WO2017159314A1 - ガス充填方法 - Google Patents

Abstract

初期充填工程と本充填工程とに分けてガスを充填するガス充填方法であって、容積の小さなタンクが接続された場合であっても適切に本充填工程を終えることができるガス充填方法を提供することを目的とする。　ガスの充填を開始してから終了するまでのガス充填工程は、初期充填工程と、所定の目標昇圧率が実現されるようにガスを充填する本充填工程と、に分けられる。ガス充填方法は、初期充填工程の開始時における前記タンクの初期圧Ｐ_０及び初期充填工程における水素タンクの初期昇圧率ΔＰ_０を推定する工程と、水素タンクの圧力が初期圧Ｐ_０である状態を基点とし、基点から初期充填工程を実行せずに本充填工程を開始すると仮定した場合における水素タンクの基準昇圧率ΔＰ_ＢＳを算出する工程と、初期昇圧率ΔＰ_０と基準昇圧率ΔＰ_ＢＳとのずれを用いて本充填工程における目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定する工程と、を備える。

Description

ガス充填方法

　本発明は、ガス充填方法に関する。より詳しくは、圧縮ガスの供給源と移動体に搭載されたタンクとを配管で接続し、移動体のタンクにガスを充填する移動体のガス充填方法に関する。

　燃料電池車両は、含酸素の空気と燃料ガスである水素ガスとを燃料電池に供給し、これによって発電した電力を利用して電動機を駆動することにより走行する。近年、このような燃料電池を、動力を発生するためのエネルギー源として利用した燃料電池車両の実用化が進められている。燃料電池で発電するには水素ガスが必要となるが、近年の燃料電池車両では、高圧タンクや吸蔵合金を備えた水素タンク内に予め十分な量の水素ガスを貯蔵しておき、走行にはタンク内の水素ガスを利用するものが主流となっている。また、これに合わせて、タンク内にできるだけ多くの量の水素ガスを速やかに充填する充填技術に関する研究も盛んに進められている（例えば、特許文献１参照）。

　図８は、水素ガスの充填時における水素タンク内の圧力の変化の一例を示す図である。図８に示すように、水素ガスの充填を時刻ｔ０において開始してから、時刻ｔ５において終了するまでのガス充填工程は、始めの初期充填工程とその後の本充填工程との２つの工程に分けられる。

　初期充填工程とは、その後の本充填工程を行うために必要となるタンクに関する情報を取得するために試験的に水素ガスを充填する工程である。図８に示すように、この初期充填工程には、タンクの初期圧を測定するためのプレショット充填（時刻ｔ０～ｔ１）や、タンクの容積を測定するための容積検知充填（時刻ｔ２～ｔ３）等が含まれる。また本充填工程とは、初期充填工程において得られたタンクの情報やその時の外気の温度等を用いた流量制御の下で満充填になるまで水素ガスを充填する工程である。

　ここでタンクに水素ガスを充填するとタンクの温度が上昇するが、この温度上昇は水素ガスの充填時におけるタンクの圧力上昇速度、すなわち昇圧率が大きく影響する。このため本充填工程では、目標昇圧率を定め、この目標昇圧率が実現されるようにタンクに供給される水素ガスの流量を制御する場合が多い。

　目標昇圧率が適切な昇圧率より高ければ、その分だけ水素ガスが速やかに充填されるものの、満充填に至る前にタンクの温度が高くなり、充填そのものを中断又は中止する必要が生じる場合がある。また目標昇圧率が適切な昇圧率より低ければ、その分だけタンクの温度上昇を抑えることができるものの満充填に至るまでにかかる時間が延びてしまい、利便性が悪化する。このため、本充填工程を速やかかつ適切に行うには、目標昇圧率を適切な大きさに設定する必要がある。また、このような適切な昇圧率は、充填の開始時刻及び開始時刻におけるタンクの初期圧によって特定される基点、タンクの容積、外気温度、水素ガスの温度等を用いれば既知のアルゴリズムを利用して算出することができる。図８には、時刻ｔ０及び初期圧Ｐ０を基点として得られた適切な昇圧率の下で水素ガスを充填した場合におけるタンク圧の変化を破線Ａ－Ｂで示す。

国際公開第２０１１／０５８７８２号公報

　ところで、近年提案されているガス充填方法におけるガス充填工程は、上述のように初期充填工程と本充填工程とに分けられるものが多い。この場合、本充填工程を開始する前に、初期充填工程において未知の昇圧率の下である程度の量の水素ガスが充填されるので、これによってタンク内の圧力や温度も上昇する。したがって、本充填工程における目標昇圧率を適切な大きさに設定するためは、初期充填工程を行うことによる充填開始時から初期充填工程の終了時までの間のタンクの状態の変化や初期充填工程の終了時点におけるタンクの状態を把握し、この初期充填工程の終了時点におけるタンクの状態を基点として目標昇圧率を設定する必要がある。

　しかしながら従来のガス充填方法では、本充填工程における目標昇圧率を設定するにあたり、初期充填工程の存在、換言すれば初期充填工程を実行することによるタンクの状態の変化を考慮していない。すなわち、従来のガス充填方法では、初期充填工程の開始時点を基点として得られる昇圧率（図８中、破線Ａ－Ｂの傾き）を本充填工程における目標昇圧率（図８中、線Ｃ－Ｄの傾き）として設定していた。このため従来のガス充填方法では、初期充填工程において基準となる昇圧率よりも高い昇圧率で水素ガスを充填した分だけ、タンクの圧力が速く上昇してしまう。すなわち、初期充填工程と本充填工程とを合わせた全体での昇圧率（図８中、線Ａ－Ｄの傾き）は、既知のアルゴリズムによって定められる適切な昇圧率（図８中、線Ａ－Ｂの傾き）よりも大きくなってしまい、適切な昇圧率の下で充填した場合の終了時刻ｔ６よりも速い時刻ｔ５で同じ圧力まで上昇してしまう。このため従来のガス充填方法では、タンクの温度上昇が大きくなってしまい、満充填に至る前に充填を中断又は中止する必要が生じてしまう場合がある。

　なお、充填対象とするタンクが一般的な四輪の燃料電池車両に搭載されるものであれば、初期充填工程による昇圧分は本充填工程による昇圧分に対して十分に小さいため、全体での昇圧率と適切な昇圧率とのずれも小さい。しかしながら、充填対象とするタンクの容積が小さくなるほど、初期充填工程による昇圧分は本充填工程による昇圧分と比較して大きくなるため、全体での昇圧率と適切な昇圧率とのずれも大きくなり、上記のような課題がより顕著になる。

　本発明は、初期充填工程と本充填工程とに分けてガスを充填するガス充填方法であって、容積の小さなタンクが接続された場合であっても適切に本充填工程を終えることができるガス充填方法を提供することを目的とする。

