JP2015124830A - 燃料充填システム - Google Patents

Abstract

【課題】充填にかかる時間を必要以上に長くすることなく、精度良くセンサや水素タンク等に異常が生じたことを判別できる水素充填システムを提供すること。
【解決手段】燃料充填システムＳは、水素タンクの固有情報（Ｖ，ＭＣ）とセンサの検出値（Ｔ，Ｐ）を送信する車両Ｖと、これら情報（Ｖ，ＭＣ，Ｐ，Ｔ）に基づいて充填態様を決定し、当該決定した充填態様で水素タンクへ水素を充填するステーション９とを備える。ステーション９のステーションＥＣＵ９５は、水素の充填中における水素タンク内の温度や圧力の予測値（Ｔ´，Ｐ´）を固有情報（Ｖ，ＭＣ）に基づいて算出し、センサの検出値（Ｔ，Ｐ）と予測値（Ｔ´，Ｐ´）とが一致しているか否かを、固有情報に基づいて決定した充填態様で燃料を充填している間、継続して確認し、検出値と予測値の不一致が確認された場合には、固有情報に基づいて決定した充填態様での燃料の充填を中止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料充填システムに関する。

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、タンク内に必要な量の水素を速やかに充填するための、所謂通信充填と呼称される技術についても盛んに研究が進められている。

通信充填とは、車両側から何らかの通信手段を利用して水素タンクに関する情報をデータ信号としてステーションへ送信し、ステーションでは受信したデータ信号に基づいて充填制御を行う技術である。水素タンクには、水素タンク内の水素ガスの温度や圧力を検出するセンサが設けられている。車両側からは、これらセンサの出力に基づいて水素タンクの温度や圧力に関する情報（以下、これら水素タンクの温度や圧力等に関する情報を総称してタンク状態情報という）を含むデータ信号をステーション側へ送信する。ステーション側は、取得したタンク状態情報に基づいて、その時の水素タンクの状態に応じた適切な態様で水素を充填する。

特許文献１には、以上のような通信充填で用いられる水素タンクの各種センサ等の異常を判断する技術が記載されている。特許文献１の発明では、充填を開始してから所定時間が経過するまでの間は所定の一定流量で水素ガスを充填する。この発明では、初期充填時にステーションから車両へ放出された水素ガスの流量及び温度等に基づいて初期充填後の水素タンク内の温度を予測し、この予測値と初期充填後の温度センサの実際の検出値とを比較し、これらが大きく乖離している場合には、温度センサ等に異常が生じたと判断し、充填流量の低減、停止、異常の報知等の措置を講じている。

特開２０１１−１２２６５７号公報

このように特許文献１の発明は、充填中の水素タンク内の温度の予測値とセンサの検出値との比較に基づいて異常を判断する技術であるが、水素タンクからの放熱の影響を無視できる程度の短時間でしか異常を判断することはできない。これは、充填を開始してから暫くすると、エネルギー散逸が大きくなり、水素タンク内の温度の予測精度が低下するためである。また、このような充填開始直後の短時間では、予測値と検出値との比較に基づいて精度良く異常を判断できる程、水素タンク内の温度に有意な変動は生じないと考えられる。

また特許文献１の発明では、水素タンク内の温度の予測精度をできるだけ高くし、ひいては異常の判別精度をできるだけ高くするため、初期充填時における充填流量を本充填時よりも１／１０〜１／２０程度まで減らさなければならない。このため、センサ等に異常がない場合であっても満充填にするためにかかる時間が長くなってしまう。

本発明は、充填にかかる時間を必要以上に長くすることなく、精度良くセンサや水素タンク等に異常が生じたことを判別できる燃料充填システムを提供することを目的とする。

（１）本発明の燃料充填システム（例えば、後述の水素充填システムＳ，Ｓａ）は、燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両Ｖ，Ｖａ）に搭載されている燃料タンク（例えば、後述の水素タンク３１）へ燃料を充填するものであって、前記燃料タンク内の燃料の状態に関する所定の物理量の値を検出するセンサ（例えば、後述の温度センサ４１、圧力センサ４２）と、前記燃料タンクの固有情報（Ｖ，ＭＣ）と前記センサの検出値（Ｔ，Ｐ）に基づいて充填態様を決定し、当該決定した充填態様で前記燃料タンクへ燃料を充填する充填制御手段（例えば、後述のステーションＥＣＵ９５）と、燃料の充填中における前記物理量の値を前記固有情報に基づいて予測する予測手段（例えば、後述のステーションＥＣＵ９５）と、前記センサの検出値と前記予測手段の予測値とが一致しているか否かを、前記固有情報に基づいて決定した充填態様で燃料を充填している間、継続して確認する比較手段（例えば、後述のステーションＥＣＵ９５）と、を備え、前記充填制御手段は、前記比較手段によって検出値と予測値の不一致が確認された場合には、前記固有情報に基づいて決定した充填態様での燃料の充填を中止する。

