JP2013198294A - 移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】通信充填が行われるように構成された移動体において、できるだけ多くの燃料ガスを充填できる燃料電池車両を提供すること。
【解決手段】燃料電池車両は、高圧タンクと、通信システムと、外部のディスペンサから高圧タンクへ水素を充填する方法として、通信システムからディスペンサへデータ信号を送信し、ディスペンサにより圧力及び温度に応じた流量で高圧タンク水素を充填させる通信充填と、通信システムからデータ信号を送信せず、ディスペンサにより予め定められた流量で高圧タンクに水素を充填させる非通信充填と、が選択的に実行可能な通信充填ＥＣＵと、を備える。通信充填ＥＣＵは、通信充填を実行している間にこの通信充填を継続して実行可能か否かを判定しＳ２〜３）、通信充填の継続が不可と判定されたことに応じて、実行中の通信充填を中止するとともに、充填方法を非通信充填に切り替えて水素の充填を継続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動体に関する。より詳しくは、貯蔵容器を備え、外部の供給装置から貯蔵容器に燃料ガスを充填させる移動体に関する。

燃料電池車両は、含酸素の空気と水素を燃料電池に供給し、これによって発電した電力を利用して電動機を駆動することにより走行する。近年、このような燃料電池を、動力を発生するためのエネルギー源として利用した燃料電池車両の実用化が進められている。燃料電池で発電するには水素が必要となるが、近年の燃料電池車両では、高圧タンクや吸蔵合金を備えた水素タンク内に予め十分な量の水素を貯蔵しておき、走行にはタンク内の水素を利用するものが主流となっている。また、これに合わせ、タンクに水素を充填するための技術についても盛んに研究が進められている。

例えば特許文献１には、水素タンク及びこの水素タンクの状態を観測するための圧力センサや温度センサを搭載した車両と、この車両の水素タンクに水素を供給する水素ステーションとで構成された充填システムが記載されている。このシステムでは、水素ステーションのディスペンサから水素タンク内に水素を充填する際、車両側からは上記センサの検出値に基づいて生成された信号を水素ステーション側に送信し、水素ステーション側では車両側から受信した信号に基づいて必要な充填量を把握し、さらに水素を車両側に供給する際の圧力や充填流量を調整する。以下では、車両側とステーション側とで通信を行いながら水素を充填することを、通信充填という。このような通信充填によれば、車両側の水素タンクの状態に応じてできるだけ速やかに水素を充填することができる。

特許文献１の充填システムでは、通信充填を行っている間は水素ステーション側において車両側から送信された信号に基づいて上記車両に搭載された圧力センサや温度センサの異常を判定しており、車両のセンサに異常があると判定すると、水素の充填量を低減したり、水素の充填を強制的に中止したりすることとしており、これにより車両側からの誤った情報に基づく通信充填を防止している。

特開２０１１−１２２６５７号公報

このように特許文献１の充填システムでは、例えば水素タンクに異常がないような状態であり充填自体は可能であるにも関わらず、温度センサ及び圧力センサの異常が判定されたことに応じて充填量が低減されたり充填が強制的に中止されたりしてしまう場合があるため、できるだけ多くの量の水素を充填しておきたい利用者にとっては、意図せぬ不利益を被るおそれがある。

本発明は、通信充填が行われるように構成された移動体において、できるだけ多くの燃料ガスを充填できる移動体を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するため、本発明は、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器（例えば、後述の高圧タンク３２）と、前記貯蔵容器内の圧力を検出する圧力検出手段（例えば、後述の圧力センサ３２６）と、前記貯蔵容器の温度を検出する温度検出手段（例えば、後述の温度センサ３２７）と、前記検出された圧力及び温度に基づいて生成されたデータ信号を外部へ送信する送信手段（例えば、後述の通信システム５、及びその通信充填ＥＣＵ５１及び赤外線送信器５６など）と、前記送信手段に電力を供給する電源を備えた通信電力供給手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、低圧バッテリ５２、高圧バッテリ３８）と、を備え、外部の供給装置（例えば、後述のディスペンサ１２）から前記貯蔵容器へ燃料ガスを充填する方法として、前記送信手段から前記供給装置へ前記データ信号を送信し、前記供給装置により前記圧力及び温度に応じた流量で前記貯蔵容器に燃料ガスを充填させる通信充填と、前記送信手段から前記データ信号を送信せず、前記供給装置により予め定められた流量で前記貯蔵容器に燃料ガスを充填させる非通信充填と、が選択的に実行可能な制御手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１）と、を備えた移動体を提供する。前記制御手段は、通信充填を実行している間に当該通信充填を継続して実行可能か否かを判定する通信継続判定手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、並びに図２のＳ２〜３及び図４のＳ１１〜１３の実行に係る手段）と、当該通信継続判定手段により通信充填の継続が不可と判定されたことに応じて、実行中の通信充填を中止するとともに、充填方法を非通信充填に切り替えて燃料ガスの充填を継続する充填方法切替手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、及び図２のＳ５の実行に係る手段）とをさらに備えることを特徴とする。

（１）本発明では、通信充填を実行して燃料ガスを充填している間に、この通信充填を継続して実行可能か否かを判定し、通信充填の継続が不可と判定された場合には、通信充填を中止するとともに、充填方法を非通信充填に切り替えて燃料ガスの充填を継続する。すなわち、通信充填の継続が不可と判定されたからといって、直ちに充填そのものが中断されることはないので、通信充填を継続して行った場合と比較すれば満充填付近までの充填が行えない可能性や充填に長時間を要する可能性があるものの、できる限り多くの燃料ガスを貯蔵容器に充填できる。

