JP6604077B2

JP6604077B2 - 燃料ガス充填システム

Info

Publication number: JP6604077B2
Application number: JP2015149782A
Authority: JP
Inventors: 浩司内田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JP2017032005A

Description

本発明は、車両に燃料ガスを充填する燃料ガス充填システムに関する。

特許文献１には、水素ガスが貯留されるタンクにおいて、水素が流通する水素配管、及び水素配管を流通する水素ガスを減圧する減圧弁の故障を検知する故障検知手段を備えた高圧ガス利用システムが開示されている。

この故障検知手段は、燃料電池車両への水素ガス充填を停止させた状態で、燃料電池車両に設けられた水素センサにより測定された水素濃度が所定濃度以上の場合に、配管系で水素ガス漏れが生じていると判断する。

特開２０１４−１２６１５０号公報

上述のように、特許文献１の故障検知手段では、水素が流れている状態であると水素センサによる水素濃度の正確な測定ができないので、故障検知の際に水素ガス充填を停止する必要がある（特許文献１の段落［００４０］等参照）。

したがって、故障検知を行うにあたり、水素ガス充填時間が水素ガス充填の停止時間の分だけ増大するという問題がある。このように水素ガス充填を停止させると、水素ガス充填ディスペンサから燃料電池車両までを結ぶ配管等に設けられる逆止弁が作動することがあり、この作動が繰り返されると、逆止弁の耐久性が低下するという懸念がある。

本発明の目的は、燃料ガスの充填中においても燃料ガスの漏れを検知することのできる燃料ガス充填システムを提供することにある。

本発明のある態様によれば、燃料ガス充填ステーションから充填タンクを備えた車両に燃料ガスを充填する燃料ガス充填システムであって、燃料ガス充填ステーションは、該燃料ガス充填ステーションにおける燃料ガスの充填用流路の流量であるステーションガス流量を検出するステーションガス流量検出手段と、該燃料ガス充填ステーションにおける燃料ガスの充填用流路の圧力であるステーションガス圧力を検出するステーションガス圧力検出手段と、該燃料ガス充填ステーションにおける燃料ガスの充填用流路の温度であるステーションガス温度を検出するステーションガス温度検出手段と、を有する。また、車両は、充填タンク内の圧力である車両タンク圧力を検出するタンク圧力検出手段と、充填タンク内の温度である車両温度を検出するタンク温度検出手段と、を有する。
そして、燃料ガス充填システムは、ステーションガス流量、ステーションガス圧力、及びステーションガス温度を含むステーション側情報と、車両タンク圧力、及び車両タンク温度を含む車両側情報と、を同期させて同期情報を得る同期手段と、同期手段により得られた同期情報に基づいて燃料ガスの漏れの有無を判定する燃料ガス漏洩判定手段と、を有し、ステーション側情報及び車両側情報に基づいて、充填用流路の燃料ガスの流量に関する瞬時値を同期情報として演算する。

本発明によれば、燃料ガス漏洩判定手段は、車両側において検出される車両タンク圧力等の水素ガス漏れ判定に係る車両側情報のみを用いるのではなく、この車両側情報とステーションガス流量、ステーションガス圧力、及びステーションガス温度等の燃料ガス充填ステーション側情報を同期させた同期情報に基づき燃料ガスの漏れの有無を判定する。このように車両側情報と燃料ガス充填ステーション側情報との同期情報に基づいて燃料ガス漏れの有無を判定することで、燃料ガスが充填用流路を流れている燃料ガス充填中であっても、燃料ガスの漏れの有無を判定することが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る水素ガス充填システムの概略構成図である。図２は、第１実施形態に係る水素ガス漏洩判定の流れを説明するためのフローチャートである。図３は、第２実施形態に係る水素ガス漏洩判定の流れを説明するためのフローチャートである。図４は、第３実施形態に係る水素ガス漏洩判定の流れを説明するためのフローチャートである。

以下、図面等を参照し、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態による水素ガス充填システムの概略構成図である。

図１に示す水素ガス充填システム１００は、ディスペンサ３０を有する燃料ガス充填ステーションとしての水素ガス充填ステーション１０１と、ディスペンサ３０から水素ガスが充填される充填タンク２１０を備えた燃料電池車両２００と、を有している。

水素ガス充填ステーション１０１は、コンプレッサ１０と、水素ガスを貯蔵する貯蔵タンク２０と、貯蔵タンク２０から充填される水素ガスを車両２００の充填タンク２１０に充填するディスペンサ３０と、当該システムを統括的に制御するステーションコントローラ４０と、を備える。

コンプレッサ１０は、トレーラ等により輸送されてくる輸送用タンク１内の水素ガスを加圧圧縮し、配管１１を介して貯蔵タンク２０に充填する。貯蔵タンク２０は、例えば６０ＭＰａ程度の高圧で内部に水素を貯蔵するタンクである。

また、配管１１においてコンプレッサ１０の下流で貯蔵タンク２０の上流には、コンプレッサ１０から貯蔵タンク２０への水素の充填と遮断を切り替えるタンク上流開閉弁１２が設けられている。

