WO2019235386A1 - ガス充填方法 - Google Patents

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圭 判田
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本田技研工業株式会社
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a gas filling method. More specifically, the present invention relates to a gas filling method in which a compressed gas supply source and a tank mounted on a moving body are connected by piping to fill the tank of the moving body with gas.
  • the fuel cell vehicle travels by supplying oxygen-containing air and hydrogen gas, which is a fuel gas, to the fuel cell and driving the electric motor using the electric power generated thereby.
  • hydrogen gas is required to generate electricity with a fuel cell.
  • a sufficient amount of hydrogen gas is stored in advance in a hydrogen tank equipped with a high-pressure tank or a storage alloy.
  • One that uses hydrogen gas in the tank is the mainstream.
  • research on a filling technique for rapidly filling a tank with as much hydrogen gas as possible in a hydrogen station has been actively promoted.
  • Hydrogen gas generates heat due to compression in the tank. For this reason, in recent years, in order to suppress the temperature rise in the tank during the filling of hydrogen gas, a technique of cooling the hydrogen gas to, for example, about ⁇ 40 ° C. by a precooler provided in the hydrogen gas flow path has become the mainstream. . By reducing the temperature of the hydrogen gas with the precooler in this way, the increase in the temperature of the hydrogen gas in the tank can also be suppressed, so that the hydrogen gas can be quickly filled by that amount.
  • Non-Patent Document 1 discloses a filling method in which hydrogen gas is filled while varying the pressure increase rate during filling based on a predetermined mathematical formula.
  • a mathematical formula for determining the pressure increase rate is obtained by performing mass average processing on the detection value of the temperature sensor provided downstream of the precooler in the hydrogen gas flow path. While expressing with the polynomial of a temperature parameter, the value of the coefficient of each order of a temperature parameter is determined based on a map (refer nonpatent literature 1).
  • a plurality of such maps are prepared, and an appropriate map corresponding to the tank capacity and the initial pressure of the tank is selected from the plurality of maps. The values of the plurality of coefficients are determined by the map.
  • the map used for determining the pressure increase rate in the above filling method is constructed in view of the existence of such pressure loss.
  • the pressure loss that actually occurs at the time of filling varies depending on various factors such as the shape of the station-side piping, the shape of the vehicle-side piping, and the state of the dust filter inserted in the piping.
  • the conventional filling method does not estimate the pressure loss that actually occurs at the time of filling hydrogen gas, so the plurality of maps used for determining the pressurization rate as described above are the largest of the assumed sizes. The one constructed assuming that a large pressure loss occurs is used.
  • the pressure loss setting assuming the worst case is set in the conventional filling method, waste occurs in the filling time, the precooler set temperature, and the like. That is, if the pressure loss is estimated to be larger than the actual value, the filling speed is reduced more than necessary, and it may take time until the hydrogen tank is fully filled.
  • using a map constructed assuming the worst pressure loss is equivalent to assuming that the temperature rise of the gas due to pressure loss is the highest, that is, setting an extra temperature margin, This means that there is room for increasing the set temperature of the precooler.
  • An object of the present invention is to provide a gas filling method capable of filling a gas under optimized filling conditions so as to reduce waste in filling time, set temperature of a precooler, and the like.
  • a gas filling method includes a compressed gas supply source (for example, a pressure accumulator 91 described later), and a tank (for example, a vehicle M described later) mounted on the supply source and the moving body (for example, a vehicle M described later).
  • a compressed gas supply source for example, a pressure accumulator 91 described later
  • a tank for example, a vehicle M described later mounted on the supply source and the moving body (for example, a vehicle M described later).
  • a pipe for example, a later-described station pipe 93 and a vehicle pipe 39 connected to a hydrogen tank 31 described later, a control valve (for example, a flow control valve 95 described later) provided in the pipe, a pressure sensor ( For example, a station pressure sensor 73, which will be described later, a flow sensor (for example, a flow sensor 71, which will be described later), and a control device that controls the flow rate of gas flowing through the pipe by operating the control valve under predetermined filling conditions.
  • a control valve for example, a flow control valve 95 described later
  • a pressure sensor for example, a station pressure sensor 73, which will be described later
  • a flow sensor for example, a flow sensor 71, which will be described later
  • a control device that controls the flow rate of gas flowing through the pipe by operating the control valve under predetermined filling conditions.
  • a gas filling system for example, a hydrogen filling system S, which will be described later
  • a station ECU 8 which will be described later
  • the pressure loss parameter (for example, the pressure loss described later) is correlated with the pressure loss generated in the pipe by using the detected value of the pressure sensor when the gas flow rate in the pipe decreases after the gas filling is started.
  • the pressure loss parameter calculation step (for example, the process of S4 in FIG. 4 described later) for calculating the value of the coefficient k 0 ), and the filling condition is changed to a condition determined based on the value of the pressure loss parameter.
  • a filling condition changing step (for example, processing of S5 and S6 in FIG. 4 described later) for continuing filling.
  • the control device operates under a filling condition defined by a filling control map selected from a plurality of predetermined filling control maps (for example, filling control maps M11,..., Mij described later).
  • a filling control map selected in the control device is switched to one determined based on the value of the pressure loss parameter among the plurality of filling control maps. It is preferable.
  • the pressure loss parameter calculation step it is preferable to calculate the value of the pressure loss parameter based on the following formula (1).
  • “k 0 ” is the pressure loss parameter
  • “dP loss ” is a pressure difference in the pipe before and after the gas flow rate is decreased
  • “ ⁇ ” is in the pipe
  • “dm” is the mass flow rate of the gas in the pipe.
  • the pressure loss parameter is calculated by using the detected value of the pressure sensor when the gas flow rate in the pipe decreases from a flow rate larger than 0 to 0 or near 0. It is preferable to calculate the value of.
  • the pressure loss parameter value is determined by using the detected value of the pressure sensor when the gas flow rate in the pipe decreases after the gas filling is started under a predetermined filling condition. Calculate the value.
  • the value of the pressure loss parameter can be calculated with high accuracy by using the detected value of the pressure sensor when the gas flow rate is reduced in this way.
  • the filling condition is changed based on the calculated value of the pressure loss parameter, and the gas filling is continued under the changed filling condition.
  • the filling condition is optimized so as to reduce waste in filling time, precooler set temperature, etc., and this optimized filling condition Can be filled with gas.
  • the control device used in the gas filling method of the present invention selects a suitable filling control map from a plurality of predetermined maps, and further controls the control valve under the filling conditions defined by the filling control map. To control the flow rate of the gas flowing through the pipe.
  • the filling condition changing step of the present invention the filling condition is changed by switching the filling control map selected in the control device to a filling control map determined based on the value of the pressure loss parameter calculated as described above. To do.
  • the filling control map is switched based on the value of the pressure loss parameter.
  • the filling time is shortened as much as possible according to the actually generated pressure loss.
  • the set temperature of the precooler can be increased.
  • the pressure difference “dP loss ” before and after the gas flow rate decreases, the gas density “ ⁇ ” in the pipe, and the mass flow rate “dm” of the gas in the pipe are used.
  • the value of the pressure loss parameter “k 0 ” defined by the above equation (1) is calculated. Therefore, according to the present invention, the value of the pressure loss parameter can be calculated by a simple calculation.
  • the value of the pressure loss parameter is calculated by using the detected value of the pressure sensor when the gas flow rate in the pipe decreases from a flow rate greater than 0 to 0 or near 0. . Therefore, according to the present invention, it is possible to calculate the value of the pressure loss parameter with high accuracy, and to switch to an appropriate filling control map according to the state of the piping.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structure of the hydrogen filling system to which the hydrogen gas filling method which concerns on one Embodiment of this invention was applied. It is a functional block diagram which shows the structure of the control circuit of the filling flow rate control by station ECU. It is a figure for demonstrating the procedure which selects the filling control map in a map selection part. It is a flowchart which shows the procedure which fills with hydrogen gas in a hydrogen filling system. It is a flowchart which shows the specific procedure of a pressure loss coefficient calculation process. It is a time chart which shows typically the flow of filling of hydrogen gas implement
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hydrogen filling system S to which a hydrogen gas filling method according to this embodiment is applied.
  • the hydrogen filling system S includes a fuel cell vehicle M (hereinafter simply referred to as “vehicle M”) having a hydrogen station 9 having a compressed hydrogen gas supply source and a hydrogen tank that receives the hydrogen gas supplied from the hydrogen station 9. ) And.
  • vehicle M fuel cell vehicle M
  • the hydrogen gas filling method according to the present embodiment is a method of filling the tank of the vehicle M with hydrogen gas from the hydrogen station 9 and is realized by the hydrogen filling system S.
  • the configuration on the vehicle M side will be described first, and then the configuration on the hydrogen station 9 side will be described.
  • the vehicle M includes a tank that stores hydrogen gas, and a fuel cell system (not shown) that generates hydrogen gas and air stored in the tank as fuel gas, and uses electric power generated by the fuel cell system. It is a fuel cell vehicle that travels by driving a motor. Below, although the case where the vehicle M is a fuel cell vehicle is demonstrated, this invention is not limited to this. The present invention can be applied to any movable body provided with a tank for storing hydrogen gas.
