WO2011142002A1 - 燃料電池システム、その燃料ガス供給方法及び移動体 - Google Patents

燃料電池システム、その燃料ガス供給方法及び移動体 Download PDF

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WO2011142002A1
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fuel cell
cell system
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liner
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栄治 大川内
石戸谷　尽生
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system having a tank whose outer peripheral surface is covered with a reinforcing layer.
  • hydrogen gas in a tank is supplied to the fuel cell, and the hydrogen gas reacts with the oxidizing gas in the fuel cell and is consumed. As a result, electric power is generated and used for traveling.
  • the vehicle is stopped at the hydrogen station and the tank is filled with hydrogen gas from the hydrogen station.
  • the structure of this type of tank is such that the outer peripheral surface of a gas-impermeable liner is covered with a reinforcing layer that ensures pressure resistance (see, for example, Patent Document 1).
  • the reinforcing layer is made of CFRP formed by being wound around the outer peripheral surface of the liner by a filament winding method or the like.
  • the liner contracts due to a difference in elastic modulus and linear expansion coefficient between the liner and CFRP, and a gap is generated between the liner and CFRP. Even if a gap does not occur at the manufacturing stage, if the pressure and temperature in the tank drop due to the supply of hydrogen gas, the liner may contract and a gap may be generated as described above. And the size of this gap tends to increase as the conditions for low temperature or low pressure are met.
  • the contracted liner expands to fill the gap with the filled hydrogen gas.
  • a large load may be applied to the liner depending on the amount of expansion.
  • an improvement measure for bonding the liner and the CFRP can be considered. However, this is not desirable because local deformation of the liner occurs and the load is applied locally.
  • an object of the present invention is to provide a fuel cell system, a fuel gas supply method, and a moving body that can reduce the load on the liner due to filling.
  • a fuel cell system includes a fuel cell, a tank having a liner and a reinforcing layer formed on an outer peripheral surface thereof, for storing fuel gas, and from the tank to the fuel cell.
  • An adjustment device that adjusts the supply amount of fuel gas, an information acquisition unit that acquires information on pressure and temperature in the tank, and a liner and a reinforcing layer based on information acquired by the information acquisition unit during operation of the fuel cell system And a determining unit that determines whether or not to limit the supply amount based on the calculated gap amount.
  • the moving body of the present invention includes the fuel cell system of the present invention, and the tank is configured to be able to be filled with fuel gas from a gas station outside the moving body.
  • the present invention when it is decided to limit the supply amount according to the gap amount, and this limitation is executed, the temperature decrease rate and the pressure decrease rate in the tank can be suppressed. Thereby, since the expansion of the gap amount is suppressed, the amount of expansion of the liner can be suppressed when the fuel gas is filled in the tank after the operation of the fuel cell system is stopped.
  • the present invention in the operation stage of the fuel cell system before filling, it is possible to reduce the load on the liner during filling by actively limiting the supply amount according to the gap amount. .
  • the calculation unit may also calculate a predicted value after a predetermined time for the gap amount based on the temperature change amount and the pressure change amount in the tank during operation of the fuel cell system.
  • the determination unit may determine whether to limit the supply amount based on the predicted value.
  • This configuration makes it possible to gradually limit the supply amount. For example, when the supply amount is limited according to the predicted value compared to when the supply amount is not limited according to the predicted value, the supply according to the current gap amount (during operation of the fuel cell system) is performed. The amount limit can be reduced. As a result, for example, the user's feeling that the fuel cell is not accelerated can be reduced when the moving body is accelerated, which increases the required output of the fuel cell.
  • the fuel cell system of the present invention compares the state quantity related to the fuel gas in the tank with a predetermined reference value to determine at least one of the shortage of fuel gas in the tank and its possibility.
  • a display unit that displays that when the determination unit determines that there is at least one of the shortage of fuel gas and its possibility.
  • the determination unit may change the predetermined reference value based on the calculated gap amount.
  • the criteria for determining what is called out of gas changes according to the gap amount. For example, if the gap amount is large and the gas shortage is determined and displayed earlier than when the gap amount is small, the user is conscious of driving to reduce fuel gas consumption (supply amount). It is a trigger to let you. Thereby, if the supply amount of the fuel gas is limited, it is possible to suppress an increase in the gap amount before filling.
  • the state quantity is a pressure in the tank or a fuel gas quantity.
  • the fuel gas amount is preferably calculated by the determination unit based on information on the pressure and temperature in the tank acquired by the information acquisition unit during operation of the fuel cell system.
  • the information acquired by the information acquisition unit can be used not only for calculation of the gap amount but also for determination of gas shortage.
  • the determination unit determines that the temperature in the tank is at least lower than 0 ° C. when the elongation of the liner necessary for setting the calculated gap amount to zero exceeds a predetermined threshold.
  • the predetermined reference value regarding the pressure or the amount of fuel gas may be changed to the high-pressure side or the large-volume side.
  • the determination unit calculates the elongation of the liner necessary for making the calculated gap amount zero, and if the calculated elongation exceeds a predetermined threshold, the supply amount is larger than the case where it is not so. It is good to decide to limit.
  • the predetermined threshold value may be the elongation at break of the liner, and the value may vary depending on the temperature in the tank.
  • the adjustment device sets the supply amount to zero, lowers the maximum value of the supply flow rate of the fuel gas to the fuel cell, and reduces the supply flow rate.
  • the supply amount may be limited by performing one of the reductions.
  • the fuel cell system includes a tank having a liner and a reinforcing layer formed on the outer peripheral surface thereof, and a fuel gas supply destination from the tank. And a fuel cell.
  • the fuel gas supply method includes a step of calculating a gap amount between the liner and the reinforcing layer based on information on pressure and temperature in the tank acquired during operation of the fuel cell system, and the calculated gap amount The step of determining whether the liner elongation necessary to reduce the fuel flow to zero exceeds a predetermined threshold, and if it is determined that the predetermined threshold is exceeded, the fuel from the tank is compared to the case where it does not. Limiting the amount of fuel gas supplied to the battery.
  • the supply amount is positively limited. Therefore, since the expansion of the gap amount is suppressed, it is possible to suppress the load on the liner due to the subsequent filling.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment. It is sectional drawing of the tank which concerns on embodiment. It is a figure which shows the time change of the tank pressure and tank temperature when external temperature is 20 degreeC, and is related with the case where the hydrogen gas discharge
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where there is a gap between the liner and the reinforcing layer in the tank of FIG. 3.
  • a vehicle 3 is filled with hydrogen gas from a filling nozzle 12 of the hydrogen station 2 in, for example, a hydrogen station 2 as a gas station.
  • the vehicle 3 is equipped with a fuel cell system 4 that supplies electric power to a traction motor that is a drive source.
  • the fuel cell system 4 includes a fuel cell 28 and a tank 30.
  • the fuel cell 28 is made of, for example, a solid polymer electrolyte type and has a stack structure in which a large number of single cells are stacked.
  • the fuel cell 28 generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas (for example, hydrogen gas) and an oxidizing gas (for example, air).
  • a fuel gas for example, hydrogen gas
  • an oxidizing gas for example, air
  • hydrogen gas is demonstrated to an example as fuel gas.
  • the tank 30 is a hydrogen gas supply source to the fuel cell 28 and is a high-pressure tank capable of storing, for example, 35 MPa or 70 MPa hydrogen gas. When a plurality of tanks 30 are mounted, the tanks 30 are connected in parallel to the fuel cell 28.
  • the hydrogen gas supply system from the tank 30 to the fuel cell 28 includes a supply line 31 and an adjusting device 33 provided in the supply line 31.
  • the supply line 31 connects the tank 30 and the fuel cell 28.
  • the adjusting device 33 adjusts the supply amount of hydrogen gas from the tank 30 to the fuel cell 28.
  • the adjusting device 33 can be configured by at least one of a shut-off valve, a pressure regulating valve, a flow control valve, and an injector, for example.
  • the shut-off valve it can also function as the original valve of the tank 30 and allows and shuts off the supply of hydrogen gas to the fuel cell 28.
  • a pressure regulating valve, a flow control valve, or an injector the flow rate of hydrogen gas to the fuel cell 28 can be adjusted.
  • Such an adjusting device 33 can limit the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell 28.
  • the hydrogen gas filling system for the tank 30 includes a receptacle 32 and a filling flow path 34.
  • the receptacle 32 is connected to the filling nozzle 12 when filling the hydrogen gas.
  • the filling flow path 34 connects the receptacle 32 and the tank 30, and a check valve 35 for preventing the backflow of hydrogen gas is provided in the middle of the filling flow path 34.
  • the fuel cell system 4 also includes a pressure sensor 36, a temperature sensor 38, a display device 42, and a control device 46.
  • the pressure sensor 36 detects a pressure that substantially reflects the pressure of the hydrogen gas in the tank 30 (hereinafter referred to as “tank pressure”).
  • tank pressure a pressure that substantially reflects the pressure of the hydrogen gas in the tank 30
  • the pressure sensor 36 is provided in the filling flow path 34 that is downstream of the check valve 35 and immediately before the tank 30, but may be disposed in the tank 30.
  • the temperature sensor 38 detects a temperature reflecting the temperature in the tank 30 (hereinafter referred to as “tank temperature”).
  • the temperature sensor 38 is provided in the tank 30, for example.
  • the display device 42 can be used as a part of a car navigation system, for example, and displays various types of information on the screen.
  • the control device 46 is configured as a microcomputer having a CPU, a ROM, and a RAM therein, and controls the vehicle 3 and the fuel cell system 4.
  • the CPU executes a desired calculation according to a control program, and performs various processes and controls.
  • the ROM stores control programs and control data to be processed by the CPU, and the RAM is mainly used as various work areas for control processing.
  • the control device 46 is connected to the adjustment device 33, the pressure sensor 36, the temperature sensor 38, the display device 42, and the like. For example, the control device 46 controls the supply amount of the hydrogen gas by controlling the adjustment device 33 based on the information about the pressure and temperature acquired by the pressure sensor 36 and the temperature sensor 38 as the information acquisition unit.
  • the tank 30 includes a liner 53 formed in a hollow shape so that a storage space 51 is defined therein, and a reinforcing layer 55 that covers the outer peripheral surface of the liner 53. .
  • a base 57 for connecting a valve assembly is provided at least at one end in the axial direction of the liner 53 and the reinforcing layer 55.
