CN109812695A - 气体填充方法 - Google Patents

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Abstract

提供能抑制刚开始填充后的罐过热的气体填充方法，将氢供给站的蓄压器与车辆的氢罐通过气体流路连接。在时刻t2后的正式填充控制中，基于设于气体流路中的测定位置Q1的第一供给站温度传感器的检测值算出测定位置Q1处的温度参数的传感器基础值(MAT)，基于该传感器基础值(MAT)进行填充控制。在时刻t0～t2期间的初始填充控制中，基于环境温度的值、质量流量的值、设于测定位置Q2的第二供给站温度传感器的检测值、从测定位置Q1到测定位置Q2为止的期间的热容量算出从时刻t1到时刻t2为止持续进行氢气的填充的情况下的时刻t2的温度参数的预测值(MAT_pred)，基于该预测值(MAT_pred)进行填充控制。

Description

气体填充方法
技术领域
本发明涉及气体填充方法。更详细而言，涉及将气体的供给源与移动体的罐用设置有冷却装置的气体流路进行连接、并将由冷却装置冷却后的气体向罐填充的气体填充方法。
背景技术
燃料电池车辆通过将含氧的空气和作为燃料气体的氢气向燃料电池供给、并利用由此发电得到的电力驱动电动机来进行行驶。近年来，将这样的燃料电池作为用于产生动力的能量源来利用的燃料电池车辆的实用化不断进展。为了用燃料电池进行发电而需要氢气，在近年来的燃料电池车辆中，在高压罐、具备吸藏合金的氢罐内预先贮藏足够量的氢气、并在行驶中利用罐内的氢气的技术成为主流。另外，与此相配合，关于向罐内迅速填充尽量多的量的氢气的填充技术的研究也正在盛行。
氢气在罐内因压缩而发热。因此，近年来，为了抑制氢气的填充中的罐内的温度上升，利用设置于氢气的流路的预冷器将氢气冷却至-40℃左右的技术成为主流。
例如，在非专利文献1中，示出一种一边使填充中的升压率基于规定的数学式而可变一边填充氢气的填充方法。在非专利文献1所记载的填充方法中，基于通过对在氢气的流路中的预冷器的下游侧设置的温度传感器的检测值实施质量平均处理而得到的温度参数来使升压率可变。
图11是示出在刚开始填充之后由温度传感器检测出的温度的时间变化的图。如图11所示，温度传感器在填充的开始时间点示出外部气体温度，在之后经过几十秒程度的时间而下降至由预冷器冷却的冷却温度后，示出大致一定的温度。若在这样地从开始填充起到经过几十秒为止的期间，直接使用温度传感器的检测值来算出温度参数的值并决定升压率，则填充会费时间。
于是，在非专利文献1的填充方法中，在从开始填充起到经过几十秒(具体而言，例如为30秒)为止的期间，用于决定升压率的温度参数的值不使用温度传感器的检测值来决定，而是利用了预先设定的固定值。在此，固定值使用了认为在填充中最终达到的值。另外，在从开始填充起经过几十秒而成为了能够使用温度传感器的检测值的状态之后，将温度参数的值从固定值切换为基于温度传感器的检测值而算出的值并继续填充。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：判田圭、Steve Mathison、FCV用MC formula氢填充方式的开发、自动车技术会2015年秋季大会学术演讲会演讲初稿集
发明要解决的课题
如非专利文献1的填充方法所示，在从开始填充起到经过几十秒为止的期间，通过温度参数使用固定值，能够提高刚开始填充之后的填充速度。然而，在预冷器存在不良情形的情况下，也有时无法利用预冷器使氢气的温度充分下降。在这样的情况下，如图12所示，在时刻t0下开始填充之后，在与在时刻t1下成为了能够使用温度传感器的检测值的状态相应地，将用于填充控制的温度参数的值在该时刻t1下从固定值切换为基于温度传感器的检测值而直接算出的值时会产生大的差距，作为结果，有可能氢罐超出设想地过热。
另外，在非专利文献1的填充方法中，使用在设置于预冷器与嘴之间的分离式连接器的附近设置的温度传感器来算出温度参数的值。然而，由预冷器冷却后的氢气的温度在之后经由软管到达车辆的氢罐为止的过程中因外部气体而上升。因此，为了根据向氢罐供给的氢气的实际的温度来适当地决定升压率，温度传感器优选设置于尽量靠近车辆的位置、换言之从预冷器尽量离开的位置(即，比分离式连接器靠近嘴的位置)。然而，当将温度传感器设置于远离预冷器的位置时，在刚开始氢气的填充之后到由温度传感器检测出的温度充分下降为止所花的时间会变长，而有可能如上述那样利用固定值的期间变长。因此，在如上述那样在错误的固定值下进行了填充的情况下，氢罐有可能进一步过热。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够抑制刚开始填充之后的罐的过热的气体填充方法。
用于解决课题的方案
(1)本发明的气体填充方法是将气体的供给源(例如后述的蓄压器91)与移动体(例如后述的燃料电池车辆V)的罐(例如后述的氢罐31)通过设置有冷却装置(例如后述的预冷器96)及流量调整装置(例如后述的流量控制阀84)的气体流路(例如后述的供给站配管81、外部软管82及接头部83)进行连接并基于所述气体流路的第一规定位置(例如后述的测定位置Q1、Q1′)处的温度参数进行填充控制的方法，其特征在于，所述气体填充方法包括：取得环境温度、在所述气体流路流动的气体的质量流量、以及所述气体流路中的比所述第一规定位置靠上游侧的第二规定位置(例如后述的测定位置Q2、Q2′)处的气体的温度或与气体具有相关的温度的值的工序(例如后述的图5的S24、图6的S34、图8的S45、S49等)；以及基于从所述第一规定位置到所述第二规定位置为止的热容量、所述环境温度的取得值、所述质量流量的取得值、以及所述温度的取得值，来预测从当前起到预测时间后为止持续进行气体的填充的情况下的所述预测时间后的所述温度参数的值的工序(例如后述的图5的S25、图6的S36、图8的S46、S50等)，所述气体填充方法基于所述温度参数的预测值进行填充控制。
