用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明構(gòu)思涉及用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的裝置及其方法。具體地，本發(fā)明 構(gòu)思涉及通過(guò)使用凈化閥能夠從氫存儲(chǔ)系統(tǒng)排出包括雜質(zhì)的氣體，以排出殘留在其中的雜 質(zhì)的裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氫燃料電池車輛為使用氫作為燃料并通過(guò)使用當(dāng)氫與氧反應(yīng)時(shí)所生成的電荷驅(qū) 動(dòng)電機(jī)來(lái)生成推進(jìn)力的車輛。
[0003] 氫燃料電池車輛必須裝備有氫存儲(chǔ)系統(tǒng)。最近，根據(jù)全球趨勢(shì)，已經(jīng)在許多車輛中 安裝了表示最高商業(yè)化性能的700巴高壓氫存儲(chǔ)系統(tǒng)。由于空氣包含可損害燃料電池堆的 成分，因此完全氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的空氣氣氛必須被轉(zhuǎn)換為氫氣氛。為了以氫替換儲(chǔ)罐中的空 氣，必須重復(fù)高壓充氣/排氣過(guò)程超過(guò)六小時(shí)到八小時(shí)。目前需要一種減少以氫完全替換 氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的空氣所需的時(shí)間或過(guò)程的方法。
[0004] 如果可實(shí)施保證氫純度的另一個(gè)更快方法，或者如果可省略增強(qiáng)氫純度的現(xiàn)有過(guò) 程的一部分，則不僅可減小整個(gè)過(guò)程的長(zhǎng)度，還可顯著地降低制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明已經(jīng)作出努力以解決上述問(wèn)題。本公開(kāi)的目的是提供能夠基于氫純 度有效地控制氫凈化的裝置及其方法，其中經(jīng)由重復(fù)的充氫過(guò)程改善氫純度。本公開(kāi)的進(jìn) 一步目的是消除先前所需的用于增強(qiáng)氫純度從而將氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的內(nèi)部氫純度操縱到預(yù) 定水平的附加過(guò)程的需求。本發(fā)明構(gòu)思進(jìn)一步提供控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的方法。該方 法包括a)計(jì)算氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫純度以及b)根據(jù)所計(jì)算的內(nèi)部氫純度調(diào)整氫儲(chǔ)罐的氫凈化 周期。
[0006] 在以上方法的步驟a)中，一旦已經(jīng)確定充氫已經(jīng)停止，則可計(jì)算氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫 純度。確定充氫狀態(tài)包括以下步驟：1)確定燃料門是否打開(kāi)，2)當(dāng)燃料門打開(kāi)時(shí)，監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐 壓力，3)如果儲(chǔ)罐壓力變化等于或大于參考值，則確定充氫已經(jīng)開(kāi)始，其中儲(chǔ)罐壓力變化為 燃料門打開(kāi)之前和之后的壓力差，以及4)通過(guò)檢測(cè)燃料門何時(shí)已經(jīng)關(guān)閉來(lái)確定充氫何時(shí) 已經(jīng)停止。
[0007] 如下（公式1)計(jì)算氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫純度:公式1 : (A + 0.\MPa)xX\ + (B-Α)χΧ2 _ v _8] [Α^ΛΜΡα) %
[0009] 其中A表示氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部初始?jí)毫?，B表示氫儲(chǔ)罐在充氫之后的壓力，Xl表示充氫 之前的氫濃度，X2表示所充氫的濃度，以及X。表示充氫之后的氫濃度。充氫之后的氫濃度 (X。）為氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫純度的值。根據(jù)所計(jì)算的氫純度調(diào)整氫儲(chǔ)罐的氫凈化周期（以上公 開(kāi)的方法的步驟b)可進(jìn)一步包括以下步驟：1)比較所計(jì)算的內(nèi)部氫純度值與參考值，以及 2)設(shè)置氫凈化周期，使得當(dāng)所計(jì)算的氫純度值等于或大于參考值時(shí)氫凈化的執(zhí)行頻率比當(dāng) 所計(jì)算的氫純度值小于參考值時(shí)氫凈化的執(zhí)行頻率小。
