CN117836512A - 用于动力装置的燃料系统 - Google Patents

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N·威尔逊
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Abstract

一种用于向动力装置(10)供应气体燃料的燃料系统，所述燃料系统包括：储罐阵列，所述储罐阵列包括至少第一储罐(12)和第二储罐(14)，所述第一储罐(12)和第二储罐(14)被配置成从填充站(16)接收加压气体燃料以在使用中供应给所述动力装置(10)；辅助控制流体源(46)，所述辅助控制流体源用于在所述燃料系统从所述填充站(16)断开时向所述储罐阵列供应辅助控制流体；以及泵(48)，所述泵用于在待供应至所述储罐阵列的辅助控制流体在向前方向上流过所述泵(48)时对辅助控制流体加压。所述燃料系统还包括：能量存储器(80)；以及阀装置，所述阀装置能操作成控制辅助控制流体到所述储罐阵列的供应，以便控制气体燃料从所述储罐阵列的排放，所述阀装置还能操作成在所述燃料系统连接到填充站(16)时使辅助控制流体能够从所述储罐阵列在反向方向上流过所述泵(48)，以在使用中从所述泵(48)产生能量以存储在所述能量存储器(80)中。

Description

用于动力装置的燃料系统
技术领域
本发明涉及一种用于向气体燃料动力装置供应气体燃料的燃料系统。特别地但不排他地，本发明涉及一种燃料系统，该燃料系统使用氢作为燃料源以供应至采取内燃发动机形式的动力装置。内燃发动机可以形成气体(燃气)燃料车辆的一部分。
背景技术
在现代技术领域中，越来越多的驱动力量要求远离作为能源的化石燃料并将化石燃料替换为可再生能源。近年来，一个值得注意的发展是电动车辆的发展，其中传统内燃发动机的燃料储罐/燃料箱被电池代替。然而，当前的电动车辆技术尚未从电池获得与使用传统燃料(例如汽油、柴油)获得的能量密度相当的能量密度。此外，这样的系统受限于其行程范围，因而不适合所有用户要求，并且不适合电池尺寸不切实际的重型应用。
这些系统的一个替代方案是使用传统的内燃发动机(ICE)，但以生态地生产的氢气运行。在本领域中已经提出了这样的系统，但是对于那些解决方案存在各种效率问题，并且用于这样的“氢ICE”系统的商业上可行的选项仍然存在挑战。一个问题是，对于系统效率来说，氢需要在显著高于大气压力的压力下喷射，这对现有的燃料储罐/燃料箱和喷射器设计提出了技术挑战。
其它气体燃料也已知用于产生原动力，包括压缩天然气(CNG)。在车辆中使用依赖于电解液内的氢的电离来发电的燃料电池技术也是众所周知的。两种系统都需要气体燃料源为车辆产生原动力。
针对该背景，已经设计了本发明。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于向动力装置供应气体燃料的燃料系统，所述燃料系统包括：储罐阵列，所述储罐阵列包括至少第一储罐和第二储罐，所述第一储罐和第二储罐被配置成接收加压气体燃料以在使用中供应给所述动力装置；辅助控制流体源，所述辅助控制流体源用于在所述燃料系统从填充站断开时向所述储罐阵列供应辅助控制流体；以及泵，所述泵用于在待供应到所述储罐阵列的辅助控制流体在向前方向上流过所述泵时对辅助控制流体加压；以及能量存储器。阀装置能操作成控制辅助控制流体到所述储罐阵列的供应，以便控制所述气体燃料从所述储罐阵列的排放，所述阀装置还能操作成使辅助控制流体能够从所述储罐阵列在反向方向上流动，从而在所述燃料系统连接到填充站时使辅助控制流体能够从所述储罐阵列在反向方向上流过所述泵，以在使用中从所述泵产生能量以存储在所述能量存储器中。