（２）この場合、前記固有情報は、燃料の充填中における前記燃料タンクの放熱特性に関するパラメータの値（Ｖ，ＭＣ）を含み、前記物理量は、前記燃料タンク内の燃料ガスの温度であることが好ましい。

（３）この場合、前記固有情報は、前記燃料タンクの容積値（Ｖ）を含み、前記物理量は、前記燃料タンク内の圧力であることが好ましい。

（４）この場合、前記燃料充填システム（例えば、後述の水素充填システムＳ）は、前記燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両Ｖ）と、当該燃料電池車両に燃料を充填する外部充填装置（例えば、後述のステーション９）と、に分けられ、前記燃料電池車両は、前記燃料タンクと、前記センサと、前記センサの検出値に関する情報及び前記固有情報を含むデータ信号を前記外部充填装置へ送信する送信手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ６、赤外線通信機５）を備え、前記外部充填装置は、前記充填制御手段と、前記予測手段と、前記比較手段とを備えることが好ましい。

（５）この場合、前記燃料充填システム（例えば、後述の水素充填システムＳａ）は、前記燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両Ｖａ）と、当該燃料電池車両に燃料を充填する外部充填装置と、に分けられ、前記燃料電池車両は、前記燃料タンクと、前記センサと、前記予測手段と、前記比較手段とを備えることが好ましい。

（１）本発明の燃料充填システムでは、センサによって検出された所定の物理量の検出値と燃料タンクの固有情報とに基づいて決定した充填態様で燃料を充填する。また、このように充填制御手段によって燃料を充填する間は、センサの検出対象である所定の物理量の値を固有情報に基づいて予測し、この予測値とセンサの検出値とが一致しているか否かを継続して確認し、検出値と予測値との不一致が確認された場合には固有情報に基づいて決定した充填態様での燃料の充填を中止する。このように本発明では、燃料タンクの固有情報を利用して物理量の予測値を算出するので、断熱的に近似できる初期充填時だけでなく、燃料タンクからの放熱をする必要がある初期充填後においても精度良く予測値を算出することができる。またこのように算出した予測値を用いることにより、燃料の充填中は継続してセンサや燃料タンク等の異常を精度よく判断できる。また本発明によれば、燃料タンクの固有情報に基づいて予測値を算出することにより、予測精度を上げるために充填流量を小さくする必要がないので、充填にかかる時間が必要以上に長くなることもない。

（２）本発明では、充填態様を決定しさらに予測値を算出するための入力パラメータとしての固有情報に、燃料の充填中における燃料タンクの放熱特性に関するパラメータの値を含める。これにより、充填中の燃料タンク内の燃料の温度の予測値を精度良く算出することができ、ひいてはセンサや燃料タンク等の異常を精度良く判断できる。

（３）本発明では、充填態様を決定しさらに予測値を算出するための入力パラメータとしての固有情報に、燃料タンクの容積値を含める。これにより、燃料の充填中における燃料タンク内の圧力の予測値を精度良く算出することができ、ひいてはセンサや燃料タンク等の異常を精度良く判断できる。

（４）本発明では、燃料電池車両は、センサの検出値と燃料タンクの固有情報に相当するデータ信号を外部充填装置へ送信し、外部充填装置は、送信されたデータ信号を利用して予測値を算出し、さらに予測値と検出値とを比較する。このように比較的演算負荷の大きい予測値の算出機能等を外部充填装置側で担い、車両側は比較的演算負荷の小さいデータ信号の送信機能を担うことにより、車両の構成を簡易にできる。また、予測値の算出機能を外部充填装置側で担うことにより、予測値を算出する際には、外部充填装置から燃料タンクへ放出される燃料の温度や流量など、外部充填装置側で把握しやすい物理量をさらに利用できるので、予測精度をさらに向上できる。

（５）本発明では、燃料電池車両側で、予測値を算出し、さらに予測値と検出値とを比較する。このように予測値の算出機能等を燃料電池車両側で担うことにより、燃料電池車両と燃料充填装置との間の通信の影響を受けることなく、安定してセンサや燃料タンク等の異常を判断できる。

本発明の一実施形態に係る水素充填システムの構成を示す図である。 水素充填システムの固有通信充填における演算の具体的な手順を示す機能ブロック図である。 充填中に特性予測演算によって算出されるタンク内温度の予測値と車両から送信される検出値とを比較した図である。 車両に搭載される通信演算ＥＣＵで特性予測演算及び検証処理を実行する場合における通信演算ＥＣＵの機能ブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る水素充填システムＳの構成を示す図である。水素充填システムＳは、水素を燃料ガスとして走行する燃料電池車両Ｖと、この車両Ｖの水素タンク３１に水素ガスを供給する水素ステーション９と、を組み合わせて構成される。以下では、始めに水素ステーション９側の構成について説明し、次に燃料電池車両Ｖ側の構成について説明する。