貯蔵タンク２０とディスペンサ３０の間には充填用流路としての充填用配管１５が設けられている。この充填用配管１５には、タンク下流開閉弁１６、プレクーラ１８、流量調整弁１９、及び流量センサ２２が上流側から順に配置されている。タンク下流開閉弁１６は、貯蔵タンク２０から充填用配管１５を介したディスペンサ３０への水素の送出・遮断を切り替える弁である。

プレクーラ１８は、急速充填時などにおいて車両２００側の充填タンク２１０内の水素ガスの温度上昇を防止するために、貯蔵タンク２０からディスペンサ３０に送り出される水素ガスを予め冷却する。流量調整弁１９は、貯蔵タンク２０からディスペンサ３０に供給される水素ガスの流量を調整する。流量センサ２２は、充填用配管１５を流れる水素ガスの流量を検出する流量センサ２２（ステーションガス流量検出手段）が設けられている。なお、流量センサ２２は、後述するディスペンサ３０の近傍に設けられてもよい。

ディスペンサ３０は、貯蔵タンク２０から水素ガスを車両２００の充填タンク２１０に充填する。ディスペンサ３０は、充填ホース３１と、充填ホース３１の先端に設けられた充填ノズル３２と、水素ガスの充填状態情報等を表示する表示部３３と、車両２００から送信される車両側情報を受信する受信部３４と、を備える。

具体的に、ディスペンサ３０は、充填配管１５内の水素圧力と車両２００の充填タンク２１０内の水素圧力との差圧を利用して、充填タンク２１０内に水素ガスを充填する。ディスペンサ３０からの水素ガスは、充填ホース３１及び充填ノズル３２を通じて車両２００に充填される。充填ノズル３２は、車両２００の充填タンク２１０の充填口に対して着脱可能に構成されている。

さらに、ディスペンサ３０は、充填用配管１５の水素ガス圧力（ステーションガス圧力）を検出するステーションガス圧力センサ３５（ステーションガス圧力検出手段）と、充填用配管１５の水素ガスの温度（ステーションガス温度）を検出するステーションガス温度センサ３６（ステーションガス温度検出手段）と、を有している。

表示部３３には、水素ガスの充填状況や充填終了予定時間等が表示される。なお、表示部３３は、目標水素ガス充填量や充填料金等、水素ガス充填の終了に関するパラメータを任意に設定できるようにタッチパネル式ディスプレイとして構成されてもよい。

ディスペンサ３０は、同期手段としての受信部３４を介して、車両２００の送信部２２０から車両側情報を受信する。この送信部２２０から受信部３４への通信は、例えば１００ミリ秒間隔で赤外線通信を行う。なお、車両側の送信部２２０を充填タンク２１０の充填口近傍に設け、ディスペンサ側の受信部３４を充填ノズル３２に設け、送信部２２０及び受信部３４は、充填ノズル３２が充填タンク２１０の充填口に接続された時に赤外線通信等の通信を開始するように構成されてもよい。

ステーションコントローラ４０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えるマイクロコンピュータとして構成される。

ステーションコントローラ４０は、タンク上流開閉弁１２、タンク下流開閉弁１６、及び流量調整弁１９の開度を制御する。ステーションコントローラ４０には、流量センサ２２、ステーションガス圧力センサ３５、及びステーションガス温度センサ３６等からのステーション側情報、及びディスペンサ３０の受信部３４で受信される車両側情報が入力される。

さらに、本実施形態では、ステーションコントローラ４０は、上記ステーション側情報及び車両側情報に基づいて充填用配管１５や充填ノズル３２において水素ガス漏れが生じているかどうかを判定する水素ガス漏れ判定制御を実行する燃料ガス漏洩判定手段として機能する。この燃料ガス漏れ判定制御については後に詳細に説明する。なお、本実施形態では、ディスペンサ３０の受信部３４、車両２００の送信部２２０、及びステーションコントローラ４０が、ステーションガス流量Ｑｍ、ステーションガス圧力Ｐ１、及びステーションガス温度Ｔ１と、車両タンク圧力Ｐ２、及び車両タンク温度Ｔ２と、を同期させる同期手段として機能する。

なお、水素ガス充填ステーション１０１は、既製の水素ガスを貯蔵タンク２０に貯蔵するオフサイト型システムとして構成されているが、システム内で製造した水素ガスを貯蔵タンク２０に貯蔵するオンサイト型システムとして構成されてもよい。

一方、車両２００は、上述のディスペンサ３０により水素ガスが充填される充填タンク２１０と、車両コントローラ２３０と、を備えている。

充填タンク２１０には、該充填タンク２１０内の水素ガスの圧力を検出する車両タンク圧力センサ２１１（タンク圧力検出手段）と、充填タンク２１０内の水素ガスの温度を検出する車両タンク温度センサ２１２（ステーションガス温度検出手段）と、が設けられている。また、充填タンク２１０は、車両タンク圧力センサ２１１により検出された水素ガスの圧力検出値（車両タンク圧力）、及び車両タンク温度センサ２１２により検出された水素ガスの温度検出値（車両側水素温度検出値）を車両コントローラ２３０に送信する図示しない送信手段を有している。

また、車両２００には、上述したように、車両コントローラ２３０から上述の水素ガスの圧力検出値及び温度検出値等の車両側情報をディスペンサ３０の受信部３４へ送信する送信部２２０が設けられている。なお、この通信は、例えば赤外線通信等の通信方式により行われる。