  • the vehicle M generates power using the hydrogen tank 31 that stores the hydrogen gas supplied from the hydrogen station 9, the vehicle piping 39 that extends from the hydrogen tank 31, and the hydrogen gas stored in the hydrogen tank 31, and uses the generated power
  • a fuel cell system (not shown) that travels, an infrared communication device 5 that transmits a data signal related to the hydrogen tank 31 to the hydrogen station 9, and a communication arithmetic ECU 6 that generates a data signal transmitted from the infrared communication device 5; .
  • the vehicle M including the infrared communication device 5 and the communication calculation ECU 6 will be described, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to a vehicle M that does not include the infrared communication device 5 and the communication calculation ECU 6.
  • the vehicle piping 39 prevents a hydrogen gas from flowing backward from the hydrogen tank 31 side to the receptacle 38 provided in the vicinity of the receptacle 38 in the vehicle piping 39 and a receptacle 38 that will be described later in the hydrogen station 9.
  • a check valve 36 is provided in the vicinity of the receptacle 38 in the vehicle piping 39 and a receptacle 38 that will be described later in the hydrogen station 9.
  • the communication calculation ECU 6 is connected with a tank internal temperature sensor 41 and a tank internal pressure sensor 42 as means for acquiring information related to the hydrogen tank 31 described above.
  • the tank internal temperature sensor 41 detects the temperature of the hydrogen gas in the hydrogen tank 31 and transmits a signal corresponding to the detected value to the communication calculation ECU 6.
  • the tank internal pressure sensor 42 detects the pressure in the hydrogen tank 31 and transmits a signal corresponding to the detected value to the communication arithmetic ECU 6.
  • the communication calculation ECU 6 drives the infrared communication device 5 in an aspect determined under the above-described processing, an interface that performs A / D conversion on the detection signals of the sensors 41 and 42, a CPU that executes signal generation processing that will be described later, and the like.
  • the microcomputer includes a circuit and a storage device for storing various data.
  • the storage device of the communication arithmetic ECU 6 stores a program related to execution of a data signal generation process, which will be described later, and unique information including the volume value of the hydrogen tank 31 mounted when the vehicle M is manufactured.
  • unique information including the volume value of the hydrogen tank 31 mounted when the vehicle M is manufactured.
  • information related to the hydrogen tank 31 that can be specified at the time of manufacture such as the capacity derived from the volume value by a known conversion rule and the material of the hydrogen tank, is included in this specific information.
  • the CPU of the communication calculation ECU 6 starts signal generation processing for generating a signal transmitted from the communication device 5 to the hydrogen station 9 when the fuel lid that protects the receptacle 38 is opened, for example. Further, the CPU of the communication calculation ECU 6 ends the signal generation processing when the nozzle is removed from the receptacle 38 and the hydrogen gas cannot be charged, for example.
  • the temperature transmission value TIR corresponding to the current value of the temperature in the hydrogen tank, the pressure transmission value PIR corresponding to the current value of the pressure in the hydrogen tank, and the current volume of the hydrogen tank The volume transmission value V IR corresponding to the value is acquired every predetermined period, and a data signal corresponding to these values (T IR , P IR , V IR ) is generated.
  • the temperature transmission value TIR the detection value of the temperature sensor 41 in the tank at that time is used.
  • the detected value of the tank pressure sensor 42 at that time is used as the pressure transmission value PIR .
  • the volume transmission value VIR recorded in the above-described storage device is used.
  • the drive circuit of the communication arithmetic ECU 6 drives (flashes) the infrared communication device 5 in accordance with the data signal and the abort signal generated by the signal generation process. Accordingly, a data signal including state information (that is, temperature transmission value TIR and pressure transmission value PIR, etc.) regarding the state in the hydrogen tank and unique information (that is, volume transmission value VIR, etc.) is transmitted to the hydrogen station 9. Sent.
  • state information that is, temperature transmission value TIR and pressure transmission value PIR, etc.
  • unique information that is, volume transmission value VIR, etc.
  • the hydrogen station 9 is provided in a pressure accumulator 91 in which hydrogen gas to be supplied to the vehicle M is stored at a high pressure, a station pipe 93 extending from the pressure accumulator 91 to a filling nozzle 92 for discharging the hydrogen gas, and the station pipe 93.
  • the shut-off valve 94 and the flow rate control valve 95, and the station ECU 8 that controls the valves 94 and 95 are provided.
  • the station ECU 8 is a computer, and after the filling nozzle 92 is connected to the receptacle 38 provided in the vehicle M, the station pipe 93 is operated by operating the shut-off valve 94 and the flow rate control valve 95 under predetermined filling conditions.
  • the hydrogen tank 31 of the vehicle M is filled with the high-pressure hydrogen gas stored in the pressure accumulator 91 by controlling the flow rate of the hydrogen gas flowing through
  • a precooler 96 for cooling the hydrogen gas is provided between the flow control valve 95 and the filling nozzle 92 in the station pipe 93.
  • the hydrogen gas is cooled at a position before the hydrogen tank 31 is filled, so that the temperature rise of the hydrogen gas in the hydrogen tank 31 is suppressed, so that rapid filling becomes possible.
  • Various sensors 71, 72, 73, 74 are connected to the station ECU 8 in order to grasp the state of the hydrogen gas at a position before filling the hydrogen tank 31.
  • the flow rate sensor 71 is provided between the shutoff valve 94 and the flow rate control valve 95 in the station pipe 93, and sends a signal corresponding to the mass per unit time of hydrogen gas flowing through the station pipe 93, that is, a mass flow rate, to the station ECU 8. Send.
  • the station temperature sensor 72 is provided on the downstream side of the precooler 96 in the station pipe 93 and transmits a signal corresponding to the temperature of the hydrogen gas in the station pipe 93 to the station ECU 8.
  • the station pressure sensor 73 is provided on the downstream side of the precooler 96 in the station pipe 93 and transmits a signal corresponding to the pressure of the hydrogen gas in the station pipe 93 to the station ECU 8.
  • the atmospheric temperature sensor 74 detects the atmospheric temperature and transmits a signal corresponding to the detected value to the station ECU 8.
  • the atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature sensor 74 can be regarded as the temperature of hydrogen gas in the fuel tank of the vehicle M at the start of filling.
  • the filling nozzle 92 is provided with an infrared communication device 98 for communicating with the vehicle M.
  • the infrared communication device 98 faces the infrared communication device 5 provided in the vehicle M, and data signals can be transmitted and received between these communication devices 98 and 5 via infrared rays. .
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the control circuit for the filling flow rate control by the station ECU 8.
  • the station ECU 8 determines the target pressure increase rate according to the state of the hydrogen tank of the vehicle, and executes the filling flow rate control for operating the flow rate control valve 95 so that this target pressure increase rate is realized.
  • FIG. 2 shows only the modules 81 to 86 related to the realization of the filling flow rate control in the station ECU 8.
  • the mass average temperature calculation unit 81 calculates the mass average temperature MAT of the hydrogen gas after passing through the precooler 96 based on the detection values of the station temperature sensor 72 and the flow rate sensor 71.
  • This mass average temperature MAT is used by the target pressure increase rate setting unit 83 to set the target pressure increase rate.
  • the detection value of the station temperature sensor 72 is not used in advance until about several tens of seconds (more specifically, for example, 30 seconds) after the start of filling.
  • the set value is output as the mass average temperature MAT.
  • the pressure loss coefficient calculation unit 82 generates pressure loss generated in the station pipe 93 and the vehicle pipe 39 (hereinafter collectively referred to as “connection pipe”) when hydrogen gas flows through the station pipe 93 and the vehicle pipe 39.
  • the pressure loss coefficient k 0 which is a parameter correlated with the above is calculated.
  • the pressure loss refers to a predetermined position on the upstream side of the connection pipe (for example, a detection position of the station pressure sensor 73) and a predetermined position on the downstream side (for example, the hydrogen tank 31) when hydrogen gas is flowing through the connection pipe. The pressure difference from the inside.
  • the pressure loss dP loss generated in a general gas flow path is expressed as shown in the following formula (2) by using a dimensionless loss coefficient ⁇ , a gas density ⁇ , and a flow velocity ⁇ .
  • the pressure loss coefficient k 0 in the present embodiment is defined by the following expression (4) using the loss coefficient ⁇ and the channel cross-sectional area A in the above expressions (2) and (3). As shown in the following formula (4), the value of the pressure loss coefficient k 0 is determined by the shape of the hydrogen gas flow path formed in the connection pipe.
  • the pressure loss coefficient k 0 is expressed by the following equation (5) based on the pressure loss dP loss , the gas density ⁇ , and the mass flow rate dm.
  • the pressure loss dP loss increases as the pressure loss coefficient k 0 increases.
  • the pressure loss dP loss can be calculated by using the detected value of the station pressure sensor 73 when the flow rate of hydrogen gas in the connection pipe decreases.
  • the mass flow rate dm can be measured by the flow rate sensor 71.
  • the gas density ⁇ can be expressed as a function of the pressure and temperature of hydrogen gas, it can be calculated based on the detection values of the station temperature sensor 72 and the station pressure sensor 73.
  • the pressure loss coefficient calculation unit 82 uses the detection value of the station pressure sensor 73 or the detection value of the flow sensor 71 when the hydrogen gas flow rate in the connection pipe decreases after the filling of the hydrogen gas is started.
