(57)【要約】  充填ステーションからレシーバへのガス充填の運転および制御のための方法は、ガスの温度、圧力、および密度などの、レシーバ内の基本的な充填変数を能動制御すること;いわゆる非通信燃料補給においてレシーバが充填ステーションと通信していない時でも前記変数を利用できるようにするために、物理的および熱力学的関係式を用いて解釈される充填ステーション側の測定値に基づいて、前記充填変数の推定値を連続的に更新すること;および非通信燃料補給において、ステーション側の測定値に基づいて推定されるレシーバ可容量を連続的に更新すること;を含む。
2013508641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填ステーションからレシーバへのガス充填の運転および制御のための方法であって、
-  ガスの温度、圧力、および密度を含む、レシーバ内の基本的な充填変数を能動制御するステップ;
-  いわゆる非通信燃料補給においてレシーバが充填ステーションと通信していない時でも前記変数を利用できるようにするために、物理的および熱力学的関係式を用いて解釈される充填ステーション側の測定値に基づいて、前記充填変数の推定値を連続的に更新するステップ;および
-  非通信燃料補給において、ステーション側の測定値に基づいて、レシーバ可容量を連続的に更新するステップ;
を含むことを特徴とする上記方法。
【請求項２】
主充填が、
-  いわゆる通信燃料補給において、可容量、温度、および圧力が、連続的に伝達される場合に、これらの特性および変数の推定値を、測定され伝達される情報を確認するために用いるステップ、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
主充填が、
-推定された変数と伝達された変数との間に顕著な相違がある場合、充填を、安全な非通信燃料補給モードに切り替えること、
をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
充填が、
-  例えば少量のガスを充填することによって、レシーバの初期状態を求めるための初期充填シーケンスを用いるステップ;
-  いくつかの機能ブロックを通じてプロセスを操作する主充填制御装置を使って、主充填シーケンスを用いるステップであって、主充填シーケンスが、
o  ステーション側の温度および圧力を連続的に測定すること、および、通信燃料補給において、レシーバの温度および圧力を連続的に受け取ること、
o  ステーション側の測定に基づいて、レシーバタンクの可容量、圧力、温度および密度を連続的に推定すること、
o  ガス質量流量、および充填された累積ガス質量を連続的に測定または推定すること、
o  充填ステーション貯蔵器を操作し、また貯蔵器からレシーバへのガスの流れを保証するガス供給ブロックによってガスを供給すること、
o  関連情報を、充填ステーションのオペレータ、およびレシーバのオペレータに与えるように、通信ブロックを用いること、
o  推定されたおよび測定されたレシーバ充填変数の比較を含めて、異常が検出された場合に、主充填を中断するように、充填の進行を独立にモニターすること、
を含む上記ステップ;および
-  充填シーケンスを停止し、レシーバがステーションから切り離される準備をするように、充填シーケンスの終了を用いるステップ;
をさらに含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
充填変数の推定が、
-  ステーション貯蔵器およびラインの圧力、雰囲気およびラインの温度のような充填ステーションの測定値を、レシーバガスタンクにおける圧力および温度の生成に関連付けるための、物理および熱力学に基づくモデルであって、現実との一致を保証するために経験的および半経験的関係式に従い、測定値を入力として用い、リアルタイムで計算される上記モデル、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
初期充填が、
-  タンク容積初期圧力の測定、および、漏れと、充填の進行を許す指定範囲内に初期状態があることとの検査を可能にするために、最初の充填量によって、充填ラインのチェックバルブを開くステップ;および
-  例えば充填ステーションの明確に定まった包囲容積からの充填による、明確に定まった任意選択の第2の充填を、タンクに生じる圧力増加を解釈することによってタンク容積/可容量の最初の正確な推定値を与えるように、用いるステップ;
を含むことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
主充填が、
-  制御バルブ、平行選択可能制限体、充填遮断のオン/オフなどを使って、レシーバに充填されるガスの流量を制御するステップ、