なお、車両２００の送信部２２０からディスペンサ３０の受信部３４に送信される車両側情報には、赤外線通信規格を識別するためのプロトコル情報、車両コントローラ２３０で使用されている通信ソフトウェアのバージョン情報、充填タンク２１０の圧力仕様情報、及びタンク容積情報等の固定情報が含まれていても良い。また、上記車両側情報には、水素ガスを充填タンク２１０に充填可能な状態であるか否かを示す充填可否情報等の変動情報が含まれていても良い。

上記の構成を有する水素ガス充填システム１００における水素ガス充填は、停車している車両２００の充填タンク２１０の充填口にディスペンサ３０の充填ノズル３２がセットされた後、実行される。

具体的には、水素ガス充填を行う際には、ステーションコントローラ４０の指令に基づいて、タンク下流開閉弁１６及び流量調整弁１９が開かれ、タンク上流開閉弁１２が閉じられる。この状態で、ステーション１０１の貯蔵タンク２０と車両２００の充填タンク２１０との水素ガスの差圧を利用し、ステーションガス圧力センサ３５による圧力検出値が所定閾値（充填停止圧力）に到達するまで、もしくは充填タンク２１０内における水素ガスの充填率が所定閾値に到達するまで、水素ガスが貯蔵タンク２０からディスペンサ３０を介して充填タンク２１０に充填される。本実施形態では、ステーションコントローラ４０が、流量調整弁１９の開度を調整することにより、水素ガス充填ステーション１０１側から車両に充填される水素ガスが、一定流量もしくは上記圧力検出値が所定圧力となるように制御される。すなわち、流量調整弁１９は、流量センサ２２により検出される水素流量に基づいてフィードバック制御される。

以上のような構成を有する水素ガス充填システム１００では、配管１５や充填ホース等の充填用流路で損傷が生じた状態で充填タンク２１０への充填を行うと、その損傷が生じた部分から水素ガスが漏れ出す。本実施形態では、ステーションコントローラ４０がこの水素ガス漏れが生じているかどうかを判定する。

図２は、本実施形態に係る水素ガス漏洩判定の流れを説明するためのフローチャートである。特に図２においては、特に、本実施形態では、水素ガス漏洩判定は、水素ガス充填処理の過程で実行される。

先ず、ステップＳ１０１においては、ステーションコントローラ４０は、水素ガス充填ステーション１０１による水素ガス充填が開始可能か否かを判定する。例えば、ステーションコントローラ４０は、ディスペンサ３０の受信部３４で受信した車両側情報に含まれる各種データが水素ガス充填ステーション１０１に適合するものであるかを確認し、水素ガス充填開始の可否を決定する。

ステップＳ１０１で水素ガス充填の開始ができないと判定された場合には、ステーションコントローラ４０は水素ガス充填制御を終了する。これに対して、ステップＳ１０１で水素ガス充填の開始が可能であると判定された場合には、ステーションコントローラ４０はステップＳ１０２の処理を実行する。

ステップＳ１０２においては、ステーションコントローラ４０は、ステーションガス温度Ｔ１、及びステーションガス圧力Ｐ１に基づいて、水素ガス充填を停止するための基準値となる充填停止圧力Ｐｔを算出する。また、ステーションコントローラ４０は、車両２００の充填タンク２１０の仕様等に応じて、水素ガス充填を停止するための基準値となる充填停止充填率ＳＯＣｔ［％］を設定する。

なお、水素ガス充填開始前の段階においては、ステーションガス温度センサ３６により検出される水素温度Ｔ１は環境温度（外気温）となり、水素ガス充填開始前にステーションガス圧力センサ３５により検出されるステーションガス圧力Ｐ１は車両２００の充填タンク２１０内の初期圧力となる。

また、充填停止圧力Ｐｔは、例えば満充填となった場合における充填タンク２１０内の水素ガスの圧力として算出される。充填停止圧力Ｐｔは、運転者等が要求する充填タンク２１０への充填水素量に応じて変化する値として算出されてもよい。

さらに、充填停止充填率ＳＯＣｔは、例えば満充填となった場合における充填タンク２１０内に占める水素ガスの割合である。充填停止充填率ＳＯＣｔは、運転者等が要求する充填タンク２１０への充填水素量に応じて変化する値として設定されてもよい。

ステップＳ１０３では、ステーションコントローラ４０は、タンク下流開閉弁１６及び流量調整弁１９を開いて、水素ガス充填開始処理を実行する。これにより、水素ガス充填ステーション１０１のディスペンサ３０から車両２００の充填タンク２１０に対して水素ガスの充填が開始される。

ステップＳ１０４において、ステーションコントローラ４０は、流量センサ２２により検出される充填用配管１５の水素ガスの流量（ステーションガス流量Ｑｍ）を監視する。具体的には、ステーションコントローラ４０は、流量センサ２２により検出されているリアルタイムのステーションガス流量Ｑｍの値を取得し監視する。

ステップＳ１０５では、ステーションコントローラ４０は、ステーションガス圧力Ｐ１及びステーションガス温度Ｔ１を含むステーション側情報と、車両タンク圧力Ｐ２及び車両タンク温度Ｔ２を含む車両側情報と、に基づいて、車両２００の充填タンク２１０に充填されるべき水素の理論的な充填流量Ｑｔｈ（以下では理論充填ガス流量Ｑｔｈとも記載する）を算出する。すなわち、この理論充填ガス流量Ｑｔｈとは、充填ノズル３２を通じて車両２００の充填タンク２１０に充填される際の実際の流量を予測した値である。