　（１）ガス充填方法は、圧縮ガスの供給源（例えば、後述の蓄圧器９１）と移動体（例えば、後述の車両Ｖ）に搭載されたタンク（例えば、後述の水素タンク３１）とを配管（例えば、後述のステーション配管９３及び車両配管３９）で接続し、当該タンクにガスを充填するものであって、ガスの充填を開始してから終了するまでのガス充填工程は、前記タンクに関する情報を得るためにガスを充填する初期充填工程（例えば、後述の図５のＳ１～Ｓ７、又は図７のＳ２１～Ｓ２８）と、前記初期充填工程を実行している間に得られた情報を用いて定められた目標昇圧率が実現されるようにガスを充填する本充填工程（例えば、後述の図５のＳ８～Ｓ１２、又は図７のＳ２９）と、に分けられる。ガス充填方法は、前記初期充填工程の開始時における前記タンクの初期圧（例えば、後述の初期圧Ｐ_０）及び当該初期充填工程における前記タンクの初期昇圧率（例えば、後述の初期昇圧率ΔＰ_０）を推定する初期昇圧率推定工程（例えば、後述の図５のＳ４～Ｓ５、又は図７のＳ２５～Ｓ２６）と、前記タンクの圧力が前記初期圧である状態を基点とし、当該基点から前記初期充填工程を実行せずに前記本充填工程を開始すると仮定した場合における前記タンクの基準昇圧率（例えば、後述の基準昇圧率ΔＰ_ＢＳ）を算出する基準昇圧率算出工程（例えば、後述の図５のＳ６、又は図７のＳ２７）と、前記初期昇圧率と前記基準昇圧率とのずれを用いて前記本充填工程における前記目標昇圧率を設定する目標昇圧率設定工程（例えば、後述の図５のＳ７、又は図７のＳ２８）と、を備える。

　（２）この場合、前記目標昇圧率設定工程では、前記初期昇圧率が前記基準昇圧率より高い場合には、前記目標昇圧率を前記基準昇圧率より低くすることが好ましい。

　（３）この場合、前記配管には、開閉弁（例えば、後述の流量制御弁９４ｂ）と、当該開閉弁より上流側の圧力を検出する圧力センサ（例えば、後述の第１ステーション圧力センサ９７ｃ）と、が設けられ、前記初期充填工程では、前記開閉弁を閉じた状態で前記配管のうち前記開閉弁より上流側の所定の貯蔵区間（例えば、後述のステーション配管９３のうち流量制御弁９４ｂから遮断弁９４ａの区間）内の圧力を昇圧した後、前記開閉弁を開き、前記貯蔵区間内で圧縮されたガスを前記タンクへ充填するプレショット充填（例えば、後述の図５のＳ１、又は図７のＳ２１）を行い、前記初期昇圧率推定工程では、前記プレショット充填を実行した後に前記圧力センサを用いて検出された前記配管内の圧力と、前記貯蔵区間の容積と、前記タンクの容積と、に基づいて前記初期圧及び前記初期昇圧率を推定することが好ましい。

　（４）この場合、前記初期昇圧率推定工程では、前記プレショット充填を実行した後に前記圧力センサを用いて検出された前記配管内の圧力と、前記貯蔵区間の容積と、前記タンクの容積と、に基づいて前記初期圧を推定し、さらに当該推定した初期圧と、前記プレショット充填を実行した後に前記圧力センサを用いて検出された前記配管内の圧力と、前記プレショット充填にかかった時間と、に基づいて前記初期昇圧率を推定することが好ましい。

　（５）この場合、ガス充填方法は、一定の昇圧率の下で所定の期間の間に前記タンクに充填されたガスの量を取得し、当該取得したガスの量を用いて前記タンクの容積を推定する容積推定工程（例えば、後述の図５のＳ９、又は図７のＳ２４）をさらに備えることが好ましい。

　（６）この場合、前記初期昇圧率推定工程では、前記供給源と前記移動体との間の通信を利用して前記タンクの容積を取得し、当該取得した容積（例えば、後述の容積送信値Ｖ_ＩＲ）を用いて前記初期圧及び前記初期昇圧率を推定し、前記初期昇圧率推定工程と前記基準昇圧率算出工程と前記目標昇圧率設定工程とは、前記本充填工程を開始する前までに実行し、前記容積推定工程は、前記目標昇圧率設定工程で設定した目標昇圧率の下で前記本充填工程を開始した直後の期間を利用して前記タンクの容積を推定することが好ましい。

　（７）この場合、前記初期昇圧率推定工程において前記初期圧及び前記初期昇圧率を推定するために通信を利用して取得した前記タンクの容積と、前記容積推定工程において推定された前記タンクの容積とを比較するタンク容積検証工程（例えば、後述の図５のＳ１０）をさらに備えることが好ましい。

　（８）この場合、前記タンク容積検証工程において、前記通信を利用して取得した容積と前記容積推定工程において推定した容積との差の相対誤差が所定値以上である場合には、前記目標昇圧率設定工程で設定した前記目標昇圧率を修正し、当該修正した目標昇圧率を用いて前記本充填工程を継続することが好ましい。

　（９）この場合、前記容積推定工程では、前記初期充填工程中に予め定められた一定の昇圧率でガスが充填されている期間を利用して前記タンクの容積を推定し、前記初期昇圧率推定工程では、前記容積推定工程において推定された前記タンクの容積を用いて前記初期圧及び前記初期昇圧率を推定することが好ましい。

　（１０）この場合、前記目標昇圧率設定工程では、前記本充填工程の終了予想時刻が、前記基点から前記初期充填工程を実行せずに前記本充填工程を前記基準昇圧率の下で実行した場合における当該本充填工程の終了予想時刻（例えば、後述の図６の終了予想時刻ｔ_ｅｎｄ）と同時刻になるように前記目標昇圧率を設定することが好ましい。

　（１）本発明では、初期充填工程と本充填工程とに分けて供給源から移動体のタンクにガスを充填する。初期昇圧率推定工程では、初期充填工程の開始時におけるタンクの初期圧と初期充填工程におけるタンクの初期昇圧率とを推定し、さらに基準昇圧率算出工程では、推定したタンクの初期圧を用いて基準昇圧率を算出する。より具体的には、タンクの圧力が初期昇圧率推定工程で推定した初期圧である状態を基点とし、この基点から初期充填工程を実行せずに本充填工程を開始すると仮定した場合における昇圧率を基準昇圧率として算出する。そして目標昇圧率設定工程では、初期昇圧率推定工程で推定した初期昇圧率と基準昇圧率算出工程で算出した基準昇圧率とのずれを用いて、本充填工程における目標昇圧率を設定する。ここで、基準昇圧率をそのまま本充填工程における目標昇圧率として採用すると、初期昇圧率が基準昇圧率よりも高い場合、図８を参照して説明したようにタンクの温度上昇が基準昇圧率の下で想定されるものよりも大きくなり、タンクが過昇温に至ってしまい、本充填工程を適切に終えることができなくなるおそれがある。これに対し本発明では、従来では把握していなかった初期昇圧率を推定し、これと基準昇圧率とのずれを用いて目標昇圧率を設定することにより、初期昇圧率が基準昇圧率よりも高い場合にはこのずれを修正すべく目標昇圧率を基準昇圧率よりも下げることができるので、本充填工程におけるタンクの温度上昇を基準昇圧率の下で想定されるものに近づけるように抑えることができる。よって本発明によれば、容積の小さなタンクが接続された場合であっても、タンクの過昇温を防止し、適切に本充填工程を終えることができる。

