CN109844397B - 用于运行箱设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行箱设备(10)的方法，所述箱设备包括一定数量的至少两个并联的箱(21、22、23、24、25)，所述箱包含气态物质并且在所述箱中存在内压(PX)，用于供给消耗装置单元(12)，所述消耗装置单元最大需要气态物质的满负荷量(MV)，其中，每个箱(21、22、23、24、25)具有安全阀(31、32、33、34、35)，当所述气态物质通过所述安全阀(31、32、33、34、35)的通流量超过切断量(MA)时，所述安全阀切断所述箱(21、22、23、24、25)。如果至少一个箱(21、22、23、24、25)中的内压(PX)低于第一阈值(P1)，则至少一个另外的箱(21、22、23、24、25)被接通，所述至少一个另外的箱之前是切断的。

Description

用于运行箱设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行箱设备的方法，所述箱设备包括一定数量的至少两个并联的箱，用于供给消耗装置单元，所述箱包含气态物质并且在所述箱中存在内压，所述消耗装置单元最大需要气态物质的满负荷量，其中，每个箱具有安全阀，当气态物质通过安全阀的通流量超过切断量时，该安全阀切断所述箱。
背景技术
为了以气态物质、例如燃料供给消耗装置单元而并联多个箱是已知的。消耗装置单元例如是燃料电池系统，所述燃料电池系统需要氢气(H2)作为燃料。消耗装置单元以及箱例如用于驱动车辆、尤其乘用车或者巴士。
例如根据EC 79/2009在最大程度上将用于燃料电池系统的气体箱、例如氢气箱的安全设备标准化。在此按照标准，在每个箱中必须装有安全阀，该安全阀负责，在过量取用时中断氢气供给。由此避免不受控的泄漏并且由此，尤其在管路断裂时避免氢气不受控地逸出。
即，当气态物质通过安全阀的通流量超过切断量时，安全阀切断所述箱。在此，由设计结构决定地，已知的安全阀的切断量不是恒定的，而是取决于箱的内压。尤其，切断量随着箱中内压增大而增加。
安全阀的切断量通常这样地设计，使得安全阀在对于燃料电池系统重要的满负荷量的情况下在所有条件下都还不起作用。尤其，在最小内压下取用满负荷量时不应切断所述箱。
安全阀切断量的这种设计可以导致，安全阀在较高内压下在该满负荷量的多倍的情况下才起作用。因此，在内压明确地下降之后才注意到这样的泄漏并且关闭安全阀，所述泄漏导致通过安全阀的、大于满负荷量但小于在较高内压下的切断量的通流量。因此，相应的泄漏不被及时阻止，并且在所述箱被切断之前，相对大量的氢气能够逸出。
发明内容
本发明提出一种用于运行箱设备的方法。在此，箱设备包括一定数量的至少两个并联的箱，所述箱包含气态物质并且在所述箱中存在内压。箱设备用于供给消耗装置单元，所述消耗装置单元最大需要气态物质的满负荷量。在此，每个箱具有安全阀，当气态物质通过安全阀的通流量超过切断量时，该安全阀切断所述箱。
根据本发明，当所述箱设备的至少一个箱中的内压低于第一阈值时，至少一个另外的箱被接通，该箱之前是切断的。
在此，接通的箱的数量以及切断的箱的数量取决于箱中的内压。所述箱设备的箱中的内压越高，则越少的箱被接通并且越多的箱被切断。
根据本发明的一个有利构型，当至少一个箱中的内压超过第一阈值时，至少一个另外的箱被切断。
即，只要所述箱设备的至少一个箱中的内压超过第一阈值，就不是所有的箱同时与消耗装置单元连接。即在这种情况下，所述箱设备的箱不是同时地而是依次地被排空，用于供给消耗装置单元。
安全阀的切断量不是恒定的而是随着箱中的内压增大而增加。优选在处于预给定的小于所述第一阈值的最小压力时这样地计算安全阀的切断量，使得所述箱设备的所有箱的安全阀在所述最小压力下的切断量总和大于消耗装置单元最大需要的满负荷量。
在此，最大压力是相关箱的特性参数。只要箱的内压至少与最小压力同样大，将箱排空用于供给消耗装置单元就是可能的。即箱可以无问题地运行直至达到最小压力并且从而被排空。