この理論充填ガス流量Ｑｔｈは、下記の式により算出される。

ただし、配管内流れが亜音速流れのときは式（１）を用い、チョーク流れ（音速）のときは式（２）を用いる。ここで、αＳは、配管１５や充填ホース３１における合成有効断面積と呼ばれる定数であり、予め試験体を用いた実験等により定められている。すなわち、αＳは既知の値である。気体定数Ｒは、熱力学的定数であり、約８．３１の値をとる。κは水素の比熱比であり、検出されるステーションガス温度Ｔ１、及びステーションガス圧力Ｐ１から求められる。

したがって、式（１）及び式（２）のいずれの場合も、右辺の各パラメータは、一意に定まり、結果として理論充填ガス流量Ｑｔｈを求めることができる。ステーションコントローラ４０は、この理論充填ガス流量Ｑｔｈを図示しないメモリに格納しておく。

ステップＳ１０６において、ステーションコントローラ４０は、理論充填ガス流量Ｑｔｈとステーションガス流量Ｑｍの大小を判定する。具体的には、ステーションコントローラ４０は、上述のステップＳ１０４においてリアルタイムに取得されているステーションガス流量ＱｍとステップＳ１０５においてメモリに格納されている理論充填ガス流量Ｑｔｈの差Ｑｍ−Ｑｔｈを算出し、この差Ｑｍ−Ｑｔｈが予め定められた閾値より大きいか否かを判定する。

この判定の結果、差Ｑｍ−Ｑｔｈが予め定められた閾値より大きいと判断された場合（すなわち、ステーションガス流量Ｑｍが理論充填ガス流量Ｑｔｈより大きいと判断された場合）には、貯蔵タンク２０とディスペンサ３０の間に位置する流量センサ２２により検出されているリアルタイムのステーションガス流量Ｑｍの値が、充填ノズル３２を通じて車両２００の充填タンク２１０に充填される際に仮定される理論充填ガス流量Ｑｔｈの値より大きくなっていることから、流量センサ２２から充填ノズル３２の間において流量の損出があり水素ガス漏れが生じていると考えられる。したがって、この場合、ステーションコントローラ４０は、水素ガス漏れが生じていると判断する。

このように水素ガス漏れが生じていると判断された場合、ステップＳ１０７において、ステーションコントローラ４０は、安全性の確保、水素ガス漏れの原因の特定、及び修理などを行う観点から、水素の充填を中止する処理を行う。具体的には、ステーションコントローラ４０は、タンク下流開閉弁１６、及び流量調整弁１９を閉弁制御する。

一方で、ステップＳ１０６における判定の結果、差Ｑｍ−Ｑｔｈが予め定められた閾値より小さいと判断された場合（すなわち、ステーションガス流量Ｑｍが理論充填ガス流量Ｑｔｈ以下であると判断された場合）は、貯蔵タンク２０とディスペンサ３０の間に配置されている流量センサ２２により検出されているリアルタイムのステーションガス流量Ｑｍの値が、充填ノズル３２を通じて車両２００の充填タンク２１０に充填される際の理論充填ガス流量Ｑｔｈの値以下であることから、流量センサ２２から充填ノズル３２の間において流量の損出が無く水素ガス漏れが生じていないと考えられる。したがって、この場合、ステーションコントローラ４０は水素ガス漏れが生じていないと判断する。そして、水素ガス漏れが生じていないと判断されるとステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、ステーションコントローラ４０は、Ｓ１０５で検出したステーションガス圧力Ｐ１又は車両タンク圧力Ｐ２、及び車両タンク温度Ｔ２に基づいて、現在の充填タンク２１０内における水素ガスの充填率ＳＯＣｓを算出する。なお、充填率は、例えば、以下の（３）式に基づいて算出される。

（３）式において、分子のｄ（Ｐ，Ｔ）は、水素圧力がＰ、水素温度がＴである時のガス密度を表わしている。分母のｄ（７０ＭＰａ，１５℃）は、予め設定された値であり、水素圧力が７０ＭＰａ、水素温度が１５℃である時のガス密度を表わしている。

ステップＳ１０９において、ステーションコントローラ４０は、Ｓ１０５で検出したステーションガス圧力Ｐ１が充填停止圧力Ｐｔより小さく、かつＳ１０８で算出した水素ガス充填率ＳＯＣｓが充填停止充填率ＳＯＣｔより小さいかどうかを判定する。

ステーションガス圧力Ｐ１が充填停止圧力Ｐｔより小さく、かつ水素ガス充填率ＳＯＣｓが充填停止充填率ＳＯＣｔより小さい場合、ステーションコントローラ４０は水素ガス充填を継続可能と判断する。そして、ステーションコントローラ４０は、再び水素ガス漏れ判定を行いつつ水素ガス充填を行うべく、Ｓ１０４以降の処理を再度実行する。

これに対して、ステーションガス圧力Ｐ１が充填停止圧力Ｐｔ以上、又は水素ガス充填率ＳＯＣｓが充填停止充填率ＳＯＣｔ以上の場合、ステーションコントローラ４０は、水素ガス充填を継続不能、すなわち満充填状態であると判断し、Ｓ１１０の処理を実行する。

