CN113227639A - 用于运行用于存储压缩流体的箱设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行用于储存压缩流体的箱设备(1)的方法(200)，所述箱设备具有箱(2)、阀装置(100)、供应管路(29)、布置在所述供应管路(29)中的流量调节元件(27)以及控制单元(64)，其中，所述阀装置(100)包括电磁装置(11)，借助所述电磁装置(11)能够控制所述阀装置(100)的打开和关闭过程，其中，所述电磁装置(11)包括电磁线圈(10)，其中，在所述控制单元(64)中保存有特性曲线簇(80)，在所述特性曲线簇中存储有参考压力差(70)，所述参考压力差具有分别配属的、用于所述电磁线圈(10)的电流强度，其中，所述电流强度这样地选择，使得所述阀装置(100)仍打开，其中，在所述特性曲线簇(80)中存储有初始电流强度，其特征在于，包括以下步骤：a.将所述初始电流强度施加(60)到所述电磁线圈(10)上；b.求取(61)所述箱(2)中的压力p0，并且求取(61)所述阀装置(100)与所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1；c.确定(62)所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的差；d.将所确定的所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的差分配(63)给所述特性曲线簇(80)中的参考压力差(70)之一，使得：‑当所确定的所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的差能够分配给所述参考压力差(70)之一时：i.选出(64)配属于所确定的参考压力差(70)的、用于所述电磁线圈(10)的电流强度；ii.将所选出的电流强度施加(65)到所述电磁线圈(10)上；iii.循环重复(66)步骤a.至d.；‑当所确定的所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的差不能分配给所述参考压力差(70)之一时：返回(67)到步骤a.。

Description

用于运行用于存储压缩流体的箱设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行用于储存压缩流体的箱设备的方法，该箱设备尤其是一种用于储存氢气的燃料电池箱，例如使用在具有燃料电池驱动装置的车辆中。
背景技术
未在先公开的DE 10 2018 209 057 A1说明了一种用于对燃料电池箱进行温度压力卸载的箱设备，其中，所述箱设备包括箱容器，该箱容器具有不同的阀，例如截止阀，这些阀确保例如燃料电池系统的正常工作方式。
用于这种箱设备的安全装置是标准化的。在此，每个箱设备必须具有这样的截止阀。因此，在由于具有燃料电池驱动装置的车辆发生事故而导致箱设备损坏时或者在箱设备的管路断裂时，截止阀能够关闭箱容器，使得没有气体能够从存储单元中逸出。
为了确保这种截止阀的正常工作方式，必须确保截止阀的完好的打开或关闭过程。否则，这可能导致氢气从箱容器未经调节地排出。
发明内容
本发明涉及一种用于运行用于储存压缩流体的箱设备的方法以及一种用于执行所述方法的设备。由此可以确保阀装置的完好的打开或关闭过程，该阀装置控制来自箱设备的通流横截面，其中，在发生事故时确保阀装置的密封。
这借助一种用于运行用于储存压缩流体的箱设备的方法来实现，该箱设备具有箱、阀装置、供应管路、布置在供应管路中的流量调节元件和控制单元，其中，阀装置包括电磁装置，借助该电磁装置能够控制阀装置的打开和关闭过程，其中，电磁装置包括电磁线圈，其中，在控制单元中保存有特性曲线簇，在该特性曲线簇中存储有参考压力差，该参考压力差具有分别配属的、用于电磁线圈的电流强度，其中，电流强度这样地选择，使得阀装置仍打开，其中，在特性曲线簇中保存有初始电流强度，其特征在于以下步骤：
a.将初始电流强度施加到电磁线圈上；
b.求取箱中的压力p0，并且求取阀装置与流量调节元件之间的供应管路中的压力p1；
c.确定箱中的压力p0与阀装置和流量调节元件之间的供应管路中的压力p1之间的差；
d.将所确定的箱中的压力p0与阀装置和流量调节元件之间的供应管路中的压力p1之间的差分配给特性曲线簇中的参考压力差之一，使得：
·当所确定的箱中的压力p0与阀装置和流量调节元件之间的供应管路中的压力p1之间的差能够分配给参考压力差之一时：
i.选出配属于所确定的参考压力差的、用于电磁线圈的电流强度；
ii.将所选出的电流强度施加到电磁线圈上；
iii.循环重复步骤a.至d.；