（２）この場合、前記通信継続判定手段は、以下の４つの条件、のうち少なくとも１つが満たされた場合に、通信充填の継続は不可であると判定することが好ましい。
１．前記送信手段に電力を供給する電源を通信電源とし、当該通信電源の蓄電残量が所定の継続下限値以下である場合。
２．前記圧力検出手段が故障したと判定された場合。
３．前記温度検出手段が故障したと判定された場合。
４．前記通信電源の蓄電残量を検出する残量検出手段（例えば、後述の低圧バッテリ用電圧センサ５８、及び高圧バッテリ用電圧センサ３８１など）が故障したと判定された場合。

（２）圧力検出手段や温度検出手段が故障した場合や、通信電源の蓄電残量が低下した場合及びこの蓄電残量を検出する残量検出手段が故障した場合、送信手段は貯蔵容器の状態を正確に反映したデータ信号を送信できないと考えられ、したがって、適切な通信充填を継続することができないと考えられるが、貯蔵容器そのものの故障ではないため、燃料ガスの充填は継続できると考えられる。本発明では、このように充填の継続が可能なものを適切に判断することで、できる限り充填を継続することができる。

（３）この場合、前記制御手段は、通信充填又は非通信充填を実行している間に、燃料ガスの充填を継続して実行可能か否かを判定する充填継続判定手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、及び図２のＳ１の実行に係る手段）と、当該充填継続判定手段により充填の継続が不可と判定されたことに応じて、実行中の通信充填又は非通信充填を中止し、燃料ガスの充填を終了する充填終了手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、及び図２のＳ７の実行に係る手段）と、をさらに備えることが好ましい。

（３）本発明によれば、通信充填から非通信充填へ切り替えることで充填の継続が可能な場合と、充填方法によらず燃料ガスの充填そのものの継続が不可である場合とを適切に切り分けることができる。

（４）この場合、前記燃料ガスは水素であり、前記貯蔵容器は、水素を高圧で貯蔵する高圧タンク（例えば、後述の高圧タンク３２）であり、前記移動体は、前記高圧タンクから水素供給管（例えば、後述の水素供給管路３５）を介して供給された水素を利用して発電する燃料電池（例えば、後述の燃料電池３１）を備え、前記充填継続判定手段は、以下の２つの条件のうち少なくとも１つが満たされた場合に、燃料ガスの充填の継続は不可であると判定することが好ましい。
１．前記高圧タンクの近傍の水素の濃度を検出する水素センサ（例えば、後述の水素濃度センサ３２８）が故障したと判定された場合。
２．前記水素供給管内のうち、前記高圧タンク内の高圧水素を減圧するレギュレータ（例えば、後述のレギュレータ３５１）が設けられた部分よりも下流側の圧力を検出する中圧センサ（例えば、後述の中圧センサ３５２）が故障したと判定された場合。

（４）本発明では、充填方法によらず充填の継続が不可となる状態を適切に判断することにより、適切に充填を終了することができる。

（５）この場合、前記継続下限値は、前記通信電源からの電力で駆動される複数の機器の動作を保証するために最低限必要な蓄電量（例えば、後述の動作保証蓄電量）と、次回の移動体の起動時に前記通信電源に必要とされる蓄電量（例えば、後述の次回起動時必要分）と、充填に関する情報を電磁的に記録するために前記通信電源に必要とされる蓄電量（例えば、後述の充填ログ記録分）と、を合わせた値であることが好ましい。

（５）通信充填中は、通信電源の電力を利用してデータ信号を送信するため、通信電源の蓄電残量は時間とともに減少すると考えられる。したがって、通信電源の蓄電残量が上述のように設定された継続下限値以下となった場合に、充填方法を通信充填から非通信充填へ切り替えることにより、切替時に充填に関する情報（充填ログ）を確実に残しつつ、かつ通信電源の残量を次回の起動時必要な分だけ確保できる。また、蓄電残量が過度に低下すると、電圧が定格値から大きく低下しこれによって駆動される機器の動作が保証されなくなるが、本発明によれば、通信充填中の通信電源の蓄電残量が、送信手段の動作を保証するために最低限必要な蓄電残量を下回ることがないので、送信手段から不正確なデータ信号が送信されるのを防止できる。

（６）この場合、前記通信電力供給手段は、前記送信手段を含む複数の補機に電力を供給する電源としての第１蓄電装置（例えば、後述の低圧バッテリ５２）と、当該第１蓄電装置よりも放電容量が大きい第２蓄電装置（例えば、後述の高圧バッテリ３８）と、を備え、前記第１蓄電装置からの電力で駆動される複数の機器の動作を保証するために最低限必要な蓄電量と、次回の移動体の起動時に前記第１蓄電装置に必要とされる蓄電量と、を合わせた値を第１閾値（例えば、後述の閾値ｃ）と定義し、当該第１閾値に充填に関する情報を電磁的に記録するために前記第１蓄電装置に必要とされる蓄電量を加算した値を第２閾値（例えば、後述の閾値ａ）と定義し、前記第２蓄電装置からの電力で駆動される複数の機器の動作を保証するために最低限必要な蓄電量と、次回の移動体の起動時に前記第２蓄電装置に必要とされる蓄電量と、充填に関する情報を電磁的に記録するために前記第２蓄電装置に必要とされる蓄電量と、を合わせた値を第３閾値（例えば、後述の閾値ｂ）と定義し、前記制御手段は、前記第１蓄電装置を通信電源として通信充填を実行している間に、前記第１蓄電装置の蓄電残量が前記第２閾値以下となったときに前記第２蓄電装置の蓄電残量が前記第３閾値より大きい場合には、通信電源を前記第１蓄電装置から前記第２蓄電装置に切り替える通信電源切替手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、及び図５のＳ２５の実行に係る手段）をさらに備えることが好ましい。