ステップＳ１１０では、ステーションコントローラ４０は、水素ガス充填停止処理を実行する。具体的には、タンク下流開閉弁１６、及び流量調整弁１９を閉弁制御して、水素ガス充填制御を終了する。

上記した本実施形態の水素ガス充填システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態の水素ガス充填システム１００は、水素ガス充填ステーション１０１から充填タンク２１０を備えた車両２００に燃料ガスを充填する水素ガス充填システム１００である。この水素ガス充填システム１００において、水素ガス充填ステーション１０１は、該水素ガス充填ステーション１０１における水素ガスの充填用配管１５の流量であるステーションガス流量Ｑｍを検出する流量センサ２２と、該水素ガス充填ステーション１０１における水素ガスの充填用配管１５の圧力であるステーションガス圧力Ｐ１を検出するステーションガス圧力センサ３５と、該水素ガス充填ステーション１０１における燃料ガスの充填用配管１５の温度であるステーションガス温度を検出するステーションガス温度センサ３６と、を有する。また、車両２００は、充填タンク２１０内の圧力である車両タンク圧力Ｐ２を検出する車両タンク圧力センサ２１１と、を有する。

そして、本実施形態の水素ガス充填システム１００では、ステーションガス流量Ｑｍ、ステーションガス圧力Ｐ１、ステーションガス温度Ｔ１を含むステーション側情報と、車両タンク圧力Ｐ２を含む車両側情報と、を同期させて同期情報を得るディスペンサ３０の受信部３４、車両２００の送信部２２０、及びステーションコントローラ４０と、受信部３４、送信部２２０、及びステーションコントローラ４０により得られた同期情報に基づいて水素ガスの漏れの有無を判定する燃料ガス漏洩判定手段であるステーションコントローラ４０と、を備える。

本実施形態に係る水素ガス充填システム１００の構成によれば、ステーションコントローラ４０は、車両２００側において検出される車両タンク圧力Ｐ２等の水素ガス漏れ判定に係る車両側情報のみを用いるのではなく、この車両側情報と水素ガス充填ステーション側情報であるステーションガス流量Ｑｍ、ステーションガス圧力Ｐ１、及びステーションガス温度Ｔ１を同期させた同期情報である理論充填ガス流量Ｑｔｈに基づき水素ガスの漏れの有無を判定する。

このように車両側情報と燃料ガス充填ステーション側情報との同期情報である理論充填ガス流量Ｑｔｈに基づいて、水素ガスの漏れの有無を判定することで、水素ガスが充填用配管１５や充填ホース３１を流れている水素ガス充填中であっても、水素ガスの漏れの有無を判定することが可能となる。したがって、従来のように、水素ガス漏れを検知するにあたり水素ガス充填を停止していたことによる水素ガス充填時間の増大やそれに伴う逆止弁等の設備の耐久性の低下等を防止することができる。

本実施形態に係る水素ガス充填システム１００では、さらに、ステーションコントローラ４０は、水素ガス漏れと判断すると、水素ガスの充填を中止する燃料ガス充填中止手段として機能する。これにより、水素ガス漏れが生じた場合に確実に水素ガスの充填を中止して、システムの安全を図ることができる。

さらに、本実施形態に係る水素ガス充填システム１００では、同期手段であるステーションコントローラ４０は、上記ステーション側情報及び上記車両側情報に基づいて、車両２００の充填タンク２１０に充填されるべき理論的な燃料ガス充填流量である理論充填ガス流量Ｑｔｈを上記同期情報として算出する。そして、燃料ガス漏洩判定手段であるステーションコントローラ４０は、理論充填ガス流量Ｑｔｈとステーションガス流量Ｑｍとの差異が所定値以上となった場合に、水素ガスの漏れと判断する。

このように、水素ガス充填ステーション１０１の充填用配管１５のステーションガス流量Ｑｍと、車両２００の充填タンク２１０に充填されるべき理論的な燃料ガス充填流量である理論充填ガス流量Ｑｔｈの差異が所定値以上であるかどうかを見て、水素ガス漏れを判定することで、水素ガス漏れの判定をより確実且つ高精度に実行することができる。

なお、上述したステーション側情報には、ステーションガス流量Ｑｍ、ステーションガス圧力Ｐ１、及びステーションガス温度Ｔ１以外にも水素ガス漏れ判定を行うために有用な他の情報を含んでいても良い。また、車両側情報についても同様に、車両タンク圧力Ｐ２以外にも、水素ガス漏れ判定を行うために有用な他の情報を含んでいても良い。

また、上記実施形態に係る水素ガス漏れ判定に係る各処理は、ステーションコントローラ４０ではなく、車両コントローラ２３０で実行するようにしても良いし、これら両コントローラ４０、２３０の双方で行うようにしても良い。また、上述の同期情報である理論充填ガス流量Ｑｔｈの算出方法は、上述の式（１）、（２）に基づいて求める方法に限られず、当業者が想定し得る他の任意の算出方法を用いることができる。さらに、理論充填ガス流量Ｑｔｈを求めること以外にも、上記ステーション側情報及び上記車両側情報を同期させて得られる他の同期情報（水素ガス漏れ判定用のパラメータ）に基づいて水素ガス漏れを判定するようにしても良い。