  • the liner 53 has a gas barrier property and suppresses the permeation of hydrogen gas to the outside.
  • the material of the liner 53 is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene, polypropylene resin, and other hard resins in addition to metals.
  • the reinforcing layer 55 plays a role to withstand the pressure of the stored hydrogen gas, and is formed by winding a fiber impregnated with a matrix resin around the outer surface of the liner 53 and then heat-curing the matrix resin.
  • An epoxy resin, a modified epoxy resin, or the like is used as the matrix resin, and a carbon fiber or an aramid fiber is used as the fiber.
  • Examples of the winding method include a filament winding method (FW method), a tape winding method, and the like. Examples of the winding method include known hoop winding and helical winding.
  • the reinforcing layer 55 of CFRP is formed on the resin liner 53 by using the FW method.
  • This CFRP uses a thermosetting epoxy resin as a matrix resin and carbon fibers as fibers.
  • the reinforcing layer 55 may include a layer other than the CFRP layer laminated on the outer circumferential surface of the liner 53, for example, a GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics) layer laminated on the outer circumferential surface of the CFRP layer. .
  • FIGS. 4A and 4B are graphs showing temporal changes in tank pressure and tank temperature when the outside air temperature is 20 ° C.
  • FIG. 4A shows a slow hydrogen gas release rate.
  • FIG. 4B relates to the case where the hydrogen gas release rate is high.
  • the higher the hydrogen gas release rate from the tank 30 the supply rate to the fuel cell 28
  • the tank temperature rises due to the outside air and approaches the outside air temperature (20 ° C.). At that time, the tank pressure slightly increases. In general, when the outside air temperature is low, the tank temperature further decreases.
  • the tank 30 mounted on the vehicle 3 it can be filled at the hydrogen station 2 immediately after the hydrogen gas is released. Therefore, it is considered that the tank temperature and the tank pressure are often lowered when the hydrogen gas is filled. At this time, in the case of filling immediately after running at a high hydrogen gas release speed (for example, accelerated running), the tank temperature and the tank pressure are further lowered.
  • Figure 5 for the occurrence of gaps in the tank 30 is a sectional view showing a state in which a gap 60 between the liner 53 and the reinforcing layer 55. The reason why the gap 60 is generated will be described.
  • the gap 60 is generated in the following manufacturing process of the tank 30. Specifically, in forming the reinforcing layer 55, first, a carbon fiber impregnated with an epoxy resin is wound by a FW method around a normal temperature liner 53 that maintains an internal pressure so as not to be deformed by the tension of the FW method. At the stage where the winding is finished, the gap 60 does not occur. As the next step, heating is performed while maintaining the internal pressure, and the epoxy resin of CFRP is hardened by thermosetting treatment. Even at this stage, the gap 60 does not occur. However, when the internal pressure is released and the temperature returns to room temperature after the thermosetting treatment, the liner 53 contracts. As a result, a gap 60 as shown in FIG. 5 is generated. This occurs because the liner 53 is more easily contracted / expanded than the reinforcing layer 55 due to the difference in elastic modulus and linear expansion coefficient between the liner 53 and the reinforcing layer 55.
  • the gap 60 can be generated under low pressure or low temperature conditions. For example, when the tank pressure decreases from a state where the gap as shown in FIG. 3 is zero, a gap 60 as shown in FIG. 5 is generated. This is because the liner 53 contracts while the reinforcing layer 55 hardly deforms due to the difference in elastic modulus and the like. Similarly, when the tank temperature decreases from a state where the gap as shown in FIG. 3 is zero, a gap 60 as shown in FIG. 5 is generated. The size of the gap 60 increases as the tank pressure or the tank temperature decreases. That is, the higher the hydrogen gas release rate (see: FIGS. 4A and B), the larger the gap 60 tends to be.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the relationship between the size of the gap 60 and the tank pressure for a plurality of tank temperatures T 1 to T 4 (T 1 ⁇ T 2 ⁇ T 3 ⁇ T 4 ).
  • T 1 to T 4 tank temperatures
  • the size of the gap 60 decreases as the tank pressure increases.
  • the tank pressure is the same, the size of the gap 60 decreases as the tank temperature increases. Therefore, even if the hydrogen gas is not filled in the tank 30, it can be said that the gap 60 is reduced if the tank temperature is increased by the outside air temperature. It can also be seen that, under the same condition of the gap 60, the lower the tank temperature, the higher the tank pressure required to fill the gap 60.
  • the size of the gap 60 does not depend only on the tank pressure and the tank temperature, but also depends on the specifications of the tank 30.
  • the size of the gap 60 varies depending on the material constituting the tank 30 (the material of the liner 53 and the reinforcing layer 55) and the physique (length, diameter, capacity, etc.) of the tank 30.
  • a gap amount 62 corresponding to the distance between the liner 53 and the reinforcing layer 55 is used.
  • the gap amount 62 corresponds to the distance between the liner 53 and the reinforcing layer 55 when it is uniform, and when it is not uniform, it is the largest distance between the two. It shall be equivalent.
  • the gap amount 62 can be measured by various methods.
  • the gap amount 62 between the liner 53 and the reinforcing layer 55 can be measured by radiographing the tank 30 and visualizing the inside of the tank 30.
  • the gap 62 can be mechanically measured by making a hole in the reinforcing layer 55 of the tank 30 and inserting a measurement probe of a displacement meter through the hole. Such a measurement of the gap amount 62 is made at the stage of development of the tank 30, and the gap amount 62 is not measured by the above method at the time of filling. Therefore, in the fuel cell system 4, the gap amount 62 of the tank 30 is already grasped, and is prepared in advance as a map, for example.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a map M related to the gap amount 62.
  • a unique map M is prepared for the tank 30 of the fuel cell system 4.
  • the map M related to the gap amount 62 defines the gap amount corresponding to each condition with the vertical axis as the tank pressure and the horizontal axis as the tank temperature. To do. For example, under the tank temperature T 1, gap amount 62 shown in FIGS. 7 as B1 ⁇ E1 decreases as the tank pressure increases. Under the tank pressure of 0 MPa, the gap amounts 62 shown as A2 to A5 in FIG. 7 decrease as the tank temperature increases.
  • the map M is stored in a storage unit (ROM or the like) of the control device 46.
  • the gap amount 62 is calculated by referring to the tank pressure and tank temperature at that time in the map M of the storage unit, and based on this, the subsequent supply amount is calculated. Decide whether to set limits.
  • the clearance specification value is one of indexes used in the supply control in consideration of the gap amount described later in “7.” (refer to step S3 in FIG. 11), and the breaking elongation ⁇ of the liner 53 or this Means the value multiplied by the safety factor.
  • the elongation at break ⁇ is defined by the material properties of the liner 53 and varies depending on the tank temperature. Specifically, as shown in FIG. 8, the breaking elongation ⁇ increases as the tank temperature increases. Similar to the map M, the specified clearance value for the tank 30 is stored in advance in the storage unit of the control device 46.
  • the elongation at break ⁇ can be obtained from the results of the tensile test and is represented by the following formula (1).
  • ⁇ 100 ⁇ (l f ⁇ l 0 ) / l 0 (1)
  • the meaning of each parameter is as follows. l 0 : initial length of liner 53 l f : permanent elongation of liner 53 after breakage
  • Target to be Compared with Clearance Specified Value is the elongation ⁇ of the liner 53 necessary to fill the gap 60.
  • r 0 initial outer diameter of the liner 53
  • r f outer diameter of the liner 53 when the gap 60 is filled.
  • r f 55.
  • the necessary elongation ⁇ of the liner 53 is 10%.
  • the elongation ⁇ required to fill the gap 60 can be calculated from the above equation (2). Then, the calculated required elongation ⁇ is compared with a clearance specification value. If the required elongation ⁇ exceeds the clearance specification value, the liner 53 is subjected to an excessive load during filling after the fuel cell system 4 is stopped. Predict.
  • the specified clearance (predetermined threshold value) to be compared with the calculated required elongation ⁇ a value corresponding to the tank temperature at the time of comparison is used. This is because, as described above, the breaking elongation ⁇ depends on the tank temperature (see FIG. 8). Therefore, as the tank temperature increases, the set clearance specified value also increases.
  • FIG. 10 is a block diagram showing functional blocks that the control device 46 has in order to realize this control.
  • the control device 46 includes a storage unit 70, a calculation unit 71, a determination unit 72, and an operation control unit 73.
  • the storage unit 70 stores the above-described map M corresponding to the tank 30 and a clearance specification value.
  • the calculating unit 71 calculates the gap amount 62 by referring to the detected tank pressure and tank temperature in the map M of the storage unit 70.
  • the determination unit 72 determines whether to limit the supply amount of hydrogen gas to the fuel cell 28 based on the calculated gap amount 62.
  • the operation control unit 73 controls the adjustment device 33 based on the determination result by the determination unit 72. In particular, when the determination unit 72 determines to limit the supply amount, the operation control unit 73 controls the adjustment device 33 so as to obtain the supply amount related to the determined limit.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating this control example.
  • the fuel cell system 4 starts to operate.
  • hydrogen gas starts to be supplied from the tank 30 to the fuel cell 28.
  • the tank pressure and the tank temperature are read by the pressure sensor 36 and the temperature sensor 38, and the clearance amount 62 at the time of reading (that is, the current) is calculated (step S2).
  • the calculation unit 71 refers to the temporarily stored information in the map M of the storage unit 70. As a result, the current gap amount 62 is calculated.
  • the determining unit 72 calculates the elongation ⁇ of the liner 53 necessary to fill the gap 60 based on the calculated current gap amount 62, and the calculated required elongation ⁇ is within the clearance specified value. It is determined whether or not. At this time, as the clearance regulation value to be compared with the calculated necessary elongation ⁇ , a value corresponding to the current tank temperature read in step S2 is used.
  • step S3 if the clearance is within the specified value (step S3; Yes), it is determined that the liner 53 is not subjected to an excessive load even if hydrogen gas is charged after the operation of the fuel cell system 4 is stopped.
  • Supply hydrogen gas In this normal hydrogen gas supply, hydrogen gas corresponding to the required output of the fuel cell 28 is supplied.
  • the adjustment device 33 supplies the fuel cell 28 with supply pressure, supply flow rate, and supply amount of hydrogen gas corresponding to the required output of the fuel cell 28.