(2)在该情况下，优选的是，气体填充方法还包括：在经过所述预测时间之后，基于设置于所述第一规定位置的第一气体温度传感器(例如后述的第一供给站温度传感器89、89A)的检测值和所述质量流量的取得值算出所述温度参数的值的工序(例如后述的图3的S11)，在经过所述预测时间之前基于所述温度参数的预测值进行填充控制，在经过所述预测时间之后基于所述温度参数的算出值进行填充控制，所述预测时间根据所述质量流量的取得值而变更。
(3)在该情况下，优选的是，在所述质量流量的取得值比规定值小的情况下，与所述质量流量的取得值比所述规定值大的情况相比加长所述预测时间。
(4)本发明的气体填充方法是将气体的供给源(例如后述的蓄压器91)与移动体(例如后述的燃料电池车辆V)的罐(例如后述的氢罐31)通过设置有冷却装置(例如后述的预冷器96)及流量调整装置(例如后述的流量控制阀84)的气体流路(例如后述的供给站配管81、外部软管82及接头部83)进行连接并基于所述气体流路的第一规定位置(例如后述的测定位置Q1、Q1′)处的温度参数进行填充控制的方法，其特征在于，所述气体填充方法包括：第一工序(例如后述的图8的S45)，取得环境温度、在所述气体流路流动的气体的质量流量、以及所述气体流路中的比所述第一规定位置靠上游侧的第二规定位置(例如后述的测定位置Q2、Q2′)处的气体的温度或与气体具有相关的温度的值；第二工序(例如后述的图8的S46)，基于从所述第一规定位置到所述第二规定位置为止的热容量、所述环境温度的取得值、所述质量流量的取得值、以及所述温度的取得值，预测从当前起到将来的预测时刻为止持续进行气体的填充的情况下的所述预测时刻下的所述温度参数的值；以及第三工序(例如后述的图8的S47)，从当前起在规定时间内基于所述温度参数的预测值进行填充控制，在直至所述预测时刻为止的期间将所述第一工序～第三工序反复执行两次以上。
(5)在该情况下，优选的是，所述气体流路具备：从所述供给源延伸的第一配管(例如后述的供给站配管81)、从与所述移动体的插座(例如后述的插座38)连接的嘴部(例如后述的填充嘴92)延伸的第二配管(例如后述的外部软管82)、以及将所述第一配管与所述第二配管连接的接头部(例如后述的接头部83)，在所述第一配管设置有所述冷却装置，所述第一规定位置设定于所述嘴部或该嘴部与所述接头部之间(例如后述的测定位置Q1)，所述第二规定位置设定于所述接头部、所述冷却装置、或者所述接头部与所述冷却装置之间(例如后述的测定位置Q2)。
(6)在该情况下，优选的是，所述气体流路具备：从所述供给源延伸的第一配管(例如后述的供给站配管81)、从与所述移动体的插座(例如后述的插座38)连接的嘴部(例如后述的填充嘴92)延伸的第二配管(例如后述的外部软管82)、以及将所述第一配管与所述第二配管连接的接头部(例如后述的接头部83)，在所述第一配管设置有所述冷却装置，所述第一规定位置设定于所述接头部或该接头部与所述冷却装置之间(例如后述的测定位置Q1′)，所述第二规定位置设定于所述冷却装置或所述第一规定位置与所述冷却装置之间(例如后述的测定位置Q2′)。
发明效果
(1)在本发明的气体填充方法中，基于在气体流路的第一规定位置处定义的温度参数进行填充控制。尤其是在本发明中，取得环境温度、质量流量、以及比上述第一规定位置靠上游侧的第二规定位置处的气体的温度或与气体具有相关的温度的值，基于从第一规定位置到第二规定位置为止的热容量、环境温度取得值、质量流量取得值、以及气体温度取得值，预测从当前起到预测时间后为止持续进行气体的填充的情况下的预测时间后的温度参数的值，进而基于该温度参数预测值进行填充控制。由此，例如即使在刚开始填充之后且从当前起到预测时间后为止的期间、无法使用在与第二规定位置相比距冷却装置的距离远的第一规定位置设置的第一气体温度传感器直接算出温度参数的值的情况下，也能够算出从当前起到预测时间后的温度参数的预测值，并基于该预测值进行填充控制。因此，例如，即使是在预测时间后与成为了能够使用第一气体温度传感器直接算出温度参数的值的状态相应地，将用于填充控制的温度参数的值从上述那样的预测值切换为基于第一气体温度传感器的检测值而直接算出的值的情况下，也能够减小上述两个值的差距，所以能够抑制刚开始填充之后的罐的不必要的过热。
(2)在本发明的气体填充方法中，在经过预测时间之前进行基于根据第二规定位置处的气体温度而算出的温度参数的预测值的填充控制，在经过预测时间之后，切换为基于根据设置于第一规定位置的第一气体温度传感器的检测值的温度参数的算出值的填充控制。在此，在本发明的气体填充方法中，通过根据质量流量的取得值来变更预测时间，能够根据实际的填充的状态来决定切换填充控制的时机。
(3)当气体的质量流量变少时配管的热质量(heat mass)的影响会变大，所以气体的温度变得难以下降，认为罐的过热的风险会上升。于是，在本发明的气体填充方法中，在质量流量的取得值比规定值小的情况下，与取得值比规定值大的情况相比，判断为罐容易过热，而加长预测时间，即延迟切换填充控制的时机。由此，能够在与实际的填充的状态相应的适当的时机切换填充控制。
(4)在本发明的气体填充方法中，在直至预测时刻为止的期间将第一工序、第二工序及第三工序反复执行两次以上，所述第一工序为取得环境温度、质量流量及第二规定位置处的气体温度的值的工序，所述第二工序为基于热容量、环境温度取得值、质量流量取得值及气体温度取得值，预测从当前起到将来的上述预测时刻为止持续进行气体的填充的情况下的预测时刻下的温度参数的值的工序，所述第三工序为基于该温度参数预测值进行填充控制的工序。通过这样地在达到预测时刻为止的期间多次设置预测温度参数的值的机会，能够使温度参数的预测值阶段性地接近适当的值、即基于第一气体温度传感器的检测值而直接算出的值，所以能够进一步抑制刚开始填充后的罐的过热。
