JP7091960B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池車両 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池車両に関する。
水素ステーションにおいて燃料電池車両の水素タンクに水素を充填する際に、水素ステーションと車両との間で通信を行なう技術が知られている。具体的には、車両は、タンクの圧力や温度に関するタンクデータを水素ステーションに送信し、水素ステーションは、受信したタンクデータを用いて水素タンクの初期状態を把握して、把握した初期状態に基づいて、水素の流量等の水素充填条件を決定している（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－１９２０４８号公報
燃料電池車両において水素タンク内の圧力を検出する際には、一般に、水素タンク内の圧力を直接的に検出するのではなく、水素タンクに接続される配管内の圧力を検出する。このような構成において、例えば、水素タンクに接続される配管の交換や、当該配管に設けられた部品の交換などのメンテナンス、あるいは点検等を行なうと、上記配管内が大気解放されて配管内の圧力が低下する。上記のように配管内の圧力が低下した状態で水素充填を開始しようとすると、通常とは異なる低圧状態を示すタンクデータを受信した水素ステーションにおいて水素供給が開始されず、水素充填できない事態が生じる可能性があった。
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、水素を貯蔵する水素タンクと、前記水素タンクに水素を充填するための水素充填装置が接続される充填口と、前記充填口と前記水素タンクとを接続する充填流路と、前記燃料電池と前記水素タンクとを接続する供給流路と、前記充填流路に設けられて前記充填流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、前記充填流路において前記充填口と前記第１圧力センサとの間に設けられ、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第１弁と、前記充填流路において前記第１圧力センサと前記水素タンクとの間に設けられ、前記水素タンクに水素を充填する際には、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第２弁と、前記供給流路に設けられて前記供給流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、前記供給流路において前記第２圧力センサが配置された部位を、前記燃料電池の非発電時に封止するための封止弁と、前記水素タンク内の圧力を示す信号を前記水素充填装置に送信する送信部と、を備え、前記送信部は、前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断したときに、前記第１圧力センサが検出した第１センサ値が、大気圧よりも高い圧力として予め定められた基準圧力以上の場合には、前記水素タンク内の圧力が前記第１センサ値であることを示す第１信号を送信し、前記第１センサ値が前記基準圧力未満の場合には、前記水素タンク内の圧力が、前記第２圧力センサが検出した第２センサ値であることを示す第２信号を送信する。
この形態の燃料電池システムによれば、水素タンク内の圧力が予め定められた基準圧力未満であることを示す信号を受信したときには水素充填を開始しない水素充填装置を用いる場合であっても、水素タンク等に漏れ等の不具合が生じていないにもかかわらず水素充填できなくなる、という事態の発生を抑えることができる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記送信部は、前記第１センサ値が前記基準圧力未満の場合であって、前記第２センサ値が前記基準圧力以上の場合には、前記第２信号を送信し、前記第２センサ値が前記基準圧力未満の場合には、前記第２信号に代えて前記第１信号を送信することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、水素タンク内の圧力が予め定められた基準圧力未満であることを示す信号を受信したときには水素充填を開始しない水素充填装置を用いる場合に、第１センサ値が基準圧力未満であっても、第２センサ値が前記基準圧力以上の場合には、水素タンク等に漏れ等の不具合が生じていないにもかかわらず水素充填できなくなる、という事態の発生を抑えることができる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに、前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断するときに、前記第１センサ値および前記第２センサ値の双方が前記基準圧力未満の場合には、前記燃料電池システムを起動させた後に停止させる一連の動作を促す情報を報知する、報知部を備えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、第１センサ値だけでなく第２センサ値も基準圧力未満の場合であっても、水素タンク等に漏れ等の不具合が生じていないにもかかわらず水素充填できなくなる、という事態の発生を抑えることができる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに、前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断するときに、前記第１センサ値および前記第２センサ値の双方が前記基準圧力未満の場合には、前記封止弁であって、前記供給流路において前記水素タンクと前記第２圧力センサとの間に設けられた弁である第３弁を、開弁させた後に閉弁させる昇圧動作を行なう圧力調整部を備え、前記送信部は、前記第２信号として、前記水素タンク内の圧力が、前記昇圧動作の後に前記第２圧力センサが検出した第２センサ値であることを示す信号を、送信することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、第１センサ値だけでなく第２センサ値も基準圧力未満の場合であっても、水素タンク等に漏れ等の不具合が生じていないにもかかわらず水素充填できなくなる、という事態の発生を抑えることができる。
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを搭載する燃料電池車両、水素充填システム、燃料電池システムの制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
燃料電池システムの概略構成を表わす説明図である。 充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。 充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。 充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。 充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。 燃料電池システムの概略構成を表わす説明図である。 充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
Ａ．第１実施形態：
（Ａ－１）全体構成：
図１は、本発明の第１実施形態の燃料電池システム２５の概略構成を表わす説明図である。燃料電池システム２５は、燃料電池車両２０に搭載されており、燃料電池車両２０は、水素充填装置７０と共に水素充填システム１０を構成する。
燃料電池システム２５は、燃料電池車両２０に搭載された図示しない駆動モータで用いる電力を発生するための装置である。燃料電池システム２５は、燃料電池６６と、水素タンク６０と、レセプタクル６４と、充填配管３０と、供給配管３２と、報知部６７と、制御部６８と、を備える。水素タンク６０とレセプタクル６４とは、充填配管３０によって接続されており、水素タンク６０と燃料電池６６とは、供給配管３２によって接続されている。図１では、燃料電池車両２０の構成のうち、水素の流通に係る部分のみを示す。燃料電池車両２０は、さらに、燃料電池６６に対して酸素を含む酸化ガスを流通させる構成、燃料電池６６に対して冷媒を流通させる構成、および、駆動モータの駆動に係る構成を備えるが、これらについては説明を省略する。
燃料電池６６は、燃料ガスと酸化ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置であり、単セルが複数積層されたスタック構成を有している。本実施形態の燃料電池６６は、固体高分子形燃料電池であるが、他種の燃料電池を用いてもよい。燃料電池６６を構成する各単セルでは、電解質膜を間に介して、アノード側に燃料ガスである水素が流れる流路（以後、アノード側流路とも呼ぶ）が形成され、カソード側に酸化ガスである空気が流れる流路（以後、カソード側流路とも呼ぶ）が形成されている。
