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特表2023-550394実時間対応水素充填プロセスを実行する方法及びその装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-01
(54)【発明の名称】実時間対応水素充填プロセスを実行する方法及びその装置
(51)【国際特許分類】
F17C 13/02 20060101AFI20231124BHJP
F17C 5/06 20060101ALI20231124BHJP
【ＦＩ】
F17C13/02 301A
F17C5/06
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023530030
(86)(22)【出願日】2021-11-12
(85)【翻訳文提出日】2023-07-14
(86)【国際出願番号】 KR2021016535
(87)【国際公開番号】W WO2022108256
(87)【国際公開日】2022-05-27
(31)【優先権主張番号】10-2020-0153674
(32)【優先日】2020-11-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2020-0175539
(32)【優先日】2020-12-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0033128
(32)【優先日】2021-03-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0152613
(32)【優先日】2021-11-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．３ＧＰＰ
２．ブルートゥース
３．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
(71)【出願人】
【識別番号】520481194
【氏名又は名称】ミレ イーエイチエス－コード リサーチ インスティテュート
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】チェ チュン グン
【テーマコード（参考）】
3E172
【Ｆターム（参考）】
3E172AA02
3E172AA05
3E172AB01
3E172BA01
3E172BB03
3E172BD03
3E172EA02
3E172EA12
3E172EA22
3E172EB02
(57)【要約】
水素充填機における実時間対応水素充填プロセスを実行する方法は、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用される充填ラインの圧力損失係数値を算出する段階と、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値を算出する段階と、前記算出された充填ラインの内径値を前記実際ケースに前記実時間水素充填のための所定の熱力学モデルに適用して前記水素充填プロセスを実行する段階とを含むことができる。
【選択図】 図３
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素充填機における実時間対応水素充填プロセスを実行する方法であって、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用される充填ラインの圧力損失係数値を算出する段階と、
前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値を算出する段階と、
前記算出された充填ラインの内径値を前記実際ケースに前記実時間水素充填のための所定の熱力学モデルに適用して前記水素充填プロセスを実行する段階と、を含む、実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項2】
圧縮水素貯蔵システム内部の実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を獲得する段階と、前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つでも予め設定された値以上であるかを決定する段階と、を含む、請求項１に記載の実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項3】
前記少なくとも一つでも予め設定された値以上ではないか、かつ水素充填開始の後に所定の時間が経過したかをチェックする段階と、前記所定の時間が経過すると、前記獲得された実時間水素タンク圧力が予め設定された圧力より低いかを決定する段階と、を含む、請求項２に記載の実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項4】
前記少なくとも一つが予め設定された値以上であると、前記実時間対応水素充填のプロセスを終了させる段階をさらに含む、請求項２に記載の実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項5】
前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つを所定の周期でアップデートする、請求項２に記載の実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項6】
前記水素タンクに供給される水素に対する水素供給圧力及び水素供給温度についての第２情報を獲得する段階を含み、前記水素充填を制御する段階は、前記第１情報及び前記第２情報を前記所定の熱力学モデルにさらに適用して水素充填を制御する段階をさらに含む、請求項２に記載の実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項7】
前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値（ｄＦＬ）は次の式１によって算出する、【数25】
【請求項8】
前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当する、請求項１に記載の実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項9】
実時間対応水素充填プロセスを実行する水素充填機であって、メモリと、
実際ケースに適用される充填ラインの圧力損失係数値を算出するように構成された充填機制御部と、を含み、
前記充填機制御部は、
前記算出された圧力損失係数値、前記メモリに保存された基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値を算出し、
前記算出された充填ラインの内径値を前記実際ケースに前記実時間水素充填のための所定の熱力学的モデルに適用して水素充填プロセスを実行する、水素充填機。
【請求項10】
前記充填機制御部は、圧縮水素貯蔵システム内部の実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を獲得し、
前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つでも予め設定された値以上であるかを決定するように構成される、請求項９に記載の水素充填機。
【請求項11】
前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つは所定の周期でアップデートされる、請求項１０に記載の水素充填機。
【請求項12】
前記充填機制御部は、前記水素タンクに供給される水素に対する水素供給圧力及び水素供給温度についての第２情報を獲得し、前記第１情報及び前記第２情報を前記所定の熱力学モデルにさらに適用して前記水素充填プロセスを実行するように構成される、請求項１０に記載の水素充填機。
【請求項13】
前記充填機制御部は、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値（ｄＦＬ）を次の式１によって算出する、【数26】
【請求項14】
前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当する、請求項９に記載の水素充填機 。
【請求項15】
圧縮貯蔵水素システムが実時間対応水素充填プロセスを実行する方法であって、実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を伝送する段階と、
前記第１情報及び実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されるために算出された充填ラインの内径値を適用することによって、実時間水素充填のための所定の熱力学モデルによって算出された圧力上昇率によって供給される水素を充填する段階と、を含み、
前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値は、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて算出する、実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項16】
前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当する、請求項１５に記載の実時間対応水素充填プロセス遂行方法。
【請求項17】
前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値（ｄＦＬ）は次の式１に基づいて算出される、【数27】
【請求項18】
実時間対応水素充填プロセスを実行する圧縮貯蔵水素システムであって、実時間水素タンク温度及び実時間水素タンク圧力についての情報を含む第１情報を伝送するように構成された送信部と、
前記第１情報及び実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されるために算出された充填ラインの内径値を適用することによって、実時間水素充填のための所定の熱力学モデルによって算出された圧力上昇率によって供給される水素を充填するように構成された水素タンクと、を含み、
前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値は、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて算出される、圧縮貯蔵水素システム。
【請求項19】
前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当する、請求項１８に記載の圧縮貯蔵水素システム。
【請求項20】
前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値（ｄＦＬ）は次の式１によって算出される、【数28】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は水素充填に関するものであり、より詳しくは、実時間対応水素充填プロセスを実行する方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
水素車両は動力の燃料として水素を使用する車両であり、電動機の駆動のために内燃機関の水素を焼くかまたは燃料電池内で水素を酸素と反応させることで、水素の化学エネルギーを力学的エネルギーに変換する。運送燃料供給のために水素を使用することになるが、水素燃料は高圧で早く充填される特性のため、注油と比較したとき、危険性を有しており、圧縮及びジュールトムソン効果（Ｊｏｕｌｅ－Ｔｈｏｍｓｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）による熱発生によって完全充填が容易でない。よって、各国で水素充填プロトコル（Ｆｕｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を開発した。そのうち、充填の際、媒介変数に基づいて圧力上昇率及び目標圧力に対するルックアップテーブルを用いたプロトコル（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｕｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）に対する研究が多数存在している。
２０１０年に制定されたＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）Ｊ２６０１の水素充填プロトコル（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｕｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＨＦＰ）では、熱力学的モデル（ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ）によるシミュレーションによって予め作成された幾多のテーブルと計算式のパラメーター及び係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）を用いて充填を実行するようにする方式を採用している。そして、このＨＦＰはホットケース（ｈｏｔ ｃａｓｅ）とコールドケース（ｃｏｌｄ ｃａｓｅ）という２個のワーストケース（ｗｏｒｓｔ ｃａｓｅ）を仮定し、すべての充填対象車両（ｖｅｈｉｃｌｅ）がこの２個のワーストケース（ｗｏｒｓｔ ｃａｓｅ）の範囲内に存在するという仮定の下で設計された。これにより、このＨＦＰには多くの仮定とカテゴリー（ｃａｔｅｇｏｒｙ）が設定されており、適用範囲及び適用方法に多くの制限条件が規定されている。既存のＨＦＰがこのように複雑になったことは、通信が不可であるか不正確であるという前提条件の下で設計されたからである。
しかし、最近、水素燃料電池自動車の普及が拡がり、地球温暖化問題の解決のための大型モビリティー（バス、トラック、船舶など）の商用化が急進展している。特に、大型モビリティーの場合には、その規模及び用途が大いに異なるため、その圧縮水素貯蔵システム（ＣＨＳＳ）容量、充填速度、名目作動圧力（ｎｏｍｉｎａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）、適用制限条件などを既存のＨＦＰで収容することが構造的に不可能な状況である。よって、新しいＨＦＰの導入が必要である。特に、適用範囲に汎用性が確保され、適用方法で高容量（Ｈｉｇｈ Ｃａｐａｃｉｔｙ）、高速（Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、高効率（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を収容することができる新しいＨＦＰの導入が切実な時点である。既存のＨＦＰ（ｅｘｉｓｔｉｎｇ ＨＦＰ）の適用範囲及び適用方法の制限性の問題と抵効率の問題を画期的に改善する新しいＨＦＰが必要になった。
しかし、いまだに既存のＨＦＰの問題点を解決するための新しいＨＦＰが提案されたとこがなかった。
２０１０年に制定されたＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）Ｊ２６０１の水素充填プロトコル（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｕｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＨＦＰ）では、熱力学的モデル（ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ）によるシミュレーションによって予め作成された幾多のテーブルと計算式のパラメーター及び係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）を用いて充填を実行するようにする方式を採用している。そして、このＨＦＰはホットケース（ｈｏｔ ｃａｓｅ）とコールドケース（ｃｏｌｄ ｃａｓｅ）という２個のワーストケース（ｗｏｒｓｔ ｃａｓｅ）を仮定し、すべての充填対象車両（ｖｅｈｉｃｌｅ）がこの２個のワーストケース（ｗｏｒｓｔ ｃａｓｅ）の範囲内に存在するという仮定の下で設計された。これにより、このＨＦＰには多くの仮定とカテゴリー（ｃａｔｅｇｏｒｙ）が設定されており、適用範囲及び適用方法に多くの制限条件が規定されている。既存のＨＦＰがこのように複雑になったことは、通信が不可であるか不正確であるという前提条件の下で設計されたからである。