水素ステーション９は、車両Ｖに供給するための水素ガスが高圧で貯蔵されている水素貯蔵タンク９１と、水素貯蔵タンク９１から作業者が直接操作する充填ノズル９２に至る充填流路９３と、充填流路９３に設けられた流量制御弁９４と、流量制御弁９４を開閉するステーションＥＣＵ９５と、を備える。

ステーションＥＣＵ９５は、充填ノズル９２が車両Ｖに設けられたレセプタクル３８に接続されると、後に説明する手順に従って充填態様（充填中における充填流量の可変態様）を決定し、当該充填態様が実現するように流量制御弁９４を開閉する。充填ノズル９２から放出された水素ガスは、レセプタクル３８を介して水素タンク３１内に充填される。

充填流路９３のうち流量制御弁９４と充填ノズル９２の間には、水素ガスを冷却する冷却器９６が設けられる。このような冷却器９６によって、水素タンク３１に充填される手前の位置で水素ガスを冷却することにより、水素タンク３１内の水素ガスの温度上昇を抑制し、ひいては急速充填が可能となる。

ステーションＥＣＵ９５には、水素タンク３１に充填される手前の位置における水素ガスの状態を把握するため、各種センサ９７ａ，９７ｂ，９７ｃが接続されている。

流量計９７ａは、充填流路９３のうち流量制御弁９４と冷却器９６との間に設けられ、流路９３を流れる水素ガスの流量に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。以下では、この流量計９７ａによって検出される水素ガスの流量を、充填流量といい、その値はｄｍ／ｄｔと表記する。また、水素タンク３１に充填された水素ガスの量（以下、「総充填量」という）は、例えば充填流量ｄｍ／ｄｔを積分することによって算出され、以下ではその値をｍと表記する。

温度センサ９７ｂは、充填流路９３のうち冷却器９６と充填ノズル９２との間に設けられ、流路９３内の水素ガスの温度に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。以下では、この温度センサ９７ａによって検出される水素ガスの温度を充填ガス温度といい、その値はＴ_ＳＴと表記する。

圧力センサ９７ｃは、充填流路９３のうち冷却器９６と充填ノズル９２との間に設けられ、流路９３内の水素ガスの圧力に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。以下では、この圧力センサ９７ｃによって検出される水素ガスの圧力を充填ガス圧力といい、その値はＰ_ＳＴと表記する。

充填ノズル９２には、車両Ｖと通信するための赤外線通信機９８が設けられている。赤外線通信機９８は、充填ノズル９２をレセプタクル３８に接続すると、車両Ｖに設けられた後述の赤外線通信機５に対向し、これら通信機９８，５間で赤外線を介したデータ信号の送受信が可能となる。以下では、これら通信機９８，５間での赤外線を介した通信をＩＲ通信という。

ステーションＥＣＵ９５は、車両Ｖへの水素ガスの充填にあたって、上記ＩＲ通信を利用した通信充填と呼称される充填方法と、ＩＲ通信を利用しない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Ｖ及びステーション９間でＩＲ通信を行いながら、車両Ｖに水素ガスを充填する充填方法である。通信充填では、ステーションＥＣＵ９５は、車両Ｖの水素タンク３１に関する情報を含んだデータ信号を赤外線通信機９５によって受信し、このデータ信号に基づいて定めた充填態様で水素タンク３１に水素ガスを充填する。ステーションＥＣＵ９５は、通信充填中に受信したデータ信号に基づいて、既知の方法によって水素タンク３１内の水素の充填率（以下、「水素ＳＯＣ」ともいう）を逐次算出し、この水素ＳＯＣが所定の満充填閾値を超えた場合には、水素ガスの充填が完了したと判断し、水素ガスの充填を終了する。またステーションＥＣＵ９５は、水素タンク３１内の温度が所定のフェール温度に達した場合、データ信号を受信できなくなった場合、又は通信充填中に後述のアボート信号を受信した場合には、水素ＳＯＣが満充填閾値に達していない場合であっても、データ信号を用いた水素ガスの充填を中止する。このため通信充填では、満充填に達するまでの間に水素タンク３１内の温度がフェール温度を超えないように、かつできるだけ速やかに水素ガスが充填されるように充填態様を決定することが重要となっている。

またこの通信充填は、車両Ｖからステーション９へ送信するデータ信号に含まれる情報の種類、すなわちステーションＥＣＵ９５で実行される充填制御で用いられる情報の種類に応じて、一般通信充填と呼称される充填方法と、固有通信充填と呼称される充填方法に分けられる。

一般通信充填では、車両Ｖ側からは、水素タンク３１の温度や圧力等で構成されるタンク状態情報を含むデータ信号が送信される。なお本発明では、タンク状態情報とは、水素タンク３１内の水素ガスの温度や圧力等、水素タンク３１に設けられたセンサによって検出される物理量の値であると定義する。ステーションＥＣＵ９５は、車両Ｖから送信されるタンク状態情報を含むデータ信号を受信し、このデータ信号に基づいて決定した充填態様で水素ガスを充填する。

