JP3736414B2 - 車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を車両と燃料充填設備との間で移送する際の操作性及び安全性を向上させた車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料や引火性の流体等をホースで移送する際に、静電気スパークによる引火を防止するため、アース線を接続して接地を行うことが知られている。例えば、特開平９−１４２５８９号公報には、タンクローリー車のアース接続装置が開示されている。この従来技術によれば、ローリー車側コネクタと車体の間にはアース線が布設される。ローリー車側コネクタのアース電極は、給油所側コネクタのアース電極に接続されることにより、ローリー車の車体が接地される。これにより、ローリー車から給油所の地下タンクに荷卸しする際の静電気発生が防止される。
【０００３】
同様に、水素を燃料とする水素エンジン車両や燃料電池車両に水素充填設備から水素を充填する際にも接地が必要となり、従来の方法では燃料ホースの接続とは別にアース線の接続を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水素を車両に供給する場合、燃料充填コネクタの他に、接地のための専用の配線に加えて、車両側から燃料供給設備側に、燃料供給制御を行うための圧力や温度などの状態信号をやり取りするための電気信号コネクタが必要となり、その結果、充填作業時に電気信号コネクタ、充填コネクタと複数のコネクタを作業者が繋ぐことを要求され、コスト向上となる上、同時に接続箇所が増えることで、接続忘れ、接続不良などが発生する恐れがあるという問題点があった。
【０００５】
また、燃料充填ラインの供給制御には逆止弁を用いる場合が一般的であり、燃料遮断に関しては設備側が独立して制御しているため、車両側から行おうとする場合には、特別な制御回路と配線が必要となっていた。同時に、設備故障については、設備側の履歴でしか判断できなかった。
【０００６】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、燃料充填時の車両と燃料充填設備との間の接続作業を簡単化して、作業効率を高めることができる車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システムを提供することである。
【０００７】
また本発明の目的は、燃料供給時に確実に接地され、安全性が確保される車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システムを提供することである。
【０００８】
さらに本発明の目的は、燃料供給時に異常な状態が検出されたとき、確実に燃料遮断を行って、不適切な燃料供給を防止することができる燃料充填システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、車両外部の燃料充填設備から燃料充填ラインを介して供給される燃料を車両に搭載された燃料容器に充填する車両用燃料装置において、前記燃料充填設備と前記車両との間にアース線及び信号を接続するための車両側の電気信号コネクタと、前記燃料充填ラインが接続される車両側の燃料レセプタクルとを一体化し、前記電気信号コネクタを介して前記車両用燃料装置と前記燃料充填設備との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁を前記燃料レセプタクルと前記燃料容器との間に備え、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁を閉じるように制御するか、或いは前記燃料充填設備に設けられた電磁遮断弁を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うことを要旨とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するために、車両に設けられた車両用燃料装置に燃料充填ラインを介して燃料を充填する燃料充填設備において、該燃料充填設備と前記車両用燃料装置との間にアース線及び信号を接続するための通信ラインと、前記燃料充填ラインとを一体化するとともに、前記通信ラインの先端部に設けられた電気信号コネクタと、前記燃料充填ラインの先端部に設けられた充填ノズルとを一体化し、前記電気信号コネクタを介して前記車両用燃料装置と前記燃料充填設備との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁を備え、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁を閉じるように制御するか、或いは前記車両用燃料装置に設けられた電磁遮断弁を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うことを要旨とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の車両用燃料装置と請求項２記載の燃料充填設備とを備えた燃料充填システムであって、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置の電磁遮断弁または前記燃料充填設備の電磁遮断弁、あるいは双方の電磁遮断弁を閉じるように制御することを要旨とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の車両用燃料装置と請求項２記載の燃料充填設備とを備えた燃料充填システムであって、前記車両用燃料装置と、前記燃料充填設備との双方にそれぞれコントローラを備え、一方のコントローラで異常が判定された場合には、他方のコントローラで燃料充填制御を行い、他方のコントローラでも異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置の電磁遮断弁または前記燃料充填設備の電磁遮断弁、あるいは双方の電磁遮断弁を閉じるように制御することを要旨とする。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、車両外部の燃料充填設備から燃料充填ラインを介して供給される燃料を車両に搭載された燃料容器に充填する車両用燃料装置において、前記燃料充填設備と前記車両との間にアース線及び信号を接続するための車両側の電気信号コネクタと、前記燃料充填ラインが接続される車両側の燃料レセプタクルとを一体化し、前記電気信号コネクタを介して前記車両と前記燃料供給設備との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁を前記燃料レセプタクルと前記燃料容器との間に備えるようにしたので、燃料充填時には確実にアース線が接続され接地が確立され、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁を閉じるように制御するか、或いは前記燃料充填設備に設けられた電磁遮断弁を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うようにしたので、燃料充填時に異常な状態が発生した場合には、電磁遮断弁を閉じて確実に燃料充填を中止することができるので、不適切な状態で燃料が車両に供給されることを確実に防止することができるという効果がある。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、車両に設けられた車両用燃料装置に燃料充填ラインを介して燃料を充填する燃料充填設備において、該燃料充填設備と前記車両用燃料装置との間にアース線及び信号を接続するための通信ラインと、前記燃料充填ラインとを一体化するとともに、前記通信ラインの先端部に設けられた電気信号コネクタと、前記燃料充填ラインの先端部に設けられた充填ノズルとを一体化し、前記電気信号コネクタを介して前記車両と前記燃料供給設備との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁を前記燃料充填ラインに備え、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁を閉じるように制御するか、或いは前記車両用燃料装置に設けられた電磁遮断弁を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うようにしたので、燃料充填時に異常な状態が発生した場合には、電磁遮断弁を閉じて確実に燃料充填を中止することができるので、不適切な状態で燃料が車両に供給されることを確実に防止することができるという効果がある。
