JP6624132B2

JP6624132B2 - 車両及び燃料ガス充填方法

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Publication number: JP6624132B2
Application number: JP2017050502A
Authority: JP
Inventors: 敬祐藤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: US20180266633A1; JP2018155275A; US10995913B2

Description

本発明は、車両及び燃料ガス充填方法に関する。

燃料ガス充填装置から車両のタンクに燃料ガスを充填する際には、燃料ガス充填装置のノズルと車両側のレセプタクルとが接続される。特許文献１では、このようなノズルとレセプタクルとが凍結して取り外しに支障が出ることを抑制するために、燃料ガスの充填中のレセプタクルの温度が所定温度以下の場合にレセプタクルを加熱する技術が開示されている。

特開２０１１−０４７４９１号

上記特許文献１のように、レセプタクルの温度のみを参照してレセプタクルの加熱を開始すると、加熱の開始時期によっては、以下のような問題が生じる可能性がある。タンク内の充填量が目標充填量に到達する充填終了に対して加熱の開始時期が早すぎると、燃料ガスがレセプタクルを通過する際に加熱されて体積が膨張して、実際の充填量が低下する可能性がある。また、加熱に伴う電力消費量も増大する可能性がある。一方、充填終了に対して加熱の開始時期が遅すぎて、充填終了直前に加熱が開始されると、充填終了直後ではノズルとレセプタクルとは解凍されずに凍結したままの可能性がある。

そこで、タンクへの燃料ガスの充填量の低下を抑制し、電力消費量の増大も抑制して、燃料ガス充填装置のノズルとレセプタクルとの凍結を抑制する車両及び燃料ガス充填方法を提供することを目的とする。

上記目的は、燃料ガスを充填するタンクと、前記燃料ガスを冷却して前記タンクに充填し前記タンクの前記燃料ガスの充填量が目標充填量に到達する前に前記燃料ガスの前記タンクへの充填速度を低下させて前記タンクへの前記燃料ガスの充填を終了する燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、前記レセプタクルと前記タンクとを連通する充填通路と、前記レセプタクルを加熱する加熱部と、前記燃料ガス充填装置から前記タンクへの前記燃料ガスの充填速度に相関するパラメータ値が、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記充填速度が低下したことを示すか否かを判定する判定部と、前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記加熱部に前記レセプタクルの加熱を開始させる制御部と、を備え、前記パラメータ値は、前記タンク内の圧力の変化率、前記タンク内の温度の変化率、及び前記タンク内に流入する前記燃料ガスの流量、の何れかである、車両によって達成できる。

燃料ガス充填装置は、燃料ガスのタンクへの充填速度を低下させて充填を終了するため、充填速度に相関するパラメータ値が燃料ガスの充填中に充填速度が低下したことをもって、充填終了間際であると判断できる。このように充填終了間際であると判断されてから燃料ガスの充填中にレセプタクルの加熱を開始することにより、燃料ガスの充填量の低下や電力消費量の増大を抑制しつつノズルとレセプタクルとの凍結を抑制できる。

前記タンクは、樹脂製ライナーを有していてもよい。

外気温を検出する外気温センサを備え、前記制御部は、検出された外気温が所定の温度以下の場合であって、前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記加熱部による前記レセプタクルの加熱を開始してもよい。

前記タンクに充填された前記燃料ガスが供給されることにより発電する燃料電池を備えてもよい。

また、上記目的は、タンクと燃料ガス充填装置とを着脱可能に接続する接続部を介して、前記燃料ガス充填装置から冷却された燃料ガスをタンクに充填し、前記タンクの前記燃料ガスの充填量が目標充填量に到達する前に前記燃料ガスの前記タンクへの充填速度を低下させて前記タンクへの前記燃料ガスの充填を終了する燃料ガス充填方法において、前記燃料ガス充填装置から前記タンクへの前記燃料ガスの充填速度に相関するパラメータ値が、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記充填速度が低下したことを示すか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて肯定判定がなされた場合に、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記接続部の加熱を開始する加熱開始ステップと、を備え、前記パラメータ値は、前記タンク内の圧力の変化率、前記タンク内の温度の変化率、及び前記タンク内に流入する前記燃料ガスの流量、の何れかである、燃料ガス充填方法によっても達成できる。

タンクへの燃料ガスの充填量の低下を抑制し、電力消費量の増大も抑制して、燃料ガス充填装置のノズルとレセプタクルとの凍結を抑制する車両及び燃料ガス充填方法を提供できる。