  • the value of the pressure loss coefficient k 0 is calculated by performing the calculation shown in the following formula (5).
  • the target pressure increase rate setting unit 83 includes a mass average temperature MAT calculated by the mass average temperature calculation unit 81, a pressure loss coefficient k 0 calculated by the pressure loss coefficient calculation unit 82, and an atmospheric temperature T detected by the atmospheric temperature sensor 74. Based on amb , the tank volume V of the hydrogen tank 31, etc., a target pressure increase rate ⁇ P ST corresponding to the target for the pressure increase rate of the hydrogen gas in the connecting pipe being filled is set. More specifically, the target boost rate setting unit 83 sets the target boost rate ⁇ P ST by using the map selection unit 831 and the boost rate calculation unit 832.
  • the storage medium of the map selection unit 831 stores a plurality of filling control maps.
  • the filling control map is a plurality of coefficients (a, b, c, d) characterizing a model formula (see formula (6) described later) used when setting the atmospheric temperature T amb and the target pressure increase rate ⁇ P ST . It associates a value. That is, the filling control map is a map that defines filling conditions in filling flow rate control.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a procedure for selecting a filling control map in the map selection unit 831.
  • the filling conditions for filling the hydrogen tank as quickly as possible vary depending on the tank volume of the connected hydrogen tank and the pressure loss coefficient of the connecting pipe. Therefore, in this embodiment, the tank volume is divided into i stages (i is an integer of 2 or more), the pressure loss coefficient is further divided into j stages (j is an integer of 2 or more), and a combination of these volumes and pressure loss coefficients. , M1j, M21, M22,..., M1j,..., Mi1, Mi2,.
  • the control map is stored in the storage medium of the map selection unit 831.
  • Map selection unit 831 acquires the value of the volume V and the pressure loss coefficient k 0 of the hydrogen tank 31, depending on these values of the volume V and the pressure loss coefficient k 0 from among the i ⁇ j pieces of filling control map
  • the selected filling control map is transmitted to the step-up rate calculation unit 832.
  • the map selection unit 831 selects a map with a slower filling speed so that the temperature increase due to the pressure loss is suppressed as the value of the pressure loss coefficient k 0 calculated by the pressure loss coefficient calculation unit 82 increases.
  • the map selection unit 831 requires the value of the volume V of the hydrogen tank 31 and the value of the pressure loss coefficient k 0 in order to select an appropriate filling control map.
  • the value of the pressure loss coefficient k 0 is calculated using a period in which the flow rate of the hydrogen gas flowing through the connection pipe temporarily decreases after the filling of the hydrogen gas is started as described above. Therefore, the map selection unit 831 can acquire the value of the pressure loss coefficient k 0 only after a certain amount of time has elapsed since the start of filling.
  • the map selection unit 831 immediately after the start of filling and when the value of the pressure loss coefficient k 0 has not been acquired, the value of the volume V of the hydrogen tank 31 acquired using infrared communication as described above, A predetermined value of the pressure loss coefficient k 0 and a filling control map are selected. At this time, the map selection unit 831 uses a value estimated to be larger than the actual value as the value of the pressure loss coefficient k 0 , more specifically, for example, within the range assumed in the station in use. Assuming the largest value, a filling control map corresponding to the value of the volume V of the hydrogen tank 31 is selected as a temporary map, and filling is performed under this temporary map.
  • the map selection unit 831 selects a filling control map corresponding to the magnitude of the value of the pressure loss coefficient k 0 as the main map, and Continue filling with. Thereby, an appropriate filling control map according to the actual pressure loss can be selected so that the hydrogen tank 31 can be fully filled as soon as possible.
  • the pressurization rate calculation unit 832 uses the mass average temperature MAT, the atmospheric temperature T amb, and the filling control map selected by the map selection unit 831 to perform a predetermined filling by performing the calculation shown in the following formula (6).
  • a filling time t final corresponding to the time from the start time t ini to a predetermined filling end scheduled time is calculated.
  • the values of the four coefficients (a, b, c, d) are the filling control selected by the map selection unit 831 based on the atmospheric temperature T amb detected by the atmospheric temperature sensor 74, respectively. Calculated by searching the map. Further, the pressure increase rate calculation unit 832 sets the target pressure increase rate ⁇ P ST so that the hydrogen tank 31 is fully filled after the filling time t final from the filling start time tini .
  • the target filling pressure calculation unit 84 uses the target pressure increase rate ⁇ P ST set by the target pressure increase rate setting unit 83 and the detected value P ST of the station pressure sensor 73 (hereinafter also referred to as “filling pressure”) to determine the predetermined value.
  • a target filling pressure P TRGT corresponding to the target value of the filling pressure after time is calculated.
  • the feedback controller 85 determines an instruction opening degree of the flow control valve so that the filling pressure P ST becomes the target filling pressure P TRGT based on a known feedback control law, and this is determined as a drive device ( (Not shown).
  • the drive device adjusts the opening degree of the flow control valve 95 so as to realize the indicated opening degree.
  • the target step-up ratio [Delta] P ST set by the target step-up ratio setting unit 83 is realized, the hydrogen gas is filled into the hydrogen tank 31.
  • the filling completion determination unit 86 determines whether or not the filling of hydrogen gas is completed. If it is determined that the filling is completed, the filling opening determination unit 86 sets the instruction opening to 0 to complete the filling of the hydrogen gas. More specifically, the filling completion determination unit 86 determines that the hydrogen tank 31 has reached full filling when the filling pressure PST detected by the station pressure sensor 73 exceeds a predetermined completion threshold. In order to complete the filling of hydrogen gas, the indicated opening is set to zero.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for filling hydrogen gas in the hydrogen filling system S. This process starts in response to the filling nozzle 92 of the hydrogen station 9 being connected to the receptacle 38 of the vehicle M and being ready for filling with hydrogen gas.
  • the station ECU 8 first performs start-up filling. More specifically, the shutoff valve 94 provided upstream is opened while the flow control valve 95 provided in the station pipe 93 is closed, and the station pressure sensor 73 provided upstream from the flow control valve 95 is opened. After the pressure in the station pipe 93 is increased until the detected value of the value shows a predetermined value, the shut-off valve 94 is closed. As a result, the storage section between the flow control valve 95 and the shutoff valve 94 in the station pipe 93 is filled with an amount of hydrogen gas corresponding to the pressure. Next, the flow control valve 95 is opened while the shutoff valve 94 is closed.
  • the hydrogen gas compressed in the storage section flows into the hydrogen tank 31 at once, and the inside of the hydrogen tank 31 and the station pipe 93 are made uniform.
  • the start-up filling is performed as described above, and the time at which the start-up filling is started is determined based on the filling start time t ini required for determining the filling time t final in the target pressure increase rate setting unit 83 described above.
  • the present invention is not limited to this.
  • the station ECU 8 acquires the value of the volume V of the hydrogen tank 31 using infrared communication, and temporarily selects a temporary value corresponding to the value of the volume V from the predetermined ix j filling control maps. Select a map.
  • the value of the pressure loss coefficient k 0 is also required.
  • station ECU8 can not obtain the value of the pressure loss coefficient k 0. Therefore, the station ECU 8 determines the value of the pressure loss coefficient k 0 as described above as a value estimated to be larger than the actual value, more specifically, for example, within a range assumed in the station in use. Assuming the largest value, a filling control map corresponding to the value of the volume V of the hydrogen tank 31 is selected as a temporary map and transmitted to the pressure increase rate calculation unit 832.
  • the station ECU 8 starts the main filling under the filling control map selected as the temporary map in S2. More specifically, the target pressure increase rate ⁇ P ST is set under the temporary map selected in S2, and hydrogen gas is charged so that the target pressure increase rate ⁇ P ST is realized.
  • the detected value of the station temperature sensor cannot be used as described above until about several tens of seconds (for example, 30 seconds) elapses after the main filling is started in S3.
  • the target pressure increase rate setting unit 83 searches the filling control map based on a predetermined mass average temperature MAT from the start of filling until the time elapses, thereby filling time t final , thus determining the target step-up ratio ⁇ P ST.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a specific procedure of the pressure loss coefficient calculation process.
  • the station ECU 8 uses the station pressure sensor 73, the station temperature sensor 72, and the flow rate sensor 71, whereby the pressure P ST (i (i) in the connection pipe immediately before the hydrogen gas filling is stopped in S42 described later). ), Temperature T ST (i), and flow rate dm (i) are acquired, and the process proceeds to S42.
  • the station ECU 8 temporarily stops the filling of the hydrogen gas in order to perform a leak check for confirming whether there is a filling leak, and proceeds to S43. More specifically, the station ECU 8 temporarily stops the filling of hydrogen gas by fully closing the shut-off valve 94.
  • the filling of hydrogen gas may not be stopped completely. That is, the flow rate of hydrogen gas may be reduced to near zero.
  • the station ECU 8 obtains the pressures P ST (i), P ST (i + n), and the temperature T ST (before and after the flow rate of the hydrogen gas in the connection pipe is decreased from a flow rate larger than 0 to 0 as described above. i), and the value of the flow rate dm (i), by using the above equation (5), calculates the value of the pressure loss coefficient k 0, proceeds to S45.