【００２４】
請求項３載の発明によれば、請求項１記載の車両用燃料装置と請求項２記載の燃料充填設備とを備えた燃料充填システムであって、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置の電磁遮断弁または前記燃料充填設備の電磁遮断弁、あるいは双方の電磁遮断弁を閉じるように制御するようにしたので、燃料充填時に異常な状態が発生した場合には、電磁遮断弁を閉じて確実に燃料充填を中止することができるので、不適切な状態で燃料が車両に供給されることを確実に防止することができるという効果がある。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の車両用燃料装置と請求項２記載の燃料充填設備とを備えた燃料充填システムであって、前記車両用燃料装置と、前記燃料充填設備との双方にそれぞれコントローラを備え、一方のコントローラで異常が判定された場合には、他方のコントローラで燃料充填制御を行い、他方のコントローラでも異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置の電磁遮断弁または前記燃料充填設備の電磁遮断弁、あるいは双方の電磁遮断弁を閉じるように制御するので、車両側コントローラと設備側コントローラの比較により、コントローラの異常か、燃料状態の異常かを確実に判定し、一方のコントローラの異常時には他方のコントローラで燃料充填を行えるので、必要以上に燃料充填が中止されることを防止することができるという効果がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
以下の実施形態では、特に限定されないが高圧水素ガスを燃料とする燃料電池車両の車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システムについて説明する。また、説明の簡単化のために、車両と燃料充填設備との間で通信する状態信号は、ガス温度及びガス圧力とし、車両に搭載する燃料容器は１本とする。
【００２８】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
図１において、燃料充填システム１は、図示しない車両に搭載された車両用燃料装置２と、車両用燃料装置２へ燃料を供給する燃料充填設備としての水素充填設備３１とを備えている。
【００２９】
車両用燃料装置２において、燃料容器３は、燃料としての水素ガスを高圧で貯蔵する容器である。燃料容器３には、燃料充填時の入口となる容器元弁４と、図外の燃料電池へ水素ガスを供給する供給ライン５の開閉を行う遮断弁６と、高温時に溶解して燃料容器３内のガスを放出する溶栓弁７とが設けられている。供給ライン５には、高圧水素ガスの圧力を図外の調圧弁による圧力制御可能なレベルまで低下させる減圧弁８が設けられている。
【００３０】
また車体表面には、図示しない開閉可能なフューエルリッドが設けられ、フューエルリッドの内部には、燃料レセプタクル９が設けられている。燃料レセプタクル９と容器元弁４との間は、充填配管１０が布設されている。充填配管１０の途中には電磁制御の遮断弁（電磁遮断弁）１１が設けられているとともに、燃料レセプタクル９の中には、逆止弁１２が内蔵されている。
【００３１】
燃料レセプタクル９は、水素充填設備３１とアース線及び信号の接続を行うための電気信号コネクタ１３が一体化されている。電気信号コネクタ１３からは、アース線１４及び状態信号線１５が充填配管１０に沿って容器元弁４の近傍まで引き込まれた後、充填配管１０と分離して、車両用燃料装置２の制御部であるコントローラ１６に接続されている。
【００３２】
また、燃料容器３には、その内部圧力を検出して圧力信号を出力する圧力計１７と、その内部温度を検出して温度信号を出力する温度計１８とが設けられており、それぞれの信号は、コントローラ１６へ入力されている。コントローラ１６は、入力された圧力信号、温度信号を状態信号線１５を介して、水素充填設備３１へ出力できるようになっている。さらに、コントローラ１６は、駆動線１９を介して、遮断弁１１の開閉制御を行うリレー２０の駆動を行う。
【００３３】
水素充填設備３１は、図示しない高圧ポンプで加圧した水素を遮断弁３４を介して充填配管３５の先端部に設けられた充填ノズル３３から車両用燃料装置２の燃料レセプタクル９へ供給可能となっている。充填配管３５には、水素圧力を検出する圧力計３６、温度を検出する温度計３７が設けられ、それぞれ圧力信号、温度信号を水素充填設備３１の制御部であるコントローラ３８へ出力する。
【００３４】
また、コントローラ３８には、充填配管３５と一体化されたアース線３９及び状態信号線４０のそれぞれの一端が接続され、これらの他端は、充填ノズル３３と一体化された電気信号コネクタ４１に接続されている。
【００３５】
これにより、水素充填設備３１の燃料充填ライン３２の先端部に設けられた充填ノズル３３が車両用燃料装置２の燃料レセプタクル９に接続されると、水素充填設備３１の電気信号コネクタ４１も車両用燃料装置２の電気信号コネクタ１３に同時に接続され、充填配管１０、３５の接続と同時に、アース線１４、３９及び状態信号線１５、４０の接続が確立される。
【００３６】
図２は、燃料レセプタクル９と充填ノズル３３との接続の様子を模式的に示す図である。燃料レセプタクル９は、図２（ａ）の正面図、図２（ｂ）の断面図に示すように、円形断面を有する充填配管１０の外周部に同軸状に、アース線１４、絶縁層８２、状態信号線１５、外被８１が順次積層されたように設けられ、燃料レセプタクル９の端部は、アース線１４及び状態信号線１５の電気信号コネクタ１３と一体化されている。そして、図示しないフューエルリッドが開かれると、車体外板８０に設けられた開口部から燃料レセプタクル９が露出するようになっている。
【００３７】
一方、燃料充填ライン３２の先端部に設けられた充填ノズル３３は、円形断面を有する充填配管３５の外側に、アース線３９、絶縁層４７、状態信号線４０、外被４８が同軸状に設けられている。充填ノズル３３は、それぞれアース線３９、状態信号線４０がバネ４５、４６により連結されていて、アース線３９及び状態信号線４０の電気信号コネクタ４１と軸方向に可動なように一体化されている。
【００３８】
これにより、燃料レセプタクル９と充填ノズル３３とを接続すると、充填配管１０と充填配管３５との接続と同時に、電気信号コネクタ１３と電気信号コネクタ４１とが接続され、燃料充填ラインの接続と同時にアース線及び状態信号線の接続が確立されることになる。
【００３９】
従って、燃料用のコネクタと電気信号用のコネクタとを別々に設ける必要も無く、簡素な構成になり、接続忘れや接続不良などのトラブルの恐れが低減している。また、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、燃料レセプタクル９と充填ノズル３３との嵌合時には、構造上、先に状態信号線４０と１５、アース線３９と１４が繋がるので、充填配管接続時には確実に信号及びアースラインが繋がっているため、確実な接地ができる。
【００４０】
充填配管１０に設置された電磁制御の遮断弁１１は、リレー２０により駆動されるノーマルクローズ型である。車両用燃料装置２のコントローラ１６は、アース線１４とアース線３９の接続で接地が確立されると起動され、駆動線１９を介してリレー２０を駆動することにより、遮断弁１１が開かれる。
【００４１】