固有通信充填では、車両Ｖ側からは、上記タンク状態情報に加えて、水素タンク３１の固有情報を含むデータ信号が送信される。本発明では、水素タンク３１の固有情報とは、例えば、熱容量値やＭＣパラメータ値（例えば、本願出願人による特表２０１３−５２７３９０号公報参照）等の水素タンク３１の放熱特性を表す値、水素タンク３１の容積値、水素タンク３１のライナーの材質、及び水素タンク３１の製造情報等であって、基本的には水素タンク３１が製造された時点で実験を行うことによって特定できる値であると定義する。ステーションＥＣＵ９５は、車両Ｖから送信されるタンク状態情報及びタンク固有情報を含むデータ信号を受信し、このデータ信号に基づいて決定した充填態様で水素ガスを充填する。

ここで、固有通信充填と一般通信充填とを比較する。固有通信充填では、ステーション側へ一般通信充填では送信されない水素タンク３１の固有情報が送信される。この固有情報は、上述のように放熱特性を表す値等が含まれていることから、固有通信充填では、車両に搭載されている水素タンク３１の特性（熱引きの良し悪し等）を把握して、その時の水素タンク３１内の物理状態だけでなく水素タンク３１の特性に合わせて最適な充填態様を決定することができる。このため、固有通信充填と一般通信充填とを比較すれば、固有通信充填の方がより速やかに満充填にできる。一般通信充填では、ステーションは水素タンク３１の特性を把握できないため、高速充填を行う上で最も熱特性の悪い水素タンクを想定して、充填中に温度が過剰に高くならないように充填流量等にマージンを設けざるを得ず、満充填にするためにかかる時間は固有通信充填よりも長くなってしまう。特に固有情報を用いると充填中における水素タンク３１の表面からの放熱の影響を精度良く把握できるため、固有通信充填では充填中及び充填完了予定時における水素タンク３１内の温度を精度良く予測することができる。このように固有通信充填では、ステーションＥＣＵ９５は、水素タンク３１の将来の状態を精度良く予測しながら水素を充填できるため、充填中に水素タンク３１の温度が上記フェール温度を上回らないようにしながら、上記一般通信充填と比較してより速やかに満充填にできる。

ところで、本願出願人による特表２０１３−５２７３９０号公報には、ＭＣ手法なる固有通信充填の新規のアルゴリズムの具体的な手順が示されている。充填完了予定時における水素タンク３１内の温度を予測するためには、充填中にタンク壁に吸収される熱量を推定する必要がある。また、このタンク壁に吸収される熱量を厳密に算出するには、充填中におけるタンク壁の温度分布解が必要となるが、これを得るのは非常に困難である。ＭＣ手法は、この演算を簡略化すべく質量と比熱容量の合成値ＭＣ［ｋＪ／Ｋ］（特表２０１３−５２７３９０号公報の図５等参照）を導入することによって、充填中の水素タンク３１内の温度を、タンク壁からの放熱を考慮しながら予測する。本発明で定義する固有情報には、このようなＭＣ手法に基づく固有通信充填において用いられるＭＣパラメータ値や、このＭＣパラメータ値を予め定められたアルゴリズムに従って算出するために必要となる水素タンク３１固有の定数値等も含まれる。

非通信充填とは、車両Ｖ及びステーション９間でＩＲ通信を行うことなく車両Ｖに水素を充填する充填方法である。非通信充填では、ステーションＥＣＵ９５は、予め定められた規定の充填態様で水素タンク３１に水素ガスを充填する。ステーションＥＣＵ９５は、非通信充填時には水素タンク３１の現在の状態を把握できないため、充填中に過充填や過昇温が発生しないように、通信充填と比較して低い圧力（すなわち、低充填率）で充填を終了する。したがって、上記２つの通信充填と非通信充填とを比較すると、通信充填の方が水素タンク３１の状態を把握しながら充填するため、満充填又はその付近まで充填できる。

燃料電池車両Ｖは、ステーション９から供給された水素ガスを貯蔵する水素タンク３１と、この水素タンク３１に貯蔵された水素ガスによって発電し、発電した電力を利用して走行する燃料電池システム（図示せず）と、通信充填時に水素タンク３１に関するデータ信号をステーション９の赤外線通信機９５へ送信する赤外線通信機５と、この赤外線通信機５から送信するデータ信号を生成する充填演算ＥＣＵ６と、を備える。

水素タンク３１は、水素導入管３９によってレセプタクル３８と接続されている。すなわち、レセプタクル３８に接続された水素充填ノズル９２から排出された水素ガスは、水素導入管３９を介して水素タンク３１に充填される。

