JP2016169869A - Hydrogen filling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば燃料電池自動車の燃料タンクのような圧力容器に水素を充填する技術に関する。 The present invention relates to a technique for filling a pressure vessel such as a fuel tank of a fuel cell vehicle with hydrogen.
図5で示すように、燃料電池自動車300の燃料タンク301へ水素を充填する水素供給設備では、水素供給(充填)装置200から水素充填ホース201、水素充填ノズル202を介して、車両の燃料タンク301内に水素が充填される。充填に際しては、水素充填ノズル202は図5では図示しない車両側のコネクタと一体的に結合されている。
水素供給(充填)装置200は、水素供給配管(図5では図示せず)を介して水素供給源(図5では図示せず)と連通しており、その内部には車両側に供給される水素を冷却する冷却装置(図5では図示せず:例えば、特許文献1参照)が内蔵されている。
As shown in FIG. 5, in the hydrogen supply facility for filling the
The hydrogen supply (filling)
燃料電池自動車の燃料タンクへ水素を充填するための規格では、充填率(SOC)を管理することが求められている。
係る規格に対応するため、従来技術では、燃料電池自動車の燃料タンク内の温度と圧力を計測し、計測された温度と圧力からその時点(制御サイクル)における水素の圧縮係数と密度を求めている。そして、燃料タンク内の圧力70MPa、温度15℃の密度(40.2g/L)を充填率100%として、水素の充填中に充填率100%に到達した場合に、水素充填を停止している。
ここで、計測された温度と圧力からその時点(制御サイクル)における水素の圧縮係数を求める演算は非常に複雑であり、高度な演算機能を有する情報処理機器が必要となる。
しかし、水素供給設備に高度な演算機能を有する情報処理機器を設置することは困難である。一方、一般的なレベルの演算機能を有する情報処理機器を備えた水素供給設備では、水素充填の制御に際して、制御機構に大きな負荷を強いることになり、水素供給設備の稼動に悪影響を及ぼしてしまう。
In the standard for filling hydrogen into the fuel tank of a fuel cell vehicle, it is required to manage the filling rate (SOC).
In order to comply with such standards, the conventional technology measures the temperature and pressure in the fuel tank of a fuel cell vehicle, and obtains the compression coefficient and density of hydrogen at that point (control cycle) from the measured temperature and pressure. . Then, assuming that the pressure in the fuel tank is 70 MPa and the density at a temperature of 15 ° C. (40.2 g / L) is 100%, hydrogen filling is stopped when the filling rate reaches 100% during filling with hydrogen. .
Here, the calculation for obtaining the compression coefficient of hydrogen at the time (control cycle) from the measured temperature and pressure is very complicated, and an information processing device having an advanced calculation function is required.
However, it is difficult to install an information processing device having an advanced calculation function in the hydrogen supply facility. On the other hand, in a hydrogen supply facility equipped with an information processing device having a general level of calculation function, a heavy load is imposed on the control mechanism when controlling hydrogen filling, which adversely affects the operation of the hydrogen supply facility. .
その他の従来技術として、水素が車両タンクに入る以前の段階で冷却する技術が存在する(特許文献1参照)。
しかし、係る技術においても、制御サイクル毎に密度を演算する必要があるため、水素供給装置の制御機構に大きな負荷が掛かるという上述の問題を解消してはいない。
As another conventional technique, there is a technique for cooling hydrogen before entering the vehicle tank (see Patent Document 1).
However, even in such a technique, since it is necessary to calculate the density for each control cycle, the above-described problem that a heavy load is applied to the control mechanism of the hydrogen supply apparatus has not been solved.
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、制御機構に大きな負荷が掛かけることなく、水素充填中に充填率100%に到達した場合に水素充填を確実に停止することが出来る水素充填装置及び充填方法の提供を目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-described problems of the prior art, and reliably stops hydrogen filling when the filling rate reaches 100% during hydrogen filling without imposing a heavy load on the control mechanism. An object of the present invention is to provide a hydrogen filling apparatus and a filling method that can be performed.
発明者は、充填率100%となった際の圧力と、その時点における温度の間には、相関関係があることに着目した。
本発明は係る知見に基づいて創作された。
The inventor paid attention to the fact that there is a correlation between the pressure when the filling rate becomes 100% and the temperature at that time.
The present invention was created based on such knowledge.
