(57)【要約】  運転者対話型システムは、自動車の接地抵抗を測定することを介して水素燃料電池自動車の電気的な帯電ポテンシャルを間接的に監視し、自動車の接地抵抗が安全レベルを超えていない場合のみ燃料補給を可能としている。水素燃料電池を動力源としている自動車内の高圧貯蔵タンクへの燃料補給の間、静電放電の可能性を減少させている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素燃料電池自動車の静電気が、燃料補給前に安全なレベルまで消費されることを確保する運転者対話型システムにおいて、該システムは、
前記自動車の燃料補給所において直接的に接地された導電性のタイヤ接触面と；
燃料補給の前および燃料補給中に、前記自動車が前記導電性の面上に正しく配置されていることを確保するために、前記導電性の面上での前記自動車の位置を監視するための手段と；
前記自動車／地面間の電気抵抗値が所定の安全な閾値の下にあることを確保するために、前記自動車と前記地面との間の電気抵抗値を測定するための手段と；
前記自動車が正しく配置され、放電される可能性が除去された前提条件が整い、前記自動車が燃料補給することが可能な安全な状態となった場合に、前記自動車の運転者と通信するための信号と；
を具備していることを特徴とする運転者対話型システム。
【請求項２】
前記導電性の面は、所定の自動車のタイヤの配置と一致するように並べられた、一連の導電性パッドであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記導電性パッドは、電気的接地に制御手段によって電気的に切換可能であることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電気的接地は地面であることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記電気的接地は地面であることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記自動車が前記パッド上に正しく配置されている場合に、前記制御手段は、
ａ）前記パッドを接地状態から切断し；
ｂ）前記自動車の抵抗値を、［Ｒｖｅｈｉｃｌｅ−ｉ］＝［ＲＬ−ｔｉｒｅ］＋［ＲＲ−ｔｉｒｅ］＋［Ｒｂｏｄｙ］の式に従って、前記パッドの全ての可能な組み合わせについて測定し；
ｃ）それぞれの前記組み合わせについて［Ｒｖｅｈｉｃｌｅ−ｉ］＜［Ｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］であるかどうかを決定し、次にそれぞれの前記組み合わせについて［Ｒｖｅｈｉｃｌｅ−ｉ］＜［Ｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］であれば、前記制御手段は前記パッドを再接地して、燃料補給を続行することが可能となることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記パッドの配置は、自動車の向きに関して“右フロント”、“右リア”、“左フロント”、および“左リア”を含んでいることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも１つの前記パッドは、前記制御手段に相互接続されたロードセルを含んでおり、前記制御手段に前記自動車が前記パッド上に配置されていることを検証させていることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御手段に相互接続された近接センサを含み、前記制御手段に前記自動車が前記パッド上に配置されていることを検証させ、この位置において運転者に自動車を停止させる信号を発信することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記パッドは、前記制御手段に相互接続された導電性格子を具備し、該導電性格子は絶縁部材によって周囲および底部側を地面から絶縁されており、前記制御手段によって接地状態に切換可能であることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記パッドは、前記制御手段に相互接続された導電性格子を具備し、該導電性格子は絶縁部材によって周囲側および底部の一部を地面から絶縁されており、前記制御手段によって接地状態に切換可能であることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項１２】