·当所确定的箱中的压力p0与阀装置和流量调节元件之间的供应管路中的压力p1之间的差不能分配给参考压力差之一时：返回步骤a.。
借助阀装置的几何尺寸以及在阀装置上和在流量调节元件上的通流条件可以求取参考压力差，使得由此能够求取施加在电磁线圈上的电流强度。在此，这选择为使得在阀装置上的压力和流动力通过所产生的磁力这样地补偿，使得该阀装置刚好布置在打开位态中。如果现在例如由于供应管路中的断裂而触发了达到箱中的压力p0与阀装置和流量调节元件之间的供应管路中的压力p1之间的未被保存的压力差范围，则在电磁线圈上被操控的电流强度不再足以产生足够大的磁力，该磁力抵抗阀装置上的压力和流动力。结果是，阀装置被关闭并且压缩介质不再能够从箱中逸出。因此，能够防止压缩介质未经调节地从箱中排出，并且能够实现最优的安全要求。
在本发明的第一有利的扩展方案中设置，箱中的压力p0与阀装置和流量调节元件之间的供应管路中的压力p1之间的压力差由阀装置的几何尺寸和/或在流量调节元件上的通流横截面确定。因此，可以根据气态介质的体积流例如通过流量调节元件来控制压力差。
在有利的扩展方案中设置，借助流量调节元件上的通流横截面来确定阀装置与流量调节元件之间的供应管路中的压力p1。因此，能够以简单的方式借助箱中的压力p0和/或借助通过阀装置的氢气的通流横截面来确定阀装置与流量调节元件之间的供应管路中的压力p1。
在本发明的另一构型中有利地设置，借助布置在箱中的压力测量单元连续地测量箱中的压力p0。因此，可以与箱设备的实际情况相匹配地实现该方法的最优执行。
在有利的扩展方案中，箱包括具有颈部区域的箱壳体，在该颈部区域中布置有阀装置。因此，阀装置同时集成到箱中并且因此被保护免受外部影响，例如由于抖动而引起的损坏。
设置为用于执行所述方法的设备具有箱设备和控制单元，通过所述控制单元可以实施所述方法。
在有利的扩展方案中，控制单元包括一个控制器或多个控制器。因此，所述方法能够以简单的方式在没有箱设备的结构改造的情况下并且在没有附加构件的情况下实施。
所说明的方法和设备优选在燃料电池组件中适用于向燃料电池的阳极区域供给氢气。
附图说明
在附图中示出根据本发明的用于储存压缩流体的箱设备的实施例和用于运行这种箱设备的方法的流程图。附图示出了：
图1以纵截面示出根据本发明的箱设备的一个实施例，
图2用于运行箱设备的根据本发明的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于储存压缩流体、尤其是氢气的箱设备1的一个实施例的纵截面视图，所述箱设备具有阀装置100。
阀装置100具有带有纵轴线18的阀壳体6。在阀壳体6中构造有入口开口22和出口开口40，它们通到内室42中。此外，在阀壳体6中布置有具有线圈壳体8的电磁线圈10。阀壳体6还包括止挡元件12，该止挡元件被线圈壳体8包围，并且该止挡元件借助密封元件24将电磁线圈10相对于内室42密封。
在内室42中布置有可沿着纵轴线18运动的第一磁性衔铁14，该第一磁性衔铁以成型部44与第一密封座32共同作用，用于打开和关闭出口开口40。第一密封座32在这里构造在止挡元件12的凸肩48上。在第一磁性衔铁14中构造有贯穿开口20，该贯穿开口在第一磁性衔铁14的背离第一密封座32的端部处通到凹槽38中。
在凹槽38中容纳有可沿着纵轴线18运动的第二磁性衔铁16，该第二磁性衔铁以成型部46与第二密封座34共同作用，用于打开和关闭第一磁性衔铁14中的贯穿开口20。第二密封座34构造在第一磁性衔铁14上。
借助弹簧30对第二磁性衔铁16加载以朝第二密封座34方向的力，使得第二磁性衔铁16靠置在第二密封座34上，所述弹簧布置在阀壳体6的凹槽50中并且支撑在第二磁性衔铁16和阀壳体6之间。因此，贯穿开口20关闭。
通过第一磁性衔铁14与第二磁性衔铁16的作用连接，第一磁性衔铁14借助弹簧30压抵着第一密封座32，使得出口开口40关闭。此外，第一磁性衔铁14具有凸肩36，该凸肩与第二磁性衔铁16的凸肩52共同作用。因此，在第二密封座34打开时，第二磁性衔铁16在其纵向运动中作为用于第一磁性衔铁14的携动件起作用，由此加速第一密封座32的打开。
内室42通过第一磁性衔铁14和第二磁性衔铁16被分为外环形室422、内环形室420和弹簧室421。在此，外环形室422被止挡元件12和第一磁性衔铁14限界，而内环形室420被第一磁性衔铁14和第二磁性衔铁16限界。
不但内环形室420而且外环形室422都通到弹簧室421中，其中，弹簧室421包围阀壳体6的凹槽50并且过渡到进入开口22中。
阀装置100是具有箱2的箱设备1的一部分。箱2具有箱壳体3，在该箱壳体中构造有箱内室4。箱壳体3具有颈部区域28，在该颈部区域中布置有阀装置100。在此，该箱集成到箱壳体3中并且因此将箱内室4向外封闭。借助阀装置100的阀壳体6与箱2的箱壳体3之间的密封元件26密封箱内室4，使得气态介质、尤其是氢气仅能够经由阀装置100流入箱2或从箱流出。