(5)如上述(2)的发明那样，在经过预测时间之后，有时使用基于设置于第一规定位置的第一气体温度传感器的检测值而算出的温度参数的值进行填充控制。在本发明的气体填充方法中，将用于温度参数的定义的第一规定位置设定于气体流路中的离移动体最近的嘴部或嘴部与接头部之间。因此，根据本发明，在经过预测时间之后，能够基于使用设置于嘴部或嘴部与接头部之间的第一气体温度传感器的检测值而算出的温度参数的值，在与向罐供给的气体的实际的温度相应的温度参数下进行填充控制。
(6)在本发明的气体填充方法中，将用于温度参数的定义的第一规定位置设在气体流路中的接头部或接头部与冷却装置之间。以往流通着的供给站多在接头部或接头部与冷却装置之间设置有气体温度传感器。因此，通过在这样的位置设定第一规定位置，从而只是对以往存在的供给站施加小的设备变更就能够适用本发明。
附图说明
图1是示出适用本发明的第一实施方式的气体填充方法的氢填充***的构成的图。
图2是示出气体填充方法的具体的步骤的流程图。
图3是示出正式填充控制的具体的步骤的流程图。
图4是示出刚开始填充之后的温度参数的变化的图。
图5是示出初始填充控制的具体的步骤的流程图。
图6是示出本发明的第二实施方式的初始填充控制的具体的步骤的流程图。
图7是决定切换时间的映射的一例。
图8是示出本发明的第三实施方式的初始填充控制的具体的步骤的流程图。
图9是示出刚开始填充之后的温度参数的变化的图。
图10是示出适用本发明的第四实施方式的气体填充方法的氢填充***的构成的图。
图11是示出在刚开始填充之后由温度传感器检测出的温度的时间变化的图。
图12是示出刚开始填充之后的温度参数的变化的图。
附图标记说明：
S、SA…氢填充***
V…燃料电池车辆(移动体)
31…氢罐(罐)
9、9A…氢供给站
81…供给站配管(气体流路、第一配管)
82…外部软管(气体流路、第二配管)
83…接头部(气体流路、接头部)
84…流量控制阀(流量调整装置)
85…质量流量计(MFM)
86、86A…第二供给站温度传感器
89、89A…第一供给站温度传感器
91…蓄压器(供给源)
92…填充嘴(嘴部)
96…预冷器(冷却装置)
Q1、Q1′…测定位置(第一规定位置)
Q2、Q2′…测定位置(第二规定位置)。
具体实施方式
<第一实施方式>
以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是示出适用本实施方式的气体填充方法的氢填充***S的构成的图。氢填充***S通过将以氢气作为燃料气体进行行驶的燃料电池车辆V和向该车辆V的氢罐供给氢气的氢供给站9组合而构成。以下，首先对车辆V侧的构成进行说明，接着对氢供给站9侧的构成进行说明。
车辆V具备将从氢供给站9供给的氢气贮藏的氢罐31、从该氢罐31延伸的车辆配管39、利用贮藏于氢罐31的氢气进行发电并利用发电得到的电力进行行驶的燃料电池***(未图示)、将与氢罐31有关的数据信号向氢供给站9发送的红外线通信机5、以及生成从该红外线通信机5发送的数据信号的通信运算ECU6。
车辆配管39具备供氢供给站9的后述的填充嘴92嵌合的插座38、以及设置在车辆配管39中的插座38的附近并用于防止氢气从氢罐31侧向插座38逆流的止回阀36。
在通信运算ECU6连接有罐内温度传感器41和罐内压力传感器42来作为取得与上述的氢罐31有关的信息的单元。罐内温度传感器41检测氢罐31内的氢气的温度，并将与检测值对应的信号向通信运算ECU6发送。罐内压力传感器42检测氢罐31内的压力，并将与检测值对应的信号向通信运算ECU6发送。
通信运算ECU6是由对上述传感器41、42的检测信号进行A/D变换的接口、执行后述的信号生成处理的CPU、以在上述处理下决定了的形态驱动红外线通信机5的驱动电路、存储各种数据的存储装置等构成的微型计算机。
在通信运算ECU6的存储装置记录有与后述的数据信号生成处理的执行有关的程序、包含在车辆V被制造出的时间点下所搭载的氢罐31的容积值的固有信息。需要说明的是，除了氢罐的容积值以外，例如，从容积值通过已知的变换规则导出的容量、氢罐的材质等在制造时间点下能够确定的与氢罐31有关的信息也包含于上述固有信息。
通信运算ECU6的CPU例如以保护插座34的燃料盖被打开为契机而开始生成从通信机5向氢供给站9发送的信号的信号生成处理。另外，通信运算ECU6的CPU例如以因上述燃料盖被关闭而氢气的填充成为了不可能的状态为契机而结束信号生成处理。
在信号生成处理中，按每个规定的周期取得与氢罐内的温度的当前的值相当的温度发送值TIR、与氢罐内的压力的当前的值相当的压力发送值PIR、以及与氢罐的容积的当前的值相当的容积发送值VIR，并生成与这些值(TIR、PIR、VIR)相应的数据信号。温度发送值TIR使用当时的罐内温度传感器41的检测值。压力发送值PIR使用当时的罐内压力传感器42的检测值。另外，容积发送值VIR使用记录于上述的存储装置的数据。
另外，在信号生成处理中，对如上述那样按周期取得的温度发送值TIR及压力发送值PIR与针对各发送值预先设定的中止阈值进行比较，在填充中这些发送值中的任一方超过了中止阈值的情况下，生成用于对氢供给站9要求填充的结束的中止信号。
通信运算ECU6的驱动电路根据利用上述信号生成处理生成了的数据信号及中止信号来使红外线通信机5驱动(闪烁)。由此，包括与氢罐内的状态有关的状态信息(即温度发送值TIR及压力发送值PIR等)及固有信息(即容积发送值VIR等)的数据信号、中止信号被向氢供给站9发送。
氢供给站9具备将用于向车辆V供给的氢气以高压贮藏的蓄压器91、从蓄压器91延伸的供给站配管81、从填充嘴92延伸的外部软管82、将这些供给站配管81与外部软管82连接而形成一体的流路的接头部83、设置于供给站配管81的预冷器96及流量控制阀84、以及控制该流量控制阀84的供给站ECU95。
