JP5261408B2 - 燃料ガスステーション、燃料ガス充填システム、燃料ガス供給方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば車載の燃料タンクに燃料ガスを供給する燃料ガスステーションに関するものである。
この種の燃料ガスステーションとして、燃料電池車両の水素タンクに水素ガスを充填する水素ステーションが知られている。水素ステーションから放出される水素ガスは、その供給量がレギュレータによって調整されたり（例えば、特許文献１参照。）、その流量や圧力が調整されたりして（例えば、特許文献２参照。）、水素タンクに充填される。
特開２００３−２３２４９７号公報 特開２００９−１２７８５３号公報
ところで、水素タンク内に温度センサを設けて、充填開始時に水素タンク内の温度を把握すれば、別途把握した水素タンク内の圧力から、その残量を算出することができる。また、このような温度センサによれば、充填中、充填に伴って上昇する水素タンク内の温度が限界値を超えないような温度管理をすることができる。
ところが、温度センサにドリフト等による異常が生じている場合、水素タンク内の温度を正確に計測できず、充填開始時の残量を正しく把握できなくなる。また、充填中に、実際の温度よりも低く計測されてしまうと、限界温度を超えて充填されるおそれがある。逆に、実際の温度よりも高く計測されてしまうと、限界温度に達したと誤判断されて、所定の充填量を充填する前に充填が終了するおそれがある。
本発明は、燃料タンクにとって適切な充填が可能となるように、燃料タンク内の温度情報が正確であるか否かを確認することができる燃料ガスステーション、燃料ガス充填システム及び燃料ガス充填方法を提供することをその目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の燃料ガスステーションは、外部の燃料タンクに対して燃料ガスを供給するものにおいて、燃料タンク内の温度情報を取得する第１の温度取得部と、温度センサからなり、燃料ガスステーションが燃料タンクに供給する燃料ガスの温度情報を取得する第２の温度取得部と、所定時間燃料ガスを供給した際の第１の温度取得部及び第２の温度取得部の取得結果から、燃料タンク内の温度（以下、「タンク温度」という。）と燃料タンクに供給する燃料ガスの温度（以下、「供給温度」という。）との温度差を算出する算出部と、前記温度センサが正常であることを前提とした場合において、算出した温度差が所定の閾値を越えた場合に、燃料タンク内の温度情報が異常であると判断する判断部と、異常であると判断した場合に、正常時に比べて燃料タンクへの燃料ガスの供給流量及び供給量の少なくとも一つを低減する運転制御部と、を備えたものである。
本発明によれば、例えば燃料タンク内の温度情報のみからその正確性を判断する場合に比べて、より精度良く判断することができる。しかも、燃料ガスステーションからの供給を利用して、その外部にある燃料タンク内の温度情報の正確性を確認することができる。したがって、例えば燃料タンクが車両に搭載されている場合には、定期点検等のために車両を店舗に持ち込まなくとも、燃料ガスステーションでの供給のたびに上記判断をすることも可能となる。そして、燃料タンク内の温度情報が異常であることが確認された場合には、燃料タンクへの燃料ガスの必要以上の供給を抑制することができる。
好ましくは、運転制御部は、上記の異常の旨が判断された場合に、燃料タンクへの燃料ガスの供給を停止するとよい。
好ましくは、上記の所定の閾値は、燃料タンクに関する特性に応じて異なるとよい。また好ましくは、燃料タンクが移動体に搭載されている場合には、所定の閾値は、所定時間燃料ガスを供給する直前における、外気温、移動体の走行状況及び走行地域、並びに移動体での燃料ガスの消費状況の少なくとも一つに応じて異なるとよい。
こうすることで、一定の閾値を用いる場合よりも、燃料タンク内の温度情報の正確性をより一層精度良く判断することができる。例えば、燃料タンクに関する特性として、燃料タンクの仕様（例えば、放熱性や断熱性）や、移動体に搭載された場合の燃料タンクの搭載場所（例えば、走行風の影響度合いや、周辺の熱源の存在など）を考慮した閾値を用いることができる。
好ましくは、第１の温度取得部及び第２の温度取得部は、所定時間の燃料ガスの供給が正常時における供給流量よりも小さい供給流量にて行われた際に、それぞれ、対象の温度情報を取得するとよい。
これにより、小さい供給流量であれば供給に伴う燃料タンク内の温度上昇が抑えられる。このため、燃料タンク内の温度情報が正確であるか否かを判断する過程において、燃料タンク内の状態が限界値を超えることを抑制することができる。また、上記の所定の閾値を評価やシミュレーションにより予め求める過程も簡素化することも可能となる。
ここで、小さい供給流量で供給した場合であっても、燃料タンク内では温度上昇が起き得るため、タンク温度は供給温度よりも高くなり得る。したがって、これとは逆の結果が生じている場合には、燃料タンク内の温度情報が不正確である可能性がある。
そこで、好ましい一態様においては、第１の温度取得部及び第２の温度取得部の取得結果によれば、タンク温度が供給温度よりも低かった場合、判断部は、燃料タンク内の温度情報が異常であると判断するとよい。
