JP2016200267A - 燃料充填システム及びその燃料充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を充填している間に車両側から送信される情報の正誤を高い精度で判定できる燃料充填システム及びその燃料充填方法を提供すること。【解決手段】水素充填システムの水素ガス充填方法は、所定の充填制御則の下で水素ステーションから水素タンクへ水素ガスを充填する工程（Ｓ２）と、車両側から送信される情報を用いて算出された水素ガスの充填量及び質量流量計を用いて算出された水素ガスの充填量との差に相当する誤差パラメータが所定の許容範囲内であるか否かを判定する判定工程（Ｓ９）と、を備える。充填工程では、水素ガスの充填を開始した後、上記判定工程において得られた判定結果に応じて充填制御則を変える（Ｓ１３及びＳ１６）。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料充填システム及びその燃料充填方法に関する。

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、タンク内に必要な量の水素を速やかに充填するための、所謂通信充填と呼称される技術についても盛んに研究が進められている。

通信充填とは、車両側から何らかの通信手段を利用して水素タンクに関する情報をステーションへ送信し、ステーションでは受信した情報を用いて燃料を充填する技術である。水素タンクには、例えば、水素タンク内の水素ガスの温度や圧力を検出するセンサが設けられている。車両側からは、これらセンサの出力に基づいて水素タンクの温度や圧力に関する情報（以下、これら水素タンクの温度や圧力等に関する情報を総称してタンク状態情報という）をステーション側へ送信する。ステーション側は、できるだけ速やかに満充填にすることを目標として、取得したタンク状態情報を用いた充填制御則の下で充填流量を制御する。

特許文献１には、車両側から送信される情報が正しいかどうかを検証する技術が示されている。特許文献１の方法では、初期充填時にステーションから車両へ放出された水素ガスの物理情報に基づいて、初期充填後の水素タンク内の燃料の予測温度を算出し、この予測温度と初期充填後に車両から送信される水素タンク内の燃料の実温度とを比較し、これらが大きく乖離している場合には、車両側の温度センサに異常が生じたと判断し、充填流量の低減、停止、異常の報知等の措置を講じている。

特開２０１１−１２２６５７号公報

ところで特許文献１の方法では、初期充填後の予測温度を、エネルギー保存則に基づいて導出された予測演算式に、ステーションから燃料タンクに放出された燃料ガスの供給温度や供給圧力等の物理情報を入力することによって算出している。すなわち、特許文献１の方法では、予測演算式を用いて算出された予測温度は正確であるとの前提の下で、車両側から送信される情報の正誤を判断している。ところが実際には、充填中の水素タンク内の燃料の温度は、水素タンクの表面からの放熱によって変化することから、予測温度を精度良く算出するのは困難である。このため特許文献１の方法では、規範となる予測温度の誤差が大きく、車両側から送信される情報の正誤を精度良く判定することが困難である。

本発明は、燃料を充填している間に車両側から送信される情報の正誤を高い精度で判定できる燃料充填システム及びその燃料充填方法を提供することを目的とする。

（１）燃料充填システムは、燃料タンクに関する情報を外部へ送信する送信器を有する車両と、前記車両から送信された情報を用いて前記燃料タンクへ燃料を充填する外部充填装置と、を備える。本発明の燃料充填システムの燃料充填方法は、所定の充填制御則の下で前記外部充填装置から前記燃料タンクへ燃料を充填する充填工程と、前記送信器から送信される情報を用いて、前記充填工程を開始した後の判定期間内における燃料の充填量を算出する第１充填量算出工程と、前記外部充填装置に設けられた質量流量計を用いて、前記判定期間内における燃料の充填量を算出する第２充填量算出工程と、前記第１充填量算出工程によって得られる充填量と前記第２充填量算出工程によって得られる充填量との差が所定の許容範囲内であるか否かを判定する判定工程と、を備え、前記充填工程では、燃料の充填を開始した後、前記判定工程において得られた判定結果に応じて前記充填制御則を変える。なお本発明において「充填制御則」とは、複数の入力信号から流量制御装置の操作量を決定する制御アルゴリズムをいう。また本発明において、「充填制御則を変える」とには、制御アルゴリズムそのものを変えることだけでなく、同じ制御アルゴリズムであっても、マップを変えたり、新たな入力信号を増やしたり、それまで用いていた入力信号を減らしたりすることによって入力信号と操作量との対応関係を実質的に変化させることを含むものとする。また本発明では、判定結果に応じて充填そのものを終了することも「充填制御則を変える」ことに含まれるものとする。

（２）この場合、前記充填工程は、充填を開始してから前記判定結果が得られるまでの期間を含む第１充填工程と、当該第１充填工程の終了以降の第２充填工程と、に分けられ、前記送信器から送信される情報は、前記燃料タンク内の燃料の状態に関する状態情報と、前記燃料タンクの容積値を含む固有情報と、を含み、前記第１充填工程では、前記判定結果が得られていない状態であっても前記状態情報及び前記固有情報を用いた充填制御則の下で燃料を充填し、前記第２充填工程では、前記差が前記許容範囲内であると判定された場合には前記状態情報及び前記固有情報又はこれと等価な情報を用いた充填制御則の下で燃料を充填することが好ましい。

（３）この場合、前記燃料充填方法は、前記第１充填工程を行っている間の所定の第０時刻及び第１時刻に取得した値を用いて、下記式（１）によって前記燃料タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する容積推定工程をさらに備えることが好ましい。

上記式（１）において、“Ｒ”は所定の固定値であり、“ｄｍ”は前記質量流量計によって得られる前記第０時刻と前記第１時刻との間における燃料の充填量の値であり、“Ｔ_０”及び“Ｔ_１”はそれぞれ前記第０時刻及び前記第１時刻における前記燃料タンク内の燃料の温度の値であり、“Ｐ_０”及び“Ｐ_１”はそれぞれ前記第０時刻及び前記第１時刻における前記燃料タンク内の燃料の圧力の値であり、“Ｚ_０”及び“Ｚ_１”はそれぞれ前記第０時刻及び前記第１時刻における前記燃料タンク内の燃料の圧縮率因子の値である。

（４）この場合、前記第１充填工程では、前記第０時刻及び前記第１時刻において燃料の充填を一時的に停止し、前記“Ｐ_０”及び“Ｐ_１”は、それぞれ前記第０時刻及び前記第１時刻における前記外部充填装置に設けられた圧力センサの計測値であることが好ましい。

（５）この場合、前記第２充填工程では、前記判定工程において前記差が前記許容範囲内であると判定されかつ前記固有情報から得られる容積値と前記容積推定工程によって得られる推定値との差が所定の誤差範囲内である場合には、前記固有情報から得られる容積値又は前記容積推定工程によって得られる推定値を用いた充填制御則の下で燃料を充填することが好ましい。

（６）この場合、前記第１充填工程では、燃料の充填を開始した時点からの前記燃料タンク内の燃料の圧力変化量、質量変化量、温度変化量、密度変化量、及び燃料の充填を開始した時点からの経過時間のうち何れかがそれぞれに対して設定された判定閾値を超えるまで燃料を充填することが好ましい。

