JP2013200020A - 燃料ガス充填システム - Google Patents

Abstract

【課題】できるだけ多くの燃料ガスを充填できる燃料ガス充填システムを提供すること。
【解決手段】水素充填システムでは、水素充填中に、車両の高圧タンク内の水素ガス量に相当する水素ＳＯＣを算出し（Ｓ８）、水素ＳＯＣが所定の中断ＳＯＣ閾値に達したか否かを判定し（Ｓ１１）、水素ＳＯＣが中断ＳＯＣ閾値に達した場合には、充填を中断する（Ｓ１３）。ここで、水素充填システムでは、水素充填時に、車両の将来の高圧タンク内の温度に相関のある環境情報を取得し（Ｓ１）、取得された環境情報に基づいて、水素充填後の高圧タンク内の温度の上昇可能性を推定し（Ｓ５）、温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも中断ＳＯＣ閾値を大きな値に設定する（Ｓ６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料ガス充填システムに関する。より詳しくは、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器を備えた車両と、貯蔵容器内に燃料ガスを供給する供給装置と、を備える燃料ガス充填システムに関する。

燃料電池車両は、含酸素の空気と水素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を貯蔵しておき、走行にはタンク内の水素を利用するものが主流となっている。また、これに合わせ、タンクに水素を充填するための技術についても盛んに研究が進められている。

特許文献１には、水素タンクを搭載した車両と、水素タンクに水素を充填するディスペンサを備えたステーションとの間で通信を行いながら水素を充填する充填システムが提案されている。このシステムでは、水素ガスの充填中は、車両側からは水素タンクの温度及び圧力値をステーション側に送信し、ステーション側ではこれら温度及び圧力値に基づいて満充填を判定し、充填を完了する。

特開２００３−２６９６９３号公報

従来のシステムでは、水素タンク内の水素の残量や、この残量と相関のある圧力や温度などのパラメータと所定の満充填閾値とを比較することによって満充填を判定する場合が多い。しかしながら、この満充填閾値には、水素の充填が終了した後に水素タンクの温度が上昇する可能性があることを見込んでやや小さめの値が設定されるため、満充填にしたとしても十分な量の水素を充填できないという課題がある。

本発明は、できるだけ多くの燃料ガスを充填できる燃料ガス充填システムを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するため、本発明は、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器（例えば、後述の高圧タンク３２）を備えた車両（例えば、後述の燃料電池車両２）と、前記車両に接続され前記貯蔵容器内に燃料ガスを供給する供給装置（例えば、後述の水素ガスステーション１）と、前記貯蔵容器内の燃料ガス量に相関のある満充填パラメータの値（例えば、後述の水素ＳＯＣ）を算出する満充填パラメータ算出手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、及び図２のＳ８の実行に係る手段）と、燃料ガス充填時に、前記算出された満充填パラメータ値が所定の満充填閾値（例えば、後述の中断ＳＯＣ閾値）に達したか否かを判定する満充填判定手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、並びに図２のＳ６及びＳ１１の実行に係る手段）と、燃料ガス充填時に、将来の貯蔵容器の温度に相関のある環境情報（例えば、後述の現在位置、標高値、日時、予測最高気温など）を取得する環境情報取得手段（例えば、後述の環境情報取得システム６及び通信充填ＥＣＵ５１）と、前記取得された環境情報に基づいて、燃料ガス充填後の前記貯蔵容器内の燃料ガスの温度の上昇可能性を推定する容器温度推定手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、及び図２のＳ５の実行に係る手段）と、を備える燃料ガス充填システム（例えば、後述の水素充填システムＳ）を提供する。前記満充填判定手段は、前記容器温度推定手段により温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも前記満充填閾値を大きな値に設定することを特徴とする。

（１）本発明では、燃料ガス充填時に、将来の貯蔵容器内の温度に相関のある環境情報を取得し、この環境情報に基づいて燃料ガス充填後の貯蔵容器内の温度の上昇可能性を推定し、温度上昇する可能性が低い場合には温度上昇する可能性が高い場合よりも満充填閾値を大きな値に設定する。これにより、車両が使用されている環境に合わせてできるだけ多くの燃料ガスを充填させることができる。

（２）この場合、前記環境情報取得手段は、燃料ガス充填後から所定時間内の予測最高気温及び前記車両の位置情報の少なくとも何れかを環境情報として取得することが好ましい。

（２）予測最高気温や車両の位置情報は、貯蔵容器内の温度の上昇可能性を推定する上で有用なパラメータであると言える。本発明では、これら予測最高気温や位置情報の少なくとも何れかを環境情報として取得することにより、温度の上昇可能性を精度良く推定し、ひいては車両の使用環境に応じた適切な値に満充填閾値を設定できる。

（３）この場合、前記容器温度推定手段は、取得された予測最高気温が現在の気温よりも高くなるほど、温度上昇する可能性が高いと推定することが好ましい。

（３）本発明では、予測最高気温が現在の気温より高くなるほど、温度上昇する可能性が高いと推定することにより、満充填閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。

（４）この場合、前記環境情報取得手段は、前記車両の標高値を環境情報として取得し、前記容器温度推定手段は、取得された標高値が小さくなるほど、温度上昇する可能性が高いと推定することが好ましい。

（４）標高が高くなるほど気温も低下することから、車両の標高値は貯蔵容器内の温度の上昇可能性を推定する上で有用なパラメータであると言える。本発明では、標高値を環境情報として取得し、標高値が小さくなるほど、温度上昇する可能性が高いと推定することにより、満充填閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。

（５）この場合、前記環境情報取得手段は、前記車両の停止位置の路面情報及び燃料ガス充填後から所定時間内の予測最高気温を環境情報として取得し、前記容器温度推定手段は、取得された路面情報及び予測最高気温に基づいて路面からの輻射熱を推定し、当該輻射熱の推定に基づいて前記貯蔵容器内の温度の上昇可能性を推定することが好ましい。

