CN111022915A - 燃料电池汽车高压快速加氢方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池汽车高压快速加氢方法,包括:步骤a,在储氢瓶中加满预定压力的液体;步骤b,用加氢站中的氢气置换步骤a中的所述储氢瓶中的液体,所述氢气的压力与步骤a中的液体的预定压力相同。本发明的燃料电池汽车高压快速加氢方法,有效防止了加氢过程中的氢气压力的变化,避免了压力变化导致的温升问题,保护了储氢瓶,保证了加注质量,实现了氢气高压力大流量的快速安全加注。本发明还公开了一种燃料电池汽车高压快速加氢系统。

Description

燃料电池汽车高压快速加氢方法及系统
技术领域
本发明涉及汽车燃料加注技术领域,特别涉及一种燃料电池汽车高压快速加氢方法及系统。
背景技术
燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车,车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得的高含氢重整气。
燃料电池汽车加氢时,需要用压缩机将氢气加压至汽车储氢瓶所需要的压力后,再经加注计量装置,加注到汽车车载储氢瓶中。随着燃料电池汽车的发展及增多,要求更高的储氢瓶充装压力,以提供更多的续航里程。目前,70MPa超高压的储氢瓶的应用越来越广,为了缩短加注时间,需提高氢气加注流速和加注压力,当加注速度快、加注压力大时,由于氢气压力变化会产生储氢瓶的温度急剧升高的温升现象。当超过储氢瓶的安全工作温度上限时,将破坏储氢瓶,引发严重的安全问题。而且温升现象还会导致储氢瓶的氢气实际加注质量不能达到额定加注质量。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种燃料电池汽车高压快速加氢方法,有效防止了加氢过程中的氢气压力的变化,避免了压力变化导致的温升问题,保护了储氢瓶,保证了加注质量,实现了氢气高压力大流量的快速安全加注。
本发明还提供了一种燃料电池汽车高压快速加氢系统。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种燃料电池汽车高压快速加氢方法,包括:
步骤a,在储氢瓶中加满预定压力的液体;
步骤b,用加氢站中的氢气置换步骤a中的所述储氢瓶中的液体,所述氢气的压力与步骤a中的液体的预定压力相同。
可选地,所述液体为超纯水。
可选地,所述步骤a中,通过压力传感器监测所述储氢瓶内液体的压力,当所述储氢瓶内的液体的压力达到所述预定压力时,停止加注液体。
可选地,所述步骤b中,所述氢气在加氢站中缓慢加压到所述预设压力。
可选地,所述步骤b中,所述置换过程为所述氢气从所述储氢瓶的上端瓶口进入,所述液体从所述储氢瓶的下端的瓶尾的开口流出。
可选地,所述瓶尾的开口流出的气液混合物通过气液分离器分离后回收利用。
可选地,所述液体的加注过程及氢气的加注过程均通过控制器控制。
可选地,所述储氢瓶中的液体通过水泵不断注入液体加压。
本发明还提供了一种燃料电池汽车高压快速加氢系统,所述系统用于上述的燃料电池汽车高压快速加氢方法中,包括通过进液管路与储氢瓶连通的储液装置,及通过进气管路与所述储氢瓶连通的加氢站;所述进液管路上设置有水泵。
可选地,所述储氢瓶的出口通过管路与一气液分离器连通,所述气液分离器的出口端与回气管和回水管连通,所述回气管与加氢站连通,所述回水管与储液装置连通。
可选地,所述储氢瓶的入口端设置有瓶口阀,所述储氢瓶的出口端设置有瓶尾阀;所述瓶口阀和所述瓶尾阀均与控制器通信连接。
从上述技术方案可以看出,本发明的燃料电池汽车高压快速加氢方法,先在储氢瓶中加满预定压力的液体,再用与上述液体的预定压力相同的氢气将储氢瓶中的液体排出,该过程中储氢瓶内不产生压力变化,解决了由压力变化导致的温升问题,能够实现高压力大流量的快速安全加注,避免了由于温升对储氢瓶产生的破坏,保护了储氢瓶,延长了其使用寿命,规避了加注过程中温度变化对加注质量的影响。