こうして、充填ノズル３３及び燃料レセプタクル９の嵌合により初めて遮断弁１１は開となり、燃料充填ラインが繋がり、充填可能となる。
【００４２】
図３は、第１実施形態における高圧水素充填作業の流れを説明するフローチャートである。
【００４３】
まず、ステップＳ１０において、水素充填設備３１の充填ノズル３３を車両用燃料装置２の燃料レセプタクル９に接続する。これと同時に車両用燃料装置２のコントローラ１６は、アース線が接地されたかどうかを判定し、接地されていれば、ステップＳ１２へ進む。接地されていなければ、充填不可として、遮断弁１１の閉じた状態を保持して、終了する。
【００４４】
ステップＳ１２ではコントローラ１６が起動し、ステップＳ１３ではコントローラ１６が遮断弁１１のリレー２０を駆動する。これにより、ステップＳ１４で遮断弁１１が開駆動され、ステップＳ１５で充填経路が開となる。以下、充填プロセスが開始される。
【００４５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第２実施形態を説明する。第２実施形態の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。第２実施形態では、第１の実施形態での充填配管１０に設置された遮断弁１１を駆動する信号に、温度、圧力等の状態信号を用いる点に特徴がある。本実施形態では、説明の簡略化のため、状態信号として、圧力及び温度を例にして説明する。
【００４６】
圧力計１７が検出したアナログ圧力検出信号、温度計１８が検出したアナログ温度検出信号は、コントローラ１６にそれぞれ入力される。コントローラ１６は、内蔵するＤＳＰ等の素子を用いて、それぞれ圧力値、温度値に対して、反比例するパルス幅を有するＰＷＭ信号を出力する構成とする。
【００４７】
図４は、アナログ圧力（温度）信号からＰＷＭ信号への変化を説明する図であり、（ａ）圧力（温度）とＰＷＭのデューティとの関係を示すグラフ、（ｂ）低圧力時のＰＷＭ信号の波形例、（ｃ）高圧力時のＰＷＭ信号の波形例をそれぞれ示す。圧力（温度）の許容領域の下限の圧力（温度）は、デューティ１００％のＰＷＭ信号に変換され、圧力（温度）の許容領域の上限の圧力（温度）は、遮断弁動作下限値のデューティを有するＰＷＭ信号に変換される。
【００４８】
通常時には、ＰＷＭ信号のパルス幅が遮断弁１１の開条件のパルス幅以上であり、遮断弁１１は開状態を維持し続けられる。
【００４９】
状態異常時、例えば圧力が所定の値より高くなった場合を考える。このとき、ＰＷＭ信号の出力パルス幅が開条件のパルス幅以下に下がることで、遮断弁１１の閉条件となり、遮断弁１１が閉じることで、燃料供給系を閉鎖する。
【００５０】
図５は、本発明の第２実施形態の動作を説明するフローチャートである。第１実施形態では、アース線が接続され接地が確立されると遮断弁を開くように制御していたが、第２実施形態では、接地確立後、車両用燃料装置２に設けられた圧力計１７、温度計１８の検出信号をコントローラ１６がＰＷＭ変換して、ＰＷＭ信号と遮断弁駆動閾値とを比較し、閾値を超えていれば遮断弁１１を開くように制御する点が異なっている。
【００５１】
図５の遮断弁駆動信号の処理において、まずステップＳ２０で、車両用燃料装置２のコントローラ１６が圧力計１７と温度計１８のそれぞれの検出信号を入力する。次いで、ステップＳ２１で、圧力検出値、温度検出値をそれぞれＰＷＭ変換する。ステップＳ２２で、それぞれ圧力、温度を示すパルス幅を有するＰＷＭ信号を出力する。
【００５２】
ステップＳ２３では、ＰＷＭ信号出力のデューティと、予め記憶した遮断弁駆動閾値とを比較し、ＰＷＭ信号出力のデューティが遮断弁駆動閾値を超えていれば、ステップＳ２４へ進んで、遮断弁１１を開く。ＰＷＭ信号出力のデューティが遮断弁駆動閾値を超えていなければ、遮断弁１１を開くことなく、閉じた状態を継続する。
【００５３】
尚、一旦遮断弁１１を開とした後、一定時間毎に図５に示したルーチンを実行し、圧力、温度が遮断弁駆動閾値以下となると、遮断弁１１を閉じるように制御する。
【００５４】
以上により、圧力、温度の異常時は、特別な制御を行うことなく、遮断弁１１を遮断できる。本実施形態では、状態信号として、圧力信号、温度信号を例にしたが、その他の状態信号、例えば、湿度、外気温等に関しても同様の処理を行うことができる。
【００５５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第３実施形態を説明する。第３実施形態の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。第３実施形態では、第１の実施形態での充填配管１０に設置された遮断弁１１を駆動する信号に、車両用燃料装置２と水素充填設備３１との間でやり取りする温度、圧力等の状態信号をＰＷＭ信号に変換したものを用いる点に特徴がある。
【００５６】
本実施形態では、第１の実施形態での充填配管１０に設置された遮断弁１１を駆動する信号として、通常は車両用燃料装置２と水素充填設備３１との間でやり取りする温度、圧力等の状態信号を車両用燃料装置２のコントローラ１６でＰＷＭ処理変換したものを用いる。尚、湿度、外気温などのパラメータも在るが、簡略化のため、ガス温度（以下、温度）、圧力の２パラメータで説明する。
【００５７】
車両用燃料装置２の圧力計１７、温度計１８でそれぞれ検出されたアナログ圧力信号、アナログ温度信号は、車両用燃料装置２のコントローラ１６に入力される。コントローラ１６は、アナログ圧力信号及びアナログ温度信号をそれぞれＰＷＭ信号に変換し、変換後のＰＷＭ信号の組み合わせが、ガス定数で定義される温度−圧力マップ領域から逸脱する異常値を示した場合、車両用燃料装置２側のコントローラ１６でのＰＷＭ処理を中止する。
【００５８】
そして、水素充填設備３１側の圧力計３７及び温度計３８のそれぞれの検出信号を水素充填設備３１側のコントローラ３８でＰＷＭ処理された値と、ガス定数で定義される温度−圧力マップ領域とを比較し、更に設備側信号も異常である場合には、燃料充填系のエラーと判断し、遮断弁１１を閉制御する。
【００５９】
図６は、本発明の第３実施形態の動作を説明するフローチャートである。同図において、まず、ステップＳ３０で、車両用燃料装置２の圧力計１７及び温度計１８の各検出値をコントローラ１６へ入力する。ステップＳ３１で、圧力、温度をＰＷＭ信号に変換する。ステップＳ３２で、各ＰＷＭ信号を出力する。ステップＳ３３で、圧力、温度を示すＰＷＭ信号の組み合わせを、ガス定数で決まる温度圧力マップ（図７参照）と比較し、ステップＳ３４で正常範囲であるか否かを判定する。正常範囲内である場合には、車両用燃料装置２のコントローラ１６で変換したＰＷＭ信号を用いて、遮断弁１１の開閉を制御する。
【００６０】
ステップＳ３４の判定で、ＰＷＭ信号の組み合わせが、ガス定数で決まる温度圧力マップの異常範囲（例えば、温度が低いのに圧力が異常に高い例や、圧力が低いのに温度が異常に高い例など）である場合、水素充填設備３１側の圧力計３６及び温度計３７の検出値を使うべく、ステップＳ３５以下の水素充填設備３１のコントローラ３８へ制御を移す。
【００６１】
ステップＳ３５では、水素充填設備３１のコントローラ３８が、水素充填設備３１の圧力計３６及び温度計３７の検出値を入力する。ステップＳ３６で、圧力、温度をＰＷＭ信号に変換する。ステップＳ３７で、各ＰＷＭ信号を出力する。ステップＳ３８で、圧力、温度を示すＰＷＭ信号の組み合わせを、ガス定数で決まる温度圧力マップ（図７参照）と比較し、ステップＳ３９で正常範囲であるか否かを判定する。正常範囲内である場合には、ステップＳ４０で、車両用燃料装置２の異常履歴を記憶し、水素充填設備３１のコントローラ３８で変換したＰＷＭ信号を用いて、遮断弁１１の開閉を制御する。
【００６２】
ステップＳ３９の判定で、ＰＷＭ信号の組み合わせが、ガス定数で決まる温度圧力マップの異常範囲である場合、ステップＳ４１で充填ラインの異常履歴の記憶を残し、遮断弁１１を閉制御し、燃料充填作業を中止する。
【００６３】