水素タンク６０は、燃料電池６６に供給するための水素を貯蔵するための装置である。水素タンク６０は、例えば、樹脂製ライナーの外表面上に、熱硬化性樹脂を含有する繊維を巻回した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）層を有する樹脂製タンクとすることができる。水素タンク６０は、タンク口金内に配置されたバルブ機構６２を備える。バルブ機構６２は、その内部に、バルブ内流路３４が形成される。バルブ内流路３４は、第１流路３５、第２流路３６、および第３流路３７を備える。第１流路３５の一端は、バルブ機構６２の表面で開口しており、充填配管３０が接続される。第１流路３５には、充填配管３０から水素タンク６０内に向かう水素の流れのみを許容する第２逆止弁５２が設けられている。第２逆止弁５２は、「第２弁」とも呼ぶ。第１流路３５の他端は、第３流路３７の一端に接続されている。第２流路３６の一端は、バルブ機構６２の表面で開口しており、供給配管３２が接続される。第２流路３６には、第２流路３６の開閉を行なう電磁弁である第１バルブ５３が設けられている。第１バルブ５３は、「第３弁」とも呼ぶ。第２流路３６の他端は、第３流路３７の一端に接続されている。第３流路３７の他端は、水素タンク６０内で開口している。ただし、第１流路３５と第２流路３６とが合流する第３流路３７を設けることなく、第１流路３５と第２流路３６とが、別々に、水素タンク６０内の空間に接続されることとしてもよい。水素タンク６０は、さらに、水素タンク６０内部の温度を検出する温度センサ４５を備える。
レセプタクル６４は、燃料電池車両２０の車体２２の側面に設けられており、水素タンク６０に水素を充填する際に水素充填装置７０を燃料電池車両２０に接続するための構造である。レセプタクル６４の内部には、第４流路３８が形成されている。第４流路３８の一端は、充填配管３０に接続されている。第４流路３８の他端は、車体２２の表面で開口して、水素充填装置７０から供給される水素が流入する充填口２６を形成する。第４流路３８には、充填口２６から充填配管３０に向かう水素の流れのみを許容する第１逆止弁５１が設けられている。第１逆止弁５１は、「第１弁」とも呼ぶ。レセプタクル６４には、さらに、送信部６５が設けられている。送信部６５は、赤外線通信により、水素タンク６０内の圧力を示す信号を水素充填装置７０に送信するための装置である。以下では、水素タンク６０内の圧力を単に「タンク圧」とも呼び、タンク圧を示す情報を「タンク情報」とも呼び、タンク情報を伝達するための信号を「タンク情報信号」とも呼ぶ。なお、送信部６５は、水素充填装置７０との間で通信が可能であれば、レセプタクル６４から離間した位置に設けられてもよい。送信部６５は、後述するように、制御部６８によって駆動されて、タンク情報信号を送信する。
車体２２には、レセプタクル６４を覆うリッド２４が設けられている。リッド２４は、ヒンジを介して開閉自在に車体２２に取り付けられており、水素充填装置７０によって水素タンク６０に水素充填する際に開けられる。レセプタクル６４の近傍には、リッド２４の開閉状態を検知するリッドセンサ４６が設けられている。
図１に示す構成において、充填口２６と水素タンク６０とを接続する流路、すなわち、充填口２６から供給された水素が水素タンク６０に充填されるまでに流れる流路を、「充填流路」とも呼ぶ。本実施形態では、「充填流路」は、充填配管３０と、第１流路３５と、第３流路３７と、第４流路３８と、を含む。充填流路には、第２逆止弁５２と第１逆止弁５１との間において充填流路内の圧力を検出する充填圧センサ４１が設けられている。本実施形態では、充填配管３０に、充填圧センサ４１が設けられている。充填圧センサ４１は、「第１圧力センサ」とも呼ぶ。
水素タンク６０に水素を充填する際には、水素充填装置７０の後述するノズル７２がレセプタクル６４に接続されて、ノズル７２、レセプタクル６４、および充填流路を介して、水素充填装置７０から水素タンク６０へと水素が充填される。このとき、水素充填装置７０から高圧の水素が供給されることにより、第１逆止弁５１および第２逆止弁５２が開弁される。水素充填時には、充填圧センサ４１が検出する圧力は、タンク圧とほぼ等しくなるため、充填圧センサ４１の検出値を、タンク圧として用いることができる。
上記のように、水素タンク６０に水素を充填する際、および、水素充填の終了時には、充填配管３０内の圧力は、タンク圧とほぼ等しくなる。その後、燃料電池６６の発電が行なわれて水素タンク６０内の水素が消費され、タンク圧が低下すると、第２逆止弁５２よりもレセプタクル６４側の圧力の方が、水素タンク６０側の圧力よりも高くなる。その結果、圧力差によって第２逆止弁５２が開弁されるため、タンク圧が低下しても、タンク圧と、充填配管３０における第１逆止弁５１よりも下流側の部分の圧力とは、ほぼ等しい状態が保たれる。
図１に示す構成において、燃料電池６６と水素タンク６０とを接続する流路、すなわち、水素タンク６０から排出された水素が燃料電池６６に供給されるまでに流れる流路を、「供給流路」とも呼ぶ。本実施形態では、「供給流路」は、供給配管３２と、第２流路３６と、第３流路３７と、を含む。供給配管３２には、水素流れの上流側から順に、減圧弁５４とインジェクタ５５とが設けられている。インジェクタ５５は、内部に電磁弁を備え、この電磁弁の開閉動作によって、水素タンク６０からの供給水素量を調節する。燃料電池６６の発電時には、第１バルブ５３が開弁されて水素タンク６０から供給配管３２へと高圧の水素が流入し、流入した高圧の水素は減圧弁５４により減圧されて、インジェクタ５５から燃料電池６６のアノード側流路へと供給される。燃料電池６６に供給される水素の量は、インジェクタ５５における開閉制御により調節される。供給流路において、第１バルブ５３と減圧弁５４との間には高圧センサ４２が設けられており、減圧弁５４とインジェクタ５５との間には中圧センサ４３が設けられており、インジェクタ５５と燃料電池６６との間には低圧センサ４４が設けられている。燃料電池６６の発電時には、高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４の検出値は、この順で小さくなる。高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４の検出値は、燃料電池６６の発電時に、燃料電池６６に供給する水素量を制御する際に用いると共に、さらに、後述するように、水素タンク６０内に水素を充填する際にも用いられる。なお、水素タンク６０に水素を充填する際には、第１バルブ５３が閉弁されるため、高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４の検出値は、充填の動作に伴って変化しない。高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４は、「第２圧力センサ」とも呼ぶ。
燃料電池６６には、さらに、燃料電池６６内のアノード側流路を流れた燃料ガスが排出される排出配管３９が接続されている。排出配管３９には、排出配管３９の開閉を行なう電磁弁である第２バルブ５８が設けられている。なお、排出配管３９の下流側を、供給配管３２におけるインジェクタ５５と燃料電池６６との間に接続させて、燃料電池６６から排出される燃料ガスを燃料電池６６に供給して、燃料ガスが循環する流路を形成することとしてもよい。燃料電池６６が発電を停止するときには、第２バルブ５８は閉弁される。
本実施形態では、供給流路において第２圧力センサである高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４が配置された部位は、燃料電池６６の非発電時には封止される。具体的には、上記第２圧力センサよりも上流側では、既述した第３弁である第１バルブ５３によって供給流路が封止される。第２圧力センサである高圧センサ４２および中圧センサ４３よりも下流側では、インジェクタ５５および第２バルブ５８の双方によって供給流路が封止される。第２圧力センサである低圧センサ４４よりも下流側では、第２バルブ５８によって供給流路が封止される。第２圧力センサの下流側で供給流路を封止する弁を、「第４弁」とも呼ぶ。また、供給流路において第２圧力センサが配置された部位を、燃料電池６６の非発電時に封止するための弁、すなわち、「第３弁」および「第４弁」を、合わせて「封止弁」とも呼ぶ。
報知部６７とは、後述する水素充填の可否に係る情報等を報知するための装置である。報知部６７は、例えば、燃料電池車両２０のインストルメントパネルに設けたディスプレイとすることができる。あるいは、報知部６７による報知は、視認可能となるようにディスプレイ等に表示する態様に代えて、あるいは、表示する態様に加えて、音声により行なってもよい。報知部６７による報知は、燃料電池システム２５の使用者（燃料電池車両２０の使用者）が、報知される内容を認識可能となる態様で出力するものであればよい。