本发明提供的优点在于，从填充阶段利用的能量可以被回收到能量存储器(例如电池)，用于以后使用，或者用于驱动泵以加压辅助流体，或者用于装置中的其他用途。系统因此提供了效率和运行成本益处。
对于所述储罐阵列的每个储罐，所述阀装置可以包括入口单向阀和出口单向阀，所述入口单向阀能操作成控制辅助控制流体到相关联的储罐的供应，所述出口单向阀能操作成控制辅助控制流体从相关联的储罐到所述辅助控制流体源的供应。
所述阀装置可以还包括附加阀，所述附加阀能操作成关闭所述辅助控制流体源，以允许第一储罐和所述第二储罐中的一者内的辅助流体绕过所述辅助控制流体源在所述反向方向上通过所述泵返回到所述第一储罐和所述第二储罐中的另一者。
对于所述储罐阵列中的每个储罐，所述阀装置可以包括燃料入口单向阀，所述燃料入口单向阀能操作成控制气体燃料到所述储罐阵列的供应。
所述阀装置可以是能通过电子控制单元(ECU)操作的。
本发明特别适用于车辆发动机，使得动力装置可以是车辆的内燃发动机。
所述气体燃料可以是氢。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于将气体燃料供应到动力装置的方法，所述方法包括：当所述燃料系统与填充站连接时，在储罐阵列中从填充站接收加压气体燃料；当来自辅助控制流体源的辅助控制流体在向前方向上流过泵时，由所述泵对所述辅助控制流体加压；当所述燃料系统从所述填充站断开时，将加压辅助控制流体供应到所述储罐阵列，以便将气体燃料从所述储罐阵列排放到所述动力装置；以及当所述燃料系统连接到所述填充站时，在阀装置的控制下，使辅助控制流体能够从所述储罐阵列在反向方向上流过所述泵，以便从所述泵产生能量以存储在能量存储器中。
所述燃料系统可以包括入口单向阀和相关联的入口阀，所述入口单向阀被配置为对控制流体到所述储罐阵列的相关联的储罐的流动进行控制，所述相关联的入口阀被配置为控制气体燃料从所述填充站到所述相关联的储罐的供应，所述方法包括当需要使控制流体在所述反向方向上通过所述泵返回时，在操作用于来自所述填充站的气体燃料的所述入口阀之前操作用于控制流体的所述入口单向阀。
在来自填充站的入口阀之前操作入口单向阀有助于减少阀座处的气蚀效应。
应当理解，本发明的第一方面的各种特征同样可单独地或以适当组合的方式应用于本发明的第二方面。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的上述和其他方面，其中：
图1是可以使用本发明的方法的燃料系统的示意图；
图2至图6是图1中的燃料系统的示意图，以示出燃料系统的操作的各种方法步骤；以及
图7和图8是图1至图6中的燃料系统的示意图，以示出根据本发明的实施例的操作方法。
具体实施方式
本发明涉及使用加压气体燃料在动力装置(例如发动机)内产生动力。图1中示出了这种燃料系统的一个具体示例，图1示出了用于向车辆的内燃发动机(总体上表示为10)供应加压氢气的燃料系统。
燃料系统包括储罐阵列，该储罐阵列包括至少第一储罐12。在所示的实施例中，燃料系统至少包括第一储罐12和第二储罐14，第一储罐12和第二储罐14被配置成在燃料补给站处从供应储罐16接收气态氢。第一储罐12经由供应管线18连接到供应储罐16，并且第二储罐14经由供应管线18连接到供应储罐16。供应储罐16具有供应止回阀20，该供应止回阀20可操作以仅在燃料系统连接到供应储罐16时打开以进行再填充。供应管线18还设置有供应入口止回阀21，该供应入口止回阀21确保在系统(即，供应管线18)在燃料补给站处从供应储罐16拆下时该系统保持关闭。