本発明によれば、水素供給源(1)と車両(20)のタンク(21)に水素を充填するための充填ホース(2)と該充填ホース(2)に接続された充填ノズル(3)を有する水素充填装置において、前記水素供給源(1)に充填される水素ガスの温度を低下させるための冷却装置(6)に接続され、該冷却装置(6)は水素供給管(5)を介して水素充填を中止する水素充填中止機構(4)に接続され、該水素充填中止機構(4)に前記充填ホース(2)が接続されており、前記冷却装置(6)の下流側の水素供給管(5)には水素供給配管温度計測装置(8)と水素供給配管圧力計測装置(9)が設けられ、他方車両(20)のタンク(21)には車両タンク内温度計測装置(23)と車両タンク内圧力計測装置(24)とが設けられ、前記水素供給配管温度計測装置(8)および前記水素供給配管圧力計測装置(9)に接続された制御装置(10)を設け、該制御装置(10)には通信装置(25)を介して前記車両タンク内温度計測装置(23)および前記車両タンク内圧力計測装置(24)とが接続されており、これらの車両タンク内温度計測装置(23)および車両タンク内圧力計測装置(24)からのデータは所定のサイクル毎に制御装置(10)に送信され、前記制御装置(10)は前記水素供給配管温度計測装置(8)と前記水素供給配管圧力計測装置(9)と前記車両タンク内温度計測装置(23)と前記車両タンク内圧力計測装置(24)からの信号で前記冷却装置(6)および前記水素充填中止機構(4)を制御するものであり、該制御装置(10)は、充填率が100%となる圧力のしきい値と車両タンク内温度との特性およびタンク内温度作動限界(θ)が記憶されている記憶装置(14)と、前記車両タンク内温度計測装置(23)からの計測信号と記憶装置(14)における前記特性に基づいて充填率が100%となる圧力のしきい値を決定する圧力しきい値決定ブロック(11)と、前記車両タンク内圧力計測装置(24)からの計測信号と前記圧力しきい値決定ブロック(11)で決定された前記しきい値とを比較する充填圧力比較ブロック(12)と、前記充填圧力比較ブロック(12)における比較結果を受信し且つ前記車両タンク内圧力計測装置(24)で計測された車両タンク(21)内圧力と充填終了圧力とを比較する終了圧力比較ブロック(13)とを備え、そして制御装置(10)は各制御サイクル毎に前記通信装置(25)を介して取得した車両タンク内温度計測装置(23)と車両タンク内圧力計測装置(24)の計測信号を受信したか否かを判断し(S4)、受信していれば車両タンク内の温度データを取得し(S5)、取得した車両タンク内温度データに対応する充填率100%となる圧力を算出し(S6)、当該制御サイクルにおける車両タンク内圧力計測装置(24)からの車両タンク内の圧力を取得し(S7)、前記取得した車両タンク内の圧力と前記充填率100%となる圧力のしきい値とを比較し(S8)、車両タンク内の圧力が充填率100%となる圧力のしきい値以上であれば水素充填中に異常ありと判断し(S9)、車両タンク内の圧力が充填率100%となる圧力のしきい値以下の場合では車両タンク内の圧力と記憶装置(14)から取込んだ充填終了圧力と比較し(S11)、車両タンク内の圧力が該充填終了圧力以上となった場合は水素充填が正常に終了と判断し(S12)、車両タンク内の圧力が充填終了圧力に達しない場合は前記車両タンク内圧力計測装置(24)の計測結果を受信したか否かの判断(S4)に戻り、水素充填を継続する機能を有している。 According to the present invention, a hydrogen supply source (1), a filling hose (2) for filling hydrogen into a tank (21) of a vehicle (20), and a filling nozzle (3) connected to the filling hose (2). Is connected to a cooling device (6) for lowering the temperature of the hydrogen gas charged in the hydrogen supply source (1), and the cooling device (6) connects the hydrogen supply pipe (5). To the hydrogen filling stop mechanism (4) for stopping the hydrogen filling, the charging hose (2) is connected to the hydrogen filling stopping mechanism (4), and the hydrogen on the downstream side of the cooling device (6) The supply pipe (5) is provided with a hydrogen supply pipe temperature measurement device (8) and a hydrogen supply pipe pressure measurement device (9), while the tank (21) of the vehicle (20) is provided with a vehicle tank temperature measurement device (23). ) And a vehicle tank pressure measuring device (24) A hydrogen supply pipe temperature measurement device (8) and a control device (10) connected to the hydrogen supply pipe pressure measurement device (9) are provided, and the control device (10) is connected to the vehicle via a communication device (25). The tank internal temperature measuring device (23) and the vehicle tank internal pressure measuring device (24) are connected, and data from the vehicle internal tank temperature measuring device (23) and the vehicle internal tank pressure measuring device (24) are connected. Is transmitted to the control device (10) every predetermined cycle, and the control device (10) measures the hydrogen supply pipe temperature measurement device (8), the hydrogen supply pipe pressure measurement device (9), and the vehicle tank temperature measurement. The cooling device (6) and the hydrogen filling stop mechanism (4) are controlled by signals from the device (23) and the vehicle tank pressure measuring device (24). The control device (10) A storage device (14) in which the characteristics of the threshold value of the pressure at which the rate is 100% and the temperature in the vehicle tank and the tank temperature operation limit (θ) are stored, and the vehicle tank temperature measurement device (23) A pressure threshold value determining block (11) for determining a pressure threshold value at which the filling rate becomes 100% based on the measurement signal from the storage device and the characteristic in the storage device (14), and the vehicle tank pressure measuring device ( 24) a filling pressure comparison block (12) for comparing the measurement signal from 24) with the threshold value determined in the pressure threshold value determination block (11), and a comparison result in the filling pressure comparison block (12). An end pressure comparison block (13) for comparing the pressure in the vehicle tank (21) received and measured by the vehicle tank internal pressure measuring device (24) with the filling end pressure; (10) determines whether or not the measurement signals of the vehicle tank temperature measuring device (23) and the vehicle tank pressure measuring device (24) acquired via the communication device (25) are received for each control cycle. If it is received (S4), the temperature data in the vehicle tank is acquired (S5), the pressure at which the filling rate corresponding to the acquired vehicle tank temperature data is 100% is calculated (S6), and the control cycle The pressure in the vehicle tank from the vehicle tank pressure measuring device (24) is acquired (S7), and the acquired pressure in the vehicle tank is compared with the threshold value of the pressure at which the filling rate is 100% (S7). S8) If the pressure in the vehicle tank is equal to or higher than the pressure threshold value at which the filling rate is 100%, it is determined that there is an abnormality during hydrogen filling (S9), and the pressure in the vehicle tank at which the filling rate is 100%. Below the threshold of In this case, the pressure in the vehicle tank is compared with the filling end pressure taken from the storage device (14) (S11), and if the pressure in the vehicle tank becomes equal to or higher than the filling end pressure, the hydrogen filling is normally completed. If the pressure in the vehicle tank does not reach the filling end pressure (S12), the process returns to the determination (S4) as to whether or not the measurement result of the vehicle tank pressure measuring device (24) has been received, and hydrogen filling is performed. Has the ability to continue.
