(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステーションから車両に搭載されたタンクへのガス充填システムであって、
前記車両は、
ガスを貯蔵するための複数のタンクと、
前記複数のタンクの温度を検出する複数の温度センサーと、
前記複数のタンクへ供給されるガスの充填圧力を検出する車両側圧力センサーと、
前記複数のタンクの温度及び前記充填圧力を取得し、前記複数のタンクの平均温度を求めるとともに、前記複数のタンクの温度及び前記充填圧力を用いて前記複数のタンクのそれぞれの個別充填率を求める車両側制御部と、
を備え、
前記ステーションは、
前記車両へガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部におけるガスの供給圧力を検出するステーション側圧力センサーと、
前記ガス供給部によるガスの供給を制御するステーション側制御部と、
を備え、
前記車両側制御部は、前記平均温度を前記ステーション側制御部に送信し、
前記ステーション側制御部は、前記車両側制御部から送信された前記平均温度及び前記ステーション側圧力センサーで検出された供給圧力を用いて求めた前記複数のタンクの全体充填率が、充填率規定値を超えないように、前記ガスの供給を制御し、
前記車両側制御部は、前記複数のタンクの何れかの個別充填率が前記充填率規定値に達した場合に、ガスの供給の停止要求を前記ステーション側制御部に送信し、
前記ステーション側制御部は、前記車両側制御部から前記停止要求を受信した場合に、前記ガスの供給を停止する
ことを特徴とするガス充填システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステーションから、車両に搭載された複数のタンクへ、ガスを充填するガス充填システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガス充填システムでは、温度や圧力、充填率等の仕様（以下、総称して「充填仕様」とも呼ぶ）を満たしつつ、ステーションから車両に搭載されたタンクへのガス（例えば水素）の充填を行なっている。例えば、特許文献１に記載のガス充填システムでは、車両は、搭載されている複数のタンクのうち最も放熱性が良いタンクの温度（最も低い温度）をステーションに送信し、ステーションは、受信した温度の情報と、ステーションにおける燃料ガスの供給圧力（「充填圧力」とも呼ぶ）とに基づいてタンクの充填率（ＳＯＣ）を求めて監視し、タンクへの燃料ガスの充填量を定めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０７７８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、最も放熱性の良いタンクの最も低い温度を基準として充填率を求めているので、タンク同士の温度差が大きいと、他のタンクの実際の充填率がかなり低い状態であるにも関わらず、充填停止となってしまい、充填後のタンクにおいて十分な充填率が得られない可能性がある。また、ステーションにおける充填圧力は、ノズルや車両側の充填口からタンクまでの配管等における圧損によって、タンクの実圧力よりも高く計測されるので、圧損が大きいほど充填率の低下はより顕著となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、ステーションから車両へのガス充填システムが提供される。このガス充填システムの前記車両は、ガスを貯蔵するための複数のタンクと；前記複数のタンクの温度を検出する複数の温度センサーと；前記複数のタンクへ供給されるガスの充填圧力を検出する車両側圧力センサーと；前記複数のタンクの温度及び前記充填圧力を取得し、前記複数のタンクの平均温度を求めるとともに、前記複数のタンクの温度及び前記充填圧力を用いて前記複数のタンクのそれぞれの個別充填率を求める車両側制御部と；を備える。前記ステーションは、前記車両へガスを供給するガス供給部と；前記ガス供給部におけるガスの供給圧力を検出するステーション側圧力センサーと；前記ガス供給部によるガスの供給を制御するステーション側制御部と；を備える。前記車両側制御部は、前記平均温度を前記ステーション側制御部に送信する。前記ステーション側制御部は、前記車両側制御部から送信された前記平均温度及び前記ステーション側圧力センサーで検出された供給圧力を用いて求めた前記複数のタンクの全体充填率が、充填率規定値を超えないように、前記ガスの供給を制御する。前記車両側制御部は、前記複数のタンクの何れかの個別充填率が前記充填率規定値に達した場合に、ガスの供給の停止要求を前記ステーション側制御部に送信する。前記ステーション側制御部は、前記車両側制御部から前記停止要求を受信した場合に、前記ガスの供給を停止する。
