JP6179057B2 - 燃料ガス充填システム、燃料ガス充填方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスの充填技術に関する。

従来、高圧の水素をＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle：燃料電池自動車）に充填するための水素充填装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された水素充填装置は、圧縮機及び蓄圧器から構成され、ＦＣＶのタンクに応じた目標流量を決定し、決定した目標流量にしたがって吐出流量が制御される。目標流量が圧縮機の最大吐出量より低い場合、圧縮機のみから水素が供給される。

特開２０１３−１３０２１８号公報

ところで、近年、２０１５年のＦＣＶの市場形成を目指し、基準規格整備等の基盤整備が進められている。中でも、水素ステーションにおいて安全で効率的な急速充填手順を規定する充填プロトコルの策定は重要な課題とされている。充填プロトコルとは、車載高圧水素容器に燃料である水素を安全に効率よく充填する条件を提示するプロトコルである。
蓄圧器の残圧の低い順からの切り替えによる差圧充填（カスケード充填）を採用する水素ステーションの場合、ＦＣＶへの水素の充填中に、圧力の下がった蓄圧器から高い圧力の蓄圧器へ切り替える際には以下のような問題が生じるおそれがある。

例えば、蓄圧器の切り替えタイミングが遅いと、目標となる昇圧率（以下、「目標昇圧率」という。）に追従できず、昇圧率が低下してしまう。このような場合に充填圧力の目標昇圧率の公差の下限が検知されると、一旦充填を停止するため、連続した充填が不可能となってしまう。また、公差の下限以内であっても、昇圧率が低下している状態でＦＣＶに充填する蓄圧器を高い圧力の蓄圧器に切り替えた場合、流量を調節する調節弁の開度を瞬時に適正値に絞れないため、ＦＣＶに瞬間的に過剰な圧力上昇が生じてしまう。そのため、安全で効率的に水素を充填することができないという問題があった。このような問題は、水素に限らず、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。

上記事情に鑑み、本発明は、安全で効率的に燃料ガスを充填することができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、圧縮された燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器と、前記蓄圧器からタンクへの燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、前記蓄圧器から前記タンクへ供給された燃料ガスの流量を検出する流量計と、前記タンクに供給される燃料ガスの流量を調節可能な調節弁と、前記タンクに供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力計と、前記遮断弁及び前記調節弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置が、所定の条件が満たされると前記燃料ガスの充填開始から前記所定の条件が満たされるまでに検出された前記燃料ガスの流量値に基づいて、目標昇圧率を満たすために必要な流量である必要流量を推定する推定部と、推定された前記必要流量を用いて前記調節弁の開度を算出する算出部と、算出された前記開度に基づいて前記調節弁を調整する弁制御部と、を備え、前記弁制御部は、充填用の蓄圧器に対応する遮断弁を開放した状態で前記算出部によって算出された前記調節弁の開度となるように前記調節弁を調整し、前記調節弁の調整後に切り替え先の蓄圧器に対応する遮断弁を開放し、前記遮断弁の開放後に切り替え前の蓄圧器に対応する遮断弁を閉止する燃料ガス充填システムである。

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記所定の条件は、前記蓄圧器と前記タンクとの差圧に関する条件であり、前記制御装置は、前記圧力計により検出された圧力値と、充填元の蓄圧器内の圧力との差圧が所定の値以下である場合に前記遮断弁の開閉を制御するとともに、前記調節弁の開度を調整する。

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記所定の条件は、圧力値に関する条件であり、前記制御装置は、前記タンクに供給される燃料ガスの昇圧率の目標値である目標昇圧率に対し、前記圧力値が所定の値以上低下した場合に前記遮断弁の開閉を制御するとともに、前記調節弁の開度を調整する。

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記所定の条件は、前記調節弁の開度に関する条件であり、前記制御装置は、前記調節弁の開度が既定の上限以上である場合に前記遮断弁の開閉を制御するとともに、前記調節弁の開度を調整する。

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記弁制御部は、充填用の蓄圧器に対応する遮断弁を開放した状態で前記算出部によって算出された前記調節弁の開度となるように前記調節弁を調整し、前記調節弁の調整後に切り替え先の蓄圧器に対応する遮断弁を開放し、前記遮断弁の開放後に切り替え前の蓄圧器に対応する遮断弁を閉止する。