第一磁性衔铁14和第二磁性衔铁16与电磁线圈10和线圈壳体8一起构成电磁装置11。
气态介质在第一密封座32上的通流横截面在此大于气态介质在第二密封座34上的通流横截面，因为柱形构造的出口开口40的直径大于柱形贯穿开口20的直径。第二密封座34因此可以通过小的磁力被释放，其中，通过打开第二密封座34这样地改变第一密封座32处的压力比，使得用于打开第一密封座32所需的磁力不再如取消第二密封座34和第二磁性衔铁16时那样大。因此，总体上需要小的磁力来打开阀装置100。
出口开口40与供应管路29流体连接，其中，在供应管路29中布置有流量调节元件27，该流量调节元件控制朝消耗装置31(在此是燃料电池组件)方向的压缩流体，该消耗装置具有来自箱设备1的氢气。在流量调节元件27和阀装置100之间的供应管路29中存在压力p1。
此外，在箱内室4中布置有压力测量单元43，使得可以求取和监控箱内室4中的压力p0。
因此，压力p1可以借助箱内室4中的压力p0、在已知阀装置100的几何尺寸的情况下在阀装置100上的氢气的通流横截面和在压力调节元件27上的氢气的通流横截面来确定。
此外，存在具有控制单元64的设备65，该控制单元与压力调节元件27、压力测量单元43和电磁线圈10作用连接。
在箱2中存在压力p0。如果阀装置100处于打开位置中，即第一密封座32和第二密封座34被释放并且箱2与供应管路29流体连接并且流量调节元件27不控制朝消耗装置31方向的压缩流体，则在阀装置100和流量调节元件27之间的供应管路29中也存在与箱2中相同的压力。也就是说，p0＝p1。
如果流量调节元件27控制朝消耗装置31方向的压缩流体，则阀装置100和流量调节元件27之间的供应管路29中的压力p1下降，即p0>p1。在此，p0与p1之间的差通过阀装置100中的压缩流体在第一密封座32和第二密封座34上的、由阀装置100的几何尺寸决定的通流横截面以及在流量调节元件27上的通流横截面一起确定。
p0与p1之间的差，即在阀装置100、箱2和供应管路29中的压力和流动力，作为关闭力作用到第一磁性衔铁14上，使得需要较大的磁力来打开第一密封座32或保持该第一密封座打开。
在下面说明一种方法，在该方法中，在箱设备1的典型运行中将磁力匹配于作用到第一磁性衔铁14上的预期的压力和流动力，并且在例如在管路断裂或流量调节元件27故障时出现压力差的情况下，磁力不再足以保持第一密封座32打开。因此，防止氢气从箱2中流出。
图2示出根据本发明的用于运行用于储存压缩流体的箱设备1的方法200的流程图，其中，在下面阐述该流程图：
在控制单元64中保存有特性曲线簇80，在该特性曲线簇中存储有参考压力差70，该参考压力差具有分别配属的、用于电磁线圈10的电流强度。在此，电流强度这样地选择，使得阀装置仍打开，即作用到第一磁性衔铁14和第二磁性衔铁16上的磁力刚好仍足以保持第一密封座32和第二密封座34打开。
此外，在特性曲线簇80中保存有初始电流强度，该初始电流强度例如可以相当于0A的值。该初始电流强度的值范围也可以位于典型地保存在用于参考压力差70的特性曲线簇80中的范围内。
在方法200的第一步骤中，将该初始电流强度施加到电磁线圈10上(施加60)。
借助压力测量单元43和/或通过阀装置100的已知几何结构和/或在流量调节元件27上的通流横截面求取箱2中的压力p0以及阀装置100与流量调节元件27之间的供应管路29中的压力p1(求取61)。
确定箱2中的压力p0与阀装置100和流量控制元件27之间的供应管路中的压力p1之间的差(确定62)。
现在将所确定的箱2中的压力p0与阀装置100和流量控制元件27之间的供应管路中的压力p1之间的差分配给特性曲线簇80中的参考压力差70之一(分配63)。这如此进行：如果所确定的箱2中的压力p0与阀装置100和流量控制元件27之间的供应管路29中的压力p1之间的差能够分配给参考压力差70之一，则选出配属于所确定的参考压力差70的、用于电磁线圈10的电流强度(选出64)并且施加给电磁线圈10(施加65)。此后，为了整个箱设备1的有效的工作方式，循环重复所有所提到的步骤(循环重复66)。
如果不能将所确定的箱2中的压力p0与阀装置100和流量控制元件27之间的供应管路29中的压力p1之间的差分配给参考压力差70之一(分配63)，则再次从头执行方法200(返回67)。
例如，这种情况在针对所确定的箱2中的压力p0与阀装置100和流量调节元件27之间的供应管路29中的压力p1之间的差不保存数值范围时出现，因为该数值在典型的运行方法中不存在。
