CN115388325A - 一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法和装置，包括气源和氢瓶加注单元，以及依次设置在气源和氢瓶加注单元之间的增压单元、缓冲单元、流量检测单元、计量单元、压力表；通过氢瓶加注单元为车载氢瓶加注氢气；气源与增压单元之间设置有截止阀V1；增压单元与缓冲单元之间设置有截止阀V2；缓冲单元与氢气加注单元之间依次设置有计量单元、截止阀V3和压力表。本发明有益效果：一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法和装置，可以有效的控制加氢精度以及测量氢瓶在试验之后的残余压力，加注误差可控制在1％公称工作压力，从而保证氢燃料电池车辆在能耗和续驶里程测量过程中的试验结果的准确性和可重复性。

Description

一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法和装置
技术领域
本发明属于氢燃料电池车辆加氢技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法和装置。
背景技术
氢燃料电池汽车因为排放只有水而被誉为终极新能源汽车，在氢燃料电池汽车的能耗以及续驶里程测量过程中，需要在试验前将车载储氢系统加满氢气以及试验后测量车载储氢系统的残余压力。
在氢气加注的过程中，由于受到精度、温度等影响，采用普通的加注方式，无法将氢气加满；同时由于加氢口和车载氢瓶都存在单向阀，因此无法直接测量试验后车载氢瓶的参与压力。
而氢气加注和残余压力测量都会影响氢燃料电池汽车的能耗以及续驶里程测量的准确度和可重复性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法和装置，为了提高氢燃料电池电动汽车在能耗以及续驶里程当中的测量结果的准确性和重复性，采用一套设备既可以在试验前将氢燃料电池电动汽车气瓶中的氢气加注误差控制在1％公称工作压力，也可以在试验后测量氢燃料电池电动汽车的残余压力。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量装置，包括气源和氢瓶加注单元，以及依次设置在气源和氢瓶加注单元之间的增压单元、缓冲单元、流量检测单元、计量单元、压力表；
通过氢瓶加注单元为车载氢瓶加注氢气；
气源与增压单元之间设置有截止阀V1；
增压单元与缓冲单元之间设置有截止阀V2；
缓冲单元与氢气加注单元之间依次设置有计量单元、截止阀V3和压力表。
一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法，试验前，氢气的加注流程：
A1、将加氢装置与氢燃料电池电动汽车通过加氢枪与加氢口连接；
A2、测量车辆所在的环境温度T1，根据氢气压缩因子Z1和温度T1下，计算目标加注压力P1：
Figure BDA0003798106960000021
其中，P0为氢燃料电池电动汽车气瓶的公称工作压力，通常为35MPa或者70Mpa；温度T0为288K；Z1为压缩系数；
A3、依次打开截止阀V1、V2和V3，然后启动增压器，向车辆补充氢气，至压力表的示数达到P1后，关闭增压设备和截止阀V2，同时保持V3为打开状态，此时缓冲罐会与车载气瓶进行压力平衡，待压力表的示数稳定后关闭V3，过程中实时监测环境温度T2和压力表的示数压力P2；
A4、根据T2计算出此时的目标压力P2′，计算P2′和P2的差值ΔP，在设定静止时间之内如果ΔP小于等于1％公称工作压力，则认为车载储氢瓶达到加满状态，加氢结束；
A5、在设定静止时间之内如果ΔP大于1％公称工作压力，则重复步骤A3到步骤A4，直到在设定静止时间之内ΔP小于等于1％公称工作压力，依次关闭截止阀V3、V2和V1，加氢结束，
Figure BDA0003798106960000022
ΔP＝|P2′-P2|
A6、根据T2和P2，计算试验前车载氢瓶内的氢气质量m1：
Figure BDA0003798106960000031
其中m为氢分子的摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol)；
v为车载氢瓶的体积，单位为升(L)；
R为常量，R＝0.0083148[Mpa·L/(mol·K)]；
Z2为压缩系数。
一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法，试验后，车载氢瓶内的残余压力测量：