本发明还提供了一种燃料电池汽车高压快速加氢系统,所述系统应用于上述的方法中,因此,也具有上述方法的优点,此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的燃料电池汽车高压快速加氢系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种燃料电池汽车高压快速加氢方法,有效防止了加氢过程中的氢气压力的变化,避免了压力变化导致的温升问题,保护了储氢瓶,保证了加注质量,实现了氢气高压力大流量的快速安全加注。
本发明还提供了一种燃料电池汽车高压快速加氢系统。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明提供了一种燃料电池汽车高压快速加氢方法,包括以下步骤:步骤a,在储氢瓶7中加满预定压力的液体;步骤b,用加氢站2中的氢气置换步骤a中的储氢瓶7中的液体,所述氢气的压力与步骤a中的液体的预定压力相同。
本发明的燃料电池汽车高压快速加氢方法,先在储氢瓶7中加满预定压力的液体,再用与上述液体的预定压力相同的氢气将储氢瓶7中的液体排出,该过程中储氢瓶7内不产生压力变化,解决了由压力变化导致的温升问题,能够实现高压力大流量的快速安全加注,避免了由于温升对储氢瓶7产生的破坏,保护了储氢瓶7,延长了其使用寿命,规避了加注过程中温度变化对加注质量的影响。
随着技术的发展,70MPa超高压的气瓶应用越来越广泛,为了减少加注时间,需要提高氢气的加注流速和压力。
在一具体实施例中,所述液体为超纯水。预定压力为70MPa。本发明的燃料电池汽车高压快速加氢方法采用超纯水为置换介质,超纯水为柔和的,不会损坏储氢瓶7,也不会产生杂质。其中,超纯水储存在储液装置内,具体的,所述储液装置为蓄水池1。
其中,超纯水是指水中的导电介质几乎完全去除,又将水中不离解的胶体物质、气体及有机物均去除至很低程度的水。电阻率大于18MΩ*cm,或接近18.3MΩ*cm极限值(25℃),这种水中除了水分子外,几乎没有什么杂质,更没有细菌、病毒、含氯二恶英等有机物。
具体的,超纯水的加注过程为:储氢瓶7的瓶尾的开口端位置的瓶尾阀8关闭,使用水泵抽取蓄水池1中的超纯水,经进液管路4加注,当达到一定压力(小于70MPa的设定压力)后,设置在储氢瓶7的瓶口位置的瓶口阀6自动开启,超纯水加注到储氢瓶7中,加满后继续加水加压,瓶口阀6处设置有压力传感器,所述压力传感器与控制器3通信连接,当检测到瓶内压力达到70MPa时,控制器3控制所述水泵开始或者停止加注超纯水。在一具体实施例中,如图1所示,所述水泵位于加氢站2中。
在燃料电池车辆未驶入加氢站2之前,氢气需预先在加氢站2中缓慢加压到70MPa。由于加氢站2中有冷却系统,并且加压缓慢,因此加注之前的氢气保持常温。氢气加注过程:待储氢瓶7中加注满70MPa的超纯水后,打开加氢站2的加气阀门开始加氢,当瓶内的压力超过70MPa时通过控制器3打开瓶尾阀8排出超纯水,以70MPa的氢气置换70MPa的超纯水,使储氢瓶7内的压力一直保持在70MPa的恒压状态。在瓶尾阀8处集成一个液位传感器,当显示不再有水排出时,在控制器3的控制下关闭瓶尾阀8和瓶口阀6,氢气加注过程结束。通过设置所述液位传感器,用于检测储氢瓶7中的超纯水是否排完。
具体的,瓶尾阀8和瓶口阀6均为瓶阀,安装在储氢瓶7上用以控制流体通断及流量的阀门。其中,瓶口阀6由电磁阀、机械阀、TPRD(Temperature Pressure Relief Device,热压力释放装置)等集成,同时集成有温度传感器和压力传感器来监测储氢瓶7内的温度和压力。瓶口阀6中通过集成所述机械阀,便于在维修时实现手动控制瓶口阀6处流体的通断。瓶口阀6一般为关闭状态,加注时达到一定压力其中的电磁阀自动开启。瓶口阀6的关闭通过控制器3控制其中的电磁阀实现。本方案中瓶尾阀8由电磁阀和TPRD集成,另集成一个液位传感器检测储氢瓶7中的水位,瓶尾阀8的开启和关闭通过控制器3控制其中的电磁阀实现。
为了回收利用从瓶尾阀8排出的液体或气液混合物,从储氢瓶7中排出的氢水混合物经过气液分离器9分离,超纯水沿着回水管10进入蓄水池1循环利用,氢气经过回气管11进入加氢站2。