来自供应储罐16的供应管线18具有两个分支，一个分支通向第一储罐12，一个分支通向第二储罐14。通向第一储罐12的分支设有第一储罐入口止回阀22，当供应储罐16连接到第一储罐12时，第一储罐入口止回阀22可操作以控制第一储罐12内的气体压力。当供应储罐16内的氢气压力超过第一储罐12内的氢气压力时，使第一储罐入口止回阀22打开以允许氢气流入第一储罐12。当第一储罐12内的氢气压力与供应储罐16的氢气压力相等并且第一储罐12充满时，第一储罐入口止回阀22关闭。同样，通向第二储罐14的分支设置有第二储罐入口止回阀24，该第二储罐入口止回阀24可操作以控制第二储罐14内的气体压力。当供应储罐16内的氢气压力超过第二储罐14内的氢气压力时，使第二储罐入口止回阀24打开以允许氢气流入第二储罐14。当第二储罐14内的氢气压力与供应储罐16的氢气压力相等并且第二储罐14充满时，第二储罐入口止回阀24关闭。
在图1中，第一储罐12和第二储罐14在系统填充阶段结束时都充满氢气。
第一储罐12和第二储罐14中的每一者还设置有相应的出口管线26、28，出口管线26、28将相应的储罐连接到用于燃料轨32的供应管线30，以用于从储罐12、14接收加压氢气。用于每个储罐的出口止回阀34、36分别设置在相关联的出口管线26、28内。第一储罐出口止回阀34与第一储罐12相关联，并且第二储罐出口止回阀36与第二储罐14相关联。当相关联的储罐12、14中的氢气压力超过公共出口管线30(以及因此燃料轨32)内的氢气压力时，出口止回阀34、36可操作以打开，但是它们防止加压氢气从燃料轨32回流到第一储罐12和第二储罐14。
通常，在燃料补给站处从供应储罐供应的氢气被加压到350巴或700巴的水平，或这两个水平之间的水平。
燃料轨32被配置成将气态氢输送到燃料系统的多个燃料喷射器38。在所示的实施例中，燃料系统包括四个喷射器，每个喷射器对应于发动机的相应气缸(未示出)。喷射器以喷射压力Pi喷射氢燃料，该喷射压力通常小于存储压力Ps。
第一储罐12和第二储罐14中的每一者在内部是相同的，并且包括采取可移动膜形式的分离构件，该分离构件被称为第一储罐膜40和第二储罐膜42。考虑第一储罐12，第一储罐膜40可根据辅助控制流体的存在而移动，该辅助控制流体经由总体上表示为44的辅助控制流体输送系统供应到第一储罐12。同样，第二储罐膜42与第二储罐14相关联，并且可根据由辅助控制流体输送系统44供应到第二储罐14的辅助流体的存在而移动。
辅助控制流体输送系统包括容纳诸如液体油之类的辅助控制流体的辅助供应储罐(称为辅助储罐46)、采取泵48形式的加压装置、辅助控制流体管道(包括辅助控制流体供应管线52和辅助控制流体返回管线50)以及用于控制辅助流体到储罐阵列12、14的供应的阀装置。由于从以下描述中将变得清楚的原因，辅助控制流体被认为是控制流体。
泵48位于辅助控制流体供应管线52中，并且辅助控制流体供应管线52和辅助控制流体返回管线50两者与辅助储罐46的唯一入口/出口端口流体连通。泵48由曲柄或轴驱动，该曲柄或轴的运动联接到内燃发动机的对应曲柄或轴的运动。在其他实施例中，泵48可以被电驱动，或者通过不与发动机共享的单独的轴来驱动。
阀装置包括四个阀，其中两个阀54、56与第一储罐12相关联，并且其中两个阀58、60与第二储罐14相关联。对于第一储罐12，第一入口单向阀54控制辅助控制流体沿着辅助控制流体供应管线52在辅助储罐46和第一储罐12之间的供应，并且第一出口单向阀56控制辅助流体沿着辅助控制流体返回管线50从第一储罐12到辅助储罐46的回流。同样地，对于第二储罐14，第二入口单向阀58控制辅助控制流体沿着辅助控制流体供应管线52在辅助储罐46和第二储罐14之间的供应，并且第二出口单向阀60控制辅助流体沿着辅助流体返回管线50从第二储罐14到辅助储罐46的回流。作为示例，辅助控制流体可以采取油的形式。