B1、将加氢装置与氢燃料电池电动汽车通过加氢枪与加氢口连接，然后调整氢气气源的压力至设定压力；
B2、关闭增压设备以及截止阀V1和V2，保持截止阀V3开启，利用缓冲罐的压力打开加氢枪、加氢口以及车载氢瓶的单向阀并与车载氢瓶进行压力平衡，待压力表示数稳定后读取压力P3；
B3、压力值P3即为试验后车载氢瓶的残余压力；
B4、根据环境温度T3和残余压力P3，计算试验后车载氢瓶内的氢气质量m2；
Figure BDA0003798106960000032
其中，m为氢分子的摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol)；
v为车载氢瓶的体积，单位为升(L)；
R为常量，R＝0.0083148[Mpa·L/(mol·K)]；
Z3为压缩系数。
相对于现有技术，本发明所述的一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法和装置具有以下有益效果：
本发明所述的一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法和装置，可以有效的控制加氢精度以及测量氢瓶在试验之后的残余压力，加注误差可控制在1％公称工作压力，从而保证氢燃料电池车辆在能耗和续驶里程测量过程中的试验结果的准确性和可重复性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量装置结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
加氢过程中，车载氢瓶内的温度会迅速升高，该技术方案通过截止阀和缓冲罐的组合，实现了接近目标加氢值时，可以进行微调加氢，从而控制温升，达到精准加氢的目的。同时通过截止阀和缓冲罐的组合，控制了试验后进入氢气的总量，从而实现打开加氢口、车载气瓶的单向阀的同时测量车载氢瓶的压力。由于无法读取车载氢瓶的内部温度，因此测量过程中需要对车辆进行静置，从而使得车载氢瓶的内部温度和环境温度一致。
该装置包含气瓶、截止阀、增压器、缓冲罐、流量计、压力表、加氢枪等。
气瓶，用于提供氢气来源；
截止阀V1，用于保证试验安全，一旦发生泄露或其他危险情况，可通过关闭截止阀V1保证切断气源。
增压设备，用于氢气增压，增压设备的功能是压缩来自气瓶的氢气，并加注到车辆，增压设备并非一次性增压到气瓶的工程工作压力，而是采用脉冲式增压。由于不确定氢燃料电池电动汽车氢瓶的压力，因此增压设备应具备大于氢燃料电池电动汽车氢瓶工程工作压力的能力；
截止阀V2，用于残余压力测量，在试验后，需要测量氢燃料电池汽车气瓶的残余压力，测试时，通过关闭截止阀V2保证向车载气瓶内注入过多氢气；
缓冲罐，用于平顺氢气流量，提高流量计的精度，同时用于残余压力测量，使用缓冲罐而不是气瓶气源，可以有效的控制加注氢气的量，推荐采用4L缓冲罐；
流量计，用于评估加注进气瓶的氢气质量，科氏流量计在测量氢气流量时的误差同时具有上下偏差，且几乎对称，一定程度上可以抵消从而提高测量精度，因此推荐采用科氏流量计；
截止阀V3，用于控制氢气的加注，关闭后可读取氢燃料电池电动汽车气瓶的压力；
压力表，用于读取加注压力以及气瓶内部的压力；
加氢枪，用于与氢燃料电池车辆的加氢口连接，车载气瓶、加氢口、加氢枪都含有单向阀的设计，可有效避免车载气瓶中的氢气逆流。
试验前，氢气的加注流程如下：
a)将加氢装置与氢燃料电池电动汽车通过加氢枪与加氢口连接；
b)测量车辆所在的环境温度T1，根据氢气压缩因子Z1和温度T1下，计算目标加注压力P1。
Figure BDA0003798106960000061
此处P0为氢燃料电池电动汽车气瓶的公称工作压力，通常为35MPa或者70Mpa；温度T0为288K；Z1为压缩系数。
c)依次打开截止阀V1、V2和V3，然后启动增压器，向车辆补充氢气，至压力表的示数达到P1后，关闭增压设备和截止阀V2，同时保持V3为打开状态，此时缓冲罐会与车载气瓶进行压力平衡，待压力表的示数稳定后关闭V3，过程中实时监测环境温度T2和压力表的示数压力P2。
d)根据T2计算出此时的目标压力P2′。计算P2′和P2的差值ΔP，在2h之内(含2h)如果ΔP小于等于1％公称工作压力，则认为车载储氢瓶达到加满状态，加氢结束。
e)在2h之内(含2h)如果ΔP大于1％公称工作压力，则重复步骤c)到步骤d)，直到在2h之内(含2h)ΔP小于等于1％公称工作压力，依次关闭截止阀V3、V2和V1，加氢结束。
Figure BDA0003798106960000062
ΔP＝|P2′-P2|
f)根据T2和P2，计算试验前车载氢瓶内的氢气质量m1。