図１は、ガス充填システムの説明図である。図２は、ガスステーション及び車両の説明図である。図３は、本実施例の加熱制御の一例を示したフローチャートである。図４は、本実施例の加熱制御の一例を示したタイミングチャートである。図５は、第１変形例の加熱制御の一例を示したフローチャートである。図６は、第１変形例の加熱制御の一例を示したタイミングチャートである。図７は、第２変形例の加熱制御の一例を示したフローチャートである。図８は、第２変形例の加熱制御の一例を示したタイミングチャートである。図９は、変形例のガスステーション及び車両の説明図である。

図１は、ガス充填システム１の説明図である。ガス充填システム１は、燃料ガスを用いて発電する燃料電池２１の発電電力により走行する車両２０と、車両２０のタンク２２に燃料ガスを充填するガスステーション１０と、を備える。燃料ガスとしては、水素ガスが用いられる。図２は、ガスステーション１０及び車両２０の説明図である。

最初に、ガスステーション１０について説明する。ガスステーション１０は、蓄圧器３、冷却器５、ディスペンサ１１、充填ホース１２、ノズル１３、圧力センサ１４、通信機１５、及び制御ユニット１６、及び流量センサ１７を備える。蓄圧器３には、不図示の水素カードルから圧縮機により所定圧力まで昇圧された水素ガスが蓄えられている。冷却器５は、蓄圧器３からの水素ガスを予備冷却する。ディスペンサ１１は、冷却器５からの水素ガスを、ディスペンサ１１に接続された充填ホース１２に送り出す。尚、ディスペンサ１１には、ユーザーにより車両２０のタンク２２に充填される水素ガスの所望の目標充填量又は目標充填圧力の設定を受け付ける操作パネル１１ａが設けられている。ノズル１３は、充填ホース１２の先端に取り付けられている。圧力センサ１４及び流量センサ１７は、ノズル１３の近傍に設けられており、ノズル１３を通過する水素ガスの圧力及び流量をそれぞれ検出する。尚、圧力センサ１４及び流量センサ１７は、それぞれディスペンサ１１からノズル１３までの間の経路内の圧力及び流量を検出できればよく、ディスペンサ内部にあってもよい。通信機１５については後述する。制御ユニット１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びメモリを備えたマイクロコンピュータである。制御ユニット１６は、冷却器５、圧力センサ１４、通信機１５、及び流量センサ１７に電気的に接続されており、ガスステーション１０全体の動作を制御する。

次に、車両２０について説明する。車両２０は、燃料電池２１、タンク２２、充填通路２３、供給通路２４、レセプタクル２５、通信機２６、制御ユニット２８、温度センサ４１、圧力センサ４２、流量センサ４３、外気温センサ４４、ヒータ４８、モータＭ、前輪ＦＷ、及び後輪ＲＷを備える。燃料電池２１は、供給される酸化剤ガスと、タンク２２から供給される水素ガスとにより発電する。タンク２２は、高圧の水素ガスを充填可能であり、詳細は後述する。充填通路２３は、ガスステーション１０から供給される水素ガスをタンク２２へ導く。供給通路２４は、タンク２２から水素ガスを燃料電池２１に供給する。レセプタクル２５は、充填通路２３の先端と連通しており、タンク２２への水素ガスの充填の際にノズル１３が接続される部分であって、例えば車両２０のリッドボックスに設けられる。レセプタクル２５及びノズル１３は、タンク２２とガスステーション１０とを着脱可能に接続する接続部の一例である。通信機２６及び制御ユニット２８については後述する。モータＭは、燃料電池２１から供給される電力により駆動し、前輪ＦＷ及び後輪ＲＷの少なくとも一方にその動力が伝えられる車両２０の走行用のモータである。温度センサ４１は、タンク２２内での水素ガスの温度であるガス温度を検出する。圧力センサ４２及び流量センサ４３は、充填通路２３を通過する水素ガスの圧力及び流量をそれぞれ検出する。尚、タンク２２への水素ガスの充填中は、充填通路２３及びタンク２２内は連通して充填通路２３及びタンク２２内の圧力値は略同じになり、この状態では圧力センサ４２の検出値はタンク２２内の圧力値を示す。外気温センサ４４は、車両２０周辺の外気温を検出する。ヒータ４８は、詳しくは後述するが、レセプタクル２５近傍に設けられており、レセプタクル２５を加熱する加熱部の一例である。

タンク２２は、本体部６３、本体部６３の長手方向の一端部に取り付けられた口金６４、及び口金６４の開口部を開閉するバルブ２９を有している。本体部６３は、樹脂製ライナー６１、及びその外周に熱硬化性樹脂含有の繊維を巻回した繊維強化層を有する強化層６２を有している。タンク２２は、バルブ２９を介して水素ガスの充填及び放出をする。タンク２２内の温度は、温度センサ４１により検出される。

