車両
【課題】放熱性の異なる複数のガスタンクに対して過充填又は充填量不足を抑制することができ、車両全体として充填率を上げることが可能な車両を提供することを課題とする。
【解決手段】ガスタンク３０ａ、３０ｂを備える車両３は、外部のガスステーション２からガスタンク３０ａ、３０ｂに供給されるガスの充填路３４として、共有流路３４ｃと、共有流路３４ｃからガスタンク３０ａ、３０ｂのそれぞれへと分岐している分岐流路３４ａ，３４ｂとを有する。ガスタンク３０ａはガスタンク３０ｂよりも放熱性が良いもので構成されており、ガスタンク３０ａに対応する分岐流路３４ａにのみ、ガスタンク３０ａへのガスの供給量を制限可能な遮断弁４０又は流調弁４６を設けた。
【解決手段】ガスタンク３０ａ、３０ｂを備える車両３は、外部のガスステーション２からガスタンク３０ａ、３０ｂに供給されるガスの充填路３４として、共有流路３４ｃと、共有流路３４ｃからガスタンク３０ａ、３０ｂのそれぞれへと分岐している分岐流路３４ａ，３４ｂとを有する。ガスタンク３０ａはガスタンク３０ｂよりも放熱性が良いもので構成されており、ガスタンク３０ａに対応する分岐流路３４ａにのみ、ガスタンク３０ａへのガスの供給量を制限可能な遮断弁４０又は流調弁４６を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性の異なる複数のガスタンクを備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両として、例えば、水素ステーションから水素ガスを充填される燃料電池車両が知られている（参照：特許文献１）。特許文献１では、充填に伴う水素タンク内の温度上昇量が複数の水素タンク間で異なることに鑑み、充填の際、先ず、放熱性の高い水素タンクに対してのみ一定量の水素ガスを充填している。その後、この充填を一旦停止して、放熱性の低い水素タンクに対して充填を開始し、この充填が終わったところで、再び、放熱性の高い水素タンクへの充填を行うことで、放熱性の高い水素タンクを満充填している。この一連の充填の制御は、充填路の分岐点に設けた切替えバルブを切り替えることで行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５５８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の充填方法によれば、放熱性の異なる複数の水素タンクをいずれも満充填することが可能である。しかしながら、一時的な充填を繰り返す必要があるため、効率的な充填が行えているとは言えず、改善の余地があった。
【０００５】
ここで、改善するべく、切替えバルブを省略することが考えられる。こうすると、複数の水素タンクに水素ガスが同時に充填されていくが、放熱性の高い水素タンクほど先に水素タンク内のＳｏＣ（Soak of Charge：充填率）が１００％（満充填）に達する。このため、放熱性の高い水素タンクのＳｏＣにあわせた充填制御を行ったのでは、放熱性の低い水素タンクは満充填に達しなくなる。一方で、放熱性の低い水素タンクのＳｏＣにあわせた充填制御を行うと、放熱性の高い水素タンクは過充填となるおそれがある。
【０００６】
本発明は、放熱性の異なる複数のガスタンクに対して過充填又は充填量不足を抑制することができ、車両全体として充填率を上げることが可能な車両を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の車両は、第１の放熱性を有する第１のガスタンクと、第１の放熱性よりも低い第２の放熱性を有する第２のガスタンクと、を少なくとも備えると共に、外部のガスステーションから第１及び第２のガスタンクに供給されるガスの充填路として、共有流路と、共有流路から第１及び第２のガスタンクのそれぞれへと分岐している第１及び第２の分岐流路とを有し、供給路のうち第１の分岐流路に、第１のガスタンクへのガスの供給量を制限可能な流量制限機構を設けたものである。
【０００８】
本発明によれば、ガスステーションからガスが供給されると、共有流路から第１及び第２の分岐流路へと分岐して第１及び第２のガスタンクに供給されるが、流量制限機構によって、第１のガスタンクへのガスの供給量を制限することができる。これにより、所定のＳｏＣに早く達し易い第１のガスタンクの過充填を抑制することができる。また、第１のガスタンクへの供給量を制限しているときに第２のガスタンクへのガスの供給を行えば、第２のガスタンクの充填量不足を抑制することができ、車両全体として充填率を上げることができる。さらに、流量制限機構については、第２の分岐流路には設けなくて済むため、部品点数及びコストの削減ともなる。
【０００９】
ここで、流量制限機構は、第１の分岐流路を構成する配管に設けたオリフィスで構成することもできるが、遮断弁又は流調弁で構成することが好ましい。
【００１０】
流量制限機構を遮断弁で構成すれば、例えば、放熱性の高い第１のガスタンクのＳｏＣが所定値（例えば１００％）に達した時点で、第１のガスタンクへのガスの供給を停止することができる。これにより、第１のガスタンクの過充填を防止することができる。また、その後、第２のガスタンクへの供給を継続すれば、その充填量不足を抑制することができる。
【００１１】
この場合、より好ましくは、車両は、遮断弁の開閉を制御する制御装置を更に備えており、制御装置は、ガスステーションからガスを供給される際、遮断弁を開いておいて第１及び第２のガスタンクに対してガスの供給を許容すると共に、第１のガスタンクに対する所定の供給が完了した後は、遮断弁を閉じて、第１及び第２のガスタンクのうち第２のガスタンクに対してのみガスの供給を許容するとよい。こうすることで、遮断弁の簡易な制御により、第１のガスタンクの過充填と第２のガスタンクの充填量不足とを抑制することができる。
【００１２】
より好ましくは、車両は、第１のガスタンク内の状態量を検出する第１の検出器を更に備え、第１の検出器が検出した情報は、所定の供給が完了したか否かの判断の指標に用いられるとよい。このように、第１のガスタンク内の状態量に関する実際の検出情報を用いることで、第１のガスタンクのＳｏＣが所定値に達したか否かを適切に判断できるようになる。
【００１３】
より好ましくは、車両は、第１の検出器が検出した情報を通信によりガスステーション側の受信機に伝える送信機を更に備えるとよい。こうすることで、ガスステーション側で第１のガスタンク内の状態量を把握することができる。これにより、ガスステーション側が、第１のガスタンクへのガスの供給を継続するか否かなどを判断することも可能となる。
【００１４】
より好ましくは、車両は、第２のガスタンク内の状態量を検出する第２の検出器を更に備え、送信機は、第２の検出器が検出した情報も通信によりガスステーション側の受信機に伝えるとよい。こうすることで、第２のガスタンクのＳｏＣが所定値に達したか否かを適切に判断できるようになると共に、ガスステーション側で第２のガスタンク内の状態量を把握することができる。
【００１５】
より好ましくは、遮断弁は、その駆動及び停止を実行されるタイミングがタイマーにより制御されるとよい。こうすることで、ガスステーションからのガスの供給の際に、遮断弁の駆動を適切に制御することができる。
【００１６】
本発明の別の好ましい一態様として、流量制限機構を流調弁で構成した場合には、例えば供給開始時等から、第１のガスタンクへの供給量を絞るように制限することができる。これにより、供給中の第１及び第２のガスタンクのＳｏＣをともに同程度にすることができ、両ガスタンクの過充填及び充填量不足を抑制することができる。
【００１７】
この場合、より好ましくは、車両は、流調弁の開度を制御する制御装置を更に備えており、制御装置は、ガスステーションからガスを供給される際の第１及び第２のガスタンクのＳｏＣが同程度の値で進むように、流調弁の開度を制御するとよい。こうすることで、流調弁に対する電気的な制御により、両ガスタンクの過充填及び充填量不足を抑制することができる。
【００１８】
より好ましくは、流調弁は、その駆動及び停止を実行されるタイミングがタイマーにより制御されるとよい。
【００１９】
また、別の好ましい一態様によれば、流調弁は、ガスステーションからガスを供給される際の第１及び第２のガスタンク内のＳｏＣが同程度の値で進むように、弁開度が制御される機械式の弁とすることもできる。この構成によれば、流調弁を電気的に制御しなくて済み、ガスステーションからのガスの供給中における車両の電力消費を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る車両をガスステーションとともに示す構成図である。
【図２】第１実施形態に係る車両に対する充填フローを示すフローチャートである。
【図３】比較例に係る充填制御を行った場合の充填時間に対するタンク圧力、タンク温度及びタンクのＳｏＣとの関係を示す図であり、放熱性の良いガスタンクを基準として充填を制御した場合を示すものである。
【図４】比較例に係る充填制御を行った場合の充填時間に対するタンク圧力、タンク温度及びタンクのＳｏＣとの関係を示す図であり、放熱性の悪いガスタンクを基準として充填を制御した場合を示すものである。
【図５】第１実施形態に係る充填制御を行った場合の充填時間に対するタンク圧力、タンク温度及びタンクのＳｏＣとの関係を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る車両をガスステーションとともに示す構成図である。