本発明の一態様は、圧縮された燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器のいずれかからタンクへの燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁及び前記タンクに供給される燃料ガスの流量を調節可能な調節弁の開閉を制御する制御ステップ、を有し、前記制御ステップは、所定の条件が満たされると前記燃料ガスの充填開始から前記所定の条件が満たされるまでに検出された前記燃料ガスの流量値に基づいて、前記タンクに供給される燃料ガスの昇圧率の目標値である目標昇圧率を満たすために必要な流量である必要流量を推定する推定ステップと、推定された前記必要流量を用いて調節弁の開度を算出する算出ステップと、算出された前記開度に基づいて前記調節弁を調整する弁制御ステップと、を有し、前記弁制御ステップにおいて、充填用の蓄圧器に対応する遮断弁を開放した状態で前記算出部によって算出された前記調節弁の開度となるように前記調節弁を調整し、前記調節弁の調整後に切り替え先の蓄圧器に対応する遮断弁を開放し、前記遮断弁の開放後に切り替え前の蓄圧器に対応する遮断弁を閉止する燃料ガス充填方法である。

本発明の一態様は、圧縮された燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器のいずれかからタンクへの燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁及び前記タンクに供給される燃料ガスの流量を調節可能な調節弁の開閉を制御する制御ステップ、をコンピュータに実行させ、前記制御ステップにおいて、所定の条件が満たされると前記燃料ガスの充填開始から前記所定の条件が満たされるまでに検出された前記燃料ガスの流量値に基づいて、前記タンクに供給される燃料ガスの昇圧率の目標値である目標昇圧率を満たすために必要な流量である必要流量を推定する推定ステップと、推定された前記必要流量を用いて調節弁の開度を算出する算出ステップと、算出された前記開度に基づいて前記調節弁を調整する弁制御ステップと、をコンピュータに実行させ、前記弁制御ステップにおいて、充填用の蓄圧器に対応する遮断弁を開放した状態で前記算出部によって算出された前記調節弁の開度となるように前記調節弁を調整し、前記調節弁の調整後に切り替え先の蓄圧器に対応する遮断弁を開放し、前記遮断弁の開放後に切り替え前の蓄圧器に対応する遮断弁を閉止するためのコンピュータプログラムである。

本発明により、安全で効率的に燃料ガスを充填することが可能になる。

本実施形態における水素充填システム１を含む水素充填環境の構成図である。 ＦＣＶ２に対して水素ガスを充填する際の処理の流れを示す概略図である。 制御装置１０の機能構成を表す概略ブロック図である。 本実施形態における水素充填システム１の充填処理の流れを示すフローチャートである。 従来の技術による水素ガス充填時における圧力変化を表す図である。 従来の技術による水素ガス充填時における圧力変化を表す図である。 本発明による水素ガス充填時における圧力変化を表す図である。

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、本実施形態における水素充填システム１を含む水素充填環境の構成図である。
水素充填システム（燃料ガス充填システム）１は、ＦＣＶ２の車載タンク（不図示、以下同様）内に水素ガス（燃料ガス）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、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。

制御装置１０は、遮断弁２２−１〜２２−Ｎ及び調節弁４０の開閉を制御する。制御装置１０の制御により遮断弁２２−１〜２２−Ｎのいずれか及び調節弁４０が開放されると、開放された遮断弁２２−１〜２２−Ｎに接続されている蓄圧器２０−１〜２０−Ｎから水素ガスが供給ライン１１（図１の実線）を介してＦＣＶ２に供給される。
供給ライン１１は、配管である。

蓄圧器２０−１〜２０−Ｎは、圧縮機（不図示）により圧縮された高圧の水素ガス（以下、単に「水素ガス」という。）を貯留する。
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、制御装置１０の制御に応じて開閉される。

逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、それぞれ、遮断弁２２−１〜２２−Ｎに対して設けられる。逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、供給ライン１１内を流れる水素ガスの逆流を防ぐ弁である。本実施形態では、逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、蓄圧器２０−１〜２０−ＮからＦＣＶ２の方向にのみ水素ガスが供給可能となる向きに設置される。
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、制御装置１０に入力される。

圧力計３１は、流量計３０と調節弁４０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３１によって検出された水素ガスの圧力値は、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。
予冷機５０は、供給ライン１１を流れる水素ガスを冷却する。
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、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。