しかし、最近、水素燃料電池自動車の普及が拡がり、地球温暖化問題の解決のための大型モビリティー（バス、トラック、船舶など）の商用化が急進展している。特に、大型モビリティーの場合には、その規模及び用途が大いに異なるため、その圧縮水素貯蔵システム（ＣＨＳＳ）容量、充填速度、名目作動圧力（ｎｏｍｉｎａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）、適用制限条件などを既存のＨＦＰで収容することが構造的に不可能な状況である。よって、新しいＨＦＰの導入が必要である。特に、適用範囲に汎用性が確保され、適用方法で高容量（Ｈｉｇｈ Ｃａｐａｃｉｔｙ）、高速（Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、高効率（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を収容することができる新しいＨＦＰの導入が切実な時点である。既存のＨＦＰ（ｅｘｉｓｔｉｎｇ ＨＦＰ）の適用範囲及び適用方法の制限性の問題と抵効率の問題を画期的に改善する新しいＨＦＰが必要になった。
しかし、いまだに既存のＨＦＰの問題点を解決するための新しいＨＦＰが提案されたとこがなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明で達成しようとする技術的課題は、水素充填機における実時間対応水素充填プロセスを実行する方法を提供することにある。
本発明で達成しようとする他の技術的課題は、実時間対応水素充填プロセスを実行する水素充填機を提供することにある。
本発明で達成しようとするさらに他の技術的課題は、圧縮貯蔵水素システムが実時間対応水素充填プロセスを実行する方法を提供することにある。
本発明で達成しようとするさらに他の技術的課題は、実時間対応水素充填プロセスを実行する圧縮貯蔵水素システムを提供することにある。
本発明で達成しようとする技術的課題は前記技術的課題に限定されず、言及しなかった他の技術的課題は以下の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明らかに理解可能であろう。
本発明で達成しようとする他の技術的課題は、実時間対応水素充填プロセスを実行する水素充填機を提供することにある。
本発明で達成しようとするさらに他の技術的課題は、圧縮貯蔵水素システムが実時間対応水素充填プロセスを実行する方法を提供することにある。
本発明で達成しようとするさらに他の技術的課題は、実時間対応水素充填プロセスを実行する圧縮貯蔵水素システムを提供することにある。
本発明で達成しようとする技術的課題は前記技術的課題に限定されず、言及しなかった他の技術的課題は以下の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明らかに理解可能であろう。
【課題を解決するための手段】
【0004】
前記の技術的課題を達成するための水素充填機における実時間対応水素充填プロセスを実行する方法は、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用される充填ラインの圧力損失係数値を算出する段階と、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値を算出する段階と、前記算出された充填ラインの内径値を前記実際ケースに前記実時間水素充填のための所定の熱力学モデルに適用して前記水素充填プロセスを実行する段階とを含むことができる。
前記方法は、圧縮水素貯蔵システム内部の実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を獲得する段階と、前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つでも予め設定された値以上であるかを決定する段階とを含むことができる。
前記方法は、圧縮水素貯蔵システム内部の実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を獲得する段階と、前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つでも予め設定された値以上であるかを決定する段階とを含むことができる。
【0005】
前記方法は、前記少なくとも一つでも予め設定された値以上ではないか、かつ水素充填開始の後に所定の時間が経過したかをチェックする段階と、前記所定の時間が経過すると、前記獲得された実時間水素タンク圧力が予め設定された圧力より低いかを決定する段階とを含むことができる。
前記方法は、前記少なくとも一つが予め設定された値以上であると、前記実時間対応水素充填のプロセスを終了させる段階をさらに含むことができる。
前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つを所定の周期でアップデートすることができる。
前記方法は、前記水素タンクに供給される水素に対する水素供給圧力及び水素供給温度についての第２情報を獲得する段階を含み、前記水素充填を制御する段階は、前記第１情報及び前記第２情報を前記所定の熱力学モデルにさらに適用して水素充填を制御する段階をさらに含むことができる。
前記方法は、前記少なくとも一つが予め設定された値以上であると、前記実時間対応水素充填のプロセスを終了させる段階をさらに含むことができる。
前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つを所定の周期でアップデートすることができる。
前記方法は、前記水素タンクに供給される水素に対する水素供給圧力及び水素供給温度についての第２情報を獲得する段階を含み、前記水素充填を制御する段階は、前記第１情報及び前記第２情報を前記所定の熱力学モデルにさらに適用して水素充填を制御する段階をさらに含むことができる。
【0006】
前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値（ｄＦＬ）は次の式１によって算出することでき、
ここで、ｄＦＬ、ｒｅｆは前記予め設定された基準充填ラインの内径値、ＫＦＬは前記算出された圧力損失係数値、ＫＦＬ、ｒｅｆは前記予め設定された基準圧力損失係数値である。
前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当することができる。
前記の他の技術的課題を達成するための、実時間対応水素充填プロセスを実行する水素充填機は、メモリと、実際ケースに適用される充填ラインの圧力損失係数値を算出するように構成された充填機制御部とを含み、前記充填機制御部は、前記算出された圧力損失係数値、前記メモリに保存された基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値を算出し、前記算出された充填ラインの内径値を前記実際ケースに前記実時間水素充填のための所定の熱力学的モデルに適用して水素充填を制御することができる。
前記充填機制御部は、圧縮水素貯蔵システム内部の実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を獲得し、前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つでも予め設定された値以上であるかを決定するように構成されることができる。前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つは所定の周期でアップデートされることができる。前記充填機制御部は、前記水素タンクに供給される水素に対する水素供給圧力及び水素供給温度についての第２情報を獲得し、前記第１情報及び前記第２情報を前記所定の熱力学モデルにさらに適用して前記水素充填プロセスを実行するように構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）されることができる。
【数1】
前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当することができる。
前記の他の技術的課題を達成するための、実時間対応水素充填プロセスを実行する水素充填機は、メモリと、実際ケースに適用される充填ラインの圧力損失係数値を算出するように構成された充填機制御部とを含み、前記充填機制御部は、前記算出された圧力損失係数値、前記メモリに保存された基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値を算出し、前記算出された充填ラインの内径値を前記実際ケースに前記実時間水素充填のための所定の熱力学的モデルに適用して水素充填を制御することができる。
前記充填機制御部は、圧縮水素貯蔵システム内部の実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を獲得し、前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つでも予め設定された値以上であるかを決定するように構成されることができる。前記獲得された実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率のうちの少なくとも一つは所定の周期でアップデートされることができる。前記充填機制御部は、前記水素タンクに供給される水素に対する水素供給圧力及び水素供給温度についての第２情報を獲得し、前記第１情報及び前記第２情報を前記所定の熱力学モデルにさらに適用して前記水素充填プロセスを実行するように構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）されることができる。
【0007】
前記充填機制御部は、前記充填機制御部は、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値（ｄＦＬ）を次の式１によって算出することができ、
ここで、ｄＦＬ、ｒｅｆは前記予め設定された基準充填ラインの内径値、ＫＦＬは前記算出された圧力損失係数値、ＫＦＬ、ｒｅｆは前記予め設定された基準圧力損失係数値である。前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当することができる。
前記のさらに他の技術的課題を達成するための、圧縮貯蔵水素システムが実時間対応水素充填プロセスを実行する方法は、実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を伝送する段階と、前記第１情報及び実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されるために算出された充填ラインの内径値を適用することによって、実時間水素充填のための所定の熱力学モデルによって算出された圧力上昇率によって供給される水素を充填する段階とを含み、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値は、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて算出することができる。前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当する。
前記のさらに他の技術的課題を達成するための、実時間対応水素充填プロセスを実行する圧縮貯蔵水素システムは、実時間水素タンク温度及び実時間水素タンク圧力についての情報を含む第１情報を伝送するように構成された送信部と、前記第１情報及び実際ケースに適用されるために算出された充填ラインの内径値を適用することによって、実時間水素充填のための所定の熱力学モデルによって算出された圧力上昇率によって供給される水素を充填するように構成された水素タンクとを含み、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値は、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて算出される。
【数2】
前記のさらに他の技術的課題を達成するための、圧縮貯蔵水素システムが実時間対応水素充填プロセスを実行する方法は、実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力、及び実時間水素タンク充填率についての情報を含む第１情報を伝送する段階と、前記第１情報及び実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されるために算出された充填ラインの内径値を適用することによって、実時間水素充填のための所定の熱力学モデルによって算出された圧力上昇率によって供給される水素を充填する段階とを含み、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値は、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて算出することができる。前記基準ケースは、水素充填終了時点で前記水素タンク内の最高温度である８５℃になるケースに相当する。
前記のさらに他の技術的課題を達成するための、実時間対応水素充填プロセスを実行する圧縮貯蔵水素システムは、実時間水素タンク温度及び実時間水素タンク圧力についての情報を含む第１情報を伝送するように構成された送信部と、前記第１情報及び実際ケースに適用されるために算出された充填ラインの内径値を適用することによって、実時間水素充填のための所定の熱力学モデルによって算出された圧力上昇率によって供給される水素を充填するように構成された水素タンクとを含み、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値は、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて算出される。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一実施例によって、水素を充填するうちＣＨＳＳが無線通信を介して水素充填機に送る水素タンクの構造的情報及び熱力学的情報を反映して水素をより安全でありながらも早く充填することができる。実時間で測定された水素タンク内の水素の圧力及び温度を水素充填機に伝送し、水素充填機は最適の圧力上昇率を計算し、計算された最適の圧力上昇率で充填を実行することで、水素タンク内の水素の圧力、温度及び充填流量が設定の臨界値を外れない範囲内で充填時間を最小化することができる。
また、既存のＳＡＥ Ｊ２６０１で規定する水素充填は、水素タンク１１０内の温度を予冷（ｐｒｅｃｏｏｌｉｎｇ）した状態（例えば、零下１７．５℃以下）でのみ可能であった。そうではなければ、水素タンク温度が急激に上がって早く８５℃に至るからであった。しかし、本発明による水素充填方法によると、水素タンク１１０の温度を３０℃程度に維持しても水素充填が可能である。
また、本発明による水素充填方法は、水素タンク圧力を大気圧程度に維持しても水素充填が可能になった。
また、本発明による水素充填方法は、水素タンクの容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）制限なしに適用可能であり、水素供給も変更しやすく、流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）制限もないなど、多様で手広く適用することができる。
また、本発明による水素充填方法は、実時間通信に基づいて水素タンク温度、圧力などを考慮してｐｒｒを算出して水素充填することで、より効率的に水素を充填するので、精密な制御が可能になる利点がある。
また、ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）の基準を用いて充填システムの熱力学的特性を比例的に複製することができるようになって水素充填プロトコルの効率性がかなり高くなった。
本発明で得られる効果は以上で言及した効果に限定されず、言及しなかった他の効果は以下の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明らかに理解可能であろう。