供给站ECU95执行如下的填充控制：在填充嘴92与设置于车辆V的插座38连接之后，按照之后参照图2～图5进行说明的步骤来调整流量控制阀84的开度，由此将贮藏于蓄压器91的高压氢气向车辆V的氢罐31填充。
接头部83为所谓的分离式连接器。即，接头部83是具备在外部软管82产生了强的张力的情况下，一边防止氢气从蓄压器91侧漏出一边对外部软管82与供给站配管81的连接进行切离的功能的连接器。
预冷器96设置于供给站配管81中的比流量控制阀84靠接头部83侧的位置。预冷器96具备促进在未图示的制冷剂与在供给站配管81中流动的氢气之间的热交换的热交换器，利用该热交换器将经由流量控制阀84而被减压了的氢气冷却至规定的冷却温度(例如约-40℃)。
在供给站ECU95连接有各种传感器85、86、87、88、89，以便掌握在供给站配管81中流动的氢气的状态。
质量流量计85设置在供给站配管81中的蓄压器91与预冷器96之间，将与在供给站配管81中流动的氢气的每单位时间的质量即质量流量对应的信号向供给站ECU95发送。填充中的氢气的质量流量的值基于该质量流量计85的检测值而在供给站ECU95中取得。
第一供给站温度传感器89设置于作为供给站配管81中的最靠近车辆的部分的填充嘴92，将与该填充嘴92中的氢气的温度对应的信号向供给站ECU95发送。需要说明的是，在本实施方式中，将填充嘴92的位置且设置有第一供给站温度传感器89的位置定义为测定位置Q1。该测定位置Q1处的气体温度的值基于该第一供给站温度传感器89的检测值而在供给站ECU95中取得。
第二供给站温度传感器86设置于在供给站配管81中的比上述测定位置Q1靠上游侧处设定的测定位置Q2。更具体而言，第二供给站温度传感器86设置于在供给站配管81中的接头部83与预冷器96之间设定的测定位置Q2，将与该测定位置Q2处的氢气的温度对应的信号向供给站ECU95发送。该测定位置Q2处的气体温度的值基于该第二供给站温度传感器86的检测值而在供给站ECU95中取得。另外，如以下说明那样，也可以在供给站ECU95中，基于设置于比测定位置Q1靠上游侧的测定位置Q2的第二供给站温度传感器86的检测值来推定测定位置Q1处的气体温度的值。
供给站压力传感器87设置于上述测定位置Q2，将与该测定位置Q2处的氢气的压力对应的信号向供给站ECU95发送。外部气体温度传感器88检测外部气体的温度，并将与检测值对应的信号向供给站ECU95发送。填充时的环境温度的值基于该外部气体温度传感器88的检测值而在供给站ECU95中取得。
在填充嘴92设置有用于与车辆V通信的红外线通信机98。红外线通信机98在将填充嘴92连接于插座38时，与设置于车辆V的红外线通信机5对置，能够在该通信机98与通信机5之间进行经由红外线的数据信号的收发。
图2是示出将氢供给站9的蓄压器91与搭载于车辆V的氢罐31用配管81、82连接并向氢罐31填充氢气的气体填充方法的具体的步骤的流程图。如图2所示，本实施方式的气体填充方法大概而言分为首先执行的初始填充控制和在初始填充控制之后执行的正式填充控制。
首先，在S1中，作业者使氢供给站9的填充嘴92嵌合于车辆V的插座38，将氢供给站9的蓄压器91与车辆V的氢罐31利用通过将供给站配管81、接头部83、外部软管82、填充嘴92及车辆配管39连接而构成的配管来连接。
接着，在S2中，供给站ECU95取得对于执行填充控制而言所需的信息。更具体而言，供给站ECU95取得当前的环境温度的值Tamb、作为当前(即将开始填充之前)的氢罐31内的压力的初始压力的值Pini、以及当前连接着的氢罐31的容积的值Vtank。需要说明的是，环境温度的值Tamb基于外部气体温度传感器88的检测值在供给站ECU95中取得，初始压力的值Pini及容积的值Vtank基于经由车辆V与氢供给站9之间的通信而从车辆V发送的数据信号在供给站ECU95中取得。
接着，在S3中，供给站ECU95从预先设定的控制映射群之中选择与在S2中取得的值Pini、Vtank相应的一个控制映射。该控制映射是对环境温度的值Tamb与对在后述的初始填充及正式填充中设定目标升压率时所用的模型式赋予特征的多个系数(a、b、c、d)的值建立关联得到的映射。在供给站ECU95的存储介质中，根据罐的容积及罐的初始压力的组合而存储有多个这样的控制映射。在S3中，供给站ECU95选择与在S2中取得了的值Pini、Vtank相应的控制映射。
接着，在S4中，供给站ECU95从开始填充起到经过后述的切换时间tsw(具体而言，例如为30秒)为止，执行之后参照图5详细地说明的初始填充控制。
接着，在S5中，供给站ECU95执行正式填充控制，并移向S6。
图3是示出正式填充控制的具体的步骤的流程图。
在S11中，供给站ECU95基于第一供给站温度传感器89的检测值取得测定位置Q1处的气体的温度的值T1，对该温度值T1实施使用了由下述式(1)所示那样的质量流量值m的质量平均处理，由此算出温度参数的值。在以下的式子中“i”及“j”设为表示控制步骤的整数。另外，在以下的式子中，将在控制步骤“i”中取得的值带括弧地表示。另外，在下述式(1)中，“s”是表示开始质量平均处理的控制步骤的规定的整数。需要说明的是，以下，将如以上那样基于第一供给站温度传感器89的检测值取得测定位置Q1处的气体温度的值T1、进而使用该温度值T1并基于下述式(1)而算出的温度参数的值称为温度参数的传感器基础值，以下记为“MAT”。
在S12中，供给站ECU95检索基于环境温度值Tamb而之前选择了的控制映射，从而决定系数的值(a、b、c、d)，进而将这些系数值(a、b、c、d)和在S11中算出了的温度参数的传感器基础值MAT向下述式(2)输入，由此算出总填充时间的值tfin。在此，总填充时间相当于预想从初始压力开始填充起到氢罐31填充满而结束填充为止所花费的时间。