制御部６８は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成される。制御部６８は、既述した充填圧センサ４１、高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４等の各圧力センサ、温度センサ４５、リッドセンサ４６の他、図示しないアクセル開度センサ、シフトポジションセンサ、車速センサ等、種々のセンサから検出信号を取得して、燃料電池車両２０に係る種々の制御を行なう。具体的には、制御部６８は、既述した各種バルブ、送信部６５、報知部６７、駆動用モータ、あるいは各種制御機器に駆動信号を出力する。制御部６８は、さらにタイマを備えており、種々の信号を入力した後、あるいは、種々の処理を実行した後の、経過時間を計測可能となっている。なお、制御部６８は、水素の充填動作の制御や車両の走行動作の制御の全てを一体で行なうのではなく、上記した各制御をそれぞれ別体としての制御部（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）で行うこととして、各ＥＣＵ間で情報をやり取りするように構成してもよい。
水素充填装置７０は燃料電池車両２０の水素タンク６０に水素を充填するための装置であり、例えば水素ステーションに設けることができる。水素充填装置７０は、高圧の水素を貯蔵する図示しない水素貯蔵部と、水素貯蔵部から取り出される高圧水素を導く水素供給ホース７６と、水素供給ホース７６の先端に設けられたノズル７２と、受信部７４と、タンク圧センサ７５と、制御部７８と、を備える。ノズル７２は、水素充填時に燃料電池車両２０のレセプタクル６４に結合するための構造であり、ノズル７２で開口する水素充填装置７０側の水素流路を、燃料電池車両２０の充填流路に接続するための構造である。受信部７４は、燃料電池車両２０の送信部６５との間で赤外線通信を行ない、タンク圧を示す信号であるタンク情報信号を受信する。タンク圧センサ７５は、ノズル７２内に設けられて、ノズル７２内の水素流路内の圧力を検出する。水素充填時にノズル７２がレセプタクル６４に結合されて、ノズル７２内の流路が水素タンク６０内と連通したときには、タンク圧センサ７５によって、タンク圧を検出することが可能になる。制御部７８は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成される。制御部７８は、受信部７４がタンク情報信号を受信すると、水素充填に係る制御を開始し、水素充填の際には、上記タンク情報信号が表わすタンク情報を用いて、水素充填の際に燃料電池車両２０に供給する水素の流量等を調節する。水素充填装置７０は、さらに、充填に先立って水素を冷却するプレクーラを備える。
（Ａ－２）充填開始時の動作：
図２は、本実施形態の燃料電池車両２０の制御部６８のＣＰＵで実行される充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池車両２０の水素タンク６０に対する水素充填が開始されると判断されるときに実行される。本実施形態では、制御部６８は、リッド２４が開いたことを示す信号をリッドセンサ４６から受信したときに、水素タンク６０に対する水素充填が開始されると判断する。なお、燃料電池車両２０のリッド２４が開けられて図２の充填時制御処理ルーチンが開始されると、これと並行して、水素充填の動作を行なう使用者によって、水素充填装置７０のノズル７２がレセプタクル６４に取り付けられる。
本ルーチンが起動されると、制御部６８のＣＰＵは、充填圧センサ４１の検出信号を取得する（ステップＳ１００）。充填圧センサ４１が検出する充填配管３０内の圧力の値は、第１センサ値Ｐ１とも呼ぶ。次に、制御部６８のＣＰＵは、取得した第１センサ値Ｐ１と、予め定めた第１基準圧力Ｐａとを比較する（ステップＳ１１０）。第１基準圧力Ｐａは、大気圧よりも高い圧力として予め定められた圧力である。具体的には、第１基準圧力Ｐａは、例えば、水素タンク６０の使用時の最低圧力として予め定められた使用時最低圧力以上に設定することができる。本実施形態では、水素タンク６０内の水素の使用時には、タンク圧が、大気圧よりも若干高く設定された使用時最低圧力を下回らないように、水素の消費状態が制御される。本実施形態では、使用時最低圧力は、０．５ＭＰａに設定されており、第１基準圧力Ｐａは、使用時最低圧力と同じ０．５ＭＰａに設定されている。
第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ以上の場合には（ステップＳ１１０：ＮＯ）、制御部６８のＣＰＵは、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報を生成する（ステップＳ１２０）。上記のように第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ以上の場合には、通常は水素タンク６０と同じ圧力である充填配管３０において、圧力低下を伴う不都合が生じていないと考えられる。ステップＳ１２０の後、制御部６８は、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報信号の送信を、送信部６５に開始させて（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報信号は、「第１信号」とも呼ぶ。
以下では、ステップＳ１３０の後に行なわれる水素充填に係る動作について説明する。上記のように、ステップＳ１３０において、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報信号の送信が開始されると、水素充填装置７０では、水素充填に係る一連の動作が開始される。本実施形態の水素充填装置７０は、充填動作の開始時には、まず、プレ充填を行なう。プレ充填とは、予め定めた流量および予め定めた時間にて、水素充填装置７０から水素タンク６０に対して水素を供給し、水素充填装置７０が水素タンク６０を検査する動作をいう。プレ充填において水素タンク６０に供給される水素量は、水素タンク６０等に漏れが生じていた場合であっても不都合が発生しないように、十分に抑えた量となっている。水素充填装置７０の制御部７８は、プレ充填時におけるタンク圧の変化の程度に基づいて、水素タンク６０を含む水素充填に関わる水素流路における水素漏れ等を検査する。プレ充填時には、水素充填装置７０の制御部７８は、タンク圧として、水素充填装置７０側のタンク圧センサ７５の検出値を用いればよい。プレ充填によって水素タンク６０等に水素漏れがないことが確認されると、水素充填装置７０は、水素タンク６０に水素充填する動作を開始する。水素充填時に充填する水素流量等を制御するために水素充填装置７０の制御部７８が用いるタンク圧は、燃料電池車両２０側から送信される充填圧センサ４１の検出値である第１センサ値Ｐ１であってもよく、水素充填装置７０側のタンク圧センサ７５の検出値であってもよい。水素充填装置７０による水素充填が完了すると、ノズル７２がレセプタクル６４から取り外されて、リッド２４が閉じられる。このようにリッド２４が閉じられたことをリッドセンサ４６が検出すると、燃料電池車両２０の制御部６８は、送信部６５によるタンク情報信号の送信を停止させる。
図２に戻り、ステップＳ１１０において第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満の場合には（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、通常は水素タンク６０内と同じ圧力である充填配管３０内の圧力が、水素タンク６０の使用時最低圧力未満になっていると判断できる。ステップＳ１１０において第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満になる場合としては、例えば、水素タンク６０と充填配管３０とのうちの少なくとも一方において漏れが生じている第１の場合が考えられる。また、充填配管３０に設けられた部品の交換などのメンテナンス、あるいは点検等を行なうことにより、充填配管３０が大気解放された第２の場合が考えられる。このように、ステップＳ１１０において第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満であると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、第２圧力センサの検出信号、すなわち、高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４の検出信号を取得する（ステップＳ１４０）。第２圧力センサが検出する供給配管３２内の圧力の値は、第２センサ値Ｐ２とも呼ぶ。