制御ユニット２８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びメモリを備えたマイクロコンピュータであり、入力される各センサ信号に基づき、車両２０全体の動作を制御する。制御ユニット２８は、通信機２６、温度センサ４１、圧力センサ４２、流量センサ４３、外気温センサ４４と電気的に接続されている。制御ユニット２８は、詳しくは後述するが、タンク２２への水素ガスの充填中に、レセプタクル２５を加熱する加熱制御を実行する。加熱制御は、制御ユニット２８のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びメモリにより機能的に実現される判定部、及び制御部により実現される。

ガスステーション１０の制御ユニット１６と車両２０の制御ユニット２８とは、通信機１５及び２６を介して所定の情報を通信可能である。通信機１５及び２６は、互いに赤外線通信等の無線通信を可能とする。制御ユニット１６は、通信機１５及び２６を介して、車両２０の制御ユニット２８からタンク２２内での圧力やガス温度等の情報を取得する。また、制御ユニット１６は、タンク２２の充填可能量やタンク２２の許容圧力等の情報を取得してもよい。制御ユニット１６は、車両２０側から取得したこれらの情報や、ディスペンサ１１の操作パネル１１ａで受け付けた水素ガスの目標充填量等の情報に基づいて、ガスステーション１０にある各機器を制御して、車両２０への水素ガスの充填速度や充填量を制御する。尚、通信機１５及び２６は、それぞれノズル１３及びレセプタクル２５の近傍に設けられており、ノズル１３及びレセプタクル２５が接続した状態で通信可能な状態となる。

次に、ガスステーション１０について詳細に説明する。ガスステーション１０は、タンク２２の水素ガスの充填量が目標充填量に到達する前に水素ガスのタンク２２への充填速度を低下させてタンク２２への水素ガスの充填を終了する燃料ガス充填装置の一例である。具体的には、ガスステーション１０の制御ユニット１６は、充填開始からのタンク２２への実際の充填量が目標充填量に近づくにつれて、段階的に又は連続的に水素ガスの充填速度、換言すれば、ディスペンサ１１からタンク２２への水素ガスの流量が低下するように制御する。詳細には、制御ユニット１６は、流量センサ１７の検出値に基づいて充填開始からのタンク２２への実際の充填量を算出し、算出された充填量と設定された目標充填量との差分が所定値以下になった場合には、充填終了が近づいているとして、それまでの水素ガスの流量に対して低下させる。尚、制御ユニット１６は、圧力センサ１４の検出値と設定された目標充填圧力の設定値とを比較して、両値の差分が所定値以下になった場合に、充填終了が近づいているとして、それまでの水素ガスの流量に対して低下させてもよい。水素ガスの流量は、ディスペンサ１１と充填ホース１２との接続箇所に設けられた不図示の電磁弁の開度を調整することにより行われる。

ヒータ４８の役割について説明する。タンク２２への水素ガスの充填中に、ノズル１３及びレセプタクル２５が凍結して充填終了後に取り外しが困難となる可能性がある。例えば、水素ガスが車両２０のタンク２２に充填される際には、上述したように、冷却器５により水素ガスは所定の低温、例えば−２０℃にまで冷却される。このような氷点下にまで冷却された水素ガスにより、ノズル１３及びレセプタクル２５が冷却される可能性があるからである。特に、外気温が低い場合にはこのような凍結が生じやすい。このため、上述したヒータ４８は、水素ガスの充填中にノズル１３及びレセプタクル２５が凍結することを抑制するために設けられている。

次に、ヒータ４８によるレセプタクル２５の加熱の開始時期により起こり得る問題について説明する。水素ガスの充填中での加熱の開始時期が早すぎると、充填中にレセプタクル２５を通過する水素ガスも加熱されて体積が膨張し、タンク２２への水素ガスの充填量が低下する可能性がある。また、加熱に伴う電力消費量も増大する可能性がある。一方で加熱の開始時期が遅すぎると、充填終了直後では凍結した状態のままにあり、レセプタクル２５からノズル１３を取り外しが困難となる可能性がある。そこで、本実施例の制御ユニット２８では、適切なタイミングでヒータ４８によるレセプタクル２５の加熱を開始する加熱制御を実行する。

図３は、本実施例の加熱制御の一例を示したフローチャートである。この加熱制御は、制御ユニット２８により所定の期間毎に繰り返し実行される。図３に示すように、水素ガスの充填が開始されたか否かが判定される（ステップＳ１）。具体的には、通信機１５及び２６が通信可能な状態となったことや、リッドボックスのフューエルカバーが開いたこと、又は圧力センサ４２が示す充填通路２３の圧力値の上昇が検知されたことをもって、水素ガスの充填が開始されたものと判定される。ステップＳ１で否定判定の場合には、本制御は終了する。