tfin＝a×MAT3+b×MAT2+c×MAT+d (2)
在S13中，供给站ECU95基于在S12中算出的总填充时间的值tfin，来算出实现总填充时间的值tfin那样的目标升压率的值RR。
在S14中，供给站ECU95取得测定位置Q2处的气压的值P，并在该气压值P上加上在S13中算出的目标升压率的值RR，由此算出相当于与测定位置Q2处的气压对应的目标值的目标压力的值Ptrg(Ptrg＝P+RR)。在此，气压值P基于供给站压力传感器87的检测值在供给站ECU95中取得。
在S15中，供给站ECU95为了实现算出的目标压力值Ptrg，按照使用了供给站压力传感器87的检测值的已知的反馈控制规则来调整流量控制阀84的开度，并向S6返回。
返回到图2，在S6中，供给站ECU95取得当前的氢罐31内的气体温度的值Tgas、以及测定位置Q2处的气压的值P，并基于这些气体温度值Tgas及气压值P来算出氢罐31内的氢气的密度的值ρ。在此，气体温度的值Tgas基于经由车辆V与氢供给站9之间的通信而从车辆V发送的数据信号在供给站ECU95中取得。
在S7中，供给站ECU95判别在S6中算出的密度值ρ是否比预先设定的填充结束密度值ρend高。在S7的判别为“否”的情况下，供给站ECU95返回到S5并继续执行正式填充控制。另外，在S7的判别为“是”的情况下，供给站ECU95判断为氢罐31填充满，结束图2的处理。
接着，参照图4及图5对初始填充控制的具体的步骤进行说明。
图4是示出刚开始填充之后的温度参数的变化的图。在图4中横轴为时间，纵轴为温度参数。另外，在图4中，将时刻t0设为填充开始时刻，将温度参数的传感器基础值MAT用虚线示出。另外，在图4中，将在初始填充控制及正式填充控制中执行的填充控制中作为输入而使用的温度参数的值的变化用粗实线示出。
在时刻t0下开始填充起到经过后述的切换时间tsw为止的期间执行以下说明的初始填充控制。另外，在时刻t2下经过了切换时间tsw之后，执行参照图3说明了的正式填充控制。另外，在该时刻t2以后的正式填充控制中，基于如上述那样在图4中用虚线示出的温度参数的传感器基础值MAT执行填充控制。
另外，如参照图11说明了的那样，在时刻t0下开始填充起到经过几十秒为止的期间，第一供给站温度传感器89的检测值从外部气体温度起急剧下降至由预冷器96实现的冷却温度为止。因此，如在图4中用细实线所示那样，在从时刻t0到时刻t2为止的期间，温度参数的传感器基础值MAT也急剧下降。于是，在从时刻t0到时刻t2为止的期间的初始填充控制中，与正式填充控制不同而无法基于温度参数的传感器基础值MAT执行填充控制。
图5是示出初始填充控制的具体的步骤的流程图。
首先，在S21中，供给站ECU95将预先设定的固定值MAT_fix设定为温度参数的值，并移向S22。在此，固定值MAT_fix例如设定为预冷器96的冷却温度(具体而言，例如为-40℃)。需要说明的是，在图4中将该固定值MAT_fix用单点划线示出。
接着，在S22中，供给站ECU95基于在S21中设定的温度参数的固定值MAT_fix执行填充控制。更具体而言，供给站ECU95将温度参数的固定值MAT_fix作为输入，执行与图3的S12～S15同样的填充控制，之后移向S23。
接着，在S23中，供给站ECU95判别从开始填充起是否经过了规定的固定时间tfix(具体而言，例如为15秒)。在S23的判别为“否”的情况下，供给站ECU95返回到S22，再次继续执行温度参数的固定值MAT_fix下的填充控制。另外，在S23的判别为“是”的情况下、即在从开始填充起经过了固定时间tfix的情况下，供给站ECU95移向S24。
接着，在S24中，供给站ECU95取得当前的环境温度的值Tamb、当前的质量流量的值m、当前的测定位置Q2处的气体温度的值T2、以及温度参数的初始值MAT0。在此，环境温度的值Tamb基于外部气体温度传感器88的检测值在供给站ECU95中取得。质量流量值m基于质量流量计85的检测值在供给站ECU95中取得。气体温度的值T2基于设置于测定位置Q2的第二供给站温度传感器86的检测值在供给站ECU95中取得。另外，温度参数的初始值MAT0使用了通过基于第一供给站温度传感器89的检测值而取得当前的测定位置Q1处的气体的温度的值T1并对该温度值T1实施与上述式(1)同样的质量平均处理从而算出的值。需要说明的是，在图4中将该初始值MAT0用白圈标记示出。
接着，在S25中，供给站ECU95基于从测定位置Q2到测定位置Q1为止的区间的热容量的值C、环境温度的值Tamb、当前的质量流量的值m、当前的测定位置Q2处的气体温度的值T2、以及温度参数的初始值MAT0算出温度参数的预测值MAT_pred。在此，预测值MAT_pred相当于对于从当前(即、从开始填充起经过了固定时间tfix的时间点)到预测时间(更具体而言，从后述的切换时间tsw减去固定时间tfix后得到的时间)后为止持续进行氢气的填充的情况下的温度参数的传感器基础值MAT而言的预测值。需要说明的是，在图4中将该预测值MAT_pred用双点划线示出。另外，热容量值C使用通过进行预先实验而确定的值。
接着，在S26中，供给站ECU95基于在S25中设定的温度参数的预测值MAT_pred执行填充控制。更具体而言，供给站ECU95将温度参数的预测值MAT_pred作为输入，执行与图3的S12～S15同样的填充控制，之后移向S27。
接着，在S27中，供给站ECU95判别从开始填充起是否经过了设定得比上述固定时间tfix长的切换时间tsw(具体而言，例如为30秒)。在S27的判别为“否”的情况下，供给站ECU95返回到S26，再次继续执行温度参数的预测值MAT_pred下的填充控制。另外，在S27的判别为“是”的情况下、即在从开始填充起经过了切换时间tsw之后的情况下，供给站ECU95结束图5的初始填充控制，开始图2的S5的正式填充控制。