通常，所述箱设备的箱是结构相同的，并且箱的安全阀也是结构相同的。安全阀在最小压力时的切断量则可以同样地被计算并且具有相同的值。所有安全阀在最小压力时的切断量总和则相当于安全阀在最小压力时的切断量与箱数量相乘的乘积。
有利地，只要所述箱设备的所有箱中的内压超过最小压力，就接通至少这样多的箱，使得接通的箱的安全阀的切断量总和大于满负荷量。因此，只要所有箱中的内压超过最小压力，就总是给消耗装置单元提供满负荷量。
优选地，这样计算第一阈值，使得安全阀在第一阈值时的切断量大于满负荷量。即，如果所述箱设备的箱中的内压超过第一阈值，则该箱可以单独提供满负荷量并且供给消耗装置单元。
因此，根据本发明的一个有利构型，如果所述箱设备的至少一个箱中的内压超过第一阈值，则接通恰好一个箱用于供给消耗装置单元，该箱的内压超过第一阈值。在此，其余箱被切断。如果多个箱中的内压超过第一阈值，则选择性地接通这些箱中的一个箱。
如果接通的箱的内压低于第一阈值，则将该箱切断。如果箱设备的至少一个另外的箱中的内压超过第一阈值，则接通另外的箱用于供给消耗装置单元，所述另外的箱的内压超过第一阈值。
如果所述箱设备的所有箱中的内压低于第一阈值并且至少两个箱中的内压超过第二阈值，则接通恰好两个箱用于供给消耗装置单元，所述两个箱的内压低于第一阈值并且超过第二阈值。如果多个箱中的内压超过第二阈值，则选择性地接通这些箱中的两个箱。
优选这样地计算第二阈值，使得安全阀在第二阈值时的切断量大于满负荷量的一半。由此，两个安全阀的切断量总和大于满负荷量。即，如果所述箱设备的两个箱中的内压超过第二阈值，则这两个箱可以一起提供满负荷量并且供给消耗装置单元。
如果接通的箱的内压低于第二阈值，则将该箱切断。如果在所述箱设备的至少两个另外的箱中的内压超过第二阈值，则接通两个另外的箱用于供给消耗装置单元，所述两个另外的箱的内压超过第二阈值。
根据本发明的用于运行箱设备的方法有利地使用在气体运行的车辆中、尤其在乘用车中或者巴士中。在此，消耗装置单元例如是燃料电池系统并且所述箱设备的箱包含氢气(H2)，燃料电池系统需要氢气作为燃料。替代地，消耗装置单元也可以是气体运行的内燃机并且所述箱包含天然气(Compressed Natural Gas,CNG)，内燃机需要天然气作为燃料。
在箱设备中存在泄漏的情况下，逸出的气体量不是来自箱设备的所有箱而是仅来自接通的箱。由此提高由泄漏导致的、通过所述接通的箱的安全阀的通流量。由此，在泄漏时较早地超过接通的箱的安全阀的切断量。因此，在根据本发明的用于运行箱设备的方法中，相对提早地识别出泄漏并且显著地降低在泄漏的情况下逸出的燃料量。
尽管如此，只要所述箱设备的所有箱中的内压超过最小压力，就总是给消耗装置单元提供满负荷量。通过在一个或者多个接通的箱中的内压低于阈值时接通一个或者多个另外的箱也确保，所述箱设备的箱近似均匀地被排空。由此，单个箱中的内压在运行期间保持近似相同。
附图说明
根据附图和下面的说明详细地阐述本发明的实施方式。附图示出了：
图1与消耗装置单元连接的箱设备的示意图，
图2安全阀的切断量与箱中内压的相关性的曲线图，
图3箱设备的第一运行策略的流程图，
图4箱设备的第二运行策略的流程图，和
图5接通的箱的数量与箱中内压的相关性的曲线图。
在下面本发明实施方式的说明中，相同或者相似的元件用相同的附图标记标明，其中，在个别情况下省去对这些元件的重复说明。附图仅示意性地示出本发明的内容。
具体实施方式
图1示出与消耗装置单元12连接的箱设备10的示意图。箱设备10当前包括第一箱21、第二箱22、第三箱23、第四箱24和第五箱25。箱设备10通常包括N个箱21、22、23、24、25。N可以是任意大于或者等于二的整数，N当前等于五。
第一箱21具有第一控制阀41和第一安全阀31。第二箱22具有第二控制阀42和第二安全阀32。第三箱23具有第三控制阀43和第三安全阀33。第四箱24具有第四控制阀44和第四安全阀34。第五箱25具有第五控制阀45和第五安全阀35。