  • the value of the pressure loss dP loss in the above equation (5) is changed from the pressure P ST (i + n) after stopping filling to the pressure P ST before stopping as shown in the following equation (7-1). Calculated by subtracting (i). Further, regarding the value of the gas density ⁇ in the above formula (5), the values of the pressures P ST (i), P ST (i + n) and the temperature T ST (i) are converted into a density function ⁇ which is a function of the pressure x and the temperature y. A value calculated by inputting [x, y] is used. More specifically, as shown in the following formula (7-2), use an average value of the pressure P ST (i) before the flow rate decreases and the pressure P ST (i + n) after the flow rate decreases. To calculate the value of the gas density ⁇ .
  • the station ECU 8 performs a leak check for confirming whether there is a filling leak, and then proceeds to S5 in FIG.
  • the station ECU8 from a plurality of filling control map, select the one corresponding to the value of the pressure loss coefficient k 0 calculated in S4 as the map, and proceeds to S6.
  • the station ECU 8 determines that the j filling control maps (Mk1,..., Mkj) (“k”) are any integers from 1 to i according to the value of the volume V of the hydrogen tank 31. ), The one with the largest pressure loss, that is, the filling control map Mkj is selected as a temporary map.
  • the station ECU8 is the j pieces of filling control map (Mk1, ..., Mkj) of, selecting the one corresponding to the value of the pressure loss coefficient k 0 as the map. By this. An appropriate filling control map corresponding to the pressure loss of the connecting pipe is selected.
  • the station ECU 8 resumes the main filling under the filling control map selected as the main map in S5. More specifically, the target pressure increase rate ⁇ P ST is set under the main map selected in S5, and hydrogen gas is charged so that the target pressure increase rate ⁇ P ST is realized.
  • the station ECU 8 determines whether or not the filling of the hydrogen gas is completed, that is, whether or not the hydrogen tank 31 has been fully filled. If the determination result in S7 is NO, the station ECU 8 returns to S6 and continues the main charging, and if YES, the station ECU 8 ends the hydrogen gas charging.
  • FIG. 6 is a time chart schematically showing the flow of hydrogen gas filling realized by the flowchart of FIG.
  • the solid line indicates the time change of the pressure detected by the station pressure sensor 73
  • the broken line indicates the time change of the pressure in the hydrogen tank 31
  • the alternate long and short dash line indicates the time change of the flow rate detected by the flow rate sensor 71. Show.
  • the station ECU 8 executes start-up filling (see S1 in FIG. 4) from time t0 to t1, and sets the time t0 at which this pre-shot filling is started as the filling start time tini .
  • the station ECU 8 selects a temporary map based on the value of the volume V of the hydrogen tank 31, and performs main filling under the temporary map from time t1 to time t3.
  • the pressure in the connecting pipe under the target step-up ratio [Delta] P ST set by the temporary map is increased. Since a pressure loss occurs in the connection pipe, the pressure at the detection position of the station pressure sensor 73 in the connection pipe (the portion indicated by the solid line in FIG.
  • the station ECU 8 obtains values of the pressure P ST (i), the flow rate dm (i), and the temperature T ST (i) in the connection pipe immediately before the hydrogen gas filling is temporarily stopped. Thereafter, at time t3, the filling of hydrogen gas is temporarily stopped to perform a leak check. Thereafter, at time t4, the station ECU 8 obtains the value of the pressure P ST (i + n) in the connection pipe again in response to the elapse of the measurement waiting time. Further, the station ECU 8 uses the pressures P ST (i), P ST (i + n), the temperature T ST (i), and the flow rate dm (i) acquired before and after temporarily stopping the hydrogen gas filling at the time t3. By using it, the value of the pressure loss coefficient k 0 is calculated.
  • station ECU8 selects again the filling control map as the map based on the value of the calculated pressure loss coefficient k 0 by the pressure loss coefficient calculation process between times t2 ⁇ t5, the present map Resume full filling below. Thereby, the filling control map is switched to an appropriate map according to the state of the connecting pipe at that time.
  • the hydrogen gas filling method has the following effects.
  • the pressure loss coefficient is obtained by using the detected value of the station pressure sensor 73 when the hydrogen gas flow rate in the connecting pipe decreases after the hydrogen gas filling starts under the temporary map. to calculate the value of k 0.
  • the value of the pressure loss coefficient k 0 can be accurately calculated by using the detected value of the station pressure sensor 73 when the flow rate of the hydrogen gas is reduced in this way.
  • the Hydrogen gas filling method by changing the filling control map based on the calculated value of the pressure loss coefficient k 0, to continue the filling of the hydrogen gas under the filling control map after the change.
  • the filling control map is optimized so as to reduce the waste in the filling time, the set temperature of the precooler 96, and the like. Gas can be filled under this optimized filling control map.
  • the station ECU 8 used in the hydrogen gas filling method selects a suitable filling control map from a plurality of predetermined maps M11,..., Mij, and further under the filling conditions defined by this filling control map. Then, the flow rate control valve 95 is operated to control the flow rate of hydrogen gas flowing through the connecting pipe.
  • the filling control map selected as a temporary map in the station ECU 8 is switched to a filling control map determined based on the value of the pressure loss coefficient k 0 calculated as described above. To change. In this way, the hydrogen gas filling method, switches the filling control map based on the value of the pressure loss coefficient k 0.
  • the filling time can be shortened as much as possible according to the actually generated pressure loss. Further, the set temperature of the precooler 96 can be increased.
  • the pressure loss coefficient k 0 calculates the value. Therefore, according to the hydrogen gas filling method, the value of the pressure loss coefficient k 0 can be calculated with high accuracy, and as a result, it is possible to switch to an appropriate filling control map according to the state of the connecting pipe.
  • the pressure loss coefficient calculation process (see FIG. 5) is executed by using the opportunity to temporarily stop the hydrogen gas filling in order to perform a leak check after the hydrogen gas filling is started.
  • the timing for calculating the value of the pressure loss dP loss and pressure loss coefficient k 0 is not limited thereto. If the timing for calculating the pressure loss dP loss and the pressure loss coefficient k 0 is the time to temporarily reduce the flow rate of the hydrogen gas in the connecting pipe after the filling of the hydrogen gas is started, the reason is as follows. Any time is acceptable.
  • the leak check process is not required by law.
  • the leak check process since the leak check may not be performed during the filling of hydrogen gas, the opportunity to calculate the values of the pressure loss dP loss and the pressure loss coefficient k 0 may be missed.
  • the hydrogen gas filling may be temporarily stopped in order to replace the hydrogen tank on the hydrogen station 9 side during the main filling. Therefore, in such a case, the value of the pressure loss dP loss and the pressure loss coefficient k 0 may be calculated using the time of tank replacement on the hydrogen station 9 side.
  • the values of the tank volume V, the pressure loss coefficient k 0 , the atmospheric temperature T amb , and the values of the four coefficients (a, b, c, d) are exemplified in FIG. Although the case where they are associated by a plurality of filling control maps has been described, the present invention is not limited to this.
