燃料气体的填充方法

摘要

本发明涉及一种燃料气体的填充方法。测量车载用燃料气体容器内的燃料气体压力的下降速度(气体压力下降速度)和该燃料气体压力达到规定的下限值之后的经过时间。并且，基于该气体压力下降速度和经过时间，来判断将进入到车载用燃料气体容器的内层和外层之间的燃料气体排出到外层的外侧的排气产生条件是否成立。在排气产生条件成立的情况下，在向车载用燃料气体容器填充燃料气体时，进行防止由燃料气体检测机构检测出燃料气体的控制。根据本发明，能够避免中止向燃料气体容器填充燃料气体，且能够消除车辆无法启动的担心。

权利要求

1.一种燃料气体的填充方法，其用于向车载用燃料气体容器(42)填充燃料气体，所述车载用燃料气体容器构成为包括由树脂构成的中空的内层(60)和覆盖所述内层的外层(62)，并且被搭载于车辆(10)，所述燃料气体的填充方法的特征在于，在所述车辆上设置有燃料气体检测机构(46)、压力测量计算部(92)、时间测量部(94)和排气产生条件判断部(96)，其中，所述压力测量计算部测量所述车载用燃料气体容器内的燃料气体压力且基于该测量结果求出气体压力下降速度；所述时间测量部测量所述燃料气体压力达到规定的下限值之后的经过时间；所述排气产生条件判断部基于所述气体压力下降速度和所述经过时间来判断进入所述内层和所述外层之间的燃料气体被排出到所述外层的外侧的排气产生条件是否成立，在向所述车载用燃料气体容器填充燃料气体时，当所述排气产生条件判断部判断为所述排气产生条件成立时，进行防止由所述燃料气体检测机构检测出燃料气体的控制。

2.根据权利要求1所述的燃料气体的填充方法，其特征在于，作为防止检测出燃料气体的控制，以低于充满状态时的压力停止燃料气体的填充。

3.根据权利要求2所述的燃料气体的填充方法，其特征在于，在燃料气体压力达到充满状态时的燃料气体压力的90％～99％时，停止燃料气体的填充。

4.根据权利要求1所述的燃料气体的填充方法，其特征在于，作为防止检测出燃料气体的控制，从燃料气体压力达到规定的压力值之后到成为充满状态为止，使所述燃料气体检测机构对燃料气体的检测无效化，其中，所述规定的压力值为低于充满状态时的压力值。

5.根据权利要求1所述的燃料气体的填充方法，其特征在于，作为防止检测出燃料气体的控制，通过换气机构(48)对配设有所述车载用燃料气体容器的容器室(40)进行换气。

6.根据权利要求1所述的燃料气体的填充方法，其特征在于，作为防止检测出燃料气体的控制，从燃料气体压力达到规定的压力值之后到成为充满状态为止，使所述燃料气体检测机构对燃料气体的检测无效化，并且通过换气机构(48)对配设有所述车载用燃料气体容器的容器室(40)进行换气，其中，所述规定的压力值为低于充满状态时的压力值。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的燃料气体的填充方法，其特征在于，所述排气产生条件判断部对在所述气体压力下降速度达到规定的阈值时排气产生条件是否成立进行判断。

说明书

燃料气体的填充方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种燃料气体的填充方法，其用于向搭载于车辆的车载用燃料气体容器填充燃料气体。

背景技术

[0002] 燃料电池车辆为搭载有燃料电池和马达的车辆，伴随着使燃料电池发电而动作的马达向车轮施加旋转驱动力。据此，燃料电池车辆行驶。在此，燃料电池车辆上还搭载有燃
料气体容器，该燃料气体容器将燃料气体(例如氢气)压缩并储存。燃料电池通过从该燃料
气体容器供给的燃料气体中的氢和大气中的氧的电化学反应来发电。