  • step S3 if it is not within the specified clearance (step S3; No), it is determined that a load exceeding the allowable level is applied to the liner 53 when normal hydrogen gas supply is performed, and the supply amount of hydrogen gas is limited (step S3). S4).
  • the limitation of the supply amount means that the supply amount of hydrogen gas released from the tank 30 is limited as compared with normal hydrogen gas supply.
  • the limitation of the supply amount of hydrogen gas can be executed by several methods under the control of the adjusting device 33.
  • the supply amount can be limited by reducing the supply flow rate of hydrogen gas from that in the normal hydrogen gas supply (for example, reducing the supply flow rate by a predetermined percentage). This method is possible not only when the adjusting device 33 is an injector or the like, but also when the adjustment device 33 is a shutoff valve, by repeatedly opening and closing it.
  • the supply amount can be limited by lowering the maximum value of the supply flow rate (for example, setting the maximum flow rate to a predetermined flow rate or less). According to these methods, the supply of hydrogen gas from the tank 30 to the fuel cell 28 can be continued.
  • step S5 No
  • step S2 the tank pressure and the tank temperature are read at any time, the gap amount 62 at that time is calculated (step S2), and it is determined whether or not the clearance is within the specified clearance (step S3).
  • step S3 the state in which the supply amount is limited is continued (step S3; No, step S4), or the restriction on the supply amount is released and normal hydrogen gas supply is performed (step S3; Yes).
  • step S5; Yes the operation of the fuel cell system 4 is finished, and the supply of hydrogen gas from the tank 30 to the fuel cell 28 is also stopped (step S6).
  • a gap amount 62 in the tank 30 during operation of the fuel cell system 4 is calculated, and it is determined whether or not a load is applied to the liner 53 due to filling after the operation of the fuel cell system 4 is stopped. If judged, the supply amount from the tank 30 is limited. By limiting the supply amount, the temperature decrease rate and the pressure decrease rate in the tank 30 can be suppressed (see: FIGS. 4A and 4B). This is because even when hydrogen gas is released from the tank 30, the temperature decrease accompanying the adiabatic expansion of the hydrogen gas in the tank 30 is performed at a relatively slow rate.
  • the tank 30 is easily warmed to the outside air, and the lower temperature and the lower pressure state are suppressed, so that the expansion of the gap amount is suppressed.
  • the expansion amount of the liner 53 is suppressed in the filling after the stop, it is possible to suppress a large load from being applied to the liner 53.
  • the control device 46 performs an operation satisfying this demand. It is preferable to prohibit it. By doing so, it is possible to reliably maintain the supply amount restriction state and to reduce the load on the liner 53.
  • step S11 the second control example will be described with a focus on differences from the first control example.
  • the main difference is not only the calculation of the current gap amount (step S11), but also the predicted value of the gap amount after a predetermined time (step S14), and the supply amount is also limited based on this predicted value. This is a point for determining whether or not (step S15).
  • the block diagram of the control device 46 for realizing this control is the same as that shown in FIG.
  • step S11 the current gap amount 62 is calculated from the current tank pressure and tank temperature.
  • step S12 the required elongation ⁇ is calculated based on the calculated current gap amount 62, and it is determined whether or not the calculated required elongation ⁇ is within the specified clearance value. Then, the hydrogen gas supply amount is limited (step S13), and thereafter the gap amount 62 is calculated (step S11) and compared (step S12) until the clearance is within the specified value (step S12; Yes).
  • a predicted value of the gap amount 62 after x hours is calculated based on the gradient of the tank pressure and the gradient of the tank temperature (Ste S14). This calculation is also performed by the calculation unit 71.
  • the calculation unit 71 first calculates the tank pressure gradient per unit time ( ⁇ P / ⁇ t) and the gradient ( ⁇ T / ⁇ t) of the tank temperature, and the tank pressure and the tank temperature after x hours are estimated from each gradient. Next, the calculation unit 71 refers to these estimated values in the map M, thereby calculating a predicted value of the gap amount 62 after x hours. In another embodiment, the calculation unit 71 may calculate a predicted value of the gap amount 62 based on a change amount other than the gradient of the tank pressure and the tank temperature. x time can be set to arbitrary time, for example, can be 5 minutes.
  • the determination unit 72 calculates the elongation ⁇ of the liner 53 necessary to fill the gap 60 based on the predicted value of the gap amount 62, and the calculated required elongation ⁇ is within the clearance specification value. Judge whether there is. At this time, a clearance corresponding to the tank temperature after x hours estimated in step S14 is used as the clearance regulation value to be compared with the calculated necessary elongation ⁇ .
  • step S15; Yes if it is within the clearance specification value (step S15; Yes), normal hydrogen gas supply is performed and the ignition is turned off (step S17). On the other hand, if it is not within the specified clearance (step S15; Yes), the supply amount of hydrogen gas is limited (step S16), and the ignition is turned off (step S17). The steps S11 to S16 are repeated until the ignition is turned off (step S17; Yes). Therefore, even if the supply amount is not limited at the beginning (step S12; Yes, step S15; Yes), if the required elongation ⁇ for the gap amount 62 exceeds the clearance specified value, it is positively thereafter. Supply amount will be limited.
  • the limitation of the supply amount in steps S13 and S16 can be performed by the same method as in the first control example (step S4).
  • steps S13 and S16 the same supply amount can be set as the limit amount, but it is preferable that the supply amount is different.
  • the limit amount in step S13 may be larger than the limit amount in step S16.
  • the supply flow rate may be made smaller than in step S16.
  • the limit amount in step S13 can be set to be smaller than the limit amount in step S4 of the first control example. That is, when the supply amount is limited based on the current gap amount 62, the supply amount can be made larger in step S13 of the second control example than in step S4 of the first control example. This is because in the second control example, the supply amount can be limited even in step S16.
  • the present control example described above in addition to the same effects as the first control example, it is possible to gradually limit the supply amount as compared to the first control example. Thereby, at the time of acceleration of the vehicle 3 accompanied with much consumption of hydrogen gas, the hydrogen gas amount for the consumption can be secured to some extent. For this reason, the user who is driving the vehicle 3 can reduce the feeling that the vehicle 3 suddenly stops accelerating.
  • the third control example is to change the so-called out-of-gassing criterion based on the gap amount 62 calculated during operation of the fuel cell system 4.
  • FIG. 14 is a block diagram showing functional blocks included in the control device 46 in order to realize this control.
  • the control device 46 includes a determination unit 75 that determines the lack of gas.
  • FIGS. 15A and 15B show a gas shortage determination method according to the comparative example and the present control example, respectively.
  • the lack of gas is determined by comparing the tank pressure with a reference value.
  • the reference value in the gas shortage determination two out of gas lines L 1 and L 2 showing the shortage and boundaries of its potential fuel gas in the tank 30 is used.
  • out of gas line L 1 is a line of the tank pressure indicative of whether the remaining amount of hydrogen gas is eliminated completely or boundary in the tank 30. If the tank pressure is the low pressure side than out of gas line L 1, the remaining amount of hydrogen gas in the tank 30 is completely eliminated, thus stopping the vehicle 3.
  • out of gas line L 2 is a line of tank pressure indicating whether the boundaries indicating that cruising distance of the vehicle 3 is 0 km. If the tank pressure is the low pressure side than out of gas lines L 2, appears to be traveling enable distance is 0 km, the user such as the driver is prompted to fill the hydrogen gas.
  • a display is made by a display device 42 typified by a gas shortage lamp or the like, for example. In the case where the tank pressure is between the gas shortage lines L 1 and out of gas line L 2, the tank 30 there remains a small amount of hydrogen gas, the vehicle 3 can be cruising.
  • the gas shortage lines L 1 and L 2 are vertical straight lines that pass through the tank pressures x and y, respectively. That is, the out-of-gassing lines L 1 and L 2 are constant regardless of the tank temperature.
  • the out-of-gassing lines L 1 and L 2 are the same as those in the comparative example shown in FIG. 15A above the tank temperature Tb. However, below the tank temperature Tb, the out-of-gassing lines L 1 and L 2 of this control example shown in FIG. 15B are inclined so as to increase in pressure as the tank temperature decreases.
  • the gas shortage lines L 1 and L 2 are changed to the high pressure side under the condition of the tank temperature Tb or lower than in the condition of the tank temperature Tb or higher.
  • the tank temperature Tb is at least less than 0 ° C., and an example thereof is ⁇ 30 ° C.
  • FIGS. 16A and 16B show another method for determining the lack of gas, and relate to the comparative example and the present control example, respectively.
  • the lack of gas is determined by comparing the amount of hydrogen gas in the tank 30 with a reference value.
  • the two gas depletion lines L 1 and L 2 are lines of the hydrogen gas amount n, respectively, and whether or not the remaining amount of hydrogen gas in the tank 30 is completely eliminated as described above.
  • a boundary and a boundary indicating whether or not to display that the cruising range of the vehicle 3 is 0 km are shown.
  • the gas shortage lines L 1 and L 2 are inclined straight lines that pass through the tank pressures x and y, respectively.
  • the out-of-gassing lines L 1 and L 2 are the same as those in the comparative example shown in FIG. 16A above the tank temperature Tb, but below the tank temperature Tb.
  • the tank is inclined so that the pressure increases as the tank temperature decreases. That is, the gas shortage lines L 1 and L 2 are changed to a larger amount of hydrogen gas when the temperature is lower than the tank temperature Tb, compared to when the temperature is higher than the tank temperature Tb.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating a third control example.
  • the vehicle 3 is turned on as a trigger for starting operation of the fuel cell system 4 (step S21).
  • the current gap amount 62 is calculated from the tank pressure and the tank temperature (step S23, S24).
  • the process proceeds to the process of determining the gas shortage line (step S27).
  • step S22; Yes When it is displayed that the cruising range is 0 km (step S22; Yes), if the calculated current gap amount 62 exceeds zero (step S25; Yes), the process for determining the gas shortage line (step) On the other hand, if the calculated current gap amount 62 is zero (step S25; No), it is determined that hydrogen gas is filled in the tank 30 because the gap 60 is filled, and the display is canceled. (Step S26), the process proceeds to the process of determining the gas shortage line (Step S27).