を含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
主充填が、
-  質量流量を測定するために、充填ステーションの貯蔵器に質量収支を任意選択で適用するステップ、
を含むことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
主充填が、
-  充填速度を操作し、フィードバックとしてガス温度の測定値または推定値を用いることによる、可能な最速の充填を保証する、レシーバガス温度の閉ループ制御、
を含むことを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
主充填が、
-  プロセスデータが冗長である場合に、制限体を挟む圧力低下の測定、貯蔵タンクでの質量収支、質量流量計、およびレシーバでの質量収支のすべてから、流量を推定することなど、データの調整を実行するステップ、
を含むことを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
主充填が、
-  充填ラインにおいて、熱交換器などを使って、送られるガスを冷却し、場合によりその温度を制御するステップ、
を含むことを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車(vehicle)のようなレシーバ(receiver)への充填ステーション(filling station)からの、安全で、正確で、速いガス(例えば、水素)充填の運転および制御のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの充填ステーション販売業者および研究所は、次の節に挙げられるような、代替の充填方法をもつ。それらは、最も多くの場合、雰囲気温度、車での初期圧力、およびステーションの冷却能力のようなパラメータに基づいて、予め決められた運転シーケンスを生成するために、実験データによる相関関係を用いる。
・  非特許文献１（SAE(2009)、Fueling Protocols for Gaseous Hydrogen Surface Vehicles。後の標準SAE J2601の草案。）
・  特許文献１（US 7,059,364）およびそれに引用された文献。GTIの水素充填方法。
・  特許文献２（WO 2008/110240。流量制御される充填のためのLindeの方法。）
・  特許文献３（WO 2007/077376。圧力コリドー(corridor)充填のためのAir Liquideの方法。）
・  特許文献４（US 7,178,565。Air Productsの可動式燃料補給装置。）
・  非特許文献２（Pregassame, S., Barth, F., Allidieres, L., & Barral, K. (2006年)。Hydrogen refueling station: filling control protocols development。WHEC proceedings. Lyon。）
・  非特許文献３（Pregassame, S., Michel, F., Allidieres, L., Bourgeois, P., & Barral, K. (2006)。Evaluation of cold filling processes for 70MPa storage systems in vehicles。WHEC proceedings. Lyon, France。）
【０００３】
既存の技術のもつ限界/課題
・  実験に基づく予め決められた運転による方法は、あり得るすべての運転条件を含むために、広範な実験プログラムを必要とする。含まれる領域外で用いられると、この方法は信頼できない。
・  これらの方法は、必要な測定値を得るために、充填手順を停止する。基本的(essential)パラメータは、不連続的に、低頻度で、更新される。
・  車での温度および密度のオンラインでの推定がないので、これらの量は、オンライン制御または最適化に、例えば、最適化された質量流量を用いて充填時間を最小にすることに、用いることができない。
・  既存の充填アルゴリズムの大多数に結び付けられていない質量流量計測が、既存の技術における基本的な測定である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第 7,059,364号明細書
【特許文献２】国際公開第 2008/110240号
【特許文献３】国際公開第 2007/077376号
【特許文献４】米国特許第 7,178,565号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】SAE(2009), Fueling Protocols for Gaseous Hydrogen Surface Vehicles