阀装置的四个阀54、56、58、60由电子控制单元(ECU)62控制，如虚线所示的电气连接所示。同样，ECU 62控制泵48，泵48加压辅助控制流体以供应到第一储罐12和第二储罐14，如虚线所示的电气连接进一步所示。
在图1所示的配置中，第一储罐12和第二储罐14刚刚在燃料补给站处被再填充，使得第一储罐12和第二储罐14都充满氢气。在燃料储罐12、14中的每一者中，气体通过相关联的膜40、42与油分离，膜40、42可在相关联的储罐内移动，这取决于从辅助储罐46供应到该储罐的油量。
现在将参考图2至图6描述燃料系统的操作方法。
图2示出了已经从燃料补给系统分离的燃料系统。
最初，氢气可以被供应到喷射器而无需辅助控制流体输送系统的干预，因为第一和第二储罐以及公共出口管线和燃料轨中的氢气压力超过喷射压力Pi。当燃料从燃料轨供应到喷射器时，燃料轨和公共出口管线中的氢气压力降低。这使得第一储罐出口止回阀和第二储罐出口止回阀打开，以允许氢气压力在第一储罐和第二储罐与公共出口管线和燃料轨之间相等(平衡)。最终，随着更多氢气从第一储罐和第二储罐供应，第一储罐和第二储罐中的压力以及公共出口管线和燃料轨中的压力减小以匹配喷射压力Pi。此时，在没有辅助控制流体输送系统的辅助下，不能向喷射器供应氢气。
在图2中，燃料系统已经从燃料补给系统(供应储罐16)分离，并且第一储罐12经由第一储罐出口止回阀34用加压氢气填充燃料轨32。第二储罐14处于“等待阶段”，现在充满加压氢气，并且第二储罐出口止回阀36关闭，使得氢气不能逸出第二储罐14。供应入口止回阀21关闭(当系统从填充站拆下时)，并且第一储罐入口止回阀22和第二储罐入口止回阀24也关闭。
第一储罐12的第一入口单向阀54由ECU 62打开，使得辅助储罐46内的油能够经由泵48流入第一储罐12。作为进入油流的结果，第一储罐膜40向上移位(在所示的图示中)，从而减小氢气的可用空间的体积并且使得储罐12内的氢气压力增加到高于公共出口管线和燃料轨中的氢气压力。结果，使出口管线26中的第一储罐出口止回阀34打开，以将氢气从第一储罐12排放到公共出口管线30中而到达燃料轨32。这被描述为用于第一储罐12的“输送阶段”，因为氢气被输送到燃料轨32中并且一旦储罐阵列、公共出口管线和燃料轨中的压力已经达到喷射压力Pi，就能够向喷射器供应氢气。在图2中可以看出，在该阶段期间油开始从辅助储罐46排空，从而将氢气从第一储罐12置换到燃料轨32。
当第一储罐处于输送阶段时，第二储罐处于“等待阶段”，仍然充满处于喷射压力Pi的加压氢气。第二储罐出口止回阀的止回特性防止公共出口管线中的氢进入第二储罐，尽管处于比第二储罐中的氢更高的压力。供应入口止回阀关闭(当系统从填充站拆下时)，并且第一储罐入口止回阀和第二储罐入口止回阀也关闭。
参考图3，第一储罐12已经耗尽氢气并且接近完全填充有油。然后，第一储罐12进入“油排出阶段”，在此期间，通向第一储罐的第一入口单向阀54被ECU 62关闭，以防止通过辅助控制流体入口管线52进一步向第一储罐12供应油，并且来自第一储罐12的第一出口单向阀56被打开，以允许第一储罐12内的油经由辅助控制流体返回管线50排回到辅助储罐46。由于辅助储罐46未被加压，因此在第一储罐12和辅助储罐46之间存在压力梯度，所以在进入第一储罐12之前已经由泵48加压的油在其自身的压力下流出第一储罐12。此时第二入口单向阀58和第二出口单向阀60都保持关闭，因此在第一储罐12的油排出阶段期间第二储罐14的状态不改变。