（５）舗装路上では、路面からの輻射熱が貯蔵容器内の温度に及ぼす影響が大きくなっている。本発明では、車両の停止位置の路面情報と予測最高気温を環境情報として取得し、これらに環境情報に基づいて路面からの輻射熱を推定し、温度の上昇可能性を推定することにより、満充填閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。

（６）この場合、前記環境情報取得手段は、日射量を環境情報として取得し、前記容器温度推定手段は、取得された日射量に基づいて前記貯蔵容器内の温度の上昇可能性を推定することが好ましい。

（６）本発明では、日射量を環境情報として取得し、この環境情報に基づいて温度の上昇可能性を推定することにより、満充填閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。

（７）この場合、前記車両は、その目的地が設定される目的地設定手段（例えば、後述のカーナビゲーションシステム６１）と、当該車両の通常停車地が設定される通常停車地設定手段（例えば、後述のカーナビゲーションシステム６１）と、を備え、前記満充填判定手段は、燃料ガス充填時の車両の位置から前記目的地まで又は燃料ガス充填時の車両の位置から前記通常停車地までの予定走行距離が所定距離より長い場合には、前記容器温度推定手段による温度上昇可能性の推定によらず、前記予定走行距離が前記所定距離より短い場合と比較して前記満充填閾値を大きな値に設定することが好ましい。

（７）燃料ガス充填後に車両が長距離を走行する場合、貯蔵容器内の燃料ガスは時間とともに低下すると考えられるため、貯蔵容器内の温度上昇を見込むまでもなく、より多くの量の燃料ガスを充填できると考えられる。本発明では、燃料ガス充填後の予定走行距離が所定距離より長く、燃料ガスを充填した後に長距離を走行する可能性が高いと推定される場合には、貯蔵容器内の温度の上昇可能性によらず、予定走行距離が所定距離より短い場合と比較して、満充填閾値を大きな値に設定する。これにより、満充填閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。

（８）この場合、前記車両は、前記貯蔵容器の温度を検出する容器温度検出手段（例えば、後述の温度センサ３７）と、前記容器温度検出手段の検出値に所定の正の第１温度余裕値（例えば、後述の温度センサ用第１マージン）及び第２温度余裕値（例えば、後述の温度センサ用第２マージン）を加算したものを温度送信値とする温度送信値決定手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、及び図２のＳ７、Ｓ９の実行に係る手段）と、前記温度送信値に基づいて生成されたデータ信号を前記供給装置へ送信する送信手段（例えば、後述の通信システム５）と、を備え、前記供給装置は、燃料ガス充填時に、前記送信手段から送信されたデータ信号を受信する受信手段（例えば、後述の赤外線通信器１４）と、前記受信手段で受信したデータ信号に基づいて、前記貯蔵容器への燃料ガスの充填を制御する充填制御手段（例えば、後述のディスペンサ１２）と、を備え、前記温度送信値決定手段は、前記容器温度推定手段により温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも前記第２温度余裕値を小さな値に設定することが好ましい。

（８）本発明では、車両側からは容器温度検出手段の検出値に第１、第２温度余裕値を加えた温度送信値を供給装置側へ送信し、さらにこの第２温度余裕値を上記満充填閾値と同様に温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも小さな値に設定する。これにより、車両の使用環境に合わせてできるだけ多くの燃料ガスが充填されるように、供給装置を制御できる。

（９）この場合、前記車両は、前記貯蔵容器内のガスの圧力を検出する圧力検出手段（例えば、後述の圧力センサ３６）と、前記圧力検出手段の検出値に所定の正の第１圧力余裕値（例えば、後述の圧力センサ用第１マージン）及び第２圧力余裕値（例えば、後述の圧力センサ用第２マージン）を加算したものを圧力送信値とする圧力送信値決定手段（例えば、後述の通信充填ＥＣＵ５１、及び図２のＳ７、Ｓ９の実行に係る手段）と、をさらに備え、前記送信手段は、前記温度送信値及び前記圧力送信値に基づいて生成されたデータ信号を送信し、前記圧力送信値決定手段は、前記容器温度推定手段により温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも前記第２圧力余裕値を小さな値に設定することが好ましい。

（９）本発明では、（８）の発明における温度送信値と同様に、圧力送信値についても第１、第２圧力余裕値を加えたものを供給装置側へ送信した上、この第２圧力余裕値を温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと判定された場合よりも小さな値に設定する。これにより、車両の使用環境に合わせてできるだけ多くの燃料ガスが充填されるように、供給装置を制御できる。

（１０）この場合、前記燃料ガスは水素ガスであり、前記車両は、前記貯蔵容器内の水素ガスを利用して発電する燃料電池システムを備えた燃料電池車両であることが好ましい。

（１０）本発明によれば、車両の使用環境に応じてできるだけ多くの水素ガスを充填させ、燃料電池車両の１回の水素の充填当たりに走行可能な距離を長くすることができる。

本発明の一実施形態に係る水素充填システムの構成を示す図である。 通信充填により水素ガスを充填する際における、車両側の手順を示すフローチャートである。 圧力送信値の内訳を模式的に示す図である。 中断ＳＯＣ閾値を設定する手順を示すフローチャートである（実施例１）。 中断ＳＯＣ閾値の内訳を模式的に示す図である（実施例１）。 中断ＳＯＣ閾値を設定する手順を示すフローチャートである（実施例２）。 温度上昇パラメータに基づいて中断ＳＯＣ閾値を決定するマップの一例を示す図である（実施例２）。 送信値算出用の第２マージンの値を設定する手順を示すフローチャートである（実施例１）。 送信値算出用の第２マージンの値を設定する手順を示すフローチャートである（実施例２）。 温度上昇パラメータに基づいて第２マージンの値を決定するマップの一例を示す図である（実施例２）。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る水素充填システムＳの構成を示す図である。水素充填システムＳは、車両２と水素ガスステーション１とで構成される。