また、既存のＳＡＥ Ｊ２６０１で規定する水素充填は、水素タンク１１０内の温度を予冷（ｐｒｅｃｏｏｌｉｎｇ）した状態（例えば、零下１７．５℃以下）でのみ可能であった。そうではなければ、水素タンク温度が急激に上がって早く８５℃に至るからであった。しかし、本発明による水素充填方法によると、水素タンク１１０の温度を３０℃程度に維持しても水素充填が可能である。
また、本発明による水素充填方法は、水素タンク圧力を大気圧程度に維持しても水素充填が可能になった。
また、本発明による水素充填方法は、水素タンクの容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）制限なしに適用可能であり、水素供給も変更しやすく、流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）制限もないなど、多様で手広く適用することができる。
また、本発明による水素充填方法は、実時間通信に基づいて水素タンク温度、圧力などを考慮してｐｒｒを算出して水素充填することで、より効率的に水素を充填するので、精密な制御が可能になる利点がある。
また、ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）の基準を用いて充填システムの熱力学的特性を比例的に複製することができるようになって水素充填プロトコルの効率性がかなり高くなった。
本発明で得られる効果は以上で言及した効果に限定されず、言及しなかった他の効果は以下の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明らかに理解可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填システムを説明するための図である。
【図3】本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填方法を説明するための例示的なフローチャートである。
【図4】本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填プロトコルで適用するシンプル熱力学的モデル（Ｓｉｍｐｌｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅ、ＳＴＭ）での仮定及び定義を説明するための例示図である。
【図5】ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）を実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）のＳＴＭで連結させる媒介変数を説明するための例示図である。
【図6】本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填プロトコルで適用する熱力学的モデルの動作過程を示すフローチャートである。
【図7】本発明の一実施例によって実時間（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）で圧力上昇率（ＰＲＲ）を計算して適用する過程を説明するための例示図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下では、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明は様々な相異なる形態に具現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。そして、図面では、本発明を明確に説明するために、説明に関係ない部分は省略し、明細書全般にわたって類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
明細書全般で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組合せなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
実時間で水素充填を実行するための制御方法が研究及び開発されており、水素充填機から圧縮水素貯蔵容器に水素を充填するとき、目標温度及び感知温度の間の差を実時間で測定し、感知温度が目標温度に到逹することができるように水素充填の流れを制御し、圧縮水素貯蔵容器内の変形程度を実時間で測定し、変形程度に基づいて予め設定された規定以上の変形が感知される場合、水素充填を中断する制御方法がある。
ただ、上述した構成を用いると言っても、実際に実時間通信が仮定された状況で開発された制御プロトコルではないので、また実時間水素制御が不可な状況である原点に回帰することになる。また、プロトコルが複雑になった理由も充填所と水素自動車との間に通信ができない場合と通信を信頼することができない場合とを仮定しているからであるので、常に通信が可能であり、通信の信頼性が保障できる標準化したプロトコルの研究及び開発が要求される。仮に、通信の信頼性が保障されれば、水素の危害要素である温度及び圧力を実時間で監視及び予測しながら実時間で圧力上昇速度及び目標圧力を計算することができ、プロトコルを簡単に作ることができる。よって、頑健な通信プロトコル及び実時間モニタリングのための制御方法の研究が要求される。
明細書全般で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組合せなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
実時間で水素充填を実行するための制御方法が研究及び開発されており、水素充填機から圧縮水素貯蔵容器に水素を充填するとき、目標温度及び感知温度の間の差を実時間で測定し、感知温度が目標温度に到逹することができるように水素充填の流れを制御し、圧縮水素貯蔵容器内の変形程度を実時間で測定し、変形程度に基づいて予め設定された規定以上の変形が感知される場合、水素充填を中断する制御方法がある。
ただ、上述した構成を用いると言っても、実際に実時間通信が仮定された状況で開発された制御プロトコルではないので、また実時間水素制御が不可な状況である原点に回帰することになる。また、プロトコルが複雑になった理由も充填所と水素自動車との間に通信ができない場合と通信を信頼することができない場合とを仮定しているからであるので、常に通信が可能であり、通信の信頼性が保障できる標準化したプロトコルの研究及び開発が要求される。仮に、通信の信頼性が保障されれば、水素の危害要素である温度及び圧力を実時間で監視及び予測しながら実時間で圧力上昇速度及び目標圧力を計算することができ、プロトコルを簡単に作ることができる。よって、頑健な通信プロトコル及び実時間モニタリングのための制御方法の研究が要求される。
【0011】
本発明では、既存のＨＦＰが有する適用範囲及び適用方法の制限性問題及び低効率性の問題を画期的に改善した新しいＨＰＦを提案しようとする。既存のＨＦＰの問題点が非通信（ｎｏｎ－ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）の前提の下で始まった点に鑑みて、新しいＨＦＰは通信専用を目標とした。そして、新しいＨＦＰを開発するために、２個の熱力学（的）モデルを作った。一つは充填プロセス（ｆｕｅｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）の制御エンジンの役割を果たす所定の熱力学モデル（一例として、Ｓｉｍｐｌｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ、ＳＴＭという）であり、他の一つは新しいＨＦＰのテストベッド（ｔｅｓｔｂｅｄ）の役割を果たす、いわゆるＲｉｇｏｒｏｕｓ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ（ＲＴＭ）である。本発明で提案しようとする新しいＨＦＰを実時間対応水素充填プロトコル（Ｒｅａｌ ｔｉｍｅ Ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ－Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｕｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＲＴＲ－ＨＦＰ）と定義する。
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填システムを説明するための図であり、図２は図１のシステムに含まれた内部構成を説明するためのブロック構成図である。
図１を参照すると、実時間通信基盤水素充填システムは、少なくとも一つの圧縮水素貯蔵システム（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＣＨＳＳ）１００、水素移動装置２００、及び水素充填機（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ）３００を含むことができる。ただ、このような図１の燃料電池用ＣＨＳＳの実時間通信基盤水素充填システムは、本発明の一実施例に過ぎないので、図１に本発明が限定されて解釈されるものではない。ＣＨＳＳ１００は水素車両などに備えられることができる。
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填システムを説明するための図であり、図２は図１のシステムに含まれた内部構成を説明するためのブロック構成図である。
図１を参照すると、実時間通信基盤水素充填システムは、少なくとも一つの圧縮水素貯蔵システム（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＣＨＳＳ）１００、水素移動装置２００、及び水素充填機（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ）３００を含むことができる。ただ、このような図１の燃料電池用ＣＨＳＳの実時間通信基盤水素充填システムは、本発明の一実施例に過ぎないので、図１に本発明が限定されて解釈されるものではない。ＣＨＳＳ１００は水素車両などに備えられることができる。
【0012】
ここで、図１の各構成要素は一般的にネットワークを介して連結される。例えば、図１に示すように、少なくとも一つのＣＨＳＳ１００はネットワークを介して水素移動装置２００と連結されることができる。そして、水素移動装置２００は、ネットワークを介して少なくとも一つのＣＨＳＳ１００及び水素充填機３００と連結されることができる。また、水素充填機３００は、ネットワークを介して水素移動装置２００と連結されることができる。
ここで、ネットワークは、複数の端末及びサーバーのようなそれぞれのノードの相互間に情報交換が可能な連結構造を意味するものであり、このようなネットワークの一例には、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ：Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット（ＷＷＷ：Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）、有無線データ通信網、電話網、有無線テレビ通信網などを含む。無線データ通信網の例には、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）、５ＧＰＰ（５ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＷＩＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ワイファイ（Ｗｉ－Ｆｉ）、インターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）ネットワーク、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）ネットワーク、衛星放送ネットワーク、アナログ放送ネットワーク、ＤＭＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）ネットワークなどが含まれるが、これに限定されない。
以下で、少なくとも一つのという用語は単数及び複数を含む用語と定義され、少なくとも一つのという用語が存在しないとしても、各構成要素が単数または複数で存在することができ、単数または複数を意味することができるというのは明らかであると言える。また、各構成要素が単数または複数で備えられるというのは実施例によって変更可能であると言える。
ここで、ネットワークは、複数の端末及びサーバーのようなそれぞれのノードの相互間に情報交換が可能な連結構造を意味するものであり、このようなネットワークの一例には、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ：Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット（ＷＷＷ：Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）、有無線データ通信網、電話網、有無線テレビ通信網などを含む。無線データ通信網の例には、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）、５ＧＰＰ（５ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＷＩＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ワイファイ（Ｗｉ－Ｆｉ）、インターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）ネットワーク、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）ネットワーク、衛星放送ネットワーク、アナログ放送ネットワーク、ＤＭＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）ネットワークなどが含まれるが、これに限定されない。
以下で、少なくとも一つのという用語は単数及び複数を含む用語と定義され、少なくとも一つのという用語が存在しないとしても、各構成要素が単数または複数で存在することができ、単数または複数を意味することができるというのは明らかであると言える。また、各構成要素が単数または複数で備えられるというのは実施例によって変更可能であると言える。
【0013】
以下、図１の各構成を図２とともに説明する。
圧縮水素貯蔵システム（ＣＨＳＳ）１００は、水素タンク１１０及び水素タンクバルブ１３０を含むことができる。図１及び図２では２個の水素タンクを例示したが、一つ以上の水素タンクを備えることができる。ＣＨＳＳ１００は水素車両（または運送手段）に設置できるものであり、燃料である水素を受けて貯蔵するように構成される。そして、水素タンクバルブ１３０は圧力センサー及び温度センサーを含んでいるので、水素タンク１１０内の水素の圧力及び温度を測定し、水素移動装置２００の貯蔵制御部２４０に測定値を渡す役割を果たすことができる。
水素移動装置２００は、水素供給部３３０から噴射される水素を水素タンクバルブ１３０に伝達するレセプタクル２１０、水素供給ホース２３０及び水素充填機３００内の充填機制御部３１０の間の無線通信のために備えられる無線通信部、及び感知データを無線通信のためのデータに変換して出力する貯蔵制御部２４０を含むことができる。水素移動装置２００は、レセプタクル２１０と水素供給部３３０との間に連結され、水素タンク１１０に水素タンクバルブ１３０を介して水素を供給する充填ノズル２２０をさらに含むことができる。ここで、無線通信部は、車両に水素が注入されるレセプタクル２１０の一側に設けられた貯蔵制御部２４０の他側に設けられる送信機（一例として、ＩＲ送信機）２５０、及び一側がＩＲ送信機２５０と連結され、他側が充填機制御部３１０と連結される受信機（一例として、ＩＲ受信機）２６０を含むことができる。
水素充填機３００は、水素タンク１１０内の圧力及び温度を含めた感知データを受信する充填機制御部３１０、及び感知データに基づいて水素タンク１１０内に水素を供給する水素供給部３３０を含むことができる。充填機制御部３１０は、無線通信部及び水素供給部３３０からデータを受信して水素供給部３３０内の実時間圧力上昇率を算出し、算出された圧力上昇率を水素供給部３３０に返還することができる。