随着第一储罐12的氢气耗尽，第一储罐出口止回阀34在公共供应管线30内的氢气压力下关闭，以防止任何氢气回流到第一储罐12中。因此，出口管线30和燃料轨32内的氢气不能返回到第一储罐12。总之，第一储罐出口止回阀34仅在第一储罐12正被填充辅助流体时才打开。
本领域技术人员应当理解，在第一储罐出口止回阀34关闭的情况下，辅助流体排放回到辅助储罐中使第一储罐12基本上为空，除了一些少量残余氢气之外。然而，当辅助流体已经完全排出时存在于第一储罐12中的残余压力仍然超过大气压力。
现在参考图4，在第一储罐12耗尽氢气的情况下，随后必须通过第二储罐进行氢气到共轨的输送。然而，第二储罐14内的氢气压力仍然处于喷射压力Pi，这是由于在储罐阵列被重新填充之后立即将氢气初始排放到公共出口管线和燃料轨。在该随后方法步骤中，由于油通过第二入口单向阀58输送(其方式与图2中对于第一储罐12相同)，来自第二储罐14的氢气通过公共出口管线30排放到燃料轨32。由于来自辅助储罐46的进入油流，第二储罐14内的第二膜42向上移位(在所示的图示中)，从而减小了氢气的可用空间的体积并且使第二储罐14内的氢气压力增加到高于公共出口管线和燃料轨中的氢气压力。这导致第二储罐14内的氢气压力增加并且迫使第二储罐出口止回阀36打开以将氢气从第二储罐14排放到公共出口管线30中。这被描述为用于第二储罐14的“输送阶段”，因为氢气通过公共出口管线30输送到燃料轨32中。如上所述，在第二储罐14的该输送阶段中，第一储罐12已经完全排出氢气。在第二储罐14的整个输送阶段，第一入口单向阀54保持在关闭位置。同样，第一出口单向阀56保持关闭。
在上述步骤的另选步骤中，可以在将油输送到第二储罐14以将氢气从第二储罐14置换到燃料轨32的同时实施将油从第一储罐12排放到辅助储罐。为了能够这样进行，ECU62向第二储罐14的第二入口单向阀58发送控制信号，以使其在第一储罐12的第一出口单向阀56打开以将油返回到辅助储罐46的同时打开。下面将进一步详细描述该过程。
图5示出了第二储罐14内的氢气被完全耗尽的情况，此时使得第二储罐出口止回阀36关闭(由于通向燃料轨32的供应管线30内的氢气压力)。因此，燃料轨32内的氢气不能返回到第二储罐14。而且，第二出口单向阀60被操作以打开，以便允许第二储罐14内的油开始以与上面参考图3针对第一储罐12描述的方式相同的方式排放回到辅助储罐46。第一储罐12的第一入口单向阀54和第一出口单向阀56两者在该阶段期间保持关闭。与第一储罐12一样，一旦油已经从第二储罐14完全排回到辅助储罐46，第二储罐14就基本上没有氢气，只有少量残余氢气以超过大气压力的残余压力留在储罐14内部。
该系统使用对辅助流体供应到储罐中进行控制的阀装置的方便控制而提供了在超过大气压力的压力下将加压氢气排放到内燃发动机的有效方式。
参照图6，一旦第一储罐12和第二储罐14已经完全排出氢气，系统就需要在填充站处重新填充(如图1所示)。取决于用户的便利性，当储罐12、14中的一者或两者被部分排空时，系统也可以重新填充氢气。
图7示出了当第一储罐12充满氢气但第二储罐14已经耗尽氢气并且需要在服务站从供应储罐16再填充时的系统。第二储罐14填充有辅助流体，已经填充有辅助流体，以便将第二储罐14内的氢气排放到供应管线30，并且因此排放到燃料轨32。图7中的系统与图1至图6中的系统在以下方面不同。首先，第一储罐入口止回阀22由第一储罐燃料入口单向阀122代替，第一储罐燃料入口单向阀122由ECU 62控制，如与ECU 62连接的虚线电气连接所示。相应地，第二储罐入口止回阀24由第二储罐燃料入口单向阀124代替，该第二储罐燃料入口单向阀124由ECU 62控制，如与ECU 62连接的虚线电气连接所示。另外，泵48连接到采取电池80形式的能量存储器，电池80可通过将泵48作为马达运行来充电，如下面进一步详细描述的。当在泵模式下运行时，电池80可以用于向泵48提供电力，或者可以用于向发动机的其他部分供应电力。
