JP5998967B2 - 充填率制御システム - Google Patents

Description

本発明は、タンク内のガスの充填率を制御するための充填率制御システムに関する。

従来から、車両等に搭載される燃料電池システムとして、燃料電池と、燃料電池に供給するための燃料ガスを貯蔵するタンクと、タンク内の圧力を検出する圧力センサと、タンク内の温度を検出する温度センサと、を備える燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムにおいて、検出されたタンク内の圧力や温度からタンク内の燃料ガスの充填率（ＳＯＣ：State Of Charge）を推定する技術が知られている（特許文献１）。

特開２００６−２２６５１１号公報 特許第４８７７４３４号公報 特開２０１１−１４９５３３号公報 特開２０１２−０４１９９７号公報

しかしながら、圧力センサや温度センサなどのセンサは、時間の経過とともに、ゼロ点が自己変動（ドリフト）する問題があった。燃料電池システムにおいて、タンクの圧力や温度を検出するセンサにドリフトが発生すると、算出されるタンクの充填率が実際のタンクの充填率とは異なる状態となる。例えば、算出される充填率が実際のタンクの充填率よりも大きい状態になると、実際にはタンク内に燃料ガスがほとんどないにもかかわらず、算出された充填率に基づいて、運転者に対して燃料ガス不足の通知をおこなわないことになるため、車両の走行時に、不意にガス欠が生じる問題があった。また、例えば、タンクを保護するためにタンク内の温度と圧力とを所定の状態に維持するように構成されている燃料電池システムにおいて、タンクを十分に保護することができなくなる問題があった。センサのドリフトを検出する方法の一つとして、例えば、センサがゼロを表示すべき環境下において、センサがゼロを示さない場合にドリフトを検出することができる。しかし、車両の運転時のように、タンク内の温度や圧力が時間とともに変動する環境下において、センサにドリフトが生じているか否かを判定することは容易ではなかった。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、タンク内のガスの充填率を制御するための充填率制御システムが提供される。この充填率制御システムは、前記タンク内の圧力を検出するための圧力センサと、前記タンク内の温度を検出するための温度センサと、検出された前記タンク内の圧力と温度とを用いて、前記タンク内のガスの充填率を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、算出した前記充填率の単位時間あたりの変化量から、前記圧力センサまたは／および前記温度センサにドリフトが発生しているか否かを判定する。
この構成によれば、圧力センサと温度センサをセンサがゼロを表示すべき環境下におかなくても、圧力センサと温度センサにドリフトが発生しているか否かを容易に判定することができる。そのため、例えば、車両の運転時のように、タンク内の温度や圧力が時間とともに変動する環境下であっても、圧力センサと温度センサにドリフトが発生したか否かを容易に判定することができる。

（２）上記形態の充填率制御システムにおいて、前記制御部は、前記タンクがガスの充填中か否かを判定し、前記タンクがガスの充填中ではない状態において、算出した前記充填率の単位時間あたりの変化量が正の値になったときに、前記圧力センサにドリフトが発生していると判定してもよい。この構成によれば、車両の運転時のように、タンク内の圧力が時間とともに変動する環境下であっても、圧力センサにドリフトが発生したか否かを容易に判定することができる。

（３）上記形態の充填率制御システムにおいて、前記充填率制御システムは、車両に搭載された燃料電池システムの一部として構成され、前記タンクには、燃料電池に供給される燃料ガスが貯蔵されており、前記制御部は、算出した前記充填率の単位時間あたりの減少量が、前記車両において燃料ガスの消費量が最も多い走行モードにおける前記充填率の単位時間あたりの減少量として予め設定されている減少量よりも大きいときに、前記温度センサにドリフトが発生していると判定してもよい。この構成によれば、車両の運転時であっても、温度センサにドリフトが発生したか否かを容易に判定することができる。

（４）上記形態の充填率制御システムにおいて、前記制御部は、算出した前記充填率と、前記充填率の過去の変化量とに基づいて、前記圧力センサおよび前記温度センサにドリフトが発生していない状態における前記充填率の予測値を算出し、前記圧力センサまたは／および前記温度センサにドリフトが発生していると判定すると、前記ドリフトが発生したセンサの検出値から算出した充填率と、前記予測値との差分を用いて前記ドリフト量を算出してもよい。この構成によれば、算出したドリフト量を用いて、算出する充填率Ｒｆの補正や、車両を制御するための制御マップの補正することができる。