上述の構成を具備する本発明によれば、充填中の各瞬間あるいは各制御サイクル(例えば、100msec毎に行われる制御サイクル)において、車両タンク(21)の温度を計測し、その温度に対応する「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を求め、その瞬間あるいは制御サイクルにおける車両タンク内圧力と、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」とを比較し、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」以下である場合に、水素の充填を行なっている。そして本発明によれば、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を超えた場合には、直ちに充填を中止している。
そのため本発明によれば、水素の充填中、安全な水素充填を行うことが出来る領域(図1の特性βよりも下方の領域で、且つ、タンク内温度作動限界θよりも右側の領域)を外れてしまうことはない。
According to the present invention having the above-described configuration, the temperature of the vehicle tank (21) is measured at each instant during filling or at each control cycle (for example, a control cycle performed every 100 msec) and corresponds to the temperature. Find “pressure at which filling rate is 100% (pressure threshold)” and compare the pressure in the vehicle tank at that moment or in the control cycle with “pressure at which filling rate is 100% (pressure threshold)” When the pressure in the vehicle tank is equal to or less than “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold value)”, hydrogen filling is performed. According to the present invention, when the pressure in the vehicle tank exceeds “the pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)”, the filling is immediately stopped.
Therefore, according to the present invention, a region in which safe hydrogen filling can be performed during hydrogen filling (a region below the characteristic β in FIG. 1 and a right side from the temperature operating limit θ in the tank) is performed. It will not come off.
本発明において、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」以下の状態を保持したまま、充填終了圧力(終了圧力)に到達したならば、水素充填が正常に終了したと判断して、水素充填終了に必要な所定の処理を行うことが出来る。
すなわち本発明によれば、水素の充填中、安全な水素充填を行うことが出来る領域(図1の特性βよりも下方の領域で、且つ、タンク内温度作動限界θよりも右側の領域)を外れてしまうことがなく、水素充填を安全に終了させることが出来る。
In the present invention, if the pressure in the vehicle tank reaches a filling end pressure (end pressure) while maintaining a state where the pressure in the vehicle tank is equal to or less than “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)”, hydrogen filling is normal. Therefore, it is possible to perform predetermined processing necessary for the completion of hydrogen filling.
That is, according to the present invention, the region in which safe hydrogen filling can be performed during the filling of hydrogen (the region below the characteristic β in FIG. 1 and the right side of the temperature operating limit θ in the tank) is performed. The hydrogen filling can be safely terminated without losing.
ここで、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」は、制御サイクル毎に、車両タンク内温度の計測結果より、予め決定された特性(例えば、図1の特性β:車両タンク内温度−「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」特性)、テーブル(車両タンク内温度と「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」との関係を表示するテーブル、表)、数式(車両タンク内温度と「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」との関係を表示する数式)を用いて、容易に演算、決定することが出来る。
そして、制御サイクル毎に決定された「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」と車両タンク内圧力とを比較すれば、その制御サイクルにおいて水素充填を続行するか否かを判断することが出来る。
そのため本発明によれば、従来技術における密度演算のような複雑を演算を行う必要が無く、制御装置(10)に多大な負担を掛けてしまう情報処理は行なわれず、その結果、水素充填の制御や設備に悪影響を及ぼしてしまうこともない。
Here, “the pressure at which the filling rate becomes 100% (pressure threshold)” is a characteristic (for example, characteristic β: vehicle in FIG. 1) determined in advance from the measurement result of the vehicle tank temperature for each control cycle. Tank temperature-"pressure (pressure threshold) characteristic at which filling rate is 100%" and table (vehicle tank temperature and "pressure at which filling rate is 100% (pressure threshold)" Tables and tables to be displayed, and mathematical formulas (mathematical formulas that display the relationship between the temperature in the vehicle tank and “pressure at which filling rate is 100% (pressure threshold)”) can be easily calculated and determined. I can do it.
Then, by comparing the “pressure at which the filling rate becomes 100% (pressure threshold)” determined for each control cycle with the pressure in the vehicle tank, it is determined whether or not to continue hydrogen filling in that control cycle. I can do it.