ステップＳ１で肯定判定の場合には、外気温センサ４４からの検出値に基づいて、外気温が所定の温度Ｔａ以下であるか否かが判定される（ステップＳ３）。所定の温度Ｔａとは、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの充填中に、ノズル１３とレセプタクル２５とが凍結する可能性がある温度であり、予め設定されている温度である。ステップＳ３で否定判定の場合には、ノズル１３とレセプタクル２５との凍結の恐れはないとして、本制御は終了する。

ステップＳ３で肯定判定の場合には、圧力センサ４２の検出値に基づいて、時刻ｔにおける圧力変化率ｄＰ（ｔ）が取得される（ステップＳ５）。圧力変化率ｄＰ（ｔ）は、充填開始からまず所定の値になるまで上昇し、中盤まではその値が維持される。ここで、圧力変化率は、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの充填速度に相関するパラメータ値の一例である。ガスステーション１０からタンク２２への充填速度とは、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの流量と同義である。即ち、流量の増減に応じて、タンク２２及び充填通路２３内の圧力変化率も増減する。尚、圧力の変化率は、圧力センサ４２の検出値に基づいて算出される圧力値を時間で微分することにより算出される。

次に、時刻ｔからΔｔ経過した時点における圧力変化率ｄＰ（ｔ＋Δｔ）が取得され（ステップＳ６）、時刻ｔにおける圧力変化率ｄＰ（ｔ）と比較し、ｄＰ（ｔ＋Δｔ）がｄＰ（ｔ）よりも小さくなったか否かが判定される（ステップＳ７）。従って、車両２０の制御ユニット２８は、圧力センサ４２の検出値に基づいて算出される、充填通路２３及びタンク２２内の圧力変化率が低下したことをもって、タンク２２への充填量が目標充填量に近づいている、換言すれば、充填終了に近づいていることを判定できる。ステップＳ７の処理は、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの充填速度に相関する圧力変化率が、タンク２２への水素ガスの充填中に充填速度が低下したことを示すか否かを判定する判定部が実行する処理の一例である。また、ステップＳ７の処理は、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの充填速度に相関する圧力変化率が、タンク２２への水素ガスの充填中に充填速度が低下したことを示すか否かを判定する判定ステップの一例である。ステップＳ７で否定判定の場合には、再度ステップＳ７の処理が実行される。

ステップＳ７で肯定判定の場合には、圧力変化率の低下後に所定時間ｔｑ以上経過したか否かが判定される（ステップＳ９）。尚、所定時間ｔｑは、圧力変化率が低下してから充填終了前までの時間となるように予め設定されている。ステップＳ９で否定判定の場合には、再度ステップＳ９の処理が実行される。

ステップＳ９で肯定判定の場合には、充填終了間際であるとして、ヒータ４８がＯＮにされてレセプタクル２５の加熱が開始される（ステップＳ１１）。これにより、ノズル１３とレセプタクル２５との凍結が抑制される。ステップＳ１１の処理は、ステップＳ７及びＳ９で肯定判定がなされた場合に、タンク２２への水素ガスの充填中にヒータ４８にレセプタクル２５の加熱を開始させる制御部が実行する処理の一例である。また、ステップＳ１１の処理は、ステップＳ７及びＳ９で肯定判定がなされた場合に、タンク２２への燃料ガスの充填中にレセプタクル２５の加熱を開始する加熱開始ステップの一例である。

次に水素ガスの充填が終了したか否かが判定される（ステップＳ１３）。具体的には、圧力センサ４２の検出値が一定値になったか否かに基づいて判定される。尚、制御ユニット１６は、流量センサ１７の検出値に基づいて充填開始からのタンク２２への実際の充填量が目標充填量に到達したか否かを判定し、実際の充填量が目標充填量に到達した場合には、制御ユニット１６は、ディスペンサ１１と充填ホース１２との接続箇所に設けられた電磁弁を閉じる。尚、制御ユニット１６は、圧力センサ１４の検出値に基づいて実際の充填量が目標充填量に到達したか否かを判定してもよい。ステップＳ１３で否定判定の場合には、再度ステップＳ１３の処理が実行され、肯定判定の場合には、ヒータ４８がＯＮからＯＦＦに切り替えられて（ステップＳ１５）、レセプタクル２５の加熱は停止される。