（５）上記形態の充填率制御システムにおいて、前記制御部は、前記タンク内の温度と、前記温度に対応する前記タンク内の圧力の範囲とが示された制御マップに応じて、前記タンク内の圧力を制御し、前記圧力センサまたは／および前記温度センサにドリフトが発生していると判定すると、ドリフト量に応じて前記マップの前記温度に対応する前記タンク内の圧力の範囲を補正してもよい。この構成によれば、車両の運転時に、圧力センサや温度センサにドリフトが発生した場合であっても、タンクを保護するためのタンク内の温度と圧力の範囲が示された制御マップを補正することができる。制御マップを補正することによって、タンク強度の低下の発生を抑制することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、充填率制御システムを含んで構成される燃料電池システム、その燃料電池システムを含んで構成される車両、センサのドリフト判定方法、このドリフト判定方法を実行するためのコンピュータなどの形態で実現することができる。

第１実施形態に係る充填率制御システムを含んで構成される燃料電池システムの概略構成を例示した説明図である。 ドリフト判定処理の流れを例示したフローチャートである。 圧力センサにドリフトが発生したときの充填率Ｒｆの変化を例示した説明図である。 制御マップの内容を説明するための説明図である。 圧力センサのドリフトを検出したときの制御マップの補正の内容を説明するための説明図である。 温度センサにドリフトが発生したときの充填率Ｒｆの変化を例示した説明図である。 温度センサのドリフトを検出したときの制御マップの補正の内容を説明するための説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態に係る充填率制御システム２０を含んで構成される燃料電池システム１０の概略構成を例示した説明図である。燃料電池システム１０は、車両３０に搭載され、車両３０を駆動するための駆動用モータ（図示しない）に発電した電力を供給する。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、第１のタンク１１０と、第２のタンク１２０と、充填率制御システム２０とを含んで構成されている。

燃料電池１００は、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備える発電モジュールを積層して構成されている。燃料電池１００は、水素供給用配管１３１から供給される燃料ガスとしての水素と空気供給用配管（図示しない）から供給される酸化ガスとしての酸素との電気化学反応によって発電する。

タンク１１０、１２０は、圧縮された状態の水素ガスを貯蔵するためのガスボンベであり、略円筒形の外径を備えている。タンク１１０、１２０の満充填時の圧力としては、例えば、８７．５ＭＰａ程度を例示することができる。タンク１１０、１２０は、樹脂製ライナーの外周に熱硬化性樹脂含有の繊維を巻回した繊維強化層を有している。タンク１１０、１２０は、端部に設けられた図示しない口金にそれぞれバルブアセンブリ（第１のバルブアセンブリ１１１、第２のバルブアセンブリ１２１）が取り付けられている。タンク１１０、１２０は、バルブアセンブリ１１１、１２１を介して、水素供給用配管１３１と水素充填用配管１４１にそれぞれ接続されている。なお、燃料電池システム１０は、タンクを３つ以上備えていてもよいし、１つのみ備えていてもよい。

水素供給経路１３０は、タンク１１０、１２０に充填されている水素を燃料電池１００に供給するための経路であり、水素供給用配管１３１と、供給側マニホールド１３２と、を含んで構成されている。タンク１１０、１２０に充填されている水素は、供給側マニホールド１３２から減圧弁（図示しない）を経由し、減圧弁において減圧された後、燃料電池１００に供給される。以後の説明では、タンク１１０、１２０に充填されている水素を燃料電池１００に供給している状態を「水素供給中」または「水素供給時」と呼ぶ。

水素充填経路１４０は、水素ステーションの水素供給装置から供給される水素をタンク１１０、１２０に充填するための経路であり、水素充填用配管１４１と、充填側マニホールド１４２と、レセプタクル１４３とを含んで構成されている。レセプタクル１４３は、タンク１１０に水素を充填する際に、水素ステーションの水素供給装置から延びるノズル（図示しない）に接続される。水素ステーションの水素供給装置から供給される水素は、レセプタクル１４３から充填側マニホールド１４２を介して各タンク１１０、１２０に充填される。以後の説明では、水素ステーションから供給される水素をタンク１１０、１２０に充填している状態を「水素充填中」または「水素充填時」と呼ぶ。

充填率制御システム２０は、各タンク１１０、１２０に充填されている水素の充填率（ＳＯＣ：State Of Charge）を制御するための装置であり、制御部２１０と、通信部２２０と、第１の圧力センサ２３０と、第２の圧力センサ２４０と、第１の温度センサ２５０と、第２の温度センサ２６０、とを含んで構成されている。

制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータであり、ここでは、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electrical Control Unit）として構成されている。制御部２１０は、通信部２２０、各センサ２３０〜２６０に電気的に接続され、これらとの間で信号のやりとりをおこなう。通信部２２０は、レセプタクル１４３の近傍に配置され、レセプタクル１４３に水素ステーション側のノズルが接続されたときに、ノズル付近に設けられたステーション側の通信部（図示しない）との間で赤外線通信をおこなう。例えば、制御部２１０は、各センサ２３０〜２６０からの取得値などを水素ステーション側に送信することができる。これにより、水素ステーションの水素供給装置は、例えば、水素充填時に、タンク内の温度が温度８５℃以下、充填率１００％以下、タンク内圧力８７．５ＭＰａ以下とならないように、ＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）規格に応じた昇圧速度で充填をおこなうことができる。

