(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス利用手段を有する車両から、この車両に搭載されている高圧ガスタンク内への最大充填流量について複数の段階にレベル分けされた段階値に関する情報である高圧ガスタンク情報と、前記高圧ガスタンクの残容量に関する情報とを受信し、
受信した前記高圧ガスタンク情報に基づいて、前記燃料ガスの充填速度を決定し、
前記車両から受信した充填開始時の前記高圧ガスタンクの残容量に応じて充填速度を補正する
ことを特徴とする燃料ガス充填制御装置。
【請求項２】
前記高圧ガスタンクの充填回数及び／又は使用期限を、さらに受信し、
受信した前記高圧ガスタンクの充填回数及び／又は使用期限が、対応する所定値を超える場合、燃料ガスの充填を停止することを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス充填制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ガス（ＣＮＧ，Ｈ２等）を燃料とする自動車の燃料ガス充填制御装置に関するものであり、特に車両の高圧ガスタンクが許容する充填時のガス流量情報を車外の燃料ガス充填制御装置に通知することで充填を適切に行うようにした燃料ガス充填制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車燃料用ガスタンクは、水素や天然ガス等の自動車用燃料ガスを圧縮ガスとして貯蔵し、減圧弁を介して燃料ガスを内燃機関、もしくは燃料電池へ供給するためのものであり、圧縮ガスの補給は急速充填により行われる。
また、自動車燃料用ガスタンクには、樹脂製のライナーの外面にカーボンファイバー等の補強部材を巻き付けて樹脂で固めたタンク、或いは金属製のライナーの外面にカーボンファイバー等の補強部材を巻き付けて樹脂で固めたタンク等の種類があり、それぞれ軽量で、機械的強度に優れている等の特徴を備えている。
【０００３】
ところで、従来からコミュニケーション充填システムや、ディスペンサコントロールシステムとよばれる燃料ガス充填システムが知られている。
コミュニケーション充填システムは、高圧ガスの充填所と車両間でガスタンク内の圧力、温度等の信号を送信しながら、燃料ガスの充填を行うシステムである。
一方、ディスペンサコントロールシステムは、圧力・温度等の情報の送信を行わずにディスペンサの圧力、挙動等の情報から車両のタンク内の状態を推測して、タンク内のガス密度が定格温度・圧力でのガス密度と同等となるように、燃料ガスの充填を行うシステムである（ＵＳＰ５７７１９４８，ＵＳＰ５８１００５８等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の技術に用いられる自動車の燃料ガス用ガスタンクは、その構成材料の熱容量、熱伝達率がタンクの種類（アルミライナー製タンク、或いは樹脂ライナー製タンク）によりそれぞれ異なるため、急速充填時に発生する圧縮熱のタンク構成材料内部への拡散、および外部への放出速度もそれぞれ異なっている。
従って、燃料ガス充填所におけるガス供給速度がどのタンクに対しても同一である場合、図９に示すように、一部のガスタンク、例えば、樹脂ライナー製のガスタンクは圧縮熱の十分な外部への放出が得られずにガスタンクが許容できる温度を超えてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、自動車の燃料ガス用ガスタンクの構成材料にかかわらず充填を適切に行えるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段として、本発明に係わる燃料ガス充填制御装置は、燃料ガス利用手段を有する車両から、この車両に搭載されている高圧ガスタンクの種類、及び／又は前記燃料ガスの許容充填速度情報を受信し、受信した前記高圧ガスタンクの種類、及び／又は前記許容充填速度情報に基づいて前記燃料ガスの充填を制御することを特徴とする。
