CN117651853A - 驱动系统和用于求取驱动系统的计量系统中的温度的求取方法 - Google Patents

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Abstract

所提出的发明涉及一种用于提供用于驱动负载的能量的驱动系统(100)。所述驱动系统(100)包括：压力气体罐(101)，所述压力气体罐具有压力传感器(103)和温度传感器(105)；能量转换器(107)，所述能量转换器用于将来自存储在所述压力气体罐(101)中的气体的能量转换为驱动能量；计量系统(109)，所述计量系统用于将来自所述压力气体罐(101)的气体配量到所述能量转换器(107)中；管控器(111)，所述管控器配置为用于，借助数学模型(200)计算在所述计量系统(109)中流动的气体的温度，所述数学模型对从所述压力气体罐(101)流动到所述计量系统(109)中的气体的等焓状态变化进行建模。另外，所述管控器(111)配置为用于，将借助所述压力传感器(103)和/或所述温度传感器(105)求取出的测量值作为输入值提供给所述数学模型(200)。另外，所述管控器(111)配置为用于，将流动到所述计量系统(109)中的气体的计算出的温度提供给附加系统。

Description

驱动系统和用于求取驱动系统的计量系统中的温度的求取 方法
背景技术
尤其是在具有氢气驱动器的车辆中，燃料被存储在压力气体容器中和/或在低温状态中。
在压力气体容器中，燃料在直至875bar的压力和在-40与85℃之间的温度的情况下以气态的形式存在。在直至50bar的压力和直至-265℃的温度的情况下以液态的形式存在。
为了保护具有在相应的压力气体容器下游的能量转换器的驱动系统的系统部件，燃料到计量系统中的进入温度必须在最小-40℃与120℃之间的、理想地在-20℃与95℃之间的温度范围中，如例如在规章UN/ECE R79中所规定的那样，该计量系统用于将来自相应的压力气体罐的气体配量到能量转换器中。
另外，在法律上规定，机动车中的氢气压力气体容器对于每个罐必须具有用于罐压力和罐温度的传感器，并且提供相应的关于通信接口的信息，如例如在规章SAE J2579和UN/ECE R79中的所规定的那样。
燃料电池系统或者燃料供给系统以比压力气体容器中的压力低的压力工作。例如，燃料电池系统以在3与30bar_g之间的压力工作，其中，bar_g表明相对于环境压力的参照压力。
由于在气体膨胀时气体从压力气体容器到计量系统的状态变化，气体的温度发生变化。
发明内容
在所提出的发明的框架中，提出具有相应独立权利要求的特征的一种驱动系统、一种罐系统、一种车辆和一种用于求取驱动系统的计量系统中的温度的求取方法。由相应从属权利要求、说明书和附图得出本发明的其他特征和细节。在此，在根据本发明的驱动系统或根据本发明的罐系统和/或根据本发明的车辆的背景下描述的特征和细节当然也在根据本发明的求取方法的背景下适用，相应地反之亦然，从而在对各个发明方面的公开内容方面始终相互援引或可以相互援引。
所提出的发明用于提供一种用于求取驱动系统的计量系统中的温度的可能性。尤其是，所提出的发明用于，在不使用计量系统中的一个传感器或者多个传感器的情况下，求取从一个压力气体罐或者多个压力气体罐导入到驱动系统的计量系统中的气体的温度。
因此，在所提出的发明的第一方面中，提出一种用于提供用于驱动负载的能量的驱动系统。该驱动系统包括：压力气体罐，该压力气体罐具有压力传感器和温度传感器；能量转换器，该能量转换器用于将来自存储在压力气体罐中的气体的能量转换为驱动能量；计量系统，该计量系统用于将来自压力气体罐的气体配量到能量转换器中；管控器，该管控器配置为用于，借助数学模型计算在计量系统中流动的气体的温度，所述数学模型对从压力气体罐流动到计量系统中的气体的等焓状态变化进行建模，其中，该管控器另外配置为用于，将借助压力传感器和温度传感器求取出的测量值作为输入值提供给数学模型，并且其中，该管控器另外配置为用于，将流动到计量系统中的气体的计算出的温度提供给附加系统。
在所提出的发明的上下文中，能量转换器应理解为用于将存储在燃料、例如氢气中的潜能转换为用于驱动车辆的驱动能量的系统。能量转换器可以是例如燃料电池系统或者内燃机，尤其是往复活塞发动机或者旋转活塞发动机。
在所提出的发明的上下文中，计量系统应理解为用于将燃料配量或供应到能量转换器中的系统。计量系统可以是例如喷入系统或者阳极子系统。尤其是，计量系统包括计量路段，在将燃料供应给相应的能量转换器之前，从压力气体罐中流出的气态燃料在该计量路段中膨胀。
在所提出的发明的上下文中，管控器应理解为可编程电路，例如处理器或者ASIC。例如，管控器可以是能量转换器的控制器。
