KR20200089227A - 수소충전용 시스템 및 수소충전방법 - Google Patents

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나오아키 나토리
유이치 요시다
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가부시끼가이샤 다쓰노
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Abstract

[과제] 통신 충전을 실시하고 있는 경우에, 차량 탑재 탱크 내의 압력, 온도 등을 정확하게 수소충전장치 측에 전달할 수 없게 된 경우에, 통신 충전에서의 높은 충전률로 수소 충전이 되어버리는 사태를 방지할 수 있는 수소충전용 시스템 및 수소충전방법을 제공한다.
[해결수단] 본 발명의 수소충전용 시스템(100)은, 수소 충전을 지어하는 제어장치(CU1,CU2,CU3 : CU)를 갖고 있으며, 당해 제어장치(CU)는 통신 충전 시에 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 등의 데이터에 이상이 있는가 없는가를 판단하는 기능과, 압력 혹은 온도 등의 데이터에 이상이 있는 경우에는 통신 충전을 정지하여 비통신 충전으로 전환하는 기능을 갖고 있다.

Description

수소충전용 시스템 및 수소충전방법{Hydrogen charging system and method}
본 발명은 수소 자동차(FCV) 등에 수소를 충전하는 기술에 관한 것이다.
근년에 연료전지를 탑재한 차량(연료전지 자동차: FCV)의 개발·보급에 따라 수소공급시설인 수소 스테이션(예를 들어 특허문헌 1 참조)의 설치 개소를 증가하는 것이 중요시 되고 있다.
수소 스테이션에는 수소충전장치(디스펜서)가 설치되어 있어 수소 스테이션에 도착한 차량의 탑재 탱크 내에 압력 및 온도 등이 소정의 범위 내에 유지된 상태로 수소를 충전한다. 그 때에 이른바 "통신 충전", 차량 탑재 탱크 내의 압력, 온도 등의 정보를 적외선 통신에 의해 수소충전장치 측에 통신하면서 수소 충전을 실시하는 충전방식이 이루어지는 경우가 있다.
실시간으로 통신을 하면서 충전작업을 실시하면 차량 탑재 탱크내의 압력, 온도 등을 확인하면서 수소를 충전할 수 있으므로 충전율을 높게 하더라도 안전하게 수소를 충전할 수 있다.
여기서, 각종 원인에 의해 통신 충전을 실시하고 있는 경우(수소가 차량 탑재 탱크 내에 충전되고 있는 상태)에 차량 탑재 탱크 내의 압력, 온도 등을 정확하게 수소충전장치 측에 전달하지 못하게 되는 경우가 존재한다. 이러한 경우에 통신 충전을 계속하면 차량 탑재 탱크 내의 압력, 온도 등이 정확하게 파악될 수 없는 상태임에도 불구하고(통신 충전에서의) 높은 충전율로 수소 충전이 되어 버려 위험한 상황을 초래할 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 종래에는 이러한 결함에 대처하는 기술은 제안되지 않았다.
일본국 특개2000-166635호 공보
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로, 통신 충전을 실시하고 있는 경우에 차량 탑재 탱크 내의 압력, 온도를 정확하게 수소충전장치 측에 전달할 수 없게 된 경우에 통신 충전에서의 높은 충전율로 수소충전이 되버리는 문제에 대처할 수 있는 수소충전용 시스템 및 수소충전방법의 제공을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 수소충전용 시스템(100)은 수소 충전을 제어하는 제어장치(CU1, CU2, CU3: 포괄적으로 부호 CU로 나타내는 경우가 있다)를 구비하고 있으며, 당해 제어장치(CU)는, 통신 충전 시에 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 데이터에 이상(異常)이 있는가 없는가를 판단하는 기능과, 압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는 경우에는 통신 충전을 정지하여 비통신 충전으로 전환하는 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어장치(CU)는 압력 혹은 온도 데이터를 선행하는(이전의 제어사이클에서의) 압력 혹은 온도 데이터와 비교하여 미리 정해진 수치(정(正)의 값δ1, δ2) 이내의 증가량이면 정상이라고 판단하고, 증가량이 상기 미리 정해진 수치(정의 값(δ1, δ2))보다 큰 경우(급격히 상승한 경우)와, 증가량이 제로인 경우(압력 혹은 온도가 변동하지 않는 경우)와, 증가량이 부(負)(음)의 값인 경우(압력 혹은 온도가 감소한 경우)에는 이상이라고 판단하는 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 있어서, 상기 제어장치(CU)는 통신 충전을 시작하기 이전에, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 및 온도 데이터를 충전장치(1:디스펜서) 측에 전달하는 통신이 성립하고 있는가 아닌가(차량 통신이 성립하고 있는가 아닌가)를 판단하는 기능과, 성립하고 있는 경우에는 통신 충전을 선택하고, 성립하지 않은 경우에는 비통신 충전을 선택하는 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 수소충전방법은, 통신 충전 시에 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는가 없는가를 판단하는 공정과, 압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는 경우에는 통신 충전을 정지토록하여 비통신 충전으로 전환하는 공정을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 이상이 있는가 없는가의 공정에서는 압력 혹은 온도 데이터를 선행하는(이전의 제어사이클에서의) 압력 혹은 온도 데이터와 비교하여, 미리 정해진 수치(정의 값(δ1, δ2)) 이내의 증가량이면 정상이라고 판단하고, 증가량이 상기 미리 정해진 수치(정의 값(δ1, δ2))보다 큰 경우(급격히 상승한 경우)와, 증가량이 제로인 경우(압력이나 온도가 변동하지 않는 경우)와, 증가량이 부의 값인 경우(압력 혹은 온도가 감소한 경우)에는 이상이라고 판단하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명의 방법에 있어서, 통신 충전을 시작하기 이전에, 차량 탑재 탱크(ST)내의 압력 및 온도 데이터를 충전장치(1:디스펜서) 측에 전달하는 통신이 성립하고 있는가 아닌가(차량통신이 성립하고 있는가 아닌가)를 판단하는 공정과, 성립하고 있는 경우에는 통신 충전을 선택하고, 성립하지 않은 경우에는 비통신 충전을 선택하는 공정을 갖고 있는 것이 바람직하다.