Therefore, according to the present invention, it is not necessary to perform a complicated calculation like the density calculation in the prior art, and information processing that places a great burden on the control device (10) is not performed. And will not adversely affect equipment.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に図1を参照して、図示の実施形態における作動原理を説明する。
図1は「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)−温度特性」を示している。
図1において、横軸は車両タンク内温度、縦軸は圧力を示している。上述した様に、充填率100%(燃料タンク内の圧力70MPa、温度15℃の密度が40.2g/L)となる圧力と車両タンク内温度との間には相関関係があり、当該相関関係は図1では特性βとして示されている。
図1において、符号θは、車両タンク内温度の許容限界値であるタンク内温度作動限界(図1では符号θで示す:例えば85℃)を示している。
図1において、特性βよりも下方の領域であり、且つ、タンク内温度作動限界θ(例えば85℃)よりも左側の領域(図1において、ラインマーカーの点線で囲った領域α)の範囲内であれば、安全に水素を充填することが出来る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, the operation principle in the illustrated embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows “pressure (pressure threshold value) -temperature characteristic at which the filling rate becomes 100%”.
In FIG. 1, the horizontal axis indicates the temperature inside the vehicle tank, and the vertical axis indicates the pressure. As described above, there is a correlation between the pressure at which the filling rate is 100% (pressure in the fuel tank is 70 MPa, density at a temperature of 15 ° C. is 40.2 g / L) and the temperature in the vehicle tank, and the correlation Is shown as characteristic β in FIG.
In FIG. 1, the symbol θ indicates an in-tank temperature operation limit (indicated by the symbol θ in FIG. 1: for example, 85 ° C.) that is an allowable limit value of the vehicle tank temperature.
In FIG. 1, it is a region below the characteristic β and within a region on the left side of the tank temperature operation limit θ (for example, 85 ° C.) (region α surrounded by the dotted line of the line marker in FIG. 1). If so, it can be safely filled with hydrogen.
図1における特性δ及び特性εは、水素充填特性の例示である。
特性δで示す水素充填においては、充填中、特性βよりも下方の領域で且つタンク内温度作動限界θよりも左側の領域を外れてしまうことはなく、特性βで示す充填率100%に対応する圧力まで到達して、終了する。すなわち特性δで示す水素充填により、安全な水素充填が行われる。
一方、特性εで示す水素充填では、符号εεで示す領域において、圧力が特性線βを超過している。すなわち、特性εで示す水素充填では、領域εεに入った時点で充填率100%に対応する圧力を越えてしまっており、領域εεに入った時点で充填率100%を超過しているので、水素充填が中止されている。
Characteristic δ and characteristic ε in FIG. 1 are examples of hydrogen filling characteristics.
The hydrogen filling indicated by the characteristic δ does not deviate from the area below the characteristic β and the left side of the temperature operating limit θ in the tank during filling, and corresponds to a filling rate of 100% indicated by the characteristic β. To reach the pressure to finish. That is, safe hydrogen filling is performed by hydrogen filling indicated by the characteristic δ.
On the other hand, in the hydrogen filling indicated by the characteristic ε, the pressure exceeds the characteristic line β in the region indicated by the sign εε. That is, in the hydrogen filling indicated by the characteristic ε, the pressure corresponding to the filling rate of 100% is exceeded when the region εε is entered, and the filling rate exceeds 100% when the region εε is entered. Hydrogen filling has been stopped.
水素充填において、充填中の各瞬間あるいは各制御サイクル(例えば、100msec毎の制御サイクル)において、車両タンク内の温度が計測されていれば、その計測結果と図1の特性βから、当該瞬間あるいは制御サイクルにおける「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を求めることが出来る。
ここで、特性β(温度−圧力のしきい値特性)のみならず、車両タンク内温度の計測結果と「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」の関係(特性)を示すテーブル(図示せず)や数式から、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を求めることが可能である。
なお、温度と「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」との特性βは例示であり、図1の特性線に限定されるものではない。同様に、温度と「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」との関連を示すテーブル(図示せず)や数式も、種々の条件によりケース・バイ・ケースに決定されるべきである。
In hydrogen filling, if the temperature in the vehicle tank is measured at each moment during filling or at each control cycle (for example, control cycle every 100 msec), from the measurement result and the characteristic β in FIG. The “pressure at which the filling rate becomes 100% (the threshold value of pressure)” in the control cycle can be obtained.
Here, not only the characteristic β (temperature-pressure threshold characteristic) but also the relationship (characteristic) between the measurement result of the temperature in the vehicle tank and “pressure at which the filling rate becomes 100% (pressure threshold)” is shown. From a table (not shown) or a mathematical expression, it is possible to obtain “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)”.
The characteristic β between the temperature and “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)” is an example, and is not limited to the characteristic line in FIG. Similarly, tables (not shown) and mathematical expressions showing the relationship between temperature and “pressure at which filling rate is 100% (pressure threshold)” should be determined on a case-by-case basis according to various conditions. It is.
「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を求めたならば、次にその瞬間あるいは制御サイクルにおける車両タンク内圧力と、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」とを比較する。
その結果、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」以下であれば、特性δで示す水素充填と同様に、安全な範囲内で充填がされていると判断される。従って、さらに水素充填を継続することが出来る。
一方、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を超えた場合(例えば、特性εで示す領域εεに入った場合)、安全に水素充填を出来る領域から外れたと判断して、充填を中止する。
Once the "pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)" is obtained, the vehicle tank pressure at that moment or in the control cycle and the "pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold) ) ".
As a result, if the pressure in the vehicle tank is equal to or less than “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold value)”, the filling is performed within a safe range, similar to the hydrogen filling indicated by the characteristic δ. To be judged. Therefore, further hydrogen filling can be continued.