根据本实施方式的气体填充方法，起到以下的效果(1)～(2)。
(1)在气体填充方法中，基于在测定位置Q1处定义的温度参数进行初始填充控制及正式填充控制。在初始填充控制中，取得环境温度、质量流量、以及比测定位置Q1靠上游侧的测定位置Q2处的气体温度的值，并基于从测定位置Q1到测定位置Q2为止的热容量的值C、环境温度的值Tamb、质量流量的值m、气体温度的值T2、以及温度参数的初始值MAT0算出从当前到预测时间后为止持续进行气体的填充的情况下的预测时间后的温度参数的预测值MAT_pred，进而基于该预测值MAT_pred进行初始填充控制。由此，例如即使在刚开始填充之后从当前到预测时间后为止的期间无法使用设置于与测定位置Q2相比距预冷器96的距离远的测定位置Q1处的第一供给站温度传感器89来直接算出温度参数的值的情况下，也能够算出从当前到预测时间后的温度参数的预测值MAT_pred，并基于该预测值MAT_pred进行初始填充控制。因此，例如即使是与在预测时间后成为了能够使用第一供给站温度传感器89来直接算出温度参数的值MAT的状态相应地、从使用了预测值MAT_pred的初始填充控制切换为使用了传感器基础值MAT的正式填充控制的情况，也能够减小上述两个值MAT_pred、MAT的差量(参照图4)，所以能够抑制刚开始填充之后的氢罐的不必要的过热。
(2)在气体填充方法中，在从开始填充起经过预测时间、并结束了初始填充控制之后，使用基于设置于测定位置Q1第一供给站温度传感器89的检测值而算出的温度参数的传感器基础值MAT进行正式填充控制。在气体填充方法中，将用于温度参数的定义的测定位置Q1设为气体流路中的最靠近燃料电池车辆V的填充嘴92的位置。因此，根据气体填充方法，在经过了预测时间之后，能够基于使用设置于填充嘴92的第一供给站温度传感器89的检测值而算出的温度参数的传感器基础值MAT来在与向氢罐31供给的气体的实际的温度相应的温度参数下进行填充控制。
需要说明的是，在上述实施方式中，对将测定位置Q1设定于填充嘴92、并在该测定位置Q1设置了第一供给站温度传感器89的情况进行了说明，但本发明不限定于此。测定位置Q1也可以设定于填充嘴92与接头部83之间。另外，在上述实施方式中，对将测定位置Q2设定于接头部83与预冷器96之间、并在该测定位置Q2设置了第二供给站温度传感器86的情况进行了说明，但本发明不限定于此。测定位置Q2只要在比测定位置Q1靠上游侧处即可，也可以设定于接头部83，还可以设定于预冷器96。另外，在上述实施方式中，对第一供给站温度传感器89及第二供给站温度传感器86直接检测氢气的温度的情况进行了说明，但本发明不限定于此。也可以是，对于第一供给站温度传感器89及第二供给站温度传感器86，也可以不直接检测气体的温度，而是检测与气体的温度具有相关的部分的温度(例如、供气体流通的配管的温度、和/或在预冷器96中对气体进行冷却的制冷剂的温度)。
<第二实施方式>
接着，参照附图对本发明的第二实施方式进行说明。
本实施方式的气体填充方法的初始填充控制的具体的步骤与第一实施方式的气体填充方法不同。另外，由于用于执行本实施方式的气体填充方法的氢填充***的具体的构成与第一实施方式的氢填充***S相同，所以省略详细的说明。
图6是示出本实施方式的初始填充控制的具体的步骤的流程图。在第一实施方式的初始填充控制中，将与结束初始填充控制并开始正式填充控制的时间相当的切换时间tsw设为固定值。与此相对，在本实施方式的初始填充控制中，在将切换时间tsw设为可变这一点上与第一实施方式的初始填充控制不同。需要说明的是，在图6的流程图中，S31～S34的处理与图5的流程图中的S21～S24的处理相同，所以省略详细的说明。
在S35中，供给站ECU95基于在S34中取得的质量流量的值m设定切换时间tsw。更具体而言，供给站ECU95通过基于质量流量的值m检索图7所示那样的映射从而设定切换时间tsw。如图7所示，质量流量的值m越小，则供给站ECU95将切换时间tsw设得越长。这是因为，认为：氢气的质量流量越少，则配管的热质量的影响越大，氢气的温度越难以下降，进而初始填充控制的执行中的氢罐31的过热的风险越上升。
返回到图6，在S36中，供给站ECU95基于热容量的值C、环境温度的值Tamb、当前的质量流量的值m、当前的测定位置Q2处的气体温度的值T2、以及温度参数的初始值MAT0，来算出从当前(即、从开始填充起经过了固定时间tfix的时间点)到预测时间(更具体而言，从在S35中设定的切换时间tsw减去固定时间tfix后得到的时间)后为止持续进行氢气的填充的情况下的温度参数的预测值MAT_pred。
需要说明的是，图6的流程图中的S37～S38的处理与图5的流程图中的S26～S27的处理相同，所以省略详细的说明。
根据本实施方式的气体填充方法，除了上述效果(1)～(2)之外，还起到以下的效果(3)。
(3)在气体填充方法中，从开始填充起到经过切换时间tsw为止，根据温度参数的预测值MAT_pred即基于设置于测定位置Q2的第二供给站温度传感器86的检测值而算出的温度参数的预测值MAT_pred，来进行初始填充控制，在经过了切换时间tsw之后，使用基于设置于测定位置Q1的第一供给站温度传感器89的检测值而算出的温度参数的传感器基础值MAT来进行正式填充控制。另外，在气体填充方法中，通过根据质量流量的值m来变更切换时间tsw，从而能够根据实际的填充的状态来决定从初始填充控制切换为正式填充控制的时机。
另外，认为：当氢气的质量流量变少时，配管的热质量的影响会变大，所以导致氢气的温度难以下降，氢罐的过热的风险会上升。于是，在气体填充方法中，质量流量的值m越小，则使切换时间tsw越长，使切换填充控制的时机越迟。由此，能够在与实际的填充的状态相应的适当的时机切换填充控制。
<第三实施方式>