箱21、22、23、24、25包含处于压力下的气态物质，当前是氢气(H2)。因此，在所述箱21、22、23、24、25的每个箱中存在内压PX。箱21、22、23、24、25并联并且与收集管路14连接。收集管路14也与消耗装置单元12连接，所述消耗装置单元当前是燃料电池系统。通过收集管路14可以给消耗装置单元12供给来自箱设备10的箱21、22、23、24、25的气态物质。
借助当前构造为电磁阀的控制阀41、42、43、44、45可以将箱21、22、23、24、25彼此独立地接通以及切断。在此，当箱21、22、23、24、25与收集管路14并且因此也与消耗装置单元12连接时，所述箱被接通。当箱21、22、23、24、25不与收集管路14和消耗装置单元12连接时，所述箱被切断。
当气态物质通过安全阀31、32、33、34、35的通流量超过切断量MA时，安全阀31、32、33、34、35切断相应的箱21、22、23、24、25。尤其当由于例如在收集管路14中泄漏，通流量变得大于切断量MA时，安全阀31、32、33、34、35则切断相应的箱21、22、23、24、25。安全阀31、32、33、34、35的切断量MA不是恒定的，而取决于箱21、22、23、24、25的内压PX。
图2示出安全阀31、32、33、34、35的切断量MA与箱21、22、23、24、25中内压PX的相关性的曲线图。在此，在X轴上绘制出内压PX并且在Y轴上绘制出切断量MA。箱设备10的箱21、22、23、24、25当前是结构相同的，并且安全阀31、32、33、34、35也是结构相同的。安全阀31、32、33、34、35的切断量MA同样是相同的。
消耗装置单元12最大需要满负荷量MV的气态物质。安全阀31、32、33、34、35这样地调节，使得所有安全阀31、32、33、34、35在最小压力PM时的切断量MA总和相当于最大量MM，该最大量大于满负荷量MV。
在最小压力PM时还能够将箱21、22、23、24、25排空，用于供给消耗装置单元12，该最小压力当前为15bar。满负荷量MV当前约为4g/s。安全阀31、32、33、34、35在最小压力PM时的切断量MA当前约为1g/s。因此，最大量MM当前约为5g/s。
一般性地适用：MM＝N*MA(PM)>MV。
在第一阈值P1(当前大约375bar)时，安全阀31、32、33、34、35的切断量MA等于最大量MM。在第二阈值P2(当前大约94bar)时，安全阀31、32、33、34、35的切断量MA是最大量MM的一半大。在第三阈值P3(当前大约42bar)时，安全阀31、32、33、34、35的切断量MA是最大量MM的三分之一大。在第四阈值P4(当前大约23bar)时，安全阀31、32、33、34、35的切断量MA是最大量MM的四分之一大。
图3示出箱设备10的第一运行策略的流程图。预备地，检查第一前提条件101，即至少一个箱21、22、23、24、25中的内压PX超过第一阈值P1。
如果满足第一前提条件101，则在第一实施步骤103中，接通所述箱21、22、23、24、25中的恰好一个箱，该箱的内压PX超过第一阈值P1。同时，切断其余箱21、22、23、24、25。即根据第一实施步骤103，箱设备10的恰好一个箱21、22、23、24、25被接通。
接下来，在第一检查步骤105中，测量箱设备10的接通的箱21、22、23、24、25的内压PX。只要所述接通的箱21、22、23、24、25的内压PX还超过第一阈值P1，该箱21、22、23、24、25就保持接通。
如果接通的箱21、22、23、24、25的内压PX低于第一阈值P1，则在第一切换步骤107中，所述接通的箱21、22、23、24、25被切断。
随后又检查第一前提条件101，即至少一个箱21、22、23、24、25中的内压PX超过第一阈值P1。只要还满足第一前提条件101，在第一实施步骤103中就接通恰好一个另外的箱21、22、23、24、25，该箱的内压PX超过第一阈值P1。