Figure BDA0003798106960000063
此处m为氢分子的摩尔质量(2.016)，单位为克每摩尔(g/mol)；
v为车载氢瓶的体积，单位为升(L)；R为常量，R＝0.0083148[Mpa·L/(mol·K)]；Z2为压缩系数。
试验后，车载氢瓶内的残余压力测量如下：
a)将加氢装置与氢燃料电池电动汽车通过加氢枪与加氢口连接，然后调整氢气气源的压力至5MPa；
b)观察流量计示数，如果流量计示数≤0.1g，则继续试验，如果流量计示数超过0.1g,重新进行步骤a)；
c)关闭增压设备以及截止阀V1和V2，保持截止阀V3开启，利用缓冲罐的压力打开加氢枪、加氢口以及车载氢瓶的单向阀并与车载氢瓶进行压力平衡，待压力表示数稳定后读取压力P3；
d)压力值P3即为试验后车载氢瓶的残余压力。
e)根据环境温度T3和残余压力P3，计算试验后车载氢瓶内的氢气质量m2。
Figure BDA0003798106960000071
此处m为氢分子的摩尔质量(2.016)，单位为克每摩尔(g/mol)；
v为车载氢瓶的体积，单位为升(L)；R为常量，R＝0.0083148[Mpa·L/(mol·K)]；Z3为压缩系数。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量装置，其特征在于：包括气源和氢瓶加注单元，以及依次设置在气源和氢瓶加注单元之间的增压单元、缓冲单元、流量检测单元、计量单元、压力表；
通过氢瓶加注单元为车载氢瓶加注氢气；
气源与增压单元之间设置有截止阀V1；
增压单元与缓冲单元之间设置有截止阀V2；
缓冲单元与氢气加注单元之间依次设置有计量单元、截止阀V3和压力表。
2.一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法，其特征在于，试验前，氢气的加注流程：
A1、将加氢装置与氢燃料电池电动汽车通过加氢枪与加氢口连接；
A2、测量车辆所在的环境温度T1，根据氢气压缩因子Z1和温度T1下，计算目标加注压力P1：
Figure FDA0003798106950000011
其中，
P0为氢燃料电池电动汽车气瓶的公称工作压力，通常为35MPa或者70Mpa；
温度T0为288K；
Ｚ1为压缩系数；
A3、依次打开截止阀V1、V2和V3，然后启动增压器，向车辆补充氢气，至压力表的示数达到P1后，关闭增压设备和截止阀V2，同时保持V3为打开状态，此时缓冲罐会与车载气瓶进行压力平衡，待压力表的示数稳定后关闭V3，过程中实时监测环境温度T2和压力表的示数压力P2；
A4、根据T2计算出此时的目标压力Ｐ′2，计算Ｐ′2和P2的差值ΔP，在设定静止时间之内如果ΔP小于等于1％公称工作压力，则认为车载储氢瓶达到加满状态，加氢结束；
A5、在设定静止时间之内如果ΔP大于1％公称工作压力，则重复步骤A3到步骤A4，直到在设定静止时间之内ΔP小于等于1％公称工作压力，依次关闭截止阀V3、V2和V1，加氢结束，
Figure FDA0003798106950000021
ΔP＝|P′2-P2|
A6、根据T2和P2，计算试验前车载氢瓶内的氢气质量m1：
Figure FDA0003798106950000022
其中m为氢分子的摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol)；
v为车载氢瓶的体积，单位为升(L)；
R为常量，R＝0.0083148[Mpa·L/(mol·K)]；
Z2为压缩系数。
3.一种氢燃料电池车辆加氢和残余压力测量方法，其特征在于，试验后，车载氢瓶内的残余压力测量：
B1、将加氢装置与氢燃料电池电动汽车通过加氢枪与加氢口连接，然后调整氢气气源的压力至设定压力；
B2、关闭增压设备以及截止阀V1和V2，保持截止阀V3开启，利用缓冲罐的压力打开加氢枪、加氢口以及车载氢瓶的单向阀并与车载氢瓶进行压力平衡，待压力表示数稳定后读取压力P3；
B3、压力值P3即为试验后车载氢瓶的残余压力；
B4、根据环境温度T3和残余压力P3，计算试验后车载氢瓶内的氢气质量m2；
Figure FDA0003798106950000031
其中，m为氢分子的摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol)；
v为车载氢瓶的体积，单位为升(L)；
R为常量，R＝0.0083148[Mpa·L/(mol·K)]；
Z3为压缩系数。
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