【図７】第２実施形態に係る充填制御を行った場合の充填時間に対するタンク圧力、タンク温度及びタンクのＳｏＣとの関係を示す図である。
【図８】第１及び第２実施形態に適用可能な第３実施形態に係る燃料電池車両について電力系統を中心に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る車両について説明する。ここでは、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両を例に説明する。なお、燃料電池システムは、公知のとおり、燃料ガス（例えば水素ガス）と酸化ガス（例えば空気）の電気化学反応によって発電する燃料電池などを備えるものである。また、水素ガスの充填とは、水素ガスをガスステーションから車両のガスタンクに供給する態様の一つである。
【００２２】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、ガス充填システムは、例えばガスステーションとしての水素ステーション２と、水素ガスを用いて走行する車両３と、を備える。
【００２３】
水素ステーション２は、水素ガスを送り出すディスペンサ２１を備え、ディスペンサ２１には、充填ホース２２が接続される。充填ホース２２の端部には、充填カップリングとも称される充填ノズル２３が取り付けられており、充填ノズル２３は、水素ガスの充填の際に車両３に接続される。充填ノズル２３の先端部には、車両３に対して各種情報を送受信する通信機２５が設けられる。通信機２５で受信した情報は、制御装置２６に送られる。制御装置２６は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。制御装置２６は、通信機２５から受け取った車両３側の情報をもとに、水素ステーション２にある各機器を制御することで、車両３への水素ガスの充填流量や充填量を制御する。また、制御装置２６は、水素ステーション２にて把握可能な情報を通信機２５を用いて、車両３側に送信する。
【００２４】
車両３は、二つのガスタンク３０ａ，３０ｂ、レセプタクル３２、供給路３４、通信機３６及び制御装置３８を備える。ガスタンク３０ａ，３０ｂ内の水素ガスは、図示省略した供給配管を介して燃料電池に供給される。ガスタンク３０ａ，３０ｂは、供給路３４を介してレセプタクル３２に並列に接続されており、ガスタンク３０ａ，３０ｂへの水素ガスの供給は、水素ステーション２からレセプタクル３２及び供給路３４を介して行われる。
【００２５】
レセプタクル３２は、水素充填の際に充填ノズル２３が接続される部分であり、例えば車両３のリッドボックスに設けられる。レセプタクル３２の近傍に通信機３６が設けられており、レセプタクル３２と充填ノズル２３とが接続した状態で、通信機２５−通信機３６間の通信が可能な状態が確立される。通信機３６は、車両３が水素ステーション２との間で通信するためのものであり、例えば、赤外線通信等の無線通信を行う通信インターフェースを有する。なお、レセプタクル３２には、外部への水素ガスの逆流を防止するための逆止弁などが内蔵される。
【００２６】
供給路３４は、レセプタクル３２からガスタンク３０ａ，３０ｂに向けて水素ガスを流すための流路を構成するものであり、その経路の途中で分岐する。供給路３４は、ガスタンク３０ａ用の分岐流路３４ａと、ガスタンク３０ｂ用の分岐流路３４ｂと、分岐流路３４ａ，３４ｂの上流側にある共有流路３４ｃと、を有する。共有流路３４ｃは、レセプタクル３２からガスタンク３０ａ、３０ｂへの水素ガスの流路として、供給路３４の一部を共有しているものである。分岐流路３４ａ，３４ｂは、共有流路３４ｃの下流端３４ｄ（すなわち、分岐点。）からそれぞれ対応のガスタンク３０ａ、３０ｂへと延在する流路である。このような分岐流路３４ａ、３４ｂは、ガスタンク３０ａ，３０ｂ外にあるガス配管と、このガス配管に連通するようにガスタンク３０ａ，３０ｂの口部に取り付けられたバルブアッセンブリ（図示省略）にある流路部分と、で構成することができる。
【００２７】
供給路３４のうち、分岐流路３４ａにのみ、制御装置３８により開閉を制御される遮断弁４０が設けられる。遮断弁４０は、駆動方式が例えば電磁式からなるが、これに限らず、各種のタイプのものを用いることができる。
【００２８】
ガスタンク３０ａ，３０ｂは、燃料電池への水素ガス供給源であり、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能な高圧タンクである。この種のガスタンク３０ａ、３０ｂは、胴部の両端部に肩部を有し、さらにその肩部の少なくとも一方にバルブアッセンブリを取り付ける口部を有する。ガスタンク３０ａ、３０ｂは、例えば、内側にライナー層を、外側にＦＲＰ層などの補強層を有する積層構造を備える。
【００２９】
ここで、ガスタンクの放熱性は、一般に、ガスタンクそれ自身を構成する材料や、ガスタンクの体格（長さ、径、容量、表面積等）など、ガスタンクの仕様によって異なる。例えば、ガスタンクのライナー層としてアルミニウムを用いた場合には、樹脂（ポリエチレンなど）を用いた場合よりも、放熱性は優れたものとなる。また、ライナー層における樹脂の特性や配合割合によっても放熱性は異なる。さらに、ガスタンクの体格、例えば径に対する長さの比や、表面積に対する容量の比によっても、放熱性は異なる。そして、ガスタンクの放熱性が優れている場合、それが優れていない場合に比べて、充填に伴うガスタンク内の温度上昇率（温度上昇量）及び圧力上昇率（圧力上昇量）が低く抑えられる。
【００３０】
本実施形態のガスタンク３０ａ，３０ｂは、互いに放熱性が異なるものであり、ガスタンク３０ａの方が放熱性が優れている。例えば、ガスタンク３０ａのライナー層はアルミニウムからなり、ガスタンク３０ｂのライナー層は樹脂からなる。ここでは、ガスタンク３０ｂは、ガスタンク３０ａよりも太径で構成されていると共に、太径タンクとしての強度を確保するためにＦＲＰ層を厚く構成されていて、ガスタンク３０ａよりも放熱性が悪いものとなっている。以下、簡便な説明のため、ガスタンク３０ａ、３０ｂの放熱性について、良い又は悪いという相対的な表現を用いる。
【００３１】
温度センサ４２ａ，４２ｂは、それぞれ、ガスタンク３０ａ，３０ｂ内に配置され、ガスタンク３０ａ，３０ｂ内の水素ガスの温度（以下、それぞれ「タンク温度Ｔａ，Ｔｂ」という。）を反映する温度を検出する。温度センサ４２ａ，４２ｂは、例えば、上記したバルブアッセンブリ内の流路部分に設けられる。
圧力センサ４４ａ，４４ｂは、それぞれ、ガスタンク３０ａ，３０ｂ内の水素ガスの圧力（以下、それぞれ「タンク圧力Ｐａ，Ｐｂ」という。）を反映する圧力を検出する。圧力センサ４４ａ，４４ｂは、それぞれ、ガスタンク３０ａ，３０ｂ内に配置することもできるし、ガスタンク３０ａ，３０ｂの直前にある上記のガス配管に配置することもできる。
【００３２】
なお、念のため後述の特許請求の範囲に記載の文言との関係に言及すると、本実施形態においては、温度センサ４２ａ及び圧力センサ４４ａの少なくとも一方が、特許請求の範囲に記載の「第１の検出器」を構成する。また同様に、温度センサ４２ｂ及び圧力センサ４４ｂの少なくとも一方が、特許請求の範囲に記載の「第２の検出器」を構成する。
【００３３】
制御装置３８は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、車両３を制御する。ＣＰＵは、制御プログラムに従って所望の演算を実行するものであり、遮断弁４０の開閉など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶し、ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御装置３８は、通信機３６、温度センサ４２ａ，４２ｂ及び圧力センサ４４ａ，４４ｂなどと接続されており、車両３にて把握可能な情報を通信機３６を用いて、水素ステーション２に送信する。例えば、ガスタンク３０ａ内の状態量を示すタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａに関する検出情報や、ガスタンク３０ｂ内の状態量を示すタンク温度Ｔｂ及びタンク圧力Ｐｂに関する検出情報が、水素ステーション２に送信される。
【００３４】
次に、図２を参照して、ガス充填システムにおける車両３への充填フローを説明する。
【００３５】
ステップＳ１の充填開始は、充填ノズル２３がレセプタクル３２に接続された状態において、ディスペンサ２１を作動させることで行われる。この充填開始時では、遮断弁４０は開いており、充填ノズル２３から放出される水素ガスは、ガスタンク３０ａ，３０ｂの両方に供給される。
【００３６】
充填中は、放熱性の良いガスタンク３０ａのＳｏＣがモニタリングされる（ステップＳ２）。
ここで、ＳｏＣとは、ガスタンク内の水素ガスの充填率をいい、ガス密度に基づいて計算される。具体的には、ガスタンク内の水素ガスの温度及び圧力（すなわちタンク温度及びタンク圧力）をパラメータに有するガス密度の関数を用いることで、ガスタンクのＳｏＣが算出される。
【００３７】