所提出的驱动系统基于由驱动系统的压力气体罐的温度传感器和压力传感器提供的测量值。借助这些测量值，求取流入到驱动系统的计量系统中的气体或燃料。为此，将测量值馈入到数学模型中，该数学模型由所提出的驱动系统的管控器实施。
根据本发明设置的数学模型对从压力气体罐流动到计量系统中的气体的等焓状态变化进行建模。为此，在根据本发明设置的管控器中，可以保存有用于压力气体罐中的不同压力或不同温度的等焓状态变化的不同特性曲线，使得视自一定量的气体从压力气体罐流出并且流入到计量系统中起过去多少时间或走过多少路段而定地，可以确定在计量系统中流动的气体的相应的温度。
替代于或者附加于相应的特性曲线，数学模型可以包括数学公式，该数学公式在数学方面基于压力和温度的在压力气体罐中求取出的测量值反映气体的温度的变化。相应地，借助数学公式，可以确定在计量系统中流动的气体的温度。在此，数学公式可以在数学方面反映例如经由计量系统的管线和表面的热量损失。
通过使用根据本发明设置的管控器来求取在所提出的驱动系统的计量系统中流动的气体的温度，可以省去计量系统中的容易出故障的传感装置。相应地，所提出的驱动系统是特别稳健和可靠的。
如果当前在所提出的驱动系统的计量系统中流动的气体的温度是已知的或是由管控器求取出的，则可以将该温度提供给附加系统，例如驱动系统的中央控制器和/或显示单元。
为了提供相应的求取出的温度，所提出的驱动系统的管控器可以将求取出的温度的值以能够调用的方式保存在存储器中或者将求取出的温度的值经由通信接口传输给附加系统。
可以设置，能量转换器是燃料电池系统。
如果该能量转换器是燃料电池系统，则相应的通过管控器求取出的温度可以在计量系统中使用，以便将燃料电池系统针对气体的温度来调设或如此调设气体供应，使得在计量系统中流动的气体采用预给定的温度，所述计量系统例如是阳极子系统。为此，例如可以相应地打开或者关闭压力气体罐的阀。替代地，用于将来自阳极子系统的气体导入到燃料电池系统的燃料电池堆中的阀可以这样被激活或停用，使得在阳极子系统和/或燃料电池堆中调设出预给定的温度。
替代地或者附加地，可以调整在阳极子系统中流动的冷却剂的冷却剂温度或者冷却剂流，以便在计量系统或阳极子系统中调设期望的气体温度。
在使用多个压力气体罐的情况下，可以设置，将具有过高的或过低的温度或者压力(即大于或者小于预给定的阈值的温度或者压力)的单个罐与计量系统分离或关断，以便保证所提出的驱动系统的继续运行。
另外，可以设置，能量转换器是内燃机。
如果能量转换器是内燃机，例如往复活塞发动机或者旋转活塞发动机，该内燃机尤其配置为用于燃料氢气，则可以使用相应的通过管控器求取出的在计量系统中的温度，以便将内燃机针对气体的温度来调设或如此调设气体供应，使得在喷入系统中流动的气体采用预给定的温度，所述计量系统例如是具有供应部段、例如所谓的“轨”的喷入系统。为此，例如可以相应地打开或者关闭压力气体罐的阀。替代地，用于将来自喷入系统的气体导入到内燃机中的阀可以这样被激活或停用，使得在喷入系统和/或内燃机中调设出预给定的温度。
另外，可以设置，负载是机械系统。
所提出的驱动系统尤其适合用于驱动机械系统、例如机器、尤其是传动装置和/或用于使车辆的车轮运动的机械装置。
另外可以设置，所述数学模型包括校正项，所述校正项在数学方面反映减压器和/或供应通道的影响，该供应通道用于将来自压力气体罐供应到能量转换器。
为了使由于部件(例如减压器和/或供应通道，例如减压器的和/或供应通道的形状和/或材料)对在所提出的驱动系统的计量系统中流动的气体的温度的影响造成的差异最小化，适用如下数学校正项：该数学校正项例如在实验室试验中借助实验测量专门针对相应的减压器和/或供应通道求取。
另外可以设置，在压力气体罐与能量转换器之间的区域没有压力传感器并且没有温度传感器。
通过在所提出的驱动系统的压力气体罐与能量转换器之间的、无压力传感器的或无温度传感器的区域，可以省去容易出故障的传感器并且可以实现驱动系统的特别高的寿命。
另外可以设置，驱动系统包括多个压力存储器，所述压力存储器分别包括压力传感器和温度传感器，并且管控器配置为用于，将相应的压力存储器的相应的压力传感器和温度传感器的取平均的测量值作为输入值提供给数学模型。
为了影响多个压力气体罐对所提出的驱动系统的影响并且报告给相应的附加系统，已证明为适合的是取平均过程，在该取平均过程中，对在相应的压力气体罐上求取出的测量值取平均。替代地，可以设置，仅如下测量值被管控器使用：所述测量值是由当前用于计量系统的燃料供给的罐或者预给定的或根据预给定的标准目录自动选择的主罐求取出的。