こうすることで、異常の有無をより簡単に判断することができる。
別の好ましい一態様においては、燃料ガスステーションは、燃料タンクに供給する燃料ガスを冷却するプレクーラと、外気温情報を取得する第３の温度取得部を更に備え、所定時間燃料ガスを供給した際の第１の温度取得部及び第３の温度取得部の取得結果によればタンク温度が外気温を超えている場合、判断部は、燃料タンク内の温度情報が異常であると判断するとよい。
こうすることで、異常の有無をより簡単に判断することができる。
好ましくは、第１の温度取得部は、燃料タンク内にある温度センサの検出を通信により燃料タンク内の温度情報として取得するものであるとよい。
これにより、燃料タンク内の温度センサの異常の有無を燃料ガスステーションにて判断することできる。
好ましくは、燃料ガスステーションは、燃料タンクに向けて燃料ガスを外部に放出するノズルを備え、第２の温度取得部を構成する前記温度センサは、ノズルに設けられているとよい。
これにより、実際に供給される燃料ガスの実温度を簡単な構成により取得することができる。
本発明の燃料ガス充填システムは、上記した本発明の燃料ガスステーションと、燃料タンクを搭載した移動体と、を備える。
また、本発明の燃料ガス供給方法は、燃料ガスステーションの外部にある燃料タンクに対して燃料ガスステーションから燃料ガスを供給する燃料ガス供給方法において、所定時間燃料ガスを燃料タンクへ供給するステップと、この充填の際に、燃料タンク内の温度を検出すると共に、燃料ガスステーションが燃料タンクに供給する燃料ガスの温度を当該燃料ガスステーションに設けられた温度センサを用いて検出して、その温度差を算出するステップと、前記温度センサが正常であることを前提とした場合において、算出した温度差が所定の閾値を越えた場合に、検出した燃料タンク内の温度の情報を異常であると判断し、正常時に比べて燃料タンクへの燃料ガスの供給流量及び供給量の少なくとも一つを低減するステップと、を備える。
実施形態に係る燃料ガス充填システムの概略図である。 実施形態に係る燃料ガス充填システムの構成図である。 実施形態に係る燃料ガスステーションの制御装置の機能ブロック図である。 実施形態に係る燃料ガス充填システムの充填フローを示すフローチャートである。 実施形態の第１の変形例に係る充填フローを示すフローチャートである。 実施形態の第２の変形例に係る充填フローを示すフローチャートである。 実施形態の第３の変形例に係る充填フローを示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。ここでは、燃料ガス充填システムとして、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の燃料タンクに対して、水素ステーションから水素ガスを充填する例を説明する。なお、燃料電池システムは、公知のとおり、燃料ガス（例えば水素ガス）と酸化ガス（例えば空気）の電気化学反応によって発電する燃料電池などを備える。また、水素ガスの充填とは、水素ガスを水素ステーションから燃料タンクに供給する態様の一つである。
図１に示すように、燃料ガス充填システム１は、例えば燃料ガスステーションとしての水素ステーション２と、水素ステーション２から水素ガスを供給される車両３と、を備える。
図２に示すように、車両３は、燃料タンク３０、レセプタクル３２、圧力センサ３６、温度センサ３８、表示装置４２、通信機４４及び制御装置４６を備える。
燃料タンク３０は、燃料電池への燃料ガス供給源であり、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能な高圧タンクである。燃料タンク３０を複数搭載する場合には、燃料タンク３０は燃料電池に対して並列に接続される。燃料タンク３０内の水素ガスは、図示省略した供給管路を介して燃料電池に供給される。一方、燃料タンク３０への水素ガスの供給は、水素ガスが水素ステーション２からレセプタクル３２を介して充填流路３４に放出されることで行われる。充填流路３４は、燃料タンク３０外にあるガス配管と、燃料タンク３０の口部に取り付けられた図示省略のバルブアッセンブリ内にある流路部分と、からなる。また、充填流路３４には、水素ガスの逆流を防止するための逆止弁３５が設けられる。
圧力センサ３６は、水素ステーション２から放出された水素ガスの圧力を検出するものであり、充填流路３４に設けられる。例えば、圧力センサ３６は、逆止弁３５よりも下流側であって且つ燃料タンク３０の直前にある上記のガス配管に設けられ、実質的に燃料タンク３０内の水素ガスの圧力（以下、「タンク圧力」という。）を反映する圧力を検出する。
温度センサ３８は、上記バルブアッセンブリ内の流路部分に設けられ、燃料タンク３０内に配置される。温度センサ３８は、燃料タンク３０内の水素ガスの温度（以下、「タンク温度Ｔ2」という。）を反映する温度を検出する。なお、他の実施態様では、圧力センサ３６を燃料タンク３０内に配置してもよい。また、燃料タンク３０内における温度センサ３８の配置位置は、タンク温度Ｔ2を実質的に検出できる位置であれば特に限定されるものではないが、燃料タンク３０内への水素ガスの吹出し口の近傍にあることが好ましい。