【非特許文献２】Pregassame, S., Barth, F., Allidieres, L., & Barral, K. (2006). Hydrogen refueling station: filling control protocols development. WHEC proceedings. Lyon
【非特許文献３】Pregassame, S., Michel, F., Allidieres, L., Bourgeois, P., & Barral, K. (2006). Evaluation of cold filling processes for 70MPa storage systems in vehicles. WHEC proceedings. Lyon, France
【非特許文献４】国際標準、IEC 60534-2-1、「Industrial-process control valves - Part 2-1 : Flow-capacity - Sizing equations for fluid flow under installed conditions」
【非特許文献５】Lemmon, E.W., Huber, M.L., Fried, D.G., Paulina, C, Standardized equation for hydrogen gas densties for fuel consumption applications, SAE 2006-01-0434;http://www.boulder.nist.gov/div838/Hydrogen/PDFs/Hydrogen-2006-01-0434.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これらのすでに知られている解決法のすべては、様々な種類の不都合および欠点を生じさせるので、本発明の主な目的は、例えば車のタンク容積の、安全で、速く、正確な充填を保証する、水素充填の運転および制御のための方法を提示することである。この方法は、信頼できる広い運転ウィンドウをもたらす、物理的および熱力学的に誘導される関係式に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、充填ステーションからレシーバへのガス充填の運転および制御のための方法が提供され、この方法は、
-  ガスの温度、圧力、および密度のようなレシーバ内の基本的な充填変数を能動制御すること;
-  いわゆる非通信燃料補給(non-communication fueling)においてレシーバが充填ステーションと通信していない時でも前記変数を利用できるようにするために、物理的および熱力学的関係式を用いて解釈される充填ステーション側の測定値に基づいて、前記充填変数の推定値を連続的に更新すること;および
-  非通信燃料補給において、ステーション側の測定値に基づいて推定されるレシーバ可容量を連続的に更新すること;
を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】レシーブユニットが取り付けられた概念的充填ステーションを概略的に示す。
【図２】概念的アルゴリズムステップおよび通信経路を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
主充填は、
-  いわゆる通信燃料補給において、可容量、温度、および圧力が、連続的に伝達される場合、および
-  推定された変数と伝達された変数との間に顕著な相違がある場合、
それぞれ、測定され伝達される情報を確認するために、これらの特性および変数の推定値を用いること、および、充填を、安全な非通信燃料補給モードに切り替えること、
を含み得る。
【００１０】
好ましい実施形態において、充填は、
-  例えば少量のガスを充填することによって、レシーバの初期状態を求めるための初期充填シーケンスを用いるステップ;
-  いくつかの機能ブロックを通じてプロセスを操作する主充填制御装置を使って、主充填シーケンスを用いるステップであって、主充填シーケンスが、
o  ステーション側の温度および圧力を連続的に測定すること、および、通信燃料補給において、レシーバの温度および圧力を連続的に受け取ること、
o  ステーション側の測定に基づいて、レシーバタンクの可容量、圧力、温度および密度を連続的に推定すること、
o  ガス質量流量、および充填された累積ガス質量を連続的に測定または推定すること、
o  充填ステーション貯蔵器(storage)を操作し、また貯蔵器からレシーバへのガスの流れを保証するガス供給ブロックによってガスを供給すること、
o  関連情報を、充填ステーションのオペレータ、およびレシーバのオペレータに与えるように、通信ブロックを用いること、