図４は、本実施例の加熱制御の一例を示したタイミングチャートである。図４では、圧力センサ４２の検出値に基づいて算出される圧力値、圧力値に基づいて算出される圧力変化率、ヒータ４８の通電状態、及び外気温を示している。時刻ｔ１で充填が開始されると、圧力値は急勾配で上昇して、圧力変化率は比較的高い値で維持される。時刻ｔ２になると、ガスステーション１０の制御ユニット１６は、上述した充填終了が近づいているとして、ガスステーション１０からタンク２２へ充填される燃料ガスの流量がそれまでよりも低減される。このため、時刻ｔ２では、圧力値の上昇勾配が緩やかになり、圧力変化率は低下する。このように、圧力変化率が比較的高い値から低下した時刻ｔ２から、所定期間ｔｑが経過した時刻ｔ３で、ヒータ４８はＯＦＦからＯＮに切り替えられレセプタクル２５の加熱が開始される。時刻ｔ４で充填が完了すると、ヒータ４８はＯＦＦに切り替えられる。

尚、時刻ｔ３でそれ以前よりも圧力値の上昇勾配が更に緩やかになっている理由は、充填量が更に目標充填量に近づくと、ガスステーション１０の制御ユニット１６は水素ガスの流量を更に低下させているからである。また、時刻ｔ４以降で圧力値が僅かに下降し始めている理由は、充填終了時には水素ガスのタンク２２への供給が停止されてタンク２２内部で高温のガス温度が低下することにより、圧力センサ４２が検出する充填通路２３内の圧力が低下するからである。時刻ｔ５以降で圧力値が安定して一定となっている。

以上のように、車両２０の制御ユニット２８が、車両２０に搭載された圧力センサ４２の検出値から算出される圧力変化率に基づいて充填終了間際であるか否かを判断でき、ヒータ４８によるレセプタクル２５の加熱を開始できる。これにより、加熱の開始時期が早すぎることに伴う充填量の低下や電力消費量の増大を抑制し、更に加熱の開始時期が遅すぎることによる充填終了時でのノズル１３及びレセプタクル２５の凍結を抑制できる。

例えば、圧力値が所定の閾値以上となった場合に、タンク２２内の実際の充填量が充分にあるため充填終了間際にあるとして、レセプタクル２５の加熱を開始することも考えられる。しかしながらこの場合、例えば、タンク２２の最大充填可能量よりも少ない充填量だけ水素ガスを充填する場合には、タンク２２の充填終了後であっても圧力値は閾値以上とはならずに、レセプタクル２５を加熱できない可能性がある。また、充填開始時にタンク２２にある程度の水素ガスが充填されている場合には、充填開始時に圧力値が既に閾値以上となっている又は充填開始直後に圧力値が直ちに閾値以上となる可能性がある。この場合、加熱開始時期が早くなりすぎて所望の充填量を充填できなく、更に加熱に伴う電力消費量も増大する可能性がある。また、外気温の影響やディスペンサ１１で充填されている水素ガスの温度の影響によって、充填中での圧力値が変動して、圧力値が早く閾値以上になり、この場合も所望の充填量を充填できずに電力消費量も増大する可能性がある。本実施例では、単なる圧力値ではなく圧力変化率に基づくことにより、このような問題の発生を抑制できる適切な時期にレセプタクル２５の加熱を開始できる。

また、本実施例のタンク２２のように樹脂製ライナー６１を備えている場合には、加熱の開始時期が早すぎると、レセプタクル２５を介して加熱された水素ガスによりタンク２２内が高温となり、樹脂製ライナー６１に影響を与える可能性がある。また、温度センサ４１により検出されるタンク２２内の温度が高くなりすぎると、樹脂製ライナー６１の品質への影響を抑制するために、充填が中止される場合がある。具体的には、充填中にタンク２２内の温度が所定温度以上になると、車両２０の制御ユニット２８がガスステーション１０の制御ユニット１６に情報を送信して、制御ユニット１６は、ディスペンサ１１と充填ホース１２の接続箇所に設けられた電磁弁を閉じて充填を中止する。このような充填の停止によっても、充填量が低下する可能性がある。本実施例では、加熱開始時期を適切にすることにより、このような問題の発生も抑制できる。

また本実施例では、車両２０の制御ユニット２８は、ガスステーション１０の制御ユニット１６との間での送受信される情報に基づくことなく、車両２０に搭載された圧力センサ４２及びヒータ４８によって、水素ガスの充填量の低下や電力消費量の増大を抑制しつつレセプタクル２５とノズル１３との凍結を抑制できる。これにより、車両２０の制御ユニット２８とガスステーション１０の制御ユニット１６との間で送受信する情報量の増大を抑制でき、ガスステーション１０の制御ユニット１６の処理負荷の増大が抑制される。