On the other hand, when the pressure in the vehicle tank exceeds “the pressure at which the filling rate becomes 100% (pressure threshold)” (for example, when the vehicle enters the region εε indicated by the characteristic ε), the vehicle tank can be safely filled with hydrogen. Judging that it has come off, the filling is stopped.
図1を参照して上述した様に、図示の実施形態における制御では、制御サイクル毎に、当該制御サイクルにおける車両タンク内温度に対応する「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を決定し、当該制御サイクルにおける車両タンク内圧力と「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を比較し、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」以下であれば充填を続行し、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を越えていれば充填を中止するようにしている。
これにより、領域α(安全に水素が充填できる領域)内でのみ、水素充填を行うことが可能になる。
ここで、上述した水素充填における制御では、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」は、充填中(制御サイクル毎に)、常に変動する。図示の実施形態では、当該変動するしきい値と、車両タンク内圧力とを比較して、充填を続けるべきであるか中止するべきであるかを判断する。
As described above with reference to FIG. 1, in the control in the illustrated embodiment, for each control cycle, “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold) corresponding to the temperature in the vehicle tank in the control cycle. And the pressure in the vehicle tank in the control cycle is compared with the “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)”. If the vehicle tank pressure exceeds the “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold value)”, the filling is stopped.
This makes it possible to perform hydrogen filling only in the region α (region where hydrogen can be safely filled).
Here, in the control in the hydrogen filling described above, the “pressure at which the filling rate becomes 100% (pressure threshold)” constantly fluctuates during filling (for each control cycle). In the illustrated embodiment, the fluctuating threshold value is compared with the vehicle tank pressure to determine whether to continue or stop filling.
次に図2〜図4を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図2は、本発明の第1実施形態の概要を示している。
図2において全体を符号100で示す水素充填装置は、水素供給源1(水素タンク)、充填ホース2(水素充填ホース)、充填ノズル3(水素充填ノズル)、水素充填中止機構4(例えば、開閉弁)、制御装置10、表示装置7を有している。水素供給源1と充填ホース2とは水素供給配管5により連結されている。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows an overview of the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, a hydrogen filling apparatus generally indicated by
図2の水素充填装置100は、水素充填が正常に終了した際の終了処置を実行するための水素充填終了機構(35:図3参照)を有しているが、当該水素充填終了機構は、図2では示されていない。
制御装置10と水素充填中止機構4とは、制御信号ラインSo1で接続され、制御装置10と表示装置7とは制御信号ラインSo2で接続される。
図2において、符号6は、水素供給配管5に設けた適用可能な公知の冷却装置を示し、制御装置10と制御信号ラインSo3で接続される。冷却装置6は、車両タンク21が充填される際に、充填される水素ガスの温度を低下する機能を有している。
The
The
In FIG. 2, the code |
図2において、全体を符号20で示す車両には、水素充填装置100から供給された水素を貯蔵する車両タンク21、車両タンク内温度計測装置(車両タンク内温度センサ)23及び車両タンク内圧力計測装置(車両タンク内圧力センサ)24が設けられている。
車両タンク内温度計測装置23は、車両タンク21内の温度を計測し、入力信号ラインSi1及び通信装置25を介して、水素充填装置100の制御装置10に伝送する。
車両タンク内圧力計測装置24は、車両タンク21内の圧力を計測し、入力信号ラインSi2及び通信装置25を介して、水素充填装置100の制御装置10に伝送する。
車両20には車両タンク21用のコネクタ22が設けられており、コネクタ22は水素充填装置100の充填ノズル3と連結される。
In FIG. 2, the vehicle generally designated by
The vehicle tank
The vehicle tank
The
図2〜図4の第1実施形態では、車両側の各種パラメータを外部(図示の実施形態では水素充填装置100の制御装置10)に伝送する車両通信機能を備えている。通信装置25は車両通信機能を実行するための部材であり、水素充填装置100と車両側との情報伝達を担っている。
換言すれば、車両通信機能により、車両タンク内温度計測装置23及び車両タンク内圧力計測装置24の計測結果が、水素充填装置100の制御装置10に直接入力される。そのため、水素充填装置100の制御装置10は、車両タンク21内の温度データ、圧力データを直接取得することができる。
2 to 4 includes a vehicle communication function for transmitting various parameters on the vehicle side to the outside (the
In other words, the measurement results of the vehicle tank
水素供給源1に貯蔵されている水素は、水素供給配管5により、水素充填中止機構4、充填ホース2を流過し、充填ノズル3、車両側コネクタ22を介して、車両タンク21内に供給される。
車両タンク21へ水素充填(供給)を行う際に、制御装置10は、水素充填中止機構4の作動を制御し、安全で適切な水素充填を行う機能を奏する(図3、図4)。
水素充填中止機構は、「開」の状態で水素充填を継続し、「閉」の状態で水素充填を中止する機能を有している。
表示装置7は、各種パラメータを表示する機能を有しており、例えば、車両タンク内の温度、圧力データ、充填の継続・中止の判断結果、等を表示する。
Hydrogen stored in the
When performing hydrogen filling (supply) to the
The hydrogen filling stop mechanism has a function of continuing the hydrogen filling in the “open” state and stopping the hydrogen filling in the “closed” state.