　（２）本発明では、初期昇圧率が基準昇圧率より高い場合には、目標昇圧率を基準昇圧率より低くする。すなわち本発明では、従来では把握していなかった初期昇圧率を用いて本充填工程における目標昇圧率を基準昇圧率に対しフォールバックすることにより、容積の小さなタンクが接続された場合であっても、タンクの過昇温を防止し、適切に本充填工程を終えることができる。

　（３）初期充填工程では、配管に設けられた開閉弁を閉じた状態で開閉弁より上流側の貯蔵区間内の圧力を昇圧した後、開閉弁を開き、貯蔵区間内で圧縮されたガスをタンクへ勢いよく充填するプレショット充填を行う。また初期昇圧率推定工程では、上記のようにプレショット充填を実行することによって配管からタンクまでの圧力を均一化した後に、配管に設けられた圧力センサを用いて配管内の圧力を検出し、この圧力と、貯蔵区間の容積と、タンクの容積と、を用いることによって初期圧及び初期昇圧率を推定する。これにより、初期圧及び初期昇圧率を精度良く推定できるので、これらを用いて設定される目標昇圧率を適切な大きさに設定できる。

　（４）初期昇圧率推定工程では、上述のようにプレショット充填を実行することによって配管からタンクまでの圧力を均一化した後に圧力センサを用いて検出した配管内の圧力と、貯蔵区間の容積と、タンクの容積とに基づいて初期圧を推定する。またさらに、このようにして得られた初期圧と、プレショット充填を実行した後の配管内の圧力と、プレショット充填にかかった時間と、に基づいて初期昇圧率を推定する。これにより、初期圧及び初期昇圧率を精度良く推定できるので、これらを用いて設定される目標昇圧率を適切な大きさに設定できる。

　（５）容積推定工程では、一定の昇圧率の下で所定の期間の間にタンクに充填されたガスの量を取得し、これを用いてタンクの容積を推定する。上述のように初期圧や初期昇圧率を推定する場合、タンクの容積に関する情報が必要となる。よって本発明では容積推定工程によってタンクの容積を推定することにより、これを用いて初期圧や初期昇圧率等を推定することができる。なおタンクの容積に関する情報は、充填中に移動体と供給源との間で構築される通信を利用して供給源側で初期充填工程中に把握できる場合がある。このような場合には、容積推定工程で推定した結果は、通信を利用して取得した結果の信憑性を検証するために用いることができる。

　（６）初期昇圧率推定工程では通信を利用してタンクの容積を取得し、これを用いて初期圧及び初期昇圧率を推定する。またこの初期昇圧率推定工程と、この工程で得られた結果を用いる基準昇圧率算出工程と目標昇圧率設定工程とを、本充填工程を開始するまでの間に実行する。そして目標昇圧率設定工程で設定した目標昇圧率の下で本充填工程を開始し、上記容積推定工程では、この本充填工程を開始した直後の期間を利用してタンクの容積を推定する。すなわち本発明では、本充填工程と容積推定工程とを並行して実行することにより、容積推定工程の結果を待たずに速やかに本充填工程を開始することができるので、充填時間が長くなるのを防止できる。

　（７）本発明では、通信によって得られたタンクの容積を利用して暫定的に目標昇圧率を設定し、この目標昇圧率の下で本充填工程を開始した後、この本充填工程と並行して容積推定工程を実行することによって通信とは別のルートでタンクの容積を推定する。そしてタンク容積検証工程では、目標昇圧率を暫定的に設定するために利用した通信によって得られたタンクの容積と、容積推定工程を実行することによって推定されたタンクの容積とを比較する。これにより、本充填工程を速やかに開始しながら、通信によって得られたタンクの容積に関する情報の信憑性を検証することができる。

　（８）本発明では、タンク容積検証工程において通信を利用して取得した容積と容積推定工程において推定した容積との差の相対誤差が所定値以上である場合には、実行中の本充填工程における目標昇圧率を修正し、修正したものを用いて本充填工程を継続する。これにより、当初の目標昇圧率を設定するために通信を利用して取得した容積が誤っていた場合であっても、タンクの過昇温を防止しつつ充填を継続することができる。

　（９）本発明では、初期充填工程中に一定の昇圧率でガスを充填している期間を利用してタンクの容積を推定し、これを用いて初期圧及び初期昇圧率を推定する。これにより、通信を利用してタンクの容積を取得できない場合であっても初期圧及び初期昇圧率を推定し、ひいてはこれらを用いてその後の本充填工程における目標昇圧率を設定することができる。

　（１０）本発明では、本充填工程の終了予想時刻が、タンクの圧力が初期圧である状態を基点として基準昇圧率の下で初期充填工程を実行したと仮定した場合における本充填工程の終了予想時刻と同時刻になるように目標昇圧率を設定する。これにより、初期昇圧率が基準昇圧率より高い場合であっても、目標昇圧率は基準昇圧率よりも低くなるように設定されるので、容積の小さなタンクが接続された場合であっても、タンクの過昇温を防止し、適切に本充填工程を終えることができる。

本発明の第１実施形態に係る水素ガス充填方法が適用された水素充填システムの構成を示す図である。 充填流量制御の制御回路の構成を示す機能ブロック図である。 目標昇圧率を設定する具体的な演算手順を示す図である。 目標昇圧率を設定する手順を説明するための図である。 水素充填システムにおいて水素ガスを充填する手順を示すフローチャートである。 図５のフローチャートによって実現される水素ガスの充填の流れを模式的に示したタイムチャートである。 第２実施形態に係る水素充填システムにおいて水素ガスを充填する手順を示すフローチャートである。 水素ガスの充填時における水素タンク内の圧力の変化の一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
　以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本実施形態に係る水素ガス充填方法が適用された水素充填システムＳの構成を示す図である。水素充填システムＳは、水素ガスを燃料ガスとして走行する燃料電池車両Ｖと、この車両Ｖの水素タンクに水素ガスを供給する水素ステーション９と、を組み合わせて構成される。以下では、始めに車両Ｖ側の構成について説明し、次にステーション９側の構成について説明する。

　車両Ｖは、ステーション９から供給された水素ガスを貯蔵する水素タンク３１と、この水素タンク３１から延びる車両配管３９と、水素タンク３１に貯蔵された水素ガスによって発電し、発電した電力を利用して走行する燃料電池システム（図示せず）と、水素タンク３１に関するデータ信号を水素ステーション９へ送信する赤外線通信機５と、この赤外線通信機５から送信するデータ信号を生成する通信演算ＥＣＵ６と、を備える。