通信演算ＥＣＵ６には、上述の水素タンク３１に関する情報を取得する手段として、温度センサ４１と、圧力センサ４２と、が接続されている。温度センサ４１は、水素タンク３１内の水素ガスの温度を検出し、検出値に対応した信号を通信演算ＥＣＵ６に送信する。以下では、この温度センサ４１によって検出される水素タンク３１内の水素ガスの温度をタンク内温度といい、その値はＴと表記する。圧力センサ４２は、水素タンク３１内の圧力を検出し、検出値に対応した信号を通信演算ＥＣＵ６に送信する。以下では、この圧力センサ４２によって検出される水素タンク３１内の水素ガスの温度をタンク内圧力といい、その値はＰと表記する。また以下では特に、充填開始直前のタンク内圧力の値をＰ_０と表記し、充填によるタンク内圧力の上昇分をΔＰ（＝Ｐ−Ｐ_０）と表記する。

通信演算ＥＣＵ６は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の記憶媒体、並びに各種インターフェース等の電子回路を含んで構成される。通信演算ＥＣＵ６のＲＯＭには、車両Ｖが製造された時点で搭載されていた水素タンク３１に関する固有情報が記録されている。通信演算ＥＣＵ６は、水素タンク３１に関する情報を赤外線通信機５を介してステーションＥＣＵ９５へ送信するため、タンク内温度の検出値Ｔ、タンク内圧力の検出値Ｐ、及び固有情報に応じたデータ信号を生成する。以下では、水素タンク３１の容積値Ｖ及び上述のＭＣパラメータ値ＭＣの２つのパラメータを固有情報として送信する場合について説明するが、固有情報の種類はこれらに限られない。なお、上述の上昇圧ΔＰは、通信演算ＥＣＵ６で算出し、上記検出値Ｔ，Ｐと併せてステーションＥＣＵ９５へ送信することもできるし、通信演算ＥＣＵ６から送信される検出値Ｐに基づいてステーションＥＣＵ９５で算出することもできる。以下では、上昇圧ΔＰをステーションＥＣＵ９５で算出する場合について説明する。

赤外線通信機５は、例えば赤外線ＬＥＤとそのドライバ等で構成される。ドライバは、通信演算ＥＣＵ６によって生成されたデータ信号及びアボート信号に応じた態様で赤外線ＬＥＤを点滅させる。

次に、図２を参照しながら、水素充填システムＳにおける固有通信充填の具体的な手順について説明する。
図２は、水素充填システムＳにおける固有通信充填の具体的な手順を示す機能ブロック図である。図２に示す機能は、車両に搭載される通信演算ＥＣＵ６における演算、ステーションに搭載されるステーションＥＣＵ９５における演算、及びこれらＥＣＵ６，９５間のＩＲ通信によって実現される。

通信演算ＥＣＵ６は、固有通信充填を実行するのに必要となるタンク状態情報及びタンク固有情報を、ＩＲ通信を利用してステーションＥＣＵ９５へ送信する。車両側からステーション側へ送信される情報は、例えば、タンク内温度の検出値Ｔ、タンク内圧力の検出値Ｐ、水素タンクの容積値Ｖ、及びＭＣパラメータ値ＭＣの４つである。

ステーションＥＣＵ９５は、車両側から送信された情報（Ｔ，Ｐ，Ｖ，ＭＣ等）、車両側から送信された情報に基づいてステーション側で算出される情報（ΔＰ等）、及びステーション側のセンサで取得される情報（例えば、充填ガス圧力の検出値Ｐ_ＳＴ、充填ガス温度の検出値Ｔ_ＳＴ、充填流量の検出値ｄｍ／ｄｔ、総充填量ｍ等）を用いて、特性予測演算、検証処理、及び充填制御等の処理を行う。以下、ステーションＥＣＵ９５において実行されるこれら３つの処理の具体的な手順について説明する。

＜特性予測演算＞
特性予測演算では、ステーションＥＣＵ９５は、取得した情報（Ｔ，Ｐ，Ｖ，ＭＣ，ΔＰ，Ｐ_ＳＴ，Ｔ_ＳＴ，ｄｍ／ｄｔ，ｍ等）を入力情報として用い、所定のアルゴリズムに従って充填中の水素タンクの状態に関する所定の物理量の予測値を充填中に逐次算出する。ここで「物理量の値を予測する」とは、演算を実行する時点においてステーションＥＣＵ９５で把握できる値に基づいて、対象とする物理量の将来の未知の値或いは値の推移を推定すること、又は対象とする物理量について、これを直接的に検出するセンサの出力以外のパラメータを用いて間接的に推定すること等を含む。特性予測演算において上記複数の入力情報（Ｐ，Ｔ，Ｖ，ＭＣ，ΔＰ，Ｐ_ＳＴ，Ｔ_ＳＴ，ｄｍ／ｄｔ，ｍ等）に基づいて予測する物理量は、例えば、充填中のタンク内温度の予測値Ｔ´と、充填中のタンク内圧力の予測値Ｐ´と、充填によるタンク内圧力の上昇分の予測値ΔＰ´と、水素タンクの容積の予測値Ｖ´と、総充填量の予測値ｍ´との５つである。