[0003] 近来，作为燃料气体容器，正日益采用具有由树脂制的内胆(liner)构成的内层和作为覆盖该内层的加强层的外层的燃料气体容器。特别是，由于氢的分子直径较小，因此，
虽然是微量的，但有可能渗透内层。如日本发明专利公开公报特开2009‑243675号所记载的
那样，透过了内层的的氢气(下面也记载为“渗透氢气”)进入内层和外层之间。在日本发明
专利公开公报特开2009‑243675号记载的技术中，通过在检测到内层产生了压缩应力时打
开安全阀(relief valve)，由此将该渗透氢气经由作为导出通道的泄漏路径(leak pass)
导出到外层的外侧、即经由容器室导出至大气。这样导出渗透氢气的现象也被称为“排气”。

发明内容

[0004] 在容器室中设置有氢气检测机构，该氢气检测机构用于在氢气从燃料气体容器泄漏的情况下检测该泄漏氢气。当氢气检测机构检测出泄漏氢气时，停止从氢气容器向燃料
电池的氢气的供给(排出)、以及从氢气供给源向氢气容器的氢气的供给(填充)。

[0005] 如上所述，渗透氢气的量是程度为即使扩散到大气中也无妨的极微小的量。因此，本来无需检测容器室内的渗透氢气。但是，难以在容器室内分离渗透氢气和泄漏氢气，且也
难以通过氢气检测机构分别检测出渗透氢气和泄漏氢气。因此，例如在向氢气容器填充氢
气的过程中，尽管不存在泄漏氢气，但伴随着氢气检测机构检测出被从氢气容器导出到容
器室内的渗透氢气，而有从氢气供给源向氢气容器的氢气的供给被停止从而导致车辆无法
启动之虞。

[0006] 本发明的主要目的在于提供一种燃料气体的填充方法，其即使在渗透燃料气体容器的内层的燃料气体被导出到容器室内的情况下，也能够避免中止向燃料气体容器填充燃
料气体。

[0007] 本发明的另一目的在于提供一种能够消除车辆无法启动的担心的燃料气体的填充方法。

[0008] 为了实现上述目的，根据本发明的一实施方式，提供一种燃料气体的填充方法，其用于向车载用燃料气体容器填充燃料气体，该车载用燃料气体容器构成为包含由树脂构成
的中空的内层和覆盖所述内层的外层，且被搭载于车辆，所述燃料气体的填充方法的特征
在于，

[0009] 在所述车辆上设置有燃料气体检测机构、压力测量计算部、时间测量部和排气产生条件判断部，其中，所述压力测量计算部测量所述车载用燃料气体容器内的燃料气体压
力，并且基于该测量结果求出气体压力下降速度；所述时间测量部测量所述燃料气体压力
到达规定的下限值之后的经过时间；所述排气产生条件判断部基于所述气体压力下降速度
和所述经过时间，来判断将进入到所述内层和所述外层之间的燃料气体排出到所述外层的
外侧的排气产生条件是否成立，

[0010] 在向所述车载用燃料气体容器填充燃料气体时，当所述排气产生条件判断部判断为所述排气产生条件成立时，进行防止由所述燃料气体检测机构检测出燃料气体的控制。

[0011] 根据本发明，在判断为排气产生条件成立时，在向燃料气体容器填充燃料气体时，进行防止由燃料气体检测机构检测出燃料气体的控制。因此，即使渗透燃料气体容器的内
层的燃料气体被导出到外层的外侧，也能够避免将该燃料气体误识别(误检测)为从燃料气
体容器泄漏的燃料气体。

[0012] 其结果，能够避免燃料气体向燃料气体容器的填充中止，或避免之后的车辆启动中止。结果，在该情况下，即使在渗透燃料气体容器的内层的燃料气体被导出到外层的外侧
的情况下，也能够消除由于存在该燃料气体而中止向燃料气体容器填充燃料气体、或车辆
无法启动的担心。