（７）この場合、前記判定閾値は、前記第１充填工程中における過昇温の発生を防止できる範囲内のうち最も大きな値に設定されることが好ましい。

（８）この場合、前記第１充填工程では前記第２充填工程の開始直後において取り得る流量のうち最も少ない最低流量以下の流量で燃料を充填することが好ましい。

（９）この場合、前記第２充填工程では、前記判定工程において前記差が前記許容範囲内であると判定された場合には、前記送信器から送信される状態情報を用いて前記燃料タンク内に存在する燃料量を算出し、当該燃料量に基づいて充填を完了する時期を決定する充填制御則の下で燃料を充填することが好ましい。

（１０）本発明の燃料充填システムは、燃料を貯蔵する燃料タンク及び当該燃料タンクに関する情報を外部へ送信する送信器を有する車両と、前記車両から送信される情報を受信する受信器、前記燃料タンクへ充填される燃料の質量流量を測定する質量流量計、及び所定の充填制御則の下で前記燃料タンクへの燃料の充填を制御する充填制御手段を有する外部充填装置と、前記送信器から送信される情報を用いて、前記充填制御手段によって燃料の充填を開始した後の判定期間内における燃料の充填量を算出する第１充填量算出手段と、前記質量流量計を用いて、前記判定期間内における燃料の充填量を算出する第２充填量算出手段と、前記第１充填量算出手段によって得られる充填量と前記第２充填量算出手段によって得られる充填量との差が所定の許容範囲内であるか否かを判定する判定手段と、を備える。前記充填制御手段は、燃料の充填を開始した後、前記判定手段において得られた判定結果に応じて前記充填制御則を変える。

（１）本発明では、所定の充填制御則の下で充填工程を開始した後の判定期間内における燃料の充填量を車両側から送信される情報を用いて算出し、これを第１充填量とする。またこれと同じ判定期間内における燃料の充填量を、外部充填装置に設けられた質量流量計を用いて算出し、これを第２充填量とする。そしてこれら第１充填量と第２充填量との差が所定の許容範囲内であるか否かを判定し、この判定結果に応じて充填制御則を変える。特に本発明では、外部充填装置に設けられた質量流量計を用いることによって直接測定される第２充填量を規範とすることにより、車両側から送信される情報の正誤を精度良く判定できる。また本発明では、車両側から送信される情報を用いることによって第１充填量を算出する。すなわち、第１充填量と第２充填量とで、これらを算出するために用いる情報の出所を、車両側と外部充填装置側とに完全に切り分けることができる。また外部充填装置は、不特定多数の様々な種類の車両に燃料を充填することを想定している。このため一般的には、外部充填装置に用いられるセンサの精度は、個々の車両に搭載されているセンサの精度よりも高い。したがって、第１充填量及び第２充填量を算出するために用いる情報の出所を、外部充填装置側と車両側とで切り分けることにより、車両側から送信される情報の正誤を精度良く判定できる。また、従来と比較して誤判定を少なくすることにより、燃料の充填中に誤って不適切な充填制御則に変えてしまうこともないので、燃料タンクを満充填にするまでにかかる時間も短くすることができる。

（２）本発明では、充填工程を、充填を開始してから判定結果が得られるまでの期間を含む第１充填工程と、この第１充填工程の終了以降の第２充填工程とに分ける。そして、第１充填工程では、判定結果が得られていない状態であっても、すなわち車両側から送信される状態情報及び固有情報の正誤が判明していない状態であっても、これら状態情報及び固有情報を用いた充填制御則の下で燃料を充填する。そして第２充填工程では、差が許容範囲内であると判定された場合には、すなわち車両側から送信される状態情報及び固有情報が正しいことが判明した場合には、第１充填工程に引き続き、これら状態情報及び固有情報を用いた充填制御則（すなわち、第１充填工程と同じ充填制御則）の下で燃料を充填する。このように第１充填工程では、その正誤に関わらず車両側からの状態情報及び固有情報を用いた充填制御則の下で燃料を充填することにより、できるだけ速やかに第１充填工程を終えることができる。

（３）本発明では、第１充填工程中の２時点で得られる値を用い、上記式（１）に基づいて燃料タンクの容積を推定することにより、簡便な方法で燃料タンクの容積を推定できる。また上記式（１）によれば、車両側から送信される燃料タンクの容積に関する固有情報を用いることなく燃料タンクの容積を推定できる。したがって、上記式（１）に基づいて得られる容積の推定値と、車両からの固有情報から得られる容積値とを付き合せることにより、燃料タンクの容積の信頼性を向上することができる。

（４）上述のように外部充填装置に用いられるセンサの精度は、車両のものと比較すれば高い。しかしながら、配管の圧損により、燃料の充填中に外部充填装置の圧力センサで検出される圧力は、実際の燃料タンク内の圧力よりも高い。本発明では、第０時刻及び第１時刻において一時的に燃料の充填を停止することにより、両時刻においてのみ外部充填装置に設けられた圧力センサで燃料タンク内の圧力を検出できる状態にすることができる。これにより、燃料タンクの容積の推定値を算出するに当り、一般的に精度が高い外部充填装置の圧力センサの検出値を用いることができるので、容積を精度良く推定できる。

（５）本発明の第２充填工程では、判定工程によって車両側から送信される状態情報及び固有情報が正しい（差は許容範囲内である）と判定され、かつ固有情報から得られる容積値と容積推定工程によって得られる容積の推定値との整合性が確認された場合には、これら容積の値の何れかを用いた充填制御則の下で燃料を充填する。これにより、第２充填工程では、信頼性の高い容積の値が用いた充填制御則の下で燃料を充填できるので、速やかに満充填にできる。

（６）上述のように第１充填工程は、全体の充填工程のうち、これと並行して行われる判定工程の判定結果に応じて充填制御則を変える前までの工程として定義される。また判定工程では、燃料の充填量を付き合せることによって車両側から送信される情報の正誤を判定する。すなわち、判定工程における判定結果を正確なものにするには、燃料タンクの中の状態がある程度安定するように、第１充填工程ではある程度の量の燃料が充填される必要がある。これに対し本発明では、圧力変化量、質量変化量、温度変化量、密度変化量、及び経過時間のうち何れかが各々に対して設定された判定閾値を超えるまで、換言すればある程度の量の燃料が充填されるまで第１充填工程を行うことにより、判定工程における判定精度を適切に管理できる。

（７）上述のように第１充填工程では、圧力変化量、質量変化量、及び経過時間のうち何れかがそれぞれに対して設定された判定閾値を超えるまで、この時点では未だ正誤が判明していない状態情報及び固有情報を用いた充填制御則の下で燃料を充填する。本発明では、第１充填工程中における過昇温（燃料タンクの温度が想定より高い温度まで上昇すること）の発生を防止できる範囲内に判定閾値を設定することにより、誤った情報の下での充填が行われた場合であっても第１充填工程中に過昇温に至るのを防止できる。また判定閾値を、過昇温を防止できる範囲内のうち最も大きな値に設定することにより、第１充填工程中に燃料タンクの中の状態が安定する時間を確保できるので、判定工程における判定精度を向上できる。