【０００７】
このような構成としたことにより、車両からの高圧ガスタンクの種類、及び／又は燃料ガスの許容充填速度情報を受信して、この車両の高圧ガスタンクに応じた適切な充填を行う。
【０００８】
本発明に係わる燃料ガス充填制御装置は、前記車両から受信した充填開始時の前記高圧ガスタンクの残容量に応じて充填速度を補正することを特徴とする。
【０００９】
このような構成としたことにより、車両に燃料ガスの充填を開始する際、この車両の高圧ガスタンクの残容量を受信し、例えば高圧ガスタンクの残容量が少ないときは（充填開始時に）ゆっくりとした充填を行い、高圧ガスタンクの残容量がある程度あるときには、残容量が少ないときよりも速い充填を行うように充填速度を補正する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る自動車用燃料ガス充填システムについて実施の形態を説明する。
参照する図面において、図１は本発明の第１実施例の自動車用燃料ガス充填システムの概略図、図２は同じく第１実施例の自動車用燃料ガス充填システムの車両側の概略構成図である。
本発明に係る燃料ガス充填システムは、燃料ガス充填制御装置１の充填ノズル２との接続部である充填口３が燃料電池電気自動車（以下、「車両」という。）４の側部、または、後部に設けられている。充填口３を覆うフューエルリッド５を開け、図示せぬゴム製のフタを外して、燃料ガス充填制御装置１に接続されたホース６の先のパドル（握り部）７を持ち、先端部の充填ノズル２を充填口３に差し込む仕組みである。燃料ガスは、水素であり、燃料ガス充填制御装置１に接続された電気通信信号用の通信ケーブル８と一体にされた水素ガスのホース６で、車両３に搭載された高圧ガスタンク９に高圧充填（約７０ＭＰａ）される。
尚、図１では、ホース６と通信ケーブル８の両方を示すため、便宜的に別々に描いてある。
【００１１】
また、図２で、通信ケーブル８の先端部にはコネクタ１１が設けられ、コネクタ１１を自由に取り扱えるように、通信ケーブル８がパドル７内に折り畳んで収納されている。このコネクタ１１の通信ケーブル８をパドル７から引き出してコネクタ１１を車両４の充填口３の近傍に設けられたインターフェイス１２に接続する。
インターフェイス１２は、例えば電気コネクタであるが、発光パルスを送信するＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）等でも良く、この場合コネクタ１１に代えてＬＥＤの受光装置をパドル７に組み込んでおく。インターフェイス１２は、ＥＣＵ（Electric  Control  Unit）１３に接続される。ＥＣＵ１３は、図示しないＲＯＭ（Read  Only  Memory）に、高圧ガスタンク９の種類（材質）等や、この種類（材質）に応じた高圧ガスタンク９が許容する温度、圧力等の許容充填速度情報や、燃料ガス充填制御装置１とやりとりするための信号を記憶している。この許容充填速度情報については後に詳述する。
燃料ガス充填制御装置１は、コネクタ１１に接続された通信ケーブル８で、車両４の高圧ガスタンク９の最大受け入れ流量を受信し、充填中に供給流量が高圧ガスタンク９内の最大受け入れ流量を超えないように、ホース６に設けた流量調節弁１５の弁開度を調節する。
最大受け入れ流量は、許容昇圧速度（ＭＰａ／ｍｉｎ）としても良く、この場合、燃料ガス充填制御装置１は、高圧ガスタンク９内の圧力を検知可能な圧力センサの計測値を通信ケーブル８を介して読み取り、その値に基づいて流量調節弁１５の弁開度を調節して、許容昇圧速度を超えないように水素の充填速度の制御を行う。
また、許容充填速度情報は、ＥＣＵ１３に記憶する他にも、抵抗（例えば、最大受入流量が１０Ｎｍ3／ｍｉｎならば５００Ω等と予め設定しておく)１４を取り付けておくこともできる。この抵抗値はコネクタ１１を介して燃料ガス充填制御装置１から読み取ることができるようにしておく。
【００１２】