圧縮水素貯蔵システム（ＣＨＳＳ）１００は、水素タンク１１０及び水素タンクバルブ１３０を含むことができる。図１及び図２では２個の水素タンクを例示したが、一つ以上の水素タンクを備えることができる。ＣＨＳＳ１００は水素車両（または運送手段）に設置できるものであり、燃料である水素を受けて貯蔵するように構成される。そして、水素タンクバルブ１３０は圧力センサー及び温度センサーを含んでいるので、水素タンク１１０内の水素の圧力及び温度を測定し、水素移動装置２００の貯蔵制御部２４０に測定値を渡す役割を果たすことができる。
水素移動装置２００は、水素供給部３３０から噴射される水素を水素タンクバルブ１３０に伝達するレセプタクル２１０、水素供給ホース２３０及び水素充填機３００内の充填機制御部３１０の間の無線通信のために備えられる無線通信部、及び感知データを無線通信のためのデータに変換して出力する貯蔵制御部２４０を含むことができる。水素移動装置２００は、レセプタクル２１０と水素供給部３３０との間に連結され、水素タンク１１０に水素タンクバルブ１３０を介して水素を供給する充填ノズル２２０をさらに含むことができる。ここで、無線通信部は、車両に水素が注入されるレセプタクル２１０の一側に設けられた貯蔵制御部２４０の他側に設けられる送信機（一例として、ＩＲ送信機）２５０、及び一側がＩＲ送信機２５０と連結され、他側が充填機制御部３１０と連結される受信機（一例として、ＩＲ受信機）２６０を含むことができる。
水素充填機３００は、水素タンク１１０内の圧力及び温度を含めた感知データを受信する充填機制御部３１０、及び感知データに基づいて水素タンク１１０内に水素を供給する水素供給部３３０を含むことができる。充填機制御部３１０は、無線通信部及び水素供給部３３０からデータを受信して水素供給部３３０内の実時間圧力上昇率を算出し、算出された圧力上昇率を水素供給部３３０に返還することができる。
【0014】
図１及び図２を参照すると、ＣＨＳＳ１００は水素充填機３００から、実時間対応水素充填制御によって水素を受けていることが分かる。実時間対応水素充填制御のために、ＣＨＳＳ１００の送信部（図示せず）は、水素移動装置２００及び／または水素充填機３００に無線通信などによって情報を伝送するために備えられる。ＣＨＳＳ１００の送信部送信部（図示せず）は、水素移動装置２００及び／または水素充填機３００に無線通信などによって情報を伝送するために備えられる。ＣＨＳＳ１００の送信部は、初期に水素タンク１１０の温度、水素タンク１１０の圧力及び充填率（ＳＯＣ）についての情報を無線通信などによって水素移動装置２００に伝送することができる。水素タンク１１０は、水素タンク圧力が前記予め設定した圧力より小さいと、前記水素充填機における所定の熱力学モデルを用いることなしに、予め設定された固定圧力上昇率に基づいて決定された第１固定圧力上昇率で前記水素充填機から供給された水素を貯蔵する。これと違い、水素タンク１１０は、水素タンク圧力が前記予め設定した圧力より小さくないと、前記水素充填機で初期圧力上昇率として設定された第２圧力上昇率が増加、減少または維持された状態によって、前記水素充填機から供給された水素を貯蔵することができる。
水素タンクバルブ１３０は、水素タンク１１０の温度及び前記水素タンク１１０の圧力を測定するように構成できる。また、ＣＨＳＳ１００の送信部は、水素タンク１１０の個数及び水素タンク１１０の体積についての情報を無線通信などによって水素移動装置２００に伝送して、水素充填機３００に伝達することができる。
水素タンクバルブ１３０は、水素タンク１１０の温度及び前記水素タンク１１０の圧力を測定するように構成できる。また、ＣＨＳＳ１００の送信部は、水素タンク１１０の個数及び水素タンク１１０の体積についての情報を無線通信などによって水素移動装置２００に伝送して、水素充填機３００に伝達することができる。
【0015】
以下、上述した図１及び図２の実時間通信基盤水素安全充填システムの構成による動作過程を図３～図７に基づいて詳細に説明する。ただ、実施例は本発明の多様な実施例のうちの一つであるだけで、これに限定されないというのは明らかであると言える。
図３は本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填方法を説明するための例示的なフローチャートである。
図３を参照すると、本発明の一実施例による実時間対応水素安全充填システムは、水素を充填するうちに、ＣＨＳＳ１００が無線通信を介して水素充填機３００に伝送する水素タンクの構造的情報及び熱力学的情報を反映することで、水素をより安全でありながらも早く充填することができるようにする。このために、ＣＨＳＳ１００で水素タンク１１０内の水素の圧力及び温度を実時間で測定し、水素充填機３００に無線通信を介して実時間で伝送し、水素充填機３００はＣＨＳＳ１００から実時間で測定した水素タンク圧力及び温度を受信して最適の圧力上昇率を計算し、計算された最適の圧力上昇率で水素充填を実行することができるようにする。よって、水素タンク１１０内の水素の圧力、温度及び充填流量が設定の臨界値を外れない範囲内で、充填時間が最小化することができるようにする。
図３は本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填方法を説明するための例示的なフローチャートである。
図３を参照すると、本発明の一実施例による実時間対応水素安全充填システムは、水素を充填するうちに、ＣＨＳＳ１００が無線通信を介して水素充填機３００に伝送する水素タンクの構造的情報及び熱力学的情報を反映することで、水素をより安全でありながらも早く充填することができるようにする。このために、ＣＨＳＳ１００で水素タンク１１０内の水素の圧力及び温度を実時間で測定し、水素充填機３００に無線通信を介して実時間で伝送し、水素充填機３００はＣＨＳＳ１００から実時間で測定した水素タンク圧力及び温度を受信して最適の圧力上昇率を計算し、計算された最適の圧力上昇率で水素充填を実行することができるようにする。よって、水素タンク１１０内の水素の圧力、温度及び充填流量が設定の臨界値を外れない範囲内で、充填時間が最小化することができるようにする。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）及び実際ケースについての具体的事項は図５を参照して詳細に説明する。手短に説明すると、ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）とは、充填終了時点でＣＨＳＳタンク内のガス温度が最高になる充填条件（ＳＡＥ Ｊ２６０１で規定しているホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）と同一）を言う。すなわち、ＳＡＥ Ｊ２６０１で規定しているように、ＣＨＳＳタンクの温度が８５℃になるようにする充填ラインの内径値（ｄＦＬ）を基準充填ラインの内径（ｄＦＬ、ｒｅｆ）と定義する。ホットケース条件（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）（△Ｐが３５ＭＰａ）で計算した充填ラインの圧力損失係数をＫＦＬ、ｒｅｆと定義し、基準圧力損失係数という。ここで、ＤＦＬＥ＝ＤＦＬ、ＤＦＬＥ、ｒｅｆ＝ＤＦＬ、ｒｅｆ、Ｋｌｉｎｅ＝ＫＦＬと見なすことができる。
充填機制御部３１０は、ＣＨＳＳ１００内の水素タンク１１０及び水素充填機３００の水素供給部３３０から初期状態値を獲得（または収集）することができる。ここで、初期状態値は、水素タンク１１０の構造的変数値、水素移動装置２００の構造的変数値、水素充填機３００が供給するガスの初期熱力学的変数値、水素タンク１１０内の水素の熱力学的変数値を含むことができる。
そして、水素タンク１１０の構造的変数値は、水素タンク１１０の個数（Ｎｔａｎｋ）及び水素タンク１１０の体積（Ｖｔａｎｋ）を含むことができる。ここで、一つのＣＨＳＳ１００に装着された水素タンク１１０の構造的変数値はすべて同一であると仮定する。すなわち、ＣＨＳＳ１００に含まれたすべての水素タンク１１０の個数及び体積は標準化して規格が同一であると仮定する。充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の個数（Ｎｔａｎｋ）及び水素タンク１１０の体積（Ｖｔａｎｋ）値についての情報をＩＲ受信機２６０を介して受信することで獲得することができる（Ｓ３０５０）。水素タンクの個数及び体積についての情報はＣＨＳＳ１００の固有値であるので、充填開始の前に１回受信すれば十分であり得る（Ｓ３０５０）。
充填機制御部３１０は、ＣＨＳＳ１００内の水素タンク１１０及び水素充填機３００の水素供給部３３０から初期状態値を獲得（または収集）することができる。ここで、初期状態値は、水素タンク１１０の構造的変数値、水素移動装置２００の構造的変数値、水素充填機３００が供給するガスの初期熱力学的変数値、水素タンク１１０内の水素の熱力学的変数値を含むことができる。
そして、水素タンク１１０の構造的変数値は、水素タンク１１０の個数（Ｎｔａｎｋ）及び水素タンク１１０の体積（Ｖｔａｎｋ）を含むことができる。ここで、一つのＣＨＳＳ１００に装着された水素タンク１１０の構造的変数値はすべて同一であると仮定する。すなわち、ＣＨＳＳ１００に含まれたすべての水素タンク１１０の個数及び体積は標準化して規格が同一であると仮定する。充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の個数（Ｎｔａｎｋ）及び水素タンク１１０の体積（Ｖｔａｎｋ）値についての情報をＩＲ受信機２６０を介して受信することで獲得することができる（Ｓ３０５０）。水素タンクの個数及び体積についての情報はＣＨＳＳ１００の固有値であるので、充填開始の前に１回受信すれば十分であり得る（Ｓ３０５０）。
【0020】
水素移動装置２００の構造的変数値は、水素供給部３３０で測定される水素移動装置２００の圧力損失係数（Ｋｌｉｎｅ）を含むことができる。この値も水素移動装置２００、すなわち充填ラインまたは水素充填ラインと呼ばれる水素移動装置２００の固有値であるので、充填を開始する前に一度だけ受信すれば良い。ただ、圧力損失係数（Ｋｌｉｎｅ）が水素移動装置２００の固有値であるが、ＣＨＳＳ１００の種類によって変わることができるので、水素移動装置２００全体の圧力損失係数（Ｋｌｉｎｅ）もＣＨＳＳ１００の種類によって変わることができる。この値は、新しいＣＨＳＳ１００に充填し始める前、水素移動装置２００に対する漏洩点検を行うときに求めた圧力損失値（△Ｐｌｉｎｅ）及び水素移動装置２００内の水素密度値（ρｌｉｎｅ）を以下の数式１に代入して求めることができる。
実際の充填ラインは内径（ｉｎｎｅｒ－ｄｉａｍｅｔｅｒ）の小さいチューブ（ｔｕｂｅ）と多数の構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）とから構成されているので、圧縮水素充填の際にかなり大きな圧力損失（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ）が発生する。この圧力損失の計算式の一例として次の数式１のように示すことができる。
実際の充填ラインは内径（ｉｎｎｅｒ－ｄｉａｍｅｔｅｒ）の小さいチューブ（ｔｕｂｅ）と多数の構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）とから構成されているので、圧縮水素充填の際にかなり大きな圧力損失（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ）が発生する。この圧力損失の計算式の一例として次の数式１のように示すことができる。
【数3】
【0021】
【0022】
【数4】
水素充填機３００が供給するガス（水素ガス）の初期熱力学的変数値は、水素充填機３００が供給する水素の圧力（Ｐｂａ）、温度（Ｔｂａ）及び水素充填機３００の周辺で測定した大気温度（Ｔａｍｂ）を含むことができる。水素充填機３００が供給する水素の圧力（Ｐｂａ）、温度（Ｔｂａ）及び水素充填機３００の周辺で測定した大気温度（Ｔａｍｂ）は動的（ｄｙｎａｍｉｃ）パラメーターであるので、充填機制御部３１０は、水素供給部３３０から水素充填機３００が供給する水素の圧力（Ｐｂａ）、温度（Ｔｂａ）及び水素充填機３００の周辺で測定した大気温度（Ｔａｍｂ）についての情報を実時間で受信することができる（Ｓ３１００）。すなわち、水素供給部３３０から水素充填機３００が供給する水素の圧力（Ｐｂａ）、温度（Ｔｂａ）及び水素充填機３００の周辺で測定した大気温度（Ｔａｍｂ）は所定の周期でアップデートすることができる。
水素タンク１１０内の水素の熱力学的変数値は、ＣＨＳＳ１００での温度センサー（図示せず）及び圧力センサー（図示せず）から収集される水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）、及び水素充填率（ＳＯＣ）を含むことができる（Ｓ３１５０）。水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）、水素充填率（ＳＯＣ）は動的（ｄｙｎａｍｉｃ）パラメーターであるので、充填機制御部３１０はＩＲ受信機２６０から水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）、及び水素充填率（ＳＯＣ）を実時間で受信することができる。ここで、実時間で受信するというのは所定の周期（例えば、２秒）で受信することを含むことができる。充填機制御部３１０は、受信された水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）に基づいて水素充填率（ＳＯＣ）を算出することができる。すなわち、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）は所定の周期でアップデートすることができ、その結果、水素充填率（ＳＯＣ）も所定の周期でアップデートすることができる。
【0023】
充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）及び水素充填率（ＳＯＣ）のうちの少なくとも一つが（または一つ以上が）それぞれの予め設定された値以上であるかを決定することができる（Ｓ３２００）。
ここで、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）及び水素充填率（ＳＯＣ）のうちの少なくとも一つが予め設定された値以上の場合には、充填を終了する。これと違い、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）及び水素充填率（ＳＯＣ）がすべて予め設定された値未満の場合には、充填機制御部３１０は所要時間（Ｎ２－Ｎ１）をチェックする。このために、まず充填機制御部３１０は現在時刻（Ｎ２）をチェックする（Ｓ３２１０）。充填機制御部３１０は、現在時刻（Ｎ２）から充填初期時刻（Ｎ１）までの所要時間を計算し、計算された所要時間が予め設定した値（または時間）より大きいかを決定する（Ｓ３２２０）。仮に、計算された所要時間が予め設定した値（または時間）より大きいと、十分な時間がかかったものではないので、充填機制御部３１０は再びＳ３１００段階に復帰してプロセスを実行する。
Ｓ３１００段階に復帰すると、充填機制御部３１０は、実時間で、水素供給部３３０から水素充填機３００が供給する水素の圧力（Ｐｂａ）、温度（Ｔｂａ）及び水素充填機３００の周辺で測定した大気温度（Ｔａｍｂ）のうちの一つ以上についての情報を受信して以後のプロセスを実行することができる。
ここで、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）及び水素充填率（ＳＯＣ）のうちの少なくとも一つが予め設定された値以上の場合には、充填を終了する。これと違い、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）、温度（Ｔｔａｎｋ）及び水素充填率（ＳＯＣ）がすべて予め設定された値未満の場合には、充填機制御部３１０は所要時間（Ｎ２－Ｎ１）をチェックする。このために、まず充填機制御部３１０は現在時刻（Ｎ２）をチェックする（Ｓ３２１０）。充填機制御部３１０は、現在時刻（Ｎ２）から充填初期時刻（Ｎ１）までの所要時間を計算し、計算された所要時間が予め設定した値（または時間）より大きいかを決定する（Ｓ３２２０）。仮に、計算された所要時間が予め設定した値（または時間）より大きいと、十分な時間がかかったものではないので、充填機制御部３１０は再びＳ３１００段階に復帰してプロセスを実行する。