  • the determination unit 75 determines a gas shortage line to be used for determining a gas shortage based on the calculated gap amount 62. Specifically, the required elongation ⁇ is calculated from the calculated gap amount 62, and if the calculated required elongation ⁇ is within the clearance specification value, the gas shortage line L 1 shown in FIG. 15A or FIG. , L 2 is used. On the other hand, if not (if not within the clearance specification value), it is decided to use the gas depletion lines L 1 and L 2 shown in FIG. 15B or FIG. 16B.
  • hydrogen gas amount n in the tank 30 is the tank pressure or at any time is calculated from time to time detected during operation of the fuel cell system 4, whether or not the determined out of gas line L 2 or is monitored from time to time (Step S28). If it is less than the determined gas shortage line L 2 (step S28; No), the display device 42 displays that the cruising distance is 0 km (step S29). If this display has already been made, step S29 is omitted. Thereafter, the tank pressure or the amount of hydrogen gas n is from time to time acquired similarly, whether or not the determined out of gas line L 1 or more is monitored from time to time (step S30). If it is less than determined out of gas line L 1 (Step S30; No), the vehicle 3 stops (step S31). On the other hand, if the determined gas shortage line L 1 or more (step S30; Yes), until the vehicle 3 is ignition-off (step S32; Yes), the above similar process returns to step S22 is performed .
  • FIG. 15B or FIG. 15 is used as a reference for determining the lack of gas (gas shortage lines L 1 and L 2 ). 16B is used.
  • the tank pressure is higher than in the case where the required elongation ⁇ is within the specified clearance (the gas depletion lines L 1 and L 2 shown in FIG. 15A or 16A). It is determined that the gas is running out.
  • the clearance is not within the clearance specified value under the condition of the tank temperature Tb or less, it is determined early that the gas is short.
  • the fact that there is a gas shortage is displayed, which can be a trigger for a user such as a driver to be aware of driving with low hydrogen consumption.
  • the amount of hydrogen consumption in the fuel cell 28 is reduced, the amount of hydrogen gas supplied from the tank 30 to the fuel cell 28 is reduced, so that the increase in the gap amount 62 is suppressed. Thereby, in the filling after the fuel cell system 4 is stopped, the load on the liner 53 can be reduced.
  • the third control example may be combined with the first control example or the second control example described above. In this case, for example, when the gas shortage line is determined (step S27), if the determination unit 72 determines to limit the supply amount, the operation control unit 73 limits the supply amount.
  • the fuel cell system, fuel gas supply method and vehicle of the present invention can be applied not only to hydrogen gas but also to other fuel gases such as natural gas. Further, the present invention can be applied not only to a vehicle but also to a moving body equipped with a tank as a fuel gas filling destination such as an aircraft, a ship, and a robot.
  • control is performed by reading the gap amount 62 as the map M during the operation of the fuel cell system 4.
  • control is performed only by acquiring information on the tank pressure and the tank temperature. It is also possible to design.

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Abstract

　本発明の目的は、充填によるライナへの負荷を抑制することができる燃料電池システム、その燃料ガス供給方法及び移動体を提供することである。この燃料電池システムは、燃料電池と、ライナ及びその外周面に形成された補強層を有して燃料ガスを貯留するためのタンクと、タンクから燃料電池への燃料ガスの供給量を調整する調整装置と、タンク内の圧力及び温度に関する情報を取得する情報取得部と、情報取得部が燃料電池システムの稼働中に取得した情報に基づいて、ライナと補強層との間の隙間量を算出する算出部と、算出した隙間量に基づいて、供給量を制限するか否かを決定する決定部と、を備える。

Description

燃料電池システム、その燃料ガス供給方法及び移動体
　本発明は、ライナの外周面を補強層で覆ったタンクを有する燃料電池システム等に関するものである。
　例えば車載の燃料電池システムでは、タンク内の水素ガスが燃料電池に供給され、燃料電池にて水素ガスが酸化ガスと反応して消費される。これにより電力が発生して、走行に用いられる。そして、消費によりタンク内の水素ガス残量が減った場合には、車両を水素ステーションに立ち寄らせ、水素ステーションからタンクに水素ガスを充填することが行われる。
　ここで、タンクから水素ガスが供給、すなわち放出される場合には、タンク内の圧力及び温度は下がる。一方で、タンクに水素ガスが充填される場合には、タンク内の圧力及び温度は上がる。また、この種のタンクの構造は、ガス不透過性のライナの外周面を、耐圧性を確保する補強層で覆ったものが一般的である（例えば特許文献１参照）。例えば、補強層は、フィラメントワインディング法などによりライナの外周面に巻き付けられて形成されたＣＦＲＰからなる。
特開２００６－２２６５１１号公報
　しかし、特に樹脂ライナ製のタンクを製造した場合、ライナとＣＦＲＰとの弾性率や線膨張係数の違いにより、ライナが収縮し、ライナとＣＦＲＰとの間に隙間が発生する。また、仮に製造段階で隙間が発生しなくても、水素ガスの供給によって、タンク内の圧力及び温度が下がると、上記同様に、ライナが収縮して隙間が発生する場合がある。そして、この隙間の大きさは、低温又は低圧の条件になるほど、大きくなる傾向にある。
　このような隙間がある状態でタンクに水素ガスを充填すると、充填した水素ガスによって、収縮していたライナが隙間を埋めるように膨張する。しかし、この膨張量の大きさ等によっては、ライナに大きな負荷がかかるおそれがある。
　この点、隙間の発生を防止するために、ライナとＣＦＲＰとを接着する改善策が考えられる。しかし、これでは、ライナの局所的な変形が生じ、負荷が局所的にかかってしまうため、望ましくない。
　そこで、本発明は、充填によるライナへの負荷を低減することができる燃料電池システム、その燃料ガス供給方法及び移動体を提供することをその目的としている。
　上記目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、ライナ及びその外周面に形成された補強層を有して燃料ガスを貯留するためのタンクと、タンクから燃料電池への燃料ガスの供給量を調整する調整装置と、タンク内の圧力及び温度に関する情報を取得する情報取得部と、情報取得部が燃料電池システムの稼働中に取得した情報に基づいて、ライナと補強層との間の隙間量を算出する算出部と、算出した隙間量に基づいて、供給量を制限するか否かを決定する決定部と、を備えたものである。
　また、本発明の移動体は、本発明の燃料電池システムを備え、タンクが、移動体の外部にあるガスステーションから燃料ガスを充填可能に構成されているものである。
