氢充填系统和氢充填方法与流程

本发明涉及一种将氢充填至氢能源车辆(fcv)等的技术。

背景技术：

近年来，随着搭载燃料电池的车辆(燃料电池车辆，fcv)的发展和普及，高度重视增加作为氢供应设施的加氢站安装场所(例如，参见专利文献1)。在加氢站中安装有氢充填装置(分配器)，其在到达加氢站的车辆的车载罐的压力和温度保持在预定范围内的条件下将氢充填到所述罐中。此时，有时会发生所谓的“通信充填”，即在通过位于氢充填装置侧的红外通信发送关于车载罐的信息如压力和温度的同时充填氢的带通信的充填方法。通信充填能够在确认车载罐内的压力和温度的同时进行氢充填，这使得即使充填速率高也可以安全地充填氢。

这里，由于各种原因，存在在通信充填期间(在将氢正被充填到车载罐中的条件下)车载罐内的压力、温度等不能传输到氢充填装置的情况。在这种情况下，继续通信充填可能导致以下不便：即使不能精确地掌握车载罐内的压力、温度等的条件下，仍以与通信充填相同的方式以高充填速率充填氢。但是，尚未提出用于解决上述不便的技术。

日本专利第2000-166635号公报的内容通过引用整体并入本文。

技术实现要素：

本发明拟解决的课题

本发明是考虑到上述现有技术中的问题而提出的，并且本发明的目的是提供一种氢充填系统和氢充填方法，其能够应对以下不便：即使在不能精确地掌握车载罐内的压力、温度等的条件下，仍以与通信充填相同的方式以高充填速率充填氢。

解决问题的手段

本发明的氢充填系统(100)的特征在于包括控制单元(cu1、cu2或cu3，用于控制氢充填，有时统称为“cu”)，并且该控制单元具有以下功能：判定通信充填时车载罐(it)内的压力或温度数据是否异常，以及在压力或温度数据存在异常时停止通信充填并转换为非通信充填。

在本发明中，控制单元(cu)优选具有以下功能：将压力或温度数据与(前一循环中的)先前压力或温度数据进行比较，并且当增加量在预定值(正值δ1、δ2)以内时将其判定为正常，而在增加量大于预定值(正值δ1、δ2)(即，该量迅速增加)；增加量为零(即，压力或温度不变)；或增加量为负(即压力或温度降低)时将其判定为异常。

于是，在本发明中，控制单元(cu)优选具有以下功能：在开始通信充填之前判定是否建立用于将关于车载罐(it)内的压力和温度的数据传输至充填装置(分配器1)的通信，即车辆通信是否建立，并且在通信建立时选择通信充填，而在通信未建立时选择非通信充填。

本发明的氢充填方法的特征在于包括用于在通信充填时判定车载罐(it)内的压力或温度数据是否存在异常的处理以及用于压力或温度数据异常时停止通信充填并转换为非通信充填的处理。

在根据本发明的方法中，优选地，在用于判定是否存在异常的处理中，将压力或温度数据与(前一循环中的)先前压力或温度数据进行比较，并且当增加量在预定值(正值δ1、δ2)以内时将其判定为正常，而在增加量大于预定值(正值δ1、δ2)(即，该量迅速增加)；增加量为零(即，压力或温度不变)；或增加量为负(即压力或温度降低)时将其判定为异常。

于是，本发明的方法优选地具有用于在开始通信充填之前判定用于将关于车载罐(it)内的压力和温度的数据传输到充填装置(分配器1)的通信是否建立——即，车辆通信是否建立——的处理，并且在通信建立时选择通信充填，而在通信未建立时选择非通信充填。

这里，在通信充填中，关于车载罐(it)内的压力和温度的信息通过红外通信朝向氢充填装置(1)传输。然而，不限于红外通信，而是可以通过使用在例如电子收费系统(ect)中使用的带宽中的无线电波来将车载罐(it)内的压力和温度向氢充填装置(1)传输。另外，燃料电池车辆不限于乘用车辆。用词“燃料电池车辆”或“fcv”不仅用于乘用车，还用于包括卡车、公共汽车、叉车和两轮车的车辆。换句话说，本说明书中的燃料电池车辆(fcv)被定义为具有燃料电池并且能够与人一起移动的所有机器。