（８）上述のように第１充填工程では、この時点では未だ正誤が判明していない状態情報及び固有情報を用いた充填制御則の下で燃料を充填する。本発明では、第１充填工程では第２充填工程の開始直後において取り得る流量のうち最も少ない最低流量以下の流量で燃料を充填する。これにより、車両側から送信される状態情報が正確でなかったとしても、第１充填工程中に燃料タンクの温度が想定より高い温度まで上昇するのを防止できる。

（９）本発明の第２充填工程では、差が許容範囲内であると判定された場合には、車両側から送信される状態情報を用いて燃料タンク内に存在する燃料量を算出し、この燃料量に基づいて充填を完了する時期を決定する充填制御則の下で燃料を充填する。すなわち、燃料量の算出には、正しいと判定された状態情報が用いられるので、満充填に近い適切なタイミングで燃料の充填を完了させることができる。

（１０）本発明によれば、上述の（１）の発明と同じ理由により、車両側から送信される情報の正誤を精度良く判定できる。また本発明によれば、従来と比較して誤判定を少なくすることにより、燃料の充填中に誤って不適切な充填制御則に変えてしまうこともないので、燃料タンクを満充填にするまでにかかる時間も短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。 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。 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。 充填を開始した直後における圧力変化量と水素タンクの温度との関係を示す図である。 図３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。 リークチェックを定期的に行う水素充填システムに本発明を適用した場合における水素ガスを充填する手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料充填方法が適用された水素充填システムＳの構成を示す図である。水素充填システムＳは、水素ガスを流体燃料として走行する燃料電池車両Ｖと、この車両Ｖの水素タンク３１に水素ガスを供給する外部充填装置としての水素ステーション９と、を組み合わせて構成される。以下では、始めに車両Ｖ側の構成について説明し、次に水素ステーション９側の構成について説明する。

＜燃料電池車両Ｖの構成＞
燃料電池車両Ｖ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システム３と、水素タンクシステム３に関する情報を含んだデータ信号を生成する充填演算ＥＣＵ６と、充填演算ＥＣＵ６で生成したデータ信号を水素ステーション９へ送信する赤外線送信器５と、を備える。なお図１には、車両Ｖのうち、車体や、水素タンクシステム３に貯蔵された水素ガスを用いて発電する燃料電池システムの構成や、燃料電池システムによって発電した電力を利用して車体を移動させる駆動系等の構成については図示を省略する。

水素タンクシステム３は、水素ガスを貯蔵する複数（例えば、３つ）の水素タンク３１，３２，３３と、水素ガスの充填時に水素ステーション９のノズルが接続されるレセプタクル３４と、このレセプタクル３４と各水素タンク３１〜３３とを接続する導入管３５と、各水素タンク３１〜３３内の温度を検出する温度センサ３６，３７，３８と、水素タンク３１〜３３内の圧力を検出する圧力センサ３９と、を備える。充填時に水素ステーション９から圧送される水素ガスは、この導入管３５を介して各水素タンク３１〜３３内へ充填される。

またこれら水素タンク３１，３２，３３には、それぞれ元弁３１ａ，３２ａ，３３ａが設けられている。例えば車両Ｖの走行中である場合には、図示しない燃料電池システムに水素タンク３１〜３３内に貯蔵された水素ガスを供給するため、これら元弁３１ａ〜３３ａは開かれる。またこれら元弁３１ａ〜３３ａは、それぞれ車両Ｖのメンテナンス時を考慮して、作業者が手動で開閉できるようになっている。したがって、例えばメンテナンスを行った後に、作業者が何れかの元弁を開き忘れた場合には、元弁が閉じられたまま水素ステーション９から水素ガスが充填される場合があり得る。

なお以下では、単に「水素タンク」という場合、図１の車両Ｖのように複数の燃料タンク３１〜３３を備えるものについては、これら複数の燃料タンク３１〜３３を組み合わせて仮想的に構成される単一の水素タンクを指すものとする。各水素タンクには、ほぼ同じ条件下で水素ガスが充填されることから、水素タンクは、単一であるものと仮定しても差支えない。

各温度センサ３６〜３８は、各水素タンク３１〜３３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。また圧力センサ３９は、導入管３５のうち水素タンク３１の近傍の圧力を検出し、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３６〜３９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送信器５を駆動する駆動回路や、各種データを記憶する記憶装置等で構成されるマイクロコンピュータである。

通信演算ＥＣＵ６の記憶装置には、後述のデータ信号生成処理の実行に係るプログラムや、車両Ｖが製造された時点で搭載されていた水素タンク３１〜３３の容積値を含む固有情報が記録されている。上述のように水素タンクシステム３は、複数の水素タンク３１〜３３を組み合わせて構成されている。したがってこの固有情報に含まれる容積値とは、製造時点における水素タンク３１〜３３の容積値の合計値である。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３４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、送信器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３４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Ｔ_ＩＲと、水素タンク内の圧力の現在の値に相当する圧力送信値Ｐ_ＩＲと、水素タンクの容積の現在の値に相当する容積送信値Ｖ_ＩＲと、が所定の周期毎に取得され、これら値（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）に応じたデータ信号を生成する。温度送信値Ｔ_ＩＲは、例えば、上記３つの温度センサ３６〜３８の検出値の平均値や、３つの温度センサ３６〜３８のうち予め定められた代表のものの検出値が用いられる。圧力送信値Ｐ_ＩＲは、例えば、その時の圧力センサ３９の検出値が用いられる。また容積送信値Ｖ_ＩＲは、上述の記憶装置に記録されたものが用いられる。なお、これら送信値Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲのうち、Ｔ_ＩＲ及びＰ_ＩＲは充填中に逐次変化する値であるが、Ｖ_ＩＲは充填中に変化しない固定値である。

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

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

＜水素ステーション９の構成＞
水素ステーション９は、車両Ｖに供給するための水素ガスが高圧で貯蔵されている水素貯蔵タンク９１と、水素貯蔵タンク９１から作業者が直接操作する充填ノズル９２に至る充填流路９３と、充填流路９３に設けられた流量制御弁９４と、充填流路９３を流れる水素ガスの流量（以下、「充填流量」という）を制御するために流量制御弁９４を開閉するステーションＥＣＵ９５と、を備える。

充填流路９３のうち流量制御弁９４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、車両Ｖの水素タンク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。

水素ステーション９には、水素ガスの充填に関わる様々な物理量を検出するために複数のセンサ９７ａ，９７ｂ，９７ｃ，９７ｄが設けられている。

質量流量計９７ａは、充填流路９３のうち流量制御弁９４とプレクーラ９６との間に設けられ、充填流路９３を流れる水素ガスの質量流量を検出し、検出値に対応した信号をステーションＥＣＵ５に送信する。

ガス温度センサ９７ｂは、充填流路９３のうちプレクーラ９６と充填ノズル９２との間に設けられ、充填流路９３内の水素ガスの温度を検出し、検出値に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。

圧力センサ９７ｃは、充填流路９３のうちプレクーラ９６と充填ノズル９２との間に設けられ、充填流路９３内の水素ガスの圧力を検出し、検出値に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。