表示装置４２は、例えばカーナビゲーションシステムの一部としても用いることが可能なものであり、各種情報を画面に表示する。通信機４４は、車両３が水素ステーション２との間で通信するためのものであり、例えば、赤外線通信等の無線通信を行う通信インターフェースを有する。通信器４４は、水素ステーション２の充填ノズル１２をレセプタクル３２に接続した状態で通信可能となるように、レセプタクル３２に組み込まれるか、あるいは車両３のリッドボックス内に固定される。制御装置４６は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、車両３を制御する。制御装置４６は、圧力センサ３６、温度センサ３８、表示装置４２及び通信機４４などと接続されており、車両３にて把握可能な情報、例えば圧力センサ３６及び温度センサ３８による検出情報を通信機４４を用いて、水素ステーション２に送信する。
水素ステーション２は、水素ステーション２にある各機器を制御する制御装置５と、車両３との間で通信するための通信機６と、各種情報を画面に表示する表示装置７と、水素ステーション２の設置場所の外気温を検出する外気温センサ８と、を備える。通信機６は、車両３の通信機４４に対応した形式のものであり、通信機４４との間で各種情報を送受信する。表示装置７は、充填中における充填流量（充填速度）及び充填量などの情報を表示する。表示装置７は、所望の充填量などを選択又は指定するための操作パネルを表示画面に具備するものであってもよい。
また、水素ステーション２は、水素ガスを貯蔵するカードル（ガス供給源）１１と、水素ガスを車載の燃料タンク３０に向けて放出する充填ノズル１２と、これらを結ぶガス流路１３と、を有する。充填ノズル１２は、充填カップリングとも称される部品であり、水素ガスの充填に際して、車両３のレセプタクル３２に接続される。充填ノズル１２とレセプタクル３２によって、水素ステーション２と燃料タンク３２とを接続する接続ユニットが構成される。また、充填ノズル１２には、水素ステーション２が燃料タンク３０に供給する水素ガスの圧力及び温度（以下、それぞれ、「供給圧力」及び「供給温度Ｔ1」という。）を検出する圧力センサ９及び温度センサ１０が設けられる。これらのセンサ９，１０を充填ノズル１２に設ければ、水素ステーション２から燃料タンク３０に実際に供給される水素ガスの実圧力及び実温度を簡単な構成により取得することができる。なお、温度センサ１０は充填ノズル１２の先端（燃料タンク３０側の部分）に設けられることがより好ましい。
ガス流路１３には、圧縮機１４、蓄圧器１５、プレクーラ１６、流量制御弁１７、流量計１８及びディスペンサ１９が設けられる。圧縮機１４は、カードル１１からの水素ガスを圧縮して吐出する。蓄圧器１５は、圧縮機１４によって所定圧力まで昇圧された水素ガスを蓄える。プレクーラ１６は、蓄圧器１５からの室温程度の水素ガスを所定の低温（例えば−２０℃）に冷却する。流量制御弁１７は、電気的に駆動される弁であり、制御装置５からの指令に従って、蓄圧器１５からの水素ガスの流量を調整する。これにより、燃料タンク３０への水素ガスの充填流量が制御される。この制御された充填流量が流量計１８によって計測され、その計測結果を受けて所望の充填流量となるように、制御装置５が流量制御弁１７をフィードバック制御する。なお、流量制御弁１７以外の流量制御装置を用いることも可能である。ディスペンサ１９は、水素ガスを充填ノズル１２へと送り出すものである。例えば、充填ノズル１２のトリガーレバーを引くとディスペンサ１９が作動し、充填ノズル１２から燃料タンク３０に向けて水素ガスの放出が可能となる。なお、図示省略したが、蓄圧器１４又はその下流側には、充填時にガス流路１３を開く遮断弁が設けられる。
制御装置５は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プログラムに従って所望の演算を実行して、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶し、ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御装置５は、図２において一点鎖線で示した制御線にて接続されている通信機６、表示装置７、外気温センサ８、圧力センサ９、温度センサ１０、流量制御弁１７及び流量計１８のほか、蓄圧器１５等とも電気的に接続される。例えば、制御装置５は、圧力センサ３６及び温度センサ３８が検出した圧力及び温度を、燃料タンク３０内の圧力及び温度（すなわち、タンク圧力及びタンク温度Ｔ2）として認識して、水素ガスの充填を制御する。詳細には、制御装置５は、通信機６から受け取った車両３側のタンク圧力及びタンク温度Ｔ2の情報をもとに流量制御弁１７の開度を制御する。また、制御装置５は、水素ステーション２にて把握可能な情報を通信機６を用いて、車両３に送信する。