发明效果

在具有上述结构的本发明中，在通信充填中，当车载罐(it)内的压力或温度的测量值存在异常时，将通信充填转换为非通信充填。当车载罐(it)内的压力或温度的测量值存在异常时，可以将其判定为无法将车载罐内的压力或温度在氢充填装置侧准确传递的状态。然后，在非通信充填的情况下，将充填速率设定为低于通信充填的充填速率，使得转换为非通信充填允许以低充填速率进行氢充填，即，在安全方面，这可以防止将氢充填到车载罐(it)的极限(即，满罐)。换句话说，当担心在通信充填时车载罐(it)内的压力或温度在氢充填装置(1)侧不能准确地传输时，将其转换为非通信充填，这可以在车载罐(it)侧留出更多空间，即，在安全方面，在这种情况下，能够安全地充填氢。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的氢充填系统的说明图；

图2是根据第一实施例的系统的控制单元的功能块图；

图3是图2所示的异常判别块的功能块图；

图4是示出用于在第一实施例中的充填之前确定充填方法的控制的流程图；

图5是示出用于在第一实施例中的充填期间确定充填方法的控制的流程图；

图6是根据本发明的第二实施例的氢充填系统的说明图；以及

图7是根据本发明的第三实施例的氢充填系统的说明图。

具体实施方式

接下来，将参考附图说明本发明的实施例。首先，将参考图1至5说明本发明的第一实施例。在图1中，本发明的氢充填系统——其整体结构用数字100表示——包括氢充填装置1和用于控制氢充填的控制单元cu1，并且控制单元cu1安装在氢充填装置1中。充填软管2连接到氢充填装置1，并且充填喷嘴3安装到充填软管2的一端上。充填喷嘴3可与向其充填氢的车辆s(例如，燃料电池车fcv)的车载罐(it)上的托座连接和断开。另外，氢充填装置1包括用于传输关于车辆s的车载罐的信息如压力和温度数据的信号传输系统4。信号传输系统4将氢充填装置1和安装在充填喷嘴3上的光通信接收器3a彼此连接。

在氢充填期间，氢从氢充填装置1经充填软管2和充填喷嘴3被充填到车辆s的车载罐中。在通信充填的情况下，在充填操作期间，关于车载罐it内部的信息如温度和压力由压力传感器p、温度传感器t等检测，并且它们从位于车辆侧的未示出的光通信发射器和信号传输系统4传输到安装在氢充填装置1上的控制单元cu1，所述光通信发射器内置在托座sr中通过光通信接收器3a进行光通信，所述光通信接收器3a内置在充填喷嘴3中。控制单元cu1基于通过信号传输系统4传输的关于车载罐it内部的信息如温度和压力来控制从氢充填装置1到车载罐it内部的通信充填。然而，从车载罐it到氢充填装置1的通信不限于光通信，而可以使用在例如电子收费系统(etc)中使用的带宽中的无线电波。这里，在氢充填装置1(氢充填系统100)中，代替通信充填，可以使用非通信充填。

控制单元cu1具有以下功能：除了关于车载罐it内部的信息如温度和压力以外还获取用于检测来自车辆s侧的通信的适当性的检查代码并判定车辆通信是否建立。另外，控制单元cu1具有在通信充填期间判定通信充填是应当继续还是停止以转换为非通信充填的功能。在其中关于车辆s的车载罐it的信息如压力和温度未传输到氢充填装置1的非通信充填的情况下，与通信充填相比，车载罐it内的氢充填速率被设定为低。这是因为，在非通信充填的情况下，在不知道向其充填氢的车辆s的车载罐it内的压力和温度等状态的条件下充填氢，与通信充填相比更危险，因而使得氢以不太危险的方式(沿更安全的方向)充填。就此而言，在非通信充填的情况下，不会以高压力将氢充填到车载罐it的极限，即满罐。将参考图2至5说明根据第一实施例的控制单元cu1。