　車両配管３９は、水素ステーション９の後述の充填ノズル９２が篏合するレセプタクル３８と、車両配管３９のうちレセプタクル３８の近傍に設けられ水素タンク３１側からレセプタクル３８へ水素ガスが逆流するのを防止するための逆止弁３６と、を備える。

　通信演算ＥＣＵ６には、上述の水素タンク３１に関する情報を取得する手段として、タンク内温度センサ４１と、タンク内圧力センサ４２と、が接続されている。タンク内温度センサ４１は、水素タンク３１内の水素ガスの温度を検出し、検出値に対応した信号を通信演算ＥＣＵ６に送信する。タンク内圧力センサ４２は、水素タンク３１内の圧力を検出し、検出値に対応した信号を通信演算ＥＣＵ６に送信する。

　通信演算ＥＣＵ６は、上記センサ４１，４２の検出信号をＡ／Ｄ変換するインターフェースや、後述の信号生成処理を実行するＣＰＵや、上記処理の下で決定した態様で赤外線通信機５を駆動する駆動回路や、各種データを記憶する記憶装置等で構成されるマイクロコンピュータである。

　通信演算ＥＣＵ６の記憶装置には、後述のデータ信号生成処理の実行に係るプログラムや、車両Ｖが製造された時点で搭載されていた水素タンク３１の容積値を含む固有情報が記録されている。なお水素タンクの容積値の他、例えば、容積値から既知の変換則によって導出される容量や水素タンクの材質等、製造時点で特定できる水素タンク３１に関する情報は、この固有情報に含まれる。

　通信演算ＥＣＵ６のＣＰＵは、例えば、レセプタクル３８を保護するフューエルリッドが開かれたことを契機として、通信機５から水素ステーション９へ送信される信号を生成する信号生成処理を開始する。また通信演算ＥＣＵ６のＣＰＵは、例えば上記ノズルがレセプタクル３８から取り外されたことを検出した場合や、フューエルリッドが閉じられたことを検出した場合等、水素ガスの充填が不可能な状態になったことを契機として、信号生成処理を終了する。

　信号生成処理では、水素タンク内の温度の現在の値に相当する温度送信値Ｔ_ＩＲと、水素タンク内の圧力の現在の値に相当する圧力送信値Ｐ_ＩＲと、水素タンクの容積の現在の値に相当する容積送信値Ｖ_ＩＲと、が所定の周期毎に取得され、これら値（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）に応じたデータ信号を生成する。温度送信値Ｔ_ＩＲは、その時のタンク内温度センサ４１の検出値が用いられる。圧力送信値Ｐ_ＩＲは、その時のタンク内圧力センサ４２の検出値が用いられる。また容積送信値Ｖ_ＩＲは、上述の記憶装置に記録されたものが用いられる。

　また信号生成処理では、上述のように周期的に取得される温度送信値Ｔ_ＩＲ及び圧力送信値Ｐ_ＩＲと各送信値に対して予め定められたアボート閾値とを比較しており、充填中にこれら送信値の何れかがアボート閾値を超えた場合には、水素ステーション９に対して充填の終了を要請するためのアボート信号を生成する。

　通信演算ＥＣＵ６の駆動回路は、上記信号生成処理によって生成されたデータ信号及びアボート信号に応じて赤外線通信機５を駆動（点滅）させる。これにより、水素タンク内の状態に関する状態情報（すなわち、温度送信値Ｔ_ＩＲ及び圧力送信値Ｐ_ＩＲ等）並びに固有情報（すなわち、容積送信値Ｖ_ＩＲ等）を含んだデータ信号や、アボート信号が水素ステーション９へ送信される。

　水素ステーション９は、車両Ｖに供給するための水素ガスが高圧で貯蔵されている蓄圧器９１と、蓄圧器９１から水素ガスを吐出する充填ノズル９２に至るステーション配管９３と、ステーション配管９３に設けられた遮断弁９４ａ及び流量制御弁９４ｂと、これら弁９４ａ，９４ｂを制御するステーションＥＣＵ９５と、を備える。

　ステーションＥＣＵ９５は、充填ノズル９２が車両Ｖに設けられたレセプタクル３８に接続された後、後に図２～図６を参照して説明する手順に従って遮断弁９４ａ及び流量制御弁９４ｂを開閉し、蓄圧器９１に貯蔵された高圧水素ガスを車両Ｖの水素タンク３１に充填する。

　ステーション配管９３のうち流量制御弁９４ｂと充填ノズル９２の間には、水素ガスを冷却する冷却器９６が設けられる。このような冷却器９６によって、水素タンク３１に充填される手前の位置で水素ガスを冷却することにより、水素タンク３１内の水素ガスの温度上昇を抑制し、ひいては急速充填が可能となる。

　ステーションＥＣＵ９５には、水素タンク３１に充填される手前の位置における水素ガスの状態を把握するため、各種センサ９７ａ，９７ｂ，９７ｃ，９７ｄ，９７ｅが接続されている。

　流量計９７ａは、ステーション配管９３のうち遮断弁９４ａと流量制御弁９４ｂとの間に設けられ、ステーション配管９３を流れる水素ガスの単位時間当たりの質量、すなわち質量流量に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。ステーション温度センサ９７ｂは、ステーション配管９３のうち冷却器９６の下流側に設けられ、ステーション配管９３内の水素ガスの温度に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。大気温度センサ９７ｄは、大気の温度を検出し、検出値に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。なお、この大気温度センサ９７ｄによって検出される大気温度は、充填開始時点における車両Ｖの燃料タンク内の水素ガスの温度とみなすことができる場合がある。

　第１ステーション圧力センサ９７ｃは、ステーション配管９３のうち流量制御弁９４ｂと遮断弁９４ａとの間に設けられ、ステーション配管９３内の水素ガスの圧力に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。第２ステーション圧力センサ９７ｅは、ステーション配管９３のうち流量制御弁９４ｂ及び冷却器９６より下流側に設けられ、ステーション配管９３内の水素ガスの圧力に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。

　充填ノズル９２には、車両Ｖと通信するための赤外線通信機９８が設けられている。赤外線通信機９８は、充填ノズル９２をレセプタクル３８に接続すると、車両Ｖに設けられた赤外線通信機５に対向し、これら通信機９８，５間で赤外線を介したデータ信号の送受信が可能となる。

　図２は、ステーションＥＣＵ９５による充填流量制御の制御回路の構成を示す機能ブロック図である。水素ステーションにおいて水素ガスの充填を開始してから終了するまでのガス充填工程は、始めに車両の水素タンクに関する情報を得るために試験的に水素ガスを充填する初期充填工程と、初期充填工程において得られた情報を用いてステーションＥＣＵ９５による充填流量制御の下で水素ガスを充填する本充填工程と、に分けられる（後述の図５のフローチャート等参照）。図２には、特に本充填工程における充填流量制御を実現するためのモジュール７１～７６を図示する。