車両２は、高圧タンク３２内に貯蔵された水素を利用して発電する燃料電池システム３を備え、この燃料電池システム３で発電した電力を利用して走行する燃料電池車両と呼称される移動体である。水素ガスステーション１は、車両２の走行に必要とされる水素を高圧タンク３２に充填する、車両２とは別の設備である。以下、水素ガスステーション１及び燃料電池車両２の構成について順に説明する。

＜水素ガスステーションの構成＞
水素ガスステーション１は、水素貯蔵タンク１１と、ディスペンサ１２とを備える。
水素貯蔵タンク１１には、車両２に供給するための水素が高圧で貯蔵されている。この水素貯蔵タンク１１内の水素は、液体水素を気化したもの、改質装置により原料を改質することで製造されたもの、或いは電解装置によって製造されたものなどを圧縮機で圧縮したものが用いられる。

ディスペンサ１２は、その水素充填ノズル１３が車両２に設けられた水素導入口２２に差し込むと、水素貯蔵タンク１１から供給された水素を減圧し、好ましい流量に調整した上で水素充填ノズル１３から水素を供給する。この水素充填ノズル１３には、赤外線通信器１４が設けられている。赤外線通信器１４は、水素充填ノズル１３を車両２の水素導入口２２に差し込むことにより、車両２に搭載された後述の通信システム５との間で赤外線を介したデータ信号の送受信が可能となっている。ディスペンサ１２では、車両２への水素の充填にあたって、通信充填と呼称される充填方法と、非通信充填と呼称される充填方法との２つの充填方法を選択的に実行できる。

通信充填とは、車両２及びステーション１間で通信を行いながら、車両２に水素を充填する充填方法である。より具体的には、ディスペンサ１２は、車両２に搭載された後述の通信システム５から、高圧タンク３２の現在の状態を示すデータ信号を赤外線通信器１４によって受信し、このデータ信号から現在の高圧タンク３２の状態を把握し、状態に応じて充填流量を調整しながら高圧タンク３２に水素を充填する。その後、通信システム５から送信されたデータ信号に基づいて算出した高圧タンク内の水素ガス残量が所定の満充填閾値に達した場合（後述の図２のＳ１２参照）や、車両側において満充填に達したと判定された場合（後述の図２のＳ１３参照）など、予め定められた充填完了条件が満たされたことに応じて、水素の充填を終了する。

非通信充填とは、車両２及びステーション１間で通信を行うことなく車両２に水素を充填する充填方法である。より具体的には、ディスペンサ１２は、予め定められた既定の充填流量で高圧タンク３２に水素を充填する。非通信充填時のディスペンサ１２は、現在の高圧タンク３２は高温の状態であると想定し、したがって充填流量は比較的小さな値に設定される。ただし非通信充填では、通信充填と異なりディスペンサ１２は、高圧タンク３２の現在の状態を把握できないため、充填中にタンク内の温度が上昇しても、これに応じて充填流量を低減したりすることはできず、一定の流量で充填し続ける。このため、非通信充填では、充填中に高圧タンク３２内の温度が規定の上限温度に近づいてしまい、満充填に達する前に充填が中断される場合がある。したがって、充填中の高圧タンク３２内の温度が規定の上限温度を超えないことを条件とすれば、通信充填と非通信充填とを比較すると通信充填の方が充填流量を適切に制御できるため、速やかに満充填にできる。

＜燃料電池車両の構成＞
車両２は、燃料電池システム３と通信システム５と環境情報取得システム６を備える。
燃料電池システム３は、燃料電池３１と、この燃料電池３１に燃料ガスとしての水素を供給する高圧タンク３２と、燃料電池３１に酸化剤ガスとしての空気を供給するエアポンプ３３と、燃料電池システム３に対する起動要求を検出するイグニッションスイッチ３９と、を備える。

燃料電池３１は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。

エアポンプ３３は、エア供給管路３４を介して燃料電池３１のカソード電極側に形成されたカソード流路に接続されている。高圧タンク３２は、水素供給管路３５を介して燃料電池３１のアノード電極側に形成されたアノード流路に接続されている。利用者によるイグニッションスイッチ３９の操作を契機として燃料電池システム３が起動されると、燃料電池３１のアノード流路には高圧タンク３２からの水素が供給され、カソード流路にはエアポンプ３３からの空気が供給され、これにより発電する。燃料電池３１で発電した電力は、図示しない駆動モータに供給され、これにより車両２は走行する。

高圧タンク３２は、高圧に圧縮された水素を貯蔵するタンク本体３２１と、水素導入管３２２と、を備える。水素導入管３２２は、一端側がタンク本体３２１に接続され、他端側が後述のリッドボックス２１内に設けられた水素導入口２２に接続されている。

水素導入管３２２には、逆止弁３２４，３２５と、充填経路遮断弁３２６とが設けられている。充填経路遮断弁３２６は、タンク本体３２１へのガスの流入及びタンク本体３２１からのガスの流出を遮断する。この充填経路遮断弁３２６は、通信システム５からの制御信号に応じて作動する。逆止弁３２４，３２５は、それぞれ、タンク本体３２１の近傍と水素導入口２２の近傍に設けられ、タンク本体３２１側から車両２の外側へ水素が逆流するのを防止する。

また、高圧タンク３２には、その状態を検出するためのセンサとして、圧力センサ３６と温度センサ３７とが設けられている。圧力センサ３６は、高圧タンク３２のうち水素導入管３２２内の水素圧力を検出し、検出値に略比例した検出信号を後述の通信充填ＥＣＵ５１に送信する。温度センサ３７は、高圧タンク３２のうちタンク本体３２１内の水素温度を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信する。

リッドボックス２１は、車両２の側部後方に設けられており、その内部で水素導入口２２を保護する。このリッドボックス２１には、リッド２３が回動可能に設けられている。水素ガスステーション１において、利用者はリッド２３を開き水素導入口２２を外部に露出させ、ディスペンサ１２の水素充填ノズル１３を水素導入口２２に差し込み、水素を充填する。