図３に示すように、制御装置５は、車両３側の温度センサ３８の異常の有無を判断するための機能ブロックとして、記憶部６１、算出部６２、判断部６３及び運転制御部６４を備える。記憶部６１は、上記のＲＯＭやＲＡＭなどからなり、例えば、充填時に使用する充填流量マップや、温度センサ３８の異常判断に用いる閾値などを予め記憶する。詳細は後述するように、算出部６２は、供給温度Ｔ1とタンク温度Ｔ2との温度差を算出し、判断部６３は、温度センサ３８の異常の有無を判断する。運転制御部６４は、燃料タンク３０への水素ガスの充填を制御するものであり、例えば、記憶部６１から読み出した充填流量マップに基づいて、各種機器に制御指令を送信し、水素ガス充填を行うように各種機器を制御する。
以上の燃料ガス充填システム１において、車両３に水素ガスを充填する場合、先ず、充填ノズル１２をレセプタクル３２に接続し、この状態にて、ディスペンサ１９を作動させる。すると、充填ノズル１２から燃料タンク３０に向けて水素ガスが放出され、燃料タンク３０に充填される。
本実施形態の燃料ガス充填システム１及び燃料ガス供給方法では、充填の初期段階で水素ステーション２が温度センサ３８の異常の有無を判断することで、燃料タンク３０に適した充填を行っている。
次に、図４を参照して、燃料ガス充填システム１における充填フローを説明する。
なお、本充填フローは、水素ステーション２側の温度センサ１０が正常であることを前提としたものである。温度センサ１０の異常については、別の方法で、水素ステーション２側で確認することができるからである。
充填作業者によって、充填ノズル１２とレセプタクル３２の接続作業がなされ、水素ステーション２から燃料タンク３０への水素ガスの放出を許可する充填開始操作がなされると、水素ガスの充填が開始される（ステップＳ１）。
この充填開始からの所定時間（ｔ秒）までの充填初期段階では、小流量で充填が行われる（ステップＳ２）。
ここで、所定時間（ｔ秒）の長さは、温度センサ１０，３８が供給温度Ｔ1及びタンク温度Ｔ2を検出できて、検出したタンク温度Ｔ2の情報を通信により水素ステーション２に伝えることが可能な長さであればよい。好ましくは、できるだけ短時間であり、例えば数十秒である。
また、充填初期段階における小流量は、本充填（ステップＳ４）を行うときの充填流量（供給流量）よりも小さいものに設定される。また、この小流量は、燃料タンク３０内でガス温度上昇がほとんど発生しない程度の非常にゆっくりとした流量であることが好ましい。好ましい一例を挙げると、充填初期段階における充填流量は、本充填における充填流量の１／１０又は１／２０である。また、この小流量の充填流量は、可変流量とすることも可能であるが、一定の流量であることが好ましい。
次のステップＳ３では、供給温度Ｔ1とタンク温度Ｔ2との温度差△Ｔ（＝Ｔ2−Ｔ1）が算出され、この算出した温度差△Ｔが閾値Ｔthと比較される（ステップＳ３）。このステップＳ３は、上記の充填初期段階で行われる。
ここで、温度差△Ｔの算出について具体的に説明する。
充填初期段階の際、先ず、供給温度Ｔ1及びタンク温度Ｔ2に関する各温度情報が取得される。ここで、供給温度Ｔ1の温度情報は、温度センサ１０によって取得されて、温度センサ１０から制御装置５に直接送られる。一方、タンク温度Ｔ2の温度情報は、温度センサ３８によって検出されたものが制御装置４６、通信機４４及び通信機６の順で伝えられた後、通信機６から制御装置５に送られる。このようにして、制御装置５に送られてきた供給温度Ｔ1及びタンク温度Ｔ2に関する各温度情報の取得結果から、算出部６２は、両者の温度差△Ｔを算出する。温度差△Ｔは、例えば所定時間（ｔ秒）の経過時又はそれまでのあるタイミングにおける、タンク温度Ｔ2から供給温度Ｔ1を減算した値である。
なお、念のため後述の特許請求の範囲に記載の文言との関係に言及すると、本実施形態においては、温度センサ１０が特許請求の範囲に記載の「第２の温度取得部」を構成する。また同様に、温度センサ３８の検出結果を通信によりタンク温度Ｔ2の温度情報として取得する通信機６が、特許請求の範囲に記載の「第１の温度取得部」を構成する。
温度差△Ｔの算出後は、判断部６３によって、温度差△Ｔが閾値Ｔthを超えるか否かが判断される（ステップＳ３）。
ここで、上記のように、充填初期段階において、燃料タンク３０内でガス温度上昇がほとんど発生しない程度の非常にゆっくりとした小流量での充填が行われている場合、供給温度Ｔ1とタンク温度Ｔ2とは、ほとんど等しくなり、これらの温度は、プレクーラ１６により冷却された温度（上記の例の場合、−２０℃）となる。ただし、燃料タンク３０内でガス温度上昇がほとんど発生しない程度の小流量とはいえ、燃料タンク３０内に供給された水素ガスは膨張するので、多少のガス温度上昇は起き得る。このため、正常時であれば、タンク温度Ｔ2が供給温度Ｔ1よりも僅かに大きくなることはあっても、供給温度Ｔ1がタンク温度Ｔ2よりも大きくなることはない。
このような点に鑑みると、温度差△Ｔと比較する閾値Ｔthとしては、０を用いることができる。ただし、閾値Ｔthとしては、上記の僅かな温度上昇量を加味して０よりも大きい値（例えば、５℃など）を用いることが好ましい。また、この温度上昇量に余裕を持たせた値（例えば、７℃など）を閾値Ｔthに用いることがより好ましい。なお、この温度上昇量については、評価結果やシミュレーション等により得ることができる。