次に図３、図４を参照して燃料ガス充填制御装置１から車両４への燃料ガス充填の手順の概要を説明する。図３は車両で行われる燃料ガス充填の手順を示すフローチャート、図４は燃料ガス充填制御装置で行われる燃料ガス充填の手順を示すフローチャートである。
（車両で行われる燃料ガス充填の手順）
車両４の充填口３に充填ノズル２を接続し（ステップＳ１）、車両４のインターフェイス１２にコネクタ１１を接続する（ステップＳ２）。コネクタ１１の接続によって、車両４から燃料ガス充填制御装置１に、高圧ガスタンク９の充填履歴（例えばタンクの充填回数）、充填期間（タンクの使用期限）、タンク種別（タンクの材質、構造）、許容充填速度（複数の段階値で表される）、及び充填前の高圧ガスタンク９の残容量が送信される（ステップＳ３〜ステップＳ７）。ステップＳ３〜ステップＳ７は、連続して送信される。この連続して送信される際のデータ（送信データ）のフォーマットは、例えば次の表１に示されるようなものである。このうち、送信元ＩＤは、例えば車両４に固有の識別番号、或いは高圧ガスタンク９に固有の識別番号である。また、許容充填速度は、例えば後で説明する表２のレベル（１〜４）の値である。
【００１３】
【表１】
0004317346.tif 000002
【００１４】
尚、充填履歴を除いた、送信元ＩＤ、充填期間と、タンク種別等は、固定データであるため、充填口３の近くにバーコード等のシールを貼ったものに置き換えても良い。これについては第３実施例で説明する。また、タンク種別としては、例えば樹脂製のライナーの外面にカーボンファイバー等の補強部材を巻き付けたタンクか、或いは、金属製のライナーの外面にカーボンファイバー等の補強部材を巻き付けたタンクであるか、というタンクの材質、構造等の違いを表している。
また、許容充填速度を送信するステップＳ６は、毎分当たりの水素の充填量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）でレベル分けしたものであるが、樹脂製のタンクは、熱伝導率が低いため、高圧水素によって発生したタンク内の熱が逃げ難いので、許容充填速度（段階）が低くなる。尚、ステップＳ６は、ステップＳ５を細分したものなので、必要に応じてどちらかを送信すれば良い。
【００１５】
ちなみに、許容充填速度は、次の表２のように４段階にレベル分けしてある。この表２のうち、レベル４が最も大きな許容充填速度になっている。つまり、レベル４は、アルミニウムライナー、かつ小径の高圧ガスタンク９であるので、高圧ガスタンク９の材質として熱伝導率が高く、かつ高圧ガスタンク９としての容積の割に表面積が大きい。このため、高圧ガスタンク９として放熱が良いので、最も大きな許容充填速度が設定してある。
例えば、燃料ガス充填制御装置１は、この表２をテーブルとして図示しない制御手段に記憶しており、車両４から送信されたレベルとしての許容充填速度を受信すると、受信した許容充填速度のレベルに対応した許容充填速度を設定する。
【００１６】
【表２】
0004317346.tif 000003
【００１７】
高圧ガスタンク９の種類、或いは水素の許容充填速度情報の送信が終わると、水素の充填が行われる（ステップＳ８）。そして水素の充填によって高圧ガスタンク９内がどれくらいの温度と圧力になったかを送信する（ステップＳ９）。ステップＳ９でタンク内温度と圧力を送信すると、後述する燃料ガス充填制御装置にて該温度と圧力値に応じて満充填が判定され、ステップＳ１０で充填が完了する。水素の充填完了と共に、車両４内の残量計がリセットされ（ステップＳ１１）、タンク充填回数が１回分プラスされ（ステップＳ１２）て、終了する。
【００１８】
（燃料ガス充填制御装置で行われる燃料ガス充填の手順）
燃料ガス充填制御装置１の充填ノズル２を車両４の充填口３に接続し（ステップＳ２１)、コネクタ１１が車両４側のインターフェイス１２に接続されると（ステップＳ２２）、高圧ガスタンク９の種類、許容充填速度情報の受信が始まる（ステップＳ２３）。燃料ガス充填制御装置１と車両４間の通信は、電気信号、光信号、電圧値、デジタルデータ等任意の方法が可能である。