環境情報取得システム６は、カーナビゲーションシステム６１、日照センサ６２、外気温センサ６３など、車両２の高圧タンク２内の水素ガスの将来の温度の上昇可能性を判断するために必要な情報を取得する複数の装置で構成される。

カーナビゲーションシステム６１は、ＧＰＳ衛星と通信することで車両２の現在の位置や現在の日時を特定するＧＰＳ通信手段（図示せず）、交通情報や気象情報を取得する無線通信手段（図示せず）、地図情報や路面情報（舗装路か否か）が記録された記録手段（図示せず）、特定された現在位置から利用者によって設定された目的地や通常停車地（自宅）までの経路を表示し、利用者を案内するディスプレイなどを含んで構成される。なお、ＧＰＳ通信手段によって取得される現在の車両の位置情報には、緯度及び経度の値の他、標高値も含まれ、無線通信手段によって取得される気象情報には、天候に関する情報の他、現在から所定時間内の予測最高気温も含まれている。

日照センサ６２は、日射量を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信する。外気温センサ６３は、車両２の周囲の外気温度を検出し、検出値に略比例した検出信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信する。

本実施形態では、車両２の将来の高圧タンク３２内の水素ガスの温度に相関のある情報を総称して環境情報という。以上のように構成された環境情報取得システム６では、カーナビゲーションシステム６１により、車両の現在の位置（緯度、経度）、標高値、日時、天候、予測最高気温及び路面情報などが環境情報として取得され、日照センサ６２により、現在の日射量が環境情報として取得され、外気温センサ６３により、現在の外気温が環境情報として取得される。

通信システム５は、通信充填ＥＣＵ５１と、バッテリ５２と、赤外線送信器５６と、リッドスイッチ５７と、を備える。

バッテリ５２は、主に通信充填ＥＣＵ５１、赤外線送信器５６、リッドスイッチ５７等の通信システム５を構成する電気機器の電力供給源として利用されるが、通信システム５の他、車両２における図示しない補機類の電力供給源としても利用される。このバッテリ５２は、燃料電池３１で発電した電力が充電されるようになっている。

リッドスイッチ５７は、リッドボックス２１に設けられており、リッド２３の開閉状態を検出する。リッドスイッチ２４は、リッド２３が閉じられリッドボックス２１内に水素導入口２２が保護された状態では、これを示す閉信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信し、リッド２３が開かれ水素導入口２２が外部に露出した状態では、これを示す開信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信する。なお、これら閉信号及び開信号のうち何れかは無信号としてもよい。

赤外線送信器５６は、赤外線ＬＥＤ５４とそのドライバ５５で構成される。ドライバ５５は、通信充填ＥＣＵ５１から送信されたデータ信号に基づいて赤外線ＬＥＤ５４を点滅させる。

通信充填ＥＣＵ５１は、通信充填を行うために通信システム５を構成する各種装置を制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。通信充填ＥＣＵ５１には、リッドスイッチ５７、圧力センサ３６、温度センサ３７、及びイグニッションスイッチ３９など、通信システム５及び燃料電池システム３の各種センサからの検出信号が入力される。

通信充填の実行時、通信充填ＥＣＵ５１は、ドライバ５５を駆動し赤外線ＬＥＤ５４を点滅させることにより、圧力センサ３６及び温度センサ３７の出力に基づいて生成したデータ信号をステーション１側の赤外線通信器１４へ送信する。

以上のように構成された通信システム５は、利用者によるリッド２３の開閉を契機として起動／停止する。以下、通信システム５の起動手順及び停止手順について説明する。

＜通信システムの起動＞
利用者によってリッド２３が開かれると、リッドスイッチ５７はこれを検出し、リッド２３が開かれたことを示す開信号をスリープ状態にある通信充填ＥＣＵ５１に送信する。これに応じて通信充填ＥＣＵ５１は、スリープ状態から復帰するとともに、赤外線送信器５６へのバッテリ５２からの電力の供給を開始する。その後、通信システム５からのデータ信号の送信が可能な状態になり、かつステーション１側の水素充填ノズル１３が水素導入口２２に差し込まれ、水素の充填と、車両２とステーション１との間の通信が可能な状態になったことに応じて、充填経路遮断弁３２６を開き、通信充填が開始する。

＜通信システムの停止＞
通信充填が適切に終了すると、利用者によって水素充填ノズル１３が水素導入口２２から抜き出され、そしてリッド２３が閉じられる。リッド２３が閉じられると、リッドスイッチ５７はこれを検出し、リッド２３が閉じられたことを示す閉信号を通信充填ＥＣＵ５１に送信する。これに応じて通信充填ＥＣＵ５１は、充填経路遮断弁３２６を閉じ、赤外線送信器５６への電力の供給を停止し、スリープ状態になる。

図２は、通信充填により水素ガスを充填する際における、車両側の手順を示すフローチャートである。この図２に示す処理は、車両が停止し、イグニッションスイッチがオフにされた後、水素ガスを充填すべくリッドが開かれ、これを契機として通信システムが起動されたことに応じて開始する。

Ｓ１では、通信充填ＥＣＵは、以下の処理において必要となる環境情報を環境情報取得システムから取得し、Ｓ２に移る。Ｓ２では、取得した環境情報に基づいて現在の季節及び地域を判定し、Ｓ３に移る。より具体的には、現在の季節は、日時情報及び外気温度に基づいて判定され、現在の地域は、位置情報及び外気温度に基づいて判定される。

Ｓ３では、予定走行距離を算出し、Ｓ４に移る。より具体的には、現在の車両の停止位置から現在の目的地までの距離、又は、現在の車両の停止位置から自宅までの距離を予定走行距離として算出する。