充填カプラ６０は、水素充填システム１とＦＣＶ２とを接続するための結合部材である。充填カプラ６０によって水素充填装置１とＦＣＶ２とが接続されることにより、水素充填システム１からＦＣＶ２に水素ガスの供給が可能になる。
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、制御装置１０に入力される。

なお、以降の説明において、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎについて特に区別しない場合には蓄圧器２０と記載する。また、圧力計２１について特に区別しない場合には圧力計２１と記載する。また、遮断弁２２−１〜２２−Ｎについて特に区別しない場合には遮断弁２２と記載する。また、逆止弁２３−１〜２３−Ｎについて特に区別しない場合には逆止弁２３と記載する。また、圧力計２１、３１及び５１について特に区別しない場合には圧力計と記載する。

次に、図２を用いて本実施形態における水素充填システム１の処理の流れについて説明する。図２は、ＦＣＶ２に対して水素ガスを充填する際の処理の流れを示す概略図である。なお、図２では、説明の簡単化のため、制御装置１０（図２では不図示）、蓄圧器２０−１〜２０−３、遮断弁２２−１〜２２−３、逆止弁２３−１〜２３−３、調整弁４０及びＦＣＶ２を用いて説明する。水素充填開始前の蓄圧器２０−１〜２０−３内の圧力は８５ＭＰａであり、ＦＣＶの車載タンク内の圧力は２ＭＰａである。

まず、制御装置１０は、調節弁４０と、充填用に使用される蓄圧器２０（図２（Ａ）では、蓄圧器２０−１）（以下、「充填用蓄圧器２０」という。）に対応する遮断弁２２−１とを開放する（図２（Ａ））。遮断弁２２−１及び調節弁４０が開放されると、蓄圧器２０−１に貯留されている水素ガスが差圧充填により供給ライン１１を介してＦＣＶ２に充填される。これにより、蓄圧器２０−１内の圧力は低下し、ＦＣＶ２の車載タンク内の圧力は上昇する。蓄圧器２０−１内の圧力とＦＣＶ２の車載タンク内の圧力との差圧が小さくなってくると、水素ガスの流量を確保するため調節弁４０の開度が大きくなる（開度が１００％に近づく）。

充填が行われている間、制御装置１０は切り替え条件が満たされたか否か判定する。切り替え条件とは、充填用蓄圧器２０を切り替えるための条件である。切り替え条件の具体例として、調整弁４０の２次側の圧力（図１の圧力計５１が検出する圧力）と、充填元の蓄圧器２０内の圧力との差圧が所定の値（例えば、５ＭＰａ）以下であることが挙げられる。所定の条件が満たされると、制御装置１０は充填用蓄圧器２０の切り替え作業とともに調節弁４０を制御する。具体的には、制御装置１０は、充填用蓄圧器２０の切り替え後にＦＣＶ２に急激な充填が行われないようにするために、調節弁の開度を算出し、算出した開度に基づいて調節弁４０を調整する。つまり、制御装置１０は、調節弁４０の開度が、算出した開度となるように調整する。制御装置１０の具体的な処理については後述する。制御装置１０は、調節弁４０の開度を、調整後の開度で一定時間固定する。調整後の開度を固定する時間は、０〜５秒間が好ましく、より好ましくは２、３秒である。

制御装置１０は、調節弁４０の開度を制御した後、切り替え先の充填用蓄圧器２０（例えば、蓄圧器２０−２）に対応する遮断弁２２−２を開放する（図２（Ｂ））。遮断弁２２−２が開放されると、蓄圧器２０−２に貯留されている水素ガスが差圧充填により供給ライン１１を介してＦＣＶ２に充填される。この際、制御装置１０の制御により調節弁４０の開度が調整されているため、ＦＣＶ２に流れ込む水素ガスの流量が制御される。また、蓄圧器２０−２内の圧力が蓄圧器２０−１内の圧力よりも大きいため、蓄圧器２０−２に貯留されている水素ガスが差圧充填により供給ライン１１を介して蓄圧器２０−１にも流れる。しかし、逆止弁２３−１が設けられているため、蓄圧器２０−１には水素ガスが流れ込まない。制御装置１０は、遮断弁２２−２が開放された後、遮断弁２２−１を閉止する（図２（Ｃ））。
本実施形態における水素充填システム１では、水素ガスをＦＣＶ２に充填する際に上述した処理が行なわれる。以下、水素充填システム１の詳細について説明する。