第２圧力センサの検出信号を取得すると、制御部６８のＣＰＵは、タンク圧が第２センサ値Ｐ２であることを示すタンク情報を生成する（ステップＳ１６０）。その後、制御部６８は、タンク圧が第２センサ値Ｐ２であることを示すタンク情報信号の送信を、送信部６５において開始させる（ステップＳ１７０）。ステップＳ１６０では、高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４が検出した圧力のうちの、いずれの値を第２センサ値Ｐ２として用いてもよい。タンク圧が第２センサ値Ｐ２であることを示すタンク情報信号は、「第２信号」とも呼ぶ。
上記のように、ステップＳ１７０において、タンク情報信号として第２センサ値Ｐ２を示す送信が開始されると、このタンク情報信号を受信した水素充填装置７０は、既述したように水素充填に係る一連の動作を開始する。具体的には、まず、既述したプレ充填を行なう。これにより、水素タンク６０に対して水素が供給される。
ステップＳ１７０でタンク情報信号の送信を開始した後、制御部６８のＣＰＵは、再び充填圧センサ４１から第１センサ値Ｐ１を取得する（ステップＳ１８０）。そして、取得した第１センサ値Ｐ１と、予め定めた第２基準圧力Ｐｂとを比較する（ステップＳ１９０）。本実施形態では、第２基準圧力Ｐｂは、第１基準圧力Ｐａおよび使用時最低圧力と同じ０．５ＭＰａに設定されている。第２基準圧力Ｐｂは、大気圧よりも高い圧力として予め定められた圧力であり、例えば、既述した第１基準圧力Ｐａ以上の値に設定することができる。制御部６８のＣＰＵは、ステップＳ１９０において第１センサ値Ｐ１が第２基準圧力Ｐｂ以上であると判断されるまで、ステップＳ１８０およびステップＳ１９０の動作を繰り返す。
ここで、制御部６８のＣＰＵがステップＳ１８０およびステップＳ１９０の動作を繰り返すときには、既述したように、先に実行したステップＳ１１０において、第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断されている。このように、ステップＳ１１０において第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満である場合としては（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、既述したように第１の場合や第２の場合が考えられる。上記第２の場合には、ステップＳ１７０の後、水素充填装置７０による水素充填に係る一連の動作が開始されることにより、充填配管３０内の圧力が上昇する。その結果、第１センサ値Ｐ１が第２基準圧力Ｐｂ以上に昇圧する。
上記第２の場合に該当して、ステップＳ１９０で第１センサ値Ｐ１が第２基準圧力Ｐｂ以上であると判断されると（ステップＳ１９０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、送信するタンク情報信号におけるタンク圧を、第１センサ値Ｐ１に変更して（ステップＳ１９５）、本ルーチンを終了する。水素充填装置７０では、既述したように水素充填に係る一連の動作が開始されているが、ステップＳ１９５の結果、水素充填装置７０では、タンク圧として第１センサ値Ｐ１を用いた水素充填の動作が可能になる。水素充填装置７０による水素充填が完了して、リッド２４が閉じられたことをリッドセンサ４６が検出すると、燃料電池車両２０の制御部６８は、送信部６５によるタンク情報信号の送信を停止させる。
既述した水素漏れが生じている第１の場合に該当する場合には、ステップＳ１７０の後に水素充填装置７０において水素充填に係る一連の動作が開始されても、ステップＳ１９０において第１センサ値Ｐ１が第２基準圧力Ｐｂ以上にならない可能性がある。このような場合には、水素充填装置７０において、プレ充填時に上記漏れが検出されるため、水素充填の動作を停止することができる。
以上のように構成された本実施形態の燃料電池システム２５によれば、水素タンク６０に対する水素充填が開始されると判断したときに、燃料電池車両２０の送信部６５は、充填圧センサ４１が検出した第１センサ値が、水素タンク６０の使用時最低圧力として予め定められた第１基準圧力Ｐａ以上の場合には、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示す信号を送信し、第１センサ値が第１基準圧力未満の場合には、タンク圧が第２センサ値Ｐ２であることを示す信号を送信する。そのため、水素タンク６０および充填配管３０において漏れを生じていない場合であって、充填配管３０に設けられた部品の交換などのメンテナンス等により充填配管３０が大気解放された場合に、第１基準圧力Ｐａ未満となっている第１センサ値Ｐ１に代えて、第２センサ値Ｐ２を示すタンク情報信号を水素充填装置７０に送信して、水素充填を開始することが可能になる。水素充填装置７０の中には、タンク情報信号として、タンク圧が使用時最低圧力等の基準圧力未満であることを示す信号を受信すると、水素タンク６０に漏れがあると判断して、水素充填の動作を開始しないタイプのものが存在する。本実施形態では、第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満の場合には、タンク圧が第２センサ値Ｐ２であることを示す信号を送信する。そのため、水素タンク６０の漏れ等の不具合が生じておらず、充填配管３０に係るメンテナンス等により第１センサ値Ｐ１が使用時最低圧力未満となった場合にも、水素充填を行なうことが可能になる。すなわち、本実施形態によれば、水素タンク６０等に漏れが生じているときに水素充填を行なうことを抑えつつ、上記漏れが生じておらず水素充填が可能な状況においては、水素充填装置７０のタイプにかかわらず、水素充填が可能になる場合を増加させることができる。
さらに、本実施形態の燃料電池システム２５によれば、タンク情報信号を送信するために、充填流路に設けた第１圧力センサ（充填圧センサ４１）が検出した第１センサ値や、供給流路に設けた第２圧力センサ（高圧センサ４２、中圧センサ４３、低圧センサ４４）が検出した第２センサ値を用いている。そのため、水素タンク６０に別途圧力センサを設ける場合とは異なり、水素タンク６０のタンク口金内に配置されたバルブ機構６２の大型化および複雑化を抑えることができる。また、燃料電池６６の発電制御に用いられる圧力センサである高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４を利用することで、燃料電池システム２５の複雑化を抑えることができる。
なお、燃料電池システム２５において、第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満であるか否かにかかわらず、充填開始時には、タンク圧が第２センサ値Ｐ２であることを示すタンク情報信号を燃料電池車両２０から送信する構成も考えられる。しかしながら、第２センサ値Ｐ２は、第１センサ値Ｐ１よりも、タンク圧を表わす値として不正確になる場合がある。具体的には、燃料電池６６の発電停止時に第１バルブ５３を閉弁した後に、第１バルブ５３の漏れを検査するために、インジェクタ５５から燃料電池６６側に少量の水素を吐出させて、例えば高圧センサ４２や中圧センサ４３の検出値に基づいて、第１バルブ５３の漏れの検査を行なう場合がある。第１バルブ５３に漏れがあれば、高圧センサ４２あるいは中圧センサ４３の検出値が低下しない、あるいは、低下した後上昇する、といった現象が起こる。上記のような検査を行なうと、第１バルブ５３に異常が無いときには、インジェクタ５５から水素を吐出することにより第２センサ値Ｐ２が低下し、第２センサ値Ｐ２は、第１センサ値Ｐ１よりも、タンク圧を示す値として不正確になる。本実施形態によれば、タンク情報信号が示すタンク圧として、より正確な第１センサ値Ｐ１を優先的に用いることができる。また、第１センサ値Ｐ１を用いて水素充填を開始する場合には、支障無く水素充填を進行する際に、タンク情報信号が示すタンク圧を、途中で切り替える必要がない。
Ｂ．第２実施形態：
図３は、本発明の第２実施形態の燃料電池システム２５において、水素タンク６０への水素充填を開始する際に制御部６８のＣＰＵで実行される充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。第２実施形態の燃料電池システム２５を備える水素充填システム１０は、図１に示す第１実施形態の水素充填システム１０と同様の構成を有する。図３に示す充填時制御処理ルーチンは、第１実施形態における図２の充填時制御処理ルーチンに代えて実行される。図３において、図２と共通する工程には、同じステップ番号を付して詳しい説明を省略する。