[0013] 上述目的、特征和优点，通过参照附图说明的以下实施方式的说明能够容易地理解。

附图说明

[0014] 图1是搭载有燃料电池堆和氢气容器(燃料气体容器)的燃料电池搭载车辆的示意性侧视图。

[0015] 图2是氢气容器的沿着轴线方向的整体概略剖视图。

[0016] 图3是被存储于图1所示的控制部的映射(map)的概要图。

[0017] 图4是本发明的实施方式所涉及的燃料气体的填充方法的概略流程图。

具体实施方式

[0018] 下面，例示氢气作为燃料气体，并且以与实施该燃料气体的填充方法的燃料电池搭载车辆的关系列举优选的实施方式，参照附图详细地说明本发明所涉及的燃料气体的填
充方法。

[0019] 图1是燃料电池搭载车辆(下面还仅记载为“车辆”)10的示意性侧视图。该车辆10是四轮车，其具有车身12、作为组装于该车身12的行驶轮的两个前轮14和两个后轮16。

[0020] 在车身12上设置有地板(floor panel)20。该地板20形成在车身12的前方向上方倾斜，另一方面，在后方向上方凹陷的凹空间。另外，车身12的长度方向大致中间部大致平
坦，且由该平坦的部位划分出乘员室22。在乘员室22的前方、右方和左方分别设置有驾驶
座、副驾驶座，在后方设置有后部座椅。此外，均未图示各座椅。

[0021] 在车身12的前方，由底罩(under cover)24、地板20的前部、引擎盖(bonnet)26形成马达室28。在该马达室28中收纳有马达30和燃料电池堆32(燃料电池)。燃料电池堆32可
发电，作为对马达30进行通电的电力供给源发挥功能。

[0022] 在地板20的下方配设有从车身12的前端向后端延伸的底罩24。地板20和底罩24以规定间隔相互分离，因此，在地板20和底罩24之间形成有空间。并且，在乘员室22的下方，于
底罩24和地板20之间设置有保持板(holder panel)34。保持板34和地板20之间的空间为电
池室36，其收纳向电装设备供给电力的高压电池38。

[0023] 另外，在后轮16的附近(前方和上方)，由底罩24和地板20的所述凹空间形成有容器室40。在该容器室40中收纳有将向燃料电池堆32供给的氢气压缩并储存的第一氢气容器
42、第二氢气容器44(均为车载用燃料气体容器)。第二氢气容器44为备用容器，其与第一氢
气容器42相比直径和长度被设定得较小。即，第二氢气容器44的容量比第一氢气容量42小。

[0024] 在车身12上，在与容器室40的外侧相对应的部位以可开闭的方式设置有盖45。在该盖45的内室设置有中转管(未图示)，该中转管选择性地与被设于第一氢气容器42或第二
氢气容器44的后述的供排管(供给排出管)76连通。当对第一氢气容器42或第二氢气容器44
进行填充时，用户将作为氢气供给源的供给管与该中转管连接。

[0025] 在第一氢气容器42与地板20的顶面、第二氢气容器44与地板20的顶棚面之间分别形成有间隙。在面向第一氢气容器42、第二氢气容器44的地板20的顶面分别设置有氢气传
感器46(燃料气体检测机构)。另外，在地板20的顶面，于第一氢气容器42、第二氢气容器44
的附近分别配设有作为换气机构的换气风扇48。另一方面，在底罩24的成为容器室40的底
壁的部位形成有排出孔50。

[0026] 图2为第一氢气容器42的沿轴线方向(车宽方向)的整体概略剖视图。第一氢气容器42具有中空的内胆60(内层)和加强层62(外层)，其中，内胆60由高密度聚乙烯树脂等树
脂构成；加强层62由纤维增强树脂等构成且覆盖内胆60的外侧。在内胆60的开口侧端部形
成有环状凹部64，筒部66从该环状凹部64的底面中心突出。在该筒部66内嵌合有套管
(collar)68。套管68具有大径的凸缘部，并且该凸缘部从筒部66露出。

[0027] 另外，在内胆60的环状凹部64安装有接口72，该接口72由金属构成，且形成有沿着内胆60的轴线方向延伸的供排孔70。接口72的一端抵接于环状凹部64的底面和套管68的凸
缘部，另一方面，其另一端从加强层62露出。该露出的另一端作为用于连接夹装有供排阀74
的供排管76的连接部而被有效利用。供排管76上设置有压力传感器78，该压力传感器78用
于测量内胆60内的氢气压力。