図３は、制御装置１０の機能構成を表す概略ブロック図である。制御装置１０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、制御装置１０は、弁制御部１０１、取得部１０２、水素流量記憶部１０３、判定部１０４、推定部１０５、算出部１０６を備える装置として機能する。なお、制御装置１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

弁制御部１０１は、遮断弁２２及び調整弁４０の開閉を制御する。例えば、弁制御部１０１は、水素ガスの充填時に、充填用蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放する。また、例えば、弁制御部１０１は、算出部１０６によって算出される開度に基づいて調整弁４０を調整する。
取得部１０２は、各種情報を取得する。例えば、取得部１０２は、圧力計によって検出された圧力値を取得する。また、例えば、取得部１０２は、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情報を取得する。また、例えば、取得部１０２は、温度計７０によって検出された外気温の情報を取得する。

水素流量記憶部１０３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。水素流量記憶部１０３は、流量計３０により検出された流量値と測定時刻と対応付けて記憶している。
判定部１０４は、切り替え条件が満たされたか否か判定する。

推定部１０５は、判定部１０４の判定結果に応じて切り替え後の水素ガスの流量値を推定する。具体的には、推定部１０５は、切り替え条件が満たされた場合に、水素流量記憶部１０３に記憶されている流量値に基づいて切り替え後の必要流量を推定する。必要流量とは、ＦＣＶ２に水素を充填する際に、目標昇圧率を満たすために必要となる流量である。目標昇圧率は、外気温とＦＣＶ２の車載タンク内の圧力とに基づいて算出される。

以下、推定部１０５の具体的な処理について説明する。まず、推定部１０５は、水素ガスの充填開始時から蓄圧器２０の切り替え前（所定の条件が満たれた時点）までの流量値から近似曲線を算出する。近似曲線を算出する方法としては、例えば最小二乗法が用いられてもよい。そして、推定部１０５は、算出した近似曲線を用いて、充填用蓄圧器２０の切り替えから所定時間（例えば、５秒）経過後の必要流量を推定する。なお、圧力計５１によって検出された圧力値が目標昇圧率未満である場合、推定部１０５は推定した必要流量に所定の値αを加算した流量値を必要流量としてもよい。また、圧力計５１によって検出された圧力値が目標昇圧率以上である場合、推定部１０５は推定した必要流量から所定の値αを減算した流量値を必要流量としてもよい。

算出部１０６は、調節弁４０のＣｖ値（容量係数）を用いて調節弁４０の開度を算出する。なお、Ｃｖ値は、式１又は式２のように表される。

式１及び式２のＱｇは推定部１０５によって推定された必要流量を表し、Ｐ１は切り替え先の充填用蓄圧器２０内の圧力値を表し、Ｐ２は蓄圧器２０切り替え直前に圧力計５１によって検出された圧力値を表し、ｔは蓄圧器２０切り替え直前の水素ガスの温度を表し、Ｇｇは水素ガスの比重を表す。水素ガスの比重Ｇｇは、０．０６９５である。
算出部１０６は、上記式１又は式２により求められるＣｖ値を用いて、調節弁４０の開度（ｌｉｆｔ）を式３に基づいて算出する。

そして、弁制御部１０１は、算出部１０６によって算出された開度となるように調節弁４０を調整する。

図４は、本実施形態における水素充填システム１の充填処理の流れを示すフローチャートである。
弁制御部１０１は、調節弁４０及び充填用蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放する（ステップＳ１０１）。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。取得部１０２は、定期的に各種情報を取得する（ステップＳ１０２）。例えば、取得部１０２は、圧力計、流量計３０及び温度計７０からそれぞれ圧力値、流量値、温度及び外気温の情報を取得する。

判定部１０４は、切り替え条件が満たされたか否か判定する（ステップＳ１０３）。切り替え条件が満たされていない場合（ステップＳ１０３−ＮＯ）、判定部１０４は充填が完了したか否か判定する（ステップＳ１０４）。充填が完了していない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、ステップＳ１０２以降の処理が繰り返し実行される。
一方、充填が完了した場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、水素充填システム１による処理が終了する。