前記パッドは、前記絶縁材料によって絶縁されていない前記格子の底部の一部から延在している排水管を含んでいることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記自動車に接続するための予備的な接地ケーブルを含み、安全な状態に関する前記抵抗測定が適合しない場合に、信号が運転者に前記接地ケーブルを前記自動車に接続するように情報提供し、その後前記ケーブルの接続を確認した上で、前記ステーションが前記運転者に安全な状態になった旨の信号を発信することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記接地ケーブルが接続された状態で、該接地ケーブルと前記導電性のタイヤ接触面との間の電気抵抗は、自動車への接地を確認するために測定されることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素燃料電池を動力源とした自動車内の高圧貯蔵タンクの補給中の静電放電の可能性を減少するためのシステムに関する。このシステムにおいて、自動車と補給ステーションとの帯電電位は、抵抗測定を介して間接的に監視され、抵抗値が所定の安全レベルを上回らない場合のみ、燃料補給は許可される。
【背景技術】
【０００２】
水素が自動車用燃料として使用される場合、燃料補給のための水素燃料補給所の基盤が整備されなければならない。一般的に、近年の慣習では、燃料は、水素のために最大圧力が約５０００ｐｓｉ（約３４．５ＭＰａ）の範囲内で維持された車載タンク内に貯蔵される。約１００００ｐｓｉ（約６８．９ＭＰａ）またはそれよりも高い範囲の圧力が水素の使用に利用されて、さらに広まっている。運転中、静電気は自動車の車体に蓄積されることがある。自動車が停止したとき、静電気は、通常は自動車のタイヤを介して地面に消費される。しかしながら、自動車のタイヤを介して消費される静電気の割合は、タイヤの電気抵抗および自動車が駐車または停止する路面の電気抵抗に依存して変化する。燃料補給ステーションまたは燃料補給所において、自動車の静電気エネルギが、水素ガスの発火を発生させることが可能なエネルギレベルの最小の閾値よりも高い場合、燃料補給所のガス取り出し口と自動車のタンクの補給口との間に接続した燃料補給管を介して自動車に燃料補給することは、安全ではない。水素が燃料補給所の補給ノズルまたは自動車の補給口から漏れた場合、補給ノズルが自動車の補給口に接続されているときにスパークが発生し、水素を発火させることになりかねない。従来の解決方法は、燃料補給前に自動車に接地ケーブルを接続して、スパークが発生する可能性を避けることによって、静電気の問題を軽減させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の目的は、自動車が接地抵抗を有していることを監視して、この抵抗値が所定の安全レベルを超えていない場合にのみ、燃料補給を可能とすることである。この規則において、水素燃料電池を動力源とした自動車内の高圧貯蔵タンクに燃料補給をしている間に、静電放電が発生する可能性は排除される。自動車に接地ケーブルを物理的に接続する煩わしさや時間の浪費は排除される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、水素燃料電池を動力源とした自動車に燃料補給する場合に、自動車に接地ケーブルを接続する必要性を排除した対話型システムを提供する。本発明は、燃料補給前に安全なレベルまで消費されることを確保する方法を利用しており、それは燃料補給面の電気抵抗を最小にし、且つ自動車と地面との間の電気抵抗を測定して、燃料補給が開始される前にその電気抵抗が閾値よりも下にあることを承認することによって達成される。本発明においては、導電性のタイヤ接触面は自動車の燃料補給所において直接的に接地され；燃料補給の前および燃料補給中に、自動車が導電性の面上に正しく配置されていることを確保するために、導電性の面上での自動車の位置が監視され；自動車／地面間の抵抗値が所定の安全な閾値の下にあることを確保するために、自動車と地面との間の抵抗値が測定され；自動車が正しく配置され、且つ電気抵抗が測定され、放電する可能性が排除されるための全ての前提条件が整い、自動車の燃料補給が安全に行われる状態となったときに、信号が自動車の運転者に伝達される。
【０００５】
本発明は、これ以降の図を考慮した好適な実施形態の記載において、より完全に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、自動車の接地抵抗を測定することによって自動車の帯電電位を間接的に監視しており、この抵抗値が所定の安全レベルを超えない場合のみ燃料補給が可能であり、安全な状態の下でのみ補給が可能であることによってドライバとの対話式機構を提供し、水素燃料電池を動力源とした自動車内の高圧貯蔵タンクの補給中の静電放電の可能性が排除されている。水素を動力源とした自動車を燃料補給する場合に、自動車からの接地ケーブルの必要性を排除している対話式システムにおいて、本発明は、自動車の静電気が自動車の最小抵抗／自動車が配置された燃料補給面によって、燃料補給前に安全なレベルへと消費されることを確実にする方法を利用している。本発明のシステムは自動車と地面との間の抵抗を測定し、燃料補給が行われる前に、その抵抗値が閾値よりも低いということを確認している。導電性タイヤ接触面は自動車燃料補給所の地面に直接接触し；導電面上の自動車の位置は監視され、自動車が燃料補給段階の前および最中に導電面上に確実に配置されていることを保証しており；自動車と地面との間の抵抗値が測定され、その自動車／地面間の抵抗値が所定の安全な閾値よりも低いことを確保しており、自動車が適切に配置されているときに、信号が自動車のドライバに伝達されて、安全な抵抗レベルが確認されたときに、放電の可能性を排除するための全ての前提条件が揃い、自動車の燃料補給が安全に行えることを示す。