在示出了控制单元cu1的功能块的图2中，控制单元cu1包括通信充填建立判定块1a、异常判别块1b和充填方法判定块1c。通信充填建立判定块1a在开始充填氢之前通过信号线sl1针对每个控制周期从车辆s的车载罐it(参照图1)中的压力传感器p、温度传感器t等获取压力数据、温度数据等，并通过信号线sl2从车辆的检查代码发射器k获取检查代码。通信充填建立判定块1a具有基于获取的检查数据、压力数据、温度数据等来判定传输车辆s侧(车载罐it内)的数据如压力和温度的通信(即车辆通信)是否建立的功能。这里，车辆通信建立是通信充填的前提。

通信充填建立判定块1a的判定结果——即车辆通信是否建立——通过信号线sl3传输到充填方法判定块1c，并通过信号线sl4传输到异常判别块1b。同时，通常通过检查从车辆侧发送的数据如压力和温度是否有效来判定车辆通信的建立(或通信本身的健全性)。

在判定车辆通信是否建立时，当以预定间隔(例如500毫秒)从车辆s侧(车载罐it内的压力传感器p、温度传感器t)连续接收到有效数据时，判定为“车辆通信建立”。换句话说，即使当以预定间隔(例如500毫秒)从车辆s侧(车载罐it内的压力传感器p、温度传感器t)临时发送无效数据时，也不立即判定为“车辆通信未建立”。另一方面，当以预定间隔(例如500毫秒)连续从车辆s侧发送无效数据或来自车辆s的信号停止时，判定为“车辆通信未建立”。

异常判别块1b具有以下功能：在通信充填期间，通过信号线sl5从车载罐it内的压力传感器p、温度传感器t等获取压力数据、温度数据等，并通过信号线sl4获取判定结果，即车辆通信是否建立。此外，异常判别块1b具有判定所获得的压力数据、温度数据等是否异常的功能。参考图3和5详细说明异常判别块1b中的异常判定标准和工作例程。判定结果(所获得的压力数据、温度数据等是否异常)通过信号线sl6传输到充填方法判定块1c。

充填方法判定块1c具有通过信号线sl3获取通信充填建立判定块1a的判定结果(车辆通信是否建立)并确定通信充填或非通信充填的功能。充填方法判定块1c在充填开始之前在车辆通信建立时选择通信充填，而在车辆通信未建立时选择非通信充填。另外，充填方法判定块1c具有通过信号线sl6获取判定结果(通信充填期间的压力数据、温度数据等是否存在异常)的功能。然后，充填方法判定块1c具有判定是否连续执行通信充填作为充填方法或是否停止通信充填以转换成非通信充填的功能。充填方法判定块1c在于通信充填期间压力数据、温度数据等不存在异常时选择继续执行通信充填，而在压力数据、温度数据等存在异常时选择停止通信充填并转换为非通信充填。

充填方法判定块1c的判定结果通过信号线sl7传输到氢充填装置1的充填方法切换装置5。充填方法切换装置5基于充填方法判定块1c的判定结果来选择充填方法。然后，选择通信充填或非通信充填，或者停止通信充填并转换为非通信充填。这里，可以通过用软件处理来执行将通信充填转换为非通信充填的操作。

在详细示出了图2所示的异常判别块1b中的每个功能块的图3中，异常判别块1b包括分支块1d、延迟块1e、比较块1f和判定块1g。分支块1d具有以下功能：通过信号线sl5在通信充填期间针对每个控制周期从车载罐it内的压力传感器p、温度传感器t等获取压力数据、温度数据等，并通过信号线sl9将对每个控制周期获取的压力数据、温度数据等传输到比较块1f。此外，分支块1d具有通过信号线sl10将每个控制周期的压力数据、温度数据等传输到延迟块1e的功能。