여기서, 통신 충전 시에는 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 및 온도 정보는 적외선 통신에 의해 수소충전장치(1) 측에 전달된다. 그러나, 적외선 통신에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 전자 요금 징수 시스템(ETC)에서 사용되는 대역의 전파를 이용해서 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력, 온도를 수소충전장치(1) 측에 전달하는 것도 가능하다.
또, 연료전지 자동차(FCV)는 승용차에 한정되는 것이 아니다. "연료전지 자동차" 혹은 "FCV(Fuel Cell Vehicle)"의 문구는, 본 명세서에서는 승용차 뿐만 아니라 트럭, 버스, 지게차, 이륜차 등도 포함하는 문구로 사용되고 있다. 바꿔 말하면, 본 명세서에서의 연료전지 자동차(FCV)는 연료전지를 탑재하여 인간을 싣고 이동할 수 있는 기계전반을 의미하는 문구이다.
상술한 구성을 구비하는 본 발명에 의하면 통신 충전 시에 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도의 측정값에 이상이 존재한 경우에는 통신 충전에서 비통신 충전으로 전환한다. 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도의 측정값에 이상이 존재하는 경우에는 차량 탑재 탱크 내의 압력, 온도를 정확하게 수소충전장치 측에 전달할 수 없는 상태라고 판단할 수 있다.
그리고, 비통신 충전의 경우에는 충전율이 통신 충전의 경우보다 낮게 설정되어 있기 때문에 비통신 충전으로 전환함으로써 낮은 충전율로 수소 충전을 실시하게 되어 수소 충전이 안전한 쪽으로 이루어지고, 차량 탑재 탱크(ST)의 한계까지 수소가 충전되는(이른바 "가득차는" 상태가 되는) 일이 없다.
바꿔 말하면, 본 발명에 의하면 통신 충전을 실시하고 있는 경우에 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력, 온도가 정확하게 수소충전장치(1) 측에 전달되지 않는 우려가 생긴 경우에 차량 탑재 탱크(ST) 측에 여유가 있는 (안전 모드의)비통신 충전으로 전환되며, 그러한 경우에 안전하게 수소충전이 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 수소충전 시스템의 설명도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 관한 시스템의 제어장치의 기능 블록도이다.
도 3은 도 2에서의 이상 판정 블록의 기능 블록도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 있어서 충전 전에 충전방식을 결정하는 제어를 나타내는 플로차트이다.
도 5는 제 1 실시형태에 있어서 충전 중에 충전방식을 결정하는 제어를 나타내는 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 설명도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
먼저, 도 1~도 5를 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태를 설명한다.
도 1에서 전체를 부호 100으로 나타내는 수소충전용 시스템(100)은 수소충전장치(1)와 수소 충전을 제어하는 제어장치(CU1)를 구비하고 있으며, 제어장치(CU1)는 수소충전장치(1) 내에 설치되어 있다.
수소충전장치(1)에는 충전호스(2)가 접속되고, 충전호스(2) 선단(先端)에는 충전노즐(3)이 설치되어 있다. 충전노즐(3)은 수소를 충전해야 할 차량(S)(예를 들어 연료전지 자동차(FCV))의 연료탱크(ST)(차량 탑재 탱크) 측의 리셉터클(SR)과 접속 및 탈거 가능하게 구성되어 있다.
또, 수소충전장치(1)는 차량(S)의 연료탱크(ST)의 정보(압력 정보, 온도 정보 등)를 전달하는 신호전달계통(4)을 갖고 있다. 신호전달계통(4)은 수소충전장치(1)와 충전노즐(3)에 설치된 광통신용 수신기(3A)를 접속하고 있다.