ステップＳ１０３の処理において、切り替え条件が満たされた場合（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、推定部１０５は必要流量を推定する（ステップＳ１０５）。算出部１０６は、推定された必要流量と、切り替え先の充填用蓄圧器２０内の圧力値と、Ｃｖ値と、水素の比重とを用いてバルブ（調節弁４０）の開度を算出する（ステップＳ１０６）。弁制御部１０１は、算出された開度に基づいて調節弁４０を制御する（ステップＳ１０７）。弁制御部１０１は、切り替え先の充填用蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放する（ステップＳ１０８）。その後、充填元の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を閉止する（ステップＳ１０９）。その後、ステップＳ１０２以降の処理が繰り返し実行される。

次に、図５〜図７を用いて、従来の技術による水素ガス充填方法と本発明による水素ガス充填方法との水素ガス充填時における圧力変化について説明する。
図５及び６は、従来の技術による水素ガス充填時における圧力変化を表す図である。図７は、本発明による水素ガス充填時における圧力変化を表す図である。

図５〜図７において、縦軸Ｐは圧力を表し、横軸Ｔは時刻を表す。図５〜図７には、４つの遷移線が表されている。４つの遷移線は、遷移線８１、遷移線８２、遷移線８３、遷移線８４である。遷移線８１は、目標圧力を表す。遷移線８２は、公差の上限を表す。遷移線８３は、公差の下限を表す。遷移線８４は、圧力計５１によって検出された圧力値（以下、「実測圧力値」という。）を表す。

図５に示される例では、実測圧力値の値が一時的に跳ね上がっている箇所がある（円８５内）。このような現象は、ＦＣＶ２への充填により圧力が低下した充填用蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が閉止され、切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が開放された後に調節弁４０の開度が調整されたために発生する。より具体的には、まず充填用蓄圧器２０が切り替わる際に切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が閉止されたことにより、ＦＣＶ２の車載タンク内の圧力が一旦下がる。その後、切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が開放されたことにより、調節弁４０の１次側の圧力が上昇する。その後、調節弁４０の開度の調整が行われるが、開度の調整開始から完了までに数秒かかってしまうため、図５に示すように実測圧力値が一時的に跳ね上がってしまうといった不都合が生じる。

次に、図６について説明する。
図６に示される例では、実測圧力値が公差の下限を下回っている箇所がある（円８６内）。このような現象は、ＦＣＶ２への充填により圧力が低下した充填用蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が閉止され、調節弁４０の開度が調整された後に切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が開放されたために発生する。より具体的には、まず充填用蓄圧器２０が切り替わる際に、切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が閉止されたことにより、ＦＣＶ２の車載タンク内の圧力が一旦下がる。その後、調節弁４０の開度の調整が行われるが、開度の調整開始から完了までに数秒かかってしまうため、圧力がさらに下がってしまう。これにより、図６に示すように実測圧力値が公差の下限を下回ってしまう。その後、切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が開放されたことにより、圧力が上昇するが、多少オーバーシュートしてしまうといった不都合が生じる。

上述したように、従来の技術では、充填用蓄圧器２０を切り替える際に、切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が先に閉止されてしまうため圧力が低下してしまう。これにより、目標昇圧率に追従することができず、昇圧率が低下してしまう。
また、図５及び図６には示されていないが、先に切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が開放された場合には、以下のような問題が生じる。具体的には、調節弁４０の開度の調整の処理や、ＦＣＶ２への充填により圧力が低下した充填用蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を閉止する処理の順番がどのような順番であっても、実測圧力値が公差の上限値を上回ってしまう。公差の上限値を上回ることは、安全性の観点から最も避けなければならない問題である。
従来の技術では、上述したような問題があった。