第１の圧力センサ２３０は、充填側マニホールド１４２内の圧力Ｐ１を検出する。圧力Ｐ１は、水素充填時におけるタンク１１０、１２０内の圧力にほぼ相当する。第２の圧力センサ２４０は、供給側マニホールド１３２内の圧力Ｐ２を検出する。圧力Ｐ２は、水素供給時におけるタンク１１０、１２０内の圧力にほぼ相当する。第１の温度センサ２５０は、第１のバルブアセンブリ１１１に取り付けられ、第１のタンク１１０内の温度Ｔ１を検出する。第２の温度センサ２６０は、第２のバルブアセンブリ１２１に取り付けられ、第２のタンク１２０内の温度Ｔ２を検出する。

制御部２１０は、タンク１１０、１２０内の温度Ｔ１、Ｔ２および圧力Ｐ１、Ｐ２から、タンク１１０、１２０内の水素の充填率Ｒｆ［％］を算出する。制御部２１０は、所定のタイミングにおいて充填率Ｒｆ［％］を算出することでタンク内の水素の残量を監視している。充填率Ｒｆ［％］は、以下の式（１）によって算出することができる。
Ｒｆ＝{（Ｚ₀・Ｔ₀・Ｐ_A）／（Ｚ_A・Ｔ_A・Ｐ₀）・・１００ ・・・（１）
上記の式（１）において、Ｚは圧縮係数、Ｔは温度、Ｐは圧力を示し、添え字「０」は基準値、添え字「Ａ」は水素充填時または水素供給時における各センサ２３０〜２６０からの取得値を示す。なお、基準値としては、Ｚ₀＝Ｚ₁＝０．９９、Ｔ₀＝１５℃、Ｐ₀＝７０ＭＰａを例示することができる。

式（１）を用いて、第１のタンク１１０の充填率Ｒｆ（以後、「充填率Ｒｆ１」とも呼ぶ）を算出する場合には、取得値Ｔ_Aに第１の温度センサ２５０が検出した温度Ｔ１を用いる。第２のタンク１２０の充填率Ｒｆ（以後、「充填率Ｒｆ２」とも呼ぶ）を算出する場合には、取得値Ｔ_Aに第２の温度センサ２６０が検出した温度Ｔ２を用いる。また、水素充填時における各タンク１１０、１２０の充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２を算出する場合には、取得値Ｐ_Aに第１の圧力センサ２３０が検出した圧力Ｐ１を用いる。また、水素供給時における各タンク１１０、１２０の充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２を算出する場合には、取得値Ｐ_Aに第２の圧力センサ２４０が検出した圧力Ｐ２を用いる。なお、取得値Ｐ_Aに適用する値は、圧力Ｐ１や圧力Ｐ２から圧損分等を調整した値としてもよい。

制御部２１０は、第２の圧力センサ２４０、第１の温度センサ２５０、第２の温度センサ２６０が時間の経過と共にゼロ点が自己変動（ドリフト）している状態か否かを判定するためのドリフト判定処理をおこなう。ドリフト判定処理の詳細は、図２を用いて後述する。なお、燃料電池システム１０は、上述した構成のほかに、水素供給経路１３０に開閉弁や逆止弁、インジェクターなどを含んでいてもよい。また、燃料電池システム１０は、燃料電池１００の電気化学反応によって生じたガスや、生成水などを外部に排水するための排気排水用配管や、燃料電池１００を冷却するためのラジエータ、冷媒が流通するための配管等を備えていてもよい。

図２は、ドリフト判定処理の流れを例示したフローチャートである。ここでは、制御部２１０は、各タンク１１０、１２０の水素の残量を監視するため、所定のタイミング（例えば０．１秒ごと）で各タンク１１０、１２０の水素の充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２を算出する。ここでは、制御部２１０は、水素充填時には、式（１）の取得値Ｐ_Aに、第１の圧力センサ２３０の圧力Ｐ１を用いて充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２を算出し、水素供給時を含む水素充填時以外のときには、式（１）の取得値Ｐ_Aに、第２の圧力センサ２４０の圧力Ｐ２を用いて充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２を算出するものとして説明する。

制御部２１０は、ドリフト判定処理を開始すると、まず、車両３０が水素充填中であるか否かの判定をおこなう（ステップＳ１１０）。車両３０が水素充填中か否かは、例えば、車両３０のリッド（フュエルリッド）が開状態か否かを検出することによって判定することができる。また、制御部２１０は、リッドの開状態を検出し、かつ、タンク内の温度上昇率が所定以上の場合に、水素充填中であると判定してもよい。このようにすることによって、水素充填中ではないにも関わらず、車両３０のリッドが誤って開状態となっているときの誤判定を防止することができる。この他に、レセプタクル１４３が水素ステーション側のノズルに接続されているか否かや、通信部２２０が水素ステーション側の通信部と通信可能な状態か否かを検出することによっても水素充填中か否かを判定することができる。制御部２１０は、車両３０が水素充填中のとき、充填が終了するまでステップＳ１１０を繰り返す（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）。