在第二方面中，所提出的发明涉及一种用于求取驱动系统的计量系统中的温度的求取方法。该驱动系统包括：压力气体罐，该压力气体罐具有压力传感器和温度传感器；能量转换器，该能量转换器用于将来自存储在压力气体罐中的气体的能量转换为驱动能量；和计量系统，该计量系统用于将来自压力气体罐的气体配量到能量转换器中。所述求取方法包括：求取步骤，在该求取步骤中，求取压力气体罐中的压力和温度；建模步骤，在该建模步骤中，借助数学模型对从压力气体罐流动到计量系统中的气体的等焓状态变化进行建模；和计算步骤，在该计算步骤中，借助数学模型计算流动到计量系统中的气体的温度；提供步骤，用于为附加系统提供流动到计量系统中的气体的计算出的温度。
在第三方面中，所提出的发明涉及一种具有所提出的驱动系统的一种可能构型的车辆。
在第四方面中，所提出的发明涉及一种用于将气体提供到能量转换器的计量系统中的气体的罐系统，其中，该罐系统包括压力气体罐和管控器，该压力气体罐具有压力传感器和温度传感器。所述管控器配置为用于，借助数学模型计算在计量系统中流动的气体的温度，所述数学模型对从压力气体罐流动到能量转换器的计量系统中的气体的等焓状态变化进行建模。另外，所述管控器配置为用于，将借助压力传感器和温度传感器求取出的测量值作为输入值提供给数学模型。另外，所述管控器配置为用于，将流动到所述计量系统中的气体的计算出的温度提供给附加系统。
附图说明
从下面的说明书中得出本发明的另外的优点、特征和细节，在下面的说明书中参考附图详细说明不同的实施例。在此，在权利要求和说明书中提到的特征能够分别本身单独地或者任意组合地是对于本发明重要的。
附图示出：
图1示出所提出的驱动系统的一种可能构型的示意图，
图2示出由根据图1的驱动系统的管控器使用的数学模型的示意图，
图3示出所提出的求取方法的一种示意性构型，
图4示出所提出的车辆的一种可能构型的示意图，
图5示出所提出的罐系统的一种可能构型的示意图。
具体实施方式
在图1中示出驱动系统100。驱动系统100包括压力气体罐101，该压力气体罐具有压力传感器103和温度传感器105。
另外，驱动系统100包括能量转换器107，该能量转换器用于将来自存储在压力气体罐中的气体的能量转换为驱动能量。
另外，驱动系统100包括计量系统109，该计量系统用于将来自压力气体罐101的气体配量到能量转换器107中。
另外，驱动系统100包括管控器111。管控器111配置为用于，借助数学模型对从压力气体罐100流动到计量系统109中的气体的等焓状态变化进行建模，以便计算在计量系统109中流动的气体的温度。
另外，管控器111配置为用于，将借助压力传感器103和温度传感器105求取出的测量值作为输入值提供给数学模型。
另外，管控器111配置为用于，将流动到计量系统109中的气体的计算出的温度提供给附加系统113，例如提供给显示器或者用于控制能量转换器107的中央控制器。
在图2中将数学模型200可视化。模型200包括多个呈等温线201和等熵线203形式的特性曲线，根据所述特性曲线，可以由例如压力气体罐中的第一状态(通过第一区域205示出)推断出例如计量系统中的第二状态(通过第二区域207)示出。由于计量系统中的压力通常是已知的，因此，如果已知第一状态的、即在压力气体罐中的初始温度，则可以根据已知的压力推断出第二状态的、即压力系统中的温度。
在图3中示出用于求取驱动系统的、例如根据图1的驱动系统100的计量系统中的温度的求取方法300。
求取方法300包括：求取步骤301，在该求取步骤中，求取压力气体罐中的压力和温度；建模步骤303，在该建模步骤中，借助数学模型对从压力气体罐流动到计量系统中的气体的等焓状态变化进行建模；和计算步骤305，在该计算步骤中，借助数学模型计算流动到计量系统中的气体的温度；和提供步骤307，用于为附加系统提供流动到计量系统中的气体的计算出的温度。
在建模步骤303中，将在求取步骤301中求取出的测量值输入到数学模型中并且指定模型参数，例如选择相应的特性曲线和/或相应的校正项。
在计算步骤305中，将在建模步骤中所选择的模型参数用于计算，并且计算温度。
在图4中示出车辆400。车辆400包括根据图1的驱动系统100。
在图5中示出罐系统500。罐系统500包括压力气体罐501以及管控器507，该压力气体罐具有压力传感器503和温度传感器505。
管控器507配置为用于，借助数学模型对从压力气体罐流动到能量转换器的计量系统中的气体的等焓状态变化进行建模，并且计算在计量系统中流动的气体的温度，该计量系统由罐系统500供给燃料。
另外，管控器507配置为用于，将借助压力传感器103和温度传感器105求取出的测量值作为输入值提供给数学模型，并且将流动到计量系统中的气体的计算出的温度提供给附加系统。

Claims (11)

1.一种用于提供用于驱动负载的能量的驱动系统(100)，
其中，所述驱动系统(100)包括：
压力气体罐(101)，所述压力气体罐具有压力传感器(103)和温度传感器(105)；
能量转换器(107)，所述能量转换器用于将来自存储在所述压力气体罐(101)中的气体的能量转换为驱动能量；