これにより、車両用燃料装置２のコントローラ１６の異常、および水素充填設備３１のコントローラ３８の異常を容易に検出可能となるとともに、一方が異常で、他方が正常の場合、燃料充填を行うことができるという効果がある。
【００６４】
〔第４実施形態〕
次に、本発明に係る車両用燃料装置の第４実施形態、及びこの車両用燃料装置から燃料を放出するための燃料放出設備について説明する。
【００６５】
図８は、第４実施形態の車両用燃料装置５２と、燃料放出設備６１を説明するものである。同図において、車両用燃料装置５２の構成は、図１に示した第１実施形態の車両用燃料装置２に、減圧弁８に一端部が接続された放出配管５４と、放出配管５４の途中に設けられた圧力調整及び開閉制御が可能な調圧遮断弁５５と、放出配管５４の他端部に設けられた放出用レセプタクル５３と、放出用レセプタクル５３と一体に設けられた電気信号コネクタ５６と、電気信号コネクタ５６とコントローラ１６とをそれぞれ接続するアース線５７及び状態信号線５８と、が追加されている点が異なる。その他の構成要素は、第１実施形態と同様であるので、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。尚、本実施形態の動作に直接関係のない構成要素は、一部省略して図示してある。
【００６６】
燃料放出設備６１は、放出配管６４の先端部に設けられたノズル６３を車両用燃料装置５２の放出用レセプタクル５３へ接続することにより、車両用燃料装置５２から燃料を放出可能となっている。放出配管６４には、水素圧力を検出する圧力計６６、温度を検出する温度計６７が設けられ、それぞれ圧力信号、温度信号を燃料放出設備６１の制御部であるコントローラ６８へ出力する。
【００６７】
また、コントローラ６８には、放出配管６４と一体化されたアース線６９及び状態信号線７０のそれぞれの一端が接続され、これらの他端は、ノズル６３と一体化された電気信号コネクタ７１に接続されている。
【００６８】
これにより、燃料放出設備６１の燃料放出ライン６２の先端部に設けられたノズル６３が車両用燃料装置５２の放出用レセプタクル５３に接続されると、燃料放出設備６１の電気信号コネクタ７１も車両用燃料装置５２の電気信号コネクタ５６に同時に接続され、放出配管５４、放出配管６４の接続と同時に、アース線５７、６９及び状態信号線５８、７０の接続が確立される。
【００６９】
本実施形態における燃料放出ラインは、第１〜第３実施形態の燃料充填ラインと同様に、車両用燃料装置５２と燃料放出設備６１との間を接続するアース線６９及び状態信号線７０を、放出配管６４と一体化して、燃料放出ライン６２とすることで、燃料放出時の接続個数を減らすことができる。
【００７０】
ノズル６３と放出用レセプタクル５３との嵌合により、初めて調圧遮断弁５５は開となり、放出ラインが繋がり、燃料放出可能となる。
【００７１】
放出配管５４に設置された調圧遮断弁５５は、コントローラ１６から調圧制御及び遮断制御が可能であり、コントローラ１６が調圧遮断弁５５を駆動する信号に、車両用燃料装置５２と燃料放出設備６１との間でやり取りする温度、圧力等の状態信号をＰＷＭ信号に変換したものを用いることにより、第３実施形態と同様に、異常時は特別な制御を行うことなく、調圧遮断弁５５を調整して流量制御及び遮断することができる。また車両用燃料装置５２のコントローラ１６の異常、および燃料放出設備６１のコントローラ６８の異常を容易に検出可能となる。以上の制御を燃料充填設備と同様に、独立して行うことができる。
【００７２】
これにより、特に高圧水素ガスを燃料とした場合に発生する燃料放出時の温度低下による配管凍結などの問題点も解決できる。特に温度に関して、許容上限温度を超えた場合は調圧遮断弁５５を全遮断する。また、上限温度から低温になるに従い、調圧遮断弁５５を全開から閉方向に調圧する。
【００７３】
尚、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属するすべての設計変更をも含む趣旨である。
【００７４】
たとえば、上記の説明では簡略化のために、温度、圧力の２値をパラメータとしたが、湿度、外気温、容器本数、容器容量などの補正パラメータを加えることができる。
【００７５】
また、車両用燃料装置のコントローラは、車両側の温度、圧力信号を使用しているが、これは水素充填設備側のコントローラと設備側の温度、圧力信号をクロス使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図２】燃料レセプタクルと充填ノズルとの接続の様子を模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態における高圧水素充填作業の流れを説明するフローチャートである。
【図４】第２実施形態における（ａ）アナログ圧力（温度）信号からＰＷＭ信号への変換を説明する図、（ｂ）低圧力時のＰＷＭ信号の例を示す波形図、（ｃ）高圧力時のＰＷＭ信号の例を示す波形図である。
【図５】本発明に係る燃料充填システムの第２実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明に係る燃料充填システムの第３実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図７】第３実施形態における温度−圧力マップの例を示す図である。
【図８】本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第４実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図９】第４実施形態における温度に対する調圧遮断弁の開度を示すグラフである。
【符号の説明】
１…燃料充填システム
２…車両用燃料装置
３…燃料容器
４…容器元弁
５…供給ライン
６…遮断弁
７…溶栓弁
８…減圧弁
９…燃料レセプタクル
１０…充填配管
１１…遮断弁
１２…逆止弁
１３…電気信号コネクタ
１４…アース線
１５…状態信号線
１６…コントローラ
１７…圧力計
１８…温度計
１９…駆動線
２０…リレー
３１…水素充填設備
３２…燃料充填ライン
３３…充填ノズル
３４…遮断弁
３５…充填配管
３６…圧力計
３７…温度計
３８…コントローラ
３９…アース線
４０…状態信号線
４１…電気信号コネクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を車両と燃料充填設備との間で移送する際の操作性及び安全性を向上させた車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料や引火性の流体等をホースで移送する際に、静電気スパークによる引火を防止するため、アース線を接続して接地を行うことが知られている。例えば、特開平９−１４２５８９号公報には、タンクローリー車のアース接続装置が開示されている。この従来技術によれば、ローリー車側コネクタと車体の間にはアース線が布設される。ローリー車側コネクタのアース電極は、給油所側コネクタのアース電極に接続されることにより、ローリー車の車体が接地される。これにより、ローリー車から給油所の地下タンクに荷卸しする際の静電気発生が防止される。
【０００３】
同様に、水素を燃料とする水素エンジン車両や燃料電池車両に水素充填設備から水素を充填する際にも接地が必要となり、従来の方法では燃料ホースの接続とは別にアース線の接続を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水素を車両に供給する場合、燃料充填コネクタの他に、接地のための専用の配線に加えて、車両側から燃料供給設備側に、燃料供給制御を行うための圧力や温度などの状態信号をやり取りするための電気信号コネクタが必要となり、その結果、充填作業時に電気信号コネクタ、充填コネクタと複数のコネクタを作業者が繋ぐことを要求され、コスト向上となる上、同時に接続箇所が増えることで、接続忘れ、接続不良などが発生する恐れがあるという問題点があった。
【０００５】