充填中のタンク内温度の予測値Ｔ´は、例えば上記複数の入力情報のうち特に充填圧力検出値Ｐ_ＳＴ、充填温度検出値Ｔ_ＳＴ、充填流量検出値ｄｍ／ｄｔ、ＭＣパラメータ値ＭＣ、及び容積値Ｖを予め定められた演算アルゴリズムに入力することによって、算出することができる。なお、ＭＣパラメータ値ＭＣ等を用いて温度予測値Ｔ´を算出する具体的な演算アルゴリズムについては、本願出願人による特表２０１３−５２７３９０号公報に記載されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

充填中のタンク内圧力の予測値Ｐ´は、例えば上記複数の入力情報のうち特に充填圧力検出値Ｐ_ＳＴ、充填温度検出値Ｔ_ＳＴ、及び充填流量検出値ｄｍ／ｄｔに基づいて算出することができる。より具体的には、予測値Ｐ´は、充填圧力検出値Ｐ_ＳＴから、圧損ｄＰ（例えば、充填圧力検出値Ｐ_ＳＴ、充填温度検出値Ｔ_ＳＴ、充填流量検出値ｄｍ／ｄｔから推定される）を減算することによって算出される。充填によるタンク内圧力の上昇分の予測値ΔＰ´は、所定の状態方程式を利用し、例えば上記複数の入力情報のうち特に総充填量ｍ、タンク内温度検出値Ｔ、及び容積値Ｖに基づいて算出できる。

水素タンクの容積予測値Ｖ´は、所定の状態方程式を利用し、例えば上記複数の入力情報のうち特に総充填量ｍ、タンク内温度検出値Ｔ、及びタンク内圧力の上昇分ΔＰに基づいて算出できる。また総充填量予測値ｍ´は、所定の状態方程式を利用し、例えば上記複数の入力情報のうち特にタンク内圧力の上昇分ΔＰ、容積値Ｖ、及び温度送信値Ｔに基づいて算出できる。

＜検証処理＞
検証処理では、ステーションＥＣＵ９５は、上記特性予測演算によって逐次算出される５つの予測値（Ｔ´，Ｐ´，Ｖ´，ΔＰ´，ｍ´）と、充填中に車両側から逐次送信される実値（Ｔ，Ｐ，Ｖ）及びステーション側で取得される実値（ΔＰ，ｍ）とを比較し、各予測値と実値とが一致しているか否かを判別する。

より具体的には、検証処理では、ステーションＥＣＵ９５は、充填中に車両側から逐次送信されるタンク内温度Ｔ、タンク内圧力Ｐ及び容積値Ｖ並びにこれら送信値等に基づいて算出される圧力差ΔＰ及び充填流量ｍを取得し、これらを取得した時刻と対応する時刻における温度予測値Ｔ´圧力予測値Ｐ´、容積予測値Ｖ´、圧力差の予測値ΔＰ´及び充填流量の予測値ｍ´とを比較し、これら予測値Ｔ´，Ｐ´，Ｖ´，ΔＰ´，ｍ´がそれぞれ実値Ｔ，Ｐ，Ｖ，ΔＰ，ｍを中心とした所定の許容誤差範囲内であるか否かを、固有通信充填を行っている間、継続して判別し、範囲内であれば一致していると判別し、範囲外であれば一致していないと判別する。

例えば、車両に搭載されている水素タンクに異常が生じた場合（より具体的には、例えば、車両に搭載される水素タンクが、車両製造時のものとは異なる種類のものに交換された場合）、車両側から送信されるＭＣパラメータ値ＭＣ及び容積値Ｖが、その時搭載されている水素タンクの本来の値からずれが生じる場合がある。この場合、予測値（Ｔ´，Ｐ´，ΔＰ´，Ｖ´，ｍ´）と実値（Ｔ，Ｐ，ΔＰ，Ｖ，ｍ）とがずれる場合がある。したがって、検証処理によって、上記予測値のうち何れかがそれぞれの実値と一致していないと判別された場合には、水素タンクに異常が生じたと判断できる。

例えば、車両に搭載されている温度センサ又は圧力センサに異常が生じた場合（より具体的には、例えば、各センサがドリフト故障した場合や、オフセット故障した場合等）、車両側から送信されるタンク内温度検出値Ｔ又はタンク内圧力検出値Ｐが、本来の値からずれる場合がある。この場合も、予測値（Ｔ´，Ｐ´，ΔＰ´，Ｖ´，ｍ´）と実値（Ｔ，Ｐ，ΔＰ，Ｖ，ｍ）とがずれる場合がある。したがって、検証処理によって、上記予測値のうち何れかがそれぞれの実値と一致していないと判別された場合には、温度センサ又は圧力センサに異常が生じたと判断できる。