[0028] 在供排孔70的内壁形成有环状槽80，并且在该环状槽80内配置有作为密封部件的O形圈82。即，O形圈82设置于筒部66和接口72之间。另外，在接口72上形成有导出通道84，该
导出通道84的一端面向环状凹部64开口且另一端在接口72的端面开口。

[0029] 第二氢气容器44和第一氢气容器42同样地构成。因此，省略图示和说明。

[0030] 如图1所示，在车辆10上设置有控制部90。控制部90包括压力测量计算部92、时间测量部94和排气产生条件判断部96。另外，控制部90经由信号线98而与氢气传感器46、换气
风扇48、供排阀74、压力传感器78等电连接。

[0031] 压力传感器78所检测出的氢气压力被发送到压力测量计算部92。当氢气随着车辆10的行驶时等、时间的经过而被消耗，内胆60内的氢气压力下降时，压力测量计算部92算出
氢气压力的变化速度，换言之为气体压力下降速度。

[0032] 另外，时间测量部94测量氢气压力下降到规定的下限值之后的经过时间(下面还记载为“保压时间：soak time”)作为内胆60内的氢气被消耗的结果。规定的下限值例如被
设定为数MPa。另外，时间测量部94测量车辆10的行驶时间。行驶时间例如是从燃料电池堆
32的发电开始到停止为止的时间。

[0033] 如后所述，内胆60内的氢气渗透内胆60，进入内胆60和加强层62之间而成为渗透氢气。该渗透氢气在排气产生条件成立时，并在将新的氢气填充到内胆60内时，经由所述导
出通道84(参照图2)从接口72的端面被导出到容器室40内。即，填充时的排气在排气产生条
件成立时产生。

[0034] 本发明人通过专心研究，得到如下见解，即填充时的排气依赖于气体压力下降速度或保压时间。具体而言，车辆10行驶了规定时间时的气体压力下降速度越大，或者保压时
间越短(内胆60内的氢气压力成为规定的低压以后的经过时间越短)越容易产生排气。因
此，在排气产生条件判断部96中存储有图3所示的映射。在映射中添加阴影且表示有“产生
条件成立”的区域为排气产生条件成立的成立区域，除此以外是排气产生条件不成立的不
成立区域。

[0035] 如后所述，排气产生条件判断部96将压力测量计算部92求出的所述气体压力下降速度和时间测量部94求出的保压时间与所述映射进行对比。通过该对比来判断排气产生条
件是否成立。这样，排气产生条件判断部96根据车辆10行驶了规定时间时的气体压力下降
速度的大小和保压时间的长短，来判断排气产生条件是否成立。

[0036] 接着，对于本实施方式所涉及的氢气的填充方法，参照其概略流程图、即图4来说明。此外，氢气容器中预先储存有足够量的氢气。另外，下面例示消耗第一氢气容器42内的
氢气并且向该第一氢气容器42内填充氢气的情况。

[0037] 在步骤S1中，用户为了使车辆10行驶而对燃料电池堆32进行通电。在该通电的同时，控制部90启动，另外，供排阀74(参照图2)成为打开状态。构成控制部90的压力测量计算
部92始终监测压力传感器78所检测出的氢气压力。换言之，压力测量计算部92测量内胆60
内的氢气压力。另外，时间测量部94开始测量车辆10的行驶时间。并且，控制部90求出经由
氢气传感器46的氢气的测量值。

[0038] 从第一氢气容器42经由供排管76向燃料电池堆32供给氢气。另外，在未图示的压缩机(compressor)的作用下被压缩的大气(压缩空气)被供给到燃料电池堆32。在燃料电池
堆32中，通过氢气与压缩空气中的氧产生电化学反应，该燃料电池堆32发电。

[0039] 当马达30伴随着该发电而动作时，该马达30的旋转驱动力被传递给前轮14。其结果，前轮14旋转，据此，车辆10行驶。在行驶中，为了使马达30动作，燃料电池堆32的运转继
续。即，继续向燃料电池堆32供给氢气和压缩空气。因此，内胆60内的氢气压力下降。