延迟块1e具有以下功能：将针对每个操作周期从分支块1d获得的压力数据、温度数据等延迟一个操作周期，并通过信号线sl11将延迟的数据传输到比较块1f。这里，在从延迟块1e传输到比较块1f的压力数据、温度数据等中，从分支块1d传输到比较块1f和延迟块1e的压力数据和温度数据被表示为符号p(n)和t(n)。那么，将通过延迟块1e与压力数据p(n)和温度数据t(n)相比延迟一个控制周期的压力数据和温度数据分别表示为p(n-1)和t(n-1)。例如，从分支块1d传输到比较块1f和延迟块1e的数据为p(n)和t(n)，而从延迟块1e传输到比较块1f并领先p(n)和t(n)一个控制周期的数据为p(n-1)和t(n-1)。

比较块1f具有以下功能：将从分支块1d获得的压力数据p(n)和温度数据t(n)与从延迟块1e获得的压力数据p(n-1)和温度数据t(n-1)彼此比较，并计算它们的差δp和δt。这里，用下式示出差δp和δt。

δp＝p(n)-p(n-1),δt＝t(n)-t(n-1)

通过信号线sl12将比较块1f的比较结果——即差δp和δt——发送到判定块1g。

判定块1g具有基于比较结果(差δp、δt)来判定在通信充填时车载罐it内的压力或温度数据是否存在异常的功能。在该判定中，判定块1g将在通信充填时车载罐it内的压力和温度数据逐渐增大的状况判定为正常。具体而言，在将压力数据p(n)和温度数据t(n)与前一(领先一个控制周期的)压力数据p(n-1)和温度数据t(n-1)进行比较后，当增加量在预定值δ1、δ2(δ1、δ2为正值)以内时，判定块1g将其判定为正常。下面示出了判定块1g判定为正常的条件。

0<δp＝p(n)-p(n-1)≦δ1且0<δt＝t(n)-t(n-1)≦δ2

另一方面，在将压力数据p(n)和温度数据t(n)与前一(领先一个控制周期的)压力数据p(n-1)和温度数据t(n-1)进行比较后，当增加量大于预定值δ1、δ2(快速增大)或增加量为负值(压力或温度降低)时，判定块1g将其判定为异常。下面示出了判定块1g判定为异常的条件。

δp＝p(n)-p(n-1)>δ1或δp＝p(n)-p(n-1)≦0

δt＝t(n)-t(n-1)>δ2或δt＝t(n)-t(n-1)≦0

通过信号线sl6将判定块1g的判定结果(压力或温度数据是否存在异常)传输到充填方法判定块1c(参照图2)。判定块1g对压力或温度数据是否存在异常的判定以与车辆通信建立的判定中的间隔(例如500毫秒)不同的间隔执行。例如，当压力、温度等以比车辆通信建立的判定中的间隔(例如500毫秒)长的间隔异常时，将其判定为异常。这里，如果控制周期为100毫秒，则当例如发生压力、温度等的五次连续异常时，将其判定为不正常。然而，五次(或500毫秒)仅为示例，次数可以不是五(预定间隔可以不是500毫秒)。

接下来，在第一实施例中，将主要参考图4说明氢充填的初始阶段中的控制。在图4中，在步骤s1中，将氢充填装置1的充填喷嘴3(参照图1)连接到位于车辆s(燃料电池车辆，fcv)的车载罐it侧的托座sr(参照图1)。然后，在步骤s2中，传输用于开始从氢充填装置1到车载罐it的充填的命令信号。由此，氢被充填到车载罐中。在接收命令信号后，通信充填建立判定块1a判定车辆s(车载罐it)与氢充填装置1之间的车辆通信是否建立(步骤s3)。在步骤s3中，如果车辆通信建立(步骤s3；是)，则处理转入步骤s4，而如果车辆通信未建立(步骤s3；否)，则处理转入步骤s6。