计量系统(109)，所述计量系统用于将来自所述压力气体罐(101)的气体配量到所述能量转换器(107)中；
管控器(111)，所述管控器配置为用于，借助数学模型(200)计算在所述计量系统(109)中流动的气体的温度，所述数学模型对从所述压力气体罐(101)流动到所述计量系统(109)中的气体的等焓状态变化进行建模，
其中，所述管控器(111)另外配置为用于，将借助所述压力传感器(103)和/或所述温度传感器(105)求取出的测量值作为输入值提供给所述数学模型(200)，
其中，所述管控器(111)另外配置为用于，将流动到所述计量系统(109)中的气体的计算出的温度提供给附加系统。
2.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，
其特征在于，
所述能量转换器(107)是燃料电池系统。
3.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，
其特征在于，
所述能量转换器(107)是内燃机。
4.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统(100)，
其特征在于，
所述负载是机械系统。
5.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统(100)，
其特征在于，
所述数学模型(200)包括校正项，所述校正项在数学方面反映减压器和/或供应通道的影响，所述供应通道用于将来自所述压力气体罐(101)的气体供应到所述能量转换器(107)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统(100)，
其特征在于，
在所述压力气体罐(101)与所述能量转换器(107)之间的区域没有压力传感器并且没有温度传感器。
7.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统(100)，
其特征在于，
所述驱动系统(100)包括多个压力存储器(101)，所述压力存储器分别包括压力传感器(103)和温度传感器(105)，并且
所述管控器(111)配置为用于，将相应的压力存储器(101)的相应的压力传感器(103)和温度传感器(105)的取平均的测量值作为输入值提供给所述数学模型(200)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统(100)，
其特征在于，
所述数学模型(200)包括相应的气体的等焓状态变化的特性曲线。
9.一种用于求取驱动系统(100)的计量系统(109)中的温度的求取方法(300)，
其中，所述驱动系统(100)包括：
压力气体罐(101)，所述压力气体罐具有压力传感器(103)和温度传感器(105)；
能量转换器(107)，所述能量转换器用于将来自存储在所述压力气体罐(101)中的气体的能量转换为驱动能量；
计量系统(109)，所述计量系统用于将来自所述压力气体罐(101)的气体配量到所述能量转换器(107)中，
其中，所述求取方法(300)包括：
求取步骤(301)，在所述求取步骤中，求取所述压力气体罐(101)中的压力和温度；
建模步骤(303)，在所述建模步骤中，借助数学模型(200)对从所述压力气体罐(101)流动到所述计量系统(109)中的气体的等焓状态变化进行建模；
计算步骤(305)，在所述计算步骤中，借助所述数学模型(200)计算流动到所述计量系统(109)中的气体的温度；
提供步骤(307)，用于为附加系统提供流动到所述计量系统(109)中的气体的计算出的温度。
10.一种具有根据权利要求1至8中任一项所述的驱动系统(100)的车辆(400)。
11.一种用于将气体提供到能量转换器(107)的计量系统(109)中的罐系统(500)，
其中，所述罐系统(500)包括：
压力气体罐(501)，所述压力气体罐具有压力传感器(503)和温度传感器(505)；和
管控器(507)，
其中，所述管控器(507)配置为用于，借助数学模型(200)计算在所述计量系统(109)中流动的气体的温度，所述数学模型对从所述压力气体罐流动到所述能量转换器(107)的计量系统(109)中的气体的等焓状态变化进行建模，
其中，所述管控器(507)另外配置为用于，将借助所述压力传感器(503)和所述温度传感器(505)求取出的测量值作为输入值提供给所述数学模型(200)，
其中，所述管控器(507)另外配置为用于，将流动到所述计量系统(109)中的气体的计算出的温度提供给附加系统。
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