[0040] 内胆60内的氢气压力如上述那样经由压力传感器78而被记录到压力测量计算部92。压力测量计算部92基于该测量结果和时间测量部94所求出的车辆10的行驶时间来算出
气体压力下降速度。

[0041] 在此期间，在第一氢气容器42中，氢气渗透内胆60而进入到内胆60和加强层62之间。即，产生渗透氢气。氢气对树脂的渗透速度十分缓慢，因此所产生的渗透氢气的量极少。

[0042] 在步骤S2中，车辆10的行驶停止，并且燃料电池堆32的运转停止。另外，供排阀74被关闭。另外，当压力测量计算部92所求出的气体压力下降速度被排气产生条件判断部96
判断为未达到规定的阈值(在图4中的步骤S2中为“否”)时，不用担心在填充时，渗透氢气经
由导出通道84被导入到容器室40内，即不用担心产生排气。因此，不执行之后的步骤。

[0043] 与此相对，当排气产生条件判断部96判断为气体压力下降速度达到规定的阈值(在图4中的步骤S2中为“是”)时，排气产生条件判断部96转移到步骤S3，将如上述那样算出
的气体压力下降速度和从内胆60内的氢气压力达到下限值之后到当前时刻为止的经过时
间(保压时间)与图3所示的映射进行对比。即，将气体压力下降速度和经过时间绘制于映射
上。在图3中，若如“●”所例示的那样绘图处于成立区域内，则排气产生条件成立，若如“×”
所例示的那样绘图处于不成立区域内，则排气产生条件不成立。

[0044] 当内胆60内的氢气压力达到下限值时，用户为了向高压气体容器填充氢气，而打开被设置于车身12的盖45。连接第一氢气容器42和氢气供给源的中转管的一端位于盖45内
的内室。用户将作为氢气供给源的供给管与该中转管进行连接。识别出该连接的控制部90
使供排阀74为打开状态。

[0045] 当排气产生条件不成立(图4中的步骤S4中为“否”)时，不用担心在填充时产生排气。因此，不执行后述的控制。

[0046] 与此相对，当排气产生条件成立(图4中的步骤S4中为“是”)时，担心在填充过程中，渗透氢气经由导出通道84被导出到容器室40内，换言之，担心产生排气。当由氢气传感
器46检测出被导出到容器室40内的渗透氢气时，在控制部90的作用下供排阀74被关闭，而
停止氢气的填充。为了避免这种情况，控制部90在车辆10的运转(燃料电池堆32的发电)停
止之后，在填充氢气的步骤S5中，进行防止由氢气传感器46检测出氢气的控制。

[0047] 通常，向第一氢气容器42进行的氢气的填充在内胆60内的氢气压力刚达到最大容许填充压力之后立即结束。因此，将内胆60内的氢气压力达到最大容许填充压力的时刻定
义为达到充满状态的时刻。此外，当然要将内胆60的最大填充压力设定为低于内胆60的耐
压极限的值。

[0048] 渗透氢气在比达到充满状态的时刻稍靠前的时刻以较短的时间被大量导出。因此，作为防止检测到氢气的第一控制，当压力达到比充满状态时的压力低的规定压力的时
刻，控制部90停止氢气的填充(步骤S6)。为此，例如通过关闭供排阀74或者向工作站发送停
止填充信号来停止供给氢气即可。

[0049] 当氢气的填充在成为充满状态之前停止时，由于内胆60内的氢气压力是比最大容许填充压力低的压力，因此，可抑制氢气渗透内胆60。因此，可抑制至此进入到内胆60和加
强层62之间的渗透氢气被新的渗透氢气挤出，或因此经由导出通道84而被导出。其结果，能
够避免产生排气。据此，避免控制部90将渗透氢气误认为泄漏氢气而使车辆10在填充后无
法再启动的情况。