第２実施形態では、ステップＳ１１０で第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断されて（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０において第２圧力センサの検出信号が取得された後の動作が、第１実施形態とは異なっている。第２実施形態では、制御部６８のＣＰＵは、ステップＳ１４０の後、第２センサ値Ｐ２と、既述した第１基準圧力Ｐａとを比較する（ステップＳ１５０）。このステップＳ１５０では、第２圧力センサである高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４のうちのいずれかが検出する圧力が、第１基準圧力Ｐａ以上であれば、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ以上であると判定する。
ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ以上の場合には（ステップＳ１５０：ＮＯ）、制御部６８のＣＰＵは、既述したステップＳ１６０以降の動作を実行する。このとき、ステップＳ１６０では、高圧センサ４２、中圧センサ４３、および低圧センサ４４が検出した圧力のうちの、第１基準圧力Ｐａ以上であると判定されたいずれかの値を、第２センサ値Ｐ２として用いればよい。
ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満の場合には（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報を生成する（ステップＳ２００）。その後、制御部６８は、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報信号の送信を、送信部６５に開始させる（ステップＳ２１０）。その結果、上記タンク情報信号を受信した水素充填装置７０は、水素充填に係る一連の動作を開始する。
ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満の場合には（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、供給配管３２内の圧力は、水素タンク６０の使用時最低圧力未満になっている。このような状況になる場合の一つとしては、供給配管３２に設けられた部品の交換などのメンテナンス等により供給配管３２が大気解放された第３の場合が考えられる。また、ステップＳ１５０の判断が行なわれる前提として、先に実行したステップＳ１１０では、第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断されている（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）。このような場合としては、既述したように、水素タンク６０等で漏れが生じている第１の場合や、メンテナンス等により充填配管３０が大気解放された第２の場合が考えられる。これらの中で、水素タンク６０等で漏れが生じている第１の場合以外の場合には、ステップＳ２１０の後に水素充填装置７０において水素充填に係る一連の動作が開始されれば、支障無く水素充填することが可能になる。
ステップＳ２１０の後、制御部６８のＣＰＵは、充填圧センサ４１から第１センサ値Ｐ１を取得する動作と（ステップＳ２２０）、取得した第１センサ値Ｐ１と第２基準圧力Ｐｂとを比較する動作を行なう（ステップＳ２３０）。そして、ステップＳ２３０において第１センサ値Ｐ１が第２基準圧力Ｐｂ未満であると判断すると（ステップＳ２３０：ＮＯ）、制御部６８のＣＰＵは、ステップＳ２１０でタンク情報信号の送信を開始してからの経過時間を、予め定めた基準時間ｔ１と比較する（ステップＳ２４０）。上記基準時間ｔ１は、水素タンク６０等に漏れがない場合に、略大気圧である第１センサ値Ｐ１が第２基準圧力Ｐｂ以上に昇圧するために要する時間として、水素タンク６０および充填配管３０の容積や、水素充填装置７０におけるプレ充填の条件時の水素流量に基づいて、予め定められている。制御部６８のＣＰＵは、第１センサ値Ｐ１が第２基準圧力Ｐｂ未満である場合には、基準時間ｔ１が経過するまで、ステップＳ２２０からステップＳ２４０までの動作を繰り返す。
基準時間ｔ１が経過するまでに（ステップＳ２４０：ＮＯ）、ステップＳ２３０において第１センサ値Ｐ１が第２基準圧力Ｐｂ以上であると判断すると（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、本ルーチンを終了する。このような動作が行なわれる場合とは、水素タンク６０等で漏れが生じている第１の場合以外の場合であって、水素充填装置７０が、受信したタンク情報信号が示すタンク圧が使用時最低圧力未満であっても、プレ充填を含む水素充填に係る一連の動作を開始する第１タイプの装置である場合である。既述したように、水素タンク６０等で漏れが生じている第１の場合以外の場合には、水素充填装置７０による水素充填に係る一連の動作が開始されれば、支障無く水素タンク６０に水素充填することができる。そのため、ステップＳ２１０の後に水素充填に係る一連の動作が開始されると、充填配管３０内の圧力は直ちに上昇し、第１センサ値Ｐ１は第２基準圧力Ｐｂ以上になる。この後、水素充填装置７０では、水素充填の動作が続行される。そして、水素充填装置７０による水素充填が完了して、リッド２４が閉じられたことをリッドセンサ４６が検出すると、燃料電池車両２０の制御部６８は、送信部６５によるタンク情報信号の送信を停止させる。
ステップＳ２４０において基準時間ｔ１が経過したと判断される場合には（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、水素充填を行なうことができない旨を報知部６７に表示させて（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。このような動作が行なわれる場合とは、水素タンク６０等で漏れが生じている第１の場合、または、水素充填装置７０が、受信したタンク情報信号が示すタンク圧が使用時最低圧力未満である場合には水素充填に係る一連の動作を開始しない第２タイプの装置である場合である。水素タンク６０等で漏れが生じている第１の場合には、水素充填を開始しても、第１センサ値Ｐ１は、基準時間ｔ１内に第２基準圧力Ｐｂに達しない。また、水素充填装置７０が第２タイプの装置である場合には、水素充填装置７０が水素充填に係る一連の動作を開始しないため、第１センサ値Ｐ１は、基準時間ｔ１内に第２基準圧力Ｐｂに達しない。本実施形態では、これらの場合には、ステップＳ２５０において、水素充填できない旨を報知する。
このような構成とすれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。具体的には、メンテナンス等により充填配管３０が大気解放された第２の場合であり（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、且つ、水素充填装置７０が、受信したタンク情報信号が示すタンク圧が使用時最低圧力未満である場合には水素充填に係る一連の動作を開始しない第２タイプの装置であっても、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ以上であれば（ステップＳ１５０：ＮＯ）、第２センサ値Ｐ２を示すタンク情報信号を水素充填装置７０に送信することで（ステップＳ１６０、ステップＳ１７０）、水素タンク６０に対する水素充填が可能になる。
Ｃ．第３実施形態：
図４は、本発明の第３実施形態の燃料電池システム２５において、水素タンク６０への水素充填を開始する際に制御部６８のＣＰＵで実行される充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。第３実施形態の燃料電池システム２５を備える水素充填システム１０は、図１に示す第１実施形態の水素充填システム１０と同様の構成を有する。図４に示す充填時制御処理ルーチンは、第１実施形態における図２の充填時制御処理ルーチンに代えて実行される。図４において、第１実施形態の図２、および第２実施形態の図３と共通する工程には、同じステップ番号を付して詳しい説明を省略する。
第３実施形態では、ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断された後の動作が（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、第２実施形態とは異なっている。ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断すると（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、「リッドを閉め、燃料電池車両２０におけるシステム起動と、その後のシステム停止とを実行し、再度充填を行なう」ことを求める表示を、報知部６７に行なわせて（ステップＳ３００）、本ルーチンを終了する。