即在箱设备10的第一运行策略实施期间，总是接通箱设备10的箱21、22、23、24、25中的恰好一个箱。但是，箱21、22、23、24、25由此依次地但近似均匀地被排空。因此，单个箱21、22、23、24、25中的内压PX在第一运行策略实施期间保持近似相同。
如果不再满足第一前提条件101，即如果每个箱21、22、23、24、25中的内压PX低于第一阈值P1，则在第一变更步骤109中变更箱设备10的运行策略。
图4示出箱设备10的第二运行策略的流程图。预备地，检查第二前提条件201，即所有箱21、22、23、24、25中的内压PX低于第一阈值P1并且至少两个箱21、22、23、24、25中的内压PX超过第二阈值P2。
如果满足第二前提条件201，则在第二实施步骤203中接通箱21、22、23、24、25中的恰好两个箱，所述两个箱的内压PX超过第二阈值P2。同时，切断其余箱21、22、23、24、25。即根据第二实施步骤203，接通箱设备10中的恰好两个箱21、22、23、24、25。
接下来，在第二检验步骤205中，测量箱设备10的接通的箱21、22、23、24、25的内压PX。只要接通的箱21、22、23、24、25的内压PX还超过第二阈值P2，这些箱21、22、23、24、25就保持接通。
如果接通的箱21、22、23、24、25的内压PX低于第二阈值P2，则在第二切换步骤207中切断所述接通的箱21、22、23、24、25。
随后又检查第二前提条件201，即所有箱21、22、23、24、25中的内压PX低于第一阈值P1，并且至少两个箱21、22、23、24、25中的内压PX超过第二阈值P2。只要还满足第二前提条件201，在第二实施步骤203中就接通恰好两个另外的箱21、22、23、24、25，所述两个另外的箱的内压PX超过第二阈值P2。
即在箱设备10的第二运行策略实施期间，总是接通箱设备10的箱21、22、23、24、25中的恰好两个箱。但是，箱21、22、23、24、25由此依次地但近似均匀地被排空。因此，单个箱21、22、23、24、25中的内压PX在第二运行策略实施期间保持近似相同。
如果不再满足第二前提条件201，即如果每个箱21、22、23、24、25中的内压PX低于第二阈值P2，则在第二更换步骤209中变更箱设备10的运行策略。
类似于在这里所介绍的第一和第二运行策略，在其它在这里未明确地阐述的运行策略中，同时接通三个、四个或者五个箱21、22、23、24、25。在此，接通的箱的数量i取决于箱21、22、23、24、25中的内压PX。
图5示出接通的箱21、22、23、24、25的数量i与箱21、22、23、24、25中内压PX的相关性的曲线图。在此，在X轴上绘制出内压PX并且在Y轴上绘制出接通的箱21、22、23、24、25的数量i。
如果箱21、22、23、24、25中的内压PX超过第一阈值P1，则接通至少一个箱21、22、23、24、25，优选恰好一个箱21、22、23、24、25。
如果箱21、22、23、24、25中的内压PX低于第一阈值P1并且超过第二阈值P2，则接通至少两个箱21、22、23、24、25，优选恰好两个箱21、22、23、24、25。
如果箱21、22、23、24、25中的内压PX低于第二阈值P2并且超过第三阈值P3，则接通至少三个箱21、22、23、24、25，优选恰好三个箱21、22、23、24、25。
如果箱21、22、23、24、25中的内压PX低于第三阈值P3并且超过第四阈值P4，则接通至少四个箱21、22、23、24、25，优选恰好四个箱21、22、23、24、25。
如果箱21、22、23、24、25中的内压PX低于第四阈值P4并且超过最小压力PM，则接通所有五个箱21、22、23、24、25。
本发明不限于在这里所说明的实施例和在所述实施例中所突出的方面。而是在通过权利要求所给出的范围内，多种变型是可能的。所述变型在本领域技术人员的行事范畴内。