したがって、ステップＳ２の充填中は、適宜（例えば数秒毎に）、ガスタンク３０ａのタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａが読み込まれ、これらの情報が、制御装置３８の例えばＲＡＭに一時的に記憶された後、通信機３６から通信機２５に送信される。これにより、水素ステーション２側の制御装置２６が、適宜、充填中のタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａを把握して、ガスタンク３０ａのＳｏＣを算出する。これにより、ガスタンク３０ａのＳｏＣがモニタリングされる。なお、充填中は、タンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａが充填流量マップにも参照されて、所定の充填流量となるように制御される。
【００３８】
モニタリングしているガスタンク３０ａのＳｏＣが１００％（すなわち満充填）に達するまで、ガスタンク３０ａ，３０ｂの両方への水素ガスの充填が行われる（ステップＳ３；Ｎｏ，ステップＳ４）。一方で、ガスタンク３０ａのＳｏＣが１００％に達したところで（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御装置３８からの指令により遮断弁４０が閉じられる（ステップＳ５）。これにより、ガスタンク３０ａへの水素ガスの供給が遮断されると共に、ガスタンク３０ｂへの水素ガスの供給が継続されることになる。
【００３９】
次いで、ＳｏＣのモニタリング対象をガスタンク３０ａからガスタンク３０ｂに変更し、ガスタンク３０ｂのＳｏＣが１００％に達したか否かを判断する（ステップＳ６）。この判断は、随時、タンク温度Ｔｂ及びタンク圧力Ｐｂをもとにガスタンク３０ｂのＳｏＣを算出することで行われる。このＳｏＣの算出は、ガスタンク３０ａの場合と同様に、タンク温度Ｔｂ及びタンク圧力Ｐｂを読み込んだ後、それらの情報を通信を利用して制御装置２６に伝えることで行うことができる。
【００４０】
そして、モニタリングしているガスタンク３０ｂのＳｏＣが１００％に達するまで、ガスタンク３０ｂへの水素ガスの充填を継続する（ステップＳ６；Ｎｏ，ステップＳ７）。一方で、ガスタンク３０ｂのＳｏＣが１００％に達したところで（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、水素ステーション２から車両３への水素ガスの供給を停止し、一連の充填を終了する（ステップＳ８）。
【００４１】
以上説明した本実施形態の作用効果について、本実施形態とは異なる方法で充填した図３及び４に示す場合と比較して説明する。図３及び図４は、いずれも、図１に示す遮断弁４０を具備しない車両３に対して充填した場合に関するものであり、図３は放熱性の良いガスタンク３０ａを基準として充填を制御した場合に関し、図４は放熱性の悪いガスタンク３０ｂを基準として充填を制御した場合に関するものである。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、放熱性の良いガスタンク３０ａは、放熱性の悪いガスタンク３０ｂに比べて、充填中の温度上昇が小さい。このため、図３（ｃ）に示すように、充填開始からある時間が経過した段階では、放熱性の良いガスタンク３０ａの方がＳｏＣが高くなる。それゆえ、放熱性の良いガスタンク３０ａを基準として充填を制御すると、ガスタンク３０ａのＳｏＣは１００％に達するが、ガスタンク３０ｂのＳｏＣは１００％まで達せず、充填量不足となる（参照：図３（ｃ））。一方で、放熱性の悪いガスタンク３０ｂを基準として充填を制御すると、ガスタンク３０ｂのＳｏＣは１００％に達するが、ガスタンク３０ａのＳｏＣは１００％を超えて、過充填となる（参照：図４（ｃ））。なお、図３の時間ｔ1は図４の時間ｔ2よりも小さい。
【００４３】
これに対し、本実施形態によれば、図５に示すようになる。具体的には、先ず、放熱性の良いガスタンク３０ａを基準として充填を制御し、そのＳｏＣが１００％に達した時間ｔ1で、ガスタンク３０ａへの充填を停止する（参照：図２のステップＳ１〜５）。その後、放熱性の悪いガスタンク３０ｂを基準として充填を制御し、そのＳｏＣが１００％に達した時間ｔ2で、ガスタンク３０ｂへの充填を停止する（参照：図２のステップＳ６〜８）。したがって、本実施形態によれば、ガスタンク３０ａ，３０ｂのいずれに対しても満充填することができ、過充填及び充填量不足を防止することができる。
【００４４】
特に、本実施形態によれば、遮断弁４０を備えているため、ガスタンク３０ａが満充填となった場合に、もう一方のガスタンク３０ｂへの充填を継続することができる。このため、車両３全体として、水素ガスの充填率及び充填量を上げることができる。また、遮断弁４０をガスタンク３０ａ側にのみ設けているので、ガスタンク個別に設ける場合に比べて、部品点数及びコストを削減することができる。さらに、ガスタンク３０ａへの水素ガスの供給量を制限するための流量制御機構として遮断弁４０を用いているので、流量制限機構を分岐流路３４ａの配管で構成する（例えば、流路を絞るようにチューニングする。）場合に比べて、流量制限機構を簡素化することができる。
【００４５】
また、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣが１００％に達したか否か、すなわち所定の供給が完了したか否かの判断（例：ステップＳ３，Ｓ６）の指標として、ガスタンク３０ａについては充填中のタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａを用い、ガスタンク３０ｂについては充填中のタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａを用いている。このため、充填中のＳｏＣに差が生じるガスタンク３０ａ，３０ｂのそれぞれについて、正確にＳｏＣを算出することができ、所望の充填量を適切に充填することができる。
【００４６】
＜変形例＞
次に、第１実施形態のいくつかの変形例を説明する。それぞれの変形例は、相互に適用することができる。
【００４７】
＜第１の変形例＞
図２のフローに従って充填するガスタンク３０ａ、３０ｂのＳｏＣは、１００％ではなくてもよく、１００％を下回る所定値であってもよい。例えば、充填に際してユーザーにより充填量又は充填金額が指定された場合には、その充填量に対応するＳｏＣがガスタンク３０ａ、３０ｂのそれぞれについて計算し、計算されたＳｏＣに対応するようにガスタンク３０ａ、３０ｂへの充填を行う。また、図２のフローに従って充填するガスタンク３０ａ、３０ｂのＳｏＣは、互いに同じでなくてもよい。例えば、図２のステップＳ３ではＳｏＣが９０％を超えるか否かで判断し、続くステップＳ６ではＳｏＣが８０％を超えるか否かで判断してもよい。
【００４８】
＜第２の変形例＞
ガスタンクの数は、上記の２つに限られるものではなく、３つ以上であってもよい。例えば、互いに放熱性が異なる３つのガスタンクをレセプタクル３２に並列に接続した場合には、放熱性が１番目及び２番目に高いガスタンクに対応する分岐流路に遮断弁を設け、放熱性が高いガスタンクの順にＳｏＣが１００％となるように、遮断弁を順に閉じていけばよい。また別の例として、２つのガスタンクを同じ放熱性を有するものとして構成し、他のガスタンクを別の放熱性を有するものとして構成してもよい。この場合にも、放熱性が高いガスタンクに対応する分岐流路に遮断弁を設けて、上記同様の制御を行えばよい。
【００４９】
＜第３の変形例＞
図２に示すモニタリング等について、水素ステーション２側の制御装置２６ではなく、車両３側の制御装置３８で行ってもよい。例えば、図２のステップＳ２におけるモニタリングは、制御装置３８が、一時的に記憶したタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａをもとにガスタンク３０ａのＳｏＣを適宜算出することで行ってもよい。また、ガスタンク３０ａ、３０ｂのＳｏＣが１００％に達したか否かの判断（図２のステップＳ３、Ｓ５）についても、制御装置３８で行ってもよい。
【００５０】
＜第２実施形態＞
次に、図６を参照して、第２実施形態に係る車両３´について説明する。第１実施形態との相違点は、ガスタンク３０ａへの水素ガスの供給量を制限するための流量制御機構として、遮断弁４０ではなく、流調弁４６を用いた点である。その他の点は、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
流調弁４６は、その弁開度を制御装置３８により制御されるものであり、ガスタンク３０ａへの水素ガスの流量を絞るように制御する。流調弁４６は、駆動方式が例えば電磁式からなるが、これに限らず、各種のタイプのものを用いることができる。例えば、流調弁４６は、弁座に対する弁体の位置がステップモータにより制御されることで、弁開度を調整される。
【００５２】
本実施形態では、図７（ｃ）に示すように、水素ステーション２から車両３への水素ガスの供給中において、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣが互いに同程度の値で進むように、流調弁４６の弁開度が制御装置３８により制御される。具体的には、充填開始時から流調弁４６の弁開度を制御し、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣが同等となるように両者に水素ガスを充填していく。この充填においては、図７（ａ）に示すように、ガスタンク３０ａの圧力上昇は、ガスタンク３０ｂよりも抑えられると共に、図５に示す場合よりも抑えられる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、充填開始から充填終了までガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣを同程度に保持することができる。そして、そのＳｏＣが所望の値（例えば１００％）に達したところで充填を終了すれば、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣを同程度にすることができ、過充填及び充填量不足を抑制することができる。また、流調弁４６をガスタンク３０ａ側にのみ設けているので、部品点数及びコストを削減することができる。