The
図2において、水素充填装置100の水素供給配管5には、水素供給配管温度計測装置8(供給配管温度センサ)と、水素供給配管圧力計測装置9(供給配管圧力センサ)を介装している。そして、水素供給配管温度計測装置8は供給配管5内の温度を計測し、その計測結果を入力信号ラインSi28により制御装置10に伝送する。
水素供給配管圧力計測装置9は供給配管5内の圧力を計測し、その計測結果を入力信号ラインSi29により制御装置10に伝送する。
In FIG. 2, a hydrogen supply pipe temperature measurement device 8 (supply pipe temperature sensor) and a hydrogen supply pipe pressure measurement device 9 (supply pipe pressure sensor) are interposed in the
The hydrogen supply pipe
水素供給配管温度計測装置8、水素供給配管圧力計測装置9、入力信号ラインSi28、Si29は、水素充填装置100における水素供給配管5の温度、圧力から、車両タンク内温度及び車両タンク内圧力の推定値を求め、当該推定値に基づいて制御を行うために設けられている。
すなわち、予め(車両20に水素を充填する以前の段階で)、水素充填装置100の水素供給配管5の温度と車両タンク内温度との関係(特性)と、水素充填装置100の水素供給配管5の圧力と車両タンク内圧力との関係(特性)を、特性線、テーブル、数式等で決定する。
そして、当該予め決定された関係に基づいて、水素充填装置100の水素供給配管5の温度から車両タンク21内の温度を決定(推定)し、水素充填装置100の水素供給配管5の圧力から車両タンク21内の圧力を決定(推定)する。
そして、決定(或いは推定)されたタンク内温度から、図1の特性β、テーブル(図示せず)或いは特性を用いて「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を決定する。そして当該圧力しきい値と決定(推定)されたタンク内圧力を比較して、そのサイクルにおける水素充填は、安全に水素充填が出来る状態で行なわれているか否かを判断できる。
例えば、水素充填装置100側の車両通信機能及び/又は車両20側の車両通信機能が故障した場合や、車両通信機能がない車両に水素充填を行う場合には、制御装置10が車両タンク21内の温度データ、圧力データを取得することが出来ない。そのような場合には、水素供給配管温度計測装置8、水素供給配管圧力計測装置9で計測した水素供給配管5の温度、圧力から、車両タンク内温度及び車両タンク内圧力の推定値を求め、当該推定値に基づいて制御を行なう。
なお、水素供給配管温度計測装置8、水素供給配管圧力計測装置9、入力信号ラインSi28、Si29は省略することが可能である。
The hydrogen supply pipe
That is, the relationship (characteristic) between the temperature of the
Then, based on the predetermined relationship, the temperature in the
Then, from the determined (or estimated) temperature in the tank, using the characteristic β, table (not shown) or characteristic shown in FIG. . Then, by comparing the pressure threshold value with the determined (estimated) pressure in the tank, it can be determined whether or not hydrogen filling in the cycle is performed in a state in which hydrogen filling can be performed safely.
For example, when the vehicle communication function on the
The hydrogen supply pipe
図3を参照して、制御装置10を説明する。
図3において全体を符号10で示す制御装置は、圧力しきい値決定ブロック11、充填圧力比較ブロック12、終了圧力比較ブロック13、記憶装置14、入力側インターフェイス15及び出力側インターフェイス16を備えている。
図3は機能ブロック図であり、制御装置10は例えばPC等で構成されている。そして、制御装置10内は各ブロック毎に物理的に仕切られていても良いし、物理的な仕切りが存在しない状態であっても良い。
The
3 includes a pressure threshold
FIG. 3 is a functional block diagram, and the
記憶装置14には、特性β、すなわち「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」と車両タンク内温度との特性が記憶されている。また、記憶装置14には、タンク内温度作動限界θ(例えば85℃)が記憶されている。
また記憶装置14には、水素充填が正常に終了したか否かを判断するための充填終了圧力(終了圧力)が記憶されている。
なお、上記の特性βに代えて、温度と「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」との関係(特性)を示すテーブル(図示せず)あるいは数式を、記憶装置14に記憶させることも可能である。
The
Further, the
Instead of the above characteristic β, a table (not shown) or a mathematical expression showing the relationship (characteristic) between the temperature and “pressure at which the filling rate becomes 100% (pressure threshold)” is stored in the
車両タンク内温度計測装置23(車両タンク内温度センサ)と車両タンク内圧力計測装置24(車両タンク内圧力センサ)からの計測信号は、それぞれ信号ラインSi1と、Si2と入力側インターフェイス15を介して、制御装置10に送信される。
制御装置10に入力された車両タンク内温度計測装置23の計測結果は、圧力しきい値決定ブロック11に送信される。
圧力しきい値決定ブロック11では、車両タンク21内の温度の計測結果と、記憶装置14から取り込んだ特性βに基づいて、車両タンク内温度計測装置23の計測結果を取り込んだ制御サイクルにおける「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を決定し、その結果を充填圧力比較ブロック12に送信する機能を有する。
The measurement signals from the vehicle tank temperature measuring device 23 (vehicle tank temperature sensor) and the vehicle tank pressure measuring device 24 (vehicle tank pressure sensor) are respectively transmitted via the signal lines Si1, Si2, and the
The measurement result of the vehicle tank
In the pressure threshold
制御装置10に入力された車両タンク内圧力計測装置(車両タンク内圧力センサ)24の計測結果は、充填圧力比較ブロック12及び終了圧力比較ブロック13に送信される。
充填圧力比較ブロック12では、車両タンク21内の圧力の計測結果と、圧力しきい値決定ブロック11から送信された「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」と比較する。そして、車両タンク21内の圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を超えた場合に、水素充填を中止する旨の制御信号を、信号ラインSo1及び出力側インターフェイス16を介して、水素充填中止機構4に送信する。
一方、車両タンク21内の圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」以下であれば、その旨の比較結果を終了圧力比較ブロック13に送信する。
The measurement result of the vehicle tank pressure measurement device (vehicle tank pressure sensor) 24 input to the
The filling
On the other hand, if the pressure in the