[0050] 此外，优选将停止氢气的填充的规定压力设定为最大容许填充压力(充满状态时的氢气压力)的90％～99％。例如，在最大容许填充压力为100MPa的情况下，规定压力为90
～99MPa。在该情况下，即使未达到充满状态，也在第一氢气容器42中储存有足够量的氢气。
因此，能够充分确保车辆10的可继续行驶距离。

[0051] 另外，在直到内胆60内的氢气压力达到规定压力为止的期间，当氢气由于某些原因泄漏到容器室40内(产生了泄漏氢气)时，由氢气传感器46检测出泄漏氢气。即，控制部90
不会妨碍检测出泄漏氢气。

[0052] 或者，作为防止检测出氢气的第二控制，也可以使氢气传感器46对氢气的检测无效化。即，控制部90在识别出内胆60内的氢气压力达到比最大容许填充压力低的规定压力
(例如，与上述同样，为最大容许填充压力的90％～99％)的时刻，例如停止与氢气传感器46
的信号的收发。也可以取而代之，停止氢气传感器46的动作。

[0053] 在该情况下，即使渗透氢气经由导出通道84被导出到容器室40内，也可以避免控制部90识别为“容器室40内存在渗透氢气”。据此，可以避免在填充后车辆10无法再启动的
情况。

[0054] 在成为充满状态(步骤S6)并经过了规定时间之后，控制部90使氢气的检测有效化。由于在此之前，容器室40内的渗透氢气经由排出孔50被扩散到大气，因此能够避免由氢
气传感器46检测出渗透氢气。然后，在氢气由于某些原因从高压气体容器泄漏到容器室40
内时，泄漏氢气被氢气传感器46检测出。如上所述，即使通过第二控制，控制部90也不会妨
碍检测出泄漏氢气。

[0055] 或者，作为防止检测出氢气的第三控制，也可以使换气风扇48工作。即，控制部90在转移到步骤S4后的时刻，或者转移而使内胆60内的氢气压力达到规定压力的时刻，开始
换气风扇48的旋转。在即将成为充满状态之前，渗透氢气经由导出通道84被导出到容器室
40内时，渗透氢气被由换气风扇48产生的风推动而从排出孔50迅速地放出到大气中。

[0056] 即，在该情况下，渗透氢气在容器40内的滞留时间极短。因此，避免了控制部90识别为“在容器室40内存在渗透氢气”。因此，即使通过进行第三控制，也能够防止在控制部90
的作用下关闭供排阀74而中止填充。

[0057] 在成为充满状态(步骤S6)并经过了规定时间之后，控制部90使换气风扇48停止。由于容器室40内的渗透氢气已经经由排出孔50被扩散到大气中，因此可避免由氢气传感器
46检测出渗透氢气。之后在由于某些原因而导致氢气从高压气体容器泄漏到容器室40内
时，泄漏氢气被氢气传感器46检测出。结果，即使通过第三控制，控制部90也不会妨碍检测
出泄漏氢气。

[0058] 并且，根据第二控制和第三控制，由于将氢气储存于第一氢气容器42直至成为充满状态为止，因此具有可继续行驶距离变长的优点。

[0059] 如上所述，根据本实施方式，即使在将氢气填充到第一氢气容器42时渗透氢气被导出到容器室40内，也能够避免将渗透氢气误检测为泄漏氢气。因此，能够避免中止向第一
氢气容器42填充氢气。而且，在产生泄漏氢气时，能够高精度地检测出该泄漏氢气。关于以
上内容，在向第二氢气容器44填充氢气时的情况下也相同。

[0060] 并且，在该情况下，无需在车辆10上设置引导该渗透氢气的导管等，以防止通过容器室40内的氢气传感器46来检测出渗透氢气。因此，能够实现成本的低廉化，并且能够提高
通用性。

[0061] 本发明不特别限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

[0062] 例如也可以同时进行第二控制和第三控制。

[0063] 另外，也可以将时间测量部94分为行驶时间测量部和保压时间测量部。

[0064] 并且，在上述实施方式中，例示了将燃料气体容器用作氢气容器并且填充氢气的情况，但也可以向燃料气体容器填充氢气以外的燃料气体。即，燃料气体并不特别限定于氢
气。