【００１９】
許容充填速度情報としては、充填履歴、充填期間、許容充填速度、タンク残容量等であるが、この他に、タンク内へのガス流入速度の最大許容値（Ｎｍ3／ｍｉｎ、またはＫｇ／ｍｉｎ）、タンク内昇圧速度の最大許容値（ＭＰａ／ｍｉｎ）等がある。
高圧ガスタンク９内へのガス流入速度の最大許容値（Ｎｍ3／ｍｉｎ、またはＫｇ／ｍｉｎ）は、水素充填の初速の許容値であり、樹脂製のタンクは水素充填の初速を上げられないが、アルミニウム製タンクは、水素充填の初速をある程度上げることができる。
尚、高圧ガスタンク９内へのガス流入速度の最大許容値（Ｎｍ3／ｍｉｎ、またはＫｇ／ｍｉｎ）と、タンク内昇圧速度の最大許容値（ＭＰａ／ｍｉｎ）は、高圧ガスタンク９の種類から推定できるので、外しても良い。
タンク内昇圧速度の最大許容値（ＭＰａ／ｍｉｎ）は、高圧ガスタンク９の種類（材質）によって、決まる値である。
【００２０】
受信した高圧ガスタンク９の種類、許容充填速度情報から、使用期限が所定年以内（ステップＳ２４）で、許容回数が所定回数以内（ステップＳ２５）であれば、高圧ガスタンク９の種別、または許容充填速度に応じて充填速度が決定される（ステップＳ２６)。使用期限（ステップＳ２４）、及び許容回数（ステップＳ２５）のいずれか一方がＮＯであれば、何れも充填禁止となる（ステップＳ３３）。充填禁止の場合、警告灯を点灯させるようにして利用者の注意を喚起させる。
このステップＳ２４，ステップＳ２５及びステップＳ３３では、高圧ガスタンク９の充填可能期間や、充填可能回数を水素の許容充填速度情報とすることによって、充填可能期間を過ぎた高圧ガスタンク９や、既に充填可能回数の充填を終わってしまった高圧ガスタンク９への充填を未然に防ぐことができる。
次いで充填前のタンク残容量に応じて充填速度を補正する（ステップＳ２７）。高圧ガスタンク９の初期残容量が多いときは、充填初期のタンクの温度上昇が少なくなるため、通常よりも速く充填することができる（速度増加補正）。残容量がほぼ０のときの充填速度が、初期値として表２に記憶されている。
充填速度の補正が終わると、流量調節弁１５の開度を調節して、水素の充填を開始する（ステップＳ２８）。
【００２１】
そして高圧ガスタンク９内が、所定の８５℃以下の温度（ステップＳ２９）、所定の定格圧力の１２５％以内の圧力（ステップＳ３０）、所定の密度（ステップＳ３１）であれば、定格までの充填が完了する（ステップＳ３２）。高圧ガスタンク９内の温度が所定の８５℃を超えるか（ステップＳ２９）、圧力が定格圧力の１２５％を超える（ステップＳ３０）場合（ＮＯの場合）、何れも充填は一時停止となる（ステップＳ３４）。この場合、温度や圧力が下がるのを待って、再びステップＳ２９、ステップＳ３０、ステップＳ３１を繰り返す。そして、タンク内のガスの密度が所定値（満充填に相当する）に達すると（ステップＳ３１）定格までの充填が完了したと判定し、充填を終了する（ステップＳ３２）。
尚、ここで高圧ガスタンク９内の密度は、気体の状態方程式：ＰＶ＝ＺcＲＴ（Ｐ：圧力、Ｖ：体積、Ｚc：圧縮係数、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度）に、温度と圧力を代入して計算できる数値である。温度は１５℃を基準としている。
【００２２】
以上詳述したように、第１実施例では、その車両４の高圧ガスタンク９の許容昇圧速度に関する信号を、燃料ガス充填制御装置１に通信してそのタンクに合った最適な充填速度に制御しているので、タンクの温度が許容温度を超えないように、且つ短時間で定格までの充填を行うことができる。
【００２３】
次に本発明の第１実施例による作用・効果について図５、図６を参照して説明する。
高圧ガスタンク９内の許容昇圧速度とタンク容積とから、水素の充填をスタートする時の流量調節弁１５の開度を決定する。そして図５、図６に示すように、その高圧ガスタンク９内の圧力と温度の信号より、充填終了時間と充填終了時のガス温度を予測し、充填終了時のガス温度が所定の許容温度（８５℃）を超えないように、流量調節弁１５の開度を調節しながら定格密度まで充填する。