また、燃料充填ラインの供給制御には逆止弁を用いる場合が一般的であり、燃料遮断に関しては設備側が独立して制御しているため、車両側から行おうとする場合には、特別な制御回路と配線が必要となっていた。同時に、設備故障については、設備側の履歴でしか判断できなかった。
【０００６】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、燃料充填時の車両と燃料充填設備との間の接続作業を簡単化して、作業効率を高めることができる車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システムを提供することである。
【０００７】
また本発明の目的は、燃料供給時に確実に接地され、安全性が確保される車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システムを提供することである。
【０００８】
さらに本発明の目的は、燃料供給時に異常な状態が検出されたとき、確実に燃料遮断を行って、不適切な燃料供給を防止することができる燃料充填システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、車両外部の燃料充填設備から燃料充填ラインを介して供給される燃料を車両に搭載された燃料容器に充填する車両用燃料装置において、前記燃料充填設備と前記車両との間にアース線及び信号を接続するための車両側の電気信号コネクタと、前記燃料充填ラインが接続される車両側の燃料レセプタクルとを一体化し、前記電気信号コネクタを介して前記車両用燃料装置と前記燃料充填設備との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁を前記燃料レセプタクルと前記燃料容器との間に備え、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁を閉じるように制御するか、或いは前記燃料充填設備に設けられた電磁遮断弁を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うことを要旨とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するために、車両に設けられた車両用燃料装置に燃料充填ラインを介して燃料を充填する燃料充填設備において、該燃料充填設備と前記車両用燃料装置との間にアース線及び信号を接続するための通信ラインと、前記燃料充填ラインとを一体化するとともに、前記通信ラインの先端部に設けられた電気信号コネクタと、前記燃料充填ラインの先端部に設けられた充填ノズルとを一体化し、前記電気信号コネクタを介して前記車両用燃料装置と前記燃料充填設備との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁を備え、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁を閉じるように制御するか、或いは前記車両用燃料装置に設けられた電磁遮断弁を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うことを要旨とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の車両用燃料装置と請求項２記載の燃料充填設備とを備えた燃料充填システムであって、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置の電磁遮断弁または前記燃料充填設備の電磁遮断弁、あるいは双方の電磁遮断弁を閉じるように制御することを要旨とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の車両用燃料装置と請求項２記載の燃料充填設備とを備えた燃料充填システムであって、前記車両用燃料装置と、前記燃料充填設備との双方にそれぞれコントローラを備え、一方のコントローラで異常が判定された場合には、他方のコントローラで燃料充填制御を行い、他方のコントローラでも異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置の電磁遮断弁または前記燃料充填設備の電磁遮断弁、あるいは双方の電磁遮断弁を閉じるように制御することを要旨とする。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、車両外部の燃料充填設備から燃料充填ラインを介して供給される燃料を車両に搭載された燃料容器に充填する車両用燃料装置において、前記燃料充填設備と前記車両との間にアース線及び信号を接続するための車両側の電気信号コネクタと、前記燃料充填ラインが接続される車両側の燃料レセプタクルとを一体化し、前記電気信号コネクタを介して前記車両と前記燃料供給設備との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁を前記燃料レセプタクルと前記燃料容器との間に備えるようにしたので、燃料充填時には確実にアース線が接続され接地が確立され、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁を閉じるように制御するか、或いは前記燃料充填設備に設けられた電磁遮断弁を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うようにしたので、燃料充填時に異常な状態が発生した場合には、電磁遮断弁を閉じて確実に燃料充填を中止することができるので、不適切な状態で燃料が車両に供給されることを確実に防止することができるという効果がある。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、車両に設けられた車両用燃料装置に燃料充填ラインを介して燃料を充填する燃料充填設備において、該燃料充填設備と前記車両用燃料装置との間にアース線及び信号を接続するための通信ラインと、前記燃料充填ラインとを一体化するとともに、前記通信ラインの先端部に設けられた電気信号コネクタと、前記燃料充填ラインの先端部に設けられた充填ノズルとを一体化し、前記電気信号コネクタを介して前記車両と前記燃料供給設備との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁を前記燃料充填ラインに備え、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁を閉じるように制御するか、或いは前記車両用燃料装置に設けられた電磁遮断弁を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うようにしたので、燃料充填時に異常な状態が発生した場合には、電磁遮断弁を閉じて確実に燃料充填を中止することができるので、不適切な状態で燃料が車両に供給されることを確実に防止することができるという効果がある。
【００２４】
請求項３載の発明によれば、請求項１記載の車両用燃料装置と請求項２記載の燃料充填設備とを備えた燃料充填システムであって、前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置の電磁遮断弁または前記燃料充填設備の電磁遮断弁、あるいは双方の電磁遮断弁を閉じるように制御するようにしたので、燃料充填時に異常な状態が発生した場合には、電磁遮断弁を閉じて確実に燃料充填を中止することができるので、不適切な状態で燃料が車両に供給されることを確実に防止することができるという効果がある。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の車両用燃料装置と請求項２記載の燃料充填設備とを備えた燃料充填システムであって、前記車両用燃料装置と、前記燃料充填設備との双方にそれぞれコントローラを備え、一方のコントローラで異常が判定された場合には、他方のコントローラで燃料充填制御を行い、他方のコントローラでも異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置の電磁遮断弁または前記燃料充填設備の電磁遮断弁、あるいは双方の電磁遮断弁を閉じるように制御するので、車両側コントローラと設備側コントローラの比較により、コントローラの異常か、燃料状態の異常かを確実に判定し、一方のコントローラの異常時には他方のコントローラで燃料充填を行えるので、必要以上に燃料充填が中止されることを防止することができるという効果がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