上述したように、ヒータ４８は車両１側に設けられているため、ガスステーション１０側にこのようなヒータを備えない場合であっても、車両１において充填終了間際に適切に加熱を開始できる。また、ガスステーション１０から車両１側への情報送信が実施されない場合には、車両１側ではガスステーション１０で設定する目標水素充填量や目標水素充填圧力等の情報を取得することができないため、車両１側では充填間際であることを把握することが困難であるが、上記実施例によれば、充填間際であることを精度良く判定して、加熱を開始することができる。

尚、上記実施例では、圧力変化率が低下した後の所定時間ｔｑ経過してからレセプタクル２５の加熱を開始するが、所定時間を設定することなく圧力変化率が低下してから直ちにレセプタクル２５の加熱を開始してもよい。この場合には、圧力変化率が低下した時点で、充填終了間際であると判定される。

次に、変形例の加熱制御について説明する。以下に説明する変形例の加熱制御では、上述した実施例と同様の処理については同様の符号を付することにより重複する説明を省略する。最初に第１変形例について説明する。第１変形例では、上記実施例とは異なり、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの充填速度に相関するパラメータ値の一例として、タンク２２内の温度変化率を用いて、適切なレセプタクル２５の加熱の開始時期が判断される。ガスステーション１０からタンク２２への充填速度の増減に応じて、タンク２２内の圧力変化率も増減し、これに伴ってタンク２２内の温度変化率も増減するからである。

図５は、第１変形例の加熱制御の一例を示したフローチャートである。ステップＳ３で肯定判定の場合には、温度センサ４１の検出値に基づいて、時刻ｔにおける温度変化率ｄＴ（ｔ）が取得される（ステップＳ５ａ）。上述した実施例でも説明したように、圧力変化率ｄＰ（ｔ）は、充填開始からまず所定の値になるまで上昇し、中盤まではその値が維持されるため、温度変化率ｄＴ（ｔ）も同様に、充填開始からまず所定の値になるまで上昇し、中盤まではその値が維持される。尚、温度の変化率は、温度センサ４１の検出値に基づいて算出される温度を時間で微分することにより算出される。

次に、時刻ｔからΔｔ経過した時点における温度変化率ｄＴ（ｔ＋Δｔ）が取得され（ステップＳ６ａ）、時刻ｔにおける温度変化率ｄＴ（ｔ）と比較し、ｄＴ（ｔ＋Δｔ）がｄＴ（ｔ）よりも低下したか否かが判定される（ステップＳ７ａ）。ここで、上述したようにガスステーション１０の制御ユニット１６は、充填開始からのタンク２２への実際の充填量が目標充填量に近づくにつれて、ディスペンサ１１からタンク２２への水素ガスの流量が低下するように制御する。このため、タンク２２内の圧力の変化率も低下し、これに伴ってタンク２２内の温度変化率も低下する。このため、車両２０の制御ユニット２８は、温度センサ４１の検出値に基づいて算出されるタンク２２内の温度変化率が低下したことをもって、充填終了に近づいていることを判定できる。ステップＳ７ａの処理は、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの充填速度に相関するタンク２２内の温度の変化率が、タンク２２への水素ガスの充填中に充填速度が低下したことを示すか否かを判定する判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ７ａで否定判定の場合には、再度ステップＳ７ａの処理が実行される。

ステップＳ７ａで肯定判定の場合には、温度変化率の低下後に所定時間ｔｒ以上経過したか否かが判定される（ステップＳ９ａ）。尚、所定時間ｔｒは、温度変化率が低下してから充填終了前までの時間となるように予め設定されている。否定判定の場合には、再度ステップＳ９ａの処理が実行される。ステップＳ９ａで肯定判定の場合には、ステップＳ１１、Ｓ１３、及びＳ１５の処理が実行される。

図６は、第１変形例の加熱制御の一例を示したタイミングチャートである。図６では、温度センサ４１の検出値に基づいて算出されるタンク２２内の温度、タンク２２内の温度に基づいて算出される温度変化率、ヒータ４８の通電状態、及び外気温を示している。時刻ｔ１で充填が開始されると、温度は急勾配で上昇して、温度変化率は比較的高い値で維持される。時刻ｔ２になると、ガスステーション１０の制御ユニット１６は、上述した充填終了が近づいているとして、ガスステーション１０からタンク２２へ充填される燃料ガスの流量がそれまでよりも低減される。このため、時刻ｔ２では、温度の上昇勾配が緩やかになり、温度変化率は低下する。このように、温度変化率が比較的高い値から低下した時刻ｔ２から、所定期間ｔｒが経過した時刻ｔ３で、ヒータ４８はＯＦＦからＯＮに切り替えられレセプタクル２５の加熱が開始される。時刻ｔ４で充填が完了すると、ヒータ４８はＯＦＦに切り替えられる。