Ｓ４では、通信充填が開始されたか否かを判定する。より具体的には、利用者によってステーションの水素充填ノズルが、車両の水素導入口に差し込まれることにより、水素の充填及び車両とステーション間の通信が可能な状態になったか否かを判定する。Ｓ３の判定がＹＥＳの場合にはＳ５に移り、ＮＯの場合には、Ｓ１に戻り、環境情報や予定走行距離を最新のものに更新する。

Ｓ５では、Ｓ１において取得した環境情報やＳ２において判定した季節や地域を引数とし、水素ガス充填後の高圧タンク内の水素ガスの温度上昇可能性を推定する。Ｓ５において、水素ガス充填後の高圧タンク内の水素ガスの温度上昇可能性を推定する方法には、例えば、以下の１〜５に示すような方法が挙げられる。

１．現在の季節に基づく推定方法
充填後の高圧タンク内の水素ガスの温度上昇可能性は、季節によって大きく左右される。より具体的には、例えば、現在の季節が冬季である場合は、温度上昇可能性が低いと推定し、それ以外の季節（春季、夏季、秋季）である場合には、温度上昇可能性が高いと推定できる。

２．現在の地域に基づく推定方法
充填後の高圧タンク内の水素ガスの温度上昇可能性は、地域によって大きく左右される。より具体的には、Ｓ２において特定された現在の地域が温暖な地域に属する場合には、温度上昇可能性が高いと推定し、現在の地域が寒冷な地域に属する場合には、温度上昇可能性が低いと推定できる。

３．予測最高気温に基づく推定方法
充填後の高圧タンク内の水素ガスの温度上昇可能性は、充填時から所定時間の間における予測最高気温によって大きく左右される。したがって、予測最高気温と現在の気温とを比較することで、温度上昇可能性を推定できる。より具体的には、予測最高気温度が現在の気温よりも高くなるほど、温度上昇可能性が高いと推定でき、予測最高気温が現在の気温より低くなるほど或いは予測最高気温と現在の気温が近くなるほど、温度上昇可能性が低いと推定できる。

４．標高に基づく推定方法
充填後の高圧タンク内の水素ガスの温度上昇可能性は、現在の車両の標高によって大きく左右される。したがって、現在の車両の標高値が小さくなるほど、温度上昇可能性が高いと推定でき、標高値が大きくなるほど、温度上昇可能性が低いと推定できる。

５．道路からの輻射熱に基づく推定方法
充填後の高圧タンク内の水素ガスの温度上昇可能性は、道路からの輻射熱によって大きく左右される。したがって、上記Ｓ１において取得した路面情報（舗装路か否か）、予測最高気温、日射量等に基づいて輻射熱の大きさを推定し、輻射熱が大きくなるほど温度上昇可能性が高いと推定でき、輻射熱が小さくなるほど温度上昇可能性が低いと推定できる。

Ｓ５では、以上のような５つの推定方法の何れかを用いることにより、或いはこれら５つの推定方法による推定結果を重み付けして組み合わせることによって、高圧タンクの温度上昇可能性を推定する。なお、上記５つの推定方法に基づく温度上昇可能性の推定結果は、２値的、すなわち水素ガス充填後の温度上昇の可能性の有無として、又は連続的、すなわち温度上昇可能性の度合いを示す連続的な温度上昇パラメータの値として表現される。

Ｓ６では、中断ＳＯＣ閾値を設定する処理を実行し、Ｓ７に移る。
この中断ＳＯＣ閾値とは、高圧タンク内の水素ガス量を百分率［％］で表した水素ガスＳＯＣに対する閾値であって、車両側での水素ガスの充填の中断を判定するために必要となる閾値である（後述のＳ１１参照）。この中断ＳＯＣ閾値設定処理の具体的な手順は、後に図４〜７を参照して説明する。

Ｓ７では、送信値を算出するために用いられる第２マージンの値を設定する処理を実行し、Ｓ８に移る。より具体的にはＳ７では、圧力送信値の算出に用いられる圧力センサ用の第２マージンの値と、温度送信値の算出に用いられる温度センサ用の第２マージンの値を算出する。

通信充填を実行する際、車両側からステーション側へは高圧タンク内の圧力や温度に応じたデータ信号が送信されるが（後述のＳ１０参照）、ここでステーション側へ送信されるデータ信号は、圧力センサや温度センサの検出値に様々な正のマージンを付加して得られる送信値に基づいて生成される。

図３は、圧力送信値の内訳を模式的に示す図である。
圧力送信値は、車両側に設けられた圧力センサの検出値に、図３に示すような第１マージンの値や第２マージンの値などの様々なマージンが付加される。
このうち、第１マージンは、圧力センサの誤差（誤読）分に相当する。この第１マージンの値は、センサの仕様に応じて予め定められた値が用いられる。

第２マージンは、水素ガスの充填後の温度上昇可能性を考慮して加えられる分に相当する。圧力送信値は、ステーション側において認識される高圧タンクの現在の圧力の値に相当し、ステーション側では、この圧力送信値に応じて充填流量を調整したり、充填の完了を判定したりする。したがって、車両側において、水素ガス充填後に温度上昇可能性が推定される場合には、第２マージンの値を大きめの値に設定し、圧力送信値を実際の値よりも大きくすることにより、ステーション側の充填完了の判定のタイミングを早めて、水素タンクに充填させる水素ガスの量を減量側に調整できる。

なお、温度送信値も、圧力送信値と同様に、温度センサの検出値に、温度センサ用の第１マージンの値と第２マージンの値とを付加したものが用いられるので、詳細な説明を省略する。

図２に戻って、Ｓ７では、以上のような圧力送信値及び温度送信値の算出に用いられる第２マージンの値を算出した後、Ｓ８に移る。なお、このＳ７の第２マージン設定処理の具体的な手順は、後に図８〜１０を参照して説明する。

図２に戻って、Ｓ８では、圧力センサ及び温度センサの検出値に基づいて、現在の高圧タンクの水素ＳＯＣを算出し、Ｓ９に移る。この高圧タンクの水素ＳＯＣは、例えば、理想気体の状態方程式により予め定められた演算式に、高圧タンク内の水素ガスの圧力に相当する圧力センサの検出値及び高圧タンク内の水素ガスの温度に相当する温度センサの検出値を代入することで算出される。

