EP4558753A1 - Dispositif et procédé de remplissage de réservoir de gaz sous pression - Google Patents

Dispositif et procédé de remplissage de réservoir de gaz sous pression

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Publication number
EP4558753A1
EP4558753A1 EP23741019.6A EP23741019A EP4558753A1 EP 4558753 A1 EP4558753 A1 EP 4558753A1 EP 23741019 A EP23741019 A EP 23741019A EP 4558753 A1 EP4558753 A1 EP 4558753A1
Authority
EP
European Patent Office
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tank
temperature
filling
gas present
curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23741019.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Arnaud CHAROLAIS
Fouad Ammouri
Etienne Werlen
Hanane BOURAS
Elena VYAZMINA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4558753A1 publication Critical patent/EP4558753A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for filling a pressurized gas tank.
  • the invention applies in particular to the filling of hydrogen tanks.
  • the invention relates more particularly to a device for filling a pressurized gas tank, comprising a gas source, a filling pipe connecting the source to the tank, a flow and/or pressure regulating valve in the gas pipe. filling, a sensor configured to measure the pressure in the tank and/or the ambient temperature at the level of the filling device, and an electronic control member configured to:
  • the temperature of the gas present in the tank, and in particular the temperature before filling remains difficult to access.
  • the initial temperature retained in the existing filling protocols comes from SAE ("Society of Automotive Engineering") recommendations relating to the filling of fuel cell vehicles.
  • the initial temperature is given as a function of the ambient temperature according to a predefined curve for the hot case and a predefined curve for the cold case.
  • SAE Society of Automotive Engineering
  • practice shows that the initial temperature of the tank to be filled does not always evolve according to these curves recommended by the SAE.
  • an initial temperature of the tank located outside the corridor formed by the curves recommended by the SAE the tank is exposed in particular to a risk of overheating or overfilling.
  • An aim of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
  • the device according to the invention is essentially characterized in that the initial temperature is a value estimated as a function of the ambient temperature and as a function of the pressure of the gas present in the tank before filling, the initial temperature of the gas in the tank being greater than or equal to or less than or equal to the ambient temperature.
  • the invention improves the precision with which the initial temperature of the gas present in the tank is estimated, thus limiting the risk of overheating or overfilling the tank.
  • the invention also relates to a method of filling a pressurized gas tank, implemented by a filling device comprising a gas source, a filling pipe connecting the source to the tank, a flow control valve and/or or pressure in the filling pipe, and an electronic control member configured to stop filling when an estimated temperature (or density) of the gas present in the tank reaches a temperature limit value (or respectively a limit value of Volumic mass).
  • the method comprises, before filling the tank, a step of determining the ambient temperature at the level of the filling device, a step of determining the pressure of the gas present in the tank and a preliminary step of estimating the initial temperature of the gas present in the tank.
  • the initial temperature of the gas in the tank is a value estimated as a function of the ambient temperature and as a function of the pressure of the gas present in the tank before filling, said initial temperature of the gas in the tank being greater than or equal to or less than or equal to Room temperature.
  • embodiments of the method according to the invention may include one or more of the following characteristics:
  • the initial temperature of the gas in the tank is broken down into a first calculated initial temperature corresponding to a state of the tank considered to be recently filled at a first initial density, and into a second calculated initial temperature corresponding to a state of the tank considered to be recently filled drawn off to a second initial density;
  • the first initial temperature of the gas in the tank is included in a high temperature range having a determined lower limit greater than or equal to the ambient temperature and an upper limit corresponding to a determined maximum temperature limit, for example equal to 85° VS;
  • the first initial temperature is determined from a first predetermined predictive curve "TPgas_hot" provided by a predetermined physical model simulating a reference filling of the tank over the high temperature range;
  • the second initial temperature of the gas in the tank is included in a range of low temperatures having a determined upper limit less than or equal to the ambient temperature and a lower limit corresponding to a determined minimum temperature limit, for example between zero and -5°C;
  • the second initial temperature is determined from a second predetermined predictive curve "TPgas_cold" provided by a predetermined physical model simulating a reference emptying of the tank over the low temperature range;
  • the method comprises a step consisting of modeling, during filling, a first temperature variation curve (or respectively a first density variation curve) of the gas present in the tank, having as starting condition the first initial temperature (respectively the first initial density) of the gas present in the tank, and/or a second temperature variation curve (or respectively a second density variation curve) of the gas present in the tank, having the condition of starting the second initial temperature (respectively the second initial density) of the gas present in the tank;
  • the method comprises a step consisting of estimating, during filling, a temperature variation curve (or respectively a density variation curve) of the gas present in the tank, said curve being between the first variation curve of the temperature (respectively the first density variation curve) and the second temperature variation curve (respectively the second density variation curve); the first initial temperature of the tank and/or the second
  • the temperature limit value (respectively the density limit value) is a determined fixed value, for example 85°C (respectively, for example 24.1 kg/m3 or 40.2 kg/m3) or a value given by a “TPgas_max” reference temperature curve (respectively by a “RHO_cold” reference density curve), said curve being provided by a predetermined physical model which simulates the thermodynamic conditions of the gas during reference filling of the tank;