o  推定されたおよび測定されたレシーバ充填変数の比較を含めて、異常が検出された場合に、主充填を中断するように、充填の進行を独立にモニターすること
を含む上記ステップ;および
-  充填シーケンスを停止し、レシーバがステーションから切り離される準備をするように、充填シーケンスの終了を用いるステップ;
をさらに含む。
【００１１】
さらに、充填変数の推定は、
-  ステーション貯蔵器およびラインの圧力、雰囲気およびラインの温度のような充填ステーションの測定値を、レシーバガスタンクにおける圧力および温度の発生に関連付けるための、物理および熱力学に基づくモデルであって、現実との一致を保証するために経験的および半経験的関係式に従い、測定値を入力として用い、リアルタイムで計算される上記モデル、
を含み得る。
【００１２】
好ましくは、初期充填は、
-  タンク初期圧力の測定、および、漏れと、充填の進行を許す指定範囲内に初期状態があることとの検査を可能にするために、最初の充填量によって、充填ラインのチェックバルブを開くこと;および
-  例えば充填ステーションの明確に定まった包囲容積(enclosed volume)からの充填による、明確に定まった任意選択の第2の充填を、タンクに生じる圧力増加を解釈することによってタンク容積/可容量の最初の正確な推定値を与えるように、用いること;
を含み得る。
【００１３】
代替方法として、主充填は、
-  制御バルブ、平行選択可能制限体(parallel selectable restriction)、充填遮断のオン/オフなどを使って、レシーバに充填されるガスの流量を制御すること、
-  質量流量を測定するために、充填ステーションの貯蔵器に質量収支を任意選択で適用すること、
-  充填速度を操作し、フィードバックとしてガス温度の測定値または推定値を用いることによる、可能な最速の充填を保証する、レシーバガス温度の閉ループ制御、
-  プロセスデータが冗長である場合、制限体を挟む圧力低下の測定、貯蔵タンクでの質量収支、質量流量計、およびレシーバでの質量収支のすべてから、流量を推定することのような、データの調整を実行すること、
-  充填ラインにおいて、熱交換器などを使って、送られるガスを冷却し、場合によりその温度を制御すること、
を含み得る。
【００１４】
こうして、本発明は、既存の技術に付随する問題を解決する。
-  物理に基づく関係式を用いて、車でのガス密度および温度のような基本的な充填制御パラメータを計算することによって、実験データの必要性が低下し、運転範囲が広げられる。
-  本発明の方法は、すべての時点で、基本的な充填パラメータの最も新しく信頼できる推定値が用いられるように、すべての計算を連続的に行う可能性を開く。充填は、連続的に運転できる、すなわち充填パラメータの計算のための測定値にアクセスするために、進行を停止する必要がない。
-  レシーバの温度が、推定温度をフィードバックのために、質量流量を操作変数として用いる制御のために利用できるようになる。これは、他の非通信法では可能でなかった。温度を制御することによって、最小充填時間が、安全限界を超えることなく保証できる。
【００１５】
質量流量計測は、温度および圧力センサのような簡単で信頼できる計測装置を用い、質量収支によって行うことができるので、信頼性が増し、投資コストが減少する。
【００１６】
これから、本発明による方法の構成が、添付図によって示される好ましい実施形態によって例示される。
【００１７】
前記のように、本発明は、様々な技術分野において適用可能であるが、以下では、車に関連する実施形態によって論じられる。
【００１８】
本発明の方法は、レシーバとの通信を有する、または有さない充填、それぞれ、いわゆる、「通信燃料補給」(特定の情報がレシーバから伝達され、例えば、IR、ステーションで確認される場合)、および「非通信燃料補給」(レシーバとの通信がない)に対して開発されている。
【００１９】
運転のデフォルトモードは、通信燃料補給を提供し、このモードでは、レシーバの貯蔵器の圧力および温度の測定値が、充填を制御するために用いられる。燃料補給ステーションの制御装置は、通信の途絶えた場合に、非通信燃料補給に切り替える。また、ここに記載される本発明の方法で推定されるパラメータと、測定されレシーバから伝達されるものとの間に顕著な相違がある場合、保守的な手法が取られるべきである、または、充填が停止されるべきである。
【００２０】
以下では、非通信燃料補給において用いられる、基本的な充填変数およびパラメータの連続的推定値を如何にして利用できるようにするかが説明される。
【００２１】
充填の間のレシーバの推定される可容量およびガス温度の連続的な更新を可能にするためには、充填の間のレシーバのガス圧力を推定することが不可欠である。次のアルゴリズムは、充填期間および停止期間の間の車での圧力を連続的に推定することを可能にする。いくつかの代替の推定モードが存在する。