在步骤s4(车辆通信被建立)中，充填方法判定块1c判定为进行了通信充填。然后，从车辆s侧获得关于车载罐it的容量的数据，并获取车载罐it内的压力数据、温度数据等以执行通信充填。另一方面，在步骤s6(车辆通信未建立)中，充填方法判定块1c判定为进行了非通信充填。然后，当氢充填开始时执行非通信充填。

接下来，在第一实施例中，将主要参考图5说明用于当在通信充填期间检测到异常时转换为非通信充填的控制。在图5的步骤s11中，判定车辆s(车载罐it)与氢充填装置1之间的车辆通信是否建立。如上文参考图2所述，步骤s11中的判定也由通信充填建立判定块1a执行，当在预定间隔(例如500毫秒)从车辆s侧(车载罐it内的压力传感器p、温度传感器t等)连续接收到有效数据时，判定为“车辆通信建立”。在步骤s11中，如果车辆通信建立(步骤s11；是)，则处理转入步骤s12，而如果车辆通信未建立(步骤s11；否)，则处理转入步骤s13。

在步骤s12(车辆通信建立)中，充填方法判定块1c选择通信充填，并且不间断地获取车载罐it内的压力数据、温度数据等，以继续通信充填。然后，处理转入步骤s14。另一方面，在步骤s13(车辆通信未建立)中，充填方法判定块1c选择非通信充填，并停止通信充填以转换为非通信充填。而且，继续通过非通信充填进行氢充填。

在步骤s14(通信充填继续)中，判定从车载罐it内的压力传感器p获得的压力数据是否低于压力阈值(例如87.5mpa)，并且从温度传感器t获得的温度数据是否低于温度阈值(例如85℃)。用于保持车载罐it的内部安全的压力阈值(例如87.5mpa)和温度阈值(例如85℃)是基于日本氢充填标准确定的。同时，判定压力和温度是否低于安全阈值的判定可以常规地应用于已知技术，从而在图2和3中的功能块图中将它们省略。在步骤s14中的判定时，当车载罐it内的压力低于压力阈值并且车载罐it内的温度低于温度阈值(步骤s14；是)时，处理转入步骤s16。另一方面，当车载罐it内的压力等于或高于压力阈值或者车载罐it内的温度等于或高于温度阈值(步骤s14；否)时，处理转入步骤s15。在步骤s15(如果车载罐it内的压力等于或高于压力阈值，或者车载罐it内的温度等于或高于温度阈值)中，判定为未执行安全氢充填，并且停止氢充填。

在步骤s16(车载罐it内的压力低于压力阈值，并且车载罐it内的温度低于温度阈值)中，判定在通信充填期间车载罐t内的压力或温度数据是否存在异常。如参考图2和3详细陈述的，由控制单元cu1的异常判别块1b执行的该判定是，如果压力和温度数据逐渐上升，则判定为正常(无异常)。如上所述，当p(n)、t(n)是控制周期中的压力数据和温度数据、p(n-1)、t(n-1)是前一(领先一个控制周期的)控制周期中的压力数据和温度数据并且δ1、δ2是正值时，如果压力数据和温度数据不存在异常，则下式成立：

0<δp＝p(n)-p(n-1)≦δ1且0<δt＝t(n)-t(n-1)≦δ2

如果上式不成立，则异常判别块1b判定为异常。在步骤s16中的判定时，当车载罐it中的压力数据、温度数据等不存在异常(步骤s16；是)时，处理转入步骤s17，而当车载罐it中的压力数据、温度数据等存在异常(步骤s16；否)时，处理转入步骤s13。

在步骤17(车载罐it内的压力数据、温度数据等无异常)中，继续通信充填，并且处理返回步骤s11。另一方面，在步骤s13(车载罐it内的压力数据、温度数据等异常)中，停止通信充填并转换为非通信充填，并利用非通信充填充填氢。