加えて、閾値Ｔthは、一定の値を用いることもできるが、燃料タンク３０に関する特性に応じて異なることが好ましい。
詳述すると、燃料タンク３０は、その材料、表面積及び構造等によって、放熱性、断熱性又は温度上昇率が異なる。例えば、燃料タンク３０のライナーとしてアルミニウムを用いた場合には、樹脂（ポリエチレンなど）を用いた場合よりも、放熱性は優れたものとなる。また、樹脂ライナーにおける樹脂の特性や配合割合によっても、放熱性等は異なるものとなる。加えて、車両３における燃料タンク３０の搭載位置によっても、走行風の影響度合いや、燃料タンク３０周辺の熱源の存在などにより、燃料タンク３０の冷却特性も異なる。このように、燃料タンク３０自身の放熱性等の特性や、燃料タンク３０に影響を及ぼす特性は、現在又は将来の車両又は燃料タンクにおいて必ずしも同じというわけではない。
そこで、本実施形態の好ましい一態様では、閾値Ｔthは、車両３に搭載した燃料タンク３０に関する上記の特性を考慮したものを用いてもよい。一例を挙げると、アルミライナーを有する燃料タンク３０である場合には、樹脂ライナーを有する燃料タンク３０である場合に比べて、閾値Ｔthを小さく設定することができる。
閾値Ｔthについては、予め記憶部６１に記憶させておけばよい。しかし、燃料タンク３０に関する特性に応じて閾値Ｔthを変更する場合には、この特性に関する情報を水素ステーション２に入力する必要がある。そのための方法として、通信を用いることが好ましい。具体的には、車両３の制御装置４６の記憶部に、燃料タンク３０に関する特性の情報を記憶させておき、この情報を充填初期段階において通信機４４−通信機６間の通信により水素ステーション２の制御装置５に送るようにする。こうすることで、水素ステーション２側で燃料タンク３０に関する特性の情報を予め記憶しておかなくとも、充填初期段階において、水素ステーション２にて、燃料タンク３０に関する特性に応じた閾値Ｔthを決定し、用いることができる。
ステップＳ３の結果、温度差△Ｔが閾値Ｔth以下である場合には（ステップＳ３；ＮＯ）、温度センサ３８が正常であると判断されて、運転制御部６４が本格的な充填を開始する（ステップＳ４）。この本充填では、運転制御部６４が、車両３側から通信により受け取った充填初期段階の始期又は終期におけるタンク圧力及びタンク温度Ｔ2などの情報を、記憶部６１に保存している充填流量マップに参照して、燃料タンク３０への最適な充填流量を選択し、流量制御弁１７の開度を制御する。
一方、ステップＳ３の結果、温度差△Ｔが閾値Ｔthを越える場合には（ステップＳ３；ＹＥＳ）、温度センサ３８が異常であると判断される（ステップＳ５）。換言すると、判断部６３は、充填初期段階で取得された燃料タンク３０内の温度情報が異常であると判断する。
温度センサ３８が異常であると判断された場合、燃料ガス充填システム１では、必要な対策処理が実行される（ステップＳ６）。例えば、運転制御部６４は、本充填（ステップＳ４）を行う場合よりも、充填流量（供給流量）及び充填量（供給量）の少なくとも一つを低減する。一例を挙げると、運転制御部６４は、本充填の際に充填流量マップから選択する充填流量よりも小さい充填流量（供給流量）を選択し、燃料タンク３０に対して負担とならないような充填を行う。この場合、通信を使わずに、安全側の充填流量又は充填量を選択するようにしてもよい。別の対策処理の例では、運転制御部６４は、燃料タンク３０への充填を停止してもよい。
また、充填に関する上記対策処理とは別個に又はこれと併せて、異常判断の旨を報知する対策処理を実行してもよい。例えば、表示装置７及び表示装置４２の少なくとも一つに、温度センサ３８が異常である旨又はその修理等を促す旨を表示することができる。また、温度センサ３８が異常であると判断した旨の履歴を、制御装置５，４６の記憶部に保存する対策処理も行うことができる。
以上説明した本実施形態によれば、充填開始時に、水素ステーション２からの充填を利用して、車両３側の温度センサ３８の異常の有無を水素ステーション２側で判断することができる。特に、温度センサ３８の異常の有無については、充填中の供給温度Ｔ1及びタンク温度Ｔ2の差を閾値Ｔthと比較することで判断しているので、タンク温度Ｔ2に関する温度情報のみから判断する場合に比べて、より精度良く判断することができる。
また、燃料タンク３０内の温度情報が正確であるか否かを確認することができるので、燃料タンク３０の限界温度を超えないような適切な充填を行うことができる。例えば、温度センサ３８が異常であると判断された場合、必要以上の充填流量及び充填量が燃料タンク３０に充填されないように充填を継続することができる。
加えて、温度センサ３８の異常の有無を判断する際に用いる充填流量を小流量としているため、この判断の過程において、燃料タンク３０内の状態が限界値を超えることを抑制することができる。また、その小流量を燃料タンク３０内でガス温度上昇がほとんど発生しない程度のものとした場合には、閾値Ｔthを求める際の評価試験やシミュレーションの過程も簡素化することができる。
＜変形例＞
次に、本実施形態のいくつかの変形例について説明する。
＜第１の変形例＞