1.  主充填バルブは閉じられている。レシーバの圧力の推定値は入手できない。
2.  主充填バルブは開いていて、すべてのタンクバルブは閉じられている。レシーバの圧力はラインの圧力に等しい。
3.  主充填バルブは開いていて、タンクバルブの1つは開いている。レシーバの圧力は、上流の圧力が、開いたタンクの圧力に等しいとして、この節において誘導される関係式から推定される。
【００２２】
推定される圧力に、いくつかの制約が課される。
-  圧力は、常に、ラインの圧力以下である。
-  圧力は、所定の因子(0〜1)を掛けたライン圧力より大きい。最初、この因子は0.5である。
【００２３】
ステーションの貯蔵タンクからレシーバのタンクまでで、流れに対する2つの主な制限体:1つは制御バルブまたは固定制限バルブで、1つはレシーバ内制限体が存在すると想定できる。レシーバ内制限体は固定制限体と見なされる。充填の間、質量は、これらの両方の制限体を通って流れ、蓄積は無視できるので、2つの制限体を通る流量は同じであり、方程式から質量流量を消去でき、レシーバ圧力の推定値を得ることができる。
【００２４】
国際標準、IEC 60534-2-1、「Industrial-process control valves - Part 2-1 : Flow-capacity - Sizing equations for fluid flow under installed conditions」によれば、IECバルブ方程式は次の通りである。
【００２５】
【数１】
2013508641.tif 000003
【００２６】
ここで、NおよびCvは定数である。圧力と圧縮率の比に比例する密度(ρ1∝p1/z1)を置換すると、この表式は、次のように簡単になる。
【００２７】
【数２】
2013508641.tif 000004
【００２８】
貯蔵器の圧力を1、ラインの圧力を2、またレシーバの圧力を3の数字で示すと、2つの制限体を通る質量流に対する方程式は、次の通りである。
【００２９】
【数３】
2013508641.tif 000005
【００３０】
上の最後の方程式において、膨張因子Y2は、一定と仮定され、定数k2に含められた。これは、圧力2と3の違いが小さい場合に、妥当である(また、p3の一次の下で、p3を推定させる)。
【００３１】
質量保存によって、2つの質量流は等しく、p3は、他の圧力の関数として表現できる。
【００３２】
【数４】
2013508641.tif 000006
【００３３】
ここで、圧力推定パラメータであるαPE(=k12/k22)は、調整され、制御バルブを用いる場合には、バルブ行程の関数とする。
【００３４】
初期の温度および圧力(状態1)、ならびに、既知の質量を追加した時の温度および圧力(状態2)が分かっている場合、レシーバの可容量(容積)は、次のように推定できる。
【００３５】
【数５】
2013508641.tif 000007
【００３６】
推定可容量の正確度は、それが、代替の市販のガスタンクの大きさは規定され数も限られているという事実を利用することによって改善される。こうして、方程式の代替の解である、既定の離散的可容量の大きさだけが存在する。
【００３７】
示唆される方法は、方程式(8)による容積の最小および最大の推定値の範囲に入る、最小の容積である、最小の可容量を選択する。大きなおよび小さな推定値は、次の節において導かれるように、レシーバガスタンクにおける最小および最大の温度変化を計算することによって得られる。
【００３８】
選択肢として、レシーバの可容量の最初の推定は、レシーバに、明確に定まった少量のガス、Δmを充填し、結果として生じる圧力変化を測定することによって行うことができる。タンクで生じる圧力増加を解釈することによってタンクの容積/可容量の最初の正確な推定を得るために、この明確に定まった量のガスは、充填ステーションで明確に定まった包囲容積に含まれる量であり得る。
【００３９】
等温的および断熱的温度は、両極端であり、レシーバの実際のガス温度はそれらの間の状態に達する。
【００４０】
等温的充填の場合は、最も簡単である。
T2,iso = T1     (9)
ここで、T1は初期ガス温度であり、T2は、状態2(中間または最後)での温度である。
【００４１】
温度が変わる場合を導くために、レシーバタンクのエンタルピー収支を計算することが必要である。
【００４２】
【数６】
2013508641.tif 000008
【００４３】
ここで、hsは、供給源(ステーションタンク)の(モル/質量)平均エンタルピーであり、指示数字1および2は、初期および最終の状態を表す。
【００４４】
断熱的な場合は、周囲との熱の交換が全くない、すなわち、Q=0の場合である。さらに、状態方程式  pV=znRTを用いると、n1およびn2を消去することが可能である。