【０００７】
図１Ａは、燃料補給所の自動車と、燃料補給ステーションの地面との間の一般的な静電気電位を示した図である。図１Ａにおいて、自動車の後部が１として示されており、右リアタイヤ２および左リアタイヤ３を備えている。水素ガス燃料タンク４は、燃料パイプ６を介して燃料タンク補給口５に相互接続されている。地面（アース）は２０として示されている。燃料補給タンクのポンプ１０はベース１１に設置され、燃料タンク５に相互接続されるためのホース１２とノズル１５を含んでいる。自動車の周囲／燃料タンク周辺環境の電位は、ここに正電荷＋および負電荷−として示されている。図１Ｂは等価電気回路を示しており、ＣＡは燃料電池自動車１と地面２０との間の静電容量を表し、ＣＺは燃料電池自動車１と燃料補給ポンプ１０および地面２０との間の静電容量を表している。Ｒ１は燃料補給ポンプ１０および地面またはアースの電気抵抗を示している。図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、静電気は運転中に自動車の車体に蓄積される。自動車が停止したとき、自動車のタイヤを介して電荷が消費される割合は、タイヤの電気抵抗および自動車が駐車または停止している路面の電気抵抗に依存して変化する。燃料補給ステーションまたは補給所において、自動車の静電ポテンシャルが蓄電要素内に蓄積されているならば、回路のＣＡおよびＣＺは最小のエネルギ閾値よりも高く、スパークが発生して水素ガスの点火を引き起こすかもしれない。それは図１Ｃに示されている。
【０００８】
［実施例Ａ］
図２Ａは本発明による一実施形態の側面図であり、燃料補給所において導電性パッドまたは格子２１ＬＦと２３ＬＲ上に配置された自動車１の運転席側（左側）が示されており、地面またはステーションのプラットフォームが２０として示されている。燃料補給操作を案内するための運転者への信号３０は、一連の異なった色のライト、または文字信号を含んでおり、例えば、赤ライト３１は“停車”を示し、青ライト３２は“補給可能”を示し、緑ライト３３は補給終了”である。導電性パッド２１ＬＦおよび２３ＬＲは、底部および側部を絶縁部材２２ＬＦおよび２４ＬＲによって包まれており、地面２０からパッドを隔離している。接地ロッド２５および２６は、切換可能な回路２５Ｃおよび２６Ｃを介してパッドから確実に直接接地しており、その回路は制御手段と相互接続されている。排水管２７はシステムから最も余分な水を除去し、近接センサ３５はパッド上の自動車の正確な位置を確認し、パッドにはロードセル４１ＬＦおよび４２ＬＲも含まれている。
【０００９】
図２Ｂは図２Ａの実施形態の構想図であり、自動車の右側のパッドおよび絶縁部材２１ＲＦ，２２ＲＲ，２３ＲＦ，２４ＲＲの配置は図２Ａに示されている左側と対称となるイメージである。配水管２７と、近接センサ３５と、補給ポンプ１０およびプラットフォーム１１とが同様に示されている。それぞれのパッドは固有の接地ロッドを備えていてもよく、または複数のパッドが同一の接地に利用されてもよい。図２Ｃは図２Ａの実施形態の横断面図であり、自動車が導電性パッド上で正確に配置されたときの、自動車の正面における電気抵抗監視システムの操作を示している。
【００１０】
図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに示されたこのシステムの例において、導電性パッドはタイヤと接触し、（複数の）近接センサおよびロードセルは図４に示されているように制御手段と相互接続されて、その制御手段はシステム操作状況を監視し、かつ運転者との双方向性および燃料補給所の安全用インターロックのための信号を制御している。操作時において、センサ間の近接ビーム３５Ｂ／送信器３５は、自動車が正しく配置されたときに検出し、ロードセル４１ＬＦおよび４１ＬＲ（並びに図示されていない４１ＲＦおよび４２ＲＲ）は自動車の車重をチェックし、自動車のタイヤがパッドの導電面２１ＬＦ，２３ＬＲ，２１ＲＦ，および２１ＲＦに接触していることを確認する。自動車が適切に配置されているとき、赤ライト３１は運転者に“停車”の信号を発信する。その後制御手段は貯蔵所において鉄格子またはパッド２１ＬＦ，２３ＬＲ，２１ＲＦ，および２１ＲＦの接続を地面から切断する。そして自動車の抵抗値［Ｒｖｅｈｉｃｌｅ−ｉ］＝［ＲＬ−ｔｉｒｅ］＋［ＲＲ−ｔｉｒｅ］＋［Ｒｂｏｄｙ］で測定され、全ての可能なタイヤの組み合わせＬＦとＬＲ，ＬＦとＲＦ，ＬＦとＲＲ，ＲＦとＲＲ，ＲＲとＬＲ，およびＬＲとＲＦについても測定される。それらの測定後、制御手段は［Ｒｖｅｈｉｃｌｅ−ｉ］＜［Ｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］であるかどうかをそれぞれの組み合わせについて決定し、その後格子を再接地する。青ライト３２は“補給可能”を示し、緑ライト３３は“補給終了”を示す。