　平均プレクール温度演算部７１は、温度センサ９７ｂの検出値Ｔ_ＰＣ及び流量計９７ａの検出値ｍ_ＳＴに基づいて、プレクーラを経た後の水素ガスの平均温度である平均プレクール温度Ｔ_{ＰＣ＿ＡＶ}を算出する。目標昇圧率設定部７２は、本充填工程中における水素タンクの昇圧率に対する目標に相当する目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定する。なお、目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定する具体的な手順については、後に図３を参照して説明する。

　目標充填圧演算部７３は、目標昇圧率設定部７２によって設定された目標昇圧率ΔＰ_ＳＴと第２ステーション圧力センサの検出値Ｐ_ＳＴ２（以下、「充填圧」ともいう）とを用いることによって、所定時間後の充填圧の目標値に相当する目標充填圧Ｐ_ＴＲＧＴを算出する。

　フィードバック制御器７４は、既知のフィードバック制御則に基づいて、充填圧Ｐ_ＳＴ２が目標充填圧Ｐ_ＴＲＧＴになるような流量制御弁の指示開度を決定し、これを流量制御弁の駆動装置（図示せず）に入力する。駆動装置は、この指示開度を実現するように流量制御弁の開度を調整する。これにより本充填工程では、目標昇圧率設定部７２によって設定された目標昇圧率ΔＰ_ＳＴが実現されるように水素ガスが充填される。

　充填完了判断部７５は、水素ガスの充填が完了したか否かを判断し、充填が完了したと判断した場合には、水素ガスの充填を完了させるべく、指示開度を０にするか或いは遮断弁９４ａを閉弁する。充填完了判断部７５では、例えば、以下のような３つの充填完了条件が定義されている。

　第１の充填完了条件は、車両側からアボート信号を受信したこと、である。充填完了判断部７５は、この第１の充填完了条件が満たされたと判断した場合には、水素ガスの充填を完了させるべく、指示開度を０にするか或いは遮断弁９４ａを閉弁する。

　第２の充填完了条件は、充填中の水素タンクの水素ＳＯＣが、所定の完了閾値を超えたこと、である。ここで、水素ＳＯＣとは、水素タンクに貯蔵されている水素ガスの残量を、水素タンクで貯蔵できる水素ガスの最大量に対する百分率で示したものである。充填完了判断部７５は、車両側からの温度送信値Ｔ_ＩＲと、充填圧Ｐ_ＳＴ２とを既知の推定式に入力することによって、充填中の水素ＳＯＣを算出し、この水素ＳＯＣが上記完了閾値を超えた場合には、水素ガスの充填を完了させるべく、指示開度を０にするか或いは遮断弁９４ａを閉弁する。

　第３の充填完了条件は、充填圧Ｐ_ＳＴ２が所定の完了閾値を超えたこと、である。充填完了判断部７５は、圧力センサによって検出される充填圧Ｐ_ＳＴ２が、上記完了閾値を超えた場合には、水素ガスの充填を完了させるべく、指示開度を０にするか又は遮断弁９４ａを閉弁する。

　容積推定部７６は、車両側から送信される容積送信値Ｖ_ＩＲ以外の情報を用いて、水素タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する。より具体的には、一定の昇圧率の下で水素ガスの充填を開始してから所定の時間が経過するまでの間の２つの異なる第１時刻ｔａ及び第２時刻ｔｂにおいて取得した値を用いて、下記式（１）によって水素タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する。下記式（１）は、上記第１時刻及び第２時刻のそれぞれにおいて成立する実在気体方程式を連立することによって導出される。

　上記式（１）において、“Ｒ”は、気体定数であり、固定値である。“ｄｍ”は、上述の第１時刻と第２時刻との間における水素ガスの充填量の値であり、例えば、第１時刻から第２時刻までの間における流量計９７ａの検出値を積分することによって算出された値が用いられる。

　“Ｔ_ａ”及び“Ｔ_ｂ”はそれぞれ第１時刻及び第２時刻における水素タンク内の水素ガスの温度の値である。より具体的には、“Ｔ_ａ”は、例えば、第１時刻における大気温度センサの検出値Ｔ_ａｍが用いられる。また“Ｔ_ｂ”は、予め定められた温度予測式に、大気温度センサの検出値やガス温度センサの検出値等を入力することによって算出される。

　“Ｐ_ａ”及び“Ｐ_ｂ”はそれぞれ第１時刻及び第２時刻における水素タンク内の水素ガスの圧力の値である。より具体的には、例えば“Ｐ_ａ”及び“Ｐ_ｂ”には、それぞれ第１時刻及び第２時刻における第２ステーション圧力センサの検出値Ｐ_ＳＴ２が用いられる。ただし、ステーションと車両との間の水素ガスの流路には圧損が生じるため、水素ガスの充填中は、水素タンク内よりもステーション側の方が圧力は高い。したがって、上記のようにステーション側の圧力センサの出力を用いて“Ｐ_ａ”及び“Ｐ_ｂ”を推定する場合、これを推定する時刻、すなわち第１時刻及び第２時刻では、水素ガスの充填を一時的に停止するか、あるいは流量を減らして圧損を低減することが好ましい。

　また“Ｚ_ａ（Ｐ_ａ）”及び“Ｚ_ｂ（Ｐ_ｂ）”はそれぞれ第１時刻及び第２時刻における水素タンク内の水素ガスの圧縮率因子の値である。より具体的には、水素タンク内の水素ガスの圧力の関数として予め定められた圧縮率因子の推定式に、各時刻の圧力の値“Ｐ_ａ”及び“Ｐ_ｂ”や、各時刻の温度の値“Ｔ_ａ”及び“Ｔ_ｂ”等を入力することによって算出される。

　図３は、目標昇圧率設定部７２において、目標昇圧率を設定する具体的な演算手順を示す図である。図４は、目標昇圧率を設定する手順を説明するための図である。

　初期圧推定部７２１は、初期充填工程を開始してから本充填工程を開始するまでの間に、初期充填工程の開始時における水素タンクの圧力である初期圧Ｐ_０を推定する。より具体的には、初期圧推定部７２１は、初期充填工程に含まれるプレショット充填を実行した後に、第１ステーション圧力センサを用いて検出されたステーション配管内の圧力や、水素タンクの容積等を用いて、下記式（２）によって初期充填工程の開始時における水素タンクの密度である初期密度ρ_０を推定した後、この初期密度ρ_０と初期充填工程の開始時における水素タンクの温度に相当する初期温度とを用いることによって既知の演算式によって初期圧Ｐ_０を推定する。なお初期充填工程の開始時における水素タンクの温度は、概ね外気温度と等しいと考えられることから、この初期温度には、例えば、大気温度センサによって検出される温度Ｔ_ａｍｂがそのまま用いられる。

　上記式（２）において、“Ｖ_ＰＲＥ”は、プレショット充填時に一時的に昇圧される貯蔵区間（より具体的には、ステーション配管内のうち遮断弁から流量制御弁までの間の区間）の容積であって、予め定められた値が用いられる。また“ρ_ＰＲＥ”は、プレショット充填を開始する直前における上記貯蔵区間内に封入されていたガスの密度である。この密度ρ_ＰＲＥは、プレショット充填の直前に第１ステーション圧力センサを用いて検出された貯蔵区間内の圧力Ｐ_ＳＴ１及びプレショット充填を開始する直前における貯蔵区間内の温度を用いることによって算出される。なおこのプレショット充填を開始する直前における貯蔵区間内の温度は、図示しない温度センサを用いて直接取得してもよいし、或いは既知の演算式を用いて推定してもよい。