尚、図４と同様に図６が示すタイムチャートにおいても、同様の理由により、時刻ｔ３でそれ以前よりも温度の上昇勾配が更に緩やかになり、時刻ｔ４以降で温度が僅かに下降し始め、時刻ｔ５以降で安定する。

以上のように、第１変形例では、車両２０の制御ユニット２８は、車両２０に搭載された温度センサ４１の検出値から算出される温度変化率に基づいて充填終了間際であるか否かを判断でき、ヒータ４８によるレセプタクル２５の加熱を開始できる。このため、充填量の低下や電力消費量の増大を抑制しつつ、充填終了時でのノズル１３及びレセプタクル２５の凍結を抑制できる。

次に第２変形例の加熱制御について説明する。第２変形例では、上記実施例とは異なり、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの充填速度に相関するパラメータ値の一例として、充填通路２３を通過する水素ガスの流量を用いて、適切なレセプタクル２５の加熱の開始時期が判断される。ガスステーション１０からタンク２２への充填速度の増減に応じて、水素ガスの流量も増減するからである。図７は、第２変形例の加熱制御の一例を示したフローチャートである。ステップＳ３で肯定判定の場合には、流量センサ４３の検出値に基づいて、時刻ｔにおける流量Ｖ（ｔ）が取得される（ステップＳ５ｂ）。

次に、時刻ｔからΔｔ経過した時点における流量Ｖ（ｔ＋Δｔ）が取得され（ステップＳ６ｂ）、時刻ｔにおける流量Ｖ（ｔ）と比較し、Ｖ（ｔ＋Δｔ）がＶ（ｔ）よりも低下したか否かが判定される（ステップＳ７ｂ）。ここで、上述したようにガスステーション１０の制御ユニット１６は、充填開始からのタンク２２への実際の充填量が目標充填量に近づくにつれて、ディスペンサ１１からタンク２２への水素ガスの流量が低下するように制御され、充填通路２３を通過する水素ガスの流量も低下する。このため、車両２０の制御ユニット２８は、流量センサ４３の検出値に基づいて流量が低下したことをもって、充填終了に近づいていることを判定できる。ステップＳ７ｂの処理は、ガスステーション１０からタンク２２への水素ガスの充填速度に相関するタンク２２内に流入する水素ガスの流量が、タンク２２への水素ガスの充填中に充填速度が低下したことを示すか否かを判定する判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ７ｂで否定判定の場合には、再度ステップＳ７ｂの処理が実行される。

ステップＳ７ｂで肯定判定の場合には、流量の低下後に所定時間ｔｓ以上経過したか否かが判定される（ステップＳ９ｂ）。尚、所定時間ｔｓは、流量が低下してから充填終了前までの時間となるように予め設定されている。否定判定の場合には、再度ステップＳ９ｂの処理が実行される。ステップＳ９ｂで肯定判定の場合には、ステップＳ１１、Ｓ１３、及びＳ１５の処理が実行される。

図８は、第２変形例の加熱制御の一例を示したタイミングチャートである。図８では、流量センサ４３の検出値である流量、ヒータ４８の通電状態、及び外気温を示している。時刻ｔ１で充填が開始されると、流量は比較的高い値で維持される。時刻ｔ２になると、ガスステーション１０の制御ユニット１６は、上述した充填終了が近づいているとして、ガスステーション１０からタンク２２へ充填される燃料ガスの流量がそれまでよりも低減される。このため、時刻ｔ２では、流量は低下する。流量が比較的高い値から低下した時刻ｔ２から、所定期間ｔｓが経過した時刻ｔ３で、ヒータ４８はＯＦＦからＯＮに切り替えられレセプタクル２５の加熱が開始される。時刻ｔ４で充填が完了すると、ヒータ４８はＯＦＦに切り替えられる。

尚、図４と同様に図８が示すタイムチャートにおいても、同様の理由により、時刻ｔ３でそれ以前よりも流量が低下する。また、時刻ｔ４以降では、充填が終了しているため、充填通路２３の水素ガスの流量はゼロとなる。

以上のように、第２変形例では、車両２０の制御ユニット２８は、車両２０に搭載された流量センサ４３の検出値である水素ガスの流量に基づいて充填終了間際であるか否かを判断でき、ヒータ４８によるレセプタクル２５の加熱を開始できる。このため、充填量の低下や電力消費量の増大を抑制しつつ、充填終了時でのノズル１３及びレセプタクル２５の凍結を抑制できる。