Ｓ３１００段階に復帰すると、充填機制御部３１０は、実時間で、水素供給部３３０から水素充填機３００が供給する水素の圧力（Ｐｂａ）、温度（Ｔｂａ）及び水素充填機３００の周辺で測定した大気温度（Ｔａｍｂ）のうちの一つ以上についての情報を受信して以後のプロセスを実行することができる。
【0024】
上述したように、ＣＨＳＳ１００の水素タンクバルブ１３０は、実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率についての情報を水素移動装置２００に伝送または伝達する。水素充填機３００は、実時間水素タンク温度、実時間水素タンク圧力及び実時間水素タンク充填率についての情報と前記実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されるために算出された充填ラインの内径値とが適用される、実時間水素充填のための所定の熱力学モデルから圧力上昇率を算出し、水素タンク１１０は算出された圧力上昇率によって水素充填機３００から供給される水素を充填及び貯蔵することができる。ここで、前記実際ケースに適用される前記充填ラインの内径値は、前記算出された圧力損失係数値、基準ケースに対して予め設定された基準圧力損失係数値、及び前記基準ケースに対して予め設定された基準充填ラインの内径値に基づいて算出されたものである。
一方、計算された所要時間（Ｎ２－Ｎ１）が予め設定した値（または時間）より大きいと、充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定した圧力（例えば、５．１ＭＰａ、２ＭＰａなど）より小さいかを判断する（Ｓ３２３０）。ここで、予め設定された圧力とは、本発明による熱力学的モデルの駆動安全性に関連した圧力である。具体的には、予め設定された圧力とは、ＣＨＳＳ１００の水素タンク１１０のその値があまりにも高ければ熱力学的モデル駆動の安全性が喪失される特性と、その値があまりにも低ければ充填速度が低くなる特性とを全部考慮し、反復的シミュレーションによって選定した値（絶対圧力（Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の場合は２ＭＰａまたは５ＭＰａと、ゲージ圧力（ｇａｕｇｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の場合には２．１ＭＰａまたは５．１ＭＰａ）と定義することができる。ここで、絶対圧力とは完全真空を基準に測定した圧力であり、ゲージ圧力（または計器圧力）とは大気圧を基準に測定した圧力を意味する。水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定した圧力（例えば、絶対圧力の場合は２ＭＰａまたは５ＭＰａ、ゲージ圧力の場合には２．１ＭＰａまたは５．１ＭＰａ）より小さいかに基づいて、充填機制御部３１０が水素充填のために所定の熱力学的モデルに適用するか否かを決定する（Ｓ３２３０）。すなわち、充填機制御部３１０は、実時間対応水素充填のための所定の熱力学モデル（例えば、ＳＴＭ）を用いるか否かを、獲得した水素タンク圧力が前記予め設定した圧力より小さいかによって決定する（Ｓ３２３０）。
一方、計算された所要時間（Ｎ２－Ｎ１）が予め設定した値（または時間）より大きいと、充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定した圧力（例えば、５．１ＭＰａ、２ＭＰａなど）より小さいかを判断する（Ｓ３２３０）。ここで、予め設定された圧力とは、本発明による熱力学的モデルの駆動安全性に関連した圧力である。具体的には、予め設定された圧力とは、ＣＨＳＳ１００の水素タンク１１０のその値があまりにも高ければ熱力学的モデル駆動の安全性が喪失される特性と、その値があまりにも低ければ充填速度が低くなる特性とを全部考慮し、反復的シミュレーションによって選定した値（絶対圧力（Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の場合は２ＭＰａまたは５ＭＰａと、ゲージ圧力（ｇａｕｇｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の場合には２．１ＭＰａまたは５．１ＭＰａ）と定義することができる。ここで、絶対圧力とは完全真空を基準に測定した圧力であり、ゲージ圧力（または計器圧力）とは大気圧を基準に測定した圧力を意味する。水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定した圧力（例えば、絶対圧力の場合は２ＭＰａまたは５ＭＰａ、ゲージ圧力の場合には２．１ＭＰａまたは５．１ＭＰａ）より小さいかに基づいて、充填機制御部３１０が水素充填のために所定の熱力学的モデルに適用するか否かを決定する（Ｓ３２３０）。すなわち、充填機制御部３１０は、実時間対応水素充填のための所定の熱力学モデル（例えば、ＳＴＭ）を用いるか否かを、獲得した水素タンク圧力が前記予め設定した圧力より小さいかによって決定する（Ｓ３２３０）。
【0025】
水素タンク１１０内の圧力が予め設定された圧力より低い場合には、固定圧力上昇率（ｐｒｒｆｉｘｅｄ）を用いて新しい圧力上昇率を算出して適用することができる。水素タンク１１０内の圧力が予め設定された圧力より低い状態の場合には、水素充填の進行に伴って水素タンク１１０内のガス圧力が急激に上昇する特性がある。水素タンク１１０内の温度が急激に上昇して温度制御が難しいだけでなく、新しい最適圧力上昇率（ｐｒｒｎｅｗ）を探索するのに時間があまりにも多くかかるかまたは探索に失敗する可能性があるから、実時間通信基盤水素充填プロトコルの作動性が急激に落ちる問題が発生する。多くの研究を繰り返えして実時間通信基盤水素充填プロトコルでシンプル熱力学的モデルによってｐｒｒを算出するかあるいは固定ｐｒｒとして選択して適用するかに対する基準になる予め設定された圧力としては５．１ＭＰａ、２ＭＰａなどがあり、２ＭＰａがより好ましい。ここで、予め設定された圧力の例示として、５．１ＭＰａ、２ＭＰａを挙げた。
水素タンク１１０内のガス圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定された圧力より低い場合、固定圧力上昇率（ｐｒｒｆｉｘｅｄ）を適用することはこのような問題を解決するためのものである。ここで、予め設定された圧力（例えば、水素タンクの初期下限圧力）は５．１ＭＰａ（絶対圧力）とすることができる。ここで、水素タンク１１０内の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定された圧力（例えば、５．１ＭＰａ）より低い場合であって水素タンク１１０の数が１より大きい場合には、固定圧力上昇率（ｐｒｒｆｉｘｅｄ）を水素タンク１１０の個数（Ｎｔａｎｋ）で割った値を適用することができる（Ｓ３２４０）。これは水素タンク１１０が水素充填ラインに並列に連結されることを考慮したものである。ここで、固定圧力上昇率（ｐｒｒｆｉｘｅｄ）としては、一例としてＳＡＥ Ｊ２６０１のルックアップテーブル基盤充填プロトコルの非通信充填用平均圧力上昇率（ＡＰＲＲ）またはこれと同等以上の方法で導出した圧力上昇率を使用することができる。充填機制御部３１０は、水素タンク圧力が予め設定した圧力より小さければ、所定の熱力学モデル（例えば、ＳＴＭ）を用いることなしに、予め設定された固定圧力上昇率（ｐｒｅｆｉｘｅｄ）に基づいて新しい圧力上昇率を決定し、この決定された新しい圧力上昇率を水素充填に適用することができる。そして、充填機制御部３１０は決定された新しい圧力上昇率についての情報を水素供給部３３０に伝達し（Ｓ３７６０）、水素供給部３３０は決定された新しい圧力上昇率によって水素を供給することができる。
水素タンク１１０内のガス圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定された圧力より低い場合、固定圧力上昇率（ｐｒｒｆｉｘｅｄ）を適用することはこのような問題を解決するためのものである。ここで、予め設定された圧力（例えば、水素タンクの初期下限圧力）は５．１ＭＰａ（絶対圧力）とすることができる。ここで、水素タンク１１０内の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定された圧力（例えば、５．１ＭＰａ）より低い場合であって水素タンク１１０の数が１より大きい場合には、固定圧力上昇率（ｐｒｒｆｉｘｅｄ）を水素タンク１１０の個数（Ｎｔａｎｋ）で割った値を適用することができる（Ｓ３２４０）。これは水素タンク１１０が水素充填ラインに並列に連結されることを考慮したものである。ここで、固定圧力上昇率（ｐｒｒｆｉｘｅｄ）としては、一例としてＳＡＥ Ｊ２６０１のルックアップテーブル基盤充填プロトコルの非通信充填用平均圧力上昇率（ＡＰＲＲ）またはこれと同等以上の方法で導出した圧力上昇率を使用することができる。充填機制御部３１０は、水素タンク圧力が予め設定した圧力より小さければ、所定の熱力学モデル（例えば、ＳＴＭ）を用いることなしに、予め設定された固定圧力上昇率（ｐｒｅｆｉｘｅｄ）に基づいて新しい圧力上昇率を決定し、この決定された新しい圧力上昇率を水素充填に適用することができる。そして、充填機制御部３１０は決定された新しい圧力上昇率についての情報を水素供給部３３０に伝達し（Ｓ３７６０）、水素供給部３３０は決定された新しい圧力上昇率によって水素を供給することができる。
【0026】
上述したように、充填機制御部３１０は、Ｓ３２４０段階で算出された新しい圧力上昇率を水素供給部３３０に伝達し、水素充填機３００でこの新しい圧力上昇率で水素充填を実行するように制御する。この場合は、シンプル熱力学的モデルを適用しない。よって、上述したように、前記予め設定した圧力より水素タンク１1０の圧力が小さい場合には水素タンク１1０の温度が急激に上昇するから精密な制御が難しくなるなどの問題があるので、固定圧力上昇率を適用して安全で精密に制御しながら水素充填時間も縮めることができる。水素供給部３３０は、伝達された圧力上昇率によって充填ラインを介して水素を供給することができる。
充填機制御部３１０は、新しい圧力上昇率（ｐｒｒｎｅｗ）を算出した後、充填初期時刻Ｎ１値を０でない現在時刻に設定した後（Ｓ３７８０）、Ｓ３１００段階に復帰してプロセスを実行する。そして、充填機制御部３１０は、算出された新しい圧力上昇率（ｐｒｒｎｅｗ）についての情報を水素供給部３３０に伝達することができる（Ｓ３７６０）。
水素タンク１１０内の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定された圧力より小さくない場合には、Ｓ３０１０段階で設定したｐｒｒｋ＝１を所定のｐｒｒ値の一例としてｐｒｒｎｅｗ（＝２０ＭＰａ／ｍｉｎ）に設定することができる（Ｓ３２５０）。すなわち、充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定した圧力より小さくないと、初期圧力上昇率として設定された圧力上昇率（図３では、ｐｒｒｎｅｗ＝２０ＭＰａ／ｍｉｎ）をＳＴＭに適用した後、水素充填に適用することができる。
充填機制御部３１０は、新しい圧力上昇率（ｐｒｒｎｅｗ）を算出した後、充填初期時刻Ｎ１値を０でない現在時刻に設定した後（Ｓ３７８０）、Ｓ３１００段階に復帰してプロセスを実行する。そして、充填機制御部３１０は、算出された新しい圧力上昇率（ｐｒｒｎｅｗ）についての情報を水素供給部３３０に伝達することができる（Ｓ３７６０）。
水素タンク１１０内の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定された圧力より小さくない場合には、Ｓ３０１０段階で設定したｐｒｒｋ＝１を所定のｐｒｒ値の一例としてｐｒｒｎｅｗ（＝２０ＭＰａ／ｍｉｎ）に設定することができる（Ｓ３２５０）。すなわち、充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔａｎｋ）が予め設定した圧力より小さくないと、初期圧力上昇率として設定された圧力上昇率（図３では、ｐｒｒｎｅｗ＝２０ＭＰａ／ｍｉｎ）をＳＴＭに適用した後、水素充填に適用することができる。
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
Ｓ３１００段階に復帰すると、充填機制御部３１０は、実時間で水素供給部３３０から水素充填機３００が供給する水素の圧力（Ｐｂａ）、温度（Ｔｂａ）及び水素充填機３００の周辺で測定した大気温度（Ｔａｍｂ）についての情報を受信し、以後のプロセスを実行することができる。
前記差値のうちのいずれか一つが予め保存されたそれぞれの設定値以下になるときの圧力上昇率を最適圧力上昇率と設定することができる。ここで、予め保存されたそれぞれの設定値は収容可能な程度の小さな値であり、研究結果に基づいて設定することができる。
前記差値のうちのいずれか一つが予め保存されたそれぞれの設定値以下になるときの圧力上昇率を最適圧力上昇率と設定することができる。ここで、予め保存されたそれぞれの設定値は収容可能な程度の小さな値であり、研究結果に基づいて設定することができる。
【0031】
【0032】
本発明の一実施例による水素充填複製で使用する熱力学的モデルは、水素移動装置２００での熱伝逹を反映していない。よって、水素タンク１１０内の水素の温度計算結果に誤差が発生する。ただ、水素充填中に現在状態の水素タンク１１０内の圧力及び温度に基づいて水素充填複製を実行するので、複製の時間が十分に短いと誤差は減少することができる。よって、水素充填が終了するまで、その直前まで充填残余時間の間に水素充填複製を繰り返すことができる。
図３で上述した段階（Ｓ３０１０～Ｓ３７８０）の間の順序は例示であるだけで、これに限定されない。すなわち、上述した段階（Ｓ３０１０～Ｓ３７８０）の間の順序は互いに変わることができ、このうちの一部の段階は同時に実行するかまたは削除することもできる。
図３で上述した段階（Ｓ３０１０～Ｓ３７８０）の間の順序は例示であるだけで、これに限定されない。すなわち、上述した段階（Ｓ３０１０～Ｓ３７８０）の間の順序は互いに変わることができ、このうちの一部の段階は同時に実行するかまたは削除することもできる。
【0033】
まず、シンプル熱力学的モデルの基本構造及び定義、仮定について手短に説明する。
図４は本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填プロトコルで適用するシンプル熱力学的モデル（Ｓｉｍｐｌｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅ、ＳＴＭ）における仮定及び定義を説明するための例示図である。
実時間通信基盤水素充填プロトコル（Ｒｅａｌ ｔｉｍｅ Ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ－Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｕｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＲＴＰ－ＨＦＰ）におけるシンプル熱力学的モデルでは、２個の仮定及び３個の定義を使用する。２個の仮定を導入した理由は、水素充填機で充填対象ＣＨＳＳの形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を把握することが不可能であるという問題点を克服し、モデルを単純化することで、計算の速度を高めるためである。
仮定１：充填ラインは直線形（ｓｔｒａｉｇｈｔ）であり、内径値が一様な単一のチューブ（ｔｕｂｅ）である。ｄＦＬは内径値である。このチューブ（ｔｕｂｅ）の圧力損失係数（ＫＦＬ）計算式はその内径（ｉｎｎｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ）のみを関数とする（ＫＦＬ＝ｆ（ｄＦＬ））。すなわち、ｄＦＬを除き、すべての圧力損失因子（ｆａｃｔｏｒｓ）を無視する。これは、ＳＡＥ Ｊ２６１０（２０２０）でホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）充填ラインの圧力損失を３５ＭＰａと見なして圧力損失係数（ＫＦＬ）を計算するようにしたことと類似した概念であると言える。ＫＦＬ＝ｆ（ｄＦＬ）である。
仮定２：充填ラインの壁とその内部を流れるガスとの間には熱交換が起こらない。