それに対し、本発明では、充填用蓄圧器２０を切り替える際に、調節弁４０の開度を調整した後に、切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放し、遮断弁２２の開放後に切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を閉止する。より具体的には、調節弁４０の開度が調整（開度を小さく）されることにより実測圧力値が多少低下してしまうが、その後に切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が開放されることにより実測圧力値が少しずつ上昇する。この場合には、充填用蓄圧器２０からＦＣＶ２の車載タンクに充填される水素ガスの流量が調節弁４０により制御されているため、ＦＣＶ２の車載タンクには少しずつ水素ガスが充填される。その後、制御装置１０が切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を閉止する。切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を閉止する作業は、圧力の変動に影響がないため急がなくても問題ない。なぜならば、切り替え前の蓄圧器２０の圧力はＦＣＶ２の車載タンク内の圧力より低いため、切り替え前の蓄圧器２０からＦＣＶ２には充填が行われないためである。以上のように、本発明では、充填用蓄圧器２０を切り替える際に、切り替え前及び切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が両方とも開放されているため、充填用蓄圧器２０の切り替えによる圧力低下を最小限にすることができる。

以上のように構成された水素充填システム１では、切り替え後の急速な充填を抑制させることができる。具体的には、切り替え条件が満たされると、制御装置１０が切り替え後の必要流量に基づいて算出したバルブの開度に応じて調節弁４０を調節する。これにより、ＦＣＶ２に充填される水素ガスの流量が制御される。さらに、制御装置１０が、調整された開度を一定時間固定し、ＦＣＶ２の車載タンク内の圧力が安定した後に調節弁４０をコントロールすることで変動の比較的小さい充填を継続することができる。したがって、切り替え先の充填用蓄圧器２０から流出される水素ガスがＦＣＶ２に急激に充填されてしまうおそれを軽減することができる。そのため、安全で効率的に燃料ガスを充填することが可能になる。

また、本実施形態における水素充填システム１では、切り替え条件を検知して充填用蓄圧器２０を切り替える。これにより、充填用蓄圧器２０の切り替え前後のアンダーシュート・オーバーシュートを抑えることが可能になる。さらに、充填元の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放した状態で、切り替え先の充填用蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が開放される。したがって、切り替え時の寸断の発生を抑止することができる。そのため、連続して水素ガスの充填を行うことが可能になる。

＜変形例＞
本実施形態では、所定の条件の具体例として、調整弁４０の２次側の圧力と、充填元の蓄圧器２０内の圧力との差圧が所定の値（例えば、５ＭＰａ）以下であることを例に説明したが、所定の条件はその他の条件であってもよい。例えば、所定の条件は、目標昇圧率に対し、圧力の下限（例えば、目標圧力−２．０ＭＰａ）を検知した場合であってもよいし、調節弁４０の開度が規定開度上限（例えば、９０％開放）以上の場合であってもよいし、その他の条件であってもよい。

また、本実施形態では、充填用蓄圧器２０の切り替え時の処理として、弁制御部１０１が調節弁４０の開度を調整した後に、切り替え先の蓄圧器２０に接続されている遮断弁２２を開放する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、弁制御部１０１は、調節弁４０の開度の調整と、切り替え先の蓄圧器２０に接続されている遮断弁２２を開放とを略同時に行ってもよいし、切り替え先の蓄圧器２０に接続されている遮断弁２２を開放した後に、調節弁４０の開度を調整してもよい。

また、弁制御部１０１は、調節弁４０の開度の調整を行った後に、切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を閉止し、その後切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放するように制御してもよい。このように構成される場合、弁制御部１０１は、切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を閉止する制御と切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放する制御とを略同時に行う。また、弁制御部１０１は、切り替え前の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を閉止する制御と切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放する制御とを短い間隔で行ってもよい。個のように構成されることにより、本発明と同様の効果を得ることができる。
また、弁制御部１０１は、調節弁４０の開度の調整を開始してから完了するまでに、切り替え先の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放するように構成されてもよい。

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。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…水素充填システム， ２…ＦＣＶ， １０…制御装置， ２０（２０−１〜２０−Ｎ）…蓄圧器， ２１（２１−１〜２１−Ｎ）、３１、５１…圧力計， ２２（２２−１〜２２−Ｎ）…遮断弁， ２３（２３−１〜２３−Ｎ）…逆止弁， ３０…流量計， ４０…調節弁， ５０…予冷機， ５０…予冷機， ６０…充填カプラ， ７０…温度計， １０１…弁制御部， １０２…取得部， １０３…水素流量記憶部， １０４…判定部， １０５…推定部， １０６…算出部

Claims (6)