以下の実施形態では、特に限定されないが高圧水素ガスを燃料とする燃料電池車両の車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システムについて説明する。また、説明の簡単化のために、車両と燃料充填設備との間で通信する状態信号は、ガス温度及びガス圧力とし、車両に搭載する燃料容器は１本とする。
【００２８】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
図１において、燃料充填システム１は、図示しない車両に搭載された車両用燃料装置２と、車両用燃料装置２へ燃料を供給する燃料充填設備としての水素充填設備３１とを備えている。
【００２９】
車両用燃料装置２において、燃料容器３は、燃料としての水素ガスを高圧で貯蔵する容器である。燃料容器３には、燃料充填時の入口となる容器元弁４と、図外の燃料電池へ水素ガスを供給する供給ライン５の開閉を行う遮断弁６と、高温時に溶解して燃料容器３内のガスを放出する溶栓弁７とが設けられている。供給ライン５には、高圧水素ガスの圧力を図外の調圧弁による圧力制御可能なレベルまで低下させる減圧弁８が設けられている。
【００３０】
また車体表面には、図示しない開閉可能なフューエルリッドが設けられ、フューエルリッドの内部には、燃料レセプタクル９が設けられている。燃料レセプタクル９と容器元弁４との間は、充填配管１０が布設されている。充填配管１０の途中には電磁制御の遮断弁（電磁遮断弁）１１が設けられているとともに、燃料レセプタクル９の中には、逆止弁１２が内蔵されている。
【００３１】
燃料レセプタクル９は、水素充填設備３１とアース線及び信号の接続を行うための電気信号コネクタ１３が一体化されている。電気信号コネクタ１３からは、アース線１４及び状態信号線１５が充填配管１０に沿って容器元弁４の近傍まで引き込まれた後、充填配管１０と分離して、車両用燃料装置２の制御部であるコントローラ１６に接続されている。
【００３２】
また、燃料容器３には、その内部圧力を検出して圧力信号を出力する圧力計１７と、その内部温度を検出して温度信号を出力する温度計１８とが設けられており、それぞれの信号は、コントローラ１６へ入力されている。コントローラ１６は、入力された圧力信号、温度信号を状態信号線１５を介して、水素充填設備３１へ出力できるようになっている。さらに、コントローラ１６は、駆動線１９を介して、遮断弁１１の開閉制御を行うリレー２０の駆動を行う。
【００３３】
水素充填設備３１は、図示しない高圧ポンプで加圧した水素を遮断弁３４を介して充填配管３５の先端部に設けられた充填ノズル３３から車両用燃料装置２の燃料レセプタクル９へ供給可能となっている。充填配管３５には、水素圧力を検出する圧力計３６、温度を検出する温度計３７が設けられ、それぞれ圧力信号、温度信号を水素充填設備３１の制御部であるコントローラ３８へ出力する。
【００３４】
また、コントローラ３８には、充填配管３５と一体化されたアース線３９及び状態信号線４０のそれぞれの一端が接続され、これらの他端は、充填ノズル３３と一体化された電気信号コネクタ４１に接続されている。
【００３５】
これにより、水素充填設備３１の燃料充填ライン３２の先端部に設けられた充填ノズル３３が車両用燃料装置２の燃料レセプタクル９に接続されると、水素充填設備３１の電気信号コネクタ４１も車両用燃料装置２の電気信号コネクタ１３に同時に接続され、充填配管１０、３５の接続と同時に、アース線１４、３９及び状態信号線１５、４０の接続が確立される。
【００３６】
図２は、燃料レセプタクル９と充填ノズル３３との接続の様子を模式的に示す図である。燃料レセプタクル９は、図２（ａ）の正面図、図２（ｂ）の断面図に示すように、円形断面を有する充填配管１０の外周部に同軸状に、アース線１４、絶縁層８２、状態信号線１５、外被８１が順次積層されたように設けられ、燃料レセプタクル９の端部は、アース線１４及び状態信号線１５の電気信号コネクタ１３と一体化されている。そして、図示しないフューエルリッドが開かれると、車体外板８０に設けられた開口部から燃料レセプタクル９が露出するようになっている。
【００３７】
一方、燃料充填ライン３２の先端部に設けられた充填ノズル３３は、円形断面を有する充填配管３５の外側に、アース線３９、絶縁層４７、状態信号線４０、外被４８が同軸状に設けられている。充填ノズル３３は、それぞれアース線３９、状態信号線４０がバネ４５、４６により連結されていて、アース線３９及び状態信号線４０の電気信号コネクタ４１と軸方向に可動なように一体化されている。
【００３８】
これにより、燃料レセプタクル９と充填ノズル３３とを接続すると、充填配管１０と充填配管３５との接続と同時に、電気信号コネクタ１３と電気信号コネクタ４１とが接続され、燃料充填ラインの接続と同時にアース線及び状態信号線の接続が確立されることになる。
【００３９】
従って、燃料用のコネクタと電気信号用のコネクタとを別々に設ける必要も無く、簡素な構成になり、接続忘れや接続不良などのトラブルの恐れが低減している。また、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、燃料レセプタクル９と充填ノズル３３との嵌合時には、構造上、先に状態信号線４０と１５、アース線３９と１４が繋がるので、充填配管接続時には確実に信号及びアースラインが繋がっているため、確実な接地ができる。
【００４０】
充填配管１０に設置された電磁制御の遮断弁１１は、リレー２０により駆動されるノーマルクローズ型である。車両用燃料装置２のコントローラ１６は、アース線１４とアース線３９の接続で接地が確立されると起動され、駆動線１９を介してリレー２０を駆動することにより、遮断弁１１が開かれる。
【００４１】
こうして、充填ノズル３３及び燃料レセプタクル９の嵌合により初めて遮断弁１１は開となり、燃料充填ラインが繋がり、充填可能となる。
【００４２】
図３は、第１実施形態における高圧水素充填作業の流れを説明するフローチャートである。
【００４３】
まず、ステップＳ１０において、水素充填設備３１の充填ノズル３３を車両用燃料装置２の燃料レセプタクル９に接続する。これと同時に車両用燃料装置２のコントローラ１６は、アース線が接地されたかどうかを判定し、接地されていれば、ステップＳ１２へ進む。接地されていなければ、充填不可として、遮断弁１１の閉じた状態を保持して、終了する。
【００４４】
ステップＳ１２ではコントローラ１６が起動し、ステップＳ１３ではコントローラ１６が遮断弁１１のリレー２０を駆動する。これにより、ステップＳ１４で遮断弁１１が開駆動され、ステップＳ１５で充填経路が開となる。以下、充填プロセスが開始される。
【００４５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第２実施形態を説明する。第２実施形態の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。第２実施形態では、第１の実施形態での充填配管１０に設置された遮断弁１１を駆動する信号に、温度、圧力等の状態信号を用いる点に特徴がある。本実施形態では、説明の簡略化のため、状態信号として、圧力及び温度を例にして説明する。
【００４６】
圧力計１７が検出したアナログ圧力検出信号、温度計１８が検出したアナログ温度検出信号は、コントローラ１６にそれぞれ入力される。コントローラ１６は、内蔵するＤＳＰ等の素子を用いて、それぞれ圧力値、温度値に対して、反比例するパルス幅を有するＰＷＭ信号を出力する構成とする。
【００４７】