また例えば、通信演算ＥＣＵに異常が生じた場合（より具体的には、例えば通信演算ＥＣＵが、車両製造時に搭載されていたものとは異なる種類のものに交換された場合、通信演算ＥＣＵが正常に作動しなかった場合、データ信号に化けが生じた場合等）、車両側から送信されるタンク内温度検出値Ｔ、タンク内圧力検出値Ｐ、容積値Ｖ及びＭＣパラメータ値ＭＣ等が、本来の値からずれてしまう場合がある。この場合も、予測値（Ｔ´，Ｐ´，ΔＰ´，Ｖ´，ｍ´）と実値（Ｔ，Ｐ，ΔＰ，Ｖ，ｍ）とがずれる場合がある。したがって、検証処理によって、上記予測値のうち何れかがそれぞれの実値と一致していないと判別された場合には、通信演算ＥＣＵに異常が生じたと判断できる。

図３は、充填中に特性予測演算によって算出されるタンク内温度予測値Ｔ´と、車両から送信されるタンク内温度検出値Ｔとを比較した図である。図３には、予測値Ｔ´を破線で示し、検出値Ｔを実線で示す。

上述のように、水素タンクやセンサ等に異常がない場合であれば、特性予測演算によって算出される予測値Ｔ´の推移と、充填中に車両から送信される検出値Ｔの推移とはほぼ一致する。特に、本発明では、予測値Ｔ´を算出するに当たり、水素タンクの放熱特性に関するＭＣパラメータ値ＭＣを用いることから、図３の左側に示すように、充填開始直後から充填終了時までの間の温度を精度良く予測することができる。

一方、水素タンクが交換された場合、水素タンクに搭載されるセンサが故障した場合、通信演算ＥＣＵに異常が生じた場合等には、特性予測演算によって算出される予測値Ｔ´の推移と充填中に車両から送信される検出値Ｔの推移とは一致しない（図３の右側参照）。また、故障が生じた場合の予測値Ｔ´と検出値Ｔとの乖離は、水素タンク内の温度の変化が大きくなるほど、換言すれば充填を開始してから経過した時間が長くなるほど大きくなると考えられる。したがって本発明によれば、充填初期時だけでなく充填中は継続して予測値と実値とを比較し、異常の有無を判断することにより、異常が生じていた場合にはこれを精度良く検出できる。

＜充填制御＞
図２に戻って、充填制御では、ステーションＥＣＵ９は、車両Ｖから送信される水素タンクに関する情報（Ｐ，Ｔ，Ｖ，ＭＣ）と、ステーション側に設けられたセンサで取得した情報（Ｐ_ＳＴ，Ｔ_ＳＴ）と、特性予測演算によって算出された予測値（Ｐ´、Ｔ´）と、に基づいて充填態様を決定し、当該決定した充填態様が実現するように充填流量を制御する。より具体的には、ステーションＥＣＵ９は、特性予測演算によって算出される充填終了予定時刻におけるタンク内温度の予測値Ｔ´が、上述のフェール温度を超えないように、充填態様を決定する。なお、充填中における充填流量は、充填開始から終了までの間で可変させてもよいし、一定としてもよい。

また、ステーションＥＣＵ９は、水素タンクの固有情報（Ｖ，ＭＣ）を含む情報に基づいて決定した充填態様で水素ガスを充填している間に、上記検証処理によって各予測値（Ｔ´，Ｐ´，ΔＰ´，Ｖ´，ｍ´）の何れかが実値（Ｔ，Ｐ，ΔＰ，Ｖ，ｍ）と一致しないと判断された場合には、当初定めた充填態様での水素ガスの充填を中止する。なお、当初定めた充填態様での水素ガスの充填を中止した後は、上述のように車両側の水素タンクやセンサ等に異常が生じたことを考慮してより緩やかな充填態様に切り替えて水素ガスの充填を継続してもよいし、水素ガスの充填を終了（充填流量ｄｍ／ｄｔ＝０）してもよい。なお、充填態様を切り替えて水素ガスの充填を継続する場合には、水素タンクやセンサ等に異常が存在することを考慮して、充填流量及び充填圧力は、切替前よりも切替後の方が小さくなるように新たな充填態様を決定することが好ましい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限らない。例えば上記実施形態では、タンク内温度の予測値Ｔ´やタンク内圧力の予測値Ｐ´等を算出する特性予測演算と、これら予測値と実値との一致を判別する検証処理とを、ステーション側のステーションＥＣＵで実行する場合について説明したが、これら２つの処理は、車両Ｖに搭載される通信演算ＥＣＵで実行することもできる。