Ｓ９では、高圧タンク内の水素ガスの圧力送信値及び高圧タンク内の水素ガスの温度送信値を算出し、Ｓ１０に移る。
より具体的には、圧力送信値は、圧力センサの検出値に、所定の圧力センサ用の第１マージンと、Ｓ７において算出された圧力センサ用の第２マージンとを加算することによって算出される。また、温度送信値も同様に、温度センサの検出値に、所定の温度センサ用の第１マージンと、Ｓ７において算出された温度センサ用の第２マージンとを加算することによって算出される。

Ｓ１０では、Ｓ９において算出された圧力送信値及び温度送信値に基づいて、データ信号を生成し、これをステーション側に送信する。ステーション側では、圧力送信値が現在の高圧タンク内の水素ガスの圧力の値に相当し、温度送信値を現在の高圧タンク内の水素ガスの温度の値に相当するものとし、これに応じて水素ガスの充填流量を調整するとともに、充填の完了を判定する。

Ｓ１１では、Ｓ８で算出された現在の水素ＳＯＣが、Ｓ６で算出された中断ＳＯＣ閾値に達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳであり、水素ＳＯＣが中断ＳＯＣ閾値に達した場合、すなわち車両側で水素ガスが満充填されたと判定した場合には、Ｓ１３に移り、ステーション側において充填の完了が判定されていなくとも水素ガスの充填を中断する。一方、この判定がＮＯである場合には、Ｓ１２に移り、ステーション側において水素ガスの充填が完了したと判定されたか否かを判定する。この判定がＮＯである場合には、通信充填を継続すべくＳ８に戻り、ＹＥＳである場合には、通信充填を終了する。

次に、図４〜図７を参照して、中断ＳＯＣ閾値を設定する手順について、２つの実施例を説明する。
図４は、実施例１の中断ＳＯＣ閾値を設定する手順を示すフローチャートである。上記図２を参照して説明したように、この中断ＳＯＣ閾値設定処理は、通信充填の開始判定直後、通信充填ＥＣＵにおいて実行される。

図５は、中断ＳＯＣ閾値の内訳を模式的に示す図である。
上述のように、中断ＳＯＣ閾値は、通信充填中における水素ＳＯＣに対して設定され、車両側において水素ガスの充填を中断するタイミングを判定するための閾値である。この中断ＳＯＣ閾値設定処理では、水素充填後の温度上昇可能性を判定し、この判定結果に基づいて大きさの異なる２つの閾値Ａ，Ｂで中断ＳＯＣ閾値を持ち替える。図５に示すように、閾値Ｂは、水素充填後の高圧タンク内の水素ガスの圧力上昇可能性を考慮して、閾値Ａよりも小さな値に設定される。すなわち、閾値Ａと閾値Ｂの差は、水素充填後の温度上昇分を見込んだマージンに相当する。

図３に戻って、Ｓ２１では、水素ガスの充填後、直ちに長距離を走行する可能性を判断すべく、上記Ｓ２において算出された予定走行距離が所定距離以上であるか否かを判定する。このＳ２１の判定がＮＯであり、長距離走行の予定が無いと判定される場合には、次ステップＳ２２に移る。

Ｓ２２では、Ｓ５の温度上昇可能性の推定の結果、水素充填後に温度上昇可能性が有ると判定されたか否かを判定する。Ｓ２２の判定がＮＯであり、水素充填後の温度上昇可能性が無いと判定された場合には、比較的大きな閾値Ａを中断ＳＯＣ閾値に設定し（Ｓ２３）、この処理を終了する。一方、Ｓ２２の判定がＹＥＳであり、水素充填後の温度上昇可能性が有ると判定された場合には、閾値Ａよりも小さな閾値Ｂを中断ＳＯＣ閾値に設定し（Ｓ２４）、この処理を終了する。

また、Ｓ２１の判定がＹＥＳであり、水素充填後に長距離の走行予定が有ると判定された場合には、水素充填後、高圧タンク内の水素ガスは減少すると考えられるため、水素充填後の温度上昇可能性の推定結果に関わらず、Ｓ２３に移り、比較的大きな閾値Ａを中断ＳＯＣ閾値に設定し、この処理を終了する。

図６は、実施例２の中断ＳＯＣ閾値を設定する手順を示すフローチャートである。
図４を参照して説明した実施例１では、中断ＳＯＣ閾値を温度上昇可能性に応じて２つの閾値Ａ，Ｂで持ち替えたが、実施例２では、中断ＳＯＣ閾値を温度上昇可能性の推定結果に応じて連続的に変化させる。

Ｓ３１では、Ｓ５の温度上昇可能性の推定の結果として算出された温度上昇パラメータの値に基づいて、図７に示すようなマップを検索することにより、中断ＳＯＣ閾値を算出し、この処理を終了する。図７に示すマップによれば、温度上昇パラメータの値が大きくなるに従い、すなわち温度上昇可能性が高いと推定されるに従い、中断ＳＯＣ閾値は小さな値に設定される。

次に、図８〜図９を参照して、送信値算出用第２マージンの値を設定する手順について、２つの実施例を説明する。
図８は、実施例１の第２マージンの値を設定する手順を示すフローチャートである。上記図２を参照して説明したように、この第２マージン設定処理は、通信充填の開始判定直後、通信充填ＥＣＵにおいて実行される。

Ｓ４１では、水素ガスの充填後、直ちに長距離を走行する可能性を判断すべく、上記Ｓ２において算出された予定走行距離が所定距離以上であるか否かを判定する。このＳ４１の判定がＮＯであり、長距離走行の予定が無いと判定される場合には、次ステップＳ４２に移る。