制御部２１０は、車両３０が水素充填中では無いと判定すると（ステップＳ１１０：ＮＯ）、所定のタイミングで算出している充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２の少なくとも一方が上昇しているか否かの判定をおこなう（ステップＳ１２０）。充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２が上昇したか否かの判定は、単位時間あたりの充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２の変化量ΔＲｆ１、ΔＲｆ２（充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２の傾き）が正の値となっているか否かによって判定することができる。単位時間としては、任意の時間（例えば、１秒）を設定することができる。制御部２１０は、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２のいずれも上昇していないとき（ステップＳ１２０：ＮＯ）、後述するステップＳ１３０、Ｓ１４０をスキップする。

制御部２１０は、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２の少なくとも一方が上昇しているとき（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、第２の圧力センサ２４０にドリフトが発生していると判定する（ステップＳ１３０）。具体的には、第２の圧力センサ２４０のゼロ点がプラス側に自己変動し、検出値が実際のタンク内の圧力よりも高い値となるドリフト（上ドリフト）が発生していると判定する。ここでは、制御部２１０は、変化量ΔＲｆ１、ΔＲｆ２の少なくとも一方が正の値となったときに、第２の圧力センサ２４０にドリフトが発生していると判定しているが、変化量ΔＲｆ１、ΔＲｆ２の両方が正の値となったとき第２の圧力センサ２４０にドリフトが発生していると判定する構成としてもよい。

図３は、第２の圧力センサ２４０にドリフトが発生したときの充填率Ｒｆの変化を例示した説明図である。図３の縦軸は、タンク１１０、１２０の充填率Ｒｆ［％］を示しており、横軸は、時間［sec］を示している。充填率Ｒｆは、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２のいずれであってもよい。図３の実線は、車両３０の走行時において、第２の圧力センサ２４０と温度センサ２５０、２６０が正常に機能している時の充填率Ｒｆの変化を示している。図３の破線は、車両３０の走行時において、第２の圧力センサ２４０にドリフトが発生したときの充填率Ｒｆの変化を示している。図３の破線では、単位時間あたりの充填率Ｒｆの変化量ΔＲｆが正の値となっている部分（図３のＸ部分）が存在する。この部分において、第２の圧力センサ２４０にドリフトが発生したと考えられる。車両３０は、走行時にタンク１１０、１２０内の水素を消費するため、水素充填時以外に充填率Ｒｆが上昇することはない。そのため、水素充填時以外において充填率Ｒｆが上昇している場合、第２の圧力センサ２４０のゼロ点が自己変動（ドリフト）し、検出値が実際のタンク内の圧力よりも高い値となり、算出された充填率Ｒｆが上昇したと考えられる。制御部２１０は、第２の圧力センサ２４０のドリフトを検出すると、タンク内の温度に応じてタンク内の圧力を制御するための制御マップの補正をおこなう（ステップＳ１４０）。

図４は、制御マップの内容を説明するための説明図である。制御マップとは、タンクを保護するために、タンク内の温度に対応して許容されるタンク内の圧力の範囲が示された、タンク内の温度と圧力との対応関係情報である。制御マップは、各タンクごとに設定され、制御部２１０の図示しない記憶部に記憶されている。タンク１１０、１２０のように、ライナーの外周に繊維強化樹脂層が形成されたタンクでは、タンク内の温度の低下によってライナーが熱収縮すると、ライナーと繊維強化樹脂層との間に空隙が形成され、タンクの強度の低下が生じる。そのため、タンク内の温度（ライナーの収縮量）に応じてタンク内の圧力（ライナーを繊維強化樹脂層に押しつける力）を所定以上に維持することによって、ライナーと繊維強化樹脂層との間の空隙の形成を抑制することができる。制御部２１０は、タンク内の圧力と温度が図４のハッチ領域に含まれるようにタンク内の圧力の制御をおこなう。例えば、制御部２１０は、車両３０の走行時にタンク内の圧力と温度がハッチ領域の境界ライン付近に近づくと、車両３０の速度制限をおこない、タンク１１０、１２０から燃料電池１００への水素の供給速度を規制する。これにより、タンク内の圧力の減少速度が低減し、タンク内の圧力と温度が図４のハッチ領域から外れにくくなる。なお、図４の境界ラインにおいて、Ｐｏ１とＰｏ２との間、および、Ｐｏ３とＰ０４との間は、タンク内の温度によらず圧力が一定となっている。この温度範囲においては、ライナーの膨張や収縮がほとんど生じないためである。一方、Ｐｏ２とＰｏ３との間は、温度が低下するにつれて圧力が高くなるようになっている。この温度範囲において、ライナーの膨張や収縮が生じるためである。