このような構成とすれば、第１および第２実施形態と同様の効果が得られる。具体的には、メンテナンス等により充填配管３０が大気解放された第２の場合であり（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、且つ、水素充填装置７０が、受信したタンク情報信号が示すタンク圧が使用時最低圧力未満である場合には水素充填に係る一連の動作を開始しない第２タイプの装置であっても、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ以上であれば（ステップＳ１５０：ＮＯ）、第２センサ値Ｐ２を示すタンク情報信号を水素充填装置７０に送信することで（ステップＳ１６０、ステップＳ１７０）、水素タンク６０に対する水素充填が可能になる。
さらに、第３実施形態によれば、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であり（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、且つ、水素充填装置７０が、既述した第２タイプの装置であっても、水素充填を行なうことが可能になる。第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であり、水素充填装置７０が既述した第２タイプの装置である場合には、第１実施形態で説明したように、水素充填装置７０は、タンク圧が第２センサ値Ｐ２であることを示すタンク情報信号を受信しても水素充填に係る一連の動作を開始しない。本実施形態では、ステップＳ３００において、燃料電池車両２０のシステム起動、停止、および再充填の試みを促す報知を行なうため、システム起動に伴う水素タンク６０から燃料電池６６への水素供給を行なわせることができる。そのため、第２センサ値Ｐ２を第１基準圧力Ｐａ以上にすることができ、再びリッド２４を開けてノズル７２をレセプタクル６４に接続して水素充填を試みたときに、燃料電池車両２０は、タンク圧が第１基準圧力Ｐａ以上の第２センサ値Ｐ２であることを示すタンク情報信号を送信することができる。その結果、水素タンク６０に対する水素充填が可能になる。
Ｄ．第４実施形態：
図５は、本発明の第４実施形態の燃料電池システム２５において、水素タンク６０への水素充填を開始する際に制御部６８のＣＰＵで実行される充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。第４実施形態の燃料電池システム２５を備える水素充填システム１０は、図１に示す第１実施形態の水素充填システム１０と同様の構成を有する。図５に示す充填時制御処理ルーチンは、第１実施形態における図２の充填時制御処理ルーチンに代えて実行される。図５において、第１実施形態の図２、および第２実施形態の図３と共通する工程には、同じステップ番号を付して詳しい説明を省略する。
第４実施形態では、ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断された後の動作が（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、第２実施形態とは異なる。ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断すると（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、第１バルブ５３を開き、その後閉じる動作を行なう（ステップＳ４００）。このステップＳ４００における第１バルブ５３の開弁時間は、例えば、水素タンク６０内の圧力が第１基準圧力Ｐａを超える場合に、第１バルブ５３を開弁させることによって高圧センサ４２の検出値が第１基準圧力Ｐａを超えるために要する時間として予め設定されている。インジェクタ５５よりも上流側の供給流路および水素タンク６０に漏れが生じていない場合には、ステップＳ４００の動作によって、高圧センサ４２および中圧センサ４３の検出値が上昇する。ステップＳ４００の動作は、「昇圧動作」とも呼ぶ。また、ステップＳ４００の動作を実行させる制御部６８のＣＰＵは、「圧力調整部」として機能する。
ステップＳ４００の後、制御部６８のＣＰＵは、第２圧力センサの検出信号である第２センサ値Ｐ２を取得し（ステップＳ４１０）、その後、第２センサ値Ｐ２と第１基準圧力Ｐａとを比較する（ステップＳ４２０）。このステップＳ４１０およびステップＳ４２０における動作は、ステップＳ１４０およびステップＳ１５０の動作と同様である。ただし、ステップＳ４１０およびステップＳ４２０では、第２圧力センサに低圧センサ４４は含まれず、第２センサ値Ｐ２に低圧センサ４４の検出値は含まれない。ステップＳ４００の昇圧動作の際に、インジェクタ５５は閉弁されており、供給配管３２における低圧センサ４４が配置された箇所の圧力は昇圧しないためである。
ステップＳ４２０において第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ以上の場合には（ステップＳ４２０：ＮＯ）、制御部６８のＣＰＵは、ステップＳ１６０に移行し、ステップＳ１６０以降の処理を実行する。
ステップＳ４２０において第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満の場合には（ステップＳ４２０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報を生成する（ステップＳ４３０）。そして、制御部６８のＣＰＵは、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報信号の送信を、送信部６５に開始させて（ステップＳ４４０）、本ルーチンを終了する。
このような構成とすれば、第１ないし第３実施形態と同様の効果が得られる。具体的には、メンテナンス等により充填配管３０が大気解放された第２の場合であり（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、且つ、水素充填装置７０が、受信したタンク情報信号が示すタンク圧が使用時最低圧力未満である場合には水素充填に係る一連の動作を開始しない第２タイプの装置であっても、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ以上であれば（ステップＳ１５０：ＮＯ）、第２センサ値Ｐ２を示すタンク情報信号を水素充填装置７０に送信することで（ステップＳ１６０、ステップＳ１７０）、水素タンク６０に対する水素充填が可能になる。
さらに、第４実施形態によれば、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であり（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、且つ、水素充填装置７０が、既述した第２タイプの装置であっても、水素充填を行なうことが可能になる。第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であり、水素充填装置７０が既述した第２タイプの装置である場合には、第１実施形態で説明したように、水素充填装置７０は、タンク圧が第２センサ値Ｐ２であることを示すタンク情報信号を受信しても水素充填に係る一連の動作を開始しない。本実施形態では、ステップＳ４００において、第１バルブ５３を開弁してその後閉弁する動作を行なうため、水素タンク６０から燃料電池６６への水素供給を行なわせることができる。その結果、第２センサ値Ｐ２を第１基準圧力Ｐａ以上にすることができ、このような第２センサ値Ｐ２をタンク圧として示すタンク情報信号を送信することで、水素タンク６０に対する水素充填が可能になる。さらに、第４実施形態によれば、第３実施形態とは異なり、使用者による操作を必要としないという効果を奏する。
Ｅ．第５実施形態：
図６は、第５実施形態の燃料電池システム１２５の概略構成を表わす説明図である。燃料電池システム１２５は、燃料電池車両１２０に搭載されており、燃料電池車両１２０は、水素充填装置７０と共に水素充填システム１１０を構成する。第５実施形態の水素充填システム１１０において、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
第５実施形態の水素タンク１６０は、バルブ機構の構成が第１ないし第４実施形態とは異なる。また、本実施形態の燃料電池システム１２５は、バルブ機構と、充填流路および供給流路との接続の態様が、第１ないし第４実施形態とは異なる。本実施形態のバルブ機構１６２は、その内部に、バルブ内流路１３４が形成される。バルブ内流路１３４の一端はバルブ機構１６２の表面で開口しており、バルブ内流路１３４の他端は水素タンク１６０内で開口している。バルブ内流路１３４には、第３バルブ１５３が設けられている。第３バルブ１５３は、通電により開弁する電磁弁としての機能を有すると共に、非通電時には、バルブ内流路１３４の一端側から他端側に向かう水素の流れのみを許容する逆止弁として機能する。
