンテージＸだけ低下され、通信充填時に正確に前記パーセンテージだけ目標圧力が高められるので、１００％のＳＯＣが得られる。車両も、車両専用の信頼性のあるセンサのデータにより、１００％のＳＯＣを算出する。充填時に車両の目標ＳＯＣを超過した場合、車両は充填コマンドを用いて充填を中止する。この二重化された監視によって、車両が過剰に充填される恐れはない、ということが保証されている。車両内で問題が生じた場合も同様に、充填は充填ステーション側に設けられたフェイルセーフシステムによって中止され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図面左側には充填ステーションの充填に関して重要な要素が概略的に示されており、図面右側には車両の充填に関して重要な要素が概略的に示されている。
【００１３】
以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。
【００１４】
図面において、充填ステーションに関する要素と、車両に関する要素との間の下部には、リザーブタンクＶＴから車両タンクにガスを移送するためのタンク導管又はホースが示されており、図面上部には通信接続部ＫＶが、好ましくは赤外線バスとして示されている。車両タンク内には温度センサＴＴ及び圧力センサＰＴが位置しており、これらのセンサに基づいて、車両に設けられたコンピュータが、車両のＳＯＣ、つまり車両に関して検出された充填圧又は充填状況を算出する。「充填コマンド」という情報が、通信接続部ＫＶを経由して充填ステーションのコンピュータＳＰＳに行く。
【００１５】
本実施形態では、リザーブタンクＶＴの他に、周辺温度用のフェイルセーフ測定器Ｆ−ＵＴ、ガス温度用のフェイルセーフ測定器Ｆ−ＴＴ及びガス圧力用のフェイルセーフ測定器Ｆ−ＰＴが、充填ステーション内に配置されている（後の２つは、好ましくは充填導管内に配置されている）。これらの測定値から、充填ステーションのコンピュータＳＰＳで充填が算出され且つ／又は監視される。このコンピュータの入力データとしては、圧力及び温度から目下の充填率（充填ステーションのＳＯＣ）を算出するものである、ＮＩＳＴ表又はＳＡＥ表のデータが使用可能である。この充填ステーションのＳＯＣは、車両のＳＯＣに比べて、著しく高い精度及び信頼性という点において優れている。
【００１６】
充填は、既にＳＡＥ  ＴＩＲ  Ｊ２６０１において説明されているように、車両をタンク導管と通信接続部ＫＶとにつないで行われる。この場合、タンク導管を介して車両タンクに圧力パルスが送られ、この圧力パルスは、一方では設備全体のシール性をテストするために使用され、他方では本発明に基づきガス圧力測定器Ｆ−ＰＴが車両タンク内に残っているガスの量を検出するために使用される。前記コンピュータは、例えば１５℃での目標圧力を７００ｂａｒと想定して、これをＳＯＣ１００％、又はタンクの完全な充填と見なす。充填ステーションのコンピュータに記憶された値に基づいて、例えば予想される充填後の最終温度８５℃が求められる。これに基づきコンピュータは目標圧力を算出し、この目標圧力を充填制御に用いる。この場合、充填は前記目標圧力に到達するまで行われるか、又は車両コンピュータが、車両のＳＯＣが１００％であるという信号を通信接続部ＫＶを介して送信するまで行われる。
【図１】
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【国際調査報告】
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