大気温度センサ９７ｄは、大気の温度を検出し、検出値に対応した信号をステーションＥＣＵ９５に送信する。なお、この大気温度センサ９７ｄによって検出される大気温度は、充填開始時点における車両Ｖの燃料タンク内の水素ガスの温度とみなすことができる場合がある。

充填ノズル９２には、車両Ｖから送信されるデータ信号を受信するための赤外線受信器９８が設けられている。赤外線受信器９８は、充填ノズル９２をレセプタクル３４に接続すると、車両Ｖの赤外線送信器５と対向し、これら送信器５及び受信器９８の間で赤外線を介したデータ信号及びアボート信号（以下、「データ信号等」という）の送受信が可能となる。赤外線受信器９８は、赤外線送信器５から送信されるデータ信号等を受信すると、これをステーションＥＣＵ９５に送信する。これにより、通信演算ＥＣＵ６とステーションＥＣＵ９５との間において、データ信号等の送受信が実現される。以下では、これら送信器５及び受信器９８の間での赤外線を介したデータ信号等の送受信を、ＩＲ通信ともいう。

ステーションＥＣＵ９５は、充填ノズル９２が車両Ｖのレセプタクル３４に接続されることにより水素ガスの充填及びＩＲ通信が可能となったことに応じて、ステーション側に設けられたセンサ９７ａ〜９７ｄの出力やＩＲ通信によってデータ信号等を用いた図２に示すような充填制御則の下で充填流量を制御する。

図２は、ステーションＥＣＵ９５による充填流量制御の制御回路の構成を示す機能ブロック図である。以下では、図２に示す各モジュール７１〜７７の機能について順に説明する。

平均プレクール温度演算部７１は、ガス温度センサ９７ｂの検出値Ｔ_ＰＣ及び質量流量計９７ａの検出値ｍ_ＳＴに基づいて、プレクーラを経た後の水素ガスの平均温度である平均プレクール温度Ｔ_{ＰＣ＿ＡＶ}を算出する。

昇圧率演算部７２は、予め定められた充填時間マップと大気温度Ｔ_ａｍと平均プレクール温度Ｔ_{ＰＣ＿ＡＶ}とを用いることによって正規化された充填時間を算出し、さらにこの正規化された充填時間と現在のステーション圧力センサの検出値Ｐ_ＳＴ（以下、「充填圧」ともいう）とを用いることによって、充填圧Ｐ_ＳＴの上昇率の目標に相当する目標昇圧率ΔＰ_ＳＴを算出する。なおこの「正規化された充填時間」とは、今回の充填において実際にかけるべき充填時間ではなく、水素タンクが所定の基準状態（例えば、空の状態）であると仮定した場合に、この基準状態から満充填にするまでにかけるべき仮想的な充填時間をいう。

また「充填時間マップ」とは、大気温度Ｔ_ａｍ及び平均プレクール温度Ｔ_{ＰＣ＿ＡＶ}と正規化された充填時間とを関連付けるマップである。昇圧率演算部７２には、このような充填時間マップが、複数種類、例えば水素タンクの容積に応じたクラスごとに定義されている。昇圧率演算部７２は、車両側から送信される容積送信値Ｖ_ＩＲ又は後述の容積推定部７６によって算出される容積推定値Ｖ´を用いることによって対象とする水素タンクが属するクラスに応じた充填時間マップを選択し、上述のように正規化された充填時間及び目標昇圧率を算出する。

なお、後に説明するように、容積推定値Ｖ´は、充填を開始してから所定時間後に容積推定部７６によって算出される。また、容積送信値Ｖ_ＩＲは、充填の開始直後から利用できるものの、その正誤は、充填を開始してから所定時間後に後述のエラー判定部７７によって判定される。そこで昇圧率演算部７２では、充填を開始してから所定時間の間は、その正誤が判定されていない状態であっても容積送信値Ｖ_ＩＲを用いて選択されるものによって上記充填時間マップを暫定的に確定する。また、容積推定値Ｖ´が算出された後は、容積推定値Ｖ´又は容積送信値Ｖ_ＩＲを用いて選択されるものによって充填時間マップを確定する。

目標充填圧演算部７３は、昇圧率演算部７２によって算出された目標昇圧率と充填圧Ｐ_ＳＴとを用いることによって、所定時間後の充填圧の目標値に相当する目標充填圧Ｐ_ＴＲＧＴを算出する。

フィードバック制御器７４は、既知のフィードバック制御則に基づいて、充填圧Ｐ_ＳＴが目標充填圧Ｐ_ＴＲＧＴになるような流量制御弁の指示開度を決定し、これを流量制御弁の駆動装置（図示せず）に入力する。駆動装置は、この指示開度を実現するように流量制御弁の開度を調整する。

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

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

第２の充填完了条件は、充填中の水素タンクの水素ＳＯＣが、所定の完了閾値を超えたこと、である。ここで、水素ＳＯＣとは、水素タンクに貯蔵されている水素ガスの残量を、水素タンクで貯蔵できる水素ガスの最大量に対する百分率で示したものである。充填完了判断部７５は、車両側からの温度送信値Ｔ_ＩＲと、充填圧Ｐ_ＳＴとを既知の推定式に入力することによって、充填中の水素ＳＯＣを算出し、この水素ＳＯＣが上記完了閾値を超えた場合には、水素ガスの充填を完了させるべく、指示開度を０にする。なお充填完了判断部７５では、後述のエラー判定部７７によって圧力送信値Ｐ_ＩＲが正しいと判断された後（より具体的には、例えば後述の図３のフローチャートのＳ１６の第２充填工程以降）であれば、ステーション圧力センサで検出される充填圧Ｐ_ＳＴの代わりに、車両から送信される圧力送信値Ｐ_ＩＲを用いて水素ＳＯＣを算出するようにしてもよい。

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

なお、上記第２の充填完了条件を採用すれば、水素タンクの水素ＳＯＣを用いて充填の完了が判断されるため、他の２つの充填完了条件を採用した場合よりもより多くの量の水素ガスを充填できる。しかしながら、水素ＳＯＣの算出には車両側から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ）が用いられるため、これらデータ信号が不正確である場合には、この第２の充填完了条件を採用するのは好ましくない。また、上記第３の充填完了条件を採用すれば、車両側からのデータ信号を用いずに充填を完了するタイミングを判断することができる。しかしながら、上述の第２の充填条件を採用した場合よりも、早めに充填が完了するようになっているため、十分な量の水素ガスが充填することができない。

以上のような点を考慮して、充填完了判断部７５は、充填を開始してから後述のエラー判定部７７によってデータ信号（Ｔ_ＩＲ、Ｐ_ＩＲ）の正誤が判定されるまでの間、並びにデータ信号（Ｔ_ＩＲ、Ｐ_ＩＲ）が正確であると判定された後は、第１及び第２の充填完了条件によって充填を完了する時期を決定する。すなわち、第３の充填完了条件は採用しない。また充填完了判断部７５は、エラー判定部７７によってデータ信号（Ｔ_ＩＲ、Ｐ_ＩＲ）は不正確であると判定された後は、第１及び第３の充填完了条件によって充填を完了する時期を決定する。すなわち、データ信号（Ｔ_ＩＲ、Ｐ_ＩＲ）は不正確であると判断されたことに応じて、第２の充填完了条件は採用しない。これにより、データ信号が不正確であっても、水素ガスの充填を継続し、できるだけ多くの量の水素ガスを充填できる。