　本発明によれば、隙間量に応じて供給量を制限することに決定し、この制限を実行した場合には、タンク内の温度低下速度及び圧力低下速度を抑えることができる。これにより、隙間量の拡大が抑制されるので、燃料電池システムの稼動停止後に燃料ガスをタンクに充填した際において、ライナの膨張量を抑えることができる。このように、本発明によれば、充填前の燃料電池システムの稼動段階において、隙間量に応じて積極的に供給量を制限することで、充填時のライナへの負荷を低減することができる。
　好ましくは、算出部は、燃料電池システムの稼働中におけるタンク内の温度変化量及び圧力変化量に基づいて、隙間量について所定時間後の予測値をも算出するとよい。決定部は、予測値に基づいても、供給量を制限するか否かを決定するとよい。
　この構成によれば、供給量を徐々に制限することが可能となる。例えば、予測値に応じた供給量の制限をしない場合に比べて、予測値に応じた供給量の制限をする場合には、現在の（燃料電池システムの稼動中の）隙間量に応じた供給量の制限量を小さくすることができる。これにより、例えば燃料電池の要求出力が大きくなる移動体の加速時に、加速しなくなるといったユーザーの感覚を軽減することができる。
　好ましくは、本発明の燃料電池システムは、タンク内の燃料ガスに関する状態量を所定の基準値と比較することで、タンク内の燃料ガスの不足及びその可能性の少なくとも一つを判定する判定部と、判定部が燃料ガスの不足及びその可能性の少なくとも一つであることを判定した場合にその旨を表示する表示部と、を備えるとよい。判定部は、算出した隙間量に基づいて、所定の基準値を変更するとよい。
　この構成によれば、隙間量に応じて、いわゆるガス欠の判定の基準が変わる。例えば、隙間量が大きい場合、それが小さい場合よりも、ガス欠の旨が早く判定されて表示されるようにすれば、燃料ガスの消費量（供給量）を減らすような運転をユーザーに意識させるきっかけとなる。これにより、燃料ガスの供給量が制限されることになれば、充填前に隙間量の拡大を抑制することができる。
　より好ましくは、上記の状態量は、タンク内の圧力又は燃料ガス量であるとよい。また、燃料ガス量については、判定部が、情報取得部が燃料電池システムの稼働中に取得したタンク内の圧力及び温度に関する情報に基づいて算出することが好ましい。
　この構成によれば、情報取得部が取得した情報を、隙間量の算出のみならず、ガス欠の判定にも活用することができる。
　より好ましくは、判定部は、算出した隙間量をゼロとするために必要なライナの伸びが所定の閾値を越える場合には、そうではない場合に比べて、タンク内が少なくとも０℃未満の温度条件下では、圧力又は燃料ガス量に関する所定の基準値を高圧側又は多量側に変更するとよい。
　好ましくは、決定部は、算出した隙間量をゼロとするために必要なライナの伸びを算出すると共に、その算出した伸びが所定の閾値を越える場合には、そうではない場合よりも、供給量を制限することに決定するとよい。
　こうすることで、ライナの変形と関係するライナの伸び（ひずみ）を基準に、供給量を制限するか否かを決定するので、その制限の必要性を正確に判断することができる。
　より好ましくは、上記の所定の閾値はライナの破断伸びを用いることができ、その値はタンク内の温度に応じて異なるとよい。
　この構成によれば、供給量の制限の必要性を判断するに際して、破断伸びが温度に依存することが考慮されるので、より一層正確に判断することができる。
　好ましくは、決定部が供給量を制限することに決定した場合、調整装置は、供給量をゼロにすること、燃料電池への燃料ガスの供給流量の最大値を下げること、及び、供給流量を低減することのいずれかを実行することにより、供給量を制限するとよい。
　上記目的を達成するため、本発明の燃料電池システムの燃料ガス供給方法では、燃料電池システムが、ライナ及びその外周面に形成された補強層を有するタンクと、タンクからの燃料ガスの供給先として燃料電池と、を有する。そして、燃料ガス供給方法は、燃料電池システムの稼働中に取得されたタンク内の圧力及び温度に関する情報に基づいて、ライナと補強層との間の隙間量を算出するステップと、算出した隙間量をゼロとするために必要なライナの伸びが所定の閾値を超えるか否かを判定するステップと、所定の閾値を越えると判定された場合には、そうではない場合に比べて、タンクから燃料電池への燃料ガスの供給量を制限するステップと、を備える。
　本発明によれば、充填前の燃料ガス供給段階において、隙間量に対するライナの必要な伸びが所定の閾値を超えるとき、積極的に供給量を制限する。これにより、隙間量の拡大が抑制されるので、その後の充填によってライナに負荷がかかることを抑制することができる。
実施形態に係る燃料電池システムを搭載した車両をガスステーションとともに示す図である。 実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 実施形態に係るタンクの断面図である。 外気温が２０℃であるときのタンク圧力及びタンク温度の時間変化を示す図であり、タンクからの水素ガス放出速度が遅い場合に関するものである。 外気温が２０℃であるときのタンク圧力及びタンク温度の時間変化を示す図であり、タンクからの水素ガス放出速度が速い場合に関するものである。 図３のタンクにおいて、ライナと補強層との間に隙間がある状態を示す断面図である。 複数のタンク温度について、隙間の大きさとタンク圧力との関係を模式的に示す図である。 実施形態に係るタンクの隙間量に関するマップの一例を示す図である。 タンク温度とライナの破断伸びとの関係を示す図である。 隙間を埋めるのに必要なライナの伸びを算出する方法を示す図であり、隙間がある状態を示すものである。 隙間を埋めるのに必要なライナの伸びを算出する方法を示す図であり、隙間がなくなった状態を示すものである。 実施形態に係る燃料電池システムの第１の制御例を実現するための機能ブロック図である。 実施形態に係る燃料電池システムの第１の制御例を示すフローチャートである。 実施形態に係る燃料電池システムの第２の制御例を示すフローチャートである。 実施形態に係る燃料電池システムの第２の制御例において用いるタンク圧力の勾配を模式的に示す図であり、水素ガス供給中における時間に対するタンク圧力の変化を示すものである。 実施形態に係る燃料電池システムの第２の制御例において用いるタンク温度の勾配を模式的に示す図であり、水素ガス供給中における時間に対するタンク温度の変化を示すものである。 実施形態に係る燃料電池システムの第３の制御例を実現するための機能ブロック図である。 タンク圧力を基準値と比較することで行うガス欠判定に関し、比較例に係る方法を示す図である。 タンク圧力を基準値と比較することで行うガス欠判定に関し、第３の制御例に係る方法を示す図である。 水素ガスの残量を基準値と比較することで行うガス欠判定に関し、比較例に係る方法を示す図である。 水素ガスの残量を基準値と比較することで行うガス欠判定に関し、第３の制御例に係る方法を示す図である。 実施形態に係る燃料電池システムの第３の制御例を示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。ここでは、燃料電池システムを、移動体の代表例である車両に搭載した例について説明する。
１．車両の概要
　図１に示すように、車両３は、例えばガスステーションとしての水素ステーション２にて、水素ステーション２の充填ノズル１２から水素ガスをタンクに充填される。車両３には、駆動源であるトラクションモータに電力を供給する燃料電池システム４が搭載される。
　図２に示すように、燃料電池システム４は、燃料電池２８及びタンク３０を備える。
　燃料電池２８は、例えば固体高分子電解質型からなり、多数の単セルを積層したスタック構造を有する。燃料電池２８は、燃料ガス（例えば水素ガス）と酸化ガス（例えば空気）の電気化学反応によって発電する。以下では、燃料ガスとして水素ガスを例に説明する。
　タンク３０は、燃料電池２８への水素ガス供給源であり、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能な高圧タンクである。タンク３０を複数搭載する場合には、タンク３０は燃料電池２８に対して並列に接続される。
　タンク３０から燃料電池２８への水素ガスの供給系統は、供給管路３１と、供給管路３１に設けられた調整装置３３と、を具備する。供給管路３１は、タンク３０と燃料電池２８とつなぐものである。調整装置３３は、タンク３０から燃料電池２８への水素ガスの供給量を調整するものである。調整装置３３は、例えば、遮断弁、調圧弁、流量制御弁及びインジェクタの少なくとも一つで構成することができる。遮断弁の場合には、タンク３０の元弁として機能させることもでき、燃料電池２８への水素ガスの供給を許容及び遮断する。調圧弁、流量制御弁又はインジェクタの場合には、燃料電池２８への水素ガスの流量を調整することができる。このような調整装置３３によって、燃料電池２８への水素ガスの供給量を制限することが可能となる。
　タンク３０への水素ガスの充填系統は、レセプタクル３２及び充填流路３４を具備する。レセプタクル３２は、水素ガスの充填に際して、充填ノズル１２を接続される。充填流路３４は、レセプタクル３２とタンク３０とをつなぐものであり、その途中には、水素ガスの逆流を防止するための逆止弁３５が設けられる。
　燃料電池システム４は、また、圧力センサ３６、温度センサ３８、表示装置４２及び制御装置４６を備える。
　圧力センサ３６は、実質的にタンク３０内の水素ガスの圧力（以下、「タンク圧力」という。）を反映する圧力を検出する。圧力センサ３６は、例えば、逆止弁３５よりも下流側であって且つタンク３０の直前にある充填流路３４に設けられるが、タンク３０内に配置することも可能である。温度センサ３８は、タンク３０内の温度（以下、「タンク温度」という。）を反映する温度を検出する。温度センサ３８は、例えば、タンク３０内に設けられる。表示装置４２は、例えばカーナビゲーションシステムの一部としても用いることが可能なものであり、各種情報を画面に表示する。
　制御装置４６は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、車両３及び燃料電池システム４を制御する。ＣＰＵは、制御プログラムに従って所望の演算を実行するものであり、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶し、ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御装置４６は、調整装置３３、圧力センサ３６、温度センサ３８及び表示装置４２などと接続されている。例えば、制御装置４６は、情報取得部としての圧力センサ３６及び温度センサ３８が取得した圧力及び温度に関する情報をもとに、調整装置３３を制御して水素ガスの供給量を制御する。
２．タンクの構造
　図３に示すように、タンク３０は、内部に貯留空間５１が画成されるように中空状に形成されたライナ５３と、ライナ５３の外周面を覆う補強層５５と、を有する。ライナ５３及び補強層５５の軸方向の少なくとも一端部には、バルブアッセンブリを接続するための口金５７が設けられる。
　ライナ５３は、ガスバリア性を有し、水素ガスの外部への透過を抑制する。ライナ５３の材質は、特に制限されるものではなく、例えば、金属のほか、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂その他の硬質樹脂を挙げることができる。