接着，参照附图对本发明的第三实施方式进行说明。
本实施方式的气体填充方法的初始填充控制的具体的步骤与第一实施方式的气体填充方法不同。另外，由于用于执行本实施方式的气体填充方法的氢填充***的具体的构成与第一实施方式的氢填充***S相同，所以省略详细的说明。
图8是示出本实施方式的初始填充控制的具体的步骤的流程图。在第一实施方式的初始填充控制中，在从开始填充起到经过切换时间tsw为止的期间，算出温度参数的预测值MAT_pred的机会设为仅一次。与此相对，在本实施方式的初始填充控制中，在从开始填充起到经过切换时间tsw为止的期间，将算出温度参数的预测值的机会设为多次这一点上与第一实施方式的初始填充控制不同。需要说明的是，由于在图8的流程图中，S41～S43的处理与图5的流程图中的S21～S23的处理相同，所以省略详细的说明。
图9是示出刚开始填充之后的温度参数的变化的图。在图9中横轴为时间，纵轴为温度参数。另外，在图9中，将时刻t10设为填充开始时刻，将温度参数的传感器基础值MAT用虚线示出。另外，在图9中，将在通过初始填充控制及正式填充控制执行的填充控制中作为输入而使用的温度参数的值的变化用粗实线示出。
首先，在S44中，供给站ECU95在固定时间tfix与切换时间tsw之间没定中间预测时间tint(tfix＜tint＜tsw)。
在S45中，供给站ECU95取得当前的环境温度的值Tamb、当前的质量流量的值m、当前的测定位置Q2处的气体温度的值T2、以及温度参数的初始值MAT0。需要说明的是，在图9中，将在S45中取得的初始值MAT0用白圈标记示出。
接着，在S46中，供给站ECU95基于热容量的值C、环境温度的值Tamb、当前的质量流量的值m、当前的测定位置Q2处的气体温度的值T2、以及温度参数的初始值MAT0来算出温度参数的预测值MAT_pred1。在此，预测值MAT_pred1相当于对于从当前(即、从开始填充起经过了固定时间tfix的时间点、即图9中的时刻t11)起到预测时间(更具体而言，从中间预测时间tint减去固定时间tfix后得到的时间)后为止持续进行氢气的填充的情况下的温度参数的传感器基础值MAT而言的预测值。需要说明的是，在图9中，将该预测值MAT_pred1用双点划线示出。
接着，在S47中，供给站ECU95基于在S46中设定的温度参数的预测值MAT_pred1来执行填充控制。更具体而言，供给站ECU95将温度参数的预测值MAT_pred1作为输入，执行与图3的S12～S15同样的填充控制，之后移向S48。
接着，在S48中，供给站ECU95判别从开始填充起是否经过了上述中间预测时间tint。在S48的判别为“否”的情况下，供给站ECU95返回到S47，再次继续执行温度参数的预测值MAT_pred1下的填充控制。另外，在S48的判别为“是”的情况下、即在从开始填充起经过了中间预测时间tint后(图9中的时刻t12以后)的情况下，供给站ECU95移向S49。
接着，在S49中，供给站ECU95取得当前的环境温度的值Tamb、当前的质量流量的值m、当前的测定位置Q2处的气体温度的值T2、以及温度参数的初始值MAT0。需要说明的是，在图9中，将在S49中取得的初始值MAT0用黑圈标记示出。
接着，在S50中，供给站ECU95基于热容量的值C、环境温度的值Tamb、当前的质量流量的值m、当前的测定位置Q2处的气体温度的值T2、以及温度参数的初始值MAT0来算出温度参数的预测值MAT_pred2。在此，预测值MAT_pred2相当于对于从当前(即、从开始填充起经过了中间预测时间tint的时间点)到预测时间(更具体而言，从切换时间tsw减去中间预测时间tint后得到的时间)后为止持续进行氢气的填充的情况下的温度参数的传感器基础值MAT而言的预测值。需要说明的是，在图9中，将该预测值MAT_pred2用双点划线示出。
接着，在S51中，供给站ECU95基于在S50中设定的温度参数的预测值MAT_pred2来执行填充控制。更具体而言，供给站ECU95将温度参数的预测值MAT_pred2作为输入，从而执行与图3的S12～S15同样的填充控制，之后移向S52。
接着，在S52中，供给站ECU95判别从开始填充起是否经过了切换时间tsw。在S52的判别为“否”的情况下，供给站ECU95返回到S51，再次继续执行温度参数的预测值MAT_pred2下的填充控制。另外，在S52的判别为“是”的情况下、即在从开始填充起经过了切换时间tsw之后(即、图9中的时刻t13以后)的情况下，供给站ECU95结束图8的初始填充控制并开始图2的S5的正式填充控制。
需要说明的是，在本实施方式中，对在从开始填充起到经过切换时间tsw为止的期间、将算出温度参数的预测值的机会设为两次的情况进行了说明，但本发明不限定于此。算出温度参数的预测值的机会也可以设为三次以上。
根据本实施方式的气体填充方法，除了上述效果(1)～(2)之外，还起到以下的效果(4)。
(4)在气体填充方法中，在从开始填充起到经过切换时间tsw为止的期间，将算出温度参数的预测值的机会设为两次。由此，能够使温度参数的预测值阶段性地接近适当的值，所以能够进一步抑制刚开始填充之后的氢罐31的过热。
<第四实施方式>
接着，参照附图对本发明的第四实施方式进行说明。
本实施方式的气体填充方法的在进行填充控制时所使用的温度传感器的位置与第一实施方式的气体填充方法不同。
图10是示出适用本实施方式的气体填充方法的氢填充***SA的构成的图。需要说明的是，在以下的氢填充***SA的说明中，对与第一实施方式的氢填充***S相同的构成标注相同附图标记并省略其详细的说明。如上所述，氢填充***SA的供给站9A的构成与第一实施方式的氢填充***S不同。更具体而言，用于设置第一供给站温度传感器89A及第二供给站温度传感器86A的位置不同。