（６）本発明では、第１蓄電装置と第２蓄電装置の２つの電源を準備した上、第１蓄電装置を通信電源として利用されている間に、その蓄電残量が少なくなってきた場合には、通信電源を第２蓄電装置に切り替えた上で通信充填を継続することにより、できる限り通信充填を継続することができる。また、通信電源を切り替えるタイミングを、第１、第２蓄電装置の蓄電残量に対して設定された上記第１〜第３閾値で判断することにより、上述のように充填ログを確実に残しつつ、第１、第２蓄電装置の蓄電残量を次回起動時に必要な分だけ確保できる。

（７）この場合、前記通信電源切替手段は、通信電源を前記第１蓄電装置から第２蓄電装置に切り替える場合、前記第１蓄電装置の蓄電残量が前記第１閾値まで低下した後に前記第２蓄電装置に切り替えることが好ましい。

（７）通信電源を第１蓄電装置から蓄電残量に余裕のある第２蓄電装置へ切り替えることを前提とすると、第１蓄電装置には、通信充填から非通信充填に切り替えた時に充填ログを電磁的に記録するための蓄電量は必要とならない。本発明では、第１蓄電装置から第２蓄電装置へ通信電源を切り替える前に、第１蓄電装置の蓄電残量を上記充填ログの記録に必要な分まで使いきることにより、不用な通信電源の切り替えを防止し、したがって通信電源の切り替えに伴うエネルギロスを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る車両と水素ガスステーションとで構成された水素充填システムの構成を示す図である。 水素充填処理の手順を示すフローチャートである（実施例１）。 低圧バッテリの蓄電残量の内訳を模式的に示す図である。 水素充填処理の手順を示すフローチャートである（実施例２）。 残量低下判定処理の手順を示すフローチャートである（実施例２）。 高圧バッテリの蓄電残量の内訳を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る車両２と水素ガスステーション１とで構成された水素充填システムＳの構成を示す図である。車両２は、高圧タンク３２内に貯蔵された水素を利用して発電する燃料電池システム３を備え、この燃料電池システム３で発電した電力を利用して走行する燃料電池車両と呼称される移動体である。水素ガスステーション１は、車両２の走行に必要とされる水素を高圧タンク３２に充填する、車両２とは別の設備である。以下、水素ガスステーション１及び燃料電池車両２の構成について順に説明する。

＜水素ガスステーションの構成＞
水素ガスステーション１は、水素貯蔵タンク１１と、ディスペンサ１２とを備える。
水素貯蔵タンク１１には、車両２に供給するための水素が高圧で貯蔵されている。この水素貯蔵タンク１１内の水素は、液体水素を気化したもの、改質装置により原料を改質することで製造されたもの、或いは電解装置によって製造されたものなどを圧縮機で圧縮したものが用いられる。

ディスペンサ１２は、その水素充填ノズル１３が車両２に設けられた水素導入口２２に差し込むと、水素貯蔵タンク１１から供給された水素を減圧し、好ましい流量に調整した上で水素充填ノズル１３から水素を供給する。この水素充填ノズル１３には、赤外線通信器１４が設けられている。赤外線通信器１４は、水素充填ノズル１３を車両２の水素導入口２２に差し込むことにより、車両２に搭載された後述の通信システム５との間で赤外線を介したデータ信号の送受信が可能となっている。ディスペンサ１２では、車両２への水素の充填にあたって、通信充填と呼称される充填方法と、非通信充填と呼称される充填方法との２つの充填方法を選択的に実行できる。

通信充填とは、車両２及びステーション１間で通信を行いながら、車両２に水素を充填する充填方法である。より具体的には、ディスペンサ１２は、車両２に搭載された後述の通信システム５から、高圧タンク３２の現在の状態を示すデータ信号を赤外線通信器１４によって受信し、このデータ信号から現在の高圧タンク３２の状態を把握し、状態に応じて充填流量を調整しながら高圧タンク３２に水素を充填する。

非通信充填とは、車両２及びステーション１間で通信を行うことなく車両２に水素を充填する充填方法である。より具体的には、ディスペンサ１２は、予め定められた既定の充填流量で高圧タンク３２に水素を充填する。非通信充填時のディスペンサ１２は、現在の高圧タンク３２は高温の状態であると想定し、したがって充填流量は比較的小さな値に設定される。ただし非通信充填では、通信充填と異なりディスペンサ１２は、高圧タンク３２の現在の状態を把握できないため、充填中にタンク内の温度が上昇しても、これに応じて充填流量を低減したりすることはできず、一定の流量で充填し続ける。このため、非通信充填では、充填中に高圧タンク３２内の温度が規定の上限温度に近づいてしまい、満充填に達する前に充填が中断される場合がある。したがって、充填中の高圧タンク３２内の温度が規定の上限温度を超えないことを条件とすれば、通信充填と非通信充填とを比較すると通信充填の方が充填流量を適切に制御できるため、速やかに満充填又はその付近まで充填できる。

ディスペンサ１２は、利用者によって水素充填ノズル１３が水素導入口２２に差し込まれた後、車両２側の通信システム５からのデータ信号を受信した場合には、自動的に充填方法を通信充填として水素の充填を開始する。その後、車両２側から充填方法を通信充填から非通信充填に切り替える旨の充填方法切替信号を受信した場合、車両２側からデータ信号を受信できなくなった場合、又は車両２側から無信号に相当するデータ信号を受信した場合には、充填方法を通信充填から非通信充填に切り替える。

＜燃料電池車両の構成＞
車両２は、燃料電池システム３と通信システム５とを備える。
燃料電池システム３は、燃料電池３１と、この燃料電池３１に燃料ガスとしての水素を供給する高圧タンク３２と、燃料電池３１に酸化剤ガスとしての空気を供給するエアポンプ３３と、高圧バッテリ３８と、燃料電池システム３に対する起動要求を検出するイグニッションスイッチ３９と、を備える。