상술한 것과 같이, 연료전지 자동차(FCV)는 승용차에 한정되는 것이 아니다. "연료전지 자동차" 혹은 "FCV(Fuel Cell Vehicle)"의 문구는 본 명세서에서는 승용차 뿐만 아니라 트럭, 버스, 지게차, 이륜차 등도 대상으로 사용된다.
수소 충전 시에는 수소충전장치(1)로부터 충전호스(2), 충전노즐(3), 차량 측 리셉터클(SR)을 통해서 차량(S)의 차량 탑재 탱크(ST)에 수소가 충전된다.
통신 충전의 경우에는 수소 충전 시에 차량 탑재 탱크(ST) 내의 정보(온도, 압력 등)가 압력센서(P), 온도센서(T) 등에서 검출되어, 차량 측 리셉터클(SR)에 내장된 차량 측의 도시하지 않는 광통신용 송신기로부터 충전노즐(3)에 내장된 광통신용 수신기(3A), 신호전달계통(4)을 통해서 수소충전장치(1)에 설치된 제어장치(CU1)에 전달된다.
제어장치(CU1)는 신호전달계통(4)을 통해서 전달된 차량 탑재 탱크(ST) 내의 정보(온도, 압력 등)에 근거하여 수소충전장치(1)로부터 차량 탑재 탱크(ST) 내로의 통신 충전을 제어한다. 단, 상술한 차량 탑재 탱크(ST)로부터 수소충전장치(1)로의 정보 전달은 적외선 통신에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 전자 요금 징수 시스템(ETC)에 사용되는 대역의 전파에 의한 무선통신에 의해서 전달하는 것도 가능하다.
여기서, 수소충전장치(1)(수소충전용 시스템(100))에 있어서는 통신 충전을 실시할 수 있지만, 비통신 충전도 실시할 수 있다.
제어장치(CU1)는 차량 탑재 탱크(ST) 내의 정보(온도, 압력 등)에 더하여 차량(S) 측으로부터 송신되는 통신의 적정성을 검출하는 검사 코드를 취득하여, 차량(S)으로의 차량통신이 성립하고 있는가 아닌가를 판단하는 기능을 갖고 있다. 그 외에, 통신 충전을 실시하는 경우에 통신 충전을 계속할 것인가, 혹은 통신 충전을 정지하여 비통신 충전으로 전환할지를 판단하는 기능도 갖고 있다.
차량 탑재 탱크(ST) 내의 정보(온도, 압력 등)가 수소충전장치(1)에 전달되지 않은 비통신 충전의 경우에는, 통신 충전의 경우에 비해서 차량 탑재 탱크(ST) 내에 수소의 충전율을 낮게 설정하고 있다. 비통신 충전의 경우에는 수소를 충전하고 있는 차량(S) 측의 차량 탑재 탱크(ST) 내의 상태(압력, 온도 등)를 모르는 상태에서 수소충전을 하기 때문에, 통신 충전에 비해 위험성이 있어, 위험이 없는 방향으로(이른바 "안전 모드"에서) 수소 충전이 이루어지기 때문이다. 그에 관련하여 비통신 충전인 경우에는 이른바 "가득찬 상태"(차량 탑재 탱크(ST) 내에 허용 한계의 고압까지 수소를 충전한 상태)로 충전하지는 않는다.
제 1 실시형태의 제어장치(CU1)에 대해서는 도 2~도 5를 참조하여 설명한다.
제어장치(CU1)의 기능블록을 나타내는 도 2에서, 제어장치(CU1)는 통신 충전 성립 판정블록(1A), 이상판정 블록(1B) 및 충전방식결정 블록(1C)을 구비하고 있다.
통신 충전 성립판정 블록(1A)은, 수소 충전을 개시하기 이전에 차량(S)의 탑재 탱크(ST)(도 1 참조) 내의 압력센서(P), 온도센서(T) 등으로부터 제어사이클마다의 압력 데이터, 온도 데이터 등을 신호라인(SL1)을 통해서 취득하는 동시에, 신호라인(SL2)을 통해서 차량의 검사 코드 발신부(K)로부터 검사 코드를 취득한다.
통신 충전 성립판정 블록(1A)은, 취득한 검사 코드, 압력 데이터, 온도 데이터 등에 근거하여 차량(S) 측(차량 탑재 탱크(ST) 내)의 압력 및 온도 등의 데이터를 수소충전장치(1)(디스펜서) 측에 전달하는 통신(차량 통신)이 성립하고 있는가 아닌가를 판단하는 기능을 갖고 있다. 여기서, 차량 통신이 성립하고 있는 것은 통신 충전의 전제이다.
통신 충전 성립판정 블록(1A)에 의한 판단 결과(차량 통신이 성립, 혹은 불성립)는, 신호라인(SL3)을 통하여 충전방식결정 블록(1C)에 송신되는 동시에 신호라인(SL4)을 통해서 이상판정 블록(1B)에 송신된다.