　また上記式（２）において、“ρ_１”は、プレショット充填後における水素タンクに充填されているガスの密度である。この密度ρ_１は、プレショット充填の直後に第１又は第２ステーション圧力センサを用いて検出されたステーション配管内の圧力及びプレショット充填の直後における水素タンク内の温度が用いられる。なおこのプレショット充填の直後における水素タンクの温度は、例えば、水素タンクの初期温度Ｔ_０や上述のプレショット充填を開始する直前における貯蔵区間内の温度等を用いた既知の演算式によって推定できる。また“Ｖ”は、水素タンクの容積であり、車両側から送信される容積送信値Ｖ_ＩＲ又は上述の容積推定部７６によって算出された推定値Ｖ´が用いられる。また上記式（２）は、プレショット充填の前後で成立する質量保存則に基づいて導出される。

　なお、プレショット充填の前後で水素タンクの温度がほぼ同じであるとの仮定が妥当である場合には、上記式（２）と同様の下記式（３）が初期圧Ｐ_０に対して成立する。したがってこのような仮定が妥当である場合には、上述のように初期密度ρ_０の算出を経ることなく下記式（３）を用いて直接初期圧Ｐ_０を算出してもよい。なお下記式（３）において“Ｐ_ＰＲＥ”は、プレショット充填を開始する直前における上記貯蔵区間内の圧力であり、プレショット充填の直前に第１ステーション圧力センサを用いて検出された貯蔵区間内の圧力Ｐ_ＳＴ１が用いられる。また“Ｐ_１”は、プレショット充填後における水素タンクの圧力であり、プレショット充填の直後に第１又は第２ステーション圧力センサを用いて検出されたステーション配管内の圧力が用いられる。なおプレショット充填の直後は、ステーション配管内の圧力は第１ステーション圧力センサの検出箇所と第２ステーション圧力センサの検出箇所とでほぼ等しくなると考えられることから、上記圧力Ｐ_１は、第１ステーション圧力センサを用いてもよいし、第２ステーション圧力センサを用いてもよい。

　初期昇圧率推定部７２２は、初期充填工程を開始してから本充填工程を開始するまでの間に、初期充填工程を開始してから終了するまでの間の水素タンクの昇圧率である初期昇圧率ΔＰ_０を推定する。より具体的には、初期昇圧率推定部７２２では、初期圧推定部７２１によって推定された初期圧Ｐ_０と、プレショット充填後における水素タンクの圧力Ｐ_１と、初期充填工程にかかった時間ｔ_ＰＲＥ（＝ｔ１－ｔ０）、を用いて、下記式（４）によって初期昇圧率ΔＰ_０を推定する。この初期昇圧率ΔＰ_０は、図３の例では一点鎖線Ａ－Ｃの傾きに相当する。

　基準昇圧率演算部７２３は、本充填工程における目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定する際における基準となる基準昇圧率ΔＰ_ＢＳを算出する。この基準昇圧率とは、初期充填工程を実行せずに一定の昇圧率の下で本充填工程を開始すると仮定した場合において、満充填に至る前に水素タンクの温度が所定の上限を上回らないようにかつできるだけ短い時間で満充填に到達するように定められる理想的な昇圧率である。基準昇圧率演算部７２３は、充填の開始時刻及び開始時刻における水素タンクの初期圧によって特定される基点と、水素タンクの容積と、外気温度と、水素ガス温度と、が入力されると、これらパラメータに基づいて予め定められたマップ（図示せず）を検索することによって、上記のような理想的な昇圧率を算出する。

　より具体的には、基準昇圧率演算部７２３では、初期充填工程の開始時刻（図４の時刻ｔ０）及び初期圧推定部７２１によって推定された初期圧Ｐ_０によって特定される基点（図４の印Ａ）を、基準昇圧率ΔＰ_ＢＳを算出する際における入力パラメータとして用いる。これにより、図４において破線Ａ－Ｂの傾きに相当する基準昇圧率ΔＰ_ＢＳが算出される。また基準昇圧率ΔＰ_ＢＳを算出する際に用いられる入力パラメータとしての水素タンクの容積には、車両側から送信される容積送信値Ｖ_ＩＲ又は容積推定部７６によって算出された推定値Ｖ´が用いられ、外気温度には大気温度センサによって検出される大気温度Ｔ_ａｍｂが用いられ、水素ガス温度には、平均プレクール温度演算部７１によって算出される平均プレクール温度Ｔ_{ＰＣ＿ＡＶ}が用いられる。

　フォールバック演算部７２４は、基準昇圧率ΔＰ_ＢＳと初期昇圧率ΔＰ_０とのずれを用いることによって基準昇圧率ΔＰ_ＢＳの近傍に目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定する。より具体的には、フォールバック演算部７２４では、初期昇圧率が基準昇圧率以下である場合には（ΔＰ_０≦ΔＰ_ＢＳ）、基準昇圧率ΔＰ_ＢＳを目標昇圧率ΔＰ_ＳＴとしてそのまま採用する（ΔＰ_ＢＳ＝ΔＰ_ＳＴ）。これに対し、初期昇圧率が基準昇圧率以上である場合には（ΔＰ_０＞ΔＰ_ＢＳ）、このずれを補うべく目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを基準昇圧率ΔＰ_ＢＳよりも低く設定する。より具体的には、フォールバック演算部７２４では、本充填工程の終了予想時刻が、基点Ａから初期充填工程を実行せずに基準昇圧率ΔＰ_ＢＳの下で本充填工程を実行した場合におけるこの仮の本充填工程の終了予想時刻ｔ_ｅｎｄと同時刻になるように目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを、基準昇圧率ΔＰ_ＢＳよりも低く設定する。

　次に、以上のような水素充填システムにおいて水素ガスを充填する具体的な手順を説明する。
　図５は、水素充填システムにおいて水素ガスを充填する手順を示すフローチャートである。この処理は、水素ステーションの充填ノズルが車両のレセプタクルに接続され、水素ガスの充填と通信とが可能な状態になったことに応じて開始する。図５に示すように、水素ガスの充填を開始してから終了するまでのガス充填工程は、試験的に水素ガスを充填する初期充填工程（Ｓ１からＳ７）と、所定の目標昇圧率の下で水素ガスを充填する本充填工程（Ｓ８以降）と、に分けられる。