Ｓ４２では、Ｓ５の温度上昇可能性の推定の結果、水素充填後に温度上昇可能性が有ると判定されたか否かを判定する。Ｓ４２の判定がＮＯであり、水素充填後の温度上昇可能性が無いと判定される場合には、Ｓ４３に移る。Ｓ４３では、圧力センサ用及び温度センサ用の第２マージンの値をそれぞれ“０”に設定し、この処理を終了する。一方、Ｓ４２の判定がＹＥＳであり、水素充填後の温度上昇可能性が有ると判定される場合には、圧力センサ用及び温度センサ用の第２マージンの値をそれぞれ正の所定値に設定し、この処理を終了する。

また、Ｓ４１の判定がＹＥＳであり、水素充填後に長距離の走行予定が有ると推定される場合には、水素充填後、高圧タンク内の水素ガスは減少すると考えられるため、水素充填後の温度上昇可能性の判定結果に関わらず、Ｓ４３に移り、圧力センサ用及び温度センサ用の第２マージンの値をそれぞれ“０”に設定し、この処理を終了する。

図９は、実施例２の第２マージンの値を設定する手順を示すフローチャートである。
図８を参照して説明した実施例１では、第２マージンの値を温度上昇可能性に応じて“０”か正の所定値で持ち替えたが、実施例２では、第２マージンの値を温度上昇可能性の推定結果に応じて連続的に変化させる。

Ｓ５１では、Ｓ５の温度上昇可能性の推定の結果として算出された温度上昇パラメータの値に基づいて、図１０に示すようなマップを検索することにより、圧力センサ用及び温度センサ用の第２マージンの値を算出し、この処理を終了する。図１０に示すマップによれば、温度上昇パラメータの値が大きくなるに従い、すなわち温度上昇可能性が高いと推定されるに従い、圧力センサ用及び温度センサ用の第２マージンの値は大きな値に設定される。

以上詳述した本実施形態の水素充填システムＳによれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、水素充填時に、将来の高圧タンク内の温度に相関のある環境情報を取得し、この環境情報に基づいて水素充填後の高圧タンク内の温度の上昇可能性を推定し、温度上昇する可能性が低い場合には温度上昇する可能性が高い場合よりも中断ＳＯＣ閾値を大きな値に設定する。これにより、車両が使用されている環境に合わせてできるだけ多くの燃料ガスを充填させることができる。
（２）本実施形態では、高圧タンク内の温度の上昇可能性を推定する上で有用な予測最高気温や位置情報の少なくとも何れかを環境情報として取得することにより、温度の上昇可能性を精度良く推定し、ひいては車両の使用環境に応じた適切な値に中断ＳＯＣ閾値を設定できる。
（３）本実施形態では、予測最高気温が現在の気温より高くなるほど、温度上昇する可能性が高いと推定することにより、中断ＳＯＣ閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。
（４）本実施形態では、高圧タンク内の温度の上昇可能性を推定する上で有用な標高値を環境情報として取得し、標高値が小さくなるほど、温度上昇する可能性が高いと推定することにより、中断ＳＯＣ閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。
（５）本実施形態では、車両の現在の停止位置の路面情報と予測最高気温を環境情報として取得し、これらに環境情報に基づいて路面からの輻射熱を推定し、温度の上昇可能性を推定することにより、中断ＳＯＣ閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。
（６）本実施形態では、日射量を環境情報として取得し、この環境情報に基づいて温度の上昇可能性を推定することにより、中断ＳＯＣ閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。
（７）本実施形態では、水素充填後の予定走行距離が所定距離より長く、燃料ガスを充填した後に長距離を走行する可能性が高いと推定される場合には、貯蔵容器内の温度の上昇可能性によらず、予定走行距離が所定距離より短い場合と比較して、満充填閾値を大きな値に設定する。これにより、満充填閾値を車両の使用環境に応じた適切な値に設定できる。
（８）本実施形態では、車両側からは温度センサの検出値に第１、第２マージンの値を加えた温度送信値をステーション側へ送信し、さらにこの第２マージンの値を上記中断ＳＯＣ閾値と同様に温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも小さな値に設定する。これにより、車両の使用環境に合わせてできるだけ多くの水素ガスが充填されるようにディスペンサを制御できる。
（９）本実施形態では、温度送信値と同様に、圧力送信値についても第１、第２マージンの値を加えたものをステーション側へ送信した上、この第２マージンの値を温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと判定された場合よりも小さな値に設定する。これにより、車両の使用環境に合わせてできるだけ多くの水素ガスが充填されるようにディスペンサを制御できる。
（１０）本実施形態によれば、車両の使用環境に応じてできるだけ多くの水素ガスを充填させ、燃料電池車両の１回の水素の充填当たりに走行可能な距離を長くすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
上記実施形態では、燃料電池車両２と水素ガスステーション１とを組み合わせて構成された水素充填システムＳにおいて、満充填パラメータ算出手段、満充填判定手段、環境情報取得手段、及び容器温度推定手段を、全て燃料電池車両２側に設けた例について説明したが、本発明はこれに限るものではない。上記各手段は、何れも水素ガスステーション１側に設けても、同様の効果が期待される。

上記実施形態では、高圧タンク内の水素ガス量に相関のある満充填パラメータを、高圧タンク内の水素ガス量を百分率で示した水素ＳＯＣとし、さらに満充填閾値をこの水素ＳＯＣに対して設定された中断ＳＯＣ閾値とした例について説明したが、満充填パラメータ及び中断ＳＯＣ閾値の定義はこれに限るものではない。上述のような水素ＳＯＣの他、高圧タンク内の水素ガスの圧力、高圧タンク内の水素ガスの温度、及びこれら圧力や温度から演算されるパラメータなども、高圧タンクの満充填を判定するためパラメータとなり得、したがって高圧タンク内の水素ガス量に相関のある満充填パラメータとすることができる。

上記実施形態では、圧力送信値及び温度送信値を、センサの誤読分を見込んだ第１マージン及び充填後の温度上昇分を見込んだ第２マージンが付加されたもので定義したが、これに限らず、他のマージンを付加してもよい。