バルブ機構１６２の表面で開口するバルブ内流路１３４の一端は、接続配管１３１の一端に接続している。接続配管１３１の他端は、充填配管３０および供給配管３２の双方と接続している。
本実施形態では、充填口２６と水素タンク１６０とを接続する「充填流路」は、充填配管３０と、接続配管１３１と、バルブ内流路１３４と、を含む。本実施形態において、第１逆止弁５１は、第１実施形態と同様に「第１弁」とも呼ぶ。また、充填圧センサ４１は、第１実施形態と同様に「第１圧力センサ」とも呼ぶ。燃料電池車両１２０において、水素タンク１６０に水素を充填する際には、水素充填装置７０から高圧の水素が供給されることにより、第１逆止弁５１、および、非通電状態であって逆止弁として機能する第３バルブ１５３が開弁される。第３バルブ１５３は、充填流路において第１圧力センサと水素タンク１６０との間に設けられ、水素タンク１６０に水素を充填する際には、充填口２６側から水素タンク１６０に向かう水素の流れのみを許容し、「第２弁」とも呼ぶ。水素充填時には、充填圧センサ４１が検出する圧力は、タンク圧とほぼ等しくなる。
本実施形態では、燃料電池６６と水素タンク１６０とを接続する「供給流路」は、供給配管３２と、接続配管１３１と、バルブ内流路１３４と、を含む。本実施形態では、低圧センサ４４を、「第２圧力センサ」とも呼ぶ。また、インジェクタ５５は、供給流路において、水素タンク１６０と第２圧力センサである低圧センサ４４との間に設けられ、供給流路の開閉を行なうと共に、水素タンク１６０に水素を充填する際には閉弁する弁であり、「第３弁」とも呼ぶ。さらに、第２バルブ５８は、第２圧力センサである低圧センサ４４が配置された箇所よりも、燃料電池６６の発電時における水素流れの下流側に配置されて、流路の開閉を行なう弁であり、「第４弁」とも呼ぶ。なお、燃料電池６６の発電時には、第３バルブ１５３が電磁弁として開弁されるため、充填配管３０における第１逆止弁５１よりも水素タンク１６０寄りの部分の圧力は、タンク圧とほぼ等しくなる。このとき、充填圧センサ４１は、図２の燃料電池システム２５が備える高圧センサ４２と同様に機能し得る。
図７は、第５実施形態の燃料電池システム１２５において、水素タンク１６０への水素充填を開始する際に制御部６８のＣＰＵで実行される充填時制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。図７に示す充填時制御処理ルーチンは、第４実施形態における図５の充填時制御処理ルーチンと同様にして行なわれるため、図７において、図５と共通する工程には、同じステップ番号を付して詳しい説明を省略する。
第５実施形態では、ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断された後の動作が（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、第４実施形態とは異なる。ステップＳ１５０において、第２センサ値Ｐ２が第１基準圧力Ｐａ未満であると判断すると（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、第３バルブ１５３を開き、その後閉じる動作を行なう（ステップＳ５００）。このステップＳ５００における第３バルブ１５３の開弁時間は、例えば、水素タンク１６０内の圧力が第１基準圧力Ｐａを超える場合に、第３バルブ１５３を開弁させることによって充填圧センサ４１の検出値が第１基準圧力Ｐａを超えるために要する時間として予め設定されている。
ステップＳ５００の後、制御部６８のＣＰＵは、第１圧力センサである充填圧センサ４１の検出信号である第１センサ値Ｐ１を取得し（ステップＳ５１０）、その後、第１センサ値Ｐ１と第１基準圧力Ｐａとを比較する（ステップＳ５２０）。
ステップＳ５２０において第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ以上の場合には（ステップＳ５２０：ＮＯ）、制御部６８のＣＰＵは、ステップＳ１２０に移行し、ステップＳ１２０以降の処理を実行する。すなわち、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報を生成して（ステップＳ１２０）、タンク圧が第１センサ値Ｐ１であることを示すタンク情報信号の送信を、送信部６５に開始させて（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。
ステップＳ５２０において第１センサ値Ｐ１が第１基準圧力Ｐａ未満の場合には（ステップＳ５２０：ＹＥＳ）、制御部６８のＣＰＵは、水素充填を行なうことができない旨を報知部６７に表示させて（ステップＳ５３０）、本ルーチンを終了する。
このような構成としても、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
図６に示す第５実施形態の燃料電池システム１２５において、図２に示す第１実施形態の制御、図３に示す第２実施形態の制御、あるいは、図４に示す第３実施形態の制御と同様の制御を行なうこととしてもよい。この場合にも、第１実施形態ないし第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
Ｆ．他の実施形態：
（Ｅ１）上記各実施形態では、燃料電池システムは単一の水素タンクを備えることとしたが、複数の水素タンクを備えることとしてもよい。複数の水素タンクを備える構成を採用する場合には、例えば、複数の水素タンクを、供給配管および充填配管のそれぞれに対して、並列に接続すればよい。このようにして、図１に示した燃料電池システム２５において複数の水素タンク６０を設ける場合には、バルブ機構６２の第２流路３６において、第１バルブ５３よりも燃料電池６６側の位置に、水素タンク６０側から燃料電池６６側に向かう水素の流れのみを許容する逆止弁をさらに設けることが望ましい。このような構成とすることで、複数の水素タンク間での水素の逆流を抑えることができる。
（Ｅ２）上記各実施形態では、燃料電池６６は燃料電池車両２０に搭載されることとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、二輪車など他種の移動体であっても、駆動エネルギ源である燃料電池と水素タンクとを搭載していればよい。
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０，１１０…水素充填システム、２０，１２０…燃料電池車両、２２…車体、２４…リッド、２５，１２５…燃料電池システム、２６…充填口、３０…充填配管、３２…供給配管、３４，１３４…バルブ内流路、３５…第１流路、３６…第２流路、３７…第３流路、３８…第４流路、３９…排出配管、４１…充填圧センサ、４２…高圧センサ、４３…中圧センサ、４４…低圧センサ、４５…温度センサ、４６…リッドセンサ、５１…第１逆止弁
５２…第２逆止弁、５３…第１バルブ、５４…減圧弁、５５…インジェクタ、５８…第２バルブ、６０，１６０…水素タンク、６２，１６２…バルブ機構、６４…レセプタクル、６５…送信部、６６…燃料電池、６７…報知部、６８…制御部、７０…水素充填装置、７２…ノズル、７４…受信部、７５…タンク圧センサ、７６…水素供給ホース、７８…制御部、１３１…接続配管、１５３…第３バルブ

Claims (5)

  1. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    水素を貯蔵する水素タンクと、
    前記水素タンクに水素を充填するための水素充填装置が接続される充填口と、
    前記充填口と前記水素タンクとを接続する充填流路と、
    前記燃料電池と前記水素タンクとを接続する供給流路と、
    前記充填流路に設けられて前記充填流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、
    前記充填流路において前記充填口と前記第１圧力センサとの間に設けられ、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第１弁と、
    前記充填流路において前記第１圧力センサと前記水素タンクとの間に設けられ、前記水素タンクに水素を充填する際には、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第２弁と、
    前記供給流路に設けられて前記供給流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
    前記供給流路において前記第２圧力センサが配置された部位を、前記燃料電池の非発電時に封止するための封止弁と、