本发明的燃料电池汽车高压快速加氢方法,先在储氢瓶7中加满超纯水并加压到70MPa,再以70MPa压力直接加注氢气进入储氢瓶7中将超纯水排出。该过程中储氢瓶7内的压力未发生变化,解决了由压力变化导致的温升问题,实现了高压力大流量的快速安全加注。
本发明还提供了一种燃料电池汽车高压快速加氢系统,所述系统用于上述的燃料电池汽车高压快速加氢方法中,包括通过进液管路4与储氢瓶7连通的储液装置,及通过进气管路5与储氢瓶7连通的加氢站2;进液管路4上设置有水泵。本实施例中,所述水泵设置在加氢站2内。储液装置为蓄水池1。蓄水池1用于盛装超纯水。加氢站2内的氢气为加压到70MPa的高压氢气。可以理解的,进液管路4和进气管路5均为耐高压管路。储氢瓶7为耐高压结构。
为了对储氢瓶7的瓶尾开口排出的混合物进行回收利用,储氢瓶7的出口通过管路与一气液分离器9连通,气液分离器9的出口端与回气管11和回水管10连通,回气管11与加氢站2连通,将气液分离器9分离出的氢气送回加氢站2,回水管10与蓄水池1连通,将气液分离器9分离出的超纯水送回蓄水池1以备使用。
为了方便控制开断和流量,储氢瓶7的入口端设置有瓶口阀6,储氢瓶7的出口端设置有瓶尾阀8;瓶口阀6和瓶尾阀8均与控制器3通信连接。控制器3为本领域常用的PLC或单片机,此处不再赘述。储氢瓶7的入口端为储氢瓶7的上端瓶口,储氢瓶7的出口端为储氢瓶7的下端的瓶尾的开口。
在本方案的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本方案的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种燃料电池汽车高压快速加氢方法,其特征在于,包括:
步骤a,在储氢瓶(7)中加满预定压力的液体;
步骤b,用加氢站(2)中的氢气置换步骤a中的所述储氢瓶(7)中的液体,所述氢气的压力与步骤a中的液体的预定压力相同。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车高压快速加氢方法,其特征在于,所述液体为超纯水。
3.根据权利要求1所述的燃料电池汽车高压快速加氢方法,其特征在于,所述步骤a中,通过压力传感器监测所述储氢瓶(7)内液体的压力,当所述储氢瓶(7)内的液体的压力达到所述预定压力时,停止加注液体。
4.根据权利要求1所述的燃料电池汽车高压快速加氢方法,其特征在于,所述步骤b中,所述氢气在加氢站(2)中缓慢加压到所述预设压力。
5.根据权利要求1所述的燃料电池汽车高压快速加氢方法,其特征在于,所述步骤b中,所述置换过程为所述氢气从所述储氢瓶(7)的上端瓶口进入,所述液体从所述储氢瓶(7)的下端的瓶尾的开口流出。
6.根据权利要求5所述的燃料电池汽车高压快速加氢方法,其特征在于,所述瓶尾的开口流出的气液混合物通过气液分离器(9)分离后回收利用。
7.根据权利要求1所述的燃料电池汽车高压快速加氢方法,其特征在于,所述液体的加注过程及氢气的加注过程均通过控制器(3)控制。
8.根据权利要求1所述的燃料电池汽车高压快速加氢方法,其特征在于,所述储氢瓶(7)中的液体通过水泵不断注入液体加压。
9.一种燃料电池汽车高压快速加氢系统,所述系统用于权利要求1-8任一项所述的燃料电池汽车高压快速加氢方法中,其特征在于,包括通过进液管路(4)与储氢瓶(7)连通的储液装置,及通过进气管路(5)与所述储氢瓶(7)连通的加氢站(2);所述进液管路(4)上设置有水泵。
10.根据权利要求9所述的燃料电池汽车高压快速加氢系统,其特征在于,所述储氢瓶(7)的出口通过管路与一气液分离器(9)连通,所述气液分离器(9)的出口端与回气管(11)和回水管(10)连通,所述回气管(11)与加氢站(2)连通,所述回水管(10)与储液装置连通。
11.根据权利要求9所述的燃料电池汽车高压快速加氢系统,其特征在于,所述储氢瓶(7)的入口端设置有瓶口阀(6),所述储氢瓶(7)的出口端设置有瓶尾阀(8);所述瓶口阀(6)和所述瓶尾阀(8)均与控制器(3)通信连接。
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