燃料電池３１は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。

エアポンプ３３は、エア供給管路３４を介して燃料電池３１のカソード電極側に形成されたカソード流路に接続されている。高圧タンク３２は、水素供給管路３５を介して燃料電池３１のアノード電極側に形成されたアノード流路に接続されている。水素供給管路３５には、高圧タンク３２から供給された高圧の水素を、発電に適した圧力に減圧するレギュレータ３５１が設けられている。

利用者によるイグニッションスイッチ３９の操作を契機として燃料電池システム３が起動されると、燃料電池３１のアノード流路には高圧タンク３２からの水素が供給され、カソード流路にはエアポンプ３３からの空気が供給され、これにより発電する。燃料電池３１で発電した電力は、図示しない駆動モータに供給され、これにより車両２は走行する。

高圧バッテリ３８は、燃料電池３１で発電された電力を蓄電する。高圧バッテリ３８に蓄電された電力は、主にエアポンプ３３や図示しないエアコンなど車両２の補機や、駆動モータに供給される。

高圧タンク３２は、高圧に圧縮された水素を貯蔵するタンク本体３２１と、水素導入管３２２と、を備える。水素導入管３２２は、一端側がタンク本体３２１に接続され、他端側が後述のリッドボックス２１内に設けられた水素導入口２２に接続されている。水素導入管３２２には、タンク本体３２１側から車両２の外側へ水素が逆流するのを防止するため、タンク本体３２１の近傍と水素導入口２２の近傍にそれぞれ逆止弁３２４，３２５が設けられている。

リッドボックス２１は、車両２の側部後方に設けられており、その内部で水素導入口２２を保護する。このリッドボックス２１には、リッド２３が回動可能に設けられている。水素ガスステーション１において、利用者はリッド２３を開き水素導入口２２を外部に露出させ、ディスペンサ１２の水素充填ノズル１３を水素導入口２２に差し込み、水素を充填する。

また、燃料電池システム３には、その状態を検出するための複数のセンサが設けられている。
高圧タンク３２及びその近傍には、その状態を検出するためのセンサとして、圧力センサ３２６と、温度センサ３２７と、水素濃度センサ３２８と、が設けられている。圧力センサ３２６は、高圧タンク３２のうち水素導入管３２２内の水素圧力を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信システム５に送信する。温度センサ３２７は、高圧タンク３２のうちタンク本体３２１内の水素温度を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信システム５に送信する。水素濃度センサ３２８は、タンク本体３２１の近傍の水素濃度を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信システム５に送信する。例えば、水素の充填時にタンク本体３２１から水素が漏れた場合、水素が漏れていることを、水素濃度センサ３２８によって判定できる。

高圧バッテリ３８には、その蓄電残量を検出するためのセンサとして、高圧バッテリ用電圧センサ３８１が設けられている。この電圧センサ３８１は、高圧バッテリ３８の電圧を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信システム５に送信する。高圧バッテリ３８の蓄電残量は、電圧センサ３８１の検出値に基づいて算出することができる。
水素供給管路３５のうちレギュレータ３５１より下流側には、中圧センサ３５２が設けられている。中圧センサ３５２は、水素供給管路３５内のレギュレータ３５１より下流側の水素圧力を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信システム５に送信する。レギュレータ３５１の故障により水素供給管路３５から水素が漏れた場合、レギュレータ３５１が故障したことを、中圧センサ３５２の検出値の変動として判定できる。

通信システム５は、通信充填ＥＣＵ５１と、低圧バッテリ５２と、赤外線送信器５６と、リッドスイッチ５７と、低圧バッテリ用電圧センサ５８と、を備える。

低圧バッテリ５２は、主に通信充填ＥＣＵ５１、赤外線送信器５６、リッドスイッチ５７等の通信システム５を構成する電気機器の電力供給源として利用されるが、通信システム５の他、車両２における図示しない補機類の電力供給源としても利用される。この低圧バッテリ５２は、燃料電池３１で発電した電力が充電されるようになっている。電圧センサ５８は、低圧バッテリ５２の電圧を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信する。なお、通信システム５における主電源となる低圧バッテリ５２と、上述の燃料電池システム３の高圧バッテリ３８とを比較すると、その放電容量は高圧バッテリ３８の方が大きい。

リッドスイッチ５７は、リッドボックス２１に設けられており、リッド２３の開閉状態を検出する。リッドスイッチ２４は、リッド２３が閉じられリッドボックス２１内に水素導入口２２が保護された状態では、これを示す閉信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信し、リッド２３が開かれ水素導入口２２が外部に露出した状態では、これを示す開信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信する。なお、これら閉信号及び開信号のうち何れかは無信号としてもよい。

赤外線送信器５６は、赤外線ＬＥＤ５４とそのドライバ５５で構成される。ドライバ５５は、通信充填ＥＣＵ５１から送信されたデータ信号に基づいて赤外線ＬＥＤ５４を点滅させる。

通信充填ＥＣＵ５１は、通信充填を行うために通信システム５を構成する各種装置を制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。通信充填ＥＣＵ５１には、リッドスイッチ５７、低圧バッテリ用電圧センサ５８、圧力センサ３２６、温度センサ３２７、水素濃度センサ３２８、高圧バッテリ用電圧センサ３８１、及びイグニッションスイッチ３９など、通信システム５及び燃料電池システム３の各種センサからの検出信号が入力される。

通信充填の実行時、通信充填ＥＣＵ５１は、現在の高圧タンク３２の状態に関する情報をステーション１側へ送信するため、圧力センサ３２６及び温度センサ３２７で検出された圧力及び温度に基づいてデータ信号を生成し、このデータ信号をドライバ５５に送信する。ドライバ５５は、これに応じて赤外線ＬＥＤ５４を点滅させることにより、データ信号をステーション１側の赤外線通信器１４へ送信する。

