JP2015169234A - 燃料ガス充填制御装置、燃料ガス充填方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タンクへ供給される圧縮された燃料ガスの流量を調節可能な調節弁の開閉を制御する燃料ガス充填制御装置であって、タンクへ供給される燃料ガスの充填中における昇圧率を変更させる基準となる規定圧力を決定する規定圧力決定部と、調節弁近傍の圧力が、決定された規定圧力になった場合に調節弁の開度を制御することによって燃料ガスの昇圧率を低下させる弁制御部と、を備える燃料ガス充填制御装置。
【選択図】図3
Description
水素ステーションからFCVへの充填工程は、安定性を確保する目的で外気温やFCVの水素タンクの容量に応じて昇圧率が規定されている。充填工程の終盤には、FCVの水素タンクの圧力と水素ステーションの流量調節弁近傍の圧力との差を小さくする目的で、昇圧率を小さくする工程を設けることが規定されている。この工程をできるだけ長い時間設けることで、より安全で略最大規定量まで水素ガスを充填可能になる。しかしながら、水素ガスの充填時間は、規定時間内に終了することが求められているため、充填工程の制御に更なる技術が要求されている。このような問題は、水素ガスに限らず、短時間でタンクに高圧充填される燃料ガス全般に共通する問題である。
まず、本発明の水素充填システムの処理の概要について図1を用いて説明する。図1は、本発明の水素充填システムの処理の概要を説明するための概略図である。
図1において、縦軸Pは圧力を表し、横軸tは充填時間を表す。線ABは、規定昇圧率による目標とされる充填圧力(以下、「目標圧力」という。)の昇圧工程を表す。規定昇圧率は、車載タンクに供給される水素ガス(燃料ガス)の昇圧率の規定値であり、外気温とFCVの車載タンクの容量とに応じて決定される。線CDは目標圧力の公差の上限を表し、線EFは目標圧力の公差の下限を表す。例えば、公差の上限は目標圧力より“7.0MPa”高い値であり、公差の下限は目標圧力より“2.5MPa”低い値である。また、線DFは、水素充填システムからFCVへの充填圧力の上限値(以下、「最終目標圧力」という。)を表す。最終目標圧力は、例えば“70MPa”である。充填時の圧力値が最終目標圧力に達した場合、水素ガスの充填が停止する。水素充填システムからFCVへの水素ガスの充填は、規定充填時間T内に行われる。規定充填時間Tは、予め規定された時間であり、例えば“約3分”である。
以下、本発明の水素充填システムについて具体的に説明する。
水素充填システム1は、FCV2の車載タンク内に水素ガスを供給するためのシステムである。水素充填システム1では、差圧充填によりFCV2に水素ガスを充填する。水素充填システム1は、例えば水素ステーションである。
FCV2は、水素ガスと酸素との化学反応によって発生した電力を動力源として走行する燃料電池自動車である。
次に、水素充填システム1の具体的な構成について説明する。水素充填システム1は、水素充填制御装置10と、蓄圧器20−1〜20−N(Nは2以上の整数)と、圧力計21−1〜21−Nと、遮断弁22−1〜22−Nと、逆止弁23−1〜23−Nと、流量計30と、圧力計31と、調節弁40と、予冷機50と、圧力計51と、充填カプラ60と、温度計70とを備える。
供給ライン11は、配管である。
圧力計21−1〜21−Nは、それぞれ、蓄圧器20−1〜20−Nと遮断弁22−1〜22−Nとの間に設けられ、蓄圧器20−1〜20−N内の水素ガスの圧力を検出する。
遮断弁22−1〜22−Nは、それぞれ、蓄圧器20−1〜20−Nに対して設けられる。遮断弁22−1〜22−Nは、蓄圧器20−1〜20−Nに貯留されている水素ガスの供給を遮断可能な弁である。遮断弁22−1〜22−Nが閉じられている場合には、蓄圧器20−1〜20−Nに貯留されている水素ガスの供給が遮断される。遮断弁22−1〜22−Nが開放されている場合には、蓄圧器20−1〜20−Nに貯留されている水素ガスが供給ライン11に供給される。遮断弁22−1〜22−Nは、水素充填制御装置10の制御に応じて開閉される。
流量計30は、供給ライン11を流れる水素ガスの流量を検出する。また、流量計30は、供給ライン11を流れる水素ガスの温度を検出する。流量計30によって検出された水素ガスの流量値及び温度は、水素充填制御装置10に入力される。
調節弁40は、開度調整可能な弁である。調節弁40の開度が変更されることにより水素ガスの流量が調整される。調節弁40のCv値(流量計数)は、予め決められている。
圧力計51は、予冷機50と充填カプラ60との間に設けられ、供給ライン11を流れる水素ガスの圧力を検出する。圧力計51によって検出された水素ガスの圧力値は、水素充填制御装置10に入力される。なお、圧力計51によって検出された水素ガスの圧力値は、FCV2の車載タンク内の圧力と略一致する。
温度計70は、外気温を検出する。温度計70によって検出された外気温は、水素充填制御装置10に入力される。
昇圧率変更領域決定部102は、所定の条件に基づいて昇圧率変更開始領域を決定する。