【００５４】
なお、第２実施形態において、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣを同程度に保持するには、両者のタンク温度Ｔａ，Ｔｂ及びタンク圧力Ｐａ，Ｐｂをもとに両者のＳｏＣを監視しておくことが好ましい。この場合、制御装置２６，３８のいずれかで監視すればよい。
【００５５】
本実施形態の他の実施態様によれば、上記した第２の変形例を本実施形態に適用することも可能である。例えば、互いに放熱性が異なる３つのガスタンクをレセプタクル３２に並列に接続した場合には、放熱性が１番目及び２番目に高いガスタンクに対応する分岐流路に流調弁を設け、全てのガスタンクのＳｏＣが同等となるように流調弁の開度を制御する。
【００５６】
また、本実施形態の別の実施態様によれば、流調弁４６を電気制御式のものではなく、機械式のもので構成してもよい。例えば、流調弁４６の圧力室に、流調弁４６の下流側の二次圧を導入し、この導入した二次圧によってダイヤフラムを可動させることで、ダイヤフラムに接続した弁体を弁座に対して移動させる。これにより、流調弁４６の弁開度を制御して、充填中のガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣが同程度の値で進むようにしてもよい。このような機械式の流調弁４６によれば、流調弁４６を駆動するための電力が不要となるため、充填中の車両３の電力消費を抑えることができる。
【００５７】
＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、第１及び第２実施形態に適用することができる第３実施形態に係る燃料電池車両の電力系統について説明する。
【００５８】
図８に示すように、ガスタンク３０ａ，３０ｂは、上記の供給路３４とは別系統として、燃料電池５０に水素ガスを供給する供給配管５２を具備する。燃料電池５０には、燃料電池５０の出力電圧を制御する高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４が接続される。燃料電池５０と高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４との間には、燃料電池５０の運転に供せられる各種の高圧補機５６が電気的に接続される。高圧補機５６は、高電圧（例えば１２Ｖよりも高い電圧）用の補機であり、例えば、燃料電池５０に酸化ガスを圧送するエアコンプレッサや、水素オフガスを燃料電池５０に循環供給する水素ポンプである。蓄電装置５８は、高電圧の蓄電装置として機能する充放電可能な二次電池である。蓄電装置５８は、例えば、車両３のトラクションモータに対して、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４を介して燃料電池５０に並列接続される。
【００５９】
低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４と蓄電装置５８との間に電気的に接続され、高圧回路側の直流電力の一部を降圧して低圧回路側へと供給する。降圧された直流電力は、一部が低圧バッテリ６２に充電され、一部は低圧補機６４を駆動するための電力として用いられる。低圧バッテリ６２は、低電圧（例えば１２Ｖ）の蓄電装置として機能するものであり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池に代表される二次電池である。低圧補機６４は、低電圧で駆動する各種機器であり、高圧補機５６とは異なるものである。低圧補機６４としては、例えば、上記の温度センサ４２ａ，４２ｂ、圧力センサ４４ａ、４４ｂ及び通信機３６のほか、図１の遮断弁４０や図５の電気式の流調弁４６などが該当する。低圧補機６４や制御装置３８は、電力供給源としての低圧バッテリ６２から電力を供給されることによっても駆動する。例えば、車両３がイグニッションオフ（以下、ＩＧ ＯＦＦという。）の状態では、燃料電池５０が発電していないため、低圧補機６４及び制御装置３８に対する電力供給は低圧バッテリ６２から行われる。制御装置３８は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６０等と電気的に接続される。制御装置３８には、各種時間を計測するためのタイマー７０が設けられるが、タイマー７０を制御装置３８とは別体に設けてもよい。
【００６０】
ここで、上記した第１及び第２実施形態に係る車両３にて水素ガスを充填する場合、車両３はＩＧ ＯＦＦの状態となる。このため、充填中は、上記した遮断弁４０又は流調弁４６の制御が行われるべく、低圧バッテリ６２によって、低圧補機６４（遮断弁４０又は流調弁４６を含む。）及び制御装置３８に電力が供給される。これにより、例えば、図２に示すステップＳ１の際には遮断弁４０を開けておくことができると共に、ステップＳ５の際に遮断弁４０を閉じることができる。そして、充填終了後に、低圧補機６４等への低圧バッテリ６２からの電力供給が終了する。
【００６１】
本実施形態によれば、車両３への充填中においても、遮断弁４０や流調弁４６等を電気的に操作することができ、上記の充填制御を適切に行うことができる。
なお、充填中の遮断弁４０及び流調弁４６の駆動及びその駆動の停止を実行されるタイミングは、タイマー７０により制御されるとよい。例えば、充填ノズル２３とレセプタクル３２の接続作業がなされてから、あるいは、車両３のリッドボックスのフューエルカバーが開けられてから所定時間（例：３０分）は遮断弁４０及び流調弁４６に電力供給が継続されるように、遮断弁４０及び流調弁４６への電力供給の開始（これらの弁の駆動）と終了（これらの弁の駆動の停止）をタイマー７０で制御するとよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の車両は、水素ガスのみならず、天然ガスなど他の燃料ガスを供給されるガスタンクを有するものに適用することができる。また、車両に限らず、航空機、船舶、ロボットなど、外部からのガスの充填先としてガスタンクを搭載した移動体に適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
２：ガスステーション、３：車両、２５：通信機（受信機）、３０ａ，３０ｂ：ガスタンク、３４：供給路、３４ａ，３４ｂ：分岐流路、３４ｃ：共有流路、３６：通信機（送信機）、３８：制御装置、４０：遮断弁（流量制限機構）、４２ａ，４２ｂ：温度センサ、４４ａ，４４ｂ：圧力センサ、４６：流調弁（流量制限機構）、７０：タイマー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性の異なる複数のガスタンクを備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両として、例えば、水素ステーションから水素ガスを充填される燃料電池車両が知られている（参照：特許文献１）。特許文献１では、充填に伴う水素タンク内の温度上昇量が複数の水素タンク間で異なることに鑑み、充填の際、先ず、放熱性の高い水素タンクに対してのみ一定量の水素ガスを充填している。その後、この充填を一旦停止して、放熱性の低い水素タンクに対して充填を開始し、この充填が終わったところで、再び、放熱性の高い水素タンクへの充填を行うことで、放熱性の高い水素タンクを満充填している。この一連の充填の制御は、充填路の分岐点に設けた切替えバルブを切り替えることで行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５５８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の充填方法によれば、放熱性の異なる複数の水素タンクをいずれも満充填することが可能である。しかしながら、一時的な充填を繰り返す必要があるため、効率的な充填が行えているとは言えず、改善の余地があった。
【０００５】
ここで、改善するべく、切替えバルブを省略することが考えられる。こうすると、複数の水素タンクに水素ガスが同時に充填されていくが、放熱性の高い水素タンクほど先に水素タンク内のＳｏＣ（Soak of Charge：充填率）が１００％（満充填）に達する。このため、放熱性の高い水素タンクのＳｏＣにあわせた充填制御を行ったのでは、放熱性の低い水素タンクは満充填に達しなくなる。一方で、放熱性の低い水素タンクのＳｏＣにあわせた充填制御を行うと、放熱性の高い水素タンクは過充填となるおそれがある。
【０００６】
本発明は、放熱性の異なる複数のガスタンクに対して過充填又は充填量不足を抑制することができ、車両全体として充填率を上げることが可能な車両を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の車両は、第１の放熱性を有する第１のガスタンクと、第１の放熱性よりも低い第２の放熱性を有する第２のガスタンクと、を少なくとも備えると共に、外部のガスステーションから第１及び第２のガスタンクに供給されるガスの充填路として、共有流路と、共有流路から第１及び第２のガスタンクのそれぞれへと分岐している第１及び第２の分岐流路とを有し、供給路のうち第１の分岐流路に、第１のガスタンクへのガスの供給量を制限可能な流量制限機構を設けたものである。