以上のように構成された通信システム５は、利用者によるリッド２３の開閉を契機として起動／停止する。以下、通信システム５の起動手順及び停止手順について説明する。

＜通信システムの起動＞
利用者によってリッド２３が開かれると、リッドスイッチ５７はこれを検出し、リッド２３が開かれたことを示す開信号をスリープ状態にある通信充填ＥＣＵ５１に送信する。これに応じて通信充填ＥＣＵ５１はスリープ状態から復帰するとともに、赤外線送信器５６への低圧バッテリ５２からの電力の供給を開始する。その後、通信システム５からのデータ信号の送信が可能な状態になり、かつステーション１側の水素充填ノズル１３が水素導入口２２に差し込まれ、水素の充填と、車両２とステーション１との間の通信が可能な状態になったことに応じて、通信充填が開始する。

＜通信システムの停止＞
通信充填が適切に終了すると、利用者によって水素充填ノズル１３が水素導入口２２から抜き出され、そしてリッド２３が閉じられる。リッド２３が閉じられると、リッドスイッチ５７はこれを検出し、リッド２３が閉じられたことを示す閉信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信する。これに応じて通信充填ＥＣＵ５１は、赤外線送信器５６への電力の供給を停止するとともに、スリープ状態になる。

次に、図２〜６を参照して、水素を充填する際における車両側の具体的な手順について２つの実施例を説明する。
図２は、実施例１の水素充填処理の手順を示すフローチャートである。図２に示す処理は、水素充填ノズルを水素導入口に差し込んだ後、適切に通信システムが起動されたことに応じて開始する。すなわち、この処理の開始時における充填方法は通信充填となっている。

Ｓ１では、中圧センサ又は水素濃度センサが故障しているか否かを判定する。Ｓ１の判定がＹＥＳの場合、すなわち、下記２つの条件１，２のうち少なくとも何れかが満たされた場合には、Ｓ７に移り、Ｓ２〜Ｓ６の処理を行うことなく、実行中の水素の充填を直ちに終了する。

条件１．中圧センサが故障したと判定された場合。
水素濃度センサが故障していると、充填中に水素が高圧タンクから漏れていてもこれを速やかに検出できない場合がある。
条件２．水素濃度センサが故障したと判定された場合。
中圧センサが故障していると、レギュレータにおける水素の漏れを速やかに検出できない場合がある。このため、これら中圧センサ又は水素濃度センサが故障している場合には、水素の充填の継続は不可であると判定し、現在の充填方法が通信充填であるか非通信充填であるかに関わらず、水素の充填を直ちに中止する。なお、Ｓ１におけるセンサの故障の判定は、既知の方法が用いられる。具体的には、中圧センサ及び水素濃度センサ共に２つずつ設けておき、それぞれの検出値に大きな差がある場合には、何れかが故障したと判定できる。この他、中圧センサ及び水素濃度センサに自己故障診断機能が搭載されたものを用いる場合には、この機能を利用して故障を判定できる。Ｓ１の判定がＮＯの場合、Ｓ２に移る。

Ｓ２では、タンク圧力センサ、タンク温度センサ、及び低圧バッテリの電圧センサのうち少なくとも１つが故障しているか否かを判定する。なお、これらセンサの故障の判定は、上記水素濃度センサや中圧センサなどと同様に、既知の方法が用いられる。Ｓ２の判定がＮＯの場合、Ｓ３に移る。

Ｓ３では、通信システムの通信電源である低圧バッテリの蓄電残量が低下した状態であるか否かを判定する。より具体的には、低圧バッテリの電圧センサの検出値に基づいて低圧バッテリの蓄電残量を算出し、これが所定の通信継続下限値以下であるか否かを判定する。

なお、Ｓ３では、低圧バッテリの蓄電残量が低下した状態であるか否かの判定を、蓄電残量の算出を経た上で、これを所定の継続下限値と比較すること行ったが、本発明はこれに限らない。蓄電残量の低下に伴ってバッテリの電圧も低下することから、蓄電残量の算出を経ずとも低圧バッテリの電圧（バッテリ電圧センサの検出値）を、所定の閾値と比較することによっても、ほぼ同等の判定を行うことができる。

Ｓ２及びＳ３の判定が何れもＮＯである場合には、通信充填により継続して水素を充填できると判断し、通信充填を継続し（Ｓ４）、Ｓ６に移る。
一方、Ｓ２及びＳ３の判定のうち何れかがＹＥＳである場合、すなわち、下記４つの条件３〜６のうち少なくとも何れかが満たされた場合には、通信充填を継続できないが、非通信充填に切り替えて継続して水素を充填できると判断し、充填方法を非通信充填にし（Ｓ５）、Ｓ６に移る。
条件３．通信電源（低圧バッテリ）の蓄電残量が継続下限値以下である場合。
条件４．タンク圧力センサが故障したと判定された場合。
条件５．タンク温度センサが故障したと判定された場合。
条件６．通信電源の電圧センサが故障したと判定された場合。

なお、通信充填から非通信充填への切り替えは、車両側からステーション側へ非通信充填に切り替える旨の指令信号を送信するか、車両側からステーション側へのデータ信号の送信を停止するか、あるいは車両側からステーション側へ無信号に相当するデータ信号を送信するか、によって行われる。

また、Ｓ５において、充填方法を通信充填から非通信充填に切り替える場合、通信充填ＥＣＵは、実行していた通信充填に関する情報を充填ログとして記録した上で、充填方法を通信充填から非通信充填に切り替える。このような充填ログを記録しておくことにより、通信充填から非通信充填に切り替えられた要因が、車両側にあるのかステーション側にあるのかを即座に切り分けられるので、その後のメンテナンス時において迅速に対応することができる。