容積推定部７６は、車両側から送信される容積送信値Ｖ_ＩＲ以外の情報、より具体的には充填を開始してから所定の時間が経過するまでの間の２つの異なる第０時刻及び第１時刻において取得した値を用いて、下記式（２）によって水素タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する。下記式（２）は、上記第０時刻及び第１時刻のそれぞれにおいて成立する実在気体方程式を連立することによって導出される。

上記式（２）において、“Ｒ”は、気体定数であり、固定値である。“ｄｍ”は、上述の第０時刻と第１時刻との間における水素ガスの充填量の値であり、例えば、第０時刻から第１時刻までの間における質量流量計９７ａの検出値を積分することによって算出された値が用いられる。

“Ｔ_０”及び“Ｔ_１”はそれぞれ第０時刻及び第１時刻における水素タンク内の水素ガスの温度の値である。より具体的には、“Ｔ_０”は、例えば、第０時刻における大気温度センサの検出値Ｔ_ａｍが用いられる。また“Ｔ_１”は、予め定められた温度予測式に、大気温度センサの検出値やガス温度センサの検出値等を入力することによって算出される。

“Ｐ_０”及び“Ｐ_１”はそれぞれ第０時刻及び第１時刻における水素タンク内の水素ガスの圧力の値である。より具体的には、例えば“Ｐ_０”及び“Ｐ_１”には、それぞれ第０時刻及び第１時刻におけるステーション側の圧力センサの検出値Ｐ_ＳＴが用いられる。ただし、ステーションと車両との間の水素ガスの流路には圧損が生じるため、水素ガスの充填中は、水素タンク内よりもステーション側の方が圧力は高い。したがって、上記のようにステーション側の圧力センサの出力を用いて“Ｐ_０”及び“Ｐ_１”を推定する場合、これを推定する時刻、すなわち第０時刻及び第１時刻では、水素ガスの充填を一時的に停止することが好ましい。

また“Ｚ_０（Ｐ_０）”及び“Ｚ_１（Ｐ_１）”はそれぞれ第０時刻及び第１時刻における水素タンク内の水素ガスの圧縮率因子の値である。より具体的には、水素タンク内の水素ガスの圧力の関数として予め定められた圧縮率因子の推定式に、各時刻の圧力の値“Ｐ_０”及び“Ｐ_１”や、各時刻の温度の値“Ｔ_０”及び“Ｔ_１”等を入力することによって算出される。

エラー判定部７７は、充填を開始した後の所定の判定期間における質量流量計９７ａの出力を用いることによって、車両側から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）の正誤を判定する。より具体的には、エラー判定部７７では、以下の手順によってデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）の正誤を判定する。

先ず、エラー判定部７７は、上記判定期間内における水素ガスの充填量を、車両側から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）を下記式（３）に入力することによって算出し、これを“ｄｍ_ＩＲ”とする。下記式（３）において、“ｔｓ”及び“ｔｅ”は、それぞれ上記判定期間の開始時刻及び終了時刻に相当する。また、下記式（３）において、“Ｐ_ＩＲ（ｔｅ）”や“Ｔ_ＩＲ（ｔｓ）”は、各時刻において取得されたデータ信号を意味する。また、“Ｒ”上記式（２）と同じ気体定数であり、“Ｚ（Ｐ_ＩＲ（ｔｅ））”や“Ｚ（Ｐ_ＩＲ（ｔｓ））”は、それぞれ、上記式（２）において用いられるものと同じ圧縮率因子の推定式に、各時刻の圧力送信値を入力することによって算出される値である。なお、下記式（３）は、上記式（２）と同様に、開始時刻及び終了時刻においてそれぞれ成立する実在気体方程式を連立することによって導出される。

次にエラー判定部７７は、上記判定期間内における水素ガスの充填量を、質量流量計９７ａの検出値ｍ_ＳＴを積分することによって算出し、これを“ｄｍ_ＭＦＭ”とする。

次にエラー判定部７７は、上述のようにして異なる方法で算出した充填量ｄｍ_ＩＲとｄｍ_ＭＦＭとの差に相当する誤差パラメータｄｍ_{ｅｒｒｏｒ}を下記式（４）によって算出する。そしてエラー判定部７７は、この誤差パラメータｄｍ_{ｅｒｒｏｒ}が所定の許容範囲内（例えば、１５％）である場合には、車両側から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）は正しいと判断し、誤差パラメータｄｍ_{ｅｒｒｏｒ}が上記許容範囲外である場合には、車両側から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）は不正確であると判断する。

次に、水素充填システムにおいて水素ガスを充填する具体的な手順を説明する。
図３は、水素充填システムにおいて水素ガスを充填する手順を示すフローチャートである。この処理は、水素ステーションの充填ノズルが車両のレセプタクルに接続され、水素ガスの充填とＩＲ通信が可能な状態となったことに応じて開始する。

Ｓ１では、水素ステーションは、プレショット充填を行った後、水素タンクの初期圧力Ｐ_０及び水素タンクの初期温度Ｔ_０を取得する。このプレショット充填は、数秒間にわたって数十〜数百［ｇ］程度の量の水素ガスを試験的に充填する処理である。以下では、このプレショット充填が終わった後の充填を本充填と定義する。またここで、水素タンクの初期圧力Ｐ_０は、例えば、ステーションに設けられた圧力センサの出力に基づいて取得される。水素タンクの初期温度Ｔ_０は、例えば、ステーションに設けられた外気温度センサの出力に基づいて取得される。また以下では、プレショット充填が行われた後の一時的に充填が停止されている時期であって、これら初期圧力Ｐ_０及び初期温度Ｔ_０が取得される時刻を第０時刻（後述の図５中、時刻ｔ０）と定義する。

Ｓ２では、水素ステーションは、車両から送信される容積送信値Ｖ_ＩＲを用いて、図２の昇圧率演算部における充填時間マップを暫定的に確定する。

Ｓ３では、水素ステーションは、第１充填工程を開始する。この第１充填工程では、充填流量は、車両から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）を用いた充填制御則の下で制御される。より具体的には、この第１充填工程では、充填流量は、上述のように容積送信値Ｖ_ＩＲによって暫定的に確定された充填時間マップの下で制御される。また温度送信値Ｔ_ＩＲは、図２の充填完了判断部において、第１及び第２の充填完了条件が満たされたか否かを判断するために用いられる。

Ｓ４では、水素ステーションは、車両から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ、Ｐ_ＩＲ、Ｖ_ＩＲ）及びステーションに設けられた質量流量計の検出値ｍ_ＳＴを上記式（３）及び（４）に入力することにより、上述の第０時刻を開始時刻とし現在を終了時刻とした誤差パラメータｄｍ_{ｅｒｒｏｒ}を算出し、算出した値を所定のバッファに格納する。