1. 圧縮された燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器と、
   前記蓄圧器からタンクへの燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、
   前記蓄圧器から前記タンクへ供給された燃料ガスの流量を検出する流量計と、
   前記タンクに供給される燃料ガスの流量を調節可能な調節弁と、
   前記タンクに供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力計と、
   前記遮断弁及び前記調節弁の開閉を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置が、所定の条件が満たされると前記燃料ガスの充填開始から前記所定の条件が満たされるまでに検出された前記燃料ガスの流量値に基づいて、目標昇圧率を満たすために必要な流量である必要流量を推定する推定部と、
   推定された前記必要流量を用いて前記調節弁の開度を算出する算出部と、
   算出された前記開度に基づいて前記調節弁を調整する弁制御部と、
   を備え、
   前記弁制御部は、充填用の蓄圧器に対応する遮断弁を開放した状態で前記算出部によって算出された前記調節弁の開度となるように前記調節弁を調整し、前記調節弁の調整後に切り替え先の蓄圧器に対応する遮断弁を開放し、前記遮断弁の開放後に切り替え前の蓄圧器に対応する遮断弁を閉止する燃料ガス充填システム。
2. 前記所定の条件は、前記蓄圧器と前記タンクとの差圧に関する条件であり、
   前記制御装置は、前記圧力計により検出された圧力値と、充填元の蓄圧器内の圧力との差圧が所定の値以下である場合に前記遮断弁の開閉を制御するとともに、前記調節弁の開度を調整する、請求項１に記載の燃料ガス充填システム。
3. 前記所定の条件は、圧力値に関する条件であり、
   前記制御装置は、前記タンクに供給される燃料ガスの昇圧率の目標値である目標昇圧率に対し、前記圧力値が所定の値以上低下した場合に前記遮断弁の開閉を制御するとともに、前記調節弁の開度を調整する、請求項１に記載の燃料ガス充填システム。
4. 前記所定の条件は、前記調節弁の開度に関する条件であり、
   前記制御装置は、前記調節弁の開度が既定の上限以上である場合に前記遮断弁の開閉を制御するとともに、前記調節弁の開度を調整する、請求項１に記載の燃料ガス充填システム。
5. 圧縮された燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器のいずれかからタンクへの燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁及び前記タンクに供給される燃料ガスの流量を調節可能な調節弁の開閉を制御する制御ステップ、
   を有し、
   前記制御ステップは、所定の条件が満たされると前記燃料ガスの充填開始から前記所定の条件が満たされるまでに検出された前記燃料ガスの流量値に基づいて、前記タンクに供給される燃料ガスの昇圧率の目標値である目標昇圧率を満たすために必要な流量である必要流量を推定する推定ステップと、
   推定された前記必要流量を用いて調節弁の開度を算出する算出ステップと、
   算出された前記開度に基づいて前記調節弁を調整する弁制御ステップと、
   を有し、
   前記弁制御ステップにおいて、充填用の蓄圧器に対応する遮断弁を開放した状態で前記算出部によって算出された前記調節弁の開度となるように前記調節弁を調整し、前記調節弁の調整後に切り替え先の蓄圧器に対応する遮断弁を開放し、前記遮断弁の開放後に切り替え前の蓄圧器に対応する遮断弁を閉止する燃料ガス充填方法。
6. 圧縮された燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器のいずれかからタンクへの燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁及び前記タンクに供給される燃料ガスの流量を調節可能な調節弁の開閉を制御する制御ステップ、
   をコンピュータに実行させ、
   前記制御ステップにおいて、所定の条件が満たされると前記燃料ガスの充填開始から前記所定の条件が満たされるまでに検出された前記燃料ガスの流量値に基づいて、前記タンクに供給される燃料ガスの昇圧率の目標値である目標昇圧率を満たすために必要な流量である必要流量を推定する推定ステップと、
   推定された前記必要流量を用いて調節弁の開度を算出する算出ステップと、
   算出された前記開度に基づいて前記調節弁を調整する弁制御ステップと、
   をコンピュータに実行させ、
   前記弁制御ステップにおいて、充填用の蓄圧器に対応する遮断弁を開放した状態で前記算出部によって算出された前記調節弁の開度となるように前記調節弁を調整し、前記調節弁の調整後に切り替え先の蓄圧器に対応する遮断弁を開放し、前記遮断弁の開放後に切り替え前の蓄圧器に対応する遮断弁を閉止するためのコンピュータプログラム。

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