Claims (10)

1.一种用于运行箱设备(10)的方法，
所述箱设备包括一定数量的至少两个并联的箱(21、22、23、24、25)，
所述箱包含气态物质，并且
在所述箱中存在内压(PX)，
所述箱设备用于供给消耗装置单元(12)，
所述消耗装置单元最大需要所述气态物质的满负荷量(MV)，
其中，每个箱(21、22、23、24、25)具有安全阀(31、32、33、34、35)，
当所述气态物质通过所述安全阀(31、32、33、34、35)的通流量超过切断量(MA)时，所述安全阀切断所述箱(21、22、23、24、25)，
其中，
当至少一个箱(21、22、23、24、25)中的内压(PX)低于第一阈值(P1)时，
至少一个另外的箱(21、22、23、24、25)被接通，所述至少一个另外的箱之前是切断的，
其特征在于，在处于预给定的小于所述第一阈值(P1)的最小压力(PM)时这样地计算所述安全阀(31、32、33、34、35)的切断量(MA)，
使得所有箱(21、22、23、24、25)的安全阀(31、32、33、34、35)在最小压力(PM)时的切断量(MA)总和大于所述满负荷量(MV)。
2.根据权利要求1所述的一种用于运行箱设备(10)的方法，其特征在于，
当至少一个箱(21、22、23、24、25)中的内压(PX)超过所述第一阈值(P1)时，
至少一个另外的箱(21、22、23、24、25)被切断。
3.根据权利要求1所述的一种用于运行箱设备(10)的方法，其特征在于，
只要所有箱(21、22、23、24、25)中的内压(PX)超过所述最小压力(PM)，
就接通至少这样多的箱(21、22、23、24、25)，
使得接通的箱(21、22、23、24、25)的安全阀(31、32、33、34、35)的切断量(MA)总和大于所述满负荷量(MV)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种用于运行箱设备(10)的方法，其特征在于，
这样地计算所述第一阈值(P1)，
使得所述安全阀(31、32、33、34、35)在所述第一阈值(P1)时的切断量(MA)大于所述满负荷量(MV)。
5.根据权利要求4所述的一种用于运行箱设备(10)的方法，其特征在于，
如果至少一个箱(21、22、23、24、25)中的内压(PX)超过所述第一阈值(P1)，
接通恰好一个箱(21、22、23、24、25)，该箱的内压(PX)超过所述第一阈值(P1)。
6.根据权利要求1、2、3和5中任一项所述的一种用于运行箱设备(10)的方法，其特征在于，
如果接通的箱(21、22、23、24、25)的内压(PX)低于所述第一阈值(P1)，则将所接通的箱切断。
7.根据权利要求1、2、3和5中任一项所述的一种用于运行箱设备(10)的方法，其特征在于，
如果所有箱(21、22、23、24、25)中的内压(PX)低于所述第一阈值(P1)并且至少两个箱(21、22、23、24、25)中的内压(PX)超过第二阈值(P2)，
接通恰好两个箱(21、22、23、24、25)，所述两个箱的内压(PX)低于所述第一阈值(P1)并且超过所述第二阈值(P2)。
8.根据权利要求7所述的一种用于运行箱设备(10)的方法，其特征在于，
这样地计算所述第二阈值(P2)，
使得所述安全阀(31、32、33、34、35)在所述第二阈值(P2)时的切断量(MA)大于所述满负荷量(MV)的一半。
9.根据权利要求7所述的一种用于运行箱设备(10)的方法，其特征在于，
如果接通的箱(21、22、23、24、25)的内压(PX)低于所述第二阈值(P2)，
则将所接通的箱切断。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的一种用于运行箱设备(10)的方法的使用，用在气体运行的车辆中。
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