Ｓ５では、水素ステーションは、第１充填工程を開始してから所定の判定時期に達したか否かを判定する。より具体的には、水素ステーションは、上述の第０時刻から現在までの燃料タンク内の圧力変化量、質量変化量、温度変化量、密度変化量、及び第０時刻から現在までの経過時間のうち、何れかが各々に対して設定された判定閾値を超えたか否かを判定する。Ｓ５の判定がＮＯの場合、Ｓ４に戻って水素ガスの充填を継続し、Ｓ５の判定がＹＥＳの場合、水素ガスの充填を一時的に停止すべくＳ６に移る。ここで、Ｓ５の判定閾値の好ましい設定について説明する。

図４は、充填を開始した直後における圧力変化量（横軸）と、水素タンクの温度（縦軸）との関係を示す図である。図４では、充填を開始した時点における水素タンクの温度は、大気温度と等しいと仮定した。この図に示すように、充填を開始すると圧力変化量の増加に合わせて水素タンクの温度も大気温度から上昇するが、その上昇速度は、Ｓ３において容積送信値Ｖ_ＩＲに基づいて暫定的に確定される充填時間マップの種類によって変化する。ここで、容積送信値Ｖ_ＩＲが実際の水素タンクの容積値を表した適切な値であった場合には、実際の水素タンクに応じた適切な充填時間マップが選択されるので、図４において実線で示すように過昇温に至ることはない。しかしながら容積送信値Ｖ_ＩＲが実際の水素タンクの容積値とは異なる不適切な値であった場合には、不適切な充填時間マップの下で充填を継続し続けると、図４において破線で示すように水素タンクの温度が短時間の間に上昇し過昇温に至る場合がある。

Ｓ５では、車両側から送信されるデータ信号にはエラー（特に、容積送信値と実際の水素タンクの容積値との不一致）が存在する場合があることを想定し、第１充填工程中にこのようなデータ信号のエラーに起因する過昇温の発生を防止できるような大きさに判定閾値を設定する。すなわち、判定閾値は、データ信号にエラーが存在していたとしても、過昇温に至る前に水素ガスの充填が一時的に停止されるような適切な大きさに設定される。より具体的には、例えば圧力変化量に対する判定閾値は、例えば図４に示すように設定される。例えば、データ信号において想定される様々なエラーのうち最も水素タンクの温度上昇速度が速くなるようなエラーを仮定し（図４中、破線参照）、このようなエラーを含んだデータ信号の下で水素ガスを充填した場合に、水素タンクの温度が過昇温の発生を確実に防止するように定められた所定の上限温度を超える時点での圧力変化量を測定する。圧力変化量に対する判定閾値は、図４において矢印で示すように、０から測定値の範囲内において設定される。なお、図４では、圧力変化量に対する判定閾値を設定する場合について説明したが、質量変化量、温度変化量、密度変化量、及び経過時間に対する判定閾値も同様の手順によって設定される。このような範囲内に判定閾値を設定することにより、データ信号にどのようなエラーが含まれていても第１充填工程中に過昇温に至るのを防止できる。

なお、後述のＳ９における処理によってデータ信号の正誤を精度良く判定するためには、誤差パラメータが所定の値に概ね収束している必要がある。また充填を開始した直後は、タンク内の状態が安定しておらず、車両側の温度センサや圧力センサの出力が安定していないため、これらに基づいて算出される誤差パラメータも不安定となり、データ信号の正誤を精度良く判定できない。したがって、判定精度を高くするためには、車両側のセンサの出力が安定するまでの時間を確保できるよう、判定閾値は大きい方が好ましい。このため、判定閾値は、上述のような過昇温の発生を防止できる範囲（０〜測定値）内のうち最も大きな値に設定することが好ましい。これにより、過昇温の発生を防止しつつ、データ信号の正誤の判定精度をできるだけ高くできる。

図３の説明に戻り、Ｓ６では、水素ステーションは、水素ガスの充填を一時的に停止し、Ｓ８に移る。Ｓ８では、水素ステーションは、上記式（２）を用いることによって、燃料タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する。より具体的には、上述の第０時刻において取得した値（Ｐ_０，Ｔ_０，Ｚ_０（Ｐ_０））と、充填が一時的に停止されている現在（後述の図５中、時刻ｔ１）において取得した値（Ｐ_１，Ｔ_１，Ｚ_１（Ｐ_１），ｄｍ）を、上記式（２）に入力することによって、燃料タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する。

Ｓ９では、水素ステーションは、各時刻で算出された誤差パラメータｄｍ_{ｅｒｒｏｒ}の収束値ｄｍ_{ｅｒｒｏｒ＿ｃ}を算出し、この収束値ｄｍ_{ｅｒｒｏｒ＿ｃ}が所定の許容範囲内（例えば、１５［％］以内）であるか否かを判定する。

Ｓ９において誤差パラメータの収束値ｄｍ_{ｅｒｒｏｒ＿ｃ}が許容範囲外であると判断した場合、Ｓ１１に移る。Ｓ１１では、水素ステーションは、車両から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ、Ｖ_ＩＲ）は何れも不正確であると判断し、Ｓ１２に移る。この判断以降、水素ステーションでは、車両から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ、Ｖ_ＩＲ）は、不正確であると判断され、充填制御に用いられることはない。

Ｓ１２では、Ｓ８において算出した推定値Ｖ´を用いて、図２の昇圧率演算部における充填時間マップを改めて選択する。これにより、これ以降の充填で用いられる充填時間マップが確定する。

Ｓ１３では、水素ステーションは、第２充填工程を開始する。このＳ１３以降では、上述のように車両側からのデータ信号は不正確であると判断したことを受けて、充填流量は、車両から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ）を用いない充填制御則の下で制御される。すなわち、図２の充填完了判断部では、データ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ）を用いない第１及び第３の充填完了条件によって充填を完了する時期が判断される。

Ｓ９において誤差パラメータの収束値ｄｍ_{ｅｒｒｏｒ＿ｃ}が許容範囲内であると判断した場合、Ｓ１０に移る。Ｓ１０では、水素ステーションは、容積送信値Ｖ_ＩＲと推定値Ｖ´とはほぼ等しいか否か（Ｖ_ＩＲ≒Ｖ´？）を判定する。Ｓ１０の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ１４に移る。

またＳ１０の判定がＮＯである場合、すなわち容積送信値Ｖ_ＩＲと推定値Ｖ´とが一致しない場合には、上述のＳ１１に移る。上記式（３）及び（４）に示すように、誤差パラメータは、車両から送信される３種のデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）の全てが用いられる。従って、上記誤差パラメータの収束値ｄｍ_{ｅｒｒｏｒ＿ｃ}が許容範囲内であると判定された場合には、基本的には３種のデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）は全て正確であり、したがって容積送信値Ｖ_ＩＲと推定値Ｖ´もほぼ一致すると考えられる。しかしながら、例外を考慮して、Ｓ１０の判定がＮＯである場合には、Ｓ１１に移り、データ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ、Ｖ_ＩＲ）は何れも不正確であると判断する。