そして、基準状態（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｔａｔｅ）（ＳＴＭがＳＡＥ Ｊ２６１０（２０２０）で使用された熱力学的モデルと同等な充填工程複製機能を有するようにするために、ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）の変数をＳＴＭに適用してフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）した状態）のＳＴＭを実際状態（Ｒｅａｌ ｓｔａｔｅ）（フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）されたＳＴＭのホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）の変数に実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）の変数を代入して実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）を複製することができるようにした状態）のＳＴＭに変換するのに使用するために３個の定義を導入した。
図４は本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填プロトコルで適用するシンプル熱力学的モデル（Ｓｉｍｐｌｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅ、ＳＴＭ）における仮定及び定義を説明するための例示図である。
実時間通信基盤水素充填プロトコル（Ｒｅａｌ ｔｉｍｅ Ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ－Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｕｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＲＴＰ－ＨＦＰ）におけるシンプル熱力学的モデルでは、２個の仮定及び３個の定義を使用する。２個の仮定を導入した理由は、水素充填機で充填対象ＣＨＳＳの形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を把握することが不可能であるという問題点を克服し、モデルを単純化することで、計算の速度を高めるためである。
仮定１：充填ラインは直線形（ｓｔｒａｉｇｈｔ）であり、内径値が一様な単一のチューブ（ｔｕｂｅ）である。ｄＦＬは内径値である。このチューブ（ｔｕｂｅ）の圧力損失係数（ＫＦＬ）計算式はその内径（ｉｎｎｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ）のみを関数とする（ＫＦＬ＝ｆ（ｄＦＬ））。すなわち、ｄＦＬを除き、すべての圧力損失因子（ｆａｃｔｏｒｓ）を無視する。これは、ＳＡＥ Ｊ２６１０（２０２０）でホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）充填ラインの圧力損失を３５ＭＰａと見なして圧力損失係数（ＫＦＬ）を計算するようにしたことと類似した概念であると言える。ＫＦＬ＝ｆ（ｄＦＬ）である。
仮定２：充填ラインの壁とその内部を流れるガスとの間には熱交換が起こらない。
そして、基準状態（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｔａｔｅ）（ＳＴＭがＳＡＥ Ｊ２６１０（２０２０）で使用された熱力学的モデルと同等な充填工程複製機能を有するようにするために、ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）の変数をＳＴＭに適用してフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）した状態）のＳＴＭを実際状態（Ｒｅａｌ ｓｔａｔｅ）（フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）されたＳＴＭのホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）の変数に実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）の変数を代入して実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）を複製することができるようにした状態）のＳＴＭに変換するのに使用するために３個の定義を導入した。
【0034】
定義１：ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）とは、充填終了時点でＣＨＳＳタンク内のガスの温度が最高になる充填条件（ＳＡＥ Ｊ２６０１で規定しているホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）と同一）を言う。
定義２：仮定１による充填ラインの内径をｄＦＬとし、ＳＡＥ Ｊ２６０１のＴＢ－ＨＦＰに適用するＡＰＲＲをＳＴＭに適用するとき、ＣＨＳＳタンクの温度が８５℃になるようにする充填ラインの内径値ｄＦＬを基準充填ラインの内径値（ｄＦＬ、ｒｅｆ）と定義する。
定義３：仮定１による充填ラインの圧力損失係数をＫＦＬとし、ホットケース条件（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）（△Ｐが３５ＭＰａ）で計算した充填ラインの圧力損失係数をＫＦＬ、ｒｅｆと定義し、基準圧力損失係数という。
仮定１及び定義１によるｄＦＬは充填システムの熱力学的特性を比例的に複製することができるようにするために導入した仮想の充填ラインの内径である。図４に関連した数式３で示すように、ＲＴＲ－ＨＦＰでｄＦＬは基準状態（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｔａｔｅ）のＳＴＭを実際状態（Ｒｅａｌ ｓｔａｔｅ）のＳＴＭに変換する媒介変数の役割を果たす。
しかし、ＲＴＲ－ＨＦＰでは、ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）条件でｄＦＬ、ｒｅｆ及びＫＦＬ、ｒｅｆを設定し、実際状態（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）条件で圧力上昇率（ｐｒｒ）を計算する。ＲＴＲ－ＨＦＰでは実時間充填工程パラメーター（特に、Ｔｔｋ、水素タンク温度）を制御に活用するので、これが可能である。ＲＴＲ－ＨＦＰのこのような構造は充填プロトコルの効率性を高めることができる基盤になる。
ＲＴＲ－ＨＦＰでは、ｄＦＬ、ｒｅｆ設定のためにＴＢ－ＨＦＰで使用するルックアップテーブルを用いる。ＴＢ－ＨＦＰに適用されるＳＡＥ Ｊ２６０１のルックアップテーブルは、タンク容量別（２、４、７、１０ｋｇ）、供給ガス温度別（Ｔ２０、Ｔ３０、Ｔ４０）及び外気温度別（－４０～＋５０℃）に備えられている。このＴＢ－ＨＦＰのルックアップテーブルを用いた理由は次の通りである。
定義２：仮定１による充填ラインの内径をｄＦＬとし、ＳＡＥ Ｊ２６０１のＴＢ－ＨＦＰに適用するＡＰＲＲをＳＴＭに適用するとき、ＣＨＳＳタンクの温度が８５℃になるようにする充填ラインの内径値ｄＦＬを基準充填ラインの内径値（ｄＦＬ、ｒｅｆ）と定義する。
定義３：仮定１による充填ラインの圧力損失係数をＫＦＬとし、ホットケース条件（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）（△Ｐが３５ＭＰａ）で計算した充填ラインの圧力損失係数をＫＦＬ、ｒｅｆと定義し、基準圧力損失係数という。
仮定１及び定義１によるｄＦＬは充填システムの熱力学的特性を比例的に複製することができるようにするために導入した仮想の充填ラインの内径である。図４に関連した数式３で示すように、ＲＴＲ－ＨＦＰでｄＦＬは基準状態（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｔａｔｅ）のＳＴＭを実際状態（Ｒｅａｌ ｓｔａｔｅ）のＳＴＭに変換する媒介変数の役割を果たす。
しかし、ＲＴＲ－ＨＦＰでは、ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）条件でｄＦＬ、ｒｅｆ及びＫＦＬ、ｒｅｆを設定し、実際状態（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）条件で圧力上昇率（ｐｒｒ）を計算する。ＲＴＲ－ＨＦＰでは実時間充填工程パラメーター（特に、Ｔｔｋ、水素タンク温度）を制御に活用するので、これが可能である。ＲＴＲ－ＨＦＰのこのような構造は充填プロトコルの効率性を高めることができる基盤になる。
ＲＴＲ－ＨＦＰでは、ｄＦＬ、ｒｅｆ設定のためにＴＢ－ＨＦＰで使用するルックアップテーブルを用いる。ＴＢ－ＨＦＰに適用されるＳＡＥ Ｊ２６０１のルックアップテーブルは、タンク容量別（２、４、７、１０ｋｇ）、供給ガス温度別（Ｔ２０、Ｔ３０、Ｔ４０）及び外気温度別（－４０～＋５０℃）に備えられている。このＴＢ－ＨＦＰのルックアップテーブルを用いた理由は次の通りである。
【0035】
１．ＳＡＥ Ｊ２６０１開発に使用された公信力高いｒｉｇｏｒｏｕｓ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌを間接的に活用することができる。
２．タンク容量別、供給ガス温度別及び外気温度別に完全なテーブルが提供されているので、充填工程の全体領域をカバーすることができるｄＦＬ、ｒｅｆの導出が可能である。
３．ＲＴＲ－ＨＦＰ及びＳＡＥ Ｊ２６０１のテーブル基盤（ｔａｂｌｅ－ｂａｓｅｄ）の ＨＦＰ（ＴＢ－ＨＦＰ）とＭＣ ｆｏｒｍｕｌａ－ｂａｓｅｄ ＨＦＰ（ＭＣ－ＨＦＰ）との間に互換性確保が容易である。
ｄＦＬ、ｒｅｆは、ＴＢ－ＨＦＰのルックアップテーブル種類のように、タンク容量別及び外気温度別に設定する。供給ガス温度によってもｄＦＬ、ｒｅｆが変わるが、その差が大きくなく、保守的な結果に帰結して安全には問題がないので、設定対象から除くことができる。ｄＦＬ、ｒｅｆを求める方式はＴＢ－ＨＦＰでＡＰＲＲを求める方式と類似している。ＳＡＥ Ｊ２６０１では充填プロトコルの開発に適用された熱力学的モデルで反復的な充填工程複製を実施して、充填終了時点での水素タンク温度及びＳＯＣがそれぞれ８５℃及び９５％になるようにＡＰＲＲを設定する。ＴＢ－ＨＦＰルックアップテーブルのデータ（外気温度及びＡＰＲＲなど）を用いてＲＴＲ－ＨＦＰ用ＳＴＭで反復的な充填工程複製を実施して、充填終了時点での水素タンク温度及びＳＯＣがそれぞれ８５℃及び９５％になるようにＡＰＲＲを設定する。ＳＴＭに特定の充填条件でのＡＰＲＲ及び任意のｄＦＬ値を入力した後、充填工程複製によって導出した水素タンク温度が８５℃より高いと、より大きいｄＦＬ値を入力して再び複製し、８５℃より小さいと、より小さいｄＦＬ値を入力して再び複製する方式でｄＦＬ値を設定したものである。このような方式で設定したｄＦＬ値の例を次の表２に示した。表２は水素タンク容量によるｄＦＬ、ｒｅｆ値を例示している。
２．タンク容量別、供給ガス温度別及び外気温度別に完全なテーブルが提供されているので、充填工程の全体領域をカバーすることができるｄＦＬ、ｒｅｆの導出が可能である。
３．ＲＴＲ－ＨＦＰ及びＳＡＥ Ｊ２６０１のテーブル基盤（ｔａｂｌｅ－ｂａｓｅｄ）の ＨＦＰ（ＴＢ－ＨＦＰ）とＭＣ ｆｏｒｍｕｌａ－ｂａｓｅｄ ＨＦＰ（ＭＣ－ＨＦＰ）との間に互換性確保が容易である。
ｄＦＬ、ｒｅｆは、ＴＢ－ＨＦＰのルックアップテーブル種類のように、タンク容量別及び外気温度別に設定する。供給ガス温度によってもｄＦＬ、ｒｅｆが変わるが、その差が大きくなく、保守的な結果に帰結して安全には問題がないので、設定対象から除くことができる。ｄＦＬ、ｒｅｆを求める方式はＴＢ－ＨＦＰでＡＰＲＲを求める方式と類似している。ＳＡＥ Ｊ２６０１では充填プロトコルの開発に適用された熱力学的モデルで反復的な充填工程複製を実施して、充填終了時点での水素タンク温度及びＳＯＣがそれぞれ８５℃及び９５％になるようにＡＰＲＲを設定する。ＴＢ－ＨＦＰルックアップテーブルのデータ（外気温度及びＡＰＲＲなど）を用いてＲＴＲ－ＨＦＰ用ＳＴＭで反復的な充填工程複製を実施して、充填終了時点での水素タンク温度及びＳＯＣがそれぞれ８５℃及び９５％になるようにＡＰＲＲを設定する。ＳＴＭに特定の充填条件でのＡＰＲＲ及び任意のｄＦＬ値を入力した後、充填工程複製によって導出した水素タンク温度が８５℃より高いと、より大きいｄＦＬ値を入力して再び複製し、８５℃より小さいと、より小さいｄＦＬ値を入力して再び複製する方式でｄＦＬ値を設定したものである。このような方式で設定したｄＦＬ値の例を次の表２に示した。表２は水素タンク容量によるｄＦＬ、ｒｅｆ値を例示している。
【表2】
【0036】
図５はホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）を実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）のＳＴＭに連結させる媒介変数を説明するための例示図である。
ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）を実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に連結するための式として、本発明では次の数式３を提案する。次の数式３によって実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に連結し、シンプル熱力学的モデルを適用すると、計算時間をかなり減らすことができる効果ある。表３の式及び初期圧力パルスステップで測定された△Ｐ値に基づいて数式３のような媒介変数式によって実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されることができる。
ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）を実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に連結するための式として、本発明では次の数式３を提案する。次の数式３によって実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に連結し、シンプル熱力学的モデルを適用すると、計算時間をかなり減らすことができる効果ある。表３の式及び初期圧力パルスステップで測定された△Ｐ値に基づいて数式３のような媒介変数式によって実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されることができる。
【表3】
【0037】
【数5】
ＳＴＭ（Ｓｉｍｐｌｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ）は、先に記述した仮定及び定義を適用して水素充填工程を複製することができるように設計されたＲＴＲ－ＨＦＰのエンジンである。ＲＴＲ－ＨＦＰでは、このモデルを用いて実時間で充填工程に適用する圧力上昇率（ＰＲＲ）を算出する。
ＳＴＭの基本機能は、水素タンク１１０に流入する圧縮水素の質量流量（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）とＣＨＳＳ１００内の圧縮水素の圧力及び温度値を計算することである。この機能を果たすために必要なものは、充填ラインの圧力損失計算式、充填ラインの質量流量（ｍａｓｓｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）計算式、ＣＨＳＳ１００に入るガスのエンタルピー計算式、ＣＨＳＳ１００内のガスの温度及び圧力計算式である。
前記数式３に基づいてホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）を実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に連結することができる。測定された△Ｐに基づいて実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）での圧力損失係数ＫＦＬを算出し、算出されたＫＦＬを前記３によって実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）でのｄＦＬを算出することができる。
【0038】