【００４５】
【数７】
2013508641.tif 000009
【００４６】
状態2のエンタルピーおよび圧縮因子は、線形式によって近似できる。
【００４７】
【数８】
2013508641.tif 000010
【００４８】
Zおよびhの偏導関数は状態方程式から分かる。これらの近似を、上のエンタルピー収支に挿入すると、T2の明示的表現を生じる。
【００４９】
【数９】
2013508641.tif 000011
【００５０】
温度の直接的な推定では、断熱因子のαを、実際のガス温度を断熱的温度に関係づけるために、合わせることができる。
T2 = T1+α(T2,adi-T1)     (15)
【００５１】
断熱因子の帯域(band)を用いると、得られる温度の帯域を生じる。
T2,min = T1+αmin(T2,adi-T1)
T2,max = T1+αmax(T2,adi-T1)    (16)
【００５２】
断熱因子は、調整パラメータであり、通常、充填速度、タンクの種類などに依存する。
【００５３】
容積でレシーバ可容量を推定するためのアルゴリズムは、それ故、次の通りである。
1.  方程式(16)および(8)を用いて、T2,minからVminを、T2,maxからVmaxを計算する。
2. Vmin<Vi<Vmaxを満たす、あり得る容積V∈[V1,V2,…,Vn]のリストにおける最小の容積を選択する。
3.  リストに入っているどれも項(bullet)2における規準を満たさない場合、最小の容積推定値、すなわち、Vminを用いる。
【００５４】
タンクの容積が求められると、次の方程式から密度を推定することが可能である。
【００５５】
【数１０】
2013508641.tif 000012
【００５６】
密度関数は、NISTによって推奨されるもののような状態方程式、すなわち、Lemmon, E.W., Huber, M.L., Fried, D.G., Paulina, C, Standardized equation for hydrogen gas densties for fuel consumption applications, SAE 2006-01-0434;
http://www.boulder.nist.gov/div838/Hydrogen/PDFs/Hydrogen-2006-01-0434.pdf
であり得る。
【００５７】
さらに、温度が、次のように推定できる。
【００５８】
【数１１】
2013508641.tif 000013
【００５９】
最後の方程式は、z2もまたT2の関数であるため、T2に関して非明示的である。したがって、T2の先立つ推定値によってz2が更新される、繰り返しループが実施されなければならない。3回の繰り返しが推奨される。
【００６０】
質量流量測定は、充填ステーションの貯蔵タンクに質量収支を適用することによって行うことができる。この方法では、温度および圧力センサのような簡単で信頼できる計測装置を用いるので、信頼性が増し、投資コストが減少する。
【００６１】
貯蔵タンクから充填されるガスの量は、密度関数を用い、質量収支から分かる。ここでは、指示数字1および2は、それぞれ、初期および最終の状態に対応する。
m1 = Vρ1,          ρ1 = ρ(T1,p1)
m2 = Vρ2,          ρ2 = ρ(T2,p2)    (20)
Δm = m1-m2 = V(ρ1-ρ2)
【００６２】
温度は、好ましくは、測定された貯蔵器ガス温度である、または、膨張の結果としての温度低下を補正して、雰囲気温度から推定される。複数タンクの貯蔵では、類似の質量収支が、それぞれのタンクに適用されなければならない。
【００６３】
質量流量は、質量収支の方程式を微分することによって見出すことができる。
【００６４】
【数１２】
2013508641.tif 000014
【００６５】
本発明による方法の構成は、一式の添付図(図1、2)に示される好ましい実施形態によって例示される。
【００６６】
前記のように、本発明は様々な技術分野に適用できるが、以下では、車に関連する実施形態によって論じられる。
【００６７】
すでに上で述べたように、図1は、レシーブユニットが取り付けられた概念的充填ステーションの一例を示す。
【００６８】
低圧タンク1、および2つの別個の高圧タンク2、3を有するステーションが例示されているが、必要であれば、これらのタンクの各々には、より多くのタンクが追加されてもよい、またはタンクの種類の1つが除かれてもよい。低圧タンクは、コンプレッサ4を備え、各高圧タンクは、オン/オフバルブ5、6を有する。チェックバルブ13を有するレシーバタンク14は、コネクター12によって充填に連結される。明確に定まった初期測定を可能にし、レシーブタンク14の状態を検査するために、充填ステーションは、包囲容積7を備え、これは、また低圧および高圧タンク1、2、3と連通している。包囲容積の先には、そこから延びるパイプに、充填オン/オフバルブ8、充填制御バルブ9、任意選択のクーラー10が配置され、フレキシブルホース11を介して、コネクター12で終わる。充填ステーションの制御装置15は、図では示されていないが、すべての計測装置および自動バルブに連結されている。