図４は、車両Ｖａからステーションへの一方向通信のみ可能な水素充填システムＳａにおいて、車両Ｖａに搭載される通信演算ＥＣＵ６ａで上記特性予測演算及び検証処理を実行する場合における通信演算ＥＣＵ６ａの機能ブロック図である。

特性予測演算では、通信演算ＥＣＵ６ａは、ステーション側へ送信される状態情報（タンク内温度の検出値Ｔ及びタンク内圧力の検出値Ｐ）並びに固有情報（容積値Ｖ及びＭＣパラメータ値ＭＣ）に基づいて、所定のアルゴリズムに従って、タンク内温度の予測値Ｔ´やタンク内圧力の予測値Ｐ´等を算出する。

検証処理では、通信演算ＥＣＵ６ａは、上記特性予測演算によって逐次算出される予測値（Ｔ´，Ｐ´）と、検出値（Ｔ，Ｐ）とを比較し、各予測値と検出値とが一致しているか否かを判別する。ここで、各予測値と検出値とが一致しないと判別した場合には、ステーションからの水素の充填中止を要求するアボート信号、又は当初ステーション側で定めた充填態様をより緩やかな充填態様に切り替えるよう要求する充填態様切替要求信号を送信する。

また上記実施形態では、車両とステーションとの間のＩＲ通信は、車両側からステーション側へのデータ信号の送信のみが可能な一方向通信である場合について説明したが、本発明は、ＩＲ通信が双方向通信である場合にも適用できる。双方向通信が可能である場合には、図４に示すように車両側の通信演算ＥＣＵで算出した予測値と、図２に示すようにステーション側のステーションＥＣＵで算出した予測値とを突き合わせることができるので、検証処理の精度をさらに向上できる。

また上記実施形態では、車両からステーション側へ、水素タンクの固有情報として容積値Ｖ及びＭＣパラメータ値ＭＣを送信する場合について説明したが、水素タンクの固有情報はこれらに限るものではない。この車両から送信する固有情報は、水素タンクの熱容量に関する情報でもよい。また、固有情報は、この固有情報を受信するステーションで所定の規格に基づいて水素タンクの放熱特性を把握できる情報であれば、それ自身が物理的な意味を有する物理情報でなくても規格によって定められた形式情報（例えば、ＴＹＰＥ３（アルミライナーを用いた高圧水素タンクの総称）、ＴＹＰＥ４（樹脂製ライナーを用いた高圧水素タンクの総称）等のライナーの材質によって分類される形式番号）でもよい。

Ｓ，Ｓａ…水素充填システム（燃料充填システム）
Ｖ，Ｖａ…燃料電池車両
３１…水素タンク（燃料タンク）
４１…温度センサ（センサ）
４２…圧力センサ（センサ）
６，６ａ…通信演算ＥＣＵ（予測手段、比較手段）
９…水素ステーション（外部充填装置）
９５…ステーションＥＣＵ（充填制御手段、予測手段、比較手段）

Claims (5)

1. 燃料電池車両に搭載されている燃料タンクへ燃料を充填する燃料充填システムであって、
   前記燃料タンク内の燃料の状態に関する所定の物理量の値を検出するセンサと、
   前記燃料タンクの固有情報と前記センサの検出値に基づいて充填態様を決定し、当該決定した充填態様で前記燃料タンクへ燃料を充填する充填制御手段と、
   燃料の充填中における前記物理量の値を前記固有情報に基づいて予測する予測手段と、
   前記センサの検出値と前記予測手段の予測値とが一致しているか否かを、前記固有情報に基づいて決定した充填態様で燃料を充填している間、継続して確認する比較手段と、を備え、
   前記充填制御手段は、前記比較手段によって検出値と予測値の不一致が確認された場合には、前記固有情報に基づいて決定した充填態様での燃料の充填を中止することを特徴とする燃料充填システム。
2. 前記固有情報は、燃料の充填中における前記燃料タンクの放熱特性に関するパラメータの値を含み、
   前記物理量は、前記燃料タンク内の燃料の温度であることを特徴とする請求項１に記載の燃料充填システム。
3. 前記固有情報は、前記燃料タンクの容積値を含み、
   前記物理量は、前記燃料タンク内の圧力であることを特徴とする請求項１に記載の燃料充填システム。
4. 前記燃料充填システムは、前記燃料電池車両と、当該燃料電池車両に燃料を充填する外部充填装置と、に分けられ、
   前記燃料電池車両は、前記燃料タンクと、前記センサと、前記センサの検出値に関する情報及び前記固有情報を含むデータ信号を前記外部充填装置へ送信する送信手段を備え、
   前記外部充填装置は、前記充填制御手段と、前記予測手段と、前記比較手段とを備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の燃料充填システム。
5. 前記燃料充填システムは、前記燃料電池車両と、当該燃料電池車両に燃料を充填する外部充填装置と、に分けられ、
   前記燃料電池車両は、前記燃料タンクと、前記センサと、前記予測手段と、前記比較手段とを備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の燃料充填システム。

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