【００１１】
［実施例Ｂ］
図３Ａは、本発明による代替的な実施形態の運転席側（左側）の側面図であり、自動車が燃料補給所において導電パッド上に配置され、信号３０が運転者に補給操作の案内をしている状態を示している。図３Ｂは図３Ａの実施形態の構想図であり、４つの導電性格子信号と燃料補給ポンプとを示している。図３Ｃは図３Ａの実施形態の横断面図であり、自動車が導電性パッド上に適切に配置されたときの、抵抗値監視の操作と運転者への信号伝達システムを示している。実施例Ｂ中の導電性格子は、実施例Ａ中の導電性格子とは異なっており、埃、泥、雪、および他の周辺環境の汚染物が落とされて、タイヤに接触する面を清浄に保っている。
【００１２】
図３Ａは、燃料補給所の導電性格子５０ＬＦおよび５１ＬＲじょうに配置された自動車１の運転席側（左側）を示しており、地面またはステーションのプラットフォームは２０として示されている。燃料補給操作を案内するための運転者への信号３０は、一連の異なった色のライト、または文字信号を含んでおり、例えば、赤ライト３１は“停車”を示し、青ライト３２は“補給可能”を示し、緑ライト３３は補給終了”である。導電性格子５０ＬＦおよび５１ＬＲは地面２０内に配置され、周囲の境界側に絶縁部材５０ＰＬＦおよび５１ＰＬＲを含んでいる。接地ロッド５２および５３は導電性格子から確実に直接接地している排水管６０，６１，および６５はシステムから余分な水を除去し、近接センサ３５はパッド上の自動車の正確な位置を確認し、パッドにはロードセル７１ＬＦおよび７２ＬＲも含まれている。
【００１３】
図３Ｂは図３Ａの実施形態の構想図であり、自動車の右側のパッドおよび絶縁部材５０ＲＦおよび５１ＲＲ，並びに５０ＰＲＦおよび５１ＰＲＲの配置は図３Ａに示されている左側と対称となるイメージである。配水管６０，６１，および６５と、近接センサ３５と、補給ポンプ１０およびプラットフォーム１１とが同様に示されている。それぞれのパッドは固有の接地ロッドを備えていてもよく、または複数のパッドが同一の接地に利用されてもよい。図３Ｃは図３Ａの実施形態の横断面図であり、自動車が導電性パッド上で正確に配置されたときの、自動車の正面における電気抵抗監視システムの操作を示している。図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃに示されたこのシステムの例において、導電性パッドはタイヤと接触し、（複数の）近接センサおよびロードセルは図４に示されているように、同様に制御手段と相互接続されて、その制御手段はシステム操作状況を監視し、かつ運転者との対話および燃料補給所の安全用インターロックのための信号を制御している。本実施献体の操作時には、自動車が正確に配置されたとき近接ビームが表示し、ロードセルは自動車の車重をチェックして、自動車のタイヤが導電性格子に接触していることを確認する。正確な位置と接触との確認がとれたところで、赤ライト３１は運転者に“停車”の信号を発信し、ステーションの制御手段は地面から鉄格子を切断して自動車の抵抗値［Ｒｖｅｈｉｃｌｅ−ｉ］＝［ＲＬ−ｔｉｒｅ］＋［ＲＲ−ｔｉｒｅ］＋［Ｒｂｏｄｙ］を測定する。抵抗値は全ての可能なタイヤの組み合わせＬＦとＬＲ，ＬＦとＲＦ，ＬＦとＲＲ，ＲＦとＲＲ，ＲＲとＬＲ，およびＬＲとＲＦについて測定される。それらの測定後、制御手段は［Ｒｖｅｈｉｃｌｅ−ｉ］＜［Ｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］であるかどうかをそれぞれの組み合わせについて決定し、その後格子を再接地する。青ライト３２は“補給可能”を示し、緑ライト３３は“補給終了”を示す。
【００１４】
図４において実施形態に適用可能な制御システムが記載されており、（複数の）近接センサおよびロードセルＲＦ，ＲＲ，ＬＦ，およびＬＲからのデータはステーションの制御システムに入力され、自動車の位置を確認して、自動車がステーションのパッド上の正確な位置にあるときに、対話信号が運転者に情報提供するように操作案内を行う。導電性パッドＲＦ，ＲＲ，ＬＦ，およびＬＲからのデータは処理ユニットに入力され、そこで例示された計算が実行され、対話信号が燃料補給可能であることを示す。ここで使用されているＲＦ，ＲＲ，ＬＦ，およびＬＲの語句は、それぞれ“右フロント”、“右リア”、“左フロント”、および“左リア”を示しており、パッドおよび他のセンサ並びに自動車の向きに関する構成位置の参照符号に使用されて、識別している。
【００１５】