さらに、水素ガス漏洩判定に係る処理（ステップＳ１０４〜ステップＳ１０７）を実行する前に、充填タンク２１０に対して充填が行われているかどうかを判定する処理を行い、充填タンク２１０に対して充填が行われていると判定された場合に、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０７の処理を実行するようにしても良い。

例えば、ステーションコントローラ４は、上記ステップＳ１０３とステップＳ１０４との間において、ステップＳ１０８と同様の方法による水素ガス充填率ＳＯＣｓの算出を行い、この算出された水素ガス充填率ＳＯＣｓが充填停止充填率ＳＯＣｔ未満であるかどうかを判定し、水素ガス充填率ＳＯＣｓが充填停止充填率ＳＯＣｔ未満であると判定するとステップＳ１０４〜ステップＳ１０７の処理を実行する処理を行う。なお、ステーションコントローラ４は、水素ガス充填率ＳＯＣｓが充填停止充填率ＳＯＣｔ以上であると判定した場合、充填中ではないと判断し、処理を終了する。

特に、上記水素ガス充填率ＳＯＣｓの算出にあたっては、少なくとも充填タンク２１０内の温度である車両タンク温度Ｔ２を用いる。好ましくは、ステーションガス圧力Ｐ１又は車両タンク圧力Ｐ２、及び車両タンク温度Ｔ２に基づいて、上記式（３）から水素ガス充填率ＳＯＣｓを算出する。

すなわち、この場合、本実施形態の水素ガス充填システム１００におけるステーションコントローラ４は、充填タンク２１０内の温度である車両タンク温度Ｔ２を検出する車両タンク温度センサ２１２と、少なくとも車両タンク温度Ｔ２に基づいて充填タンク２１０内における水素ガス充填率ＳＯＣｓを算出する水素ガス充填率算出手段と、算出された水素ガス充填率ＳＯＣｓが、充填停止充填率ＳＯＣｔ未満の場合に充填中であると判定する充填状態判定手段として機能する。そして、水素ガス漏洩判定手段としてのステーションコントローラ４は、水素ガスの充填中と判定した場合に、上記同期情報に基づく水素ガスのガス漏れの有無の判定（ステップＳ１０４〜ステップＳ１０７）を行う。

これにより、本実施形態に係る上述の水素ガス漏洩判定に係る処理は、水素充填が行われている最中に確実に実行されることとなるので、水素充填が行われていない状態で水素ガス漏洩判定に係る処理が実行されることによる誤検出の発生を防止することができる。

＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る水素ガス漏洩判定の流れを説明するためのフローチャートである。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と同じ機能を果たす構成等には同一の符号を用い、重複する説明を適宜省略する。

本実施形態では、車両２００の車両コントローラ２３０が、車両タンク圧力センサ２１１の車両タンク圧力Ｐ２や車両タンク圧力センサ２１１の車両側水素温度検出値Ｔ２に基づき、充填タンク２１０に何らかの異常を検知した場合に車両充填規制指令信号を発する。また、車両コントローラ２３０は、充填タンク２１０に何らかの異常を検知した場合以外でも、水素ガス充填を中止すべき種々の安全上の問題に係る事象を検知した場合に、車両充填規制指令信号を発する。

そして、車両コントローラ２３０は、車両充填規制指令信号を送信部２２０を介して、ディスペンサ３０の受信部３４に送信する。さらに、ステーションコントローラ４０は、受信部３４を介して車両充填規制指令信号を受信する。すなわち、本実施形態では、車両２００側で水素ガス充填が規制されるべき事情が生じた場合に、ステーションコントローラ４０が車両充填規制指令を受信することとなる。

図３に示すように、本実施形態においても第１実施形態と同様に、ステーションコントローラ４０は、先ず、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３を経て水素ガス充填を開始する。さらに、ステーションコントローラ４０は、第１実施形態と同様に、水素ガス漏れの有無の判定のために、ステップＳ１０４において流量センサ２２により検出されているリアルタイムのステーションガス流量Ｑｍの値を取得し監視しつつ、ステップＳ１０５において充填ノズル３２を通じて車両２００の充填タンク２１０に充填される際の流量の予測値である理論充填ガス流量Ｑｔｈを算出する。

そして、ステップＳ２０１において、ステーションコントローラ４０は、上述した車両充填規制指令信号を監視する。すなわち、ディスペンサ３０の受信部３４において車両充填規制指令信号を受信しているかどうか（車両コントローラ２３０の送信部２２０が車両充填規制指令信号を出力したかどうか）を監視する。

ステップＳ２０２において、ステーションコントローラ４０は、ステップＳ２０１において車両充填規制指令信号を受信したかどうかを判定する。車両充填規制指令を受信していないと判断されると、ステップＳ１０８以降の処理が行われる。すなわち、車両２００側に異常は検出されていないと判断されているので、ステーションガス流量Ｑｍと理論充填ガス流量Ｑｔｈの比較による水素ガス漏れを行うまでもなく水素ガス充填が継続されることとなる。一方で、ステップＳ２０２において、車両充填規制指令を受信した判断されると、ステップＳ１０６に進む。