【０００８】
本発明によれば、ガスステーションからガスが供給されると、共有流路から第１及び第２の分岐流路へと分岐して第１及び第２のガスタンクに供給されるが、流量制限機構によって、第１のガスタンクへのガスの供給量を制限することができる。これにより、所定のＳｏＣに早く達し易い第１のガスタンクの過充填を抑制することができる。また、第１のガスタンクへの供給量を制限しているときに第２のガスタンクへのガスの供給を行えば、第２のガスタンクの充填量不足を抑制することができ、車両全体として充填率を上げることができる。さらに、流量制限機構については、第２の分岐流路には設けなくて済むため、部品点数及びコストの削減ともなる。
【０００９】
ここで、流量制限機構は、第１の分岐流路を構成する配管に設けたオリフィスで構成することもできるが、遮断弁又は流調弁で構成することが好ましい。
【００１０】
流量制限機構を遮断弁で構成すれば、例えば、放熱性の高い第１のガスタンクのＳｏＣが所定値（例えば１００％）に達した時点で、第１のガスタンクへのガスの供給を停止することができる。これにより、第１のガスタンクの過充填を防止することができる。また、その後、第２のガスタンクへの供給を継続すれば、その充填量不足を抑制することができる。
【００１１】
この場合、より好ましくは、車両は、遮断弁の開閉を制御する制御装置を更に備えており、制御装置は、ガスステーションからガスを供給される際、遮断弁を開いておいて第１及び第２のガスタンクに対してガスの供給を許容すると共に、第１のガスタンクに対する所定の供給が完了した後は、遮断弁を閉じて、第１及び第２のガスタンクのうち第２のガスタンクに対してのみガスの供給を許容するとよい。こうすることで、遮断弁の簡易な制御により、第１のガスタンクの過充填と第２のガスタンクの充填量不足とを抑制することができる。
【００１２】
より好ましくは、車両は、第１のガスタンク内の状態量を検出する第１の検出器を更に備え、第１の検出器が検出した情報は、所定の供給が完了したか否かの判断の指標に用いられるとよい。このように、第１のガスタンク内の状態量に関する実際の検出情報を用いることで、第１のガスタンクのＳｏＣが所定値に達したか否かを適切に判断できるようになる。
【００１３】
より好ましくは、車両は、第１の検出器が検出した情報を通信によりガスステーション側の受信機に伝える送信機を更に備えるとよい。こうすることで、ガスステーション側で第１のガスタンク内の状態量を把握することができる。これにより、ガスステーション側が、第１のガスタンクへのガスの供給を継続するか否かなどを判断することも可能となる。
【００１４】
より好ましくは、車両は、第２のガスタンク内の状態量を検出する第２の検出器を更に備え、送信機は、第２の検出器が検出した情報も通信によりガスステーション側の受信機に伝えるとよい。こうすることで、第２のガスタンクのＳｏＣが所定値に達したか否かを適切に判断できるようになると共に、ガスステーション側で第２のガスタンク内の状態量を把握することができる。
【００１５】
より好ましくは、遮断弁は、その駆動及び停止を実行されるタイミングがタイマーにより制御されるとよい。こうすることで、ガスステーションからのガスの供給の際に、遮断弁の駆動を適切に制御することができる。
【００１６】
本発明の別の好ましい一態様として、流量制限機構を流調弁で構成した場合には、例えば供給開始時等から、第１のガスタンクへの供給量を絞るように制限することができる。これにより、供給中の第１及び第２のガスタンクのＳｏＣをともに同程度にすることができ、両ガスタンクの過充填及び充填量不足を抑制することができる。
【００１７】
この場合、より好ましくは、車両は、流調弁の開度を制御する制御装置を更に備えており、制御装置は、ガスステーションからガスを供給される際の第１及び第２のガスタンクのＳｏＣが同程度の値で進むように、流調弁の開度を制御するとよい。こうすることで、流調弁に対する電気的な制御により、両ガスタンクの過充填及び充填量不足を抑制することができる。
【００１８】
より好ましくは、流調弁は、その駆動及び停止を実行されるタイミングがタイマーにより制御されるとよい。
【００１９】
また、別の好ましい一態様によれば、流調弁は、ガスステーションからガスを供給される際の第１及び第２のガスタンク内のＳｏＣが同程度の値で進むように、弁開度が制御される機械式の弁とすることもできる。この構成によれば、流調弁を電気的に制御しなくて済み、ガスステーションからのガスの供給中における車両の電力消費を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る車両をガスステーションとともに示す構成図である。
【図２】第１実施形態に係る車両に対する充填フローを示すフローチャートである。
【図３】比較例に係る充填制御を行った場合の充填時間に対するタンク圧力、タンク温度及びタンクのＳｏＣとの関係を示す図であり、放熱性の良いガスタンクを基準として充填を制御した場合を示すものである。
【図４】比較例に係る充填制御を行った場合の充填時間に対するタンク圧力、タンク温度及びタンクのＳｏＣとの関係を示す図であり、放熱性の悪いガスタンクを基準として充填を制御した場合を示すものである。
【図５】第１実施形態に係る充填制御を行った場合の充填時間に対するタンク圧力、タンク温度及びタンクのＳｏＣとの関係を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る車両をガスステーションとともに示す構成図である。
【図７】第２実施形態に係る充填制御を行った場合の充填時間に対するタンク圧力、タンク温度及びタンクのＳｏＣとの関係を示す図である。
【図８】第１及び第２実施形態に適用可能な第３実施形態に係る燃料電池車両について電力系統を中心に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る車両について説明する。ここでは、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両を例に説明する。なお、燃料電池システムは、公知のとおり、燃料ガス（例えば水素ガス）と酸化ガス（例えば空気）の電気化学反応によって発電する燃料電池などを備えるものである。また、水素ガスの充填とは、水素ガスをガスステーションから車両のガスタンクに供給する態様の一つである。
【００２２】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、ガス充填システムは、例えばガスステーションとしての水素ステーション２と、水素ガスを用いて走行する車両３と、を備える。
【００２３】
水素ステーション２は、水素ガスを送り出すディスペンサ２１を備え、ディスペンサ２１には、充填ホース２２が接続される。充填ホース２２の端部には、充填カップリングとも称される充填ノズル２３が取り付けられており、充填ノズル２３は、水素ガスの充填の際に車両３に接続される。充填ノズル２３の先端部には、車両３に対して各種情報を送受信する通信機２５が設けられる。通信機２５で受信した情報は、制御装置２６に送られる。制御装置２６は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。制御装置２６は、通信機２５から受け取った車両３側の情報をもとに、水素ステーション２にある各機器を制御することで、車両３への水素ガスの充填流量や充填量を制御する。また、制御装置２６は、水素ステーション２にて把握可能な情報を通信機２５を用いて、車両３側に送信する。
【００２４】
車両３は、二つのガスタンク３０ａ，３０ｂ、レセプタクル３２、供給路３４、通信機３６及び制御装置３８を備える。ガスタンク３０ａ，３０ｂ内の水素ガスは、図示省略した供給配管を介して燃料電池に供給される。ガスタンク３０ａ，３０ｂは、供給路３４を介してレセプタクル３２に並列に接続されており、ガスタンク３０ａ，３０ｂへの水素ガスの供給は、水素ステーション２からレセプタクル３２及び供給路３４を介して行われる。
【００２５】
レセプタクル３２は、水素充填の際に充填ノズル２３が接続される部分であり、例えば車両３のリッドボックスに設けられる。レセプタクル３２の近傍に通信機３６が設けられており、レセプタクル３２と充填ノズル２３とが接続した状態で、通信機２５−通信機３６間の通信が可能な状態が確立される。通信機３６は、車両３が水素ステーション２との間で通信するためのものであり、例えば、赤外線通信等の無線通信を行う通信インターフェースを有する。なお、レセプタクル３２には、外部への水素ガスの逆流を防止するための逆止弁などが内蔵される。
【００２６】
供給路３４は、レセプタクル３２からガスタンク３０ａ，３０ｂに向けて水素ガスを流すための流路を構成するものであり、その経路の途中で分岐する。供給路３４は、ガスタンク３０ａ用の分岐流路３４ａと、ガスタンク３０ｂ用の分岐流路３４ｂと、分岐流路３４ａ，３４ｂの上流側にある共有流路３４ｃと、を有する。共有流路３４ｃは、レセプタクル３２からガスタンク３０ａ、３０ｂへの水素ガスの流路として、供給路３４の一部を共有しているものである。分岐流路３４ａ，３４ｂは、共有流路３４ｃの下流端３４ｄ（すなわち、分岐点。）からそれぞれ対応のガスタンク３０ａ、３０ｂへと延在する流路である。このような分岐流路３４ａ、３４ｂは、ガスタンク３０ａ，３０ｂ外にあるガス配管と、このガス配管に連通するようにガスタンク３０ａ，３０ｂの口部に取り付けられたバルブアッセンブリ（図示省略）にある流路部分と、で構成することができる。