　Ｓ１では、水素ステーションは、プレショット充填を実行する。より具体的には、ステーション配管に設けられた流量制御弁を締め切ったまま、その上流側に設けられた遮断弁を開き、流量制御弁より上流側に設けられた第１ステーション圧力センサの検出値が所定値を示すまでステーション配管内を昇圧した後、遮断弁を閉じる。これによりステーション配管内のうち流量制御弁から遮断弁までの間の貯蔵区間内には、圧力に応じた量の水素ガスが充填される。次に、遮断弁を閉じたまま流量制御弁を開く。これにより、上記貯蔵区間内で圧縮された水素ガスは、水素タンク内へ一気に流れ込み、水素タンク内とステーション配管内とが均一化される。

　Ｓ２では、水素ステーションは、充填を一時的に停止し、充填漏れの有無を確認するリークチェックを実行する。Ｓ３では、水素ステーションは、通信を利用することによって車両から容積送信値Ｖ_ＩＲを取得する。Ｓ４では、水素ステーションは、Ｓ３で取得した容積送信値Ｖ_ＩＲを用いて、上記式（２）を参照して説明した手順に従って初期充填工程の開始時における水素タンクの初期密度ρ_０及び初期圧Ｐ_０を推定する。Ｓ５では、水素ステーションは、Ｓ４で推定した初期圧Ｐ_０を用いて、上記式（４）を参照して説明した手順に従って初期充填工程における初期昇圧率ΔＰ_０を推定する。

　Ｓ６では、水素ステーションは、Ｓ１のプレショット充填の開始時刻において水素タンクの圧力がＳ３で推定された初期圧Ｐ_０である状態を基点として、図３を参照して説明した手順に従って基準昇圧率ΔＰ_ＢＳを算出する。Ｓ７では、水素ステーションは、Ｓ６で算出した基準昇圧率ΔＰ_ＢＳとＳ５で推定した初期昇圧率ΔＰ_０とのずれを用いることによって、図３を参照して説明した手順に従って、本充填工程における目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定する。

　Ｓ８では、水素ステーションは、Ｓ７で設定された目標昇圧率ΔＰ_ＳＴの下で本充填工程を開始する。Ｓ９では、目標昇圧率ΔＰ_ＳＴの下で本充填工程を開始した直後の期間を利用して、上記式（１）を参照して説明した手順に従って水素タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する。

　Ｓ１０では、Ｓ９で取得した容積推定値Ｖ´と、初期圧Ｐ_０の推定や目標昇圧率ΔＰ_ＳＴの設定等に用いるためにＳ３において取得した容積送信値Ｖ_ＩＲとの差の相対誤差（｜Ｖ´－Ｖ_ＩＲ｜／Ｖ´）が正の所定値以上であるか否かを判定する。Ｓ１０の判定がＮＯである場合には、通信を利用して取得した容積送信値Ｖ_ＩＲは正しいことが検証されたとして、引き続き本充填工程を継続する（Ｓ１１参照）。またＳ１０の判定がＹＥＳである場合には、通信を利用して取得した容積送信値Ｖ_ＩＲは正しくなく、したがってこれを用いて設定された初期圧Ｐ_０、初期昇圧率ΔＰ_０及び基準昇圧率ΔＰ_ＢＳ、並びにこれらを用いて設定された目標昇圧率ΔＰ_ＳＴは妥当でないと判断し、目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを修正し、この修正した目標昇圧率ΔＰ_ＳＴ´を用いて本充填工程を継続する（Ｓ１２参照）。ここで、新たな目標昇圧率ΔＰ_ＳＴ´は、Ｓ９において取得した容積推定値Ｖ´を用いて再度初期圧、初期昇圧率及び基準昇圧率を算出し、これらを用いて改めて設定された値が用いられる。

　図６は、図５のフローチャートによって実現される水素ガスの充填の流れを模式的に示したタイムチャートである。図６において、実線は実際のタンク内の圧力の変化を示し、破線は基準昇圧率の下で水素ガスを充填した場合におけるタンク内の圧力の変化を示す。

　初めに時刻ｔ０～ｔ１では、プレショット充填及びリークチェックを実行する（図５のＳ１～Ｓ２参照）。これにより、水素タンク内の圧力は、Ｐ_０からＰ_１へ上昇する。

　次に、時刻ｔ１では、容積送信値Ｖ_ＩＲを取得し（Ｓ３参照）、これを用いてプレショット充填を開始する時点における水素タンクの初期圧Ｐ_０を推定する（Ｓ４参照）。また時刻ｔ１では、推定した初期圧Ｐ_０を用いて、プレショット充填及びリークチェックによって構成される初期充填工程における初期昇圧率ΔＰ_０（＝（Ｐ_１－Ｐ_０）／（ｔ１－ｔ０））を推定し、時刻ｔ０及び初期圧Ｐ_０を基点とした基準昇圧率ΔＰ_ＢＳを算出する（Ｓ６参照）。また時刻ｔ１では、これら初期昇圧率ΔＰ_０と基準昇圧率ΔＰ_ＢＳとのずれを用いて目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定し、この目標昇圧率ΔＰ_ＳＴの下で本充填工程を開始する（Ｓ８参照）。ここで図６に示すように、初期昇圧率ΔＰ_０が基準昇圧率ΔＰ_ＢＳよりも大きい場合には、基準昇圧率ΔＰ_ＢＳの下で初期充填工程を実行せずに本充填工程を開始した場合における終了予想時刻ｔ_ｅｎｄと同時刻で本充填工程が終了するように、目標昇圧率ΔＰ_ＳＴは基準昇圧率ΔＰ_ＢＳよりも低く設定される。

　本充填工程を開始した後、時刻ｔ２では、時刻ｔ１～ｔ２までの間で目標昇圧率ΔＰ_ＳＴの下で水素ガスが充填されている期間を利用して、容積推定値Ｖ´を算出し（Ｓ９参照）、さらにこの容積推定値Ｖ´と先に通信を利用して取得した容積送信値Ｖ_ＩＲとを比較し、最終的に目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定するために取得した容積送信値Ｖ_ＩＲが妥当であったか否かを検証する（Ｓ１０参照）。ここで容積送信値Ｖ_ＩＲが妥当であることが検証された後は、引き続き本充填工程を継続し、終了予想時刻ｔ_ｅｎｄで本充填工程が終了する。

＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお以下の本実施形態の説明において、第１実施形態と共通する点については図示及びその説明を省略する。第１実施形態の水素充填システムでは、車両と水素ステーションとの間で構築される通信を利用することによって、水素ステーション側で水素タンクの容積送信値Ｖ_ＩＲを取得できる場合について説明した（図５のＳ３参照）。これに対し本実施形態の水素充填システムでは、何等かの理由によって水素ステーション側で水素タンクの容積送信値Ｖ_ＩＲを取得できない場合について説明する。

　図７は、本実施形態に係る水素充填システムにおいて水素ガスを充填する手順を示すフローチャートである。水素ステーションの充填ノズルが車両のレセプタクルに接続され、水素ガスの充填と通信とが可能な状態になったことに応じて開始する。図７に示すように、水素ガスの充填を開始してから終了するまでのガス充填工程は、試験的に水素ガスを充填する初期充填工程（Ｓ２１からＳ２８）と、所定の目標昇圧率の下で水素ガスを充填する本充填工程（Ｓ２９以降）と、に分けられる。