  • the values of the tank volume V, the pressure loss coefficient k 0 , and the atmospheric temperature T amb , and the values of the four coefficients (a, b, c, d) are determined by means other than maps, more specifically, mathematical expressions and neural networks. You may link

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Abstract

水素充填システムは、水素ガスの蓄圧器と、蓄圧器と車両の水素タンクとを接続する配管と、この配管に設けられた流量制御弁、圧力センサ及び流量センサと、所定の充填条件の下で流量制御弁を操作し配管を流れる水素ガスの流量を制御するステーションＥＣＵと、を備える。ガス充填方法は、この水素充填システムによって、蓄圧器から水素タンクに水素ガスを充填する方法であって、水素ガスの充填を開始した後、配管内における水素ガスの流量が減少した際における圧力センサの検出値を用いることにより配管で生じる圧力損失と相関のある圧力損失係数の値を算出する工程と、充填条件を圧力損失係数の値に基づいて定められる条件に変更して水素ガスの充填を継続する工程と、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、水素ステーションにおい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。
　水素ガスはタンク内において圧縮によって発熱する。このため近年では、水素ガスの充填中におけるタンク内の温度上昇を抑制するため、水素ガスの流路に設けられたプレクーラによって水素ガスを例えば－４０℃程度まで冷却する技術が主流となっている。このようにプレクーラで水素ガスの温度を低下させることにより、タンク内における水素ガスの温度の上昇も抑制できるため、その分だけ速やかに水素ガスを充填することができる。
　例えば非特許文献１には、充填中における昇圧率を所定の数式に基づいて可変させながら水素ガスを充填する充填方法が示されている。非特許文献１に記載の充填方法では、昇圧率を定めるための数式を、水素ガスの流路のうちプレクーラの下流側に設けられた温度センサの検出値に質量平均処理を施すことによって得られる温度パラメータの多項式で表現するとともに、温度パラメータの各次数の係数の値を、マップに基づいて決定する（非特許文献１参照）。また非特許文献１に記載の充填方法では、このようなマップを複数準備しておき、これら複数のマップの中からタンク容量及びタンクの初期圧に応じた適切なマップを選択し、この選択されたマップによって上記複数の係数の値を決定する。
判田　圭、Ｓｔｅｖｅ　Ｍａｔｈｉｓｏｎ、ＦＣＶ用ＭＣ　ｆｏｒｍｕｌａ　水素充填方式の開発、自動車技術会　２０１５年秋季大会学術講演会講演予稿集
　ところで水素ガスの充填時には、水素ステーションの蓄圧器と車両の水素タンクとを接続する配管内を水素ガスが流れるため、少なからず圧力損失が発生し、その分タンク内における水素ガスの温度も上昇する。このため上記充填方法において昇圧率を決定するために用いられるマップは、このような圧力損失の存在を見込んで構築されている。また充填時に実際に生じる圧力損失は、ステーション側の配管の形状、車両側の配管の形状、及び配管に挿入されているダストフィルタの状態等の様々な要因によって変化する。しかしながら従来の充填方法では、水素ガスの充填時に実際に生じる圧力損失を推定していないため、上記のように昇圧率を決定する際に用いられる複数のマップは、想定される大きさのうち最も大きな圧力損失が生じる場合を想定して構築されたものが用いられる。
　このように従来の充填方法では最悪を想定した圧損設定となっているため、充填時間やプレクーラの設定温度等において無駄が生じる。すなわち、実際よりも大きく圧力損失を大きく見積もると、必要以上に充填速度を低下させてしまい、水素タンクを満充填にするまでに時間がかかる場合がある。また圧力損失として最悪を想定して構築されたマップを用いることは、圧力損失によるガスの温度上昇が最も高くなる場合を想定すること、すなわち余分な温度マージンを設定することと等価であるが、これはすなわちプレクーラの設定温度を高くできる余地があることを意味する。
　本発明は、充填時間やプレクーラの設定温度等における無駄が少なくなるように、最適化された充填条件の下でガスを充填できるガス充填方法を提供することを目的とする。
　（１）本発明に係るガス充填方法は、圧縮ガスの供給源（例えば、後述の蓄圧器９１）と、前記供給源と移動体（例えば、後述の車両Ｍ）に搭載されたタンク（例えば、後述の水素タンク３１）とを接続する配管（例えば、後述のステーション配管９３、及び車両配管３９等）と、前記配管に設けられた制御弁（例えば、後述の流量制御弁９５）、圧力センサ（例えば、後述のステーション圧力センサ７３）、及び流量センサ（例えば、後述の流量センサ７１）と、所定の充填条件の下で前記制御弁を操作し前記配管を流れるガスの流量を制御する制御装置（例えば、後述のステーションＥＣＵ８）と、を備えるガス充填システム（例えば、後述の水素充填システムＳ）によって、前記供給源から前記タンクにガスを充填する方法であって、ガスの充填を開始した後、前記配管内におけるガスの流量が減少した際における前記圧力センサの検出値を用いることにより前記配管で生じる圧力損失と相関のある圧力損失パラメータ（例えば、後述の圧力損失係数ｋ０）の値を算出する圧力損失パラメータ算出工程（例えば、後述の図４のＳ４の処理）と、前記充填条件を前記圧力損失パラメータの値に基づいて定められる条件に変更してガスの充填を継続する充填条件変更工程（例えば、後述の図４のＳ５及びＳ６の処理）と、を備えることを特徴とする。
　（２）この場合、前記制御装置は、予め定められた複数の充填制御マップ（例えば、後述の充填制御マップＭ１１，…，Ｍｉｊ）の中から選択した充填制御マップによって規定される充填条件の下で前記制御弁を操作し、前記充填条件変更工程では、前記制御装置において選択されている充填制御マップを、前記複数の充填制御マップのうち前記圧力損失パラメータの値に基づいて定められるものに切り替えることが好ましい。
　（３）この場合、前記圧力損失パラメータ算出工程では、下記式（１）に基づいて前記圧力損失パラメータの値を算出することが好ましい。下記式（１）において、“ｋ０”は前記圧力損失パラメータであり、“ｄＰｌｏｓｓ”はガスの流量が減少する前と後の前記配管内における圧力差であり、“ρ”は前記配管内におけるガスの密度であり、“ｄｍ”は前記配管内におけるガスの質量流量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　（４）この場合、前記圧力損失パラメータ算出工程では、前記配管内におけるガスの流量が０より大きな流量から０又は０付近まで減少した際における前記圧力センサの検出値を用いることにより前記圧力損失パラメータの値を算出することが好ましい。
　（１）本発明のガス充填方法では、所定の充填条件の下でガスの充填を開始した後、配管内におけるガスの流量が減少した際における圧力センサの検出値を用いることによって圧力損失パラメータの値を算出する。本発明ではこのようにガスの流量が減少した際における圧力センサの検出値を用いることにより、圧力損失パラメータの値を精度良く算出できる。また本発明のガス充填方法では、算出した圧力損失パラメータの値に基づいて充填条件を変更し、変更後の充填条件の下でガスの充填を継続する。本発明ではこのように圧力損失パラメータの値に基づいて充填条件を変更することにより、充填時間やプレクーラの設定温度等における無駄が少なくなるように充填条件を最適化し、この最適化された充填条件の下でガスを充填できる。
　（２）本発明のガス充填方法で用いる制御装置は、予め定められた複数のマップの中から適した充填制御マップを選択し、さらにこの充填制御マップによって規定される充填条件の下で制御弁を操作し、配管を流れるガスの流量を制御する。また本発明の充填条件変更工程では、制御装置において選択されている充填制御マップを、上述のように算出した圧力損失パラメータの値に基づいて定められる充填制御マップに切り替えることにより、充填条件を変更する。このように本発明では、圧力損失パラメータの値に基づいて充填制御マップを切り替える。このため制御装置に予め規定しておく複数の充填制御マップを、圧力損失パラメータの値に応じて最適化することができるので、実際に発生する圧力損失に応じて充填時間をできるだけ短くし、さらにプレクーラの設定温度を高くすることができる。
　（３）本発明のガス充填方法では、ガスの流量が減少する前後の圧力差“ｄＰｌｏｓｓ”と、配管内のガス密度“ρ”と、配管内のガスの質量流量“ｄｍ”とを用いることにより、上記式（１）で定義される圧力損失パラメータ“ｋ０”の値を算出する。したがって本発明によれば、簡易な演算で圧力損失パラメータの値を算出できる。
　（４）本発明のガス充填方法では、配管内におけるガスの流量が０より大きな流量から０又は０付近まで減少した際における圧力センサの検出値を用いることによって、圧力損失パラメータの値を算出する。したがって本発明によれば、圧力損失パラメータの値を精度良く算出でき、ひいては配管の状態に応じた適切な充填制御マップに切り替えることができる。
本発明の一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。 ステーションＥＣＵ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。 マップ選択部において充填制御マップを選択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。 圧力損失係数算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 図４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すタイムチャートである。
　以下、本発明の一実施形態について、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、圧縮した水素ガスの供給源を有する水素ステーション９と、この水素ステーション９から供給される水素ガスを受容する水素タンクを有する燃料電池車両Ｍ（以下、単に「車両Ｍ」という）と、を組み合わせて構成される。本実施形態に係る水素ガス充填方法は、水素ステーション９から車両Ｍのタンクに水素ガスを充填する方法であり、この水素充填システムＳによって実現される。以下では、始めに車両Ｍ側の構成について説明し、次に水素ステーション９側の構成について説明する。