図４は、アナログ圧力（温度）信号からＰＷＭ信号への変化を説明する図であり、（ａ）圧力（温度）とＰＷＭのデューティとの関係を示すグラフ、（ｂ）低圧力時のＰＷＭ信号の波形例、（ｃ）高圧力時のＰＷＭ信号の波形例をそれぞれ示す。圧力（温度）の許容領域の下限の圧力（温度）は、デューティ１００％のＰＷＭ信号に変換され、圧力（温度）の許容領域の上限の圧力（温度）は、遮断弁動作下限値のデューティを有するＰＷＭ信号に変換される。
【００４８】
通常時には、ＰＷＭ信号のパルス幅が遮断弁１１の開条件のパルス幅以上であり、遮断弁１１は開状態を維持し続けられる。
【００４９】
状態異常時、例えば圧力が所定の値より高くなった場合を考える。このとき、ＰＷＭ信号の出力パルス幅が開条件のパルス幅以下に下がることで、遮断弁１１の閉条件となり、遮断弁１１が閉じることで、燃料供給系を閉鎖する。
【００５０】
図５は、本発明の第２実施形態の動作を説明するフローチャートである。第１実施形態では、アース線が接続され接地が確立されると遮断弁を開くように制御していたが、第２実施形態では、接地確立後、車両用燃料装置２に設けられた圧力計１７、温度計１８の検出信号をコントローラ１６がＰＷＭ変換して、ＰＷＭ信号と遮断弁駆動閾値とを比較し、閾値を超えていれば遮断弁１１を開くように制御する点が異なっている。
【００５１】
図５の遮断弁駆動信号の処理において、まずステップＳ２０で、車両用燃料装置２のコントローラ１６が圧力計１７と温度計１８のそれぞれの検出信号を入力する。次いで、ステップＳ２１で、圧力検出値、温度検出値をそれぞれＰＷＭ変換する。ステップＳ２２で、それぞれ圧力、温度を示すパルス幅を有するＰＷＭ信号を出力する。
【００５２】
ステップＳ２３では、ＰＷＭ信号出力のデューティと、予め記憶した遮断弁駆動閾値とを比較し、ＰＷＭ信号出力のデューティが遮断弁駆動閾値を超えていれば、ステップＳ２４へ進んで、遮断弁１１を開く。ＰＷＭ信号出力のデューティが遮断弁駆動閾値を超えていなければ、遮断弁１１を開くことなく、閉じた状態を継続する。
【００５３】
尚、一旦遮断弁１１を開とした後、一定時間毎に図５に示したルーチンを実行し、圧力、温度が遮断弁駆動閾値以下となると、遮断弁１１を閉じるように制御する。
【００５４】
以上により、圧力、温度の異常時は、特別な制御を行うことなく、遮断弁１１を遮断できる。本実施形態では、状態信号として、圧力信号、温度信号を例にしたが、その他の状態信号、例えば、湿度、外気温等に関しても同様の処理を行うことができる。
【００５５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第３実施形態を説明する。第３実施形態の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。第３実施形態では、第１の実施形態での充填配管１０に設置された遮断弁１１を駆動する信号に、車両用燃料装置２と水素充填設備３１との間でやり取りする温度、圧力等の状態信号をＰＷＭ信号に変換したものを用いる点に特徴がある。
【００５６】
本実施形態では、第１の実施形態での充填配管１０に設置された遮断弁１１を駆動する信号として、通常は車両用燃料装置２と水素充填設備３１との間でやり取りする温度、圧力等の状態信号を車両用燃料装置２のコントローラ１６でＰＷＭ処理変換したものを用いる。尚、湿度、外気温などのパラメータも在るが、簡略化のため、ガス温度（以下、温度）、圧力の２パラメータで説明する。
【００５７】
車両用燃料装置２の圧力計１７、温度計１８でそれぞれ検出されたアナログ圧力信号、アナログ温度信号は、車両用燃料装置２のコントローラ１６に入力される。コントローラ１６は、アナログ圧力信号及びアナログ温度信号をそれぞれＰＷＭ信号に変換し、変換後のＰＷＭ信号の組み合わせが、ガス定数で定義される温度−圧力マップ領域から逸脱する異常値を示した場合、車両用燃料装置２側のコントローラ１６でのＰＷＭ処理を中止する。
【００５８】
そして、水素充填設備３１側の圧力計３７及び温度計３８のそれぞれの検出信号を水素充填設備３１側のコントローラ３８でＰＷＭ処理された値と、ガス定数で定義される温度−圧力マップ領域とを比較し、更に設備側信号も異常である場合には、燃料充填系のエラーと判断し、遮断弁１１を閉制御する。
【００５９】
図６は、本発明の第３実施形態の動作を説明するフローチャートである。同図において、まず、ステップＳ３０で、車両用燃料装置２の圧力計１７及び温度計１８の各検出値をコントローラ１６へ入力する。ステップＳ３１で、圧力、温度をＰＷＭ信号に変換する。ステップＳ３２で、各ＰＷＭ信号を出力する。ステップＳ３３で、圧力、温度を示すＰＷＭ信号の組み合わせを、ガス定数で決まる温度圧力マップ（図７参照）と比較し、ステップＳ３４で正常範囲であるか否かを判定する。正常範囲内である場合には、車両用燃料装置２のコントローラ１６で変換したＰＷＭ信号を用いて、遮断弁１１の開閉を制御する。
【００６０】
ステップＳ３４の判定で、ＰＷＭ信号の組み合わせが、ガス定数で決まる温度圧力マップの異常範囲（例えば、温度が低いのに圧力が異常に高い例や、圧力が低いのに温度が異常に高い例など）である場合、水素充填設備３１側の圧力計３６及び温度計３７の検出値を使うべく、ステップＳ３５以下の水素充填設備３１のコントローラ３８へ制御を移す。
【００６１】
ステップＳ３５では、水素充填設備３１のコントローラ３８が、水素充填設備３１の圧力計３６及び温度計３７の検出値を入力する。ステップＳ３６で、圧力、温度をＰＷＭ信号に変換する。ステップＳ３７で、各ＰＷＭ信号を出力する。ステップＳ３８で、圧力、温度を示すＰＷＭ信号の組み合わせを、ガス定数で決まる温度圧力マップ（図７参照）と比較し、ステップＳ３９で正常範囲であるか否かを判定する。正常範囲内である場合には、ステップＳ４０で、車両用燃料装置２の異常履歴を記憶し、水素充填設備３１のコントローラ３８で変換したＰＷＭ信号を用いて、遮断弁１１の開閉を制御する。
【００６２】
ステップＳ３９の判定で、ＰＷＭ信号の組み合わせが、ガス定数で決まる温度圧力マップの異常範囲である場合、ステップＳ４１で充填ラインの異常履歴の記憶を残し、遮断弁１１を閉制御し、燃料充填作業を中止する。
【００６３】
これにより、車両用燃料装置２のコントローラ１６の異常、および水素充填設備３１のコントローラ３８の異常を容易に検出可能となるとともに、一方が異常で、他方が正常の場合、燃料充填を行うことができるという効果がある。
【００６４】
〔第４実施形態〕
次に、本発明に係る車両用燃料装置の第４実施形態、及びこの車両用燃料装置から燃料を放出するための燃料放出設備について説明する。
【００６５】
図８は、第４実施形態の車両用燃料装置５２と、燃料放出設備６１を説明するものである。同図において、車両用燃料装置５２の構成は、図１に示した第１実施形態の車両用燃料装置２に、減圧弁８に一端部が接続された放出配管５４と、放出配管５４の途中に設けられた圧力調整及び開閉制御が可能な調圧遮断弁５５と、放出配管５４の他端部に設けられた放出用レセプタクル５３と、放出用レセプタクル５３と一体に設けられた電気信号コネクタ５６と、電気信号コネクタ５６とコントローラ１６とをそれぞれ接続するアース線５７及び状態信号線５８と、が追加されている点が異なる。その他の構成要素は、第１実施形態と同様であるので、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。尚、本実施形態の動作に直接関係のない構成要素は、一部省略して図示してある。
【００６６】
燃料放出設備６１は、放出配管６４の先端部に設けられたノズル６３を車両用燃料装置５２の放出用レセプタクル５３へ接続することにより、車両用燃料装置５２から燃料を放出可能となっている。放出配管６４には、水素圧力を検出する圧力計６６、温度を検出する温度計６７が設けられ、それぞれ圧力信号、温度信号を燃料放出設備６１の制御部であるコントローラ６８へ出力する。
【００６７】
また、コントローラ６８には、放出配管６４と一体化されたアース線６９及び状態信号線７０のそれぞれの一端が接続され、これらの他端は、ノズル６３と一体化された電気信号コネクタ７１に接続されている。