　Ｓ２１及びＳ２２では、水素ステーションは、図５のＳ１及びＳ２と同様にプレショット充填及びリークチェックを実行する。Ｓ２３では、水素ステーションは、水素タンクの容積を推定するため、予め定められた一定の昇圧率で、所定の期間にわたり水素ガスを充填する。なおこの時点では、水素ステーションは水素タンクの容積を把握できないため、目標昇圧率は、想定されるもののうち最も低いものに設定される。

　Ｓ２４では、水素ステーションは、Ｓ２３において所定の昇圧率の下で所定の期間にわたり水素ガスが充填されている期間を利用して、上記式（１）を参照して説明した手順に従って水素タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する。

　Ｓ２５では、水素ステーションは、容積推定値Ｖ´を用いて、上記式（２）を参照して説明した手順に従って初期充填工程の開始時における水素タンクの初期密度ρ_０及び初期圧Ｐ_０を推定する。Ｓ２６では、水素ステーションは、Ｓ２５で推定した初期圧Ｐ_０を用いて、上記式（４）を参照して説明した手順に従って、初期充填工程における初期昇圧率ΔＰ_０を推定する。

　Ｓ２７では、水素ステーションは、Ｓ１のプレショット充填の開始時刻において水素タンクの圧力がＳ２５で推定された初期圧Ｐ_０である状態を基点として、図３を参照して説明した手順に従って基準昇圧率ΔＰ_ＢＳを算出する。Ｓ２８では、水素ステーションは、Ｓ２７で算出した基準昇圧率ΔＰ_ＢＳとＳ２６で推定した初期昇圧率ΔＰ_０とのずれを用いることによって、図３を参照して説明した手順に従って、本充填工程における目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを設定する。Ｓ２９では、水素ステーションは、Ｓ２８で設定された目標昇圧率ΔＰ_ＳＴの下で本充填工程を実行する。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

　Ｓ…水素充填システム
　Ｖ…燃料電池車両（移動体）
　３１…水素タンク（タンク）
　３９…車両配管（配管）
　９…水素ステーション
　９１…蓄圧器（供給源）
　９３…ステーション配管（配管）
　９４ｂ…流量制御弁（開閉弁）
　９７ｃ…第１ステーション圧力センサ（圧力センサ）

Claims (10)

1. 　圧縮ガスの供給源と移動体に搭載されたタンクとを配管で接続し、当該タンクにガスを充填する移動体のガス充填方法であって、
   　ガスの充填を開始してから終了するまでのガス充填工程は、前記タンクに関する情報を得るためにガスを充填する初期充填工程と、前記初期充填工程を実行している間に得られた情報を用いて定められた目標昇圧率が実現されるようにガスを充填する本充填工程と、に分けられ、
   　前記初期充填工程の開始時における前記タンクの初期圧及び当該初期充填工程における前記タンクの初期昇圧率を推定する初期昇圧率推定工程と、
   　前記タンクの圧力が前記初期圧である状態を基点とし、当該基点から前記初期充填工程を実行せずに前記本充填工程を開始すると仮定した場合における前記タンクの基準昇圧率を算出する基準昇圧率算出工程と、
   　前記初期昇圧率と前記基準昇圧率とのずれを用いて前記本充填工程における前記目標昇圧率を設定する目標昇圧率設定工程と、を備えることを特徴とするガス充填方法。
2. 　前記目標昇圧率設定工程では、前記初期昇圧率が前記基準昇圧率より高い場合には、前記目標昇圧率を前記基準昇圧率より低くすることを特徴とする請求項１に記載のガス充填方法。
3. 　前記配管には、開閉弁と、当該開閉弁より上流側の圧力を検出する圧力センサと、が設けられ、
   　前記初期充填工程では、前記開閉弁を閉じた状態で前記配管のうち前記開閉弁より上流側の所定の貯蔵区間内の圧力を昇圧した後、前記開閉弁を開き、前記貯蔵区間内で圧縮されたガスを前記タンクへ充填するプレショット充填を行い、
   　前記初期昇圧率推定工程では、前記プレショット充填を実行した後に前記圧力センサを用いて検出された前記配管内の圧力と、前記貯蔵区間の容積と、前記タンクの容積と、に基づいて前記初期圧及び前記初期昇圧率を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス充填方法。
4. 　前記初期昇圧率推定工程では、前記プレショット充填を実行した後に前記圧力センサを用いて検出された前記配管内の圧力と、前記貯蔵区間の容積と、前記タンクの容積と、に基づいて前記初期圧を推定し、さらに当該推定した初期圧と、前記プレショット充填を実行した後に前記圧力センサを用いて検出された前記配管内の圧力と、前記プレショット充填にかかった時間と、に基づいて前記初期昇圧率を推定することを特徴とする請求項３に記載のガス充填方法。
5. 　一定の昇圧率の下で所定の期間の間に前記タンクに充填されたガスの量を取得し、当該取得したガスの量を用いて前記タンクの容積を推定する容積推定工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のガス充填方法。
6. 　前記初期昇圧率推定工程では、前記供給源と前記移動体との間の通信を利用して前記タンクの容積を取得し、当該取得した容積を用いて前記初期圧及び前記初期昇圧率を推定し、
   　前記初期昇圧率推定工程と前記基準昇圧率算出工程と前記目標昇圧率設定工程とは、前記本充填工程を開始する前までに実行し、
   　前記容積推定工程は、前記目標昇圧率設定工程で設定した目標昇圧率の下で前記本充填工程を開始した直後の期間を利用して前記タンクの容積を推定することを特徴とする請求項５に記載のガス充填方法。
7. 　前記初期昇圧率推定工程において前記初期圧及び前記初期昇圧率を推定するために通信を利用して取得した前記タンクの容積と、前記容積推定工程において推定された前記タンクの容積とを比較するタンク容積検証工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のガス充填方法。
8. 　前記タンク容積検証工程において、前記通信を利用して取得した容積と前記容積推定工程において推定した容積との差の相対誤差が所定値以上である場合には、前記目標昇圧率設定工程で設定した前記目標昇圧率を修正し、当該修正した目標昇圧率を用いて前記本充填工程を継続することを特徴とする請求項７に記載のガス充填方法。
9. 　前記容積推定工程では、前記初期充填工程中に予め定められた一定の昇圧率でガスが充填されている期間を利用して前記タンクの容積を推定し、
   　前記初期昇圧率推定工程では、前記容積推定工程において推定された前記タンクの容積を用いて前記初期圧及び前記初期昇圧率を推定することを特徴とする請求項５に記載のガス充填方法。
10. 　前記目標昇圧率設定工程では、前記本充填工程の終了予想時刻が、前記基点から前記初期充填工程を実行せずに前記本充填工程を前記基準昇圧率の下で実行した場合における当該本充填工程の終了予想時刻と同時刻になるように前記目標昇圧率を設定することを特徴とする請求項１から８の何れかに記載のガス充填方法。

Images