    前記水素タンク内の圧力を示す信号を前記水素充填装置に送信する送信部と、
    を備え、
    前記送信部は、前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断したときに、
    前記第１圧力センサが検出した第１センサ値が、大気圧よりも高い圧力として予め定められた基準圧力以上の場合には、前記水素タンク内の圧力が前記第１センサ値であることを示す第１信号を送信し、
    前記第１センサ値が前記基準圧力未満の場合には、前記水素タンク内の圧力が、前記第２圧力センサが検出した第２センサ値であることを示す第２信号を送信し、
    前記送信部は、前記第１センサ値が前記基準圧力未満の場合であって、
    前記第２センサ値が前記基準圧力以上の場合には、前記第２信号を送信し、
    前記第２センサ値が前記基準圧力未満の場合には、前記第２信号に代えて前記第１信号を送信する
    燃料電池システム。
  2. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    水素を貯蔵する水素タンクと、
    前記水素タンクに水素を充填するための水素充填装置が接続される充填口と、
    前記充填口と前記水素タンクとを接続する充填流路と、
    前記燃料電池と前記水素タンクとを接続する供給流路と、
    前記充填流路に設けられて前記充填流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、
    前記充填流路において前記充填口と前記第１圧力センサとの間に設けられ、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第１弁と、
    前記充填流路において前記第１圧力センサと前記水素タンクとの間に設けられ、前記水素タンクに水素を充填する際には、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第２弁と、
    前記供給流路に設けられて前記供給流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
    前記供給流路において前記第２圧力センサが配置された部位を、前記燃料電池の非発電時に封止するための封止弁と、
    前記水素タンク内の圧力を示す信号を前記水素充填装置に送信する送信部と、
    を備え、
    前記送信部は、前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断したときに、
    前記第１圧力センサが検出した第１センサ値が、大気圧よりも高い圧力として予め定められた基準圧力以上の場合には、前記水素タンク内の圧力が前記第１センサ値であることを示す第１信号を送信し、
    前記第１センサ値が前記基準圧力未満の場合には、前記水素タンク内の圧力が、前記第２圧力センサが検出した第２センサ値であることを示す第２信号を送信し、
    さらに、
    前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断するときに、前記第１センサ値および前記第２センサ値の双方が前記基準圧力未満の場合には、前記封止弁であって、前記供給流路において前記水素タンクと前記第２圧力センサとの間に設けられた弁である第３弁を、開弁させた後に閉弁させる昇圧動作を行なう圧力調整部を備え、
    前記送信部は、前記第２信号として、前記水素タンク内の圧力が、前記昇圧動作の後に前記第２圧力センサが検出した第２センサ値であることを示す信号を、送信する
    燃料電池システム。
  3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムを搭載する
    燃料電池車両。
  4. 燃料電池システムの制御方法であって、
    前記燃料電池システムは、
    燃料電池と、
    水素を貯蔵する水素タンクと、
    前記水素タンクに水素を充填するための水素充填装置が接続される充填口と、
    前記充填口と前記水素タンクとを接続する充填流路と、
    前記燃料電池と前記水素タンクとを接続する供給流路と、
    前記充填流路に設けられて前記充填流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、
    前記充填流路において前記充填口と前記第１圧力センサとの間に設けられ、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第１弁と、
    前記充填流路において前記第１圧力センサと前記水素タンクとの間に設けられ、前記水素タンクに水素を充填する際には、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第２弁と、
    前記供給流路に設けられて前記供給流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
    前記供給流路において前記第２圧力センサが配置された部位を、前記燃料電池の非発電時に封止するための封止弁と、
    前記水素タンク内の圧力を示す信号を前記水素充填装置に送信する送信部と、
    を備え、
    前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断したときに、
    前記第１圧力センサが検出した第１センサ値が、大気圧よりも高い圧力として予め定められた基準圧力以上の場合には、前記水素タンク内の圧力が前記第１センサ値であることを示す第１信号を、前記送信部に送信させ、
    前記第１センサ値が前記基準圧力未満の場合には、前記水素タンク内の圧力が、前記第２圧力センサが検出した第２センサ値であることを示す第２信号を、前記送信部に送信させ、
    前記第１センサ値が前記基準圧力未満の場合であって、
    前記第２センサ値が前記基準圧力以上の場合には、前記第２信号を前記送信部に送信させ、
    前記第２センサ値が前記基準圧力未満の場合には、前記第２信号に代えて前記第１信号を前記送信部に送信させる
    燃料電池システムの制御方法。
  5. 燃料電池システムの制御方法であって、
    前記燃料電池システムは、
    燃料電池と、
    水素を貯蔵する水素タンクと、
    前記水素タンクに水素を充填するための水素充填装置が接続される充填口と、
    前記充填口と前記水素タンクとを接続する充填流路と、
    前記燃料電池と前記水素タンクとを接続する供給流路と、
    前記充填流路に設けられて前記充填流路内の圧力を検出する第１圧力センサと、
    前記充填流路において前記充填口と前記第１圧力センサとの間に設けられ、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第１弁と、
    前記充填流路において前記第１圧力センサと前記水素タンクとの間に設けられ、前記水素タンクに水素を充填する際には、前記充填口側から前記水素タンク側に向かう水素の流れのみを許容する第２弁と、
    前記供給流路に設けられて前記供給流路内の圧力を検出する第２圧力センサと、
    前記供給流路において前記第２圧力センサが配置された部位を、前記燃料電池の非発電時に封止するための封止弁と、
    前記水素タンク内の圧力を示す信号を前記水素充填装置に送信する送信部と、
    を備え、
    前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断したときに、
    前記第１圧力センサが検出した第１センサ値が、大気圧よりも高い圧力として予め定められた基準圧力以上の場合には、前記水素タンク内の圧力が前記第１センサ値であることを示す第１信号を、前記送信部に送信させ、
    前記第１センサ値が前記基準圧力未満の場合には、前記水素タンク内の圧力が、前記第２圧力センサが検出した第２センサ値であることを示す第２信号を、前記送信部に送信させ、
    前記燃料電池システムは、さらに、
    前記水素タンクに対する水素充填が開始されると判断するときに、前記第１センサ値および前記第２センサ値の双方が前記基準圧力未満の場合には、前記封止弁であって、前記供給流路において前記水素タンクと前記第２圧力センサとの間に設けられた弁である第３弁を、開弁させた後に閉弁させる昇圧動作を行なう圧力調整部、を備え、
    前記第２信号として、前記水素タンク内の圧力が、前記昇圧動作の後に前記第２圧力センサが検出した第２センサ値であることを示す信号を、前記送信部に送信させる
    燃料電池システムの制御方法。
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