図５は、圧力センサのドリフトを検出したときの制御マップの補正の内容を説明するための説明図である。図５（ａ）は、補正前の制御マップを示しており、図５（ｂ）は、補正後の制御マップを示している。図５（ａ）のハッチ領域は、図４のハッチ領域と同じである。第２の圧力センサ２４０にドリフトが生じていると、第２の圧力センサ２４０が検出した圧力Ｐ２は、実際のタンク内の圧力よりもドリフト量ＰＡだけ高い値となる。そのため、タンク内の実際の圧力と温度が、図５（ａ）の斜線領域に含まれる状態であっても、制御部２１０は、第２の圧力センサ２４０の検出値に基づいて、タンク内の圧力と温度が図５（ａ）のハッチ領域に含まれていると判定してしまう。図５（ａ）の斜線領域とは、実線で示された境界ラインと、境界ラインをドリフト量ＰＡだけ左側にシフトさせた破線ラインとの間の領域であり、境界ライン上のタンク内の温度、圧力に対して、タンク内の温度が同じ場合にタンク内の圧力が最大でＰＡだけ少ない状態が含まれている。

制御マップの補正は、図５（ｂ）に示すように、境界ラインを右側にシフトさせることによっておこなわれる。ここでは、境界ラインのシフト量は、ドリフト量ＰＡと等しい。これにより、制御マップの補正後の斜線領域は、補正前のハッチ領域に含まれることになる。すなわち、補正後の制御マップによれば、ドリフトが生じている第２の圧力センサ２４０の検出値に基づいて、制御部２１０がタンク内の圧力と温度が図５（ｂ）のハッチ領域に含まれていると判定したときに、タンク内の実際の圧力と温度が補正前のハッチ領域（図５（ａ））に含まれることになる。

なお、ドリフト量ＰＡの特定方法としては、任意の方法を採用することができる。例えば、制御部２１０が図３の実線に示すような充填率Ｒｆの予測値を算出するように構成されていれば、ドリフトが発生した第２の圧力センサ２４０の実際の検出値から得られる充填率Ｒｆと、充填率Ｒｆの予測値との差分に式（１）を適用することによって、ドリフト量ＰＡを算出することができる。充填率Ｒｆの予測値は、例えば、算出した特定の時点の充填率Ｒｆに、特定の時点よりも過去の単位時間あたりの変化量ΔＲｆの平均値を加えることによって算出することができる。例えば、ドリフトの発生直前の充填率Ｒｆに、ドリフトの発生以前の単位時間あたりの変化量ΔＲｆの平均値を加えることによって、ドリフト発生時点において仮にドリフトが発生していなかった場合の充填率Ｒｆの予測値を算出することができる。また、充填率Ｒｆの予測値は、ドリフトを検出する直前の充填率Ｒｆに、車両３０の走行モードに応じて予め設定されている充填率Ｒｆの単位時間あたりの変化量ΔＲｆ（＜０）を加えることによっても算出することができる。ドリフト量ＰＡを特定するための他の方法としては、例えば、ドリフトを判定したときの単位時間あたりの充填率Ｒｆの変化量ΔＲｆに式（１）を適用してドリフト量ＰＡを算出してもよいし、車両３０の走行時であれば、ドリフトを判定したときの変化量ΔＲｆに、走行による充填率Ｒｆの減少量（＞０）の予測値を加えた値に式（１）を適用してもよい。また、ドリフトを判定したときの第２の圧力センサ２４０の検出値の変化量ΔＰ２をそのままドリフト量ＰＡとしてもよい。また、水素供給経路１３０に第２の圧力センサ２４０以外の第３圧力センサ（図示しない）が配置されていれば、第２の圧力センサ２４０にドリフトが発生したときの第２の圧力センサ２４０の検出値と第３の圧力センサの検出値との差分をドリフト量ＰＡとしてもよい。

本実施形態の制御部２１０は、充填率Ｒｆが所定値（閾値Ｔｈ）以下になったときに、運転者に対してガス不足を通知するように構成されている。この場合、制御部２１０は、ステップＳ１４０の制御マップの補正にあわせて、閾値Ｔｈをドリフト量ＰＡに応じて上昇させるように構成されていてもよい。このようにすることによって、第２の圧力センサ２４０のドリフトによって充填率Ｒｆが実際よりも大きく算出された場合であっても、適切なタイミングで運転者に対して水素不足の通知をおこなうことができる。これにより、充填率Ｒｆが実際よりも大きく算出されたことに起因する不意のガス欠の発生を抑制することができる。