在供应储罐16连接到供应管线18的情况下，供应储罐16内的氢气压力导致燃料系统的供应入口止回阀21打开，这是因为供应储罐16内的氢气压力超过供应管线18内的氢气压力。同时，ECU 62向第二储罐燃料入口单向阀124发送信号以使阀124打开，从而允许来自供应储罐16的加压氢气填充第二储罐14。此时，第一储罐燃料入口单向阀122保持关闭。可以在燃料系统上设置传感器(未示出)以检测系统何时在填充站处连接到供应储罐36，并且向ECU 62提供信号以指示连接状态，使得ECU 62知道何时开始打开第二储罐燃料入口单向阀124。
在其他实施例中，ECU 62可以用算法编程，以基于可以出于其他目的而装配在车辆上的一个或多个其他车辆传感器来确定车辆正在填充。
此时，第一储罐出口阀34和第二储罐出口阀36保持关闭，因为对于第一储罐12来说，供应管线30中的氢气压力超过第一储罐12内的氢气压力(直到辅助流体供应到第一储罐12时)，以保持第一储罐出口阀34关闭，并且因为此时氢气仍然填充第二储罐14，并且第二储罐14内的压力不足以使第二储罐出口阀36打开。
然后操作控制阀装置以便打开第二入口单向阀58(如图7所示)。第二出口单向阀60保持关闭，第一入口单向阀54和第一出口单向阀56也保持关闭。在正常操作中，第二入口单向阀58用于允许辅助流体在填充阶段期间填充第二储罐14。然而，通过打开第二入口单向阀58同时第二出口单向阀60保持关闭，并且在氢气从供应储罐16填充第二储罐14的情况下，第二储罐14内的辅助流体被迫通过打开的阀58返回到入口管线52中，并通过泵48返回到储存器46。实际上，第二入口单向阀58稍微在阀124之前打开。在该阶段期间，由来自填充站的氢气产生的压力因此用于经由辅助流体反向流过用作马达的泵48来产生能量。由马达产生的能量可以存储在电池80中，用于以后驱动泵48(或用于其他目的)。该操作阶段可以被描述为“能量利用”或“回收”操作阶段，因为它使得能量能够从填充站利用并存储在电池80中，以减少在以后循环中对泵48的需求。在通过泵48之后，辅助流体返回到供应储罐46，该供应储罐保持填充有辅助流体，直到通向第一储罐12的入口阀54打开时为止。
最终，在填充阶段结束时，此时供应储罐16与供应管线18断开连接，第二储罐14再一次充满加压氢气，并且供应储罐46充满辅助流体。
图8示出了对图1至图7中所示的系统的修改，其中提供了附加二通阀82，其可在ECU 62的控制下操作(如虚线控制线所示)以控制供应储罐46与辅助流体入口管线52和辅助流体返回管线50之间的连通。附加二通阀82具有两个操作位置。在第一(关闭)位置，附加阀82关闭供应储罐46上的入口端口，并且允许辅助控制流体供应管线52直接与辅助控制流体返回管线50连通，而不需要穿过供应储罐46。在第二(打开)位置，附加二通阀82打开供应储罐46上的入口端口，以允许辅助流体返回管线52和辅助流体供应管线50与供应储罐46连通。
图8中的系统的操作方法类似于图7中所示的方法，因为从填充站得到的能量通过使通过泵48的流动反向以充当马达来利用。然而，在这种情况下，从第二储罐14置换出的辅助流体的返回流用于直接填充第一储罐12，以从第一储罐12置换氢气，而第二储罐14填充氢气。现在将更详细地描述图8中的系统的操作方法。