또한, 차량(S) 측(의 검사 코드 발신부(K))으로부터 소정 간격으로 발신되는 검사 코드를 이용하여, 차량 측에서 발신하는 압력, 온도 등의 데이터가 유효한지 아닌지를 체크함으로써 차량 통신의 성립성(혹은, 통신 자체의 건전성)을 판단하는 것은 종래부터 실시되고 있었다.
차량 통신이 성립했는가 아닌가의 판단에 있어서는, 소정 간격(예를 들어 500msec)에 걸쳐서 차량(S) 측(차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력센서(P), 온도센서(T))으로부터 유효한 데이터를 계속 수신하는 경우에 "차량 통신이 성립했다"고 판단하고 있다.
바꿔 말하면, 소정 간격(예를 들어 500msec)에서 차량(S) 측(차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력센서(P), 온도센서(T))으로부터 일시적으로 무효인 데이터가 보내지더라도 바로 "차량 통신이 성립하고 있지 않다"라고는 판단하지 않는다.
한편, 차량(S) 측으로부터 소정 간격(예를 들어 500msec)에 걸쳐서 연속하여 무효인 데이터가 계속 보내진 경우, 혹은 차량(S) 측으로부터의 신호가 끊어진 경우에는, "차량 통신이 성립하고 있지 않다"라고 판단한다.
이상판정 블록(1B)은, 통신 충전 중에 신호라인(SL5)을 통해서 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력센서(P), 온도센서(T) 등으로부터 압력 데이터, 온도 데이터 등을 취득하는 동시에, 통신 충전 성립판정 블록(1A)으로부터 신호라인(SL4)을 통해서 판단 결과(차량 통신이 성립 혹은 불성립)를 취득하는 기능을 갖고 있다. 또한, 취득된 압력 데이터, 온도 데이터 등에 이상이 있는가 없는가를 판단하는 기능을 갖고 있다. 이상판정 블록(1B)에서의 이상판정의 기준, 작업순서에 대해서는 도 3, 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
이상판정 블록(1B)의 판단 결과(취득한 압력 데이터, 온도 데이터 등에 이상이 있는가 없는가)는 신호라인(SL6)을 통해서 충전방식결정 블록(1C)에 송신된다.
충전방식결정 블록(1C)은, 신호라인(SL3)을 통해서 통신 충전 성립판정 블록(1A)의 판단 결과(차량 통신이 성립 혹은 불성립의 판단)를 취득하고, 통신 충전으로 할지 혹은 비통신 충전으로 할지를 결정하는 기능을 갖고 있다. 충전방식결정 블록(1C)은 충전개시 전에 차량 통신이 성립되어 있으면 통신 충전을 선택하고, 차량 통신이 성립되어 있지 않으면 비통신 충전을 선택한다.
또, 충전방식결정 블록(1C)은, 신호라인(SL6)을 통해서 이상판정 블록(1B)의 판단 결과(통신 충전 중에 압력 데이터, 온도 데이터 등에 이상이 있는가 없는가의 판단)를 취득하는 기능을 갖고 있다. 그리고, 충전방식으로서 통신 충전을 계속할지, 혹은 통신 충전을 정지하고 비통신 충전으로 전환할지를 결정하는 기능을 갖고 있다. 통신 충전 시에 압력 데이터, 온도 데이터 등에 이상이 없으면 충전방식결정 블록(1C)은 통신 충전을 계속한다는 취지의 판단을 하고, 압력 데이터, 온도 데이터 등에 이상이 있으면 통신 충전을 정지하고 비통신 충전으로 전환한다는 취지의 판단을 한다.
충전방식결정 블록(1C)의 결정 결과는 신호라인(SL7)을 통해서 수소충전장치(1)의 충전방식 전환수단(5)에 송신된다.
충전방식 전환수단(5)은 충전방식결정 블록(1C)의 결정 결과에 근거하여 충전방식을 선택한다. 그리고, 통신 충전 혹은 비통신 충전을 계속하거나 또는, 통신 충전을 정지하여 비통신 충전으로 전환한다. 여기서, 통신 충전과 비통신 충전을 바꾸는 조작은 소프트웨어 상의 처리에 의해 실시할 수 있다.
도 2의 이상판정 블록(1B)에서의 각종 기능 블록을 상세하게 나타내는 도 3에 있어서, 이상판정 블록(1B)은 분기 블록(1D), 지연 블록(1E), 비교 블록(1F) 및 판정 블록(1G)을 갖고 있다.
분기 블록(1D)은 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력센서(P), 온도센서(T) 등으로부터 통신 충전 중에서의 제어사이클 마다의 압력 데이터, 온도 데이터 등을 신호라인(SL5)을 통해서 취득하고, 취득한 당해 제어사이클 마다의 압력 데이터, 온도 데이터 등을 신호라인(SL9)을 통해서 비교 블록(1F)에 송신하는 기능을 가지고 있다. 또한, 당해 제어사이클 마다의 압력 데이터, 온도 데이터 등을 신호라인(SL10)을 통해서 지연 블록(1E)에 송신하는 기능을 갖고 있다.