図５に示す第１の変形例が上記実施形態と相違する点は、ステップＳ３の代わりにステップＳ１３を行う点である。なお、ステップＳ１１，１２，１４〜１６は、図４のステップＳ１，２，４〜６と同じであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
ステップＳ１３では、ステップＳ３と同様に、供給温度Ｔ1とタンク温度Ｔ2との温度差を算出して閾値Ｔthと比較するが、その算出の際に、供給温度Ｔ1に所定のマイナス幅αを持たせるようにしている。この理由について以下に詳述する。
車両３が高負荷走行をする場合、燃料電池では多くの水素ガスが消費され、燃料タンク３０からは多くの水素ガスが燃料電池に向けて放出される。この放出によりタンク温度Ｔ2は低下する。このため、車両３が寒冷の環境下で高負荷走行した直後に水素ステーション２で充填される場合には、充填初期段階において、供給温度Ｔ1がタンク温度Ｔ2よりも大きいものとして検出されることが考えられる。したがって、この点を考慮しないで図４に示すステップＳ３を行うと、温度センサ３８にドリフトによる異常が起きているにも関わらず、本充填が行われてしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、寒冷の環境下で車両３が高負荷走行した後に充填を行う場合には、図５の充填フローを用いて、供給温度Ｔ1にマイナス幅αを持たせている（ステップＳ１３）。
ここで、ステップＳ１３に示す式を変換すると、以下の式（１）に示すとおりとなる。
Ｔ2−Ｔ1＞Ｔth−α ・・・（１）
式（１）から理解されるように、ステップＳ１３は、温度差△Ｔ（＝Ｔ2−Ｔ1）と比較する閾値Ｔthにマイナス幅αを持たせていると考えることもできる。また、充填直前に寒冷の環境下で車両３が高負荷走行していたか否かに基づいて、閾値Ｔthの大きさを変更していると考えることもできる。
ここで、閾値Ｔthの大きさの変更の度合い、すなわちマイナス幅αの大きさについては、一定値（例えば、α＝１０℃）を用いることが可能であるが、充填直前の様々な条件を考慮して可変することもできる。例えば、車両３での水素ガスの消費状況（車両３の仕様）、車両３の走行状況、走行地域、及び外気温の少なくとも一つに応じて、マイナス幅αの大きさ（すなわち、温度差△Ｔと比較する閾値の大きさ）を可変してもよい。
具体例を挙げると、車両３での単位時間当たりの水素ガスの消費が多い場合には、それが少ない場合よりも高負荷走行していると考えられるため、タンク温度Ｔ2がより下がっている。このため、マイナス幅αとしては、前者の場合について後者の場合よりも大きくすればよい。
また、上記の例のうち、車両３の走行状況とは、例えば、車両３の最高速度や平均速度であり、これらが大きい場合ほど、マイナス幅αを大きくしてもよい。さらに、車両３の走行地域が寒冷地であるかどうかをＧＰＳなどで把握して、マイナス幅αの大きさを決定してもよい。これらの情報については、車両３側から通信により水素ステーション２が充填開始時に受信し、水素ステーション２が、充填初期段階において、個々の情報に適したマイナス幅αを決定すればよい。
一方、外気温については、上記の外気温センサ８で取得し、その大きさに応じてマイナス幅αの大きさを決定してもよい。なお、外気温は、水素ステーション２の立地条件を示す指標ともなる。また、マイナス幅αの大きさを、上記した燃料タンク３０に関する特性に応じて可変してもよい。
以上説明した第１の変形例によれば、上記実施形態による作用効果に加えて、寒冷の環境下で車両３が高負荷走行した後に水素ガスを充填する場合であっても、温度センサ３８の異常の有無をより正確に判断することができる。なお、水素ステーション２が図４に示すフローを読み出すか、あるいは図５に示すフローを読み出すかは、充填開始前の状況を考慮して決めればよい。この充填開始前の状況については、例えば、車両３の走行状況又は水素ガスの消費状況と、外気温とから把握することができる。
＜第２の変形例＞
図６に示す第２の変形例が上記実施形態（図４）と相違する点は、ステップＳ２４の判断を行う点である。なお、ステップＳ２１〜２３、２５〜２７は、図４のステップＳ１〜６と同じであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
本変形例においては、温度差△Ｔ（＝Ｔ2−Ｔ1）が閾値Ｔth以下である場合に（ステップＳ２３；ＮＯ）、さらに、タンク温度Ｔ2を外気温Ｔ3と比較している（ステップＳ２４）。この外気温Ｔ3は、充填初期段階における外気温センサ８の取得結果に基づくものである。
詳述するに、充填初期段階では、タンク温度Ｔ2は、プレクーラ１６により冷却された温度（上記の例の場合、−２０℃）となる。かなりの寒冷の環境下でない限り、充填初期段階では、タンク温度Ｔ2は外気温Ｔ3よりも小さいことになる。そこで、本変形例においては、タンク温度Ｔ2が外気温Ｔ3を超える場合には（ステップＳ２４；ＮＯ）、温度差△Ｔが閾値Ｔth以下であったとしても、判断部６３が温度センサ３８を異常であると判断し（ステップＳ２６）、運転制御部６４がその後の対策処理（ステップＳ２７）を行う。一方、タンク温度Ｔ2が外気温Ｔ3以下の場合には（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、判断部６３は温度センサ３８が正常であるとの判断を維持し、運転制御部６４がその後の本充填（ステップＳ２５）を行う。