【００６８】
これにより、燃料放出設備６１の燃料放出ライン６２の先端部に設けられたノズル６３が車両用燃料装置５２の放出用レセプタクル５３に接続されると、燃料放出設備６１の電気信号コネクタ７１も車両用燃料装置５２の電気信号コネクタ５６に同時に接続され、放出配管５４、放出配管６４の接続と同時に、アース線５７、６９及び状態信号線５８、７０の接続が確立される。
【００６９】
本実施形態における燃料放出ラインは、第１〜第３実施形態の燃料充填ラインと同様に、車両用燃料装置５２と燃料放出設備６１との間を接続するアース線６９及び状態信号線７０を、放出配管６４と一体化して、燃料放出ライン６２とすることで、燃料放出時の接続個数を減らすことができる。
【００７０】
ノズル６３と放出用レセプタクル５３との嵌合により、初めて調圧遮断弁５５は開となり、放出ラインが繋がり、燃料放出可能となる。
【００７１】
放出配管５４に設置された調圧遮断弁５５は、コントローラ１６から調圧制御及び遮断制御が可能であり、コントローラ１６が調圧遮断弁５５を駆動する信号に、車両用燃料装置５２と燃料放出設備６１との間でやり取りする温度、圧力等の状態信号をＰＷＭ信号に変換したものを用いることにより、第３実施形態と同様に、異常時は特別な制御を行うことなく、調圧遮断弁５５を調整して流量制御及び遮断することができる。また車両用燃料装置５２のコントローラ１６の異常、および燃料放出設備６１のコントローラ６８の異常を容易に検出可能となる。以上の制御を燃料充填設備と同様に、独立して行うことができる。
【００７２】
これにより、特に高圧水素ガスを燃料とした場合に発生する燃料放出時の温度低下による配管凍結などの問題点も解決できる。特に温度に関して、許容上限温度を超えた場合は調圧遮断弁５５を全遮断する。また、上限温度から低温になるに従い、調圧遮断弁５５を全開から閉方向に調圧する。
【００７３】
尚、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属するすべての設計変更をも含む趣旨である。
【００７４】
たとえば、上記の説明では簡略化のために、温度、圧力の２値をパラメータとしたが、湿度、外気温、容器本数、容器容量などの補正パラメータを加えることができる。
【００７５】
また、車両用燃料装置のコントローラは、車両側の温度、圧力信号を使用しているが、これは水素充填設備側のコントローラと設備側の温度、圧力信号をクロス使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図２】燃料レセプタクルと充填ノズルとの接続の様子を模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態における高圧水素充填作業の流れを説明するフローチャートである。
【図４】第２実施形態における（ａ）アナログ圧力（温度）信号からＰＷＭ信号への変換を説明する図、（ｂ）低圧力時のＰＷＭ信号の例を示す波形図、（ｃ）高圧力時のＰＷＭ信号の例を示す波形図である。
【図５】本発明に係る燃料充填システムの第２実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明に係る燃料充填システムの第３実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図７】第３実施形態における温度−圧力マップの例を示す図である。
【図８】本発明に係る車両用燃料装置及び燃料充填設備を用いた燃料充填システムの第４実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図９】第４実施形態における温度に対する調圧遮断弁の開度を示すグラフである。
【符号の説明】
１…燃料充填システム
２…車両用燃料装置
３…燃料容器
４…容器元弁
５…供給ライン
６…遮断弁
７…溶栓弁
８…減圧弁
９…燃料レセプタクル
１０…充填配管
１１…遮断弁
１２…逆止弁
１３…電気信号コネクタ
１４…アース線
１５…状態信号線
１６…コントローラ
１７…圧力計
１８…温度計
１９…駆動線
２０…リレー
３１…水素充填設備
３２…燃料充填ライン
３３…充填ノズル
３４…遮断弁
３５…充填配管
３６…圧力計
３７…温度計
３８…コントローラ
３９…アース線
４０…状態信号線
４１…電気信号コネクタ
Claims (4)
- 車両外部の燃料充填設備(31)から燃料充填ライン(32)を介して供給される燃料を車両に搭載された燃料容器(3) に充填する車両用燃料装置(2) において、
前記燃料充填設備(31)と前記車両用燃料装置 (2) との間にアース線 (14) 及び信号(15)を接続するための車両側の電気信号コネクタ(13)と、前記燃料充填ライン(32)が接続される車両側の燃料レセプタクル(9) とを一体化し、
前記電気信号コネクタ (13) を介して前記車両用燃料装置 (2) と前記燃料充填設備 (31) との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁（ 11) を前記燃料レセプタクル (9) と前記燃料容器 (3) との間に備え、
前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁 (11) を閉じるように制御するか、或いは前記燃料充填設備 (31) に設けられた電磁遮断弁 (34) を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うことを特徴とする車両用燃料装置 (2) 。 - 車両に設けられた車両用燃料装置 (2) に燃料充填ライン (32) を介して燃料を充填する燃料充填設備 (31) において、
該燃料充填設備 (31) と前記車両用燃料装置 (2) との間にアース線（ 39) 及び信号 (40) を接続するための通信ラインと、前記燃料充填ライン (32) とを一体化するとともに、
前記通信ラインの先端部に設けられた電気信号コネクタ (41) と、前記燃料充填ライン (32) の先端部に設けられた充填ノズル (33) とを一体化し、
前記電気信号コネクタ (41) を介して前記車両用燃料装置 (2) と前記燃料充填設備 (31) との間にアース線の接続が確立されると開状態とすることができる電磁遮断弁 (34) を備え、
前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記電磁遮断弁 (34) を閉じるように制御するか、或いは前記車両用燃料装置 (2) に設けられた電磁遮断弁 (11) を閉じるための制御信号を送出するかの少なくとも一方を行うことを特徴とする燃料充填設備 (31) 。 - 請求項１記載の車両用燃料装置 (2) と請求項２記載の燃料充填設備 (31) とを備えた燃料充填システム (1) であって、
前記信号に基づいて異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置 (2) の電磁遮断弁 (11) または前記燃料充填設備 (31) の電磁遮断弁 (34) 、あるいは双方の電磁遮断弁（ 11,34) を閉じるように制御することを特徴とする燃料充填システム (1) 。 - 請求項１記載の車両用燃料装置 (2) と請求項２記載の燃料充填設備 (31) とを備えた燃料充填システム (1) であって、
前記車両用燃料装置 (2) と、前記燃料充填設備 (31) との双方にそれぞれコントローラ (16,38) を備え、一方のコントローラで異常が判定された場合には、他方のコントローラで燃料充填制御を行い、他方のコントローラでも異常が判定された場合には、前記車両用燃料装置 (2) の電磁遮断弁 (11) または前記燃料充填設備 (31) の電磁遮断弁（ 34) 、あるいは双方の電磁遮断弁 (11,34) を閉じるように制御することを特徴とする燃料充填システム (1) 。
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