지연 블록(1E)은 분기 블록(1D)으로부터 취득한 제어사이클 마다의 압력 데이터, 온도 데이터 등을 1 제어사이클 만큼 지연시키고, 신호라인(SL11)을 통해 지연시킨 압력 데이터, 온도 데이터를 비교 블록(1F)에 송신하는 기능을 갖고 있다.
여기서, 지연 블록(1E)으로부터 비교 블록(1F)에 전송되는 압력 데이터, 온도 데이터 등을 표시할 때, 분기 블록(1D)으로부터 비교 블록(1F) 및 지연 블록(1E)에 송신되는 압력 데이터, 온도 데이터는 부호 P(n), T(n)으로 나타내고, 지연 블록(1E)의 압력 데이터 P(n), 온도 데이터 T(n)에 대해 1 제어사이클 만큼 지연된 압력 데이터, 온도 데이터를 각각 P(n－1), T(n－1)로 나타낸다.
예를 들어, 분기 블록(1D)으로부터 비교 블록(1F) 및 지연 블록(1E)에 송신되는 데이터가 P(n), T(n)이며, 지연 블록(1E)으로부터 비교 블록(1F)에 송신되는 데이터는, 데이터 P(n), T(n)보다 1 제어사이클 전의 데이터인 P(n－1), T(n－1)이다.
비교 블록(1F)은 분기 블록(1D)으로부터 취득한 압력 데이터 P(n), 온도 데이터 T(n)와, 지연 블록(1E)으로부터 취득한 압력 데이터 P(n－1), 온도 데이터 T(n－1)를 각각 비교하여, 그 차분 ΔP, ΔT를 연산하는 기능을 갖고 있다. 여기서, ΔP, ΔT는 각각 다음 식으로 나타낸다.
ΔP＝P(n)－P(n－1), ΔT＝T(n)－T(n－1)
비교 블록(1F)에 의한 비교 결과(차분(차이값) ΔP, ΔT)는 신호라인(SL12)을 통해서 판정 블록(1G)에 송신된다.
판정 블록(1G)은 비교 블록(1F)으로부터 취득한 비교 결과(차분 ΔP, ΔT)에 근거하여 통신 충전 시의 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는가 없는가를 판단하는 기능을 갖고 있다.
당해 판단에 있어서, 판정 블록(1G)은 압력 및 온도 데이터가 완만하게 증가하는 상태를 정상으로 판단한다. 구체적으로는, 압력 및 온도 데이터(P(n), T(n))가 선행하는(1 제어사이클 이전에서의) 압력 및 온도 데이터(P(n－1), T(n－1))와 비교하여, 미리 정해진 소정값(δ1, δ2(δ1, δ2는 정(plus)의 값))이내의 증가량이면 정상으로 판단한다.
판정 블록(1G)이 정상으로 판단하는 상태를 다음 식으로 나타낸다.
０＜ΔP＝P(n)－P(n－1)≤δ１ 또한
０＜ΔT＝T(n)－T(n－1)≤δ２
한편, 압력 혹은 온도 데이터(P(n), T(n))가 1 제어사이클 이전에서의 압력 혹은 온도 데이터(P(n－1), T(n－1))와 비교하여, 증가량(ΔP, ΔT)이 소정값(δ1, δ2)보다 큰 경우(급격히 상승한 경우)와, 증가량이 제로인 경우(압력 혹은 온도가 변동하지 않는 경우)와, 증가량이 부(마이너스 값)인 경우(압력 혹은 온도가 감소한 경우)에는 이상으로 판단한다.
판정 블록(1G)이 이상으로 판단하는 상태는, 다음 식
ΔP＝P(n)－P(n－1)＞δ１, 혹은 ΔP＝P(n)－P(n－1)≤０
ΔT＝T(n)－T(n－1)＞δ２, 혹은 ΔT＝T(n)－T(n－1)≤０
으로 나타낸다.
판정 블록(1G)의 판단 결과(압력 혹은 온도 데이터 등에 이상이 있는가 없는가)는 신호라인(SL6)을 통해서 충전방식결정 블록(1C)(도 2 참조)에 송신된다.
판정 블록(1G)에서의 "압력, 온도 등에 이상이 있는가 없는가"의 판단은 차량 통신 성립의 판단에 있어서의 소정 간격(예를 들어 500msec)과는 다른 소정 간격으로 판단된다.
예를 들어, 차량 통신 성립의 판단에 있어서의 소정 간격(예를 들어 500msec)보다 긴 간격에 걸쳐서 압력, 온도 등이 이상(異常)이라면, '이상'으로 판단한다. 여기서, 제어사이클이 100msec이라면 예를 들어 5회 연속하여 압력, 온도 등이 이상인 경우에 "이상"으로 판단한다. 단, 5회(혹은 500msec)라고 하는 것은 단순한 예시이며, 당해 횟수가 5회 이외라도(당해 소정 간격이 500msec 이외라도) 좋다.