図５の右側に示した実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）の値を入力値として所定の熱力学的モデル（例えば、シンプル熱力学的モデル）に適用して出力値を算出する。ここで、算出される値には、実際水素タンク温度、及び実際ＳＯＣ値がある。
図５に示すように、ＳＴＭがホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）のパラメーターを入力すると、水素タンク１１０の温度（Ｔｔｋ）＝８５℃及びＳＯＣ９５％が算出され、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）のパラメーターを入力すると、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）の水素タンク１１０の温度（Ｔｔｋ）及びＳＯＣ９５％が算出される。ここで、問題は、ｄＦＬが仮想のパラメーターであるから、実際工程で測定が不可能であることである。それで、実測可能なパラメーターから仮想のパラメーター値であるｄＦＬ値を計算するように多数の仮定及び定義を設定したことがある。
前記仮定２に加えて、充填ラインでの摩擦による圧力損失を無視すると、充填ラインからタンクに入るエネルギー総量Ｅｔｉは次の数式４によって計算することができる。
このＥｔｉ式によると、Ｅｔｉは充填ラインの入口に入る水素ガスの温度及び圧力を関数とするｈｂａとガス流速を関数とするｖｂａ
２／２とによって求めることができる。これに前記仮定１を適用する場合、充填ラインの入口に入るガスの温度及び圧力が一定であると、充填ラインの圧力損失値の変化は充填ラインの入口に入る水素ガスの流速の変化として現れることになる。また、ｖｂａ及びＫＦＬをその定義によって数式５のように表現することができ、最終的にｄＦＬの関係式を誘導することができる。
図５に示すように、ＳＴＭがホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）のパラメーターを入力すると、水素タンク１１０の温度（Ｔｔｋ）＝８５℃及びＳＯＣ９５％が算出され、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）のパラメーターを入力すると、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）の水素タンク１１０の温度（Ｔｔｋ）及びＳＯＣ９５％が算出される。ここで、問題は、ｄＦＬが仮想のパラメーターであるから、実際工程で測定が不可能であることである。それで、実測可能なパラメーターから仮想のパラメーター値であるｄＦＬ値を計算するように多数の仮定及び定義を設定したことがある。
前記仮定２に加えて、充填ラインでの摩擦による圧力損失を無視すると、充填ラインからタンクに入るエネルギー総量Ｅｔｉは次の数式４によって計算することができる。
【数6】
【数7】
【0039】
この数式にｄＦＬ、ｒｅｆ、ＫＦＬ、ｒｅｆを適用して実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）のｄＦＬを計算することができる前記数式３を誘導することができる。
結果的に、基準状態ＳＴＭのＫＦＬ、ｒｅｆをＭａｉｍ充填開始前段階（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｕｌｓｅ段階）で水素充填機３００が測定したＫＦＬに変更し、ｄＦＬ、ｒｅｆを前記数式３によって計算したｄＦＬに変更することで、基準状態ＳＴＭが実際状態ＳＴＭに変更されることにより、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）を複製することができる。
本発明では、ＳＴＭの構造を単純化するために２個の仮定を使用した。これらの仮定の妥当性を確認するためには、それがＲＴＲ－ＨＦＰの性能にどの影響を及ぼすかを確認する必要がある。ＳＴＭの一番重要な目標は水素タンク１１０の温度を計算することである。数式６は時間ｔでの水素タンク１１０の水素ガスの温度を計算するための式である。
結果的に、基準状態ＳＴＭのＫＦＬ、ｒｅｆをＭａｉｍ充填開始前段階（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｕｌｓｅ段階）で水素充填機３００が測定したＫＦＬに変更し、ｄＦＬ、ｒｅｆを前記数式３によって計算したｄＦＬに変更することで、基準状態ＳＴＭが実際状態ＳＴＭに変更されることにより、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）を複製することができる。
本発明では、ＳＴＭの構造を単純化するために２個の仮定を使用した。これらの仮定の妥当性を確認するためには、それがＲＴＲ－ＨＦＰの性能にどの影響を及ぼすかを確認する必要がある。ＳＴＭの一番重要な目標は水素タンク１１０の温度を計算することである。数式６は時間ｔでの水素タンク１１０の水素ガスの温度を計算するための式である。
【数8】
【0040】
仮定の妥当性を確認するために、水素タンク１１０の温度計算式である数式６の関数関係を調べる。次の数式７は水素タンク１１０の温度計算式の関数関係を表示したものである。
【数9】
【0041】
【0042】
【数10】
【0043】
前記数式１、前記数式７及び前記数式８を分析して見れば、水素タンク１１０の温度を計算する計算式の関数関係が次の数式９のようになることが分かる。
前記数式９をまたＳＡＥ Ｊ２６０１に適用した場合と基準状態（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｔａｔｅ）ＳＴＭ（仮定２適用）に適用した場合とに分けて表現すると、それぞれ次の式のように示すことができる。すなわち、数式１０は前記数式９をまたＳＡＥ Ｊ２６０１に適用した場合、水素タンク１１０の温度の関数関係式を示したものであり、数式１１は基準状態ＳＴＭ（仮定２適用）に適用した場合、水素タンク１１０の温度の関数関係式を示したものである。
【数11】
【数12】
【数13】
【0044】
前記数式１０と数式１１とを比較することにより、次の数式１２のような関係が成り立つことが分かる。
ＴＢ－ＨＦＰでは、ｄＦＬ，ｈｏｔ＝５（ｍｍ）でホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）条件の変数を入力して複製結果が８５℃及びＳＯＣ９５％になるようにＡＰＲＲを設定した。一方、ＳＴＭでは、ホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）条件の変数及びＡＰＲＲを入力して複製結果が８５℃及びＳＯＣ９５％になるようにｄＦＬ、ｈｏｔを設定した。ＳＴＭを搭載したＲＴＲ－ＨＦＰでは、実際測定したΔＰｒｅａｌを用いて比例式である前記数式３を計算／適用することで、ＳＴＭが実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）を複製することができる状態になる。これにＲｅａｌ変数を入力して複製を実行すると、実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に関する水素タンク１１０の温度及びＳＯＣを算出することができる。しかし、前記数式１２で確認できるように、ＴＢ－ＨＦＰで使われるルックアップテーブルを用いてＳＴＭのｄＦＬ、ｒｅｆを設定したので、ｄＦＬ、ｒｅｆ値にはｄＦＬ、ｈｏｔ値だけでなく、ＱＦＬ、ｈｏｔ値も一緒に含まれている。結果的に、このような方式によって設定されたｄＦＬ、ｒｅｆ値をＳＴＭに適用してＲＴＲ－ＨＦＰを駆動する場合に予想される誤差は次のように要約することができる。
ＳＴＭによる複製によって算出した水素タンク１１０の温度値（Ｔｔｋ）が実際より高くなるはずであるので、導出されたｐｒｒ値は適正水準より小さく設定されて充填にかかる時間を遅延させる結果が引き起こされる可能性があるが、次の段階のｐｒｒの導出の際には複製によって算出された水素タンク１１０の温度値（Ｔｔｋ）を使用せずに測定された実際水素タンク１１０の温度値（Ｔｔｋ）値を使用して複製を実行するので、その影響を減少させることができる。結果的に、本発明で導入した２個の仮定によってＲＴＲ－ＨＦＰの充填工程制御の安全にはより効果的である。
前記数式３のように算出されたｄＦＬ（またはｄＦＬＥ）をシンプル熱力学モデル（ＳＴＭ）の入力値として使用してＲＴＲ－ＨＦＰの水素充填制御に適用することができる。
【数14】
ＳＴＭによる複製によって算出した水素タンク１１０の温度値（Ｔｔｋ）が実際より高くなるはずであるので、導出されたｐｒｒ値は適正水準より小さく設定されて充填にかかる時間を遅延させる結果が引き起こされる可能性があるが、次の段階のｐｒｒの導出の際には複製によって算出された水素タンク１１０の温度値（Ｔｔｋ）を使用せずに測定された実際水素タンク１１０の温度値（Ｔｔｋ）値を使用して複製を実行するので、その影響を減少させることができる。結果的に、本発明で導入した２個の仮定によってＲＴＲ－ＨＦＰの充填工程制御の安全にはより効果的である。
前記数式３のように算出されたｄＦＬ（またはｄＦＬＥ）をシンプル熱力学モデル（ＳＴＭ）の入力値として使用してＲＴＲ－ＨＦＰの水素充填制御に適用することができる。
【0045】
【0046】
Ｓ４１００段階
シンプル熱力学的モデルをフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）する段階を説明する。シンプル熱力学的モデルの目標は、水素タンク内のガスの温度、圧力及び質量流量が予め設定された臨界値を超えない範囲内で最大の圧力上昇率（ｐｒｒ）を実時間で早く探索し出すことである。したがって、シンプル熱力学的モデルでは水素充填機で確認することができない構造的変数値や熱力学的変数値は反映対象から除かれなければならなく、計算に時間が長くかかる工程は単純化しなければならない。それにもかかわらず、シンプル熱力学的モデルは実際水素充填工程の特性をよく複製することができなければならない。
このような要求条件を満たすために、フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）が必要である。ここでは、このフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）要素として水素充填ラインの内径を使用する。そして、フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）された水素充填ラインの内径には充填ラインの圧力損失に影響を及ぼすすべての影響要素が含まれているという意味で等価内径（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｉｎｎｅｒ－ｄｉａｍｅｔｅｒ）という用語を使用する。特定の条件に相当するＣＨＳＳ、水素充填機、データ通信移動装置の構造的変数値及び熱力学的変数値を入力して充填を複製する場合、実際充填結果と同等な複製結果値が出るように充填ライン等価内径（ＤＦＬＥ）を調整する方法でフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）を実行する（ＤＦＬＥ＝ＤＦＬ）。
ここで、特定の条件としては、ＳＡＥ Ｊ２６０１（２０２０）で提示するホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）になることができる。この場合、フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）は水素タンク容量（例えば、２ｋｇ、４ｋｇ、７ｋｇ、１０ｋｇ）別及び大気温度別に実行することができる。このようにフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）された結果値を基準等価内径（ＤＦＬＥ、ｒｅｆ）という。基準等価内径（ＤＦＬＥ、ｒｅｆ）は次の数式１３に基づいて算出することができる（Ｓ４１００）。
ここで、Ｋｌｉｎｅ、ｒａｔｅ＝Ｋｌｉｎｅ／Ｋｌｉｎｅ、ｒｅｆである。
シンプル熱力学的モデルをフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）する段階を説明する。シンプル熱力学的モデルの目標は、水素タンク内のガスの温度、圧力及び質量流量が予め設定された臨界値を超えない範囲内で最大の圧力上昇率（ｐｒｒ）を実時間で早く探索し出すことである。したがって、シンプル熱力学的モデルでは水素充填機で確認することができない構造的変数値や熱力学的変数値は反映対象から除かれなければならなく、計算に時間が長くかかる工程は単純化しなければならない。それにもかかわらず、シンプル熱力学的モデルは実際水素充填工程の特性をよく複製することができなければならない。
このような要求条件を満たすために、フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）が必要である。ここでは、このフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）要素として水素充填ラインの内径を使用する。そして、フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）された水素充填ラインの内径には充填ラインの圧力損失に影響を及ぼすすべての影響要素が含まれているという意味で等価内径（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｉｎｎｅｒ－ｄｉａｍｅｔｅｒ）という用語を使用する。特定の条件に相当するＣＨＳＳ、水素充填機、データ通信移動装置の構造的変数値及び熱力学的変数値を入力して充填を複製する場合、実際充填結果と同等な複製結果値が出るように充填ライン等価内径（ＤＦＬＥ）を調整する方法でフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）を実行する（ＤＦＬＥ＝ＤＦＬ）。
ここで、特定の条件としては、ＳＡＥ Ｊ２６０１（２０２０）で提示するホットケース（Ｈｏｔ Ｃａｓｅ）になることができる。この場合、フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）は水素タンク容量（例えば、２ｋｇ、４ｋｇ、７ｋｇ、１０ｋｇ）別及び大気温度別に実行することができる。このようにフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）された結果値を基準等価内径（ＤＦＬＥ、ｒｅｆ）という。基準等価内径（ＤＦＬＥ、ｒｅｆ）は次の数式１３に基づいて算出することができる（Ｓ４１００）。
【数15】
【0047】
【0048】
【数16】
【0049】
【0050】
【数17】
【0051】
【0052】
【数18】
【0053】
【0054】
【0055】
【数19】
【0056】
【0057】
【数20】
【0058】
【0059】
【0060】
【数21】
【0061】
【0062】
【数22】
【数23】
【数24】
【0063】
【0064】
上述した段階（Ｓ４１００～Ｓ４６００）の順序は例示であるだけで、これに限定されない。すなわち、上述した段階（Ｓ４１００～Ｓ４６００）の順序は互いに変動することができ、このうちの一部段階は同時に実行されるかまたは削除されることもできる。
図７は本発明の一実施例によって実時間（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）で圧力上昇率（ＰＲＲ）を計算して適用する過程を説明するための例示図である。
図７を参照すると、水素充填機３００で充填を開始する（Ｓ７１００）。水素充填機３００は、充填ラインの初期圧力パルス段階（ｐｕｌｓｅ ｓｔｅｐ）で圧力損失係数（ＫＦＬ）を測定または算出する。一例として、圧力損失係数値は、水素充填が開始すると、水素ガスを少し流入させた後、測定して算出する値である。温度及び圧力を用いて水素密度を算出し、水素が流入する流速を測定するなど、前記数式１などによって水素充填機３００は圧力損失係数（ＫＦＬ）を算出することができる。
水素充填機３００は、前記数式３を用いて算出された圧力損失係数（ＫＦＬ）から実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されるｄＦＬ値を誘導する。充填機制御部３１０は、水素供給部３３０から充填ラインの初期圧力パルス段階（ｐｕｌｓｅ ｓｔｅｐ）で計算されたＫＦＬ、ｄＦＬ値を受信することができる（Ｓ７２００）。充填機制御部３１０は、受信された圧力損失係数値（ＫＦＬ）及び充填ラインの内径値（ｄＦＬ）を実際ケースで実時間水素充填に適用する。算出された充填ラインの内径値（ｄＦＬ）が実際ケースで水素供給ホース２３０の内径として複製（ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｒ ｃｏｐｙ）されることができる。