因此，由电磁线圈10产生的并作用到第一磁性衔铁14和第二磁性衔铁16上的磁力能够匹配于箱设备1中实际存在的压力和流动力。然而，如果达到了不作为参考压力差70保存在控制单元64中的p0与p1之间的压力差，则施加在电磁线圈10上的电流强度不再足以保持第一密封座32和第二密封座34打开。阀装置100关闭并且没有压缩流体从箱2流出。因此可以保证，例如在流量调节元件27的功能故障时或在箱设备1上出现可能的损坏时，阀装置100关闭并且箱2被封闭。
根据本发明的方法200通过控制单元64实施，该控制单元可以包括一个控制器或多个控制器。此外，可以通过控制单元64调节对电磁线圈10的操控、对流量调节元件27的操控以及对压力测量单元43、45的操控。
所说明的方法和设备例如在燃料电池组件中适用于控制燃料电池阳极区域的氢气供应。

Claims (8)

1.一种用于运行箱设备(1)的方法(200)，所述箱设备用于储存压缩流体，所述箱设备具有箱(2)、阀装置(100)、供应管路(29)、布置在所述供应管路(29)中的流量调节元件(27)、以及控制单元(64)，其中，所述阀装置(100)包括电磁装置(11)，借助所述电磁装置(11)能够控制所述阀装置(100)的打开和关闭过程，其中，所述电磁装置(11)包括电磁线圈(10)，其中，在所述控制单元(64)中保存有特性曲线簇(80)，在所述特性曲线簇(80)中存储有参考压力差(70)，所述参考压力差具有分别配属的、用于所述电磁线圈(10)的电流强度，其中，所述电流强度选择成，使得所述阀装置(100)仍打开，其中，在所述特性曲线簇(80)中保存有初始电流强度，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.将所述初始电流强度施加(60)到所述电磁线圈(10)上；
b.求取(61)所述箱(2)中的压力p0，并且求取(61)所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1；
c.确定(62)所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的差；
d.将所确定的所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的差分配(63)给所述特性曲线簇(80)中的参考压力差(70)之一，使得：
·当所确定的所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的差能够分配给所述参考压力差(70)之一时：
i.选出(64)配属于所确定的参考压力差(70)的、用于所述电磁线圈(10)的电流强度；
ii.将所选出的电流强度施加(65)到所述电磁线圈(10)上；
iii.循环重复(66)步骤a.至d.；
·当所确定的所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的差不能分配给所述参考压力差(70)之一时：返回(67)到步骤a.。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，其特征在于，所述箱(2)中的压力p0与所述阀装置(100)和所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1之间的压力差由所述阀装置(100)的几何尺寸和/或在所述流量调节元件(27)上的通流横截面确定。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，其特征在于，借助所述流量调节元件(27)上的通流横截面求取所述阀装置(100)与所述流量调节元件(27)之间的所述供应管路(29)中的压力p1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，其特征在于，借助布置在所述箱(2)中的压力测量单元(43)连续地测量所述箱(2)中的压力p0。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，其特征在于，所述箱(2)包括箱壳体(3)，所述箱壳体具有颈部区域(28)，在所述颈部区域(28)中布置有所述阀装置(100)。
6.一种设置为用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的设备(65)，其具有箱设备(1)和控制单元(64)，通过所述控制单元(64)实施根据权利要求1所述的方法的步骤a.至d.。
7.根据权利要求6所述的设备(65)，其特征在于，所述控制单元(64)包括一个控制器或多个控制器。
8.一种具有根据权利要求6或7所述的设备(65)的燃料电池组件。
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