次に、変形例のガスステーション１０ａ及び車両１ａについて説明する。図９は、変形例のガスステーション１０ａ及び車両１ａの説明図である。本変形例では、図２で示したガスステーション１０及び車両１とは異なり、車両１ａにはヒータ４８は設けられておらず、ガスステーション１０ａ側に、ノズル１３を加熱するヒータ１８が設けられている。このような構成において、充填速度が低下したときに、制御ユニット１６ａがヒータ１８によりノズル１３の加熱を開始する。この場合には、圧力センサ１４の検出値又は流量センサ１７の検出値に基づいて、充填速度の低下を判定できる。車両１ａ側の圧力センサ４２の検出値及び流量センサ４３の検出値と同様に、充填速度の低下が、圧力センサ１４の検出値や流量センサ１７の検出値に判定されるためである。また、車両１ａの制御ユニット２８ａが、タンク２２の温度を検出する温度センサ４１の検出値を、通信機２６及び１５を介してガスステーション１０ａ側の制御ユニット１６ａに送信し、制御ユニット１６ａが取得した温度センサ４１の検出値に基づいて、充填速度の低下を判定してもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記実施例及び変形例では、樹脂製ライナー６１を用いたタンク２２を例に説明したがこれに限定されず、燃料ガスを充填可能なタンクであればよい。

上記実施例及び変形例では、燃料電池２１を搭載した燃料電池車両を車両の一例として説明したが、本発明を適用できる車両はこれに限定されない。例えば、水素ガス又は冷却燃料ガスにより燃焼可能な内燃機関を搭載した車両であってもよい。この場合、タンクに充填される燃料ガスとしては、水素ガスの他に、液化石油ガス、液化天然ガス、圧縮天然ガス等がある。いずれの燃料ガスも、氷点下に冷却されてから、タンクに充填される。

図４、図６、及び図８において、圧力値、圧力変化率、タンク２２内の温度、温度変化率、流量は、直線的に変化しているが、これに限定されず、曲線的に変化する場合であってもよい。

５冷却器
１０ガスステーション（燃料ガス充填装置）
１３ノズル
２０車両
２１燃料電池
２２タンク
２３充填通路
２５レセプタクル
２８制御ユニット（判定部、制御部）
４１温度センサ
４２圧力センサ
４３流量センサ
４４外気温センサ
４８ヒータ
６１樹脂製ライナー

Claims

燃料ガスを充填するタンクと、
前記燃料ガスを冷却して前記タンクに充填し前記タンクの前記燃料ガスの充填量が目標充填量に到達する前に前記燃料ガスの前記タンクへの充填速度を低下させて前記タンクへの前記燃料ガスの充填を終了する燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、
前記レセプタクルと前記タンクとを連通する充填通路と、
前記レセプタクルを加熱する加熱部と、
前記燃料ガス充填装置から前記タンクへの前記燃料ガスの充填速度に相関するパラメータ値が、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記充填速度が低下したことを示すか否かを判定する判定部と、
前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記加熱部に前記レセプタクルの加熱を開始させる制御部と、を備え、
前記パラメータ値は、前記タンク内の圧力の変化率、前記タンク内の温度の変化率、及び前記タンク内に流入する前記燃料ガスの流量、の何れかである、車両。
前記タンクは、樹脂製ライナーを有している、請求項１の車両。
外気温を検出する外気温センサを備え、
前記制御部は、検出された外気温が所定の温度以下の場合であって、前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記加熱部による前記レセプタクルの加熱を開始する、請求項１又は２の車両。
前記タンクに充填された前記燃料ガスが供給されることにより発電する燃料電池を備えた、請求項１乃至３の何れかの車両。
タンクと燃料ガス充填装置とを着脱可能に接続する接続部を介して、前記燃料ガス充填装置から冷却された燃料ガスをタンクに充填し、前記タンクの前記燃料ガスの充填量が目標充填量に到達する前に前記燃料ガスの前記タンクへの充填速度を低下させて前記タンクへの前記燃料ガスの充填を終了する燃料ガス充填方法において、
前記燃料ガス充填装置から前記タンクへの前記燃料ガスの充填速度に相関するパラメータ値が、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記充填速度が低下したことを示すか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて肯定判定がなされた場合に、前記タンクへの前記燃料ガスの充填中に前記接続部の加熱を開始する加熱開始ステップと、を備え、
前記パラメータ値は、前記タンク内の圧力の変化率、前記タンク内の温度の変化率、及び前記タンク内に流入する前記燃料ガスの流量、の何れかである、燃料ガス充填方法。