従来技術例１では、図５に示すように、充填スタート時の流量調節弁１５の弁開度を大きく設定しているので、図６に示すように、許容温度をすぐに超えてしまい、満タンまで充填できない。
また、従来技術例２では、図５に示すように、充填開始時に流量調節弁１５を徐々に開くように設定しているので、適当な弁開度になるまで時間がかかり、図６に示すように、充填に時間がかかってしまう。
これに対して本発明は、その車両４の高圧ガスタンク９の許容昇圧速度に関する信号を、燃料ガス充填制御装置１に通信して制御をしているので、比較的短時間で定格までの充填（満タンの充填）を行うことができる。
【００２４】
次に図７を参照して本発明の第２実施例の自動車用燃料ガス充填システムについて説明する。
図７は本発明の第２実施例の自動車用燃料ガス充填システムの概略図である。
この第２実施例では、図１に対し水素充填時における車両４の高圧ガスタンク９への水素の最大充填流量を予め数レベルに規定するように変更した点を除けば図１、及び図２と同様である。例えば、レベル１：＜１０Ｎｍ3／ｍｉｎ、レベル２：＜５Ｎｍ3／ｍｉｎ、レベル３：＜３Ｎｍ3／ｍｉｎ、レベル４：＜Ｎｍ3／ｍｉｎなどである。燃料ガス充填制御装置１には、水素充填時の最大充填流量が規定したレベルを超えない設定となるオリフィス２１，２２，２３．２４を設けたホース８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄをレベルの数だけ設置し、電磁弁２５，２６，２７，２８等により、どのホース８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを使用して充填するか選択可能な構成とした。
尚、レベルの設定は、このような４段階のものだけでなく、更に細分化しても良い。
【００２５】
燃料ガス充填制御装置１は、コネクタ１１に通信ケーブル８を接続して、抵抗値から車両４の高圧ガスタンク９に充填可能な流量レベルを読み取り、流量レベルに応じてホース８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを選択して、水素を供給する。
尚、第１実施例と符号が同一の部分は同一の部材であるので、詳細な説明は省略する。
【００２６】
また、先に第１実施例の作用・効果について説明したが、第２実施例についても同様の作用・効果を奏することができるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
次に、車両４の高圧ガスタンク９が許容できる受け入れ可能な流量の情報を読み取る方法に関する第３実施例について、図８を参照して説明する。
第３実施例は、高圧ガスタンク９内の圧力と温度を燃料ガス充填制御装置１に送信しないで、高圧ガスタンク９の種類に関する情報だけで車両への水素の充填を制御するものである。
第３実施例では、その車両の高圧ガスタンク９の受け入れ可能な流量に関する情報は、その高圧ガスタンク９の種類によって決まる固定値なので、その高圧ガスタンク９の種類と共にバーコード化して、そのバーコードを記載したシール３１を充填口３の近くに貼り付ける。そしてこのシール３１のバーコードを読み取るために、パドル７から引き出し可能な通信ケーブル８に接続されたバーコードリーダ３２を設ける。こうすることで、ＥＣＵ１３からは車外に通信線を設けることが不要になり、構造が簡単になる。ＥＣＵ１３は、車両走行中のタンクの残容量検知の機能に専念する。
また、パドル７に図示せぬ圧力センサを取り付けておき、充填口３の高圧ガスを計測し、通信ケーブル８を介して燃料ガス充填制御装置１に送信するようにしても良い。この場合の圧力計測値は、高圧ガスタンク９内で計測したものではないので正確な高圧ガスタンク９の内圧ではないが、水素の充填速度を制御するための概略の圧力情報として利用することができる。