다음으로, 제 1 실시형태에서 수소 충전의 초기에서의 제어에 대해서 주로 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4에 있어서, 스텝 S1에서는 수소충전장치(1)의 충전노즐(3)(도 1)을 차량(S)(연료전지 자동차 FCV)의 차량 탑재 탱크(ST)측의 리셉터클(SR)(도 1)에 접속한다. 그리고, 스텝 S2에서 수소충전장치(1)로부터 차량 탑재 탱크(ST)로의 충전을 개시한다는 취지의 제어신호를 발신한다. 이것에 의해 수소가 차량 탑재 탱크 내에 충전되고 있는 상태가 된다.
이러한 제어 신호를 받아서 통신충전성립판정 블록(1A)에서는 차량(S) 측(차량 탑재 탱크(ST))과 수소충전장치(1) 측의 차량 통신이 성립하고 있는가 아닌가를 판단한다(스텝 S3).
스텝 S3에서, 차량 통신이 성립하고 있는 경우는(스텝 S3이 "Yes") 스텝 S4로 진행하고, 차량 통신이 성립하고 있지 않은 경우는(스텝 S3이 "No") 스텝 S6으로 진행한다.
스텝 S4(차량 통신이 성립)에서는 충전방식결정 블록(1C)은 통신 충전을 실시한다는 취지의 결정을 한다. 그리고 차량 탑재 탱크(ST)의 용량 데이터를 차량(S) 측에서 취득하는 동시에, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 데이터, 온도 데이터 등을 취득하여 스텝 S5의 통신 충전을 실시한다.
한편, 스텝 S6(차량 통신이 불성립)에서는 충전방식결정 블록(1C)은 비통신 충전을 실시한다는 취지의 결정을 한다. 그리고 수소충전 시작 시에서부터 비통신 충전을 실행한다.
다음으로 주로 도 5를 참조하여 제 1 실시형태에 있어서 통신 충전 중에 이상을 검출한 경우에 비충전 통신으로 전환하는 제어에 대해 설명한다.
도 5의 스텝 S11에서, 차량(S) 측(차량 탑재 탱크(ST))과 수소충전장치(1) 측의 차량 통신이 성립하고 있는가 아닌가를 판단한다.
스텝 S11의 판단도 도 2를 참조하여 상술한대로 통신충전성립판정 블록(1A)에 의해 실행되고, 소정 간격(예를 들어 500msec) 이내에 차량(S) 측(차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력센서(P), 온도센서(T) 등)으로부터 유효한 데이터를 계속 수신하고 있는 경우에 차량 통신이 성립하고 있다고 판단한다.
스텝 S11에 있어서, 차량 통신이 성립하고 있는 경우는(스텝 S11이 "Yes") 스텝 S12로 진행하고, 차량 통신이 성립하고 있지 않은 경우는(스텝 S11이 "No") 스텝 S13으로 진행한다.
스텝 S12(차량 통신이 성립)에서는 충전방식결정 블록(1C)은 통신 충전을 선택하고, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 데이터, 온도 데이터 등을 계속 취득하여 통신 충전을 계속한다. 그리고 스텝 S14로 진행한다.
한편, 스텝 S13(차량 통신이 불성립)에서는 충전방식결정 블록(1C)은 비통신 충전을 선택하고, 통신 충전을 정지하여 비통신 충전으로 전환된다. 그리고 비통신 충전에 의해 수소 충전을 속행한다.
스텝 S14(통신 충전을 계속)에서는 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력센서(P)에서 취득한 압력 데이터가 압력의 한계값(예를 들어 87.5MPa)보다 저압(低壓)인가 아닌가를 판단하고, 또한 온도센서(T)로부터 취득한 온도 데이터가 온도의 한계값(예를 들어 85℃)보다 저온인가 아닌가를 판단한다.
탱크(ST) 내부가 안전한 상태이기 위한 압력의 한계값(예를 들어 87.5MPa)과 온도의 한계값(예를 들어 85℃)은 각국의 수소충전의 기준에 근거하여 정해진다. 또한, 당해 압력, 온도가 각각의 안전 한계값보다 작은가 아닌가의 판단은 종래 공지의 기술을 적용할 수 있으므로 도 2, 도 3의 기능 블록도에서는 생략한다.
스텝 S14의 판단 결과, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력이 압력의 한계값보다 저압이고, 또한 차량 탑재 탱크(ST) 내의 온도가 온도의 한계값보다 저온인 경우에는(스텝 S14가 "Yes") 스텝 S16으로 진행한다. 한편, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력이 압력의 한계값 이상이거나, 혹은 온도가 온도의 한계값 이상인 경우는(스텝 S14가 "No") 스텝 S15로 진행한다.
스텝 S15(차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력이 압력의 한계값 이상이거나, 혹은 온도가 온도의 한계값 이상인 경우)는 안전한 수소 충전이 이루어지지 않고 있다고 판단하여 수소 충전을 정지한다.
스텝 S16(차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력이 압력의 한계값보다 저압이고, 또한 차량 탑재 탱크(ST) 내의 온도가 온도의 한계값보다도 저온인 경우)에서는 통신 충전 시의 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는가 없는가를 판단한다.