この形態のガス充填システムによれば、ステーション側において、複数のタンクの平均温度及びガス供給部の供給圧力を用いて求めた複数のタンクの全体充填率が、充填率規定値を超えないように、ガスの供給を制御するので、ステーション側で車両の複数のタンクへのガスの充填を管理することができる。そして、従来技術の場合に比べて、ステーション側で充填率を求めるのに用いる温度と各タンクの温度との温度差が小さくなるので、充填完了後の複数のタンクの全体としての充填率を向上させることが可能である。また、車両側では、複数のタンクのそれぞれの個別充填率を求めて、それぞれのタンクの個別充填率を監視し、何れかの個別充填率が充填率規定値に達した場合に、車両側からステーション側に停止要求が送信され、ステーション側では、停止要求を受信した場合に車両へのガスの供給が停止されるので、各タンクが過充填とならないように制御することができる。従って、従来技術に比べて可能な限り複数のタンクの全体としての充填率の向上を図ることができる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ステーションから車両へのガス充填システム、ガス充填方法、ステーション、および、車両などの種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の水素充填システムの構成を示す説明図である。
【図２】水素ステーションにおける水素充填処理について示す説明図である。
【図３】車両における水素充填処理について示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、一実施形態の水素充填システムの構成を示す説明図である。この水素充填システムは、水素ステーション１０が、燃料ガスとしての水素を、燃料電池システムを搭載した燃料電池車（以下、単に「車両」と呼ぶ）２０に供給し、車両２０に搭載された燃料タンクに充填するシステムである。
【００１０】
水素ステーション１０は、貯蔵タンク１００と、圧縮機１１０と、送出バルブ１２０と、送出ノズル１３０と、ステーション側通信装置１４０と、ステーション側制御部１５０と、を備える。また、送出バルブ１２０と送出ノズル１３０とをつなぐ送出配管には、送出するガスの圧力（「供給圧力」とも呼ぶ）を検出するステーション側圧力センサーＰｆｓが設けられている。圧縮機１１０と送出バルブ１２０と送出ノズル１３０とが本発明の「ガス供給部」に相当する。
【００１１】
水素ステーション１０の貯蔵タンク１００は、車両２０に供給するための水素を貯蔵している。送出バルブ１２０は、バルブの開閉度を変化させることにより、圧縮機１１０から送出される水素の送出や遮断、送出量を調整する。圧縮機１１０は、車両２０へ供給する水素の昇圧速度が、ガスの充填仕様として規定されている昇圧速度となるように、貯蔵タンク１００に貯蔵されている水素を圧縮する。ステーション側制御部１５０は、ステーション側通信装置１４０を制御して、車両２０から送られてくるタンクの温度や充填停止要求等の情報を含むタンク情報を取得する。また、ステーション側圧力センサーＰｆｓから、検出した水素の供給圧力の情報を取得する。そして、ステーション側制御部１５０は、これら取得した情報を基に、あらかじめ設定されているガス充填の仕様に従って、車両２０に水素を送出するように、圧縮機１１０および送出バルブ１２０の動作を制御する。
【００１２】
車両２０は、レセプタクル２００と、複数のタンク２１０，２２０と、車両側通信装置２４０と、車両側制御部２７０と、を備える。また、レセプタクル２００と複数のタンク２１０，２２０との間には、水素ステーション１０から供給される水素を複数のタンク２１０，２２０に供給し充填する充填路２５０が設けられている。この充填路２５０は、レセプタクル２００からの第１の充填経路２５２と、第１のタンクへの第２の充填経路２５６と、第２のタンクへの第３の充填経路２５８と、第１の充填経路２５２を、第２の充填経路２５６と第３の充填経路２５８とに分岐する分岐管２５４と、から構成されている。また、複数のタンク２１０，２２０と不図示の燃料電池との間には、複数のタンク２１０，２２０に貯蔵されている水素を燃料電池に供給する供給路２６０が設けられている。複数のタンク２１０，２２０は、レセプタクル２００および充填路２５０を介して供給された燃料ガスである水素を貯蔵し、供給路２６０を介して燃料電池に供給する。燃料電池に供給された水素は燃料ガスとして消費される。
【００１３】