Ｓ１４では、水素ステーションは、車両から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ、Ｖ_ＩＲ）は、全て正確であると判断し、Ｓ１５に移る。Ｓ１５では、Ｓ８において算出した推定値Ｖ´（又は正確であると判定された容積送信値Ｖ_ＩＲ）を用いて、図２の昇圧率演算部における充填時間マップを選択しなおし、これによって充填時間マップを確定する。なお、容積送信値Ｖ_ＩＲと推定値Ｖ´とはほぼ等しいと判定されているので、このＳ１５の処理では充填時間マップが異なるものに持ち替えられることはない。

Ｓ１６では、水素ステーションは、第２充填工程を開始する。このＳ１６以降では、上述のように車両側からのデータ信号は全て正確であると判断したことを受けて、充填流量は、車両から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ）を用いた充填制御則の下で制御される。すなわちこの場合、図２の充填完了判断部では、第１充填工程と同様に、データ信号（Ｔ_ＩＲ、Ｐ_ＩＲ）を用いた第１及び第２の充填完了条件によって充填を完了する時期が判断される。

図５は、図３のフローチャートによって実現される水素ガスの充填の流れを模式的に示したタイムチャートである。図５において、実線はタンク内の圧力の変化を示し、破線は誤差パラメータの変化を示す。本実施形態では、プレショット充填が終わった後の本充填を、充填を開始してからＳ９においてデータ信号（Ｔ_ＩＲ、Ｐ_ＩＲ）の正誤が判定されるまでの期間を含む第１充填工程（Ｓ２〜Ｓ１２及びＳ１４〜Ｓ１５参照）と、この第１充填工程の終了以降の第２充填工程（Ｓ１３及びＳ１６参照）との２つの工程に形式的に分ける。

第１充填工程を開始すると、車両から送信されるデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）を用いて誤差パラメータが算出される（Ｓ４参照）。この誤差パラメータは、第１充工程を開始した直後は図５に示すように実際の値から大きく外れて不正確であるものの、充填が進行するに従って所定の値に収束する。また第１充填工程では、誤差パラメータが概ね一定の値に収束する頃合いを見計らって水素ガスの充填を一時的に停止し（Ｓ５及びＳ６参照）、容積の推定値Ｖ´を算出するとともにデータ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）の正誤が判定される（Ｓ８、Ｓ９参照）。データ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）の正誤は、第１充填工程中の所定の判定期間を利用して算出される誤差パラメータｄｍ_{ｅｒｒｏｒ}を利用して判定される（Ｓ９参照）。また推定値Ｖ´は、第１充填工程中で一時的に充填を停止する時刻ｔ０及び時刻ｔ１において取得される値を用いることによって算出される（Ｓ８参照）。

また第１充填工程では、データ信号の正誤の判定及び推定値Ｖ´を算出するとともに、その正誤が未判定の容積送信値Ｖ_ＩＲによって暫定的に確定された充填時間マップを用いて充填流量を制御する（Ｓ２参照）。そして第２充填工程では、上記データ信号の正誤の判定結果に応じて充填制御則を変えるとともに（Ｓ１３及びＳ１６参照）、第１充填工程中に算出された推定値Ｖ´によって確定された充填時間マップを用いて充填流量を制御する（Ｓ１２及びＳ１５参照）。

以上のように、第１充填工程では正誤が未判定の容積送信値Ｖ_ＩＲによって暫定的に確定した充填時間マップが用いられるため、仮に誤った容積送信値Ｖ_ＩＲが用いられた場合、例えば、第１充填工程を行っている間に水素タンクの温度が想定以上の温度まで上昇してしまう場合がある。

このような過昇温は、図３のＳ５において、圧力変化量、質量変化量、及び経過時間等に対して設定される判定閾値をできるだけ小さな値に設定し、第１充填工程における水素ガスの充填をできるだけ速やかに終了させることによって回避できる。すなわち、誤った容積送信値Ｖ_ＩＲの下で充填が行われたとしても、過昇温が生じる前に判定時期に達し、第１充填工程における充填が一時的に停止されるように、上記判定閾値をシミュレーションや実機を用いた実験等を行うことによってできるだけ小さな値に設定することが好ましい。なお、この判定閾値は、上述のように誤差パラメータが収束するために必要な圧力変化量、質量変化量、及び経過時間等を測定することによって定められることから、判定精度を向上するためにはできるだけ大きい方が好ましい。したがってこの判定閾値は、十分な誤差パラメータの収束性を確保できる範囲内のうち、上述のような過昇温が生じないように最も小さな値に設定される。

またこのような過昇温は、第１充填工程における水素ガスの充填流量を強制的に少なくすることによって回避することもできる。より具体的には、第１充填工程では、第２充填工程の開始直後において取り得る流量のうち最も少ない最低流量（より具体的には、最も容積の小さいタンクに応じた充填時間マップが選択され、かつプレクール温度が想定し得る温度のうち最も高くなったと仮定した場合に、図２の充填制御則の下で実現される充填流量）以下の流量で水素ガスを充填することにより、第１充填工程中における水素タンクの温度の上昇をできるだけ抑制できるので、上述のような過昇温を回避することができる。

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

例えば上記実施形態では、図２に示すように昇圧率を可変できる充填制御則を採用した水素ステーションを例に説明したが、本発明はこれに限らない。本発明は、昇圧速度を一定とする充填制御則を採用した水素ステーションに対しても適用することができる。

また上記実施形態では、データ信号（Ｔ_ＩＲ，Ｐ_ＩＲ，Ｖ_ＩＲ）は不正確であると判定した場合（Ｓ９の判定がＮＯの場合）には、充填時間マップを持ち替えた上で充填を継続したが、本発明はこれに限らない。データ信号は不正確であると判定した場合には、充填を終了してもよい。

また上記実施形態では、車両から送信されるデータ信号の正誤判定処理（図３のＳ４における誤差パラメータｄｍ_{ｅｒｒｏｒ}の算出、及びＳ９における誤差パラメータの収束値ｄｍ_{ｅｒｒｏｒ＿ｃ}が許容範囲内であるか否かの判定から成る処理）を充填の開始直後に１回だけ実行する場合について説明したが、この正誤判定処理を実行する回数はこれに限らない。この正誤判定処理は、水素ガスを充填しながら並行して行うことができる。したがって、１回目の判定結果に応じて定められた充填制御則の下で第２充填工程を開始した後であっても、正誤判定処理を並行して繰り返し行ってもよい。またこの第２充填工程以降での正誤判定処理においてデータ信号の正誤について、先の判定結果と異なる判定結果が得られた場合には、後の判定結果に応じて改めて充填制御則を変えるようにしてもよい。

また図３〜図５を参照して説明したように、推定値Ｖ´を精度良く算出したり、上記正誤判定処理の判定結果に応じて充填時間マップを切り替える時間を確保したりするため、充填を一時的に停止した（図３のＳ６参照）。一方、近年では充填中に定期的に水素ガスの充填を一時的に停止し、充填漏れの有無を確認するリークチェックを行うように定められた水素充填システムが提案されている。本発明はこのようなリークチェックを行う水素充填システムにも適用できる。

図６は、リークチェックを定期的に行う水素充填システムに本発明を適用した場合における水素ガスを充填する手順を示すフローチャートである。図６のフローチャートにおけるＳ２１〜Ｓ２４、Ｓ２８〜Ｓ３６は、それぞれ図３のフローチャートにおけるＳ１〜Ｓ４、Ｓ８〜Ｓ１６と同じであるので、詳細な説明は省略する。