对于图7，供应储罐16连接到供应管线18，并且由于供应储罐16中的压力超过供应管线18内的压力而使系统入口21打开。此外，ECU 62控制第二储罐燃料入口单向阀124打开，以使氢气能够填充第二储罐14。实际上，第二入口单向阀58稍微在阀124之前打开。此时，第一储罐燃料入口单向阀122保持关闭。可以在燃料系统上设置传感器(未示出)以检测系统何时连接到填充站和储罐16，并且向ECU 62提供信号，使得ECU 62知道何时开始打开第二储罐燃料入口单向阀124。
此时，第一储罐出口阀34和第二储罐出口阀36保持关闭，因为对于第一储罐12来说，供应管线30中的氢气压力超过第一储罐12内的氢气压力(直到辅助流体供应到第一储罐12时)，以保持第一储罐出口阀34关闭，并且因为此时氢气仍然填充第二储罐14，并且第二储罐14内的压力不足以使第二储罐出口阀36打开。
除了打开第二入口单向阀58以允许辅助流体经由泵48返回到供应储罐46之外，ECU 62控制第一出口单向阀56，使得其也同时打开(如图8所示)。另外，附加阀82由ECU 62控制以移动到关闭位置，在该关闭位置，供应储罐46的入口端口关闭。结果，向第二储罐14供应加压氢气将辅助流体从第二储罐14通过入口管线52置换回到泵48。随着流体通过泵48的反向流动，泵用作马达并且产生可以存储在电池80中的能量。在附加阀82关闭供应储罐46的情况下，辅助控制流体入口管线52中的燃料因此能够通过附加阀82直接流入辅助控制流体返回管线50(并且流入第一储罐12)，而不是返回到供应储罐46。换句话说，因为附加阀82关闭，所以供应储罐46被通过管线50、52的回流旁路。在该系统中，用氢气填充第二储罐14与填充第一储罐12同时发生，以将氢气从第一储罐12排放到供应管线30中。
在实践中，压力传感器(未示出)可以被提供用于第一储罐12和第二储罐14、用于燃料轨32并且还设置在辅助控制流体供给管线52和辅助控制流体返回管线50中。压力传感器将用于优化任何气缸的阀操作之间的任何打开/关闭和任何定相，以降低对阀座的气蚀损坏的风险。例如，如果用于控制流体的入口单向阀(阀54、58)在来自填充站的入口阀122、124之前打开则是有益的，因为这将降低气蚀的风险。
在图8中，与图7一样，从填充第二储罐14的氢气中利用的能量有益于整体系统效率，因为最终可以通过在电池80中存储从来自填充站的加压氢气供应中回收的能量来减少对泵48的需求。
应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，还设想了本发明的各种其他实施例。例如，已经参考气体燃料向车辆的内燃能量的供应描述了该系统，但是应当理解，其同样适用于需要供应气体燃料以用于发电/动力产生的其他应用。当用于向发动机供应气体燃料时，发动机可以但不需要形成车辆的一部分。可设想其他车辆应用，包括燃料电池应用，其中燃料系统用于向电池供应氢气而不是向用于氢气存储的轨供应氢气燃料。本发明也适用于其它类型的气体，而不仅仅是氢气。例如，燃料系统可以向动力装置(例如发动机)提供压缩天然气的供应。

Claims (9)

1.一种用于向动力装置(10)供应气体燃料的燃料系统，所述燃料系统包括：
储罐阵列，所述储罐阵列包括至少第一储罐(12)和第二储罐(14)，所述第一储罐(12)和第二储罐(14)被配置成当所述储罐阵列连接到填充站(16)时从所述填充站(16)接收加压气体燃料以在使用中供应给所述动力装置(10)；
辅助控制流体源(46)，所述辅助控制流体源(46)用于在所述燃料系统从所述填充站(16)断开时向所述储罐阵列供应辅助控制流体；