複数のタンク２１０，２２０には、それぞれ、タンク内温度を検出する温度センサーＴＡ，ＴＢが設けられている。また、分岐管２５４には、水素ステーション１０から供給される水素の充填圧力（車両側充填圧力）を検出する車両側圧力センサーＰｆｖが設けられている。車両側制御部２７０は、後述する水素の充填時には、車両側圧力センサーＰｆｖ及び温度センサーＴＡ，ＴＢの検出値を取得する。また、車両側制御部２７０は、タンクへの水素の充填時には、後述するタンク情報をステーション側制御部１５０に送信する。ステーション側通信装置１４０および車両側通信装置２４０は、例えば、赤外線通信装置を用いることができる。ただし、これに限定されるものではなく、他の無線通信装置であってもよいし、有線通信装置であってもよい。
【００１４】
以上説明した水素充填システムにおいては、以下で説明するようにして、水素ステーション１０から車両２０へ水素が供給されて、車両２０に備える複数のタンク２１０，２２０に水素の充填が実行される。
【００１５】
図２は、水素ステーション１０における水素充填処理について示す説明図である。図３は、車両２０における水素充填処理について示す説明図である。水素ステーション１０及び車両２０における水素充填処理は、送出ノズル１３０とレセプタクル２００とが接続されて、ステーション側通信装置１４０と車両側通信装置２４０との間での通信が確立された後、ステーション側制御部１５０及び車両側制御部２７０のそれぞれにおいて開始される。
【００１６】
ここで、タンクの仕様は、温度８５℃以下、充填率１００％以下、タンク内圧力８７．５ＭＰａ以下と法律により規定されているものとする。なお、ＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）規格においては、水素の充填のための仕様として、タンクの上限温度（８５℃）を越えないための昇圧速度が規定されている。そこで、本実施形態では、ステーション側制御部１５０は、この規定に従って、圧縮機１１０および送出バルブ１２０の動作を制御する。従って、以下で説明する水素充填処理は、基本的には、車両２０の複数のタンク２１０，２２０の温度がタンクの上限温度を越えることはないという前提のもとに、充填率が１００％を越えないように監視すればよい、という観点のもとに設計されている。
【００１７】
例えば、水素ステーションの操作者が不図示の充填開始スイッチ等により充填操作を開始すると、ステーション側制御部１５０は、図２に示すように、まず、予め設定した規定に従った昇圧速度となるように、圧縮機１１０および送出バルブ１２０を制御して、送出ノズル１３０を介して車両２０への水素の送出を開始し、車両２０へ水素を供給することにより、複数のタンク２１０，２２０への充填を実行する（ステップＳ１００）。また、この際、ステーション側制御部１５０は、車両側制御部２７０に処理の開始を示す処理開始情報を送信する。処理開始情報を受信した車両側制御部２７０は、図３に示す処理を開始する。
【００１８】
車両側制御部２７０は、車両側圧力センサーＰｆｖ及び温度センサーＴＡ，ＴＢが検出する各値を取得する（ステップＳ２１０）。そして、車両側制御部２７０は、複数の温度センサーＴＡ，ＴＢの値（以下、「タンク温度ＴＡ」、「タンク温度ＴＢ」とも呼ぶ）を用いて複数のタンク２１０，２２０の平均タンク温度Ｔｍ＝（ＴＡ＋ＴＢ）／２を算出する（ステップＳ２２０）。また、車両側制御部２７０は、各タンク２１０，２２０の個別充填率ＳＯＣｉを下式（１）に示す算出式に基づいて算出する（ステップＳ２３０）。
ＳＯＣ［％］＝{（Ｚ０×Ｔ０×Ｐ１）／（Ｚ１×Ｔ１×Ｐ０）}×１００  ・・・（１）
上記（１）式中、Ｚは圧縮係数、Ｔはタンク温度、Ｐは圧力を示し、添え字「０」は基準値、添え字「１」は充填中の取得値を示す。なお、本例では、基準値としてＺ０＝Ｚ１＝０．９９、Ｔ０＝２８８Ｋ（＝１５℃）、Ｐ０＝７０ＭＰａを用いるものとする。また、充填中の温度Ｔ１としては、第１のタンク２１０の場合には第１のタンク温度ＴＡが用いられ、第２のタンク２２０の場合には第２のタンク温度ＴＢが用いられる。また、充填中の圧力Ｐ１としては、分岐管２５４に設けられた車両側圧力センサーＰｆｖが検出した充填圧力（以下、「車両側充填圧力Ｐｆｖ」とも呼ぶ）が用いられる。
【００１９】
そして、車両側制御部２７０は、何れかのタンクの個別充填率ＳＯＣｉが充填率規定値（例えば１００％）に達したか否か判断する（ステップＳ２４０）。何れのタンクの個別充填率ＳＯＣｉも１００％に達していない場合には、まだ充填可能と判断し、ステーション側制御部１５０へ、タンク情報として、平均タンク温度Ｔｍを送信する（ステップＳ２５０）。これに対して、何れかのタンクの個別充填率ＳＯＣｉが１００％に達した場合には、満充填状態と判断し、ステーション側制御部１５０へ、タンク情報として、平均タンク温度Ｔｍに加えて、充填停止要求Ｓｔを送信する（ステップＳ２６０）。なお、充填停止要求Ｓｔのみを送信するようにしてもよい。
【００２０】