終了圧力比較ブロック13では、充填圧力比較ブロック12における「車両タンク21内の圧力が充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)以下である」旨の比較結果を受信する。それと共に、車両タンク21内の圧力の計測結果を受信して、記憶装置14から取込んだ充填終了圧力(終了圧力)と比較する。
そして、当該比較結果に基づき、車両タンク21内の圧力が充填終了圧力(終了圧力)に達した場合に、水素充填を終了する旨の制御信号を、信号ラインSo4及び出力側インターフェイス16を介して、水素充填終了機構35に発信する。
The end
Then, based on the comparison result, when the pressure in the
次に主として図4を参照して、図1、図3をも参照しつつ、第1実施形態における水素充填の制御を説明する。
図4のステップS1では、水素充填装置100側の充填ノズル(水素充填ノズル)3を車両側の車両タンクのコネクタ22に接続させ、水素供給源1から車両タンク21に水素ガスの充填(供給)が可能な状態にする。その際に、車両通信を成立させて、車両タンク21に関するデータ(例えば、温度データや圧力データ)を取得する。そしてステップS2に進む。
なお、車両通信により通信される前記車両からのデータは、所定の制御サイクル毎に(例えば、100msec毎に)、車両20から制御装置10へ送信される。
Next, mainly referring to FIG. 4, the hydrogen filling control in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3.
In step S1 of FIG. 4, the filling nozzle (hydrogen filling nozzle) 3 on the
Note that data from the vehicle communicated by vehicle communication is transmitted from the
ステップS2では車両タンク21の容量、初期圧力、外気温度から昇圧率、充填停止圧力を設定し、ステップS3で車両タンク21への水素充填を開始する。そしてステップS4に進む。
ステップS4では、制御装置10は、車両通信機能により取得した車両タンク内温度計測装置23の計測結果(車両タンク内温度)や、車両タンク内圧力計測装置24の計測結果(車両タンク内圧力)を受信したか否かを判断する。
車両タンク内温度、車両タンク内圧力を受信していれば(ステップS4が「YES」)ステップS5に進む。受信していない場合には(ステップS4が「NO」)には、ステップS4が「NO」のループを繰り返す。
In step S2, the pressure increase rate and filling stop pressure are set from the capacity, initial pressure, and outside air temperature of the
In step S4, the
If the vehicle tank internal temperature and the vehicle tank internal pressure are received ("YES" in step S4), the process proceeds to step S5. If it has not been received (“NO” at step S4), the loop of “NO” at step S4 is repeated.
ステップS5では、制御装置10は車両タンク内温度データを取得する。
続くステップS6では、ステップS5で取得した車両タンク内温度データに対応する「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を、その制御サイクルにおける圧力のしきい値として、特性βを参照して求める。
ここで、特性ベータを用いることなく、図示しないテーブルや数式から、車両タンク内温度と「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を求めてもよい。
In step S5, the
In the following step S6, the characteristic β is set with the “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)” corresponding to the vehicle tank temperature data acquired in step S5 as the pressure threshold in the control cycle. Seek and ask.
Here, without using the characteristic beta, the temperature in the vehicle tank and “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)” may be obtained from a table or formula (not shown).
ステップS7では、制御装置10が、当該制御サイクルにおける車両タンク内圧力計測装置(車両タンク内圧力センサ)24の計測結果である車両タンク内の圧力データを取得する。
なお、ステップS7は、ステップS5の前でも、ステップS5とステップS6の間でも良い。さらに、ステップS5とステップS7を同時に行なってもよい。
In step S <b> 7, the
Step S7 may be performed before step S5 or between step S5 and step S6. Furthermore, step S5 and step S7 may be performed simultaneously.
次のステップS8では、ステップS7で取得した車両タンク内の圧力(計測値)と、ステップS6で求めた「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」とを比較する。
「車両タンク内の圧力」が、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を超えた場合は(ステップS8が「YES」)、ステップS9に進む。
一方、「車両タンク内の圧力」が、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」以下の場合は(ステップS8が「NO」)、ステップS11に進む。
In the next step S8, the pressure in the vehicle tank (measured value) acquired in step S7 is compared with the “pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)” obtained in step S6.
If “the pressure in the vehicle tank” exceeds “the pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)” (step S8 is “YES”), the process proceeds to step S9.
On the other hand, if “the pressure in the vehicle tank” is equal to or less than “the pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)” (step S8 is “NO”), the process proceeds to step S11.
ステップ9(「車両タンク内の圧力」が、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を超えた場合)では、車両タンクにおける水素の充填率が100%を超えており、安全に水素充填が出来る状態ではないと判断し、「水素充填中に異常あり」と判断して、ステップS10に進む。
ステップS10では、車両タンクにおける水素の充填率が100%を超えたことを受け、水素充填中止機構4を作動し(「閉」の状態にせしめ)、車両タンク21への水素充填を中止する。それと同時に、水素充填を中止した旨の警報を、表示装置7等から出力して、制御を終了する。
In step 9 (“the pressure in the vehicle tank” exceeds “the pressure at which the filling rate is 100% (pressure threshold)”), the filling rate of hydrogen in the vehicle tank exceeds 100%, It is determined that it is not in a state where hydrogen can be safely charged, it is determined that there is an abnormality during hydrogen filling, and the process proceeds to step S10.