당해 판단은 도 2, 도 3을 참조하여 상술한 것과 같이, 제어장치(CU1)의 이상판정 블록(1B)에 의해 실행되고, 압력 및 온도의 데이터가 완만하게 증가하는 상태를 정상(이상이 없음)으로 판단하고 있다.
상술한 것과 같이, P(n), T(n)를 당해 제어사이클에서의 압력 데이터, 온도 데이터로 하고, P(n－1), T(n－1)를 1 제어사이클 이전에서의 압력 데이터, 온도 데이터로 하여, δ1, δ2는 정의 소정값(plus 값)으로 하면, 압력 및 온도 데이터에 이상이 없는 경우에는 다음 식과 같이 된다.
０＜ΔP＝P(n)－P(n－1)≤δ１ 또한
０＜ΔT＝T(n)－T(n－1)≤δ２
상기 수식에 해당하지 않는 경우는 이상판정 블록(1B)에 의해 "이상"으로 판단된다.
스텝 S16의 판단 결과, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 등의 데이터에 이상이 없는 경우(스텝 S16이 "Yes")는 스텝 S17로 진행하고, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 등의 데이터에 이상이 있는 경우(스텝 S16이 "No")는 스텝 S13으로 진행한다.
스텝 S17(차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 등의 데이터에 이상이 없는 경우)에서는 통신 충전을 계속한다. 그리고 스텝 S11로 되돌아간다.
한편, 스텝 S13(차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 등의 데이터에 이상이 있는 경우)에서는 통신 충전을 정지하여 비통신 충전으로 전환해서, 비통신 충전에 의해 수소 충전을 실시한다.
도 1~도 5에 나타내는 제 1 실시형태의 수소충전용 시스템(100)에 의하면, 통신 충전 시에 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 혹은 온도 등의 데이터가 급격히 증가한 경우, 혹은 증가량이 제로 혹은 부(마이너스)의 값인 경우에는 이상이 있다고 판단하여 통신 충전에서 비통신 충전으로 전환한다. 그리고, 비통신 충전의 경우에는 충전율이 통신 충전의 경우보다도 낮게 설정되어 있으므로 수소 충전이 안전한 상태로 이루어지게 된다. 이에 따라, 차량 탑재 탱크(ST)의 한계까지 수소가 충전되는(이른바 "가득차는" 상태가 되는) 일은 없다.
그 때문에, 통신 충전을 실시하고 있는 경우에, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력, 온도 등을 정확하게 수소충전장치(1) 측에 전달할 수 없는 사태가 생겼더라도, 차량 탑재 탱크(ST) 측에 여유가 있는(안전하다는) 비통신 충전에 의한 수소 충전으로 전환되므로 안전하게 수소가 충전된다.
또, 통신 충전을 시작하기 이전에, 차량 탑재 탱크(ST) 내의 압력 및 온도 등의 데이터가 수소충전장치(1) 측에 전달하는 차량 통신이 성립되지 않은 경우에는 통신 충전을 회피하여 비통신 충전을 선택할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다.
도 6에 나타내는 수소충전용 시스템(100-1)에 있어서는, 제어장치(CU2)를 각각의 수소충전장치(1)가 아니라 후방 설비(10)에 설치하고 있다. 여기서, "후방 설비"는 본 명세서에서는 이른바 'POS'도 포함하는 문구이다. 그리고, 후방 설비는 예를 들어 주유소의 사무실 내에 설치된다.
도 6에 있어서, 복수의 수소충전장치(1)(디스펜서)를 구비하는 주유소의 사무소 내에 후방 설비(10)가 배치되고, 후방 설비(10) 내에 제어장치(CU2)가 설치되어 있다.
후방 설비(10)의 제어장치(CU2)는, 복수(도 6의 예에서는 3대)의 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)와 쌍방향 통신이 가능한 신호전달계통(11, 11-1, 11-2)(예를 들어 광통신 경로)을 통해서 접속되어 있으며, 각 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)는 각각 충전되는 차량 S, S-1, S-2(의 차량 탑재 탱크(ST, ST-1, ST-2))과 충전호스, 충전호스, 충전노즐을 통해서 접속 가능하다.
후방 설비(10)의 제어장치(CU2)는 제 1 실시형태의 제어장치(CU1)와 동일한 기능을 갖고 있으며, 차량 S, S-1, S-2(의 차량 탑재 탱크(ST, ST-1, ST-2))의 압력, 온도, 기타 정보는 수소충전장치(1) 측의 신호전달계통(4, 4-1, 4-2), 수소충전장치(1, 1-1, 1-2), 후방 설비(10) 측의 신호전달계통(11, 11-1, 11-2)을 통해서 후방 설비(10)의 제어장치(CU2)에 송신된다. 그와 동시에 제어장치(CU2)로부터의 제어신호가 각 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)로 송신된다. 이에 따라서, 각 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)로부터 차량(S, S-1, S-2)에 대해 통신 충전을 실시할 수 있다.