　補強層５５は、貯留する水素ガスの圧力に耐える役割を果たすものであり、マトリックス樹脂を含浸した繊維をライナ５３の外表面に巻き付けた後で、そのマトリックス樹脂を加熱硬化してなるものである。マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂や変性エポキシ樹脂等が用いられ、繊維としては、カーボン繊維やアラミド繊維が用いられる。また、巻き付け方法としては、フィラメントワインディング法（ＦＷ法）やテープワインディング法等が挙げられ、その際の巻き付け方としては、公知のフープ巻き及びヘリカル巻きが挙げられる。
　本実施形態では、樹脂製のライナ５３に対しＦＷ法を用いて、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）の補強層５５を構成している。このＣＦＲＰは、マトリックス樹脂として熱硬化性のエポキシ樹脂を用い、繊維として炭素繊維を用いている。なお、補強層５５は、ライナ５３の外周面に積層されたＣＦＲＰ層以外の層、例えば、ＣＦＲＰ層の外周面に積層されたＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）層を具備するものであってもよい。
３．水素放出速度とタンク圧力及びタンク温度との関係
　図４Ａ及びＢは、外気温が２０℃であるときのタンク圧力及びタンク温度の時間変化を示す図であり、図４Ａは水素ガス放出速度が遅い場合に関するものであり、図４Ｂは、水素ガス放出速度が速い場合に関するものである。図４Ａ及びＢから分かるとおり、タンク３０からの水素ガスの放出速度（燃料電池２８への供給速度）が速いほど、タンク圧力の低下率は大きく、タンク温度はより低下する。水素ガス放出終了後（時間ｔ０）、タンク温度は、外気によって上昇し、外気温（２０℃）に近づいていく。その際、タンク圧力も僅かに上昇する。なお、一般的に、外気温が低いと、タンク温度はさらに低下する。
　車両３に搭載されるタンク３０の場合、水素ガス放出直後に水素ステーション２で充填され得る。したがって、水素ガスが充填されるときは、タンク温度及びタンク圧力が低下した状態であることが多いと考えられる。このとき、水素ガス放出速度の速い走行（例えば加速走行）をしていた直後の充填の場合には、タンク温度及びタンク圧力がより低下した状態となっている。
　なお、タンク３０に関して、水素ガスの搭載量（タンク容積）を減らした仕様の場合には、その減らす前の仕様の場合と同量の水素ガスを消費するとなると、タンク圧力の低下速度が上がる。したがって、搭載量（タンク容積）を減らした仕様の場合は、タンク温度がより低下し易い。
４．隙間の発生について
　図５は、タンク３０において、ライナ５３と補強層５５との間に隙間６０がある状態を示す断面図である。この隙間６０が発生する理由を説明する。
　第１に、タンク３０の次のような製造工程では、隙間６０が発生する。具体的には、補強層５５の形成にあたっては、先ず、ＦＷ法の張力では変形しない程度に内圧を保持した常温のライナ５３に対して、エポキシ樹脂を含浸した炭素繊維をＦＷ法により巻き付ける。この巻き付けが終わった段階では、隙間６０は発生しない。次の段階として、内圧を保持したまま加熱し、ＣＦＲＰのエポキシ樹脂を熱硬化処理により固める。この段階でも、隙間６０は発生しない。しかし、熱硬化処理後、内圧が抜かれて常温に戻ると、ライナ５３が収縮する。その結果、図５に示すような隙間６０が発生する。これは、ライナ５３と補強層５５との弾性率や線膨張係数の差に起因して、ライナ５３の方が補強層５５に比べて収縮・膨張の変形がし易いために起きる。
　第２に、上記の製造段階において隙間６０が発生しなくとも、低圧又は低温の条件になると、隙間６０が発生し得る。例えば、図３に示すような隙間がゼロの状態からタンク圧力が下がると、図５に示すような隙間６０が発生する。これは、上記の弾性率等の差に起因して、ライナ５３は収縮するのに対し、補強層５５はほとんど変形しないからである。同様に、図３に示すような隙間がゼロの状態からタンク温度が下がると、図５に示すような隙間６０が発生する。そして、この隙間６０の大きさは、タンク圧力又はタンク温度がより小さくなるほど大きくなる。つまり、水素ガス放出速度が速かったときほど（参照：図４Ａ及びＢ）、隙間６０の大きさは大きくなる傾向になる。
　図６は、複数のタンク温度Ｔ１～Ｔ４（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）について、隙間６０の大きさとタンク圧力との関係を模式的に示す図である。
　図６に示すように、タンク温度が同じ条件であれば、タンク圧力が大きくなると、隙間６０の大きさは小さくなる。同様に、タンク圧力が同じ条件であれば、タンク温度が大きくなると、隙間６０の大きさは小さくなる。それゆえ、水素ガスがタンク３０に充填されなくとも、外気温によってタンク温度が上がれば、隙間６０が小さくなるということが言える。また、隙間６０の大きさが同じ条件では、タンク温度が低温であるほど、隙間６０を埋めるためには、高いタンク圧力が必要であることがわかる。
５．隙間量の測定及び記憶について
　隙間６０の大きさは、タンク圧力及びタンク温度にのみ依存するのではなく、タンク３０の仕様によっても異なる。例えば、タンク３０を構成する材料（ライナ５３及び補強層５５の材質）や、タンク３０の体格（長さ、径、容量など）によって、隙間６０の大きさは異なる。
　隙間６０の大きさを示す指標としては、ここでは、図５に示すように、ライナ５３と補強層５５との間の距離に相当する隙間量６２を用いることにする。なお、この隙間量６２は、ライナ５３及び補強層５５の全領域で一律である場合にはその両者間の距離に相当し、一律ではない場合にはその両者間の距離のうち最も大きい距離に相当するものとする。
　隙間量６２は、様々な方法により測定することができる。例えば、タンク３０をＸ線撮影し、タンク３０の内部を可視化することで、ライナ５３と補強層５５との間の隙間量６２を測定することができる。また別の方法として、タンク３０の補強層５５に穴をあけ、その穴から変位計の測定プローブを挿入することで、隙間量６２を機械的に測定することもできる。このような隙間量６２の測定は、タンク３０の開発段階でなされており、充填時に隙間量６２が上記のような方法で測定されるわけではない。したがって、燃料電池システム４においては、タンク３０の隙間量６２が既に把握されており、例えばマップとして予め用意される。
　図７は、隙間量６２に関するマップＭの一例を示す図である。
　マップＭは、燃料電池システム４のタンク３０に固有のものが用意される。上述したように、隙間量６２はタンク圧力及びタンク温度によって異なるので、隙間量６２に関するマップＭは、縦軸をタンク圧力とし、横軸をタンク温度として、それぞれの条件に対応する隙間量を規定する。例えば、タンク温度Ｔ１のもとでは、図７にＢ１～Ｅ１としてそれぞれ示す隙間量６２は、タンク圧力が大きくなるほど小さくなる。また、タンク圧力０ＭＰａのもとでは、図７にＡ２～Ａ５として示すそれぞれ隙間量６２は、タンク温度が大きくなるほど小さくなる。
　ここで、マップＭは、制御装置４６の記憶部（ＲＯＭなど）に記憶される。詳細は後述するが、水素ガスの供給中に、そのときのタンク圧力及びタンク温度を記憶部のマップＭに参照することで隙間量６２を算出し、これをもとに、その後の供給量に制限を設定するか否かを決定する。
６．スキマ規定値について
　スキマ規定値とは、後記「７．」の隙間量を考慮した供給制御において用いる指標の一つであり（参照：図１１のステップＳ３など）、ライナ５３の破断伸びδ又はこれに安全率を乗じた値を意味する。破断伸びδは、ライナ５３の材料物性により規定され、タンク温度に応じて異なる。具体的には、図８に示すように、タンク温度が大きくなるほど、破断伸びδは大きくなる。タンク３０に関するスキマ規定値は、マップＭと同様に、制御装置４６の記憶部に予め記憶される。
　なお、破断伸びδは、引張試験の結果から得ることができるものであり、以下の式（１）で表されることは言うまでもない。
　δ＝１００×（ｌｆ－ｌ０）／ｌ０　　　　・・・（１）
　ここで、各パラメータの意味は以下のとおりである。
　ｌ０：ライナ５３の初期の長さ
　ｌｆ：破断後のライナ５３の永久伸び
６－１．スキマ規定値と比較する対象
　後記「７．」の供給制御において、スキマ規定値と比較する対象は、隙間６０を埋めるのに必要なライナ５３の伸びεである。
　図９Ａに示すように、ライナ５３と補強層５５との間に隙間６０がある状態で水素ガスの充填を行うと、図９Ｂに示すように、ライナ５３が隙間６０を埋めるまで膨張変形する。これは、充填によりタンク圧力及びタンク温度が上昇し、これにより、収縮していたライナ５３が補強層５５と接触するまで膨張するからである。この隙間６０に対するライナ５３の伸び、すなわち隙間６０を埋めるのに必要なライナ５３の伸びεは、例えば以下の式（２）を用いて算出される。
　ε＝１００×（ｒｆ－ｒ０）／ｒ０　　　　・・・（２）
　ここで、各パラメータの意味は以下のとおりである。
　ｒ０：ライナ５３の初期の外径
　ｒｆ：隙間６０を埋めたときのライナ５３の外径
　一例を挙げると、ｒ０＝５０ｍｍ、隙間量＝５ｍｍの場合、ｒｆ＝５５となるので、必要なライナ５３の伸びεは、１０%となる。
　供給制御に際しては、隙間量６２の算出値及びライナ５３の外径ｒｆがわかっているので、上記の式（２）より、隙間６０を埋めるのに必要な伸びεを算出することができる。そして、この算出した必要な伸びεをスキマ規定値と比較し、必要な伸びεがスキマ規定値を超える場合には、燃料電池システム４の停止後の充填に際してライナ５３に許容以上の負荷がかかると予測する。
　ここで、算出した必要な伸びεと比較するスキマ規定値（所定の閾値）は、その比較時のタンク温度に応じたものが用いられる。上述したように、破断伸びδがタンク温度に依存するからである（参照：図８）。したがって、タンク温度が高くなると、設定されるスキマ規定値も大きくなる。
７．隙間量を考慮した供給制御
　次に、燃料電池システム４で実行される水素ガス供給について、隙間量６２を考慮した複数の制御例を説明する。いずれの制御例も、燃料電池システム４の稼働中に行われる。
７－１．第１の制御例
　図１０は、本制御を実現するために、制御装置４６が有する機能ブロックを示すブロック図である。制御装置４６は、記憶部７０、算出部７１、決定部７２及び運転制御部７３を有する。記憶部７０は、タンク３０に対応する上記のマップＭ及びスキマ規定値などを記憶する。算出部７１は、検出されたタンク圧力及びタンク温度を記憶部７０のマップＭに参照することで、隙間量６２を算出する。決定部７２は、算出された隙間量６２に基づいて、燃料電池２８への水素ガスの供給量を制限するか否かを決定する。運転制御部７３は、決定部７２による決定結果に基づいて、調整装置３３を制御する。特に、決定部７２が供給量を制限することに決定した場合、運転制御部７３は、その決定した制限に係る供給量となるように、調整装置３３を制御する。
　図１１は、本制御例を示すフローチャートである。
　先ず、運転者などのユーザーによって、車両３がイグニッションオンされると（ステップＳ１）、燃料電池システム４が稼動し始める。これにより、タンク３０から燃料電池２８に水素ガスが供給され始める。水素ガスの供給中では、タンク圧力及びタンク温度が圧力センサ３６及び温度センサ３８によって読み込まれ、この読み込んだときの（すなわち現在の）隙間量６２が算出される（ステップＳ２）。詳細には、タンク圧力及びタンク温度の各情報が制御装置４６の例えばＲＡＭに一時的に記憶されるので、算出部７１が、その一時的に記憶された情報を記憶部７０のマップＭに参照することで現在の隙間量６２を算出する。
　次のステップＳ３では、決定部７２が、算出した現在の隙間量６２に基づいて、隙間６０を埋めるのに必要なライナ５３の伸びεを算出し、算出した必要な伸びεがスキマ規定値内であるか否かを判断する。このとき、算出した必要な伸びεと比較するスキマ規定値としては、ステップＳ２の際に読み込んだ現在のタンク温度に対応するものが用いられる。