車両側制御部２７０は、ステーション側制御部１５０から充填処理の終了を示す処理終了情報を受信するまで、上記した処理（ステップＳ２１０〜Ｓ２６０）を繰り返し実行する（ステップＳ２７０）。
【００２１】
図２のステーション側の処理に戻って、ステーション側制御部１５０は、車両側制御部２７０から送信されてくるタンク情報として、平均タンク温度Ｔｍ、並びに、必要に応じて充填停止要求Ｓｔを取得するとともに、ステーション側圧力センサーＰｆｓの示す供給圧力（以下、「ステーション側供給圧力Ｐｆｓ」とも呼ぶ）を取得する（ステップＳ１２０）。
【００２２】
そして、ステーション側制御部１５０は、車両側制御部２７０から充填停止要求Ｓｔが有ったか否判断する（ステップＳ１４０）。充填停止要求Ｓｔが有った場合、車両２０に搭載されたタンクの何れかが満充填状態であるので、ステーション側制御部１５０は、圧縮機１１０および送出バルブ１２０の動作を停止して水素の送出を停止して、車両２０への水素の供給を停止することにより、水素の充填を完了する（ステップＳ１８０）。なお、充填停止要求Ｓｔを受信したら、割り込み処理により直ちに水素の供給を停止するようにしてもよい。
【００２３】
充填停止要求Ｓｔが無い場合には、ステーション側制御部１５０は、上記（１）式に基づいて複数のタンク２１０，２２０の全体充填率ＳＯＣｔを算出する（ステップＳ１６０）。なお、本処理においても、基準値としてＺ０＝Ｚ１＝０．９９、Ｔ０＝２８８Ｋ（＝１５℃）、Ｐ０＝７０ＭＰａを用いるものとする。また、充填中の温度Ｔ１としては、車両２０から取得した平均タンク温度Ｔｍが用いられる。また、充填中の圧力Ｐ１としては、水素ステーション１０から送出される水素の圧力、すなわち、ステーション側供給圧力Ｐｆｓが用いられる。なお、このステーション側供給圧力Ｐｆｓから既知の圧損等を除算した値が用いられるようにしてもよい。これは、車両２０の車両側圧力センサーＰｆｖが検出する車両側充填圧力は、車両依存性が高いので、水素ステーション１０のステーション側圧力センサーＰｆｓが検出した信頼性の高いステーション側供給圧力を利用して、タンクの充填率を把握することにより、水素ステーション１０側で充填状態を管理するためである。このようにすれば、仮に、車両側圧力センサーＰｆｖが故障していた場合においても、水素ステーション１０側で管理可能なステーション側供給圧力が満充填に対応する最大供給圧力に到達した場合に、水素ステーション１０側で充填を停止することが可能である。
【００２４】
そして、車両２０の平均タンク温度Ｔｍ及びステーション側供給圧力Ｐｆｓから算出された全体充填率ＳＯＣｔが充填率規定値（例えば１００％）未満であるか判断する（ステップＳ１７０）。全体充填率ＳＯＣｔが１００％未満の場合には、何れのタンクの充填率も問題ないと判断して、上記した処理（ステップＳ１１０〜Ｓ１６０）を繰り返す。これに対して、全体充填率ＳＯＣｔが１００％に達した場合には、ステーション側制御部１５０は、車両２０への水素の供給を停止することにより、水素の充填を完了する（ステップＳ１８０）。
【００２５】
水素の充填を完了した場合（ステップＳ１８０）、ステーション側制御部１５０は、水素充填処理を終了する。この際、ステーション側制御部１５０は、車両側制御部２７０に対して、水素充填処理の終了を示す処理終了情報を送信する。処理終了情報を受信した車両側制御部２７０は、上記したように、その処理を終了する。
【００２６】
上記のように、本実施形態の水素充填処理は、基本的には、水素ステーション１０は、車両２０の複数のタンク２１０，２２０の平均タンク温度Ｔｍ及びステーション側供給圧力Ｐｆｓを用いて全体充填率ＳＯＣｔを算出して監視しつつ、車両２０への水素の充填を実行し、その全体充填率ＳＯＣｔが充填率規定値（例えば１００％）に達した際に充填を完了する。従って、車両２０側に設けられた車両側圧力センサーＰｆｖに依存することなく、車両２０への水素の充填を安定に実行することができる。また、車両側圧力センサーＰｆｖが故障していても、水素ステーション１０側の管理の下で、車両２０へ水素を設定した圧力となるまで充填することができる。
【００２７】
ここで、充填率は、上記（１）式からわかるように、充填されるタンクの温度と充填されるガス（ここでは、水素）の圧力で決まり、タンクの温度が低いほど高く、ガスの圧力が高いほど高い。このため、放熱性が最も良いタンク（温度が最も低いタンク）の充填率が最も早く高くなる。従って、従来技術のように、水素ステーションにおいて、ステーションにおける供給圧力及び放熱性が最も良いタンクの温度（最も低い温度）から算出される充填率を監視する場合、最も低い温度のタンクよりも高い温度のタンクの実際の充填率には余裕があり、充填完了後の複数のタンクの全体充填率ＳＯＣｔが低くなってしまう可能性がある。