ここで、Ｓ３の通信継続下限値について説明する。
図３は、低圧バッテリの蓄電残量の内訳を模式的に示す図である。なお、図３では、蓄電残量を百分率（％）で表す。
低圧バッテリの蓄電残量が過度に低下すると、バッテリ電圧はその定格値（例えば、１２Ｖ）からある閾値を境に大きく低下してしまうため、低圧バッテリによって駆動される機器（通信充填ＥＣＵや赤外線送信器など）の動作が保証されなくなってしまう。図３中、「動作保証蓄電量」とは、これら機器の動作を保証するために最低限必要な蓄電量に相当する。図３中、「次回起動時必要分」とは、次回の燃料電池車両２の起動時に、低圧バッテリに必要とされる蓄電量に相当する。また、図３中、「充填ログ記録分」とは、通信充填から非通信充填に切り替える際に、記録しておく必要のある充填ログを電磁的に記録するために低圧バッテリに必要とされる蓄電量に相当する。上記Ｓ３において、通信充填から非通信充填に切り替えるタイミングの判断に用いられる通信継続下限値は、これら動作保証蓄電量と、次回起動時必要分と、充填ログ記録分とを合わせた値、すなわち図３における閾値ａとする。これにより、通信充填から非通信充填に切り替えたときに確実に充填ログを記録しつつ、機器の動作保証及び次回の車両起動時に必要とされる蓄電量を確保することができる。

図２に戻って、Ｓ６では、充填が完了したか否かを判定する。Ｓ６の判定がＮＯの場合には再びＳ１に戻り、ＹＥＳの場合にはＳ７に移り、充填を終了する。Ｓ６における充填が完了したか否は、例えば、圧力センサの検出値と所定の閾値を比較することで判定することができる。

図４は、実施例２の水素充填処理の手順を示すフローチャートである。
上述の図２の実施例１のフローチャートとは、Ｓ１１〜Ｓ１３が異なる。他のステップは何れも同じであり、その詳細な説明を省略する。
上記実施例１の水素充填処理では、通信システムの通信電源として低圧バッテリのみを考慮したが、本実施例の水素充填処理では、通信システムの通信電源として、低圧バッテリから高圧バッテリへ切り替える。本実施例では、低圧バッテリを主たる通信電源とし、高圧バッテリは低圧バッテリの残量低下時における補助的な通信電源とする。したがって、この処理の開始時における通信電源は低圧バッテリとする。

Ｓ１１では、タンク圧力センサ、タンク温度センサ、低圧バッテリの電圧センサ、及び高圧バッテリの電圧センサのうち少なくとも１つが故障しているか否かを判定する。なお、これらセンサの故障の判定は、実施例１と同様に、既知の方法が用いられる。Ｓ１１の判定がＮＯの場合、Ｓ１２に移る。

Ｓ１２では、現在選択されている通信電源の蓄電残量が十分な状態であるか否かを判定する残量低下判定処理を実行し、Ｓ１３に移る。この残量低下判定処理の詳細な手順については、後に図５を参照して説明する。Ｓ１３では、Ｓ１２における判定結果が、選択されている通信電源の蓄電残量について、残量の低下がありと判定されたか否かを判定する。

Ｓ１１及びＳ１３の判定が何れもＮＯである場合には、通信充填により継続して水素を充填できると判断し、通信充填を継続し（Ｓ４）、Ｓ６に移る。
一方、Ｓ１１及びＳ１３の判定のうち何れかがＹＥＳである場合、すなわち、下記４つの条件７〜１０のうち少なくとも何れかが満たされた場合には、通信充填を継続できないが、非通信充填に切り替えて継続して水素を充填できると判断し、充填方法を非通信充填にし（Ｓ５）、Ｓ６に移る。
条件７．通信電源となり得る低圧バッテリの蓄電残量及び高圧バッテリの蓄電残量の両方が、各々の通信継続下限値以下である場合。
条件８．タンク圧力センサが故障したと判定された場合。
条件９．タンク温度センサが故障したと判定された場合。
条件１０．通信電源の電圧センサが故障したと判定された場合。

図５は、残量低下判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、通信電源となり得る低圧バッテリと高圧バッテリの現在の蓄電残量を各種閾値と比較し、現在の各バッテリの状態を判断するステップ（Ｓ２１〜Ｓ２３）と、これら比較結果に基づいて適切な通信電源を選択するステップ（Ｓ２４〜Ｓ２６）と、通信電源として選択されているバッテリの蓄電残量の低下を判定するステップ（Ｓ２７，Ｓ２８）と、で構成される。

先ず、低圧バッテリの蓄電残量及び高圧バッテリの蓄電残量に対して設定される３つの閾値ａ，ｂ，ｃについて、図３及び図６を参照して説明する。
図３に示すように、低圧バッテリの蓄電残量に対しては、閾値ａと閾値ｃを設定する。閾値ｃは、上述の動作保証蓄電量と次回起動必要分とを合わせた値であり、閾値ａは、閾値ｃにさらに充填ログ記録分を加えた値である。また、閾値ａを低圧バッテリの通信継続下限値とする。

図６は、高圧バッテリの蓄電残量の内訳を模式的に示す図である。なお、図６では、蓄電残量を百分率（％）で表す。
高圧バッテリの蓄電残量に対しては、閾値ｂを設定する。閾値ｂは、高圧バッテリによって駆動される機器（駆動モータ、その他補機など）の動作を保証するために最低限必要な蓄電量に相当する「動作保証蓄電量」と、次回の燃料電池車両２の起動時に、高圧バッテリに必要とされる蓄電量に相当する「次回起動時必要分」と、通信充填から非通信充填に切り替える際に重点ログを電磁的に記録するために高圧バッテリに必要とされる蓄電量に相当する「充填ログ記録分」と、を合わせた値である。また、閾値ｂを高圧バッテリの通信継続下限値とする。