抵抗値の状態が適合しない場合、ステーションは接地ケーブルを備えていてもよく、点灯ポールおよび／またはディスペンサインターフェイススクリーン（dispenser interface screen）が運転者に接地ケーブルを自動車につなぐことを指示する。運転者はステーションに接地コネクタが接続されたことを承認し、それはボタンを押す、スクリーンにタッチすることによって、または自動的に認識することによって実行する。その後、ステーションは接地を確認し、本実施例においては、接地ケーブルと自動車のタイヤが乗せられている１つ以上の導電性パッドとの間の抵抗値を測定することによって、またはケーブルを介した自動車の接地を認識する他の方法によって確認する。この点において、ステーションは運転者に、燃料補給が可能な安全な状態になったという信号を伝達する。
【００１６】
本発明を詳細に記載することで、当業者は与えられた本記載を理解し、改良品は、ここに記載された発明の思想から逸脱することなく発明を実施するであろう。従って、本発明の範囲は明細書の記載および図示され、記載された好適な実施形態に限定されることを目的としていない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められることを目的としている。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
水素燃料電池を動力源とした自動車内の高圧貯蔵タンクの補給中の静電放電の可能性を除去するためのシステムには、広範囲の燃料配給を提供するための基盤、および水素（および圧縮天然ガス）を利用した自動車の燃料補給基盤において、産業的利用可能性を有している。そのシステムにおいて、自動車および補給ステーションの帯電電位は抵抗測定を介して監視され、スパークの閾値が所定のレベルを超えないときのみ、自動車の燃料補給が可能である。補給所における利用者の利便性は拡大され、ガスの配給と基盤の分配とには、高圧の（可燃性）ガスを利用した自動車の燃料タンクに燃料補給するための、消費者に親切な設備が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】燃料補給ステーションにおける自動車、燃料補給所および地面間の典型的な静電気電位を示した図である。
【図１Ｂ】自動車、地面、および燃料補給ポンプの抵抗と静電容量との、図１Ａの形態に等価な回路を示した回路図である。
【図１Ｃ】図１Ｂの回路の電気的な形態を簡素化した図である。
【図２Ａ】燃料補給所における導電性パッド上に配置された自動車と、燃料補給操作を案内するための運転者への信号を示した、本発明による一実施形態の側面を示した図である。
【図２Ｂ】図２Ａの実施形態の構想図である。
【図２Ｃ】図２Ａの横断面図であり、自動車が導電性パッド上に正確に配置されたときの抵抗監視システムの操作を示した図である。
【図３Ａ】燃料補給所における導電性パッド上に配置された自動車と、燃料補給操作を案内するための運転者への信号を示した、本発明による代替的な実施形態の側面を示した図である。
【図３Ｂ】図３Ａの代替的な実施形態の構想図である。
【図３Ｃ】図３Ａの横断面図であり、自動車が導電性パッド上に正確に配置されたときの抵抗監視システムの操作を示した図である。
【図４】自動車の位置と、信号発信手段と安全用インターロックとに相互接続された抵抗値を監視するセンサとにリンクされた制御手段の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００１９】
１          自動車
２          右リアタイヤ
３          左リアタイヤ
５          燃料タンク補給口
６          燃料パイプ
１０        ポンプ
１１        ベース
１２        ホース
１５        ノズル
２０        地面（プラットフォーム）
２１、２３  導電性パッド（格子）
２２，２４  絶縁部材
２５、２６  接地ロッド
２７        排水管
３０        信号
３５        近接センサ
３５Ｂ      近接ビーム
４１        ロードセル
５０        パッド
５１        絶縁部材
５２，５３  接地ロッド
６０，６１，６５  排水管
７０，７１  ロードセル
【図１Ａ】
2008543632.tif 000003
【図１Ｂ】
2008543632.tif 000004
【図１Ｃ】
2008543632.tif 000005
【図２Ａ】
2008543632.tif 000006
【図２Ｂ】
2008543632.tif 000007
【図２Ｃ】
2008543632.tif 000008
【図３Ａ】
2008543632.tif 000009
【図３Ｂ】
2008543632.tif 000010
【図３Ｃ】
2008543632.tif 000011
【図４】
2008543632.tif 000012
【国際調査報告】
2008543632.tif 000013
2008543632.tif 000014