【００２８】
また、水素ステーションから車両のタンクまでのガスの経路には圧損があるため、水素ステーションにおける供給圧力（ステーション側供給圧力）に比べて車両内における充填圧力（車両側充填圧力）の方が低くなるので、ステーション側供給圧力を用いて算出した全体充填率ＳＯＣｔよりも実際のタンクの個別充填率ＳＯＣｉは低くなる。実際のタンクの個別充填率ＳＯＣｉの低下は、複数のタンクへの経路を構成する配管長が長くなればなるほど大きくなり、また、タンク間の配管の長さの差が大きくなれば、これに応じてタンク間の温度差が大きくなり得るので、従来技術の充填処理の場合、充填完了後の複数のタンクの全体充填率ＳＯＣｔの低下がより顕著となり得る。
【００２９】
一方、本実施形態の場合、水素ステーションにおいて、水素ステーションにおける供給圧力（ステーション側供給圧力）及び複数のタンクの平均温度から算出される全体充填率ＳＯＣｔを監視するので、従来技術の場合に比べて充填率の算出に用いる温度と各タンクの温度との温度差が小さくなり、充填完了後の複数のタンクの全体としての充填率を向上させることが可能である。
【００３０】
また、水素ステーションにおいて、上記のように複数のタンクの平均温度及びステーション側供給圧力を用いて全体充填率ＳＯＣｔを算出した場合、実際のタンクの個別充填率ＳＯＣｉは、圧損による圧力差に応じて低くなる。また、水素ステーションにおいて算出する全体充填率ＳＯＣｔは、上記のように複数のタンクの平均温度を用いているので、平均温度よりも低い温度のタンクでは、過充填となる可能性がある。本実施形態の場合、上記したように、充填処理の過程において、車両側では、各タンクの個別充填率ＳＯＣｉをそれぞれのタンク温度及び車両における充填圧力（車両側充填圧力）を用いて算出して監視し、何れかのタンクの個別充填率ＳＯＣｉが充填率規定値の１００％に達した場合に、水素ステーションに充填停止要求を行なっている。これにより、各タンクの過充填を防止することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、水素ステーション側の管理の下で、水素ステーションから車両に搭載された複数のタンクに対して、タンクの上限温度を満たしつつ、充填率が充填率規定値を超えないように、水素を充填することができる。また、従来技術に比べて、複数のタンクの充填率を向上させることが可能である。
【００３２】
なお、仮に、何れかのタンクの温度が、なんらかの理由により上限温度を超えた場合には、例えば、車両側制御部２７０から水素ステーション１０側に、ＡＢＯＲＴ（充填停止）信号を送信して、ステーション側制御部１５０が充填を停止すればよい。
【００３３】
上記実施形態では、ステーション側制御部１５０は、水素充填処理（図２）において、充填率規定値を１００％（ステップＳ１７０）としているが、これに限定されるものではなく、１００％よりも低い充填率規定値としてもよく、ステーション側で管理する充填率のマージンの設定に応じた値とすればよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、２つのタンクに燃料ガスである水素を充填する場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、２つ以上の複数のタンクに燃料ガスである水素を充填する場合であってもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、燃料電池システムを搭載した燃料電池車のように水素のタンクを搭載したタンク搭載車両に、水素ステーションから水素を充填する水素充填システムを例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、燃料ガスのタンクを搭載した他の種類の車両に燃料ガスを充填するガス充填システムであってもよい。
【００３６】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…水素ステーション
２０…車両
１００…貯蔵タンク
１１０…圧縮機
１２０…送出バルブ
１３０…送出ノズル
１４０…ステーション側通信装置
１５０…ステーション側制御部
２００…レセプタクル
２１０，２２０…タンク
２４０…車両側通信装置
２５０…充填路
２５２…第１の充填経路
２５４…分岐管
２５６…第２の充填経路
２５８…第３の充填経路
２６０…供給路
２７０…車両側制御部
ＴＡ，ＴＢ…温度センサー
Ｐｆｓ…ステーション側圧力センサー
Ｐｆｖ…車両側圧力センサー
【図１】
0006561746.tif 000002
【図２】
0006561746.tif 000003
【図３】
0006561746.tif 000004