【００２７】
供給路３４のうち、分岐流路３４ａにのみ、制御装置３８により開閉を制御される遮断弁４０が設けられる。遮断弁４０は、駆動方式が例えば電磁式からなるが、これに限らず、各種のタイプのものを用いることができる。
【００２８】
ガスタンク３０ａ，３０ｂは、燃料電池への水素ガス供給源であり、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能な高圧タンクである。この種のガスタンク３０ａ、３０ｂは、胴部の両端部に肩部を有し、さらにその肩部の少なくとも一方にバルブアッセンブリを取り付ける口部を有する。ガスタンク３０ａ、３０ｂは、例えば、内側にライナー層を、外側にＦＲＰ層などの補強層を有する積層構造を備える。
【００２９】
ここで、ガスタンクの放熱性は、一般に、ガスタンクそれ自身を構成する材料や、ガスタンクの体格（長さ、径、容量、表面積等）など、ガスタンクの仕様によって異なる。例えば、ガスタンクのライナー層としてアルミニウムを用いた場合には、樹脂（ポリエチレンなど）を用いた場合よりも、放熱性は優れたものとなる。また、ライナー層における樹脂の特性や配合割合によっても放熱性は異なる。さらに、ガスタンクの体格、例えば径に対する長さの比や、表面積に対する容量の比によっても、放熱性は異なる。そして、ガスタンクの放熱性が優れている場合、それが優れていない場合に比べて、充填に伴うガスタンク内の温度上昇率（温度上昇量）及び圧力上昇率（圧力上昇量）が低く抑えられる。
【００３０】
本実施形態のガスタンク３０ａ，３０ｂは、互いに放熱性が異なるものであり、ガスタンク３０ａの方が放熱性が優れている。例えば、ガスタンク３０ａのライナー層はアルミニウムからなり、ガスタンク３０ｂのライナー層は樹脂からなる。ここでは、ガスタンク３０ｂは、ガスタンク３０ａよりも太径で構成されていると共に、太径タンクとしての強度を確保するためにＦＲＰ層を厚く構成されていて、ガスタンク３０ａよりも放熱性が悪いものとなっている。以下、簡便な説明のため、ガスタンク３０ａ、３０ｂの放熱性について、良い又は悪いという相対的な表現を用いる。
【００３１】
温度センサ４２ａ，４２ｂは、それぞれ、ガスタンク３０ａ，３０ｂ内に配置され、ガスタンク３０ａ，３０ｂ内の水素ガスの温度（以下、それぞれ「タンク温度Ｔａ，Ｔｂ」という。）を反映する温度を検出する。温度センサ４２ａ，４２ｂは、例えば、上記したバルブアッセンブリ内の流路部分に設けられる。
圧力センサ４４ａ，４４ｂは、それぞれ、ガスタンク３０ａ，３０ｂ内の水素ガスの圧力（以下、それぞれ「タンク圧力Ｐａ，Ｐｂ」という。）を反映する圧力を検出する。圧力センサ４４ａ，４４ｂは、それぞれ、ガスタンク３０ａ，３０ｂ内に配置することもできるし、ガスタンク３０ａ，３０ｂの直前にある上記のガス配管に配置することもできる。
【００３２】
なお、念のため後述の特許請求の範囲に記載の文言との関係に言及すると、本実施形態においては、温度センサ４２ａ及び圧力センサ４４ａの少なくとも一方が、特許請求の範囲に記載の「第１の検出器」を構成する。また同様に、温度センサ４２ｂ及び圧力センサ４４ｂの少なくとも一方が、特許請求の範囲に記載の「第２の検出器」を構成する。
【００３３】
制御装置３８は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、車両３を制御する。ＣＰＵは、制御プログラムに従って所望の演算を実行するものであり、遮断弁４０の開閉など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶し、ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御装置３８は、通信機３６、温度センサ４２ａ，４２ｂ及び圧力センサ４４ａ，４４ｂなどと接続されており、車両３にて把握可能な情報を通信機３６を用いて、水素ステーション２に送信する。例えば、ガスタンク３０ａ内の状態量を示すタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａに関する検出情報や、ガスタンク３０ｂ内の状態量を示すタンク温度Ｔｂ及びタンク圧力Ｐｂに関する検出情報が、水素ステーション２に送信される。
【００３４】
次に、図２を参照して、ガス充填システムにおける車両３への充填フローを説明する。
【００３５】
ステップＳ１の充填開始は、充填ノズル２３がレセプタクル３２に接続された状態において、ディスペンサ２１を作動させることで行われる。この充填開始時では、遮断弁４０は開いており、充填ノズル２３から放出される水素ガスは、ガスタンク３０ａ，３０ｂの両方に供給される。
【００３６】
充填中は、放熱性の良いガスタンク３０ａのＳｏＣがモニタリングされる（ステップＳ２）。
ここで、ＳｏＣとは、ガスタンク内の水素ガスの充填率をいい、ガス密度に基づいて計算される。具体的には、ガスタンク内の水素ガスの温度及び圧力（すなわちタンク温度及びタンク圧力）をパラメータに有するガス密度の関数を用いることで、ガスタンクのＳｏＣが算出される。
【００３７】
したがって、ステップＳ２の充填中は、適宜（例えば数秒毎に）、ガスタンク３０ａのタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａが読み込まれ、これらの情報が、制御装置３８の例えばＲＡＭに一時的に記憶された後、通信機３６から通信機２５に送信される。これにより、水素ステーション２側の制御装置２６が、適宜、充填中のタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａを把握して、ガスタンク３０ａのＳｏＣを算出する。これにより、ガスタンク３０ａのＳｏＣがモニタリングされる。なお、充填中は、タンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａが充填流量マップにも参照されて、所定の充填流量となるように制御される。
【００３８】
モニタリングしているガスタンク３０ａのＳｏＣが１００％（すなわち満充填）に達するまで、ガスタンク３０ａ，３０ｂの両方への水素ガスの充填が行われる（ステップＳ３；Ｎｏ，ステップＳ４）。一方で、ガスタンク３０ａのＳｏＣが１００％に達したところで（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御装置３８からの指令により遮断弁４０が閉じられる（ステップＳ５）。これにより、ガスタンク３０ａへの水素ガスの供給が遮断されると共に、ガスタンク３０ｂへの水素ガスの供給が継続されることになる。
【００３９】
次いで、ＳｏＣのモニタリング対象をガスタンク３０ａからガスタンク３０ｂに変更し、ガスタンク３０ｂのＳｏＣが１００％に達したか否かを判断する（ステップＳ６）。この判断は、随時、タンク温度Ｔｂ及びタンク圧力Ｐｂをもとにガスタンク３０ｂのＳｏＣを算出することで行われる。このＳｏＣの算出は、ガスタンク３０ａの場合と同様に、タンク温度Ｔｂ及びタンク圧力Ｐｂを読み込んだ後、それらの情報を通信を利用して制御装置２６に伝えることで行うことができる。
【００４０】
そして、モニタリングしているガスタンク３０ｂのＳｏＣが１００％に達するまで、ガスタンク３０ｂへの水素ガスの充填を継続する（ステップＳ６；Ｎｏ，ステップＳ７）。一方で、ガスタンク３０ｂのＳｏＣが１００％に達したところで（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、水素ステーション２から車両３への水素ガスの供給を停止し、一連の充填を終了する（ステップＳ８）。
【００４１】
以上説明した本実施形態の作用効果について、本実施形態とは異なる方法で充填した図３及び４に示す場合と比較して説明する。図３及び図４は、いずれも、図１に示す遮断弁４０を具備しない車両３に対して充填した場合に関するものであり、図３は放熱性の良いガスタンク３０ａを基準として充填を制御した場合に関し、図４は放熱性の悪いガスタンク３０ｂを基準として充填を制御した場合に関するものである。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、放熱性の良いガスタンク３０ａは、放熱性の悪いガスタンク３０ｂに比べて、充填中の温度上昇が小さい。このため、図３（ｃ）に示すように、充填開始からある時間が経過した段階では、放熱性の良いガスタンク３０ａの方がＳｏＣが高くなる。それゆえ、放熱性の良いガスタンク３０ａを基準として充填を制御すると、ガスタンク３０ａのＳｏＣは１００％に達するが、ガスタンク３０ｂのＳｏＣは１００％まで達せず、充填量不足となる（参照：図３（ｃ））。一方で、放熱性の悪いガスタンク３０ｂを基準として充填を制御すると、ガスタンク３０ｂのＳｏＣは１００％に達するが、ガスタンク３０ａのＳｏＣは１００％を超えて、過充填となる（参照：図４（ｃ））。なお、図３の時間ｔ1は図４の時間ｔ2よりも小さい。
【００４３】