尚、第１実施例と符号が同一の部分は同一の部材であるので、詳細な説明は省略する。
【００２８】
以上詳述したように、車両４の高圧ガスタンク９への充填の際、または充填前に、車両４から燃料ガス充填制御装置１に、高圧ガスタンク９の種類や、許容充填速度等の許容充填速度情報を通信することにより、燃料ガス充填制御装置１ではこの許容充填速度情報に基づいて充填速度の制御を行うことができるので、当該高圧ガスタンク９が許容できるガス温度を超えない条件で水素を充填できるようになり、適切な初期充填を行うことができる。
そして車両４から燃料ガス充填制御装置１へ充填開始時の高圧ガスタンク９の残容量を通信し、この高圧ガスタンク９の残容量に応じて充填速度を補正することによって、高圧ガスタンク９の残容量が少ないときは充填開始時のゆっくりとした充填を維持し、充填開始時の高圧ガスタンク９の残容量がある程度あるときには、補正して速い充填速度に切り換えるので、当該高圧ガスタンク９が許容できるガス温度を超えない条件を維持しつつ、水素を比較的迅速に充填できる。
尚、充填が進むにつれて充填速度を速くするようにしても良い。温度上昇が著しいのは、圧力差が大きい残容量が少ないときだけだからである。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る燃料ガス充填制御装置では、車両からの高圧ガスタンクの種類、或いは燃料ガスの許容充填速度情報を受信して、この車両の高圧ガスタンクに応じた充填速度等の制御を行ない、適切な初期充填を行うことができる。
【００３０】
また、車両に燃料ガスの充填を開始する際、この車両の高圧ガスタンクの残容量を受信し、例えば、高圧ガスタンクの残容量が少ないときには残量がある程度あるときよりもゆっくりとした充填を行い、高圧ガスタンクの残容量がある程度あるときには、残量が少ないときよりも早い充填速度に切り換える補正を行うことができる。また、途中で速度を速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の自動車用燃料ガス充填システムの概略図である。
【図２】同じく第１実施例の自動車用燃料ガス充填システムの車両側の概略構成図である。
【図３】車両で行われる燃料ガス充填の手順を示すフローチャートである。
【図４】燃料ガス充填制御装置で行われる燃料ガス充填の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明と従来技術の流量調節弁の開度の違いを示す図である。
【図６】本発明と従来技術の水素充填の様子を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例の自動車用燃料ガス充填システムの概略図である。
【図８】車両の高圧ガスタンクが許容できる受け入れ流量の情報を読み取る方法に関する第３実施例の概略構成図である。
【図９】タンクの種類（材質）の違いが初期充填温度を設定する上で重要であることを説明する図である。
【符号の説明】
１  ：燃料ガス充填制御装置
２  ：充填ノズル
３  ：充填口
４  ：車両
６  ：ホース
８  ：通信ケーブル
９  ：高圧ガスタンク
１１  ：コネクタ
１２  ：インターフェイス
１３  ：ＥＣＵ
１４  ：抵抗
１５  ：流量調節弁
２１〜２４  ：オリフィス
２５〜２８  ：電磁弁
３１  ：シール
３２  ：バーコードリーダ
【図１】
0004317346.tif 000004
【図２】
0004317346.tif 000005
【図３】
0004317346.tif 000006
【図４】
0004317346.tif 000007
【図５】
0004317346.tif 000008
【図６】
0004317346.tif 000009
【図７】
0004317346.tif 000010
【図８】
0004317346.tif 000011
【図９】
0004317346.tif 000012