【００６９】
図2に示されるように、例示的な主な方法ブロックとそれらの機能は、以下の通りである。
・  他のブロックと独立に働き、充填の進行をモニターし、および異常が検出された場合に中断する安全ブロック。主な安全チェックは、次の通りである。
o  車における初期圧力(下限および上限);
o  充填ラインの圧力(上限);
o  充填中止の間の充填ラインの圧力低下速度(上限);
o  充填速度の変化(上限);
o  1つの貯蔵タンクからのガスの量(上限)。
・  充填ステーションのパイプセグメントにおける包囲容積7を利用することによって、明確に定まった少量のガスを、車のタンク14に充填する初期充填ブロック。最初の充填量が、充填ラインのチェックバルブ13を開き、車での初期圧力の測定、ならびに、漏れと、さらなる進行に許容される範囲内に圧力があることとの検査を可能にする。明確に定まった任意選択の第2の充填が、結果的に生じる車における圧力増加を調べることによって、車の可容量(タンク容積)の最初の正確な推定値を与えるように、行われる。初期充填による検査および推定値が充填の進行を許す場合、アルゴリズムは、主充填ブロックに進む。
・  プロセスの測定を操作し、他の機能ブロックに基本的な充填パラメータの推定値を得るように要求する、支配ユニット(master unit)である主充填ブロック。このブロックは、制御アルゴリズムを含み、車のタンクを、それに望まれる密度まで最適な仕方(温度制限のような拘束条件に背くことなく可能な最速)で充填する。プロセスデータが冗長である場合、データの調整を行うことができる。
o  車に充填されるガスの量/流量を要求し、制御する、ガス供給制御ブロック。
o  充填ステーション貯蔵器での質量収支に基づいて、充填された水素の量、および最新の質量流量を連続的に測定する、質量流の計算ブロック。
o  車での圧力の連続的推定値を与える車での圧力の計算ブロック。
o  実験的に求められるパラメータに結び付けられる、基本的な熱力学から導かれる方程式に基づいて、車での温度および圧力の更新される推定値を連続的に与える、車での温度および密度の計算ブロック。さらに、市場で入手可能な車のタンクの大きさのリストが、推定値の正確度を増すために用いられる。
・  車に充填されるガスの量/流量を要求し、制御する、ガス供給制御ブロック。
【００７０】
本発明における基本的で特有な要素は、次の通りである。
基本的な物理的および熱力学的関係式に基づいて、連続的に更新される充填制御変数、例えば、車でのガス容積、ガス圧力、ガス温度、およびガス密度の推定値。
通信型の充填において、これらの推定値は、測定され伝達された充填変数を確認するために用いられる。相違がある場合には、充填は、安全モードに切り替わる。
推定値の正確度は、代替の想定される市販の車のタンクの大きさが限定されているという事実を利用することによって、さらに改善される。これは、充填終了時の充填状態(SoC)に関して、可能な最善の再現性のある正確度を保証する。
温度の推定値は、充填速度の制御にオンラインで用いられ、速い充填を可能にする。通常、温度は、設定値に制御され、充填の間、設定値に保たれることになっている。これは、可能な最速のための最適な充填策である。
十分に制御された2回の少量の充填質量による、任意選択の初期充填シーケンスは、車のタンクの正確な初期可容量(容積)の推定を保証する。
任意選択で、本発明の方法は、質量流量を測定するために、通常の質量流量計の代わりに、質量収支を利用している。
プロセスデータが冗長である場合、アルゴリズムは、制限体を挟む圧力低下の測定、貯蔵タンクでの質量収支、質量流量計、およびレシーバでの質量収支のすべてから、流量を推定することのような、データの調整を実行できる。
【符号の説明】
【００７１】
1  低圧タンク
2  高圧タンク
3  高圧タンク
4  コンプレッサ
5  オン/オフバルブ
6  オン/オフバルブ
7  包囲容積
8  充填オン/オフバルブ
9  充填制御バルブ
10  任意選択のクーラー
11  フレキシブルホース
12  コネクター
13  チェックバルブ
14  レシーバタンク
15  制御装置
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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