　車両Ｍは、水素ガスを貯留するタンクと、タンクに貯留された水素ガスと空気とを燃料ガスとして発電する燃料電池システム（図示せず）を備え、この燃料電池システムで発電した電力を用いてモータを駆動することで走行する燃料電池自動車である。以下では、車両Ｍを燃料電池自動車とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。本発明は、水素ガスを貯留するタンクを備える移動体であれば、どのようなものにも適用できる。
　車両Ｍは、水素ステーション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。なお以下では、車両Ｍとして赤外線通信機５及び通信演算ＥＣＵ６を備えるものについて説明するが、本発明はこれに限らない。本発明は、赤外線通信機５及び通信演算ＥＣＵ６を備えない車両Ｍにも適用できる。
　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Ｍ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から取り外されることより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ＴＩＲ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ＰＩＲと、水素タンクの容積の現在の値に相当する容積送信値ＶＩＲと、が所定の周期毎に取得され、これら値（ＴＩＲ，ＰＩＲ，ＶＩＲ）に応じたデータ信号を生成する。温度送信値ＴＩＲ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ＰＩＲ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ＶＩＲは、上述の記憶装置に記録されたものが用いられる。
　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ＴＩＲ及び圧力送信値ＰＩＲ等）並びに固有情報（すなわち、容積送信値ＶＩＲ等）を含んだデータ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Ｍ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９４及び流量制御弁９５と、これら弁９４，９５を制御するステーションＥＣＵ８と、を備える。
　ステーションＥＣＵ８は、コンピュータであり、充填ノズル９２が車両Ｍに設けられたレセプタクル３８に接続された後、所定の充填条件の下で遮断弁９４及び流量制御弁９５を操作することにより、ステーション配管９３を流れる水素ガスの流量を制御し、蓄圧器９１に貯蔵された高圧水素ガスを車両Ｍの水素タンク３１に充填する。
　水素充填システムＳでは、充填ノズル９２をレセプタクル３８に接続すると、水素ステーション９を構成する部品であるステーション配管９３と車両Ｍを構成する部品である車両配管３９とによって一本の配管が形成され、これにより車両Ｍに搭載される水素タンク３１と蓄圧器９１とがこの配管によって接続される。
　ステーション配管９３のうち流量制御弁９５と充填ノズル９２の間には、水素ガスを冷却するプレクーラ９６が設けられる。このようなプレクーラ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ＥＣＵ８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７１，７２，７３，７４が接続されている。
　流量センサ７１は、ステーション配管９３のうち遮断弁９４と流量制御弁９５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ＥＣＵ８に送信する。
　ステーション温度センサ７２は、ステーション配管９３のうちプレクーラ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ＥＣＵ８に送信する。
　ステーション圧力センサ７３は、ステーション配管９３のうちプレクーラ９６の下流側に設けられ、ステーション配管９３内の水素ガスの圧力に対応した信号をステーションＥＣＵ８に送信する。
　大気温度センサ７４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ＥＣＵ８に送信する。なお、この大気温度センサ７４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Ｍ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。
　充填ノズル９２には、車両Ｍ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Ｍ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ＥＣＵ８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。ステーションＥＣＵ８は、車両の水素タンクの状態に応じて目標昇圧率を定めるとともにこの目標昇圧率が実現するように流量制御弁９５を操作する充填流量制御を実行する。図２には、ステーションＥＣＵ８のうち、この充填流量制御の実現に係るモジュール８１～８６のみを図示する。
　質量平均温度算出部８１は、ステーション温度センサ７２及び流量センサ７１の検出値に基づいて、プレクーラ９６を経た後の水素ガスの質量平均温度ＭＡＴを算出する。この質量平均温度ＭＡＴは、目標昇圧率設定部８３において目標昇圧率を設定するために用いられる。ところで水素ガスの充填を開始した直後は、ステーション温度センサ７２の検出値が実際にプレクーラ９６から流出するガスの温度に到達するまでに数十秒程度の時間を要する。そこで質量平均温度算出部８１では、充填を開始してから数十秒程度（より具体的には、例えば３０秒）が経過するまでの間は、ステーション温度センサ７２の検出値を用いずに予め設定された値を質量平均温度ＭＡＴとして出力する。
　圧力損失係数算出部８２は、水素ガスがステーション配管９３及び車両配管３９を流れる際に、これらステーション配管９３及び車両配管３９（以下、これらをまとめて「接続配管」ともいう）において発生する圧力損失と相関のあるパラメータである圧力損失係数ｋ０を算出する。ここで圧力損失とは、上記接続配管内を水素ガスが流れている時における接続配管の上流側の所定位置（例えばステーション圧力センサ７３の検出位置）と下流側の所定位置（例えば、水素タンク３１内）との圧力差をいう。
　次に、圧力損失係数ｋ０の定義とその算出方法について説明する。一般的なガスの流路において発生する圧力損失ｄＰｌｏｓｓは、無次元の損失係数ζと、ガス密度ρと、流速νと、を用いることによって下記式（２）に示すように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記式（２）において、流速νは、一般的な水素ステーション９では測定しない。そこでこの流速νは、流量センサ７１によって測定可能な質量流量ｄｍで書き換えると、下記式（３）によって表される。下記式（３）において、“Ａ”は流路断面積である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、本実施形態における圧力損失係数ｋ０は、上記式（２）及び（３）における損失係数ζ及び流路断面積Ａを用いて下記式（４）によって定義される。下記式（４）に示すように、この圧力損失係数ｋ０の値は、接続配管内に形成される水素ガスの流路の形状によって定まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また上記式（２）～（４）から、圧力損失係数ｋ０は、圧力損失ｄＰｌｏｓｓとガス密度ρと質量流量ｄｍとに基づいて下記式（５）によって表される。下記式（５）に示すように、圧力損失ｄＰｌｏｓｓは、圧力損失係数ｋ０が大きくなるほど大きくなる。また下記式（５）において、圧力損失ｄＰｌｏｓｓは、接続配管内における水素ガスの流量が減少した際におけるステーション圧力センサ７３の検出値を用いることによって算出可能である。また質量流量ｄｍは、流量センサ７１によって測定可能である。またガス密度ρは、水素ガスの圧力と温度の関数として表すことができるから、ステーション温度センサ７２やステーション圧力センサ７３の検出値に基づいて算出可能である。そこで圧力損失係数算出部８２は、水素ガスの充填を開始した後、接続配管内における水素ガスの流量が減少した際におけるステーション圧力センサ７３の検出値や流量センサ７１の検出値等を用いて、下記式（５）に示す演算を行うことによって、圧力損失係数ｋ０の値を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　目標昇圧率設定部８３は、質量平均温度算出部８１によって算出される質量平均温度ＭＡＴ、圧力損失係数算出部８２によって算出される圧力損失係数ｋ０、大気温度センサ７４によって検出される大気温度Ｔａｍｂ、及び水素タンク３１のタンク容積Ｖ等に基づいて、充填中の接続配管内における水素ガスの昇圧率に対する目標に相当する目標昇圧率ΔＰＳＴを設定する。より具体的には、目標昇圧率設定部８３は、マップ選択部８３１と、昇圧率算出部８３２と、を用いることによって、目標昇圧率ΔＰＳＴを設定する。
　マップ選択部８３１の記憶媒体には、複数の充填制御マップが記憶されている。充填制御マップとは、大気温度Ｔａｍｂと、目標昇圧率ΔＰＳＴを設定する際に用いられるモデル式（後述の式（６）参照）を特徴付ける複数の係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の値とを関連付けるものである。すなわち充填制御マップとは、充填流量制御における充填条件を規定するマップである。
　図３は、マップ選択部８３１において充填制御マップを選択する手順を説明するための図である。できるだけ速やかに水素タンクを満充填にするための充填条件は、接続されている水素タンクのタンク容積や、接続配管の圧力損失係数の大きさによって異なる。そこで本実施形態では、タンク容積をｉ段階（ｉは、２以上の整数）に分け、さらに圧力損失係数をｊ段階（ｊは、２以上の整数）に分け、これら容積及び圧力損失係数の組み合わせに適したｉ×ｊ枚の充填制御マップＭ１１，Ｍ１２，…，Ｍ１ｊ，Ｍ２１，Ｍ２２，…，Ｍ２ｊ，…，Ｍｉ１，Ｍｉ２，…，Ｍｉｊを予め構築しておき、これらｉ×ｊ枚の充填制御マップをマップ選択部８３１の記憶媒体に記憶させる。