　その結果、スキマ規定値内である場合には（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、燃料電池システム４の稼動停止後に水素ガス充填をしてもライナ５３に許容以上の負荷がかからないと判断して、通常の水素ガス供給を行う。この通常の水素ガス供給では、燃料電池２８の要求出力に対応した水素ガスの供給が行われる。具体的には、調整装置３３によって、燃料電池２８の要求出力に対応した供給圧力、供給流量及び供給量の水素ガスが燃料電池２８に供給される。
　一方、スキマ規定値内でない場合には（ステップＳ３；Ｎｏ）、通常の水素ガス供給を行うと、ライナ５３に許容以上の負荷がかかると判断して、水素ガスの供給量を制限する（ステップＳ４）。この供給量の制限とは、通常の水素ガス供給に比べて、タンク３０から放出される水素ガスの供給量を制限することをいう。
　水素ガスの供給量の制限は、調整装置３３の制御により、いくつかの方法で実行することができる。例えば、水素ガスの供給流量を通常の水素ガス供給におけるものよりも低減することで（例えば、供給流量を所定％ダウンとするなど。）、供給量を制限することができる。この方法は、調整装置３３がインジェクタ等の場合のみならず、遮断弁である場合にもその開閉を繰り返すことで可能である。また、別の方法では、供給流量の最大値を下げることで（例えば、最大流量を所定流量以下とするなど。）、供給量を制限することもできる。これらの方法によれば、タンク３０から燃料電池２８への水素ガスの供給を続行することができる。
　また、他の方法では、水素ガスの供給を止め、供給量をゼロにすることで制限することも可能である。これは、調整装置３３が遮断弁である場合に、簡単に実行することができる。なお、この方法の場合には、タンク３０から燃料電池２８へは水素ガスは供給されない。もっとも、この方法を採用する場合であっても、燃料電池システム４が水素ガス循環系（公知であるので、図示省略。）を有する場合には、水素ポンプによって水素ガス循環系内の水素ガス又は水素オフガスを燃料電池２８に供給することは許容される。
　その後、ユーザーによって、車両３がイグニッションオフされるまでは（ステップＳ５；Ｎｏ）、上記ステップＳ２～Ｓ４が繰り返される。すなわち、随時、タンク圧力及びタンク温度が読み込まれて、そのときの隙間量６２が算出され（ステップＳ２）、スキマ規定値内であるか否かが判断される（ステップＳ３）。その結果、供給量を制限した状態が継続されるか（ステップＳ３；Ｎｏ、ステップＳ４）、あるいは供給量の制限が解除されて通常の水素ガス供給が行われる（ステップＳ３；Ｙｅｓ）。イグニッションオフとなると（ステップステップＳ５；Ｙｅｓ）、燃料電池システム４の稼動が終了し、タンク３０から燃料電池２８への水素ガスの供給も停止する（ステップＳ６）。
　以上説明した本制御例の作用効果を説明する。
　燃料電池システム４の稼働中のタンク３０内の隙間量６２を算出し、燃料電池システム４の稼働停止後の充填によってライナ５３に負荷がかかるか否かを判断し、そのような負荷がかかると判断されると、タンク３０からの供給量を制限している。この供給量を制限することで、タンク３０内の温度低下速度及び圧力低下速度を抑えることができる（参照：図４Ａ及びＢ）。これは、タンク３０から水素ガスが放出される場合であっても、タンク３０内の水素ガスの断熱膨張に伴う温度低下が、比較的ゆっくりとした速度で行われるからである。供給量を制限した結果、タンク３０が外気に暖められ易くなり、より低温且つより低圧の状態になることが抑制されるので、隙間量の拡大が抑制される。これにより、停止後の充填において、ライナ５３の膨張量が抑えられるので、ライナ５３に大きな負荷がかかることを抑制することができる。
　なお、水素ガスの供給量の制限中に、車両３のＷＯＴ（Wide Open Throttle:スロットルバルブ全開）など、燃料電池２８に急速な出力要求があった場合、制御装置４６は、これを満たす運転をすることを禁止することが好ましい。こうすることで、供給量の制限状態を確実に維持することができ、ライナ５３の負荷を低減することができる。
７－２．第２の制御例
　次に、図１２を参照して、第２の制御例について第１の制御例との相違点を中心に説明する。主な相違点は、現在の隙間量の算出のみならず（ステップＳ１１）、所定時間後の隙間量の予測値をも算出し（ステップＳ１４）、この予測値に基づいても供給量を制限するか否かを決定する点である（ステップＳ１５）。なお、本制御を実現するための制御装置４６のブロック図は、図１１に示したものと同じである。
　図１２に示すように、ステップＳ１１では、現在のタンク圧力及びタンク温度から現在の隙間量６２が算出される。ステップＳ１２では、この算出された現在の隙間量６２に基づいて必要な伸びεを算出し、算出した必要な伸びεがスキマ規定値内であるか否かを判断する。そして、スキマ規定値内となるまで（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、水素ガスの供給量の制限（ステップＳ１３）と、その後の隙間量６２の算出（ステップＳ１１）及び比較（ステップＳ１２）が行われる。
　一方、スキマ規定値内である場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、タンク圧力の勾配及びタンク温度の勾配に基づいて、ｘ時間（所定時間）後の隙間量６２の予測値が算出される（ステップＳ１４）。この算出も算出部７１によってなされる。
　具体的には、図１３Ａ及びＢに示すように、水素ガスの供給によってタンク圧力及びタンク温度はともに低下するため、算出部７１は、先ず、単位時間当たりのタンク圧力の勾配（△Ｐ／△ｔ）及びタンク温度の勾配（△Ｔ／△ｔ）を求め、各勾配からｘ時間後のタンク圧力及びタンク温度を推定する。次いで、算出部７１は、これらの推定値を上記のマップＭに参照することで、ｘ時間後の隙間量６２の予測値を算出する。なお、別の実施態様では、算出部７１は、タンク圧力及びタンク温度の勾配以外の変化量に基づいて、隙間量６２の予測値を算出してもよい。また、ｘ時間は、任意の時間に設定することができ、例えば５分とすることができる。
　次のステップＳ１５では、決定部７２が、隙間量６２の予測値に基づいて、隙間６０を埋めるのに必要なライナ５３の伸びεを算出し、算出した必要な伸びεがスキマ規定値内であるか否かを判断する。このとき、算出した必要な伸びεと比較するスキマ規定値としては、ステップＳ１４の際に推定したｘ時間後のタンク温度に対応するものが用いられる。
　その結果、スキマ規定値内であれば（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、通常の水素ガス供給を行ってイグニッションオフを待つ（ステップＳ１７）。一方で、スキマ規定値内でなければ（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、水素ガスの供給量の制限（ステップＳ１６）がなされて、イグニッションオフを待つ（ステップＳ１７）。そして、イグニッションオフがされるまでは（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、上記ステップＳ１１～１６が繰り返される。したがって、当初、供給量を制限しなかったとしても（ステップＳ１２；Ｙｅｓ、ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、隙間量６２に対する必要な伸びεがスキマ規定値を超えた場合には、その後において、積極的に供給量が制限されることになる。
　ここで、ステップＳ１３及びＳ１６における供給量の制限は、上記した第１の制御例（ステップＳ４）と同様の方法で行うことができる。ステップＳ１３及びＳ１６では、同じ供給量の制限量とすることもできるが、異ならせることが好ましい。具体的には、ステップＳ１３における制限量は、ステップＳ１６における制限量よりも大きくするとよい。一例を挙げると、ステップＳ１３では、ステップＳ１６よりも供給流量を小さくするとよい。
　一方で、ステップＳ１３における制限量は、第１の制御例のステップＳ４における制限量よりも小さいものに設定することができる。つまり、現在の隙間量６２に基づいて供給量を制限する場合、第２の制御例のステップＳ１３の方が、第１の制御例のステップＳ４よりも供給量を大きくすることができる。これは、第２の制御例では、ステップＳ１６でも、供給量の制限を行い得るからである。
　以上説明した本制御例によれば、第１の制御例と同様の作用効果を奏することに加え、第１の制御例に比べて、供給量を徐々に制限することが可能となる。これにより、水素ガスの消費を多く伴う車両３の加速時において、その消費のための水素ガス量をある程度確保することができる。このため、車両３を運転中のユーザーが、車両３が急に加速しなくなるといった感覚を軽減することができる。
７－３．第３の制御例
　次に、図１４～図１７を参照して、第３の制御例について説明する。第３の制御例は、燃料電池システム４の稼働中に算出した隙間量６２に基づいて、いわゆるガス欠の判定の基準を変えるものである。
　図１４は、本制御を実現するために、制御装置４６が有する機能ブロックを示すブロック図である。制御装置４６は、上述した記憶部７０、算出部７１、決定部７２及び運転制御部７３に加えて、ガス欠の判定を行う判定部７５を有する。
　図１５Ａ及びＢは、それぞれ比較例及び本制御例に係るガス欠判定の方法を示す。いずれの方法も、タンク圧力を基準値と比較することでガス欠判定を行う。
　ここで、ガス欠判定における基準値として、タンク３０内の燃料ガスの不足及びその可能性の境界を示す二つのガス欠ラインＬ１及びＬ2が用いられる。具体的には、ガス欠ラインＬ１は、タンク３０内の水素ガスの残量が完全になくなるか否かの境界を示すタンク圧力のラインである。タンク圧力がガス欠ラインＬ１よりも低圧側になると、タンク３０の水素ガスの残量が完全になくなり、車両３を停止させることになる。一方、ガス欠ラインＬ２は、車両３の航続可能距離が０ｋｍであることを表示するか否かの境界を示すタンク圧力のラインである。タンク圧力がガス欠ラインＬ２よりも低圧側になると、航続可能距離が０ｋｍであることが表示され、運転者などのユーザーは水素ガスを充填するよう促される。このような表示は、例えばガス欠ランプ等に代表される表示装置４２によってなされる。なお、タンク圧力がガス欠ラインＬ１とガス欠ラインＬ２との間にある場合には、タンク３０内には少量の水素ガスが残っており、車両３は航続可能である。
　図１５Ａに示す比較例では、ガス欠ラインＬ１，Ｌ2は、それぞれ、タンク圧力ｘ、ｙを通る鉛直の直線である。すなわち、タンク温度の大きさに関わらず、ガス欠ラインＬ１，Ｌ2は一定である。これに対し、図１５Ｂに示す本制御例では、ガス欠ラインＬ１，Ｌ2は、それぞれ、タンク温度Ｔｂ以上では、図１５Ａに示す比較例のものと同じである。しかし、タンク温度Ｔｂ以下では、図１５Ｂに示す本制御例のガス欠ラインＬ１，Ｌ2は、タンク温度が低下するほど高圧となるように傾いている。すなわち、ガス欠ラインＬ１，Ｌ2は、タンク温度Ｔｂ以下の条件下では、タンク温度Ｔｂ以上の条件下に比べて高圧側に変更される。なお、タンク温度Ｔｂは、少なくとも０℃未満であり、その一例を挙げると－３０℃である。
　図１６Ａ及びＢは、ガス欠判定の別の方法を示すものであり、それぞれ比較例及び本制御例に係るものである。この方法では、タンク３０内の水素ガス量を基準値と比較することでガス欠判定を行う。