[0010] 如果所生成的電荷量達(dá)到參考電荷量，則用于氫凈化的凈化閥可打開(kāi)一段時(shí)間， 并且當(dāng)氫純度值小于參考值時(shí)以及當(dāng)氫純度值等于或大于參考值時(shí)，參考電荷量被分別設(shè) 置為相互不同的不同值，同時(shí)凈化閥的打開(kāi)時(shí)間在每種情況下被設(shè)置為相等時(shí)間。
[0011] 另外，如果氫純度值小于參考值，則參考電荷量可被設(shè)置為第一參考電荷量，并且 如果氫純度值等于或大于參考值，則參考電荷量可被設(shè)置為第二參考電荷量，其中第二參 考電荷量被設(shè)置為大于第一參考電荷量值的值。凈化閥的打開(kāi)時(shí)間可被設(shè)置為選自〇. 1秒 到1. 0秒范圍中的值。
[0012] 進(jìn)一步地，在根據(jù)所計(jì)算的氫純度調(diào)整氫儲(chǔ)罐的氫凈化周期中，可從凈化周期映 射圖確定氫凈化周期，該凈化周期映射圖包括映射有氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫純度和氫凈化周期的 數(shù)據(jù)。
[0013] 另外，凈化周期映射圖可被設(shè)置為當(dāng)氫純度降低時(shí)縮短凈化周期。
[0014] 另外，凈化周期映射圖可被設(shè)置為當(dāng)氫純度降低時(shí)延長(zhǎng)打開(kāi)時(shí)間。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面，提供用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的裝置。該裝 置包括氫儲(chǔ)罐、用于氫儲(chǔ)罐中氫凈化的凈化閥、以及調(diào)整氫凈化周期的控制器?？刂破饔?jì)算 氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫純度，并基于所計(jì)算的內(nèi)部氫純度調(diào)整氫儲(chǔ)罐的凈化周期。
[0016] 另外，可進(jìn)一步提供壓力傳感器用于測(cè)量氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部壓力?？刂破骺苫谑褂?充氫之前和之后的壓力值的公式1確定氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫純度，其中可從壓力傳感器接收該 壓力值，
[0017] 公式 1 (,4 + 0.1 MPa) ^Χ\ + (Β-Α)>?Χ2
[0018] ^-r-1-^~1-=( (A+ OAMPa)
[0019] 其中分別地，A表示氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部初始?jí)毫Γ珺表示氫儲(chǔ)罐在充氫之后的壓力，Xl 表示充氫之前的氫濃度，Χ2表示所充氫的濃度，并且X。表示充氫之后的氫濃度。充氫之后 的氫濃度（X。）為氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫純度的值。
[0020] 另外，可進(jìn)一步提供燃料門傳感器用于檢測(cè)燃料門的打開(kāi)/關(guān)閉狀態(tài)。如果檢 測(cè)到燃料門的打開(kāi)狀態(tài)，則控制器可監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐壓力，如果在打開(kāi)燃料門之前和之后發(fā)生的 儲(chǔ)罐壓力變化值等于或大于參考值，則確定充氫開(kāi)始，并且如果燃料門關(guān)閉，則確定充氫停 止。
[0021] 另外，控制器可比較氫純度的參考值與所計(jì)算的內(nèi)部氫純度值，并調(diào)整凈化周期， 使得當(dāng)所計(jì)算的氫純度值小于參考值時(shí)氫凈化的執(zhí)行與當(dāng)所計(jì)算的氫純度值等于或大于 參考值時(shí)氫凈化的執(zhí)行相比更加頻繁。
[0022] 此外，如果在電池堆中生成的電荷量達(dá)到參考電荷量，則控制器可將凈化閥控制 為打開(kāi)一段時(shí)間，并且當(dāng)所計(jì)算的氫純度值小于參考值時(shí)以及當(dāng)所計(jì)算的氫純度值等于或 大于參考值時(shí)，將參考電荷量分別設(shè)置為相互不同的值，同時(shí)凈化閥的打開(kāi)時(shí)間在每種情 況下可被設(shè)置為相等時(shí)間。
[0023] 另外，如果氫純度值小于參考值，則參考電荷量可被設(shè)置為第一參考電荷量，并且 如果氫純度值等于或大于參考值，則參考電荷量可被設(shè)置為第二參考電荷量，其中第二參 考電荷量被設(shè)置為大于第一參考電荷量值的值，并且凈化閥的打開(kāi)時(shí)間被設(shè)置為選自〇. 1 秒到1.0 秒范圍中的值。
[0024] 另外，控制器可包括凈化周期映射圖，并可基于凈化周期映射圖確定凈化周期，其 中凈化周期映射圖包括映射有氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部氫純度和凈化周期的數(shù)據(jù)。
[0025] 另外，凈化周期映射圖可被設(shè)置為當(dāng)氫純度降低時(shí)縮短凈化周期。