図５に戻って、先ず、Ｓ２１では、低圧バッテリの蓄電残量が上記閾値ａ以下であるか否かを判定する。この判定がＮＯである場合、通信電源の切り替えは不要であると判断し、通信電源は低圧バッテリとしたまま（Ｓ２４）、通信電源の蓄電残量の低下はないと判定する（Ｓ２７）。

Ｓ２１の判定がＹＥＳである場合、すなわち低圧バッテリを通信電源として通信充填を実行している間に、その蓄電残量が閾値ａ以下になった場合には、高圧バッテリへの切替が可能であるか否かを判定すべくＳ２２に移る。Ｓ２２では、高圧バッテリの蓄電残量が閾値ｂ以下であるか否かを判定する。ここで、Ｓ２２の判定がＮＯである場合とは、高圧バッテリの蓄電残量に余裕がある状態であって、したがって通信電源を高圧バッテリにすることで、通信電源を継続できる状態であることを意味する。

Ｓ２１の判定がＮＯであり、高圧バッテリの蓄電残量に余裕がある場合には、Ｓ２３に移り、低圧バッテリの蓄電残量が閾値ｃ以下であるか否かを判定する。Ｓ２３のステップを実行する場合とは、上述のように高圧バッテリの蓄電残量に余裕があることを意味するが、これは同時に充填ログ記録分の蓄電量を高圧バッテリで負担できる状態であり、したがって低圧バッテリの蓄電残量はこの充填ログ記録分まで使い切っても差し支えないことを意味する。

したがって、Ｓ２３の判定がＮＯであり、低圧バッテリの蓄電残量が閾値ｃより大きい場合には、低圧バッテリをの蓄電残量を閾値ｃまで使い切るべく、通信電源は低圧バッテリとしたまま（Ｓ２６）、Ｓ２７に移り、通信電源の蓄電残量の低下はないと判定する。
一方、Ｓ２３の判定がＹＥＳであり、低圧バッテリの蓄電残量が閾値ｃ以下である場合、すなわち低圧バッテリを次回起動時必要分まで確保して使い切った後である場合には、通信電源を低圧バッテリから高圧バッテリに切り替えた後（Ｓ２５）、通信電源の蓄電残量の低下はないと判定する（Ｓ２７）。

Ｓ２２の判定がＹＥＳである場合、低圧バッテリ及び高圧バッテリともに蓄電残量が各々の通信継続下限値以下であることから、現在の通信電源が低圧バッテリであるか高圧バッテリであるかに関わらず、通信電源の蓄電残量が低下したと判定する（Ｓ２８）。

以上詳述した本実施形態の燃料電池車両２によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、通信充填の継続が不可と判定されたからといって、直ちに充填そのものが中断されることはないので、通信充填を継続して行った場合と比較すれば満充填付近までの充填が行えない可能性や充填に長時間を要する可能性があるものの、できる限り多くの水素を高圧タンクに充填できる。
（２）本実施形態によれば、温度センサが故障した場合、圧力センサが故障した場合、通信電源の蓄電残量が低下した場合及びその蓄電残量を検出するための電圧センサが故障した場合などのように、通信充填の継続は不可であるが充填の継続が可能なものを適切に判断することで、できる限り水素の充填を継続することができる。
（３）本実施形態によれば、通信充填から非通信充填へ切り替えることで充填の継続が可能な場合と、充填方法によらず水素の充填そのものの継続が不可である場合とを適切に切り分けることができる。
（４）本実施形態によれば、水素濃度センサが故障した場合や、中圧センサが故障した場合など、充填方法によらず水素の充填の継続が不可となる状態を適切に判断することにより、適切に充填を終了することができる。
（５）本実施形態によれば、通信電源の蓄電残量が上述のように設定された継続下限値以下となった場合に、充填方法を通信充填から非通信充填へ切り替えることにより、切替時に充填ログを確実に残しつつ、かつ通信電源の残量を次回の起動時必要な分だけ確保できる。また、通信充填中の通信電源の蓄電残量が、通信充填ＥＣＵや赤外線送信器などの動作を保証するために最低限必要な蓄電残量を下回ることがないので、通信システムから不正確なデータ信号が送信されるのを防止できる。
（６）本実施形態では、低圧バッテリと高圧バッテリの２つの電源を準備した上、低圧バッテリを通信電源として利用されている間に、その蓄電残量が少なくなってきた場合には、通信電源を高圧バッテリに切り替えた上で通信充填を継続することにより、できる限り通信充填を継続することができる。また、通信電源を切り替えるタイミングを、上述のような閾値ａ〜ｃで判断することにより、上述のように充填ログを確実に残しつつ、低圧バッテリ及び高圧バッテリの蓄電残量を次回起動時に必要な分だけ確保できる。
（７）本実施形態では、低圧バッテリから高圧バッテリへ通信電源を切り替える前に、低圧バッテリの蓄電残量を上記充填ログの記録に必要な分まで使いきることにより、不用な通信電源の切り替えを防止し、したがって通信電源の切り替えに伴うエネルギロスを低減することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
上記実施形態では、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器を高圧タンクとした例について説明したが、これに限らず、吸蔵合金を備えた水素タンクを貯蔵容器としてもよい。
また、上記実施形態では、水素を燃料ガスとした燃料電池車両を例について説明したが、これに限らず、天然ガスを燃料ガスとした天然ガス自動車にも適用できる。
また、上記実施形態では、燃料電池車両を移動体とした例について説明したが、これに限らず、バイク、船舶、宇宙船、ロボットなどの移動体にも適用できる。