泵(48)，所述泵(48)用于在待供应到所述储罐阵列的辅助控制流体在向前方向上流过所述泵(48)时对辅助控制流体加压；
能量存储器(80)；以及
阀装置，所述阀装置能操作成控制辅助控制流体到所述储罐阵列的供应，以便控制所述气体燃料从所述储罐阵列的排放，所述阀装置还能操作成在所述燃料系统连接到所述填充站(16)时使辅助控制流体能够从所述储罐阵列在反向方向上流过所述泵(48)，以在使用中从所述泵(48)产生能量以存储在所述能量存储器(80)中。
2.根据权利要求1所述的燃料系统，其中，对于所述储罐阵列的每个储罐(12，14)，所述阀装置包括入口单向阀(54，58)和出口单向阀(56，60)，所述入口单向阀(54，58)能操作成控制辅助控制流体到相关联的储罐的供应，所述出口单向阀(56，60)能操作成控制辅助控制流体从相关联的储罐到所述辅助控制流体源(46)的供应。
3.根据权利要求2所述的燃料系统，其中，所述阀装置还包括附加阀(82)，所述附加阀(82)能操作成关闭所述辅助控制流体源(46)，以允许所述第一储罐(12)和所述第二储罐(14)中的一者内的辅助流体绕过所述辅助控制流体源(46)在所述反向方向上通过所述泵(48)返回到所述第一储罐(12)和所述第二储罐(14)中的另一者。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料系统，其中，对于所述储罐阵列中的每个储罐(12，14)，所述阀装置包括燃料入口单向阀(122，124)，所述燃料入口单向阀(122，124)能操作成控制气体燃料到所述储罐阵列的供应。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料系统，其中，所述阀装置能通过电子控制单元即ECU(62)操作。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料系统，其中，所述动力装置(10)是车辆的内燃发动机。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料系统，其中，所述气体燃料是氢。
8.一种用于将气体燃料从燃料系统供应到动力装置(10)的方法，所述方法包括：
当所述燃料系统与填充站(16)连接时，在储罐阵列中从填充站(16)接收加压气体燃料；
当来自辅助控制流体源(46)的辅助控制流体在向前方向上流过泵(48)时，由所述泵(48)对所述辅助控制流体加压；
当所述燃料系统从所述填充站(16)断开时，将加压辅助控制流体供应到所述储罐阵列，以便将气体燃料从所述储罐阵列排放到所述动力装置(10)；以及
当所述燃料系统连接到所述填充站(16)时，在阀装置的控制下，使辅助控制流体能够从所述储罐阵列在反向方向上流过所述泵(48)，以便从所述泵(48)产生能量以存储在能量存储器(80)中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述燃料系统包括入口单向阀(54，58)和相关联的入口阀(122，124)，所述入口单向阀(54，58)被配置为对控制流体到所述储罐阵列的相关联的储罐(12，14)的流动进行控制，所述相关联的入口阀(122，124)被配置为控制气体燃料从所述填充站(16)到所述相关联的储罐(12，14)的供应，所述方法包括当需要使控制流体在所述反向方向上通过所述泵(48)返回时，在操作用于来自所述填充站(16)的气体燃料的所述入口阀(122，124)之前操作用于控制流体的所述入口单向阀(54，58)。
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