　ここで、タンク３０内の水素ガス量ｎは、気体の状態方程式より算出することができ、以下の式（３）で表すことができる。
　ｎ＝ＰＶ／ｚＲＴ　　　・・・（３）
　各パラメータの意味は以下のとおりである。
　Ｐ：タンク圧力
　Ｖ：タンク３０の体積
　ｚ：圧縮係数
　Ｒ：気体定数
　Ｔ：タンク温度
　したがって、水素ガス量ｎは、タンク圧力及びタンク温度等から算出することができる。
　図１６Ａ及びＢに示す二つのガス欠ラインＬ１，Ｌ2は、水素ガス量ｎのラインであり、それぞれ、上記同様に、タンク３０内の水素ガスの残量が完全になくなるか否かの境界と、車両３の航続可能距離が０ｋｍであることを表示するか否かの境界とを示す。図１６Ａに示す比較例では、ガス欠ラインＬ１，Ｌ2は、それぞれ、タンク圧力ｘ、ｙを通る傾いた直線である。これに対し、図１６Ｂに示す本制御例では、ガス欠ラインＬ１，Ｌ2は、それぞれ、タンク温度Ｔｂ以上では、図１６Ａに示す比較例のものと同じであるが、タンク温度Ｔｂ以下では、タンク温度が低下するほど高圧となるように傾いている。すなわち、ガス欠ラインＬ１，Ｌ2は、タンク温度Ｔｂ以下の条件下では、タンク温度Ｔｂ以上の条件下に比べて水素ガス量の多量側に変更される。
　なお、タンク３０内の水素ガスに関する状態量として、タンク圧力及びタンク３０内の水素ガス量以外のものを基準にガス欠の判定をすることも可能である。また、ガス欠ラインＬ２は、車両３の航続可能距離が０ｋｍ以外の所定距離（例えば１０ｋｍなど）であることを表示するか否かの境界を示すものであってもよい。
　図１７は、第３の制御例を示すフローチャートである。
　先ず、燃料電池システム４の稼動開始のトリガーとして、車両３がイグニッションオンされる（ステップＳ２１）。すると、航続可能距離が０ｋｍであることが表示装置４２に表示されているか否かが判断された後（ステップＳ２２）、タンク圧力及びタンク温度から現在の隙間量６２が算出される（ステップＳ２３，Ｓ２４）。航続可能距離が０ｋｍであることが表示されていない場合には（ステップＳ２２；Ｎｏ）、現在の隙間量６２の算出後（ステップＳ２４）、ガス欠ライン決定の処理（ステップＳ２７）へと進む。
　航続可能距離が０ｋｍであることが表示されている場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、算出した現在の隙間量６２がゼロを超えていれば（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、ガス欠ライン決定の処理（ステップＳ２７）へと進む一方、算出した現在の隙間量６２がゼロであれば（ステップＳ２５；Ｎｏ）、隙間６０が埋まったことで水素ガスがタンク３０に充填されたと判断し、上記表示を解除してから（ステップＳ２６）、ガス欠ライン決定の処理（ステップＳ２７）へと進む。
　ガス欠ライン決定の処理（ステップＳ２７）では、判定部７５が、算出された隙間量６２に基づいて、ガス欠の判定に使用するガス欠ラインを決定する。具体的には、算出された隙間量６２から上記の必要な伸びεを算出し、その算出した必要な伸びεがスキマ規定値内であれば、図１５Ａ又は図１６Ａに示すガス欠ラインＬ１，Ｌ2を用いることに決定する。一方、そうでなければ（スキマ規定値内でなければ）、図１５Ｂ又は図１６Ｂに示すガス欠ラインＬ１，Ｌ2を用いることに決定する。
　その後、燃料電池システム４の稼働中に随時検出されるタンク圧力又は随時算出されるタンク３０内の水素ガス量ｎが、決定されたガス欠ラインＬ2以上であるか否かが随時監視される（ステップＳ２８）。決定されたガス欠ラインＬ2未満であれば（ステップＳ２８；Ｎｏ）、表示装置４２が航続可能距離０ｋｍである旨を表示する（ステップＳ２９）。なお、既にこの表示がされている場合には、ステップＳ２９は省略される。その後は、同様に随時取得されるタンク圧力又は水素ガス量ｎが、決定されたガス欠ラインＬ１以上であるか否かが随時監視される（ステップＳ３０）。決定されたガス欠ラインＬ１未満であれば（ステップＳ３０；Ｎｏ）、車両３は停止する（ステップＳ３１）。一方、決定されたガス欠ラインＬ１以上であれば（ステップＳ３０；Ｙｅｓ）、車両３がイグニッションオフされるまでは（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、上記ステップＳ２２に戻って上記同様の処理がなされる。
　以上説明した本制御例の作用効果を説明する。
　燃料電池システム４の稼働中において、現在の隙間量６２から算出した必要な伸びεがスキマ規定値内でない場合、ガス欠の判定の基準（ガス欠ラインＬ１、Ｌ2）として図１５Ｂ又は図１６Ｂに示すのを用いている。これにより、氷点下であるタンク温度Ｔｂ以下では、必要な伸びεがスキマ規定値内である場合（図１５Ａ又は図１６Ａに示すガス欠ラインＬ１、Ｌ2）に比べて、タンク圧力が高いところでもガス欠である旨を判定する。
　すなわち、ガス欠判定の基準値が変更される結果、タンク温度Ｔｂ以下の条件下においてスキマ規定値内でない場合、ガス欠の旨が早く判定されるようになる。この判定を受けて、ガス欠である旨が表示されるので、運転者などのユーザーに水素消費量が少ない運転を意識させるきっかけとなり得る。その結果、燃料電池２８での水素消費量が減れば、タンク３０から燃料電池２８への水素ガスの供給量が減るので、隙間量６２の拡大が抑制される。これにより、燃料電池システム４の停止後の充填において、ライナ５３への負荷を低減することができる。
　なお、ガス欠ラインＬ１、Ｌ2の一方を省略することも可能である。また、第３の制御例を上記した第１の制御例又は第２の制御例と組み合わせてもよい。この場合、例えばガス欠ラインの決定の際（ステップＳ２７）、決定部７２によって供給量を制限することが決定されると、運転制御部７３によって供給量の制限がなされる。
　本発明の燃料電池システム、その燃料ガス供給方法及び車両は、水素ガスのみならず、天然ガスなど他の燃料ガスにも適用することができる。また、車両に限らず、航空機、船舶、ロボットなど、外部からの燃料ガスの充填先としてタンクを搭載した移動体に適用することができる。
　上記した実施形態においては、燃料電池システム４の稼働中に隙間量６２をマップＭとして読んで制御を行うこととしたが、タンク圧力及びタンク温度に関する情報を取得するだけで上記の制御を行うように設計することも可能である。
　２：ガスステーション、３：車両、２８：燃料電池、３０：タンク、３６：圧力センサ、３８：温度センサ、５３：ライナ、５５：補強層、７１：算出部、７２：決定部、７３：運転制御部、７５：判定部

Claims (13)

  1. 　燃料電池と、
    　ライナ及びその外周面に形成された補強層を有し、燃料ガスを貯留するためのタンクと、
    　前記タンクから前記燃料電池への燃料ガスの供給量を調整する調整装置と、
    を備えた燃料電池システムにおいて、
    　前記タンク内の圧力及び温度に関する情報を取得する情報取得部と、
    　前記情報取得部が当該燃料電池システムの稼働中に取得した情報に基づいて、前記ライナと前記補強層との間の隙間量を算出する算出部と、
    　前記算出した隙間量に基づいて、前記供給量を制限するか否かを決定する決定部と、を備えた、燃料電池システム。
  2. 　前記算出部は、当該燃料電池システムの稼働中におけるタンク内の温度変化量及び圧力変化量に基づいて、前記隙間量について所定時間後の予測値をも算出するものであり、
    　前記決定部は、前記予測値に基づいても、前記供給量を制限するか否かを決定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 　前記タンク内の燃料ガスに関する状態量を所定の基準値と比較することで、当該タンク内の燃料ガスの不足及びその可能性の少なくとも一つを判定する判定部と、
    　前記判定部が燃料ガスの不足及びその可能性の少なくとも一つであることを判定した場合、その旨を表示する表示部と、を備え、
    　前記判定部は、前記算出した隙間量に基づいて、前記所定の基準値を変更する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記状態量は、前記タンク内の圧力であり、
    　前記所定の基準値は、圧力に関するものである、請求項３に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記判定部は、前記算出した隙間量をゼロとするために必要なライナの伸びが所定の閾値を越える場合には、そうではない場合に比べて、前記タンク内が少なくとも０℃未満の温度条件下では前記所定の基準値を高圧側に変更する、請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記状態量は、前記タンク内の燃料ガス量であり、
    　前記所定の基準値は、燃料ガス量に関するものであり、請求項３に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記判定部は、前記算出した隙間量をゼロとするために必要なライナの伸びが所定の閾値を越える場合には、そうではない場合に比べて、前記タンク内が少なくとも０℃未満の温度条件下では前記所定の基準値を多量側に変更する、請求項６に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記判定部は、前記情報取得部が当該燃料電池システムの稼働中に取得したタンク内の圧力及び温度に関する情報に基づいて、前記所定の基準値と比較する前記燃料ガス量を算出する、請求項６又は７に記載の燃料電池システム。
  9. 　前記決定部は、前記算出した隙間量をゼロとするために必要なライナの伸びを算出すると共に、その算出した伸びが所定の閾値を越える場合には、そうではない場合よりも、前記供給量を制限することに決定する、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  10. 　前記所定の閾値は、前記ライナの破断伸びであり、前記タンク内の温度に応じて異なる、請求項９に記載の燃料電池システム。
  11. 　前記決定部が前記供給量を制限することに決定した場合、前記調整装置は、前記供給量をゼロにすること、前記燃料電池への燃料ガスの供給流量の最大値を下げること、及び、前記供給流量を低減することのいずれかを実行することにより、前記供給量を制限する、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  12. 　請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の燃料電池システムを備えた移動体であって、
    　前記タンクが、当該移動体の外部にあるガスステーションから燃料ガスを充填可能に構成されている、移動体。
  13. 　燃料電池システムの燃料ガス供給方法であって、当該燃料電池システムが、ライナ及びその外周面に形成された補強層を有するタンクと、当該タンクからの燃料ガスの供給先として燃料電池と、を有するものにおいて、
    　前記燃料電池システムの稼働中に取得されたタンク内の圧力及び温度に関する情報に基づいて、前記ライナと前記補強層との間の隙間量を算出するステップと、
    　前記算出した隙間量をゼロとするために必要なライナの伸びが所定の閾値を超えるか否かを判定するステップと、
    　前記所定の閾値を越えると判定された場合には、そうではない場合に比べて、前記タンクから前記燃料電池への燃料ガスの供給量を制限するステップと、を備えた、燃料電池システムの燃料ガス供給方法。
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