　マップ選択部８３１は、水素タンク３１の容積Ｖ及び圧力損失係数ｋ０の値を取得するとともに、上記ｉ×ｊ枚の充填制御マップの中からこれら容積Ｖ及び圧力損失係数ｋ０の値に応じたものを選択し、選択した充填制御マップを昇圧率算出部８３２に送信する。ところで圧力損失係数が大きくなると、接続配管で発生する圧力損失も大きくなり、配管内における水素ガスの温度上昇も大きくなる。したがってマップ選択部８３１は、圧力損失係数算出部８２において算出される圧力損失係数ｋ０の値が大きくなるほど、圧力損失による温度上昇が抑制されるように充填速度の遅いマップを選択する。
　以上のようにマップ選択部８３１では、適切な充填制御マップを選択するためには、水素タンク３１の容積Ｖの値と圧力損失係数ｋ０の値とが必要となっている。このうち水素タンク３１の容積Ｖの値は、例えば車両Ｍの赤外線通信機５から送信される容積送信値ＶＩＲを利用することにより、充填開始直後から直ちにマップ選択部８３１において取得できる。これに対し圧力損失係数ｋ０の値は、上述のように水素ガスの充填を開始した後、接続配管を流れる水素ガスの流量が一時的に減少する期間を利用して算出される。したがってマップ選択部８３１は、充填を開始してからある程度の時間が経過した後でなければ圧力損失係数ｋ０の値を取得することができない。
　そこでマップ選択部８３１は、充填開始直後であって圧力損失係数ｋ０の値を未取得でる場合には、上述のように赤外線通信を利用して取得した水素タンク３１の容積Ｖの値と、予め定められた圧力損失係数ｋ０の値と、充填制御マップを選択する。なおこの際、マップ選択部８３１は、圧力損失係数ｋ０の値として、実際の値よりも大きめに見積もられた値、より具体的には例えば、使用中のステーションにおいて想定される範囲の中で最も大きい値を仮定して、水素タンク３１の容積Ｖの値に応じた充填制御マップを仮マップとして選択し、この仮マップの下で充填を行う。
　その後マップ選択部８３１は、圧力損失係数ｋ０の値を取得できた場合には、圧力損失係数ｋ０の値の大きさに応じた充填制御マップを本マップとして選択し、この本マップの下で充填を継続する。これにより、できるだけ速やかに水素タンク３１を満充填にできるよう、実際の圧力損失に応じた適切な充填制御マップを選択できる。
　昇圧率算出部８３２は、質量平均温度ＭＡＴと、大気温度Ｔａｍｂと、マップ選択部８３１によって選択された充填制御マップとを用い、下記式（６）に示す演算を行うことによって、所定の充填開始時刻ｔｉｎｉから所定の充填終了予定時刻までの時間に相当する充填時間ｔｆｉｎａｌを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　上記式（６）において、４つの係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の値は、それぞれ大気温度センサ７４によって検出される大気温度Ｔａｍｂに基づいて、マップ選択部８３１によって選択された充填制御マップを検索することによって算出される。また昇圧率算出部８３２は、充填開始時刻ｔｉｎｉから上記充填時間ｔｆｉｎａｌ後に水素タンク３１が満充填になるように目標昇圧率ΔＰＳＴを設定する。
　目標充填圧算出部８４は、目標昇圧率設定部８３によって設定された目標昇圧率ΔＰＳＴとステーション圧力センサ７３の検出値ＰＳＴ（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ＰＴＲＧＴを算出する。
　フィードバック制御器８５は、既知のフィードバック制御則に基づいて、充填圧ＰＳＴが目標充填圧ＰＴＲＧＴ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９５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９５の開度を調整する。これにより、目標昇圧率設定部８３によって設定された目標昇圧率ΔＰＳＴが実現されるように、水素タンク３１に水素ガスが充填される。
　充填完了判断部８６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。より具体的には、充填完了判断部８６は、ステーション圧力センサ７３によって検出される充填圧ＰＳＴが、所定の完了閾値を超えた場合には、水素タンク３１は満充填に達したと判断し、水素ガスの充填を完了させるべく、指示開度を０にする。
　次に、以上のような水素充填システムＳにおいて、水素ガスを水素タンク３１に充填する具体的な手順を説明する。
　図４は、水素充填システムＳ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９の充填ノズル９２が車両Ｍのレセプタクル３８に接続され、水素ガスの充填が可能な状態になったことに応じて開始する。
　Ｓ１では、始めにステーションＥＣＵ８は、スタートアップ充填を実行する。より具体的には、ステーション配管９３に設けられた流量制御弁９５を締め切ったまま、その上流側に設けられた遮断弁９４を開き、流量制御弁９５より上流側に設けられたステーション圧力センサ７３の検出値が所定値を示すまでステーション配管９３内を昇圧した後、遮断弁９４を閉じる。これによりステーション配管９３内のうち流量制御弁９５から遮断弁９４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９４を閉じたまま流量制御弁９５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３１内へ一気に流れ込み、水素タンク３１内とステーション配管９３内とが均一化される。またＳ１では、上記のようにスタートアップ充填を実行するとともに、このスタートアップ充填を開始した時刻を、上述の目標昇圧率設定部８３において充填時間ｔｆｉｎａｌを決定する際に必要となる充填開始時刻ｔｉｎｉとして設定するが、本発明はこれに限らない。
　Ｓ２では、ステーションＥＣＵ８は、赤外線通信を利用して水素タンク３１の容積Ｖの値を取得するとともに、予め定められたｉ×ｊ枚の充填制御マップの中からこの容積Ｖの値に応じた仮マップを選択する。上述のように適切なマップを選択するためには、容積Ｖの値に加えて圧力損失係数ｋ０の値も必要となる。しかしながらこの時点では、ステーションＥＣＵ８は、圧力損失係数ｋ０の値を取得できない。そこでステーションＥＣＵ８は、上述のように圧力損失係数ｋ０の値として、実際の値よりも大きめに見積もられた値、より具体的には例えば、使用中のステーションにおいて想定される範囲の中で最も大きい値を仮定するとともに、水素タンク３１の容積Ｖの値に応じた充填制御マップを仮マップとして選択し、昇圧率算出部８３２に送信する。
　Ｓ３では、ステーションＥＣＵ８は、Ｓ２において仮マップとして選択した充填制御マップの下で本充填を開始する。より具体的には、Ｓ２で選択した仮マップの下で目標昇圧率ΔＰＳＴを設定するとともに、この目標昇圧率ΔＰＳＴが実現するように水素ガスを充填する。なおＳ３において本充填を開始してから数十秒程度（例えば、３０秒）が経過するまでの間は、上記のようにステーション温度センサの検出値を用いることができない。このため、充填を開始してから上記時間が経過するまでの間、目標昇圧率設定部８３は、予め定められた質量平均温度ＭＡＴに基づいて充填制御マップを検索することによって充填時間ｔｆｉｎａｌ、ひいては目標昇圧率ΔＰＳＴを決定する。
　Ｓ４では、ステーションＥＣＵ８は、圧力損失係数ｋ０の値を算出する圧力損失係数算出処理を実行した後、Ｓ５に移る。
　図５は、圧力損失係数算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
　始めにＳ４１では、ステーションＥＣＵ８は、ステーション圧力センサ７３、ステーション温度センサ７２、及び流量センサ７１を用いることにより、後述のＳ４２において水素ガスの充填を停止する直前の接続配管内における圧力ＰＳＴ（ｉ）、温度ＴＳＴ（ｉ）、及び流量ｄｍ（ｉ）の値を取得し、Ｓ４２に移る。
　Ｓ４２では、ステーションＥＣＵ８は、充填漏れの有無を確認するリークチェックを行うため、水素ガスの充填を一時的に停止し、Ｓ４３に移る。より具体的には、ステーションＥＣＵ８は、遮断弁９４を全閉にすることによって、水素ガスの充填を一時的に停止する。なお以下では、圧力損失係数ｋ０の値を算出する際には、水素ガスの充填を一時的に停止する場合、すなわち接続配管内における水素ガスの流量を０まで減少させる場合について説明するが、本発明はこれに限らない。このＳ４２では、水素ガスの充填を完全に停止させずにしてもよい。すなわち、水素ガスの流量を０付近まで減少させるようにしてもよい。
　Ｓ４３では、ステーションＥＣＵ８は、Ｓ４２において水素ガスの充填を停止してから所定の測定待ち時間（例えば、３秒程度）が経過した後、ステーションＥＣＵ８は、ステーション圧力センサ７３、ステーション温度センサ７２、及び流量センサ７１を用いることにより、充填停止から所定の待ち時間経過後の接続配管内における圧力ＰＳＴ（ｉ＋ｎ）の値を取得し、Ｓ４４に移る。
　Ｓ４４では、ステーションＥＣＵ８は、上述のように接続配管内における水素ガスの流量が０より大きな流量から０まで減少させる前後において取得した圧力ＰＳＴ（ｉ），ＰＳＴ（ｉ＋ｎ）、温度ＴＳＴ（ｉ）、及び流量ｄｍ（ｉ）の値と、上記式（５）とを用いることによって、圧力損失係数ｋ０の値を算出し、Ｓ４５に移る。
　より具体的には、上記式（５）における圧力損失ｄＰｌｏｓｓの値については、下記式（７－１）に示すように、充填停止後の圧力ＰＳＴ（ｉ＋ｎ）から停止前の圧力ＰＳＴ（ｉ）を減算することによって算出する。また上記式（５）におけるガス密度ρの値については、圧力ＰＳＴ（ｉ），ＰＳＴ（ｉ＋ｎ）及び温度ＴＳＴ（ｉ）の値を、圧力ｘ、温度ｙの関数である密度関数ρ［ｘ，ｙ］に入力することによって算出される値が用いられる。より具体的には、下記式（７－２）に示すように、流量が減少する前の圧力ＰＳＴ（ｉ）と流量が減少した後の圧力ＰＳＴ（ｉ＋ｎ）との平均値を用いることによってガス密度ρの値を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　Ｓ４５では、ステーションＥＣＵ８は、充填漏れの有無を確認するリークチェックを実行した後、図４のＳ５に移る。
　図４に戻り、Ｓ５では、ステーションＥＣＵ８は、複数の充填制御マップの中から、Ｓ４で算出した圧力損失係数ｋ０の値に応じたものを本マップとして選択し、Ｓ６に移る。上述のようにＳ２では、ステーションＥＣＵ８は、水素タンク３１の容積Ｖの値に応じたｊ枚の充填制御マップ（Ｍｋ１，…，Ｍｋｊ）（“ｋ”は、１からｉまでの何れかの整数）のうち、圧力損失が最大となるもの、すなわち充填制御マップＭｋｊを仮マップとして選択する。そこでＳ５では、ステーションＥＣＵ８は、上記ｊ枚の充填制御マップ（Ｍｋ１，…，Ｍｋｊ）のうち、圧力損失係数ｋ０の値に応じたものを本マップとして選択する。これにより。接続配管の圧力損失に応じた適切な充填制御マップが選択される。