도 6의 제 2 실시형태에서의 기타 구성, 작용 효과는 도 1~도 5의 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
도 7에서 나타내는 제 3 실시형태의 수소충전용 시스템(100-2)에 있어서는, 복수(예를 들어 3개의 시설)의 수소충전시설(주유소)의 후방 설비(10, 10-1, 10-2)가 각각 인터넷이나 그외의 정보통신망(12, 12-1, 12-2)을 통해 클라우드 컴퓨터(CU3)와 쌍방향으로 통신 가능하게 접속되어 있다. 그리고, 클라우드 컴퓨터(CU3)가 제 1 및 제 2 실시형태에서의 제어장치(CU1, CU2)와 같은 기능을 구비하고 있다.
클라우드 컴퓨터(CU3)와 접속된 각 수소충전시설의 후방 설비(10, 10-1, 10-2)는, 각각 복수 혹은 단독의 수소충전장치와 신호전달계통(11, 11-1, 11-2)을 통해 쌍방향으로 통신 가능하게 접속되어 있다. 그리고, 각 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)는 도시하지 않은 충전되는 차량(의 차량 탑재 탱크)과 접속 가능하다. 도 7에서는 각 수소충전시설의 후방 설비(10, 10-1, 10-2)는 각각 1대의 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)를 갖고 있다.
클라우드 컴퓨터(CU3)는, 각 수소충전시설의 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)에 연결된 도시하지 않은 차량(의 차량 탑재 탱크)의 압력, 온도, 기타 정보는 수소충전장치(1, 1-1, 1-2), 후방 설비(10, 10-1, 10-2)를 통해 클라우드 컴퓨터(CU3)에 송신되는 동시에, 클라우드 컴퓨터(CU3)에서의 제어신호가 후방 설비(10, 10-1, 10-2)를 통해 각 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)에 송신된다. 따라서, 각 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)로부터 차량에 대해 통신 충전을 실시할 수 있다.
또한, 도 7에서는 도시되지 않았으나, 클라우드 컴퓨터(CU3)는 후방 설비 (10, 10-1, 10-2) 뿐만 아니라 수소충전장치(1, 1-1, 1-2)와 쌍방향으로 접속하는 것도 가능하다.
도 7의 제 3 실시형태에서의 기타 구성, 작용 효과는 도 1~도 5의 제 1 실시형태, 도 6의 제 2 실시형태와 마찬가지이다.
도시의 실시형태는 어디까지나 예시이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 취지로 기술한 것은 아님을 부기한다.
1…수소충전장치
100, 100-1, 100-2…수소충전용 시스템
CU1, CU2, CU3…제어장치(클라우드 컴퓨터)
S…차량(FCV:연료전지 자동차)
ST…차량 탑재 탱크
δ1, δ2…미리 정해진 수치(정(正)의 값)

Claims (6)

  1. 수소 충전을 제어하는 제어장치를 구비하고 있으며, 당해 제어장치는,
    통신 충전 시에 차량 탑재 탱크 내의 압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는가 없는가를 판단하는 기능과,
    압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는 경우에는 통신 충전을 정지하고 비통신 충전으로 전환하는 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 수소충전용 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 압력 혹은 온도 데이터를 선행하는 압력 혹은 온도 데이터와 비교하여 미리 정해진 수치 이내의 증가량이면 정상으로 판단하고, 증가량이 상기 미리 정해진 수치보다 큰 경우와, 증가량이 제로인 경우와, 증가량이 부(minus)의 값인 경우에는 이상으로 판단하는 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 수소충전용 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어장치는, 통신 충전을 시작하기 이전에 차량 탑재 탱크 내의 압력 및 온도 데이터를 충전장치 측에 전달하는 통신이 성립하고 있는가 아닌가를 판단하는 기능과,
    성립하고 있는 경우에는 통신 충전을 선택하고, 성립하고 있지 않은 경우에는 비통신 충전을 선택하는 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 수소충전용 시스템.
  4. 통신충전시에 차량 탑재 내의 압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는가 없는가를 판단하는 공정과,
    압력 혹은 온도 데이터에 이상이 있는 경우에는 통신 충전을 정지하고, 비통신 충전으로 전환하는 공정을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 수소충전방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이상이 있는가 없는가의 공정에서는 압력 혹은 온도 데이터를 선행하는 압력 혹은 온도 데이터와 비교하여 미리 정해진 수치 이내의 증가량이면 정상으로 판단하고, 증가량이 상기 미리 정해진 수치보다 큰 경우와, 증가량이 제로인 경우와, 증가량이 부(minus)의 값인 경우에는 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 수소충전방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    통신 충전을 시작하기 이전에 차량 탑재 탱크 내의 압력 및 온도 데이터를 충전장치 측에 전달하는 통신이 성립하고 있는가 아닌가를 판단하는 공정과,
    성립하고 있는 경우에는 통신 충전을 선택하고, 성립하고 있지 않은 경우에는 비통신 충전을 선택하는 공정을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 수소충전방법.
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