[0026] 或者，凈化周期映射圖可被設(shè)置為當(dāng)氫純度降低時(shí)延長(zhǎng)打開(kāi)時(shí)間。
[0027] 如上所述，在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的裝置及其方法 中，基于氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的內(nèi)部氫純度計(jì)算凈化周期，使得可確定凈化定時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)最佳的氫 凈化。
[0028] 另外，根據(jù)通過(guò)使用消耗電流確定凈化定時(shí)的常規(guī)方法，在儲(chǔ)罐系統(tǒng)的制造過(guò)程 或者儲(chǔ)罐系統(tǒng)的初始操作過(guò)程中必須執(zhí)行增強(qiáng)氫純度的過(guò)程，其需要長(zhǎng)時(shí)間和高成本。然 而，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思，可省略增強(qiáng)氫純度的過(guò)程，使得可降低氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，并且 可減少制造氫存儲(chǔ)系統(tǒng)所需的時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 現(xiàn)將參考通過(guò)所附【附圖說(shuō)明】的其某些示例性實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的以上 和其他特征，其中在下文中僅通過(guò)舉例說(shuō)明的方式給出實(shí)施例，并且因此不限制本發(fā)明構(gòu) 思，并且其中：
[0030] 圖1為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的 裝置的示意圖；
[0031] 圖2為示意性地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中 的凈化的方法的流程圖；
[0032] 圖3為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思當(dāng)計(jì)算氫純度時(shí)確定充氣停止的過(guò)程的流程圖；以及
[0033] 圖4為示出凈化周期的長(zhǎng)度與氫儲(chǔ)罐的氫純度之間的關(guān)系的概念映射。
[0034] 應(yīng)當(dāng)理解的是，所附附圖不必按比例繪制，而是呈現(xiàn)說(shuō)明本發(fā)明構(gòu)思的基本原理 的各種優(yōu)選特征的一定程度上的簡(jiǎn)化表示。本文所描述的本發(fā)明構(gòu)思的具體設(shè)計(jì)特征，包 括例如具體尺寸、方向、位置和形狀，將部分地由特定的既定應(yīng)用和使用環(huán)境確定。
[0035] 在圖示中，貫穿附圖的若干圖示的參考數(shù)字指代本發(fā)明構(gòu)思的相同或等同部件。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 由于重復(fù)地填充氫，氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的內(nèi)部氫純度會(huì)聚為注入氫的純度，并且根據(jù)填 充氫的量確定氫純度。
[0037] 由于氫凈化為排出殘留在氫儲(chǔ)罐中的雜質(zhì)的過(guò)程，因此可通過(guò)使用氫儲(chǔ)罐的內(nèi)部 氫純度調(diào)整氫凈化周期。
[0038] 因此，本公開(kāi)提供用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的裝置及其方法，其中測(cè)量氫存 儲(chǔ)系統(tǒng)的內(nèi)部氫純度，并根據(jù)所測(cè)量的內(nèi)部氫純度可變地控制氫凈化，從而實(shí)現(xiàn)最佳凈化 定時(shí)。
[0039] 在下文中，將參考所附附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施例的用于 控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的裝置及其方法。
[0040] 圖1為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的 裝置的示意圖。
[0041] 根據(jù)圖1所示的實(shí)施例，除了氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的其他部件，諸如氫儲(chǔ)罐10、壓力傳感器 50、壓力調(diào)節(jié)器20、燃料電池堆30和凈化閥40之外，用于控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的凈化的裝置 還包括控制器60,以控制凈化周期，以及燃料門傳感器70,以檢測(cè)燃料門的打開(kāi)/關(guān)閉狀 ??τ O
[00