Ｓ２５では、水素ステーションは、第１充填工程を開始してからＮ回目（Ｎは、１以上の整数）のリークチェックを実行する時期に達したか否かを判定する。Ｓ２５の判定がＮＯの場合、Ｓ２４に戻って水素ガスの充填を継続し、Ｓ２５の判定がＹＥＳの場合、Ｓ２６に移る。ここで上記整数Ｎは、図３のＳ５における判定閾値と同様に、予め実験を行うことによって実際の誤差パラメータが収束するために必要なリークチェックの回数を測定することによって定められる。

Ｓ２６では、水素ステーションは、水素ガスの充填を一時的に停止し、Ｓ２７に移る。Ｓ２７では、水素ステーションは、水素ガスの充填を一時的に停止した後の圧力センサの検出値Ｐ_ＳＴの収束値に基づいて充填漏れの有無を判定するリークチェックを行い、Ｓ２８に移る。

以上のようにリークチェックを定期的に行う水素充填システムに本発明を適用した場合、リークチェックを実行するために一時的に充填を停止する期間を利用して、推定値Ｖ´を算出したり、充填時間マップを切り替える時間を確保したりすることができるので効率的である。

Ｓ…水素充填システム（燃料充填システム）
Ｖ…燃料電池車両（車両）
３１，３２，３３…水素タンク（燃料タンク）
５…赤外線送信器（送信器）
９…水素ステーション（外部充填装置）
９５…ステーションＥＣＵ（第１充填量算出手段、第２充填量算出手段、判定手段）
９７ａ…質量流量計
９８…赤外線受信器（受信器）

Claims (10)

1. 燃料タンクに関する情報を外部へ送信する送信器を有する車両と、前記車両から送信された情報を用いて前記燃料タンクへ燃料を充填する外部充填装置と、を備えた燃料充填システムの燃料充填方法であって、
   所定の充填制御則の下で前記外部充填装置から前記燃料タンクへ燃料を充填する充填工程と、
   前記送信器から送信される情報を用いて、前記充填工程を開始した後の判定期間内における燃料の充填量を算出する第１充填量算出工程と、
   前記外部充填装置に設けられた質量流量計を用いて、前記判定期間内における燃料の充填量を算出する第２充填量算出工程と、
   前記第１充填量算出工程によって得られる充填量と前記第２充填量算出工程によって得られる充填量との差が所定の許容範囲内であるか否かを判定する判定工程と、を備え、
   前記充填工程では、燃料の充填を開始した後、前記判定工程において得られた判定結果に応じて前記充填制御則を変えることを特徴とする燃料充填方法。
2. 前記充填工程は、充填を開始してから前記判定結果が得られるまでの期間を含む第１充填工程と、当該第１充填工程の終了以降の第２充填工程と、に分けられ、
   前記送信器から送信される情報は、前記燃料タンク内の燃料の状態に関する状態情報と、前記燃料タンクの容積値を含む固有情報と、を含み、
   前記第１充填工程では、前記判定結果が得られていない状態であっても前記状態情報及び前記固有情報を用いた充填制御則の下で燃料を充填し、
   前記第２充填工程では、前記差が前記許容範囲内であると判定された場合には前記状態情報及び前記固有情報又はこれと等価な情報を用いた充填制御則の下で燃料を充填することを特徴とする請求項１に記載の燃料充填方法。
3. 前記第１充填工程を行っている間の所定の第０時刻及び第１時刻に取得した値を用いて、下記式によって前記燃料タンクの容積の推定値Ｖ´を算出する容積推定工程をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料充填方法。
   

   

   上記式において、“Ｒ”は所定の固定値であり、“ｄｍ”は前記質量流量計によって得られる前記第０時刻と前記第１時刻との間における燃料の充填量の値であり、“Ｔ_０”及び“Ｔ_１”はそれぞれ前記第０時刻及び前記第１時刻における前記燃料タンク内の燃料の温度の値であり、“Ｐ_０”及び“Ｐ_１”はそれぞれ前記第０時刻及び前記第１時刻における前記燃料タンク内の燃料の圧力の値であり、“Ｚ_０”及び“Ｚ_１”はそれぞれ前記第０時刻及び前記第１時刻における前記燃料タンク内の燃料の圧縮率因子の値である。
4. 前記第１充填工程では、前記第０時刻及び前記第１時刻において燃料の充填を一時的に停止し、
   前記“Ｐ_０”及び“Ｐ_１”は、それぞれ前記第０時刻及び前記第１時刻における前記外部充填装置に設けられた圧力センサの計測値であることを特徴とする請求項３に記載の燃料充填方法。
5. 前記第２充填工程では、前記判定工程において前記差が前記許容範囲内であると判定されかつ前記固有情報から得られる容積値と前記容積推定工程によって得られる推定値との差が所定の誤差範囲内である場合には、前記固有情報から得られる容積値又は前記容積推定工程によって得られる推定値を用いた充填制御則の下で燃料を充填することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料充填方法。
6. 前記第１充填工程では、燃料の充填を開始した時点からの前記燃料タンク内の燃料の圧力変化量、質量変化量、温度変化量、密度変化量、及び燃料の充填を開始した時点からの経過時間のうち何れかがそれぞれに対して設定された判定閾値を超えるまで燃料を充填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充填方法。
7. 前記判定閾値は、前記第１充填工程中における過昇温の発生を防止できる範囲内のうち最も大きな値に設定されることを特徴とする請求項６に記載の燃料充填方法。
8. 前記第１充填工程では前記第２充填工程の開始直後において取り得る流量のうち最も少ない最低流量以下の流量で燃料を充填することを特徴とする請求項２から７の何れかに記載の燃料充填方法。
9. 前記第２充填工程では、前記判定工程において前記差が前記許容範囲内であると判定された場合には、前記送信器から送信される状態情報を用いて前記燃料タンク内に存在する燃料量を算出し、当該燃料量に基づいて充填を完了する時期を決定する充填制御則の下で燃料を充填することを特徴とする請求項２から８の何れかに記載の燃料充填方法。
10. 燃料を貯蔵する燃料タンク及び当該燃料タンクに関する情報を外部へ送信する送信器を有する車両と、
    前記車両から送信される情報を受信する受信器、前記燃料タンクへ充填される燃料の質量流量を測定する質量流量計、及び所定の充填制御則の下で前記燃料タンクへの燃料の充填を制御する充填制御手段を有する外部充填装置と、を備えた燃料充填システムであって、
    前記送信器から送信される情報を用いて、前記充填制御手段によって燃料の充填を開始した後の判定期間内における燃料の充填量を算出する第１充填量算出手段と、
    前記質量流量計を用いて、前記判定期間内における燃料の充填量を算出する第２充填量算出手段と、
    前記第１充填量算出手段によって得られる充填量と前記第２充填量算出手段によって得られる充填量との差が所定の許容範囲内であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
    前記充填制御手段は、燃料の充填を開始した後、前記判定手段において得られた判定結果に応じて前記充填制御則を変えることを特徴とする燃料充填システム。

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