このように、第２の変形例によれば、タンク温度Ｔ2を供給温度Ｔ1と比較するだけではなく、外気温Ｔ3とも比較しているので、温度センサ３８の異常の有無の判断の正確性をより向上することができる。なお、第２の変形例を第１の変形例に適用することも可能である。
＜第３の変形例＞
図７に示す第３の変形例が第２の変形例と相違する点は、ステップＳ２４の代わりにステップＳ３４を行う点である。なお、その他のステップは互いに同じであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
ステップＳ３４では、タンク温度Ｔ2と比較する外気温Ｔ3にプラス幅βを持たせている。プラス幅βの大きさとしては、一定値（５℃又は１０℃など）を用いることができるが、可変してもよい。
ここで、外気温Ｔ3にプラス幅βを持たせた方がよい因子としては、次の４つが考えられる。
第１の因子は、充填に伴う燃料タンク３０内のガス温度上昇である。これは、上記の小流量での充填を行えば燃料タンク３０内の温度上昇は抑えられているが、多少は温度上昇が起こり得るからである。この場合、温度上昇の度合いは燃料タンク３０の放熱性等により異なるため、プラス幅βの大きさについても、上記した燃料タンク３０の放熱性に応じて異なる値を用いることが好ましい。
第２の因子は、充填直前における燃料タンク３０のおかれている環境の温度である。例えば、真冬に車両３が暖房の効いたガレージにあり、そこから出庫した直後に充填をした場合には、充填初期段階において、タンク温度Ｔ2が外気温Ｔ3よりも高い可能性がある。また、真冬や真夏などで日なたに車両３をしばらく放置した直後に充填をした場合にも、充填初期段階において、タンク温度Ｔ2が外気温Ｔ3よりも高い可能性がある。したがって、このような状況を考慮して、プラス幅βを設定することが好ましい。
第３の因子は、燃料タンク３０の搭載場所の周辺における熱源である。このような熱源がある場合にも、充填初期段階において、タンク温度Ｔ2が外気温Ｔ3よりも高くなる可能性があるからである。
第４の因子は、水素ステーション２の立地条件である。例えば、水素ステーション２の外気温が、プレクーラ１６により冷却される温度（上記の例：−２０℃）よりも低い低温環境下の場合にも、充填初期段階において、タンク温度Ｔ2が外気温Ｔ3よりも高くなる可能性があるからである。
このように、第３の変形例によれば、ステップＳ３４の判断において、タンク温度Ｔ2を外気温Ｔ3と単に比較するのではなく、外気温Ｔ3にプラス幅βを持たせているので、第２の変形例よりも、より一層、温度センサ３８の異常の有無の判断の正確性を向上することができる。なお、第３の変形例も第１の変形例に適用することができる。
＜第４の変形例＞
第４の変形例は、上記実施形態における第１〜第３の温度取得部の変形例に係るものであり、第１〜第３の変形例にも適用することができる。
・第１の温度取得部について
タンク温度Ｔ2に関する温度情報を取得する第１の温度取得部として、通信機６以外のものを用いることも可能である。例えば、充填作業者が温度センサ３８の検出結果を水素ステーション２に手動で入力するための入力装置を、第１の温度取得部として用いることができる。
・第２の温度取得部について
供給温度Ｔ1に関する温度情報を取得する第２の温度取得部として、充填ノズル１２に設けた温度センサ１０を用いたが、充填ノズル１２以外の位置に設けた温度センサを用いることも可能である。例えば、充填ノズル１２の直前のホース部分（ガス流路１３の一部）に設けた温度センサを用いてもよい。
・第３の温度取得部について
外気温情報を取得する第３の温度取得部として、水素ステーション２側の外気温センサ８を用いたが、車両３側に設けた外気温センサを利用することもできる。この場合も、水素ステーション２内の第３の温度取得部としては、車両３側に設けた外気温センサの検出を通信により取得する通信機（例えば、上記の通信機６）が該当することになる。
本発明の燃料ガスステーション、燃料ガス充填システム及び燃料ガス供給方法は、水素ガスのみならず、天然ガスなど他の燃料ガスにも適用することができる。また、車両に限らず、航空機、船舶、ロボットなど、外部からの燃料ガスの充填先として燃料タンクを搭載した移動体に適用することができる。
１：燃料ガス充填システム、２：燃料ガスステーション、３：車両、５：制御装置、６：通信機（第１の温度取得部）、８：外気温センサ（第３の温度取得部）、１０：温度センサ（第２の温度取得部）、３０：燃料タンク、３８：温度センサ、６２：算出部、６３：判断部、６４：運転制御部

Claims (11)

  1. 外部の燃料タンクに対して燃料ガスを供給する燃料ガスステーションにおいて、
    前記燃料タンク内の温度情報を取得する第１の温度取得部と、
    温度センサからなり、当該燃料ガスステーションが前記燃料タンクに供給する燃料ガスの温度情報を取得する第２の温度取得部と、