図２に戻り、続いて、制御部２１０は、充填率Ｒｆ１、充填率Ｒｆ２の少なくとも一方が減少しているときに、単位時間あたりの減少量が予め設定された減少量よりも大きくなったか否かの判定をおこなう（ステップＳ１５０）。具体的には、制御部２１０は、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２の少なくとも一方が減少しているときに、減少している充填率Ｒｆの単位時間あたりの減少量が、車両３０において、水素の消費量が最も多い走行モードにおける充填率Ｒｆの単位時間あたりの減少量として予め設定されている減少量よりも大きいか否かを判定する。ここで、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２の少なくとも一方が減少しているときとは、変化量ΔＲｆ１＜０、または／および、変化量ΔＲｆ２＜０のときである。また、充填率Ｒｆの単位時間あたりの減少量とは、変化量ΔＲｆ（＜０）の絶対値｜ΔＲｆ｜である。水素の消費量が最も多い走行モードにおける充填率Ｒｆの単位時間あたりの減少量として予め設定されている減少量を以後、「走行モード最大減少量」（＞０）とも呼ぶ。なお、充填率Ｒｆ１の単位時間あたりの減少量を評価するための走行モード最大減少量と、充填率Ｒｆ２の単位時間あたりの減少量を評価するための走行モード最大減少量とは、値が異なっていてもよいし、同じ値であってもよい。制御部２１０は、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２のいずれも単位時間あたりの減少量が走行モード最大減少量よりも小さいとき（ステップＳ１５０：ＮＯ）、処理をステップＳ１１０に戻す。

制御部２１０は、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２の少なくとも一方の単位時間あたりの減少量が走行モード最大減少量よりも大きいとき（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、単位時間あたりの減少量が走行モード最大減少量よりも大きくなった側のタンクに取り付けられている温度センサにドリフトが発生していると判定する（ステップＳ１６０）。具体的には、制御部２１０は、充填率Ｒｆ１の単位時間あたりの減少量が走行モード最大減少量よりも大きいとき、第１の温度センサ２５０のゼロ点がプラス側に自己変動し、検出値が実際の第１のタンク１１０内の温度よりも高い値となるドリフト（上ドリフト）が発生していると判定する。一方、制御部２１０は、充填率Ｒｆ２の単位時間あたりの減少量が走行モード最大減少量よりも大きいとき、第２の温度センサ２６０にドリフト（上ドリフト）が発生していると判定する。

図６は、温度センサ２５０、２６０にドリフトが発生したときの充填率Ｒｆの変化を例示した説明図である。図３と同様に、図６の縦軸は、タンク１１０、１２０の充填率Ｒｆ［％］を示しており、横軸は、時間［sec］を示している。充填率Ｒｆは、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２のいずれであってもよい。図６の実線は、車両３０の走行時において、第２の圧力センサ２４０と、対応する温度センサ２５０、２６０とが正常に機能している時の充填率Ｒｆの変化を示している。「対応する温度センサ」とは、図６の充填率Ｒｆが第１のタンク１１０の充填率Ｒｆ１を示す場合には「第１の温度センサ２５０」のことであり、図６の充填率Ｒｆが第２のタンク１２０の充填率Ｒｆ２を示す場合には「第２の温度センサ２６０」のことである。図６の破線は、車両３０の走行時において、対応する温度センサ２５０、２６０にドリフトが発生したときの充填率Ｒｆの変化を示している。図６の破線では、単位時間あたりの充填率Ｒｆの減少量｜ΔＲｆ｜が走行モード最大減少量より大きくなっている部分（図６のＹ部分）が存在する。この部分において、対応する温度センサ２５０、２６０にドリフトが発生したと考えられる。

車両３０の走行時には、タンク１１０、１２０内の水素が消費されるため、走行時に充填率Ｒｆの低下を検出しただけでは、その原因が燃料電池１００の水素の消費によるものか、対応する温度センサ２５０、２６０のドラフトの発生によるものか判別することはできない。しかし、車両３０の走行時における充填率Ｒｆの減少量が、車両３０において、水素の消費量が最も多い走行モードにおける充填率Ｒｆの単位時間あたりの減少量よりも大きい場合には、充填率Ｒｆの低下の原因が、走行による水素の消費だけではないと考えられる。すなわち、この場合には、対応する温度センサ２５０、２６０のゼロ点が自己変動（ドリフト）し、検出値が実際のタンク内の温度よりも高い値となり、算出される充填率Ｒｆが低下したと考えられる。対応する温度センサ２５０、２６０のドリフトを検出すると、制御部２１０は、制御マップの補正をおこなう（ステップＳ１７０）。