そして、ステップＳ１０６においては、第１実施形態の場合と同様に、ステーションコントローラ４０は、理論充填ガス流量Ｑｔｈとステーションガス流量Ｑｍの大小を判定する。この判定の結果、ステーションガス流量Ｑｍが理論充填ガス流量Ｑｔｈ以下であると判断された場合、すなわち水素ガス漏れが生じていないと判断された場合は、第１実施形態と同様にステップＳ１０８以降の処理が行われる。このように、本実施形態では、ステップＳ２０２で車両充填規制指令が無いと判断されていても、当該判断の精度が低い場合などを考慮し、ステップＳ１０６において水素ガス漏れが生じていないと判断された場合には、水素ガス充填が継続されることとなる。

一方で、ステップＳ１０６において、ステーションガス流量Ｑｍが理論充填ガス流量Ｑｔｈより大きいと判断された場合、すなわち水素ガス漏れが生じていると判断された場合は、ステップＳ１０７に進み、ステーションコントローラ４０が水素の充填を中止する処理を行う。このように、本実施形態では、車両充填規制指令があり、且つステーションガス流量Ｑｍと理論充填ガス流量Ｑｔｈの比較に基づいて水素ガス漏れが生じていると判断された場合には水素ガス充填を中止する。

本実施形態に係る水素ガス充填システム１００では、車両２００は、所定の充填停止条件が成立するとディスペンサ３０の水素ガスの充填の規制を指令する水素ガス充填規制信号を燃料ガス充填ステーション１０１に出力する燃料ガス充填停止信号出力部としての車両コントローラ２３０を有する。そして、ステーションコントローラ４０は、ステーションガス流量Ｑｍと理論充填ガス流量Ｑｔｈの差が所定値以上で且つ車両コントローラ２３０により車両充填規制指令信号が出力されている場合に、水素ガス漏れ状態と判断する（ステップＳ２０２、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７）。

したがって、ステーションコントローラ４０によるステーションガス流量Ｑｍと理論充填ガス流量Ｑｔｈの比較による水素ガス漏れ判定及び車両コントローラ２３０による車両充填規制指令の双方の条件が揃って始めて水素ガス充填が中止されることとなるので、水素ガス充填を中止させるべき状態をより高精度に検出することができ、水素ガス充填の中止処理が頻発してしまうことを防止することができる。

＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係る水素ガス漏洩判定の流れを説明するためのフローチャートである。なお、第１実施形態又第２実施形態と同じ機能を果たす構成等には同一の符号を用い、重複する説明を適宜省略する。

本実施形態では、上述のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の処理を行った後に、ステップＳ２０１の車両充填規制指令信号の監視及びステップＳ２０２における車両充填規制指令信号の受信の有無の判定を行う。そして、車両充填規制指令を受信した判断されると、ステップＳ１０７に進み、ステーションコントローラ４０が水素の充填を中止する処理を行う。

一方で、ステップＳ２０２で車両充填規制指令を受信していないと判断されると、上述のステップＳ１０４におけるステーションガス流量Ｑｍの監視、ステップＳ１０５における理論充填ガス流量Ｑｔｈの算出、及びステップＳ１０６における理論充填ガス流量Ｑｔｈとステーションガス流量Ｑｍの大小の判定が行われる。

そして、ステップＳ１０６において、ステーションガス流量Ｑｍが理論充填ガス流量Ｑｔｈ以下であると判断された場合、すなわち水素ガス漏れが生じていないと判断された場合は、第２実施形態と同様にステップＳ１０８以降の処理が行われる。

一方で、ステーションガス流量Ｑｍが理論充填ガス流量Ｑｔｈより大きいと判断された場合、すなわち水素ガス漏れが生じていると判断された場合は、ステップＳ１０７に進み、ステーションコントローラ４０が水素の充填を中止する処理を行う。

したがって、本実施形態では、ステーションコントローラ４０が車両充填規制指令信号を受信した場合か、或いはステーションガス流量Ｑｍが理論充填ガス流量Ｑｔｈより大きいと判断されたいずれかの場合に、水素の充填が中止されることとなる。

本実施形態に係る水素ガス充填システム１００では、車両２００は、所定の充填停止条件が成立するとディスペンサ３０の水素ガスの充填の規制を指令する水素ガス充填規制信号を燃料ガス充填ステーション１０１に出力する燃料ガス充填停止信号出力部としての車両コントローラ２３０を有する。そして、ステーションコントローラ４０は、ステーションガス流量Ｑｍと理論充填ガス流量Ｑｔｈの差が所定値以上で且つ燃料ガス充填規制信号出力手段により車両充填規制指令信号が出力されている場合に、水素ガス漏れ状態と判断する（ステップＳ２０２、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７）。

したがって、車両コントローラ２３０による車両充填規制指令が発せられている状態、又はステーションコントローラ４０によりステーションガス流量Ｑｍと理論充填ガス流量Ｑｔｈの比較による水素ガス漏れと判断されている状態のいずれであっても、水素ガス充填が中止されることとなるので、システムが冗長化され、安全性がより向上される。

具体的に、本実施形態では、ステーションコントローラ４０による水素ガス漏れの判定は、車両２００への水素ガス充填と並行して実行されることが想定されている、したがって、上述した車両２００から発せられる車両充填規制指令信号を監視し、ステーションコントローラ４０がこれを受信した場合には、仮にステーションガス流量Ｑｍと理論充填ガス流量Ｑｔｈとの比較によって水素ガス漏れではないと判断されるような場合であっても、水素ガス充填が停止されることとなる。