これに対し、本実施形態によれば、図５に示すようになる。具体的には、先ず、放熱性の良いガスタンク３０ａを基準として充填を制御し、そのＳｏＣが１００％に達した時間ｔ1で、ガスタンク３０ａへの充填を停止する（参照：図２のステップＳ１〜５）。その後、放熱性の悪いガスタンク３０ｂを基準として充填を制御し、そのＳｏＣが１００％に達した時間ｔ2で、ガスタンク３０ｂへの充填を停止する（参照：図２のステップＳ６〜８）。したがって、本実施形態によれば、ガスタンク３０ａ，３０ｂのいずれに対しても満充填することができ、過充填及び充填量不足を防止することができる。
【００４４】
特に、本実施形態によれば、遮断弁４０を備えているため、ガスタンク３０ａが満充填となった場合に、もう一方のガスタンク３０ｂへの充填を継続することができる。このため、車両３全体として、水素ガスの充填率及び充填量を上げることができる。また、遮断弁４０をガスタンク３０ａ側にのみ設けているので、ガスタンク個別に設ける場合に比べて、部品点数及びコストを削減することができる。さらに、ガスタンク３０ａへの水素ガスの供給量を制限するための流量制御機構として遮断弁４０を用いているので、流量制限機構を分岐流路３４ａの配管で構成する（例えば、流路を絞るようにチューニングする。）場合に比べて、流量制限機構を簡素化することができる。
【００４５】
また、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣが１００％に達したか否か、すなわち所定の供給が完了したか否かの判断（例：ステップＳ３，Ｓ６）の指標として、ガスタンク３０ａについては充填中のタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａを用い、ガスタンク３０ｂについては充填中のタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａを用いている。このため、充填中のＳｏＣに差が生じるガスタンク３０ａ，３０ｂのそれぞれについて、正確にＳｏＣを算出することができ、所望の充填量を適切に充填することができる。
【００４６】
＜変形例＞
次に、第１実施形態のいくつかの変形例を説明する。それぞれの変形例は、相互に適用することができる。
【００４７】
＜第１の変形例＞
図２のフローに従って充填するガスタンク３０ａ、３０ｂのＳｏＣは、１００％ではなくてもよく、１００％を下回る所定値であってもよい。例えば、充填に際してユーザーにより充填量又は充填金額が指定された場合には、その充填量に対応するＳｏＣがガスタンク３０ａ、３０ｂのそれぞれについて計算し、計算されたＳｏＣに対応するようにガスタンク３０ａ、３０ｂへの充填を行う。また、図２のフローに従って充填するガスタンク３０ａ、３０ｂのＳｏＣは、互いに同じでなくてもよい。例えば、図２のステップＳ３ではＳｏＣが９０％を超えるか否かで判断し、続くステップＳ６ではＳｏＣが８０％を超えるか否かで判断してもよい。
【００４８】
＜第２の変形例＞
ガスタンクの数は、上記の２つに限られるものではなく、３つ以上であってもよい。例えば、互いに放熱性が異なる３つのガスタンクをレセプタクル３２に並列に接続した場合には、放熱性が１番目及び２番目に高いガスタンクに対応する分岐流路に遮断弁を設け、放熱性が高いガスタンクの順にＳｏＣが１００％となるように、遮断弁を順に閉じていけばよい。また別の例として、２つのガスタンクを同じ放熱性を有するものとして構成し、他のガスタンクを別の放熱性を有するものとして構成してもよい。この場合にも、放熱性が高いガスタンクに対応する分岐流路に遮断弁を設けて、上記同様の制御を行えばよい。
【００４９】
＜第３の変形例＞
図２に示すモニタリング等について、水素ステーション２側の制御装置２６ではなく、車両３側の制御装置３８で行ってもよい。例えば、図２のステップＳ２におけるモニタリングは、制御装置３８が、一時的に記憶したタンク温度Ｔａ及びタンク圧力Ｐａをもとにガスタンク３０ａのＳｏＣを適宜算出することで行ってもよい。また、ガスタンク３０ａ、３０ｂのＳｏＣが１００％に達したか否かの判断（図２のステップＳ３、Ｓ５）についても、制御装置３８で行ってもよい。
【００５０】
＜第２実施形態＞
次に、図６を参照して、第２実施形態に係る車両３´について説明する。第１実施形態との相違点は、ガスタンク３０ａへの水素ガスの供給量を制限するための流量制御機構として、遮断弁４０ではなく、流調弁４６を用いた点である。その他の点は、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
流調弁４６は、その弁開度を制御装置３８により制御されるものであり、ガスタンク３０ａへの水素ガスの流量を絞るように制御する。流調弁４６は、駆動方式が例えば電磁式からなるが、これに限らず、各種のタイプのものを用いることができる。例えば、流調弁４６は、弁座に対する弁体の位置がステップモータにより制御されることで、弁開度を調整される。
【００５２】
本実施形態では、図７（ｃ）に示すように、水素ステーション２から車両３への水素ガスの供給中において、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣが互いに同程度の値で進むように、流調弁４６の弁開度が制御装置３８により制御される。具体的には、充填開始時から流調弁４６の弁開度を制御し、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣが同等となるように両者に水素ガスを充填していく。この充填においては、図７（ａ）に示すように、ガスタンク３０ａの圧力上昇は、ガスタンク３０ｂよりも抑えられると共に、図５に示す場合よりも抑えられる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、充填開始から充填終了までガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣを同程度に保持することができる。そして、そのＳｏＣが所望の値（例えば１００％）に達したところで充填を終了すれば、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣを同程度にすることができ、過充填及び充填量不足を抑制することができる。また、流調弁４６をガスタンク３０ａ側にのみ設けているので、部品点数及びコストを削減することができる。
【００５４】
なお、第２実施形態において、ガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣを同程度に保持するには、両者のタンク温度Ｔａ，Ｔｂ及びタンク圧力Ｐａ，Ｐｂをもとに両者のＳｏＣを監視しておくことが好ましい。この場合、制御装置２６，３８のいずれかで監視すればよい。
【００５５】
本実施形態の他の実施態様によれば、上記した第２の変形例を本実施形態に適用することも可能である。例えば、互いに放熱性が異なる３つのガスタンクをレセプタクル３２に並列に接続した場合には、放熱性が１番目及び２番目に高いガスタンクに対応する分岐流路に流調弁を設け、全てのガスタンクのＳｏＣが同等となるように流調弁の開度を制御する。
【００５６】
また、本実施形態の別の実施態様によれば、流調弁４６を電気制御式のものではなく、機械式のもので構成してもよい。例えば、流調弁４６の圧力室に、流調弁４６の下流側の二次圧を導入し、この導入した二次圧によってダイヤフラムを可動させることで、ダイヤフラムに接続した弁体を弁座に対して移動させる。これにより、流調弁４６の弁開度を制御して、充填中のガスタンク３０ａ，３０ｂのＳｏＣが同程度の値で進むようにしてもよい。このような機械式の流調弁４６によれば、流調弁４６を駆動するための電力が不要となるため、充填中の車両３の電力消費を抑えることができる。
【００５７】
＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、第１及び第２実施形態に適用することができる第３実施形態に係る燃料電池車両の電力系統について説明する。
【００５８】
図８に示すように、ガスタンク３０ａ，３０ｂは、上記の供給路３４とは別系統として、燃料電池５０に水素ガスを供給する供給配管５２を具備する。燃料電池５０には、燃料電池５０の出力電圧を制御する高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４が接続される。燃料電池５０と高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４との間には、燃料電池５０の運転に供せられる各種の高圧補機５６が電気的に接続される。高圧補機５６は、高電圧（例えば１２Ｖよりも高い電圧）用の補機であり、例えば、燃料電池５０に酸化ガスを圧送するエアコンプレッサや、水素オフガスを燃料電池５０に循環供給する水素ポンプである。蓄電装置５８は、高電圧の蓄電装置として機能する充放電可能な二次電池である。蓄電装置５８は、例えば、車両３のトラクションモータに対して、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４を介して燃料電池５０に並列接続される。
【００５９】