    所定時間燃料ガスを供給した際の前記第１の温度取得部及び前記第２の温度取得部の取得結果から、前記燃料タンク内の温度（以下、「タンク温度」という。）と当該燃料タンクに供給する燃料ガスの温度（以下、「供給温度」という。）との温度差を算出する算出部と、
    前記温度センサが正常であることを前提とした場合において、算出した温度差が所定の閾値を越えた場合に、前記燃料タンク内の温度情報が異常であると判断する判断部と、
    前記異常の旨が判断された場合に、正常時に比べて前記燃料タンクへの燃料ガスの供給流量及び供給量の少なくとも一つを低減する運転制御部と、を備えた、燃料ガスステーション。
  2. 前記運転制御部は、前記異常の旨が判断された場合に、前記燃料タンクへの燃料ガスの供給を停止する、請求項１に記載の燃料ガスステーション。
  3. 前記所定の閾値は、前記燃料タンクに関する特性に応じて異なる、請求項１又は２に記載の燃料ガスステーション。
  4. 前記燃料タンクが移動体に搭載されている場合、
    前記所定の閾値は、前記所定時間燃料ガスを供給する直前における、外気温、前記移動体の走行状況及び走行地域、並びに当該移動体での燃料ガスの消費状況の少なくとも一つに応じて異なる、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料ガスステーション。
  5. 前記第１の温度取得部及び第２の温度取得部は、前記所定時間の燃料ガスの供給が正常時における供給流量よりも小さい供給流量にて行われた際に、それぞれ、対象の温度情報を取得する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料ガスステーション。
  6. 前記第１の温度取得部及び前記第２の温度取得部の取得結果によれば、前記タンク温度が前記供給温度よりも低かった場合、
    前記判断部は、前記燃料タンク内の温度情報が異常であると判断する、請求項５に記載の燃料ガスステーション。
  7. 前記燃料タンクに供給する燃料ガスを冷却するプレクーラと、
    外気温情報を取得する第３の温度取得部と、を更に備えており、
    前記所定時間燃料ガスを供給した際の前記第１の温度取得部及び前記第３の温度取得部の取得結果によれば、前記タンク温度が外気温を超えている場合、
    前記判断部は、前記燃料タンク内の温度情報が異常であると判断する、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料ガスステーション。
  8. 前記第１の温度取得部は、前記燃料タンク内にある温度センサの検出を通信により前記燃料タンク内の温度情報として取得するものである、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の燃料ガスステーション。
  9. 前記燃料タンクに向けて燃料ガスを外部に放出するノズルを更に備え、
    前記第２の温度取得部を構成する前記温度センサは、前記ノズルに設けられている、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の燃料ガスステーション。
  10. 燃料タンクを搭載した移動体と、
    前記燃料タンクに対して燃料ガスを供給する燃料ガスステーションと、を備えた燃料ガス充填システムにおいて、
    前記燃料ガスステーションは、
    前記燃料タンク内の温度情報を取得する第１の温度取得部と、
    温度センサからなり、当該燃料ガスステーションが前記燃料タンクに供給する燃料ガスの温度情報を取得する第２の温度取得部と、
    所定時間燃料ガスを供給した際の前記第１の温度取得部及び前記第２の温度取得部の取得結果から、前記燃料タンク内の温度と当該燃料タンクに供給する燃料ガスの温度との温度差を算出する算出部と、
    前記温度センサが正常であることを前提とした場合において、算出した温度差が所定の閾値を越えた場合に、前記燃料タンク内の温度情報が異常であると判断する判断部と、
    前記異常の旨が判断された場合に、正常時に比べて前記燃料タンクへの燃料ガスの供給流量及び供給量の少なくとも一つを低減する運転制御部と、を備えた、燃料ガス充填システム。
  11. 燃料ガスステーションの外部にある燃料タンクに対して当該燃料ガスステーションから燃料ガスを供給する燃料ガス供給方法において、
    所定時間燃料ガスを前記燃料タンクへ供給するステップと、
    この供給の際に、前記燃料タンク内の温度を検出すると共に、前記燃料ガスステーションが前記燃料タンクに供給する燃料ガスの温度を当該燃料ガスステーションに設けられた温度センサを用いて検出して、その温度差を算出するステップと、
    前記温度センサが正常であることを前提とした場合において、算出した温度差が所定の閾値を越えた場合に、検出した燃料タンク内の温度の情報を異常であると判断し、正常時に比べて前記燃料タンクへの燃料ガスの供給流量及び供給量の少なくとも一つを低減するステップと、を備えた、燃料ガス供給方法。
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