一方で、本実施形態では、ステーションコントローラ４０は、仮に車両充填規制指令信号を受信していなかったとしても、ステーションガス流量Ｑｍと理論充填ガス流量Ｑｔｈの比較に基づいて水素ガス漏れが生じていると判断された場合に水素ガス充填が中止される（図４のステップＳ１０６、ステップＳ１０７参照）。したがって、車両２００側において検知できなかった水素ガス漏れが生じた場合であっても、ステーションコントローラ４０がこれを検知して水素ガス充填を停止することとなる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。また、上記第１〜第３実施形態は、任意に組み合わせが可能である。

１５充填用配管（充填用流路）
２０貯蔵タンク
２２流量センサ
３０ディスペンサ
３１充填ホース（充填用流路）
３４受信部
３５ステーションガス圧力センサ
３６ステーションガス温度センサ
４０ステーションコントローラ
１００水素ガス充填システム
１０１水素ガス充填ステーション
２００燃料電池車両
２１０充填タンク
２１１車両タンク圧力センサ
２１２車両タンク温度センサ
２２０送信部
２３０車両コントローラ

Claims

燃料ガス充填ステーションから充填タンクを備えた車両に燃料ガスを充填する燃料ガス充填システムであって、
前記燃料ガス充填ステーションは、該燃料ガス充填ステーションにおける前記燃料ガスの充填用流路の流量であるステーションガス流量を検出するステーションガス流量検出手段と、該燃料ガス充填ステーションにおける前記燃料ガスの前記充填用流路の圧力であるステーションガス圧力を検出するステーションガス圧力検出手段と、該燃料ガス充填ステーションにおける前記燃料ガスの前記充填用流路の温度であるステーションガス温度を検出するステーションガス温度検出手段と、を有し、
前記車両は、前記充填タンク内の圧力である車両タンク圧力を検出するタンク圧力検出手段と、前記充填タンク内の温度である車両タンク温度を検出するタンク温度検出手段と、を有し、
前記燃料ガス充填システムは、前記ステーションガス流量、前記ステーションガス圧力、及び前記ステーションガス温度を含むステーション側情報と、前記車両タンク圧力、及び前記車両タンク温度を含む車両側情報と、を同期させて同期情報を得る同期手段と、
前記同期手段により得られた前記同期情報に基づいて前記燃料ガスの漏れの有無を判定する燃料ガス漏洩判定手段と、を有し、
前記同期手段は、前記ステーション側情報及び前記車両側情報に基づいて、前記充填用流路の前記燃料ガスの流量に関する瞬時値を前記同期情報として演算することを特徴とする、
燃料ガス充填システム。
請求項１に記載の燃料ガス充填システムであって、
さらに、前記燃料ガス漏洩判定手段により前記燃料ガスの漏れがあると判断されると、前記燃料ガスの充填を中止する燃料ガス充填中止手段を有する燃料ガス充填システム。
請求項１又は請求項２に記載の燃料ガス充填システムであって、
前記燃料ガスの流量に関する瞬時値は、前記充填タンクに充填されるべき理論的な燃料ガス充填流量である理論充填ガス流量であり、
前記燃料ガス漏洩判定手段は、前記理論充填ガス流量と前記ステーションガス流量との差異が所定値以上となった場合に、前記燃料ガスの漏れと判断する燃料ガス充填システム。
請求項３に記載の燃料ガス充填システムであって、
前記車両は、所定の充填停止条件が成立すると前記燃料ガスの充填の規制を指令する燃料ガス充填規制信号を前記燃料ガス充填ステーションに出力する燃料ガス充填規制信号出力手段を有し、
前記燃料ガス漏洩判定手段は、前記理論充填ガス流量と前記ステーションガス流量との差異が所定値以上で且つ前記燃料ガス充填規制信号出力手段により前記燃料ガス充填規制信号が出力されている場合に、前記燃料ガスの漏れと判断する燃料ガス充填システム。
請求項３に記載の燃料ガス充填システムであって、
前記車両は、所定の充填停止条件が成立すると前記燃料ガスの充填の規制を指令する燃料ガス充填規制信号を前記燃料ガス充填ステーションに出力する燃料ガス充填規制信号出力手段を有し、
前記燃料ガス漏洩判定手段は、前記理論充填ガス流量と前記ステーションガス流量との差異が所定値以上であるか、又は前記燃料ガス充填規制信号出力手段により前記燃料ガス充填規制信号が出力されている場合に、前記燃料ガスの漏れと判断する燃料ガス充填システム。
請求項１〜５の何れか１項に記載の燃料ガス充填システムであって、
前記車両は、
少なくとも前記車両タンク温度に基づいて前記充填タンク内における水素ガス充填率を算出する水素ガス充填率算出手段と、
算出された水素ガス充填率が、充填停止充填率未満の場合に充填中であると判定する充填状態判定手段と、
を有し、
前記燃料ガス漏洩判定手段は、充填状態判定手段により前記燃料ガスの充填中と判定された場合に、前記同期情報に基づく前記燃料ガスのガス漏れの有無の判定を行う燃料ガス充填システム。