低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４と蓄電装置５８との間に電気的に接続され、高圧回路側の直流電力の一部を降圧して低圧回路側へと供給する。降圧された直流電力は、一部が低圧バッテリ６２に充電され、一部は低圧補機６４を駆動するための電力として用いられる。低圧バッテリ６２は、低電圧（例えば１２Ｖ）の蓄電装置として機能するものであり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池に代表される二次電池である。低圧補機６４は、低電圧で駆動する各種機器であり、高圧補機５６とは異なるものである。低圧補機６４としては、例えば、上記の温度センサ４２ａ，４２ｂ、圧力センサ４４ａ、４４ｂ及び通信機３６のほか、図１の遮断弁４０や図５の電気式の流調弁４６などが該当する。低圧補機６４や制御装置３８は、電力供給源としての低圧バッテリ６２から電力を供給されることによっても駆動する。例えば、車両３がイグニッションオフ（以下、ＩＧ ＯＦＦという。）の状態では、燃料電池５０が発電していないため、低圧補機６４及び制御装置３８に対する電力供給は低圧バッテリ６２から行われる。制御装置３８は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５４及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６０等と電気的に接続される。制御装置３８には、各種時間を計測するためのタイマー７０が設けられるが、タイマー７０を制御装置３８とは別体に設けてもよい。
【００６０】
ここで、上記した第１及び第２実施形態に係る車両３にて水素ガスを充填する場合、車両３はＩＧ ＯＦＦの状態となる。このため、充填中は、上記した遮断弁４０又は流調弁４６の制御が行われるべく、低圧バッテリ６２によって、低圧補機６４（遮断弁４０又は流調弁４６を含む。）及び制御装置３８に電力が供給される。これにより、例えば、図２に示すステップＳ１の際には遮断弁４０を開けておくことができると共に、ステップＳ５の際に遮断弁４０を閉じることができる。そして、充填終了後に、低圧補機６４等への低圧バッテリ６２からの電力供給が終了する。
【００６１】
本実施形態によれば、車両３への充填中においても、遮断弁４０や流調弁４６等を電気的に操作することができ、上記の充填制御を適切に行うことができる。
なお、充填中の遮断弁４０及び流調弁４６の駆動及びその駆動の停止を実行されるタイミングは、タイマー７０により制御されるとよい。例えば、充填ノズル２３とレセプタクル３２の接続作業がなされてから、あるいは、車両３のリッドボックスのフューエルカバーが開けられてから所定時間（例：３０分）は遮断弁４０及び流調弁４６に電力供給が継続されるように、遮断弁４０及び流調弁４６への電力供給の開始（これらの弁の駆動）と終了（これらの弁の駆動の停止）をタイマー７０で制御するとよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の車両は、水素ガスのみならず、天然ガスなど他の燃料ガスを供給されるガスタンクを有するものに適用することができる。また、車両に限らず、航空機、船舶、ロボットなど、外部からのガスの充填先としてガスタンクを搭載した移動体に適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
２：ガスステーション、３：車両、２５：通信機（受信機）、３０ａ，３０ｂ：ガスタンク、３４：供給路、３４ａ，３４ｂ：分岐流路、３４ｃ：共有流路、３６：通信機（送信機）、３８：制御装置、４０：遮断弁（流量制限機構）、４２ａ，４２ｂ：温度センサ、４４ａ，４４ｂ：圧力センサ、４６：流調弁（流量制限機構）、７０：タイマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の放熱性を有する第１のガスタンクと、前記第１の放熱性よりも低い第２の放熱性を有する第２のガスタンクと、を少なくとも備えると共に、
外部のガスステーションから前記第１及び第２のガスタンクに供給されるガスの供給路として、共有流路と、当該共有流路から前記第１及び第２のガスタンクのそれぞれへと分岐している第１及び第２の分岐流路と、を有する車両において、
前記供給路のうち、前記第１の分岐流路には、前記第１のガスタンクへのガスの供給量を制限可能な流量制限機構が設けられている、車両。
【請求項２】
前記流量制限機構は、遮断弁である、請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記遮断弁の開閉を制御する制御装置を更に備えており、
前記制御装置は、前記ガスステーションからガスを供給される際、前記遮断弁を開いておいて前記第１及び第２のガスタンクに対してガスの供給を許容すると共に、当該第１のガスタンクに対する所定の供給が完了した後は、前記遮断弁を閉じて、前記第１及び第２のガスタンクのうち第２のガスタンクに対してのみガスの供給を許容する、請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記第１のガスタンク内の状態量を検出する第１の検出器を更に備え、
前記第１の検出器が検出した情報は、前記所定の供給が完了したか否かの判断の指標に用いられる、請求項３に記載の車両。
【請求項５】
前記第１の検出器が検出した情報を通信により前記ガスステーション側の受信機に伝える送信機を更に備えた、請求項４に記載の車両。
【請求項６】
前記第２のガスタンク内の状態量を検出する第２の検出器を更に備え、
前記送信機は、前記第２の検出器が検出した情報も通信により前記受信機に伝える、請求項５に記載の車両。
【請求項７】
前記遮断弁は、その駆動及び停止を実行されるタイミングがタイマーにより制御される、請求項２ないし６のいずれか一項に記載の車両。
【請求項８】
前記流量制限機構は、流調弁である、請求項１に記載の車両。
【請求項９】
前記流調弁の開度を制御する制御装置を更に備えており、
前記制御装置は、前記ガスステーションからガスを供給される際の前記第１及び第２のガスタンク内のＳｏＣが同程度の値で進むように、前記流調弁の開度を制御する、請求項８に記載の車両。
【請求項１０】
前記流調弁は、その駆動及び停止を実行されるタイミングがタイマーにより制御される、請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
前記流調弁は、前記ガスステーションからガスを供給される際の前記第１及び第２のガスタンク内のＳｏＣが同程度の値で進むように、弁開度が制御される機械式の弁である、請求項８に記載の車両。
【請求項１】
第１の放熱性を有する第１のガスタンクと、前記第１の放熱性よりも低い第２の放熱性を有する第２のガスタンクと、を少なくとも備えると共に、
外部のガスステーションから前記第１及び第２のガスタンクに供給されるガスの供給路として、共有流路と、当該共有流路から前記第１及び第２のガスタンクのそれぞれへと分岐している第１及び第２の分岐流路と、を有する車両において、
前記供給路のうち、前記第１の分岐流路には、前記第１のガスタンクへのガスの供給量を制限可能な流量制限機構が設けられている、車両。
【請求項２】
前記流量制限機構は、遮断弁である、請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記遮断弁の開閉を制御する制御装置を更に備えており、
前記制御装置は、前記ガスステーションからガスを供給される際、前記遮断弁を開いておいて前記第１及び第２のガスタンクに対してガスの供給を許容すると共に、当該第１のガスタンクに対する所定の供給が完了した後は、前記遮断弁を閉じて、前記第１及び第２のガスタンクのうち第２のガスタンクに対してのみガスの供給を許容する、請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記第１のガスタンク内の状態量を検出する第１の検出器を更に備え、
前記第１の検出器が検出した情報は、前記所定の供給が完了したか否かの判断の指標に用いられる、請求項３に記載の車両。
【請求項５】
前記第１の検出器が検出した情報を通信により前記ガスステーション側の受信機に伝える送信機を更に備えた、請求項４に記載の車両。
【請求項６】
前記第２のガスタンク内の状態量を検出する第２の検出器を更に備え、
前記送信機は、前記第２の検出器が検出した情報も通信により前記受信機に伝える、請求項５に記載の車両。
【請求項７】
前記遮断弁は、その駆動及び停止を実行されるタイミングがタイマーにより制御される、請求項２ないし６のいずれか一項に記載の車両。
【請求項８】
前記流量制限機構は、流調弁である、請求項１に記載の車両。
【請求項９】
前記流調弁の開度を制御する制御装置を更に備えており、
前記制御装置は、前記ガスステーションからガスを供給される際の前記第１及び第２のガスタンク内のＳｏＣが同程度の値で進むように、前記流調弁の開度を制御する、請求項８に記載の車両。
【請求項１０】
前記流調弁は、その駆動及び停止を実行されるタイミングがタイマーにより制御される、請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
前記流調弁は、前記ガスステーションからガスを供給される際の前記第１及び第２のガスタンク内のＳｏＣが同程度の値で進むように、弁開度が制御される機械式の弁である、請求項８に記載の車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６３５３４（Ｐ２０１１−１６３５３４Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３０１０４（Ｐ２０１０−３０１０４）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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