図７は、温度センサのドリフトを検出したときの制御マップの補正の内容を説明するための説明図である。図７（ａ）は、補正前の制御マップを示しており、図７（ｂ）は、補正後の制御マップを示している。図７（ａ）のハッチ領域は、図４のハッチ領域と同じである。対応する温度センサ２５０、２６０にドリフトが生じていると、温度センサ２５０、２６０が検出した温度Ｔ１、Ｔ２は、実際のタンク内の温度よりもドリフト量ＰＯだけ高い値となる。そのため、タンク内の実際の圧力と温度が、図７（ａ）の斜線領域に含まれる状態であっても、制御部２１０は、対応する温度センサ２５０、２６０の検出値に基づいて、タンク内の圧力と温度が図７（ａ）のハッチ領域に含まれていると判定してしまう。図７（ａ）の斜線領域とは、実線で示された境界ラインと、境界ラインをドリフト量ＰＯだけ下側にシフトさせた破線ラインとの間の領域であり、境界ライン上のタンク内の温度、圧力に対して、タンク内の圧力が同じ場合にタンク内の温度が最大でＰＯだけ少ない状態が含まれている。

制御マップの補正は、図７（ｂ）に示すように、境界ラインを上側にシフトさせることによっておこなわれる。ここでは、境界ラインのシフト量は、ドリフト量ＰＯと等しい。これにより、制御マップの補正後の斜線領域は、補正前のハッチ領域に含まれることになる。すなわち、補正後の制御マップによれば、ドリフトが生じた対応する温度センサ２５０、２６０の検出値に基づいて、制御部２１０がタンク内の圧力と温度が図７（ｂ）のハッチ領域に含まれていると判定したときに、タンク内の実際の圧力と温度が補正前のハッチ領域（図７（ａ））に含まれることになる。

なお、ドリフト量ＰＯの特定方法としては、任意の方法を採用することができる。例えば、上述したように、制御部２１０が図６の実線に示すような充填率Ｒｆの予測値を算出するように構成されていれば、温度センサ２５０、２６０にドリフトが発生したときのセンサの実際の検出値から得られる充填率Ｒｆと、充填率Ｒｆの予測値との差分からドリフト量ＰＯを算出することができる。他の方法としては、温度センサ２５０、２６０の一方にドリフトが発生したときには、他方の温度センサと圧力センサは正常であると考えられる。そのため、ドリフトが発生した一方の温度センサの検出値と、他方の正常の温度センサの検出値との差分からドリフト量ＰＯを特定することができる。

制御部２１０は、充填率Ｒｆが所定値（閾値Ｔｈ）以下になったときに、運転者に対してガス不足を通知するように構成されていれば、ステップＳ１７０の制御マップの補正にあわせて、閾値Ｔｈをドリフト量ＰＯに応じて下降させるようにしてもよい。または、制御部２１０は、温度センサ２５０、２６０のどちらかのドリフトを検出すると、充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２のうち、温度センサにドリフトが発生していない側の充填率Ｒｆのみに基づいて、充填率Ｒｆが閾値Ｔｈ以下になったか否かを判定する構成としてもよい。このようにすることによって、温度センサにドリフトが発生しても、車両３０が水素不足の状態か否かを正確に運転者に通知することができる。

以上説明した、第１実施形態の充填率制御システム２０によれば、車両３０の運転時のように、タンク１１０、１２０内の温度や圧力が時間とともに変動する環境下であっても、圧力センサ２４０と温度センサ２５０、２６０にドリフトが発生したか否かを容易に判定することができる。これにより、例えば、タンク内の水素が不足しているか否かを判定するための閾値を補正することができるため、算出される充填率Ｒｆが実際の充填率Ｒｆと異なっていても、不意のガス欠の発生を抑制することができる。また、タンクを保護するためのタンク内の温度と圧力の許容範囲が示された制御マップを補正することができるため、算出される充填率が実際の充填率と異なっていても、タンクを十分に保護することができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ−１．変形例１：
本実施形態の制御部２１０は、各タンク１１０、１２０の充填率Ｒｆをそれぞれ算出するものとして説明した。しかし、制御部２１０は、タンク１１０、１２０のうちのいずれか一方のタンクの充填率Ｒｆのみを算出する構成であってもよい。この場合であっても、第２の圧力センサ２４０や温度センサ２５０、２６０のうちの少なくとも一方についてのドリフトを検出することができる。また、本実施形態の制御部２１０は、水素充填時には、第１の圧力センサ２３０の圧力Ｐ１を用いて充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２を算出し、水素供給時を含む水素充填時以外のときには、第２の圧力センサ２４０の圧力Ｐ２を用いて充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２を算出するものとして説明した。しかし、制御部２１０は、水素充填時とそれ以外と時とを区別せず、第１の圧力センサ２３０の圧力Ｐ１を用いた充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２と、第２の圧力センサ２４０の圧力Ｐ２を用いた充填率Ｒｆ１、Ｒｆ２とをそれぞれ算出する構成であってもよい。