In step S10, in response to the hydrogen filling rate in the vehicle tank exceeding 100%, the hydrogen filling stopping mechanism 4 is operated (“closed” state) to stop filling the
一方、ステップS11(「車両タンク内の圧力」が、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」以下の場合)では、車両タンク21内の圧力(計測値)と、記憶装置14から取込んだ充填終了圧力(終了圧力)と比較する。
「車両タンク内の圧力」が、「充填終了圧力(終了圧力)」以上となった場合(ステップS11が「YES」)は、ステップS12に進む。
一方、「車両タンク内の圧力」が、「充填終了圧力(終了圧力)」に達しない場合(ステップS11が「NO」)は、水素充填は安全に行われているが、必要な充填は完了していない旨の判断をして、ステップS4に戻り、水素充填を継続する。
On the other hand, in step S11 (when “the pressure in the vehicle tank” is equal to or less than “the pressure at which the filling rate becomes 100% (pressure threshold)”), the pressure in the vehicle tank 21 (measured value) and the
When the “pressure in the vehicle tank” is equal to or higher than “filling end pressure (end pressure)” (step S11 is “YES”), the process proceeds to step S12.
On the other hand, when the “pressure in the vehicle tank” does not reach the “filling end pressure (end pressure)” (step S11 is “NO”), hydrogen filling is performed safely, but necessary filling is completed. It is determined that it has not been performed, and the process returns to step S4 to continue the hydrogen filling.
ステップS12では、車両タンク21における充填圧力が、充填終了圧力(終了圧力)に達した(以上となった)と判断し、水素充填が正常に終了したと判断して、ステップS13に進む。
ステップS13では、別途定められた充填終了のシーケンスに従って、車両タンク21への水素充填を終了する。
In step S12, it is determined that the filling pressure in the
In step S13, the filling of hydrogen into the
上述した様に、水素充填装置100側の車両通信機能及び/又は車両20側の車両通信機能が故障した場合や、車両通信機能がない車両に水素充填を行う場合には、制御装置10が車両タンク21内の温度データ、圧力データを取得することが出来ない。
その場合には、図4では示されていないが、第2実施形態で後述するのと同様に、水素供給配管温度計測装置8、水素供給配管圧力計測装置9で計測した水素供給配管5の温度、圧力から、車両タンク内温度及び車両タンク内圧力の推定値を求め、当該推定値に基づいて制御を行なう。
As described above, when the vehicle communication function on the
In that case, although not shown in FIG. 4, the temperature of the
図2〜図4の第1実施形態によれば、充填中の各制御サイクル(例えば、100msec毎に行われる制御サイクル)において、車両タンク21の温度を計測し、計測された車両タンク24内の温度に対応する「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を当該制御サイクルにおける車両タンク内圧力のしきい値として求める。そして、車両タンク内圧力の計測結果と、「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」とを比較する。
その結果、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」以下である場合には、水素充填を安全に行うことが出来る状態にあると判断して、水素の充填を続行する。一方、車両タンク内圧力が「充填率100%となる圧力(圧力のしきい値)」を超えた場合には、水素充填を安全に行うことが出来る状態ではないと判断して、直ちに充填を中止する。
そのため第1実施形態によれば、水素の安全な充填が実行される。
According to 1st Embodiment of FIGS. 2-4, in each control cycle (for example, control cycle performed every 100 msec) during filling, the temperature of the
As a result, when the vehicle tank pressure is equal to or less than "filling rate of 100% and becomes pressure (pressure threshold)", it is determined that a state that can be done safely hydrogen filling, the hydrogen Continue filling. On the other hand, if the pressure in the vehicle tank exceeds the “pressure at which the filling rate becomes 100% (pressure threshold)”, it is determined that the hydrogen filling is not safe and the filling is performed immediately. Discontinue.
Therefore, according to the first embodiment, safe filling of hydrogen is performed.
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、車両タンク内温度データがタンク内温度作動限界θ(例えば85℃)よりも高温となった場合に、「異常」と判断して充填を中止する制御を実行することが可能である。
また、図示の実施形態では、コンピュータ等の情報処理装置で構成された制御装置10、10Aにより自動制御がされているが、オペレータによる判断に基づいて水素充填を継続するか中止するかを判断することが可能である。
It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
For example, when the vehicle tank temperature data becomes higher than the tank temperature operation limit θ (for example, 85 ° C.), it is possible to execute a control that determines that the condition is “abnormal” and stops filling.
Further, in the illustrated embodiment, automatic control is performed by the
1・・・水素タンク
2・・・水素充填ホース
3・・・水素充填ノズル
4・・・水素充填中止機構
5・・・水素供給配管
6・・・冷却装置
7・・・表示装置
8・・・水素供給配管温度センサ
9・・・水素供給配管圧力センサ
10・・・制御装置
21・・・車両タンク
22・・・水素充填用コネクタ
23・・・車両タンク内温度センサ
24・・・車両タンク内圧力センサ
25・・・通信装置
100・・・水素充填装置
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