上記実施形態では、現在の車両の停止位置から目的地までの距離、又は、現在の車両の停止位置から自宅までの距離を予定走行距離としたが、予定走行距離を算出する方法は、これに限るものではない。より具体的には、例えば、水素ガスの充填場所や、充填後の走行経路など、利用者の使用態様を学習しておき、この学習に基づいて充填後の予定走行距離を推定してもよい。

上記実施形態では、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器を高圧タンクとした例について説明したが、これに限らず、吸蔵合金を備えた水素タンクを貯蔵容器としてもよい。
また、上記実施形態では、水素を燃料ガスとした燃料電池車両を例について説明したが、これに限らず、天然ガスを燃料ガスとした天然ガス自動車にも適用できる。

Ｓ…水素充填システム（燃料ガス充填システム）
１…水素ガスステーション（供給装置）
１２…ディスペンサ（充填制御手段）
１４…赤外線通信器（受信手段）
２…燃料電池車両（車両）
３…燃料電池システム
３２…高圧タンク（貯蔵容器）
３６…圧力センサ（圧力検出手段）
３７…温度センサ（容器温度検出手段）
５…通信システム（送信手段）
５１…通信充填ＥＣＵ（満充填パラメータ算出手段、満充填判定手段、環境情報取得手段、容器温度推定手段、温度送信値決定手段、圧力送信値決定手段）
６…環境情報取得システム（環境情報取得手段）
６１…カーナビゲーションシステム（目的地設定手段、通常停車地設定手段）

Claims (10)

1. 燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器を備えた車両と、
   前記車両に接続され前記貯蔵容器内に燃料ガスを供給する供給装置と、を備える燃料ガス充填システムであって、
   前記貯蔵容器内の燃料ガス量に相関のある満充填パラメータの値を算出する満充填パラメータ算出手段と、
   燃料ガス充填時に、前記算出された満充填パラメータ値が所定の満充填閾値に達したか否かを判定する満充填判定手段と、
   燃料ガス充填時に、将来の貯蔵容器の温度に相関のある環境情報を取得する環境情報取得手段と、
   前記取得された環境情報に基づいて、燃料ガス充填後の前記貯蔵容器内の燃料ガスの温度の上昇可能性を推定する容器温度推定手段と、を備え、
   前記満充填判定手段は、前記容器温度推定手段により温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも前記満充填閾値を大きな値に設定することを特徴とする燃料ガス充填システム。
2. 前記環境情報取得手段は、燃料ガス充填後から所定時間内の予測最高気温及び前記車両の位置情報の少なくとも何れかを環境情報として取得することを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス充填システム。
3. 前記容器温度推定手段は、取得された予測最高気温が現在の気温よりも高くなるほど、温度上昇する可能性が高いと推定することを特徴とする請求項２に記載の燃料ガス充填システム。
4. 前記環境情報取得手段は、前記車両の標高値を環境情報として取得し、
   前記容器温度推定手段は、取得された標高値が小さくなるほど、温度上昇する可能性が高いと推定することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料ガス充填システム。
5. 前記環境情報取得手段は、前記車両の停止位置の路面情報及び燃料ガス充填後から所定時間内の予測最高気温を環境情報として取得し、
   前記容器温度推定手段は、取得された路面情報及び予測最高気温に基づいて路面からの輻射熱を推定し、当該輻射熱の推定に基づいて前記貯蔵容器内の温度の上昇可能性を推定することを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の燃料ガス充填システム。
6. 前記環境情報取得手段は、日射量を環境情報として取得し、
   前記容器温度推定手段は、取得された日射量に基づいて前記貯蔵容器内の温度の上昇可能性を推定することを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の燃料ガス充填システム。
7. 前記車両は、その目的地が設定される目的地設定手段と、当該車両の通常停車地が設定される通常停車地設定手段と、を備え、
   前記満充填判定手段は、燃料ガス充填時の車両の位置から前記目的地まで又は燃料ガス充填時の車両の位置から前記通常停車地までの予定走行距離が所定距離より長い場合には、前記容器温度推定手段による温度上昇可能性の推定によらず、前記予定走行距離が前記所定距離より短い場合と比較して前記満充填閾値を大きな値に設定することを特徴とする請求項２から６の何れかに記載の燃料ガス充填システム。
8. 前記車両は、
   前記貯蔵容器の温度を検出する容器温度検出手段と、
   前記容器温度検出手段の検出値に所定の正の第１温度余裕値及び第２温度余裕値を加算したものを温度送信値とする温度送信値決定手段と、
   前記温度送信値に基づいて生成されたデータ信号を前記供給装置へ送信する送信手段と、を備え、
   前記供給装置は、
   燃料ガス充填時に、前記送信手段から送信されたデータ信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信したデータ信号に基づいて、前記貯蔵容器への燃料ガスの充填を制御する充填制御手段と、を備え、
   前記温度送信値決定手段は、前記容器温度推定手段により温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも前記第２温度余裕値を小さな値に設定することを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の燃料ガス充填システム。
9. 前記車両は、
   前記貯蔵容器内のガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段の検出値に所定の正の第１圧力余裕値及び第２圧力余裕値を加算したものを圧力送信値とする圧力送信値決定手段と、をさらに備え、
   前記送信手段は、前記温度送信値及び前記圧力送信値に基づいて生成されたデータ信号を送信し、
   前記圧力送信値決定手段は、前記容器温度推定手段により温度上昇する可能性が低いと推定された場合には、温度上昇する可能性が高いと推定された場合よりも前記第２圧力余裕値を小さな値に設定することを特徴とする請求項８に記載の燃料ガス充填システム。
10. 前記燃料ガスは水素ガスであり、
    前記車両は、前記貯蔵容器内の水素ガスを利用して発電する燃料電池システムを備えた燃料電池車両であることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の燃料ガス充填システム。

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