規定圧力決定部103は、昇圧率変更開始領域内において規定圧力を決定する。規定圧力は、例えば最終目標圧力の80%以上であり、より好ましくは90〜95%である。
昇圧率変更領域決定部102は、昇圧率変更開始領域を決定する(ステップS101)。昇圧率変更領域決定部102は、昇圧率変更開始領域内において規定圧力を決定する(ステップS102)。弁制御部105は、調節弁40及び充填用の蓄圧器20に対応する遮断弁22を開放する(ステップS103)。この際、弁制御部105は、FCV2の車載タンクに充填される水素ガスの圧力の昇圧率が、昇圧率変更開始領域に達するように調節弁40を開放することによって水素ガスの流量を調節する。調節弁40及び充填用蓄圧器20に対応する遮断弁22が開放されると、充填用蓄圧器20に貯留されている水素ガスがFCV2に充填される。
一方、検出された圧力が規定圧力であった場合(ステップS105−YES)、弁制御部105は調節弁40の開度を制御する(ステップS106)。具体的には、弁制御部105は、調節弁40の開度を小さくすることによってFCV2に充填される水素ガスの充填時における昇圧率が小さくなるように制御する。
本実施形態では、差圧充填方式を例に説明したが、本発明は昇圧器(不図示)から直接FCV2に充填する直充填方式にも適用可能である。
本実施形態では、水素ガスの充填先としてFCV2の車載タンクを例に説明したが、これに限定される必要はない。例えば、水素ガスの充填先は、水素ガスを充填可能なタンクであればどのようなタンクであってもよい。
本実施形態では、燃料ガスとして水素ガスを例に説明したが、燃料ガスは化学反応によって電力を発生させてFCV2に用いることができるガスであればどのようなガスであってもよい。
図5に示されるように、変形例における水素ガスの充填工程では、線AHKBで示すように、まず水素ガスの充填開始時(点A)直後に目標圧力より高い点Hに昇圧させる。その後、水素充填制御装置10は、新たな昇圧工程における水素ガスの充填開始時点(点H)から最終目標圧力の所定の値(点G)までの昇圧率と異なる昇圧率による昇圧工程(線HK)で水素ガスを充填し、FCV2の車載タンクに充填される水素ガスの圧力値が、最終目標圧力の所定の値になった時点(点K)から昇圧率が小さくなるように制御する。
Claims (6)
- タンクへ供給される圧縮された燃料ガスの流量を調節可能な調節弁の開閉を制御する燃料ガス充填制御装置であって、
前記タンクへ供給される前記燃料ガスの充填中における昇圧率を変更させる基準となる規定圧力を決定する規定圧力決定部と、
前記調節弁近傍の圧力が、決定された前記規定圧力になった場合に前記調節弁の開度を制御することによって前記燃料ガスの昇圧率を低下させる弁制御部と、
を備える燃料ガス充填制御装置。 - 前記弁制御部は、前記調節弁近傍の圧力が、決定された前記規定圧力になった時点から、前記燃料ガスの昇圧率を、前記タンクに供給される燃料ガスの昇圧率の規定値である規定昇圧率より小さい昇圧率に低下させるように前記調節弁の開度を制御する、請求項1に記載の燃料ガス充填制御装置。
- 前記規定圧力は、前記規定昇圧率で示される傾きと同じ傾きであって、前記規定昇圧率で示される傾きより短く圧力の高い第1の傾きと、前記規定昇圧率で示される傾きの公差の上限を表す傾きと、前記第1の傾きと異なる傾きで前記第1の傾きの端点と接し、前記規定昇圧率より昇圧率が小さい第2の傾きと、前記第2の傾きの他点と前記規定昇圧率で示される傾きの上限端点とが接する点と、前記点と前記傾きの公差の上限を表す傾きの端点とを結ぶ直線と、前記傾きの公差の上限を表す傾きの他点と前記第1の傾きの他点とを結ぶ直線とで構成される領域内から決定される、請求項2に記載の燃料ガス充填制御装置。
- 前記規定圧力決定部は、前記規定圧力が前記タンクへの充填圧力の上限値の80%以上、前記第2の傾きが前記規定昇圧率の30%以上となる前記領域内の範囲で規定圧力を決定する、請求項3に記載の燃料ガス充填制御装置。
- タンクへ供給される圧縮された燃料ガスの流量を調節可能な調節弁の開閉を制御する燃料ガス充填制御装置における燃料ガス充填制御方法であって、
前記タンクへ供給される前記燃料ガスの充填中における昇圧率を変更させる基準となる規定圧力を決定する規定圧力決定ステップと、
前記調節弁近傍の圧力が、決定された前記規定圧力になった場合に前記調節弁の開度を制御することによって前記燃料ガスの昇圧率を低下させる弁制御ステップと、
を有する燃料ガス充填制御方法。 - タンクへ供給される圧縮された燃料ガスの流量を調節可能な調節弁の開閉を制御する燃料ガス充填制御装置としてコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記タンクへ供給される前記燃料ガスの充填中における昇圧率を変更させる基準となる規定圧力を決定する規定圧力決定ステップと、
前記調節弁近傍の圧力が、決定された前記規定圧力になった場合に前記調節弁の開度を制御することによって前記燃料ガスの昇圧率を低下させる弁制御ステップと、
を実行させるコンピュータプログラム。
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