図７は本発明の一実施例によって実時間（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）で圧力上昇率（ＰＲＲ）を計算して適用する過程を説明するための例示図である。
図７を参照すると、水素充填機３００で充填を開始する（Ｓ７１００）。水素充填機３００は、充填ラインの初期圧力パルス段階（ｐｕｌｓｅ ｓｔｅｐ）で圧力損失係数（ＫＦＬ）を測定または算出する。一例として、圧力損失係数値は、水素充填が開始すると、水素ガスを少し流入させた後、測定して算出する値である。温度及び圧力を用いて水素密度を算出し、水素が流入する流速を測定するなど、前記数式１などによって水素充填機３００は圧力損失係数（ＫＦＬ）を算出することができる。
水素充填機３００は、前記数式３を用いて算出された圧力損失係数（ＫＦＬ）から実際ケース（Ｒｅａｌ ｃａｓｅ）に適用されるｄＦＬ値を誘導する。充填機制御部３１０は、水素供給部３３０から充填ラインの初期圧力パルス段階（ｐｕｌｓｅ ｓｔｅｐ）で計算されたＫＦＬ、ｄＦＬ値を受信することができる（Ｓ７２００）。充填機制御部３１０は、受信された圧力損失係数値（ＫＦＬ）及び充填ラインの内径値（ｄＦＬ）を実際ケースで実時間水素充填に適用する。算出された充填ラインの内径値（ｄＦＬ）が実際ケースで水素供給ホース２３０の内径として複製（ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｒ ｃｏｐｙ）されることができる。
【0065】
充填機制御部３１０は、水素供給部３３０から水素充填機３００が供給する水素の圧力（Ｐｂａ）、温度（Ｔｂａ）についての情報を受信して初期情報を獲得し、ＣＨＳＳ１００での温度センサー及び圧力センサーから収集される水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）、温度（Ｔｔｋ）についての情報を受信して初期情報を獲得することができる（Ｓ７３００）。Ｓ７３００では実時間データ（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｄａｔａ）用いる。
充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、２ＭＰａ）より小さいかを判断する（Ｓ７４００）。充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、２ＭＰａ）より小さいかによって所定の熱力学的モデル（例えば、シンプル熱力学的モデル）を適用するかを決定することができる。仮に、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した圧力値（水素タンク１１０のその値があまりにも高ければ熱力学的モデル駆動の安全性が喪失される特性及びその値があまりにも低ければ充填速度が低くなる特性の両者を考慮して反復的シミュレーションによって選定した値）（例えば、絶対圧力として２ＭＰａ）より小さい場合には、シンプル熱力学的モデルを適用してＰＲＲを算出することがむしろ時間が多くかかるので、この時にはシンプル熱力学モデルを適用せず、固定ＡＰＲＲ（Ｆｉｘｅｄ ＡＰＲＲ）を選択する（Ｓ７６００）。充填機制御部３１０は、充填機３００が固定ＡＰＲＲによって充填を実行するように制御することができる（Ｓ７７００）。これと違い、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、絶対圧力として２ＭＰａ）より小さくない場合には、シンプル熱力学的モデルを適用して実時間でＰＲＲを算出する（Ｓ７５００）。充填機制御部３１０は、充填機３００が算出されたＰＲＲによって充填を実行するように制御することができる（Ｓ７７００）。
その後、充填機制御部３１０は、充填率が１００より大きいかを判断する（Ｓ７８００）。充填率（ＳＯＣ）が１００より大きいと、充填を終了する（Ｓ７９００）。これと違い、充填率が１００以下であると、またＳ７３００段階に復帰して以後のプロセスを繰り返し実行する。
その後、充填機制御部３１０は、充填率が１００より大きいかを判断する（Ｓ７８００）。充填率（ＳＯＣ）が１００より大きいと、充填を終了する（Ｓ７９００）。これと違い、充填率が１００以下であると、またＳ７３００段階に復帰して以後のプロセスを繰り返し実行する。
充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、２ＭＰａ）より小さいかを判断する（Ｓ７４００）。充填機制御部３１０は、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、２ＭＰａ）より小さいかによって所定の熱力学的モデル（例えば、シンプル熱力学的モデル）を適用するかを決定することができる。仮に、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した圧力値（水素タンク１１０のその値があまりにも高ければ熱力学的モデル駆動の安全性が喪失される特性及びその値があまりにも低ければ充填速度が低くなる特性の両者を考慮して反復的シミュレーションによって選定した値）（例えば、絶対圧力として２ＭＰａ）より小さい場合には、シンプル熱力学的モデルを適用してＰＲＲを算出することがむしろ時間が多くかかるので、この時にはシンプル熱力学モデルを適用せず、固定ＡＰＲＲ（Ｆｉｘｅｄ ＡＰＲＲ）を選択する（Ｓ７６００）。充填機制御部３１０は、充填機３００が固定ＡＰＲＲによって充填を実行するように制御することができる（Ｓ７７００）。これと違い、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、絶対圧力として２ＭＰａ）より小さくない場合には、シンプル熱力学的モデルを適用して実時間でＰＲＲを算出する（Ｓ７５００）。充填機制御部３１０は、充填機３００が算出されたＰＲＲによって充填を実行するように制御することができる（Ｓ７７００）。
その後、充填機制御部３１０は、充填率が１００より大きいかを判断する（Ｓ７８００）。充填率（ＳＯＣ）が１００より大きいと、充填を終了する（Ｓ７９００）。これと違い、充填率が１００以下であると、またＳ７３００段階に復帰して以後のプロセスを繰り返し実行する。
その後、充填機制御部３１０は、充填率が１００より大きいかを判断する（Ｓ７８００）。充填率（ＳＯＣ）が１００より大きいと、充填を終了する（Ｓ７９００）。これと違い、充填率が１００以下であると、またＳ７３００段階に復帰して以後のプロセスを繰り返し実行する。
【0066】
上述したように、実時間対応水素充填プロトコルで、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、２ＭＰａ）より小さいかによって、前もって定義された固定ＡＰＲＲ値を選択するかそれとも所定の熱力学的モデルに適用してＰＲＲを算出または誘導するかを決定することができる。すなわち、実時間対応水素充填プロトコルの安全性（Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を確保するために、水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、２ＭＰａ）より小さい場合には、実時間で計算されたｐｒｒを適用せず、前もって定義された（計算された）固定ＡＰＲＲ（またはＰＲＲ）値を選択して充填を行う。
図３のＳ３２３０でも、充填機制御部３１０は水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、５．１ＭＰａ）より小さいかを判断し、固定ｐｒｒを水素タンクの個数で割った値をｐｒｒｎｅｗと決定する。このｐｒｒｎｅｗが図６での選択される固定ＡＰＲＲ値であり得る。
実時間で計算されたｐｒｒが不連続的に増減するかまたはひどい変動（Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が発生する問題を解決するために、ｐｒｒ増減率を制限する技法も適用する。そして、制御エラーによる過充填を防止するために、残余充填時間によって計算されるｐｒｒ上限を適用する技法も適用することができる。その結果、図５に示すようにＣＨＳＳタンクの初期圧力が０ＭＰａの場合（既存のＨＦＰの場合には、初期圧力が０．５ＭＰａ以上の場合にのみ充填可能）、及び図６に示すように供給ガス温度が３０℃であり、外気温度が３０℃の場合にも予冷（ｐｒｅ－ｃｏｏｌｉｎｇ）なしに円滑に充填制御されることが現れた。
安全制御を目的とする水素充填プロトコルの場合には、ＣＨＳＳ１００が高温、高圧及び過大質量流速によって損傷されないようにするロジッグ自体の安全性能を保障しなければならないだけでなく、制御システムの完全性（Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）も保障されなければならない。これに加えて、ＲＴＲ－ＨＦＰは実時間で収集される熱力学的変数を充填工程安全制御に使用するので、その変数を測定するセンサーのエラーに対する頑健性（Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）も確実に保障されなければならない。
図３のＳ３２３０でも、充填機制御部３１０は水素タンク１１０の圧力（Ｐｔｋ）が予め設定した値（例えば、５．１ＭＰａ）より小さいかを判断し、固定ｐｒｒを水素タンクの個数で割った値をｐｒｒｎｅｗと決定する。このｐｒｒｎｅｗが図６での選択される固定ＡＰＲＲ値であり得る。
実時間で計算されたｐｒｒが不連続的に増減するかまたはひどい変動（Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が発生する問題を解決するために、ｐｒｒ増減率を制限する技法も適用する。そして、制御エラーによる過充填を防止するために、残余充填時間によって計算されるｐｒｒ上限を適用する技法も適用することができる。その結果、図５に示すようにＣＨＳＳタンクの初期圧力が０ＭＰａの場合（既存のＨＦＰの場合には、初期圧力が０．５ＭＰａ以上の場合にのみ充填可能）、及び図６に示すように供給ガス温度が３０℃であり、外気温度が３０℃の場合にも予冷（ｐｒｅ－ｃｏｏｌｉｎｇ）なしに円滑に充填制御されることが現れた。
安全制御を目的とする水素充填プロトコルの場合には、ＣＨＳＳ１００が高温、高圧及び過大質量流速によって損傷されないようにするロジッグ自体の安全性能を保障しなければならないだけでなく、制御システムの完全性（Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）も保障されなければならない。これに加えて、ＲＴＲ－ＨＦＰは実時間で収集される熱力学的変数を充填工程安全制御に使用するので、その変数を測定するセンサーのエラーに対する頑健性（Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）も確実に保障されなければならない。
【0067】
以上で説明した本発明の一実施例による実時間通信基盤水素充填方法は、既存のＳＡＥ Ｊ２６０１で規定する水素充填方法と比較して次のような点で効果の差が大きい。
まず、既存のＳＡＥ Ｊ２６０１で規定する水素充填は水素タンク１１０内の温度を予冷（ｐｒｅｃｏｏｌｉｎｇ）した状態（例えば、零下１７．５℃以下）でのみ可能であった。そうではなければ、水素タンク温度が急激に上がって早く８５℃に至るからであった。しかし、本発明による水素充填方法によると、水素タンク１１０の温度を３０℃程度に維持しても水素充填が可能である。
また、本発明による水素充填方法は、水素タンク圧力を大気圧程度に維持しても水素充填が可能であって。また、本発明による水素充填方法は、温度エラーが－５℃、圧力間エラーも＋１．５ＭＰａであっても水素充填が可能である。
また、本発明による水素充填方法は、水素タンクの容量制限なしに適用可能であり、圧力範囲も変更しやすく、流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）制限もないなど、多様で手広く適用することができる。
また、本発明による水素充填方法は、実時間通信に基づいて水素タンク温度、圧力などを考慮してｐｒｒを算出して水素充填することで、より効率的に水素充填して精密な制御が可能になる利点がある。
まず、既存のＳＡＥ Ｊ２６０１で規定する水素充填は水素タンク１１０内の温度を予冷（ｐｒｅｃｏｏｌｉｎｇ）した状態（例えば、零下１７．５℃以下）でのみ可能であった。そうではなければ、水素タンク温度が急激に上がって早く８５℃に至るからであった。しかし、本発明による水素充填方法によると、水素タンク１１０の温度を３０℃程度に維持しても水素充填が可能である。
また、本発明による水素充填方法は、水素タンク圧力を大気圧程度に維持しても水素充填が可能であって。また、本発明による水素充填方法は、温度エラーが－５℃、圧力間エラーも＋１．５ＭＰａであっても水素充填が可能である。
また、本発明による水素充填方法は、水素タンクの容量制限なしに適用可能であり、圧力範囲も変更しやすく、流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）制限もないなど、多様で手広く適用することができる。
また、本発明による水素充填方法は、実時間通信に基づいて水素タンク温度、圧力などを考慮してｐｒｒを算出して水素充填することで、より効率的に水素充填して精密な制御が可能になる利点がある。
【0068】
以上で説明した本発明の一実施例による実時間対応水素充填プロトコルによる水素充填プロセスを実行する充填機制御部３１０は、コンピュータによって実行されるアプリケーションやプログラムモジュールのような、コンピュータによって実行可能な命令語を含む記録媒体の形態にも具現可能である。コンピュータ可読の媒体はコンピュータによってアクセスできる任意の可用媒体であり、揮発性及び非揮発性媒体、分離型及び非分離型媒体の全部を含む。また、コンピュータ可読の媒体はコンピュータ保存媒体の全部を含むことができる。コンピュータ保存媒体は、コンピュータ可読の命令語、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータのような情報の保存のための任意の方法または技術によって具現された揮発性及び非揮発性、分離型及び非分離型媒体の全部を含む。
前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須な特徴を変更しなくても他の具体的な形態に容易に変形可能であるというのが理解可能であろう。したがって、以上で記述した実施例はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないものと理解しなければならない。例えば、単一型として説明されているそれぞれの構成要素は分散して実施されることもでき、同様に分散しているものと説明されている構成要素も結合した形態として実施されることができる。
前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須な特徴を変更しなくても他の具体的な形態に容易に変形可能であるというのが理解可能であろう。したがって、以上で記述した実施例はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないものと理解しなければならない。例えば、単一型として説明されているそれぞれの構成要素は分散して実施されることもでき、同様に分散しているものと説明されている構成要素も結合した形態として実施されることができる。
【0069】
本発明の範囲は前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって決定され、特許請求の範囲の意味及び範囲、かつその均等概念から導出されるすべての変更または変形の形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【0070】
本発明による実時間対応水素充填プロセスを実行する方法及びその装置は水素充填産業分野に利用可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】