Ｓ…水素充填システム
１…水素ガスステーション
１２…ディスペンサ（供給装置）
２…燃料電池車両（移動体）
３…燃料電池システム
３１…燃料電池
３２…高圧タンク（貯蔵容器）
３２６…圧力センサ（圧力検出手段）
３２７…温度センサ（温度検出手段）
３２８…水素濃度センサ（水素センサ）
３５…水素供給管路（水素供給管）
３５１…レギュレータ
３５２…中圧センサ
３８…高圧バッテリ（通信電力供給手段、通信電源、第２蓄電装置）
３８１…高圧バッテリ用電圧センサ３８１（残量検出手段）
通信システム５
５１…通信充填ＥＣＵ（通信電力供給手段、制御手段、通信継続判定手段、充填方法切替手段、充填継続判定手段、充填終了手段、通信電源切替手段）
５６…赤外線送信器（送信手段）
５６…低圧バッテリ（通信電力供給手段、通信電源、第１蓄電装置）
５８…低圧バッテリ用電圧センサ（残量検出手段）

Claims (7)

1. 燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器と、
   前記貯蔵容器内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記貯蔵容器の温度を検出する温度検出手段と、
   前記検出された圧力及び温度に基づいて生成されたデータ信号を外部へ送信する送信手段と、
   前記送信手段に電力を供給する電源を備えた通信電力供給手段と、を備え、
   外部の供給装置から前記貯蔵容器へ燃料ガスを充填する方法として、前記送信手段から前記供給装置へ前記データ信号を送信し、前記供給装置により前記圧力及び温度に応じた流量で前記貯蔵容器に燃料ガスを充填させる通信充填と、前記送信手段から前記データ信号を送信せず、前記供給装置により予め定められた流量で前記貯蔵容器に燃料ガスを充填させる非通信充填と、が選択的に実行可能な制御手段と、を備えた移動体であって、
   前記制御手段は、
   通信充填を実行している間に当該通信充填を継続して実行可能か否かを判定する通信継続判定手段と、
   当該通信継続判定手段により通信充填の継続が不可と判定されたことに応じて、実行中の通信充填を中止するとともに、充填方法を非通信充填に切り替えて燃料ガスの充填を継続する充填方法切替手段とをさらに備えることを特徴とする移動体。
2. 前記通信継続判定手段は、以下の４つの条件、
   １．前記送信手段に電力を供給している電源を通信電源とし、当該通信電源の蓄電残量が所定の継続下限値以下である場合、
   ２．前記圧力検出手段が故障したと判定された場合、
   ３．前記温度検出手段が故障したと判定された場合、
   ４．前記通信電源の蓄電残量を検出する残量検出手段が故障したと判定された場合、
   のうちの少なくとも１つが満たされた場合に、通信充填の継続は不可であると判定することを特徴とする請求項１に記載の移動体。
3. 前記制御手段は、
   通信充填又は非通信充填を実行している間に、燃料ガスの充填を継続して実行可能か否かを判定する充填継続判定手段と、
   当該充填継続判定手段により充填の継続が不可と判定されたことに応じて、実行中の通信充填又は非通信充填を中止し、燃料ガスの充填を終了する充填終了手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の移動体。
4. 前記燃料ガスは水素であり、
   前記貯蔵容器は、水素を高圧で貯蔵する高圧タンクであり、
   前記移動体は、前記高圧タンクから水素供給管を介して供給された水素を利用して発電する燃料電池を備え、
   前記充填継続判定手段は、以下の２つの条件、
   １．前記高圧タンクの近傍の水素の濃度を検出する水素センサが故障したと判定された場合、
   ２．前記水素供給管内のうち、前記高圧タンク内の高圧水素を減圧するレギュレータが設けられた部分よりも下流側の圧力を検出する中圧センサが故障したと判定された場合、
   のうち少なくとも１つが満たされた場合に、燃料ガスの充填の継続は不可であると判定することを特徴とする請求項３に記載の移動体。
5. 前記継続下限値は、前記通信電源からの電力で駆動される複数の機器の動作を保証するために最低限必要な蓄電量と、次回の移動体の起動時に前記通信電源に必要とされる蓄電量と、充填に関する情報を電磁的に記録するために前記通信電源に必要とされる蓄電量と、を合わせた値であることを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の移動体。
6. 前記通信電力供給手段は、前記送信手段を含む複数の補機に電力を供給する電源としての第１蓄電装置と、当該第１蓄電装置よりも放電容量が大きい第２蓄電装置と、を備え、
   前記第１蓄電装置からの電力で駆動される複数の機器の動作を保証するために最低限必要な蓄電量と、次回の移動体の起動時に前記第１蓄電装置に必要とされる蓄電量と、を合わせた値を第１閾値と定義し、当該第１閾値に充填に関する情報を電磁的に記録するために前記第１蓄電装置に必要とされる蓄電量を加算した値を第２閾値と定義し、
   前記第２蓄電装置からの電力で駆動される複数の機器の動作を保証するために最低限必要な蓄電量と、次回の移動体の起動時に前記第２蓄電装置に必要とされる蓄電量と、充填に関する情報を電磁的に記録するために前記第２蓄電装置に必要とされる蓄電量と、を合わせた値を第３閾値と定義し、
   前記制御手段は、前記第１蓄電装置を通信電源として通信充填を実行している間に、前記第１蓄電装置の蓄電残量が前記第２閾値以下となったときに前記第２蓄電装置の蓄電残量が前記第３閾値より大きい場合には、通信電源を前記第１蓄電装置から前記第２蓄電装置に切り替える通信電源切替手段をさらに備えることを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の移動体。
7. 前記通信電源切替手段は、通信電源を前記第１蓄電装置から第２蓄電装置に切り替える場合、前記第１蓄電装置の蓄電残量が前記第１閾値まで低下した後に前記第２蓄電装置に切り替えることを特徴とする請求項６に記載の移動体。

Images