　Ｓ６では、ステーションＥＣＵ８は、Ｓ５において本マップとして選択した充填制御マップの下で本充填を再開する。より具体的には、Ｓ５で選択した本マップの下で目標昇圧率ΔＰＳＴを設定するとともに、この目標昇圧率ΔＰＳＴが実現するように水素ガスを充填する。
　Ｓ７では、ステーションＥＣＵ８は、水素ガスの充填が完了したか否か、すなわち水素タンク３１は満充填に達したか否かを判定する。ステーションＥＣＵ８は、Ｓ７における判定結果がＮＯである場合にはＳ６に戻り本充填を継続し、ＹＥＳである場合には水素ガスの充填を終了する。
　図６は、図４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すタイムチャートである。図６において、実線はステーション圧力センサ７３によって検出される圧力の時間変化を示し、破線は水素タンク３１内の圧力の時間変化を示し、一点鎖線は流量センサ７１によって検出される流量の時間変化を示す。
　始めにステーションＥＣＵ８は、時刻ｔ０～ｔ１においてスタートアップ充填（図４のＳ１参照）を実行するとともに、このプレショット充填を開始した時刻ｔ０を充填開始時刻ｔｉｎｉとして設定する。また時刻ｔ１では、ステーションＥＣＵ８は、水素タンク３１の容積Ｖの値に基づいて仮マップを選択し、この時刻ｔ１～ｔ３までの間において仮マップの下で本充填を行う。これにより、仮マップによって設定される目標昇圧率ΔＰＳＴの下で接続配管における圧力が上昇する。なお接続配管内では圧力損失が発生することから、時刻ｔ１からｔ３まで水素ガスが流れている間、接続配管のうちステーション圧力センサ７３の検出位置における圧力（図６において実線で示す部分）は、これより下流側の水素タンク内における圧力（図６において破線で示す部分）よりも高い。なお以下では、プレショット充填を開始した時刻ｔ０を充填開始時刻ｔｉｎｉとする場合について説明するが、本発明はこれに限らない。スタートアップ充填が終わった後、仮マップの下で本充填を開始する時刻ｔ１を充填開始時刻ｔｉｎｉとして設定してもよい。
　その後ステーションＥＣＵ８は、時刻ｔ２において、水素ガスの充填を一時的に停止する直前の接続配管内における圧力ＰＳＴ（ｉ）、流量ｄｍ（ｉ）、及び温度ＴＳＴ（ｉ）の値を取得した後、時刻ｔ３において、リークチェックを実行するために水素ガスの充填を一時的に停止する。その後時刻ｔ４では、ステーションＥＣＵ８は、測定待ち時間が経過したことに応じて再び接続配管内における圧力ＰＳＴ（ｉ＋ｎ）の値を取得する。またステーションＥＣＵ８は、時刻ｔ３において水素ガスの充填を一時的に停止する前後において取得された圧力ＰＳＴ（ｉ），ＰＳＴ（ｉ＋ｎ）、温度ＴＳＴ（ｉ）、及び流量ｄｍ（ｉ）を用いることによって、圧力損失係数ｋ０の値を算出する。
　その後時刻ｔ５では、ステーションＥＣＵ８は、時刻ｔ２～ｔ５の間の圧力損失係数算出処理によって算出された圧力損失係数ｋ０の値に基づいて充填制御マップを本マップとして再度選択し、この本マップの下で本充填を再開する。これにより、充填制御マップが、その時の接続配管の状態に応じた適切なマップに切り替えられる。
　本実施形態に係る水素ガス充填方法によれば、以下の効果を奏する。
　（１）水素ガス充填方法では、仮マップの下で水素ガスの充填を開始した後、接続配管内における水素ガスの流量が減少した際におけるステーション圧力センサ７３の検出値を用いることによって圧力損失係数ｋ０の値を算出する。水素ガス充填方法ではこのように水素ガスの流量が減少した際におけるステーション圧力センサ７３の検出値を用いることにより、圧力損失係数ｋ０の値を精度良く算出できる。また水素ガス充填方法では、算出した圧力損失係数ｋ０の値に基づいて充填制御マップを変更し、変更後の充填制御マップの下で水素ガスの充填を継続する。水素ガス充填方法ではこのように圧力損失係数ｋ０の値に基づいて充填制御マップを変更することにより、充填時間やプレクーラ９６の設定温度等における無駄が少なくなるように充填制御マップを最適化し、この最適化された充填制御マップの下でガスを充填できる。
　（２）水素ガス充填方法で用いるステーションＥＣＵ８は、予め定められた複数のマップＭ１１，…，Ｍｉｊの中から適した充填制御マップを選択し、さらにこの充填制御マップによって規定される充填条件の下で流量制御弁９５を操作し、接続配管を流れる水素ガスの流量を制御する。また水素ガス充填方法では、ステーションＥＣＵ８において仮マップとして選択されている充填制御マップを、上述のように算出した圧力損失係数ｋ０の値に基づいて定められる充填制御マップに切り替えることにより、充填条件を変更する。このように水素ガス充填方法では、圧力損失係数ｋ０の値に基づいて充填制御マップを切り替える。このためステーションＥＣＵ８に予め規定しておく複数の充填制御マップを、圧力損失係数ｋ０の値に応じて最適化することができるので、実際に発生する圧力損失に応じて充填時間をできるだけ短くし、さらにプレクーラ９６の設定温度を高くすることができる。
　（３）水素ガス充填方法では、水素ガスの流量が減少する前後の圧力差ｄＰｌｏｓｓと、配管内のガス密度ρと、接続配管内のガスの質量流量ｄｍとを用いることにより、上記式（５）で定義される圧力損失係数ｋ０の値を算出する。したがって水素ガス充填方法によれば、簡易な演算で圧力損失係数ｋ０の値を算出できる。
　（４）水素ガス充填方法では、接続配管内における水素ガスの流量が０より大きな流量から０又は０付近まで減少した際におけるステーション圧力センサ７３の検出値を用いることによって、圧力損失係数ｋ０の値を算出する。したがって水素ガス充填方法によれば、圧力損失係数ｋ０の値を精度良く算出でき、ひいては接続配管の状態に応じた適切な充填制御マップに切り替えることができる。
　以上、本発明の一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。
　例えば上記実施形態では、水素ガスの充填を開始した後、リークチェックを実行するために水素ガスの充填を一時的に停止する機会を利用して圧力損失係数算出処理（図５参照）を実行し、圧力損失ｄＰｌｏｓｓや圧力損失係数ｋ０の値を算出する場合について説明したが、圧力損失ｄＰｌｏｓｓや圧力損失係数ｋ０の値を算出するタイミングはこれに限らない。これら圧力損失ｄＰｌｏｓｓや圧力損失係数ｋ０の値を算出するタイミングは、水素ガスの充填を開始した後において、接続配管内における水素ガスの流量を一時的に減少させる時期であれば、理由を問わずどのような時期であってもよい。
　例えば、上記リークチェック処理は、法規によって義務付けられていない国も存在する。このような国では、水素ガスの充填中にリークチェックが行われない場合もあることから、圧力損失ｄＰｌｏｓｓや圧力損失係数ｋ０の値を算出する機会を逸してしまう場合がある。しかしながらリークチェック処理が義務付けられていない場合であっても、例えば、本充填中に水素ステーション９側の水素タンクを交換するために、一時的に水素ガスの充填を停止する場合がある。したがってこのような場合には、水素ステーション９側のタンク交換の実行時を利用して圧力損失ｄＰｌｏｓｓや圧力損失係数ｋ０の値を算出してもよい。
　また例えば上記実施形態では、タンク容積Ｖ、圧力損失係数ｋ０、及び大気温度Ｔａｍｂの値と、４つの係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の値とを、図３に例示するような複数の充填制御マップによって関連付けた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。タンク容積Ｖ、圧力損失係数ｋ０、及び大気温度Ｔａｍｂの値と、４つの係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の値とは、マップ以外の手段、より具体的には、数式やニューラルネットワーク等を利用して関連付けてもよい。
　Ｓ…水素充填システム
　Ｍ…車両（移動体）
　３１…水素タンク（タンク）
　７１…流量センサ
　７２…ステーション温度センサ
　７３…ステーション圧力センサ（圧力センサ）
　７４…大気温度センサ
　８…ステーションＥＣＵ
　８３…目標昇圧率設定部
　８３１…マップ選択部
　８３２…昇圧率算出部
　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）
　９４…遮断弁
　９５…流量制御弁（制御弁）
　９６…プレクーラ

Claims (4)

  1. 　圧縮ガスの供給源と、
    　前記供給源と移動体に搭載されたタンクとを接続する配管と、
    　前記配管に設けられた制御弁、圧力センサ、及び流量センサと、
    　所定の充填条件の下で前記制御弁を操作し前記配管を流れるガスの流量を制御する制御装置と、を備えるガス充填システムによって、前記供給源から前記タンクにガスを充填するガス充填方法であって、
    　ガスの充填を開始した後、前記配管内におけるガスの流量が減少した際における前記圧力センサの検出値を用いることにより前記配管で生じる圧力損失と相関のある圧力損失パラメータの値を算出する圧力損失パラメータ算出工程と、
    　前記充填条件を前記圧力損失パラメータの値に基づいて定められる条件に変更してガスの充填を継続する充填条件変更工程と、を備えることを特徴とするガス充填方法。
  2. 　前記制御装置は、予め定められた複数の充填制御マップの中から選択した充填制御マップによって規定される充填条件の下で前記制御弁を操作し、
    　前記充填条件変更工程では、前記制御装置において選択されている充填制御マップを、前記複数の充填制御マップのうち前記圧力損失パラメータの値に基づいて定められるものに切り替えることを特徴とする請求項１に記載のガス充填方法。
  3. 　前記圧力損失パラメータ算出工程では、下記式（１）に基づいて前記圧力損失パラメータの値を算出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。
    　下記式（１）において、“ｋ０”は前記圧力損失パラメータであり、“ｄＰｌｏｓｓ”はガスの流量が減少する前と後の前記配管内における圧力差であり、“ρ”は前記配管内におけるガスの密度であり、“ｄｍ”は前記配管内におけるガスの質量流量である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  4. 　前記圧力損失パラメータ算出工程では、前記配管内におけるガスの流量が０より大きな流量から０又は０付近まで減少した際における前記圧力センサの検出値を用いることにより前記圧力損失パラメータの値を算出することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のガス充填方法。

     
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