在根据第一实施例的图1至5所示的氢充填系统100中，在通信充填时，当车载罐it内的压力数据、温度数据等快速增加或增加量为零或负值时，判定为异常，并且将通信充填转换为非通信充填。然后，在非通信充填中，将充填速率设定为低于通信充填的充填速率，从而安全地执行氢充填。另外，防止了将氢充填至车载罐it的极限，即满罐。因此，即使当在通信充填期间发生不能将车载罐it内的压力数据、温度数据等准确地传输到氢充填装置1侧的情形时，通信充填转换为非通信充填，其中在车载罐it侧存在一定空间(更安全)，氢被安全地充填。另外，在通信充填开始之前，如果将车载罐it内的压力数据、温度数据等传输到氢充填装置1侧的通信充填未建立，则避免了通信充填，并且可以选择非通信充填。

接下来，将参考图6说明本发明的第二实施例。在图6所示的氢充填系统100-1中，控制单元cu2并非安装到每个氢充填装置1上，而是安装到后方设备10上。这里，在本说明书中，“后方设备”还包括所谓的“pos”。而且，后方设备安装在例如加气站的办公室内。在图6中，后方设备10安装在具有多个氢充填装置(分配器)1的加气站的办公室内，并且控制单元cu2安装在后方设备10中。后方设备10的控制单元cu2通过能够进行双向通信的信号传输系统11、11-1、11-2如光通信路径连接到多个(图6中为3个)氢充填装置1、1-1、1-2，并且每个氢充填装置1、1-1、1-2都可通过充填软管和充填喷嘴连接到每个车辆s、s-1、s-2的每个车载罐it、it-1、it-2。

后方设备10的控制单元cu2具有与第一实施例的控制单元cu1相同的功能，并且关于车辆s、s-1、s-2的车载罐it、it-1、it-2的压力、温度等信息通过位于氢充填装置1侧的信号传输系统4、4-1、4-2和位于后方设备10侧的信号传输系统11、11-1、11-2传输到后方设备10的控制单元cu2。来自控制单元cu2的控制信号连同该信息一起被发送到每个氢充填装置1、1-1、1-2。由此，氢充填装置1、1-1、1-2可以对每个车辆s、s-1、s-2进行通信充填。图6所示的第二实施例中的其它结构和作用效果与图1至5所示的第一实施例的那些相同。

在图7所示的根据第三实施例的氢充填系统100-2中，多个(例如三个)后方设备通过互联网或其它信息通信网络12、12-1、12-2以可双向通信的方式连接到云计算机cu3。于是，云计算机cu3具有与第一和第二实施例的控制单元cu1、cu2相同的功能。每个氢充填设备的连接到云计算机cu3的每个后方设备10、10-1、10-2通过信号传输系统11、11-1、11-2以可双向通信的方式连接到多个或每个氢充填装置。于是，每个氢充填装置1、1-1、1-2可连接到向其充填氢的未示出的车辆的车载罐。在图7中，每个氢充填设施的每个后方设备10、10-1、10-2都具有单个氢充填装置1、1-1、1-2。

关于连接到每个氢充填设施的氢充填装置1、1-1、1-2的未示出的车辆的车载罐的压力、温度等的信息通过氢充填装置1、1-1、1-2和后方设备10、10-1、10-2发送到云计算机cu3，并且来自云计算机cu3的控制信号通过后方设备10、10-1、10-2发送到氢充填装置1、1-1、1-2。由此，可以完成从氢充填装置1、1-1、1-2到车辆的通信充填。就此而言，尽管在图7中省略了图示，但是云计算机cu3不仅能连接到后方设备10、10-1、10-2，而且能以可双向通信的方式连接到氢充填装置1、1-1、1-2。图7所示的第三实施例的其它结构和作用效果与图1至5所示的第一实施例和图6所示的第二实施例的那些相同。

附图所示的实施例仅为示例，并且本发明的技术范围不限于这些。

附图标记说明

1氢充填装置

100、100-1、100-2氢充填系统

cu1、cu2、cu3控制单元(云计算机)

it车载罐

s车辆(燃料电池车辆，fcv)

δ1、δ2预定值(正值)