第一供给站温度传感器89A设置于测定位置Q1′，该测定位置Q1′设定于供给站配管81中的接头部83或接头部83与预冷器96之间。需要说明的是，在图10中，对将第一供给站温度传感器89A设置于接头部83与预冷器96之间中的接头部83的附近的情况进行说明，但本发明不限定于此。第一供给站温度传感器89A将与该测定位置Q1′处的氢气的温度对应的信号向供给站ECU95A发送。测定位置Q1′处的气体温度的值基于该第一供给站温度传感器89A的检测值在供给站ECU95A中取得。
第二供给站温度传感器86A设置于测定位置Q2′，该测定位置Q2′设定在供给站配管81中的比上述测定位置Q1′靠上游侧处。更具体而言，第二供给站温度传感器86A设置于在供给站配管81中的预冷器96或测定位置Q1′与预冷器96之间设定的测定位置Q2′，并将与该测定位置Q2′处的氢气的温度对应的信号向供给站ECU95A发送。需要说明的是，在图10中，对将第二供给站温度传感器86A设置于测定位置Q′与预冷器96之间中的预冷器96的附近的情况进行说明，但本发明不限定于此。测定位置Q2′处的气体的温度的值基于该第二供给站温度传感器86A的检测值在供给站ECU95A中取得。另外，如以下说明那样，在供给站ECU95A中，也可以基于在比测定位置Q1′靠上游侧的测定位置Q2′设置的第二供给站温度传感器86A的检测值来推定测定位置Q1′处的气体温度的值。
本实施方式的气体填充方法如上所述仅使设置有第一供给站温度传感器89A的测定位置Q1′的位置、以及设置有第二供给站温度传感器86A的测定位置Q2′的位置与第一实施方式的气体填充方法不同，正式填充控制和/或初始填充控制的具体的步骤与第一实施方式相同，所以省略气体填充方法的具体的步骤的说明。
根据本实施方式的气体填充方法，除了上述效果(1)～(2)之外，还起到以下的效果(4)。
(4)在气体填充方法中，将用于温度参数的定义的测定位置Q1′设定在气体流路中的接头部83与预冷器96之间。以往以来流通着的供给站多数在接头部83与预冷器96之间设置温度传感器。因此，通过将测定位置Q1′设定于那样的位置，从而仅是对以往以来存在的供给站施加小的设备变更就能够适用上述气体填充方法。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于此。也可以在本发明的主旨的范围内对细节部的构成进行适当变更。

Claims (6)

1.一种气体填充方法，其是将气体的供给源与移动体的罐通过设置有冷却装置及流量调整装置的气体流路进行连接并基于所述气体流路的第一规定位置处的温度参数进行填充控制的气体填充方法，
其特征在于，所述气体填充方法包括：
取得环境温度、在所述气体流路中流动的气体的质量流量、以及所述气体流路中的比所述第一规定位置靠上游侧的第二规定位置处的气体的温度或与气体存在相关的温度的值的工序；以及
基于从所述第一规定位置到所述第二规定位置为止的热容量、所述环境温度的取得值、所述质量流量的取得值、以及所述温度的取得值，来预测从当前起到预测时间后为止持续进行气体的填充的情况下的所述预测时间后的所述温度参数的值的工序，
基于所述温度参数的预测值来进行填充控制。
2.根据权利要求1所述的气体填充方法，其特征在于，
所述气体填充方法还包括：在经过所述预测时间之后，基于设置于所述第一规定位置的第一气体温度传感器的检测值和所述质量流量的取得值来算出所述温度参数的值的工序，
在经过所述预测时间之前基于所述温度参数的预测值来进行填充控制，在经过所述预测时间之后基于所述温度参数的算出值来进行填充控制，
所述预测时间根据所述质量流量的取得值而变更。
3.根据权利要求2所述的气体填充方法，其特征在于，
在所述质量流量的取得值小于规定值的情况下，与所述质量流量的取得值大于所述规定值的情况相比加长所述预测时间。
4.一种气体填充方法，其是将气体的供给源与移动体的罐通过设置有冷却装置及流量调整装置的气体流路进行连接并基于所述气体流路的第一规定位置处的温度参数来进行填充控制的气体填充方法，
其特征在于，所述气体填充方法包括：
取得环境温度、在所述气体流路中流动的气体的质量流量、以及所述气体流路中的比所述第一规定位置靠上游侧的第二规定位置处的气体的温度或与气体存在相关的温度的值的第一工序；
基于从所述第一规定位置到所述第二规定位置为止的热容量、所述环境温度的取得值、所述质量流量的取得值、以及所述温度的取得值，来预测从当前起到将来的预测时刻为止持续进行气体的填充的情况下的所述预测时刻的所述温度参数的值的第二工序；以及
从当前起在规定时间内基于所述温度参数的预测值来进行填充控制的第三工序，
在直至所述预测时刻为止的期间将所述第一工序、所述第二工序及所述第三工序反复执行两次以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体填充方法，其特征在于，
所述气体流路具备从所述供给源延伸的第一配管、从与所述移动体的插座连接的嘴部延伸的第二配管、以及将所述第一配管与所述第二配管连接的接头部，
在所述第一配管设置所述冷却装置，
所述第一规定位置设定于所述嘴部或该嘴部与所述接头部之间，所述第二规定位置设定于所述接头部、所述冷却装置、或者所述接头部与所述冷却装置之间。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的气体填充方法，其特征在于，
所述气体流路具备从所述供给源延伸的第一配管、从与所述移动体的插座连接的嘴部延伸的第二配管、以及将所述第一配管与所述第二配管连接的接头部，
在所述第一配管设置所述冷却装置，
所述第一规定位置设定于所述接头部或该接头部与所述冷却装置之间，所述第二规定位置设定于所述冷却装置或所述第一规定位置与所述冷却装置之间。
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