Ｂ−２．変形例２：
本実施形態のタンク１１０は、制御マップを補正するときのシフト量は、算出したドリフト量と等しいものとして説明した。しかし、シフト量はドリフト量と異なっていてもよい。例えば、シフト量は予め設定された値であってもよい。この場合であっても、センサのドリフトの発生による、タンクの保護性能の低下を抑制することができる。

Ｂ−３．変形例３：
本実施形態の制御部２１０は、充填率Ｒｆの状態のみによってセンサにドリフトが発生しているか否かを判定するものとして説明した。しかし、制御部２１０は、充填率Ｒｆの状態のほか、Ｐ２＝αＴ１、Ｐ２＝βＴ２としたときの、α、βの状態に応じて、センサにドリフトが発生したか否かを判定してもよい。ここで、Ｐ２は、第２の圧力センサ２４０が検出した圧力であり、Ｔ１、Ｔ２は、温度センサ２５０、２６０が検出した温度である。具体的には、制御部２１０は、充填率Ｒｆが上昇したとき、または、充填率Ｒｆの減少量が所定量より大きくなった場合であっても、そのときのαの変化量が所定以下の場合には、第２の圧力センサ２４０や第１の温度センサ２５０のドリフトを判定せず、また、βの変化量が所定以下の場合には、第２の圧力センサ２４０や第２の温度センサ２６０のドリフトを判定しないように構成してもよい。各センサ２４０、２５０、２６０は、複数同時にドリフトが発生することはまれであるため、１つのセンサにドリフトが発生した時には、αやβの変化量が所定以上になる。充填率Ｒｆの変化量がドリフト発生の条件を満たしていても、αやβの変化量が小さい場合には、センサのドリフトではなく、水素充填中において充填中を検出するセンサが故障している場合や、タンクや水素供給経路１３０において、水素が漏れている場合などセンサ以外の部分において不具合が生じている可能性が高いと考えられる。

１０…燃料電池システム
２０…充填率制御システム
３０…車両
１００…燃料電池
１１０…第１のタンク
１１１…第１のバルブアセンブリ
１２０…第２のタンク
１２１…第２のバルブアセンブリ
１３０…水素供給経路
１３１…水素供給用配管
１３２…供給側マニホールド
１４０…水素充填経路
１４１…水素充填用配管
１４２…充填側マニホールド
１４３…レセプタクル
２１０…制御部
２２０…通信部
２３０…第１の圧力センサ
２４０…第２の圧力センサ
２５０…第１の温度センサ
２６０…第２の温度センサ

Claims (5)

1. タンク内のガスの充填率を制御するための充填率制御システムであって、
   前記タンク内の圧力を検出するための圧力センサと、
   前記タンク内の温度を検出するための温度センサと、
   検出された前記タンク内の圧力と温度とを用いて、前記タンク内のガスの充填率を算出する制御部と、を備え、
   前記制御部は、算出した前記充填率の単位時間あたりの変化量から、前記圧力センサまたは／および前記温度センサにドリフトが発生しているか否かを判定する、充填率制御システム。
2. 請求項１に記載の充填率制御システムにおいて、
   前記制御部は、前記タンクがガスの充填中か否かを判定し、前記タンクがガスの充填中ではない状態において、算出した前記充填率の単位時間あたりの変化量が正の値になったときに、前記圧力センサにドリフトが発生していると判定する、充填率制御システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の充填率制御システムにおいて、
   前記充填率制御システムは、車両に搭載された燃料電池システムの一部として構成され、前記タンクには、燃料電池に供給される燃料ガスが貯蔵されており、
   前記制御部は、算出した前記充填率の単位時間あたりの減少量が、前記車両において燃料ガスの消費量が最も多い走行モードにおける前記充填率の単位時間あたりの減少量として予め設定されている減少量よりも大きいときに、前記温度センサにドリフトが発生していると判定する、充填率制御システム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の充填率制御システムにおいて、
   前記制御部は、
   算出した前記充填率と、前記充填率の過去の変化量とに基づいて、前記圧力センサおよび前記温度センサにドリフトが発生していない状態における前記充填率の予測値を算出し、
   前記圧力センサまたは／および前記温度センサにドリフトが発生していると判定すると、前記ドリフトが発生したセンサの検出値から算出した充填率と、前記予測値との差分を用いて前記ドリフト量を算出する、充填率制御システム。
5. 請求項４に記載の充填率制御システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記タンク内の温度と、前記温度に対応する前記タンク内の圧力の許容範囲とが示された制御マップに応じて、前記タンク内の圧力を制御し、
   前記圧力センサまたは／および前記温度センサにドリフトが発生していると判定すると、前記ドリフト量に応じて前記マップの前記温度に対応する前記タンク内の圧力の許容範囲を補正する、充填率制御システム。

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