  • the physical model is based on a system of equations comprising at least one of: an internal energy balance equation applied to the gas present in the reservoir, a mass balance equation applied to the gas present in the reservoir, an energy conservation equation in a wall of the tank, an equation of continuity of heat flow between the gas present in the tank and the wall of the tank, an equation of continuity of heat flow between the wall of the tank and the ambient air, and a flow equation relating a mass flow rate of the filling device to a pressure difference between the filling device and the tank; the first initial temperature of the tank (respectively the second initial temperature) of the tank) and the initial pressure of the gas present in the tank are obtained by solving said system of equations, for example using a tridiagonal matrix type algorithm ; - the ambient temperature of the filling device and the initial pressure of the gas present in the tank are determined by calculation and/or measured by sensors at the level of the filling device;
  • the electronic control member is configured to control the flow and/or pressure regulation valve to produce a predetermined pressure curve or ramp during filling; the electronic control member is configured to simulate and estimate the density variation curve (and/or the temperature variation curve) of the gas present in the tank dynamically during filling of the tank and/or in advance, that is to say before filling.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • FIG. 1 schematically and partially illustrates a filling device according to the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates steps of a filling process using the filling device
  • FIG. 3 illustrates a reference temperature curve giving, for a given ambient temperature, an evolution of the temperature limit of the gas as a function of its pressure
  • FIG. 4 illustrates an evolution relative to the ambient temperature of a lower limit (respectively an upper limit) associated with a high temperature range (respectively a low temperature range) in which a reference filling occurs
  • FIG. 5 illustrates curves giving, for a simulated reference filling at a given ambient temperature, the variation in the temperature of the tank considered as recently filled (respectively considered as recently withdrawn), the variation in the temperature, the density and the the pressure of the gas present in said tank, the variation of the temperature and the pressure of the gas leaving the filling device;
  • FIG. 6 illustrates a surface curve corresponding to several reference temperature curves established for different ambient temperatures
  • FIG. 7 illustrates the reference temperature curve in [Fig. 1] with a “temperature” variable reduced between 0 (zero) and 1 (one);
  • FIG. 8 illustrates reference temperature curves and predictive curves of the first initial temperature of the tank or of the gas present in said tank
  • FIG. 9 illustrates curves representing an evolution of the temperature of the reservoir and of the temperature of the gas present in said reservoir, said evolution being linked to thermal diffusion subsequent to a reference filling;
  • FIG. 10 illustrates the curves of [Fig. 8] after reduction of the “temperature” variable
  • FIG. 11 illustrates predictive curves of the second initial temperature of the reservoir or of the gas present in said reservoir
  • FIG. 12 illustrates the curves of [Fig. 11] after reduction of the “temperature” variable and reduction of the “pressure” variable between zero (0) and one (1);
  • FIG. 13 illustrates an example of implementing a gas temperature variation curve to control the filling of the tank and prevent its overheating
  • FIG. 14 illustrates an example of implementation of a gas temperature variation curve in combination with the temperature curve of reference to control the filling of the tank and prevent overheating
  • FIG. 15 represents an example of radial discretization of a tank wall
  • FIG. 16 represents details of a mesh obtained after the discretization of [Fig. 15].
  • the device 10 for filling pressurized gas tanks 1 is for example a station for filling pressurized hydrogen tanks.
  • the device 10 comprises a gas source 2, a filling pipe 3 connecting the source 2 to the tank 1, a valve 4 for regulating flow and/or pressure in the filling pipe 3, a set of sensor(s) 6a , 6b configured to measure the pressure in the tank 1 and/or the ambient temperature Tamb at the level of the filling device 10.
  • the device 10 comprises an electronic control member 5 configured to control the filling and in particular to stop the filling when an estimated temperature (respectively a density) of the gas present in the tank 1 reaches a temperature limit value (respectively a density limit value).
  • the control member 5 is also configured to estimate, before filling the tank 1, an initial temperature of the gas present in the tank 1.
  • the electronic control member 5 comprises for example a microprocessor, a computer or any suitable electronic controller.
  • the initial temperature Tini of the gas present in the tank 1 is a value estimated as a function of the ambient temperature Tamb and as a function of the pressure Fini of the gas present in the tank 1 before filling, said initial temperature Tini being greater or equal to or less than or equal to ambient temperature Tamb.
  • the initial temperature Tini of the gas present in the tank is no longer a fixed quantity as provided by the prior art, but rather a quantity which depends on the initial pressure Fini of the gas present in the tank. tank 1.
  • the initial temperature Tini of the gas in the tank 1 is broken down into a first initial temperature Tini_l calculated corresponding to a state of the tank 1 considered to be recently filled at a first density pini_l, and a second initial temperature Tini_2 calculated corresponding to a state of the tank 1 considered as recently withdrawn up to a second initial density pini_2.
  • the ambient temperature Tamb and the initial pressure Fini are determined respectively during a step SI and a step S2 of a filling process implementing the filling device and illustrated schematically in [Fig. 2]. Steps SI and S2 can be executed simultaneously or not.
  • the initial temperature Tini which is broken down into a first initial temperature Tini_l and a second initial temperature Tini_2, it is determined during a step S3 also illustrated in [Fig. 2].
  • the tank 1 considered to be recently filled will also be compared to a tank recently exposed to direct sunlight or in a relatively hot environment or even to a tank in the process of hot filling.
  • the fluid already present is considered to have undergone compression and therefore a rise in temperature well beyond ambient temperature.
  • the reservoir considered to have recently been withdrawn will also be considered as a reservoir recently exposed in a relatively cold environment or a reservoir in the process of cold filling.
  • the residual fluid is considered to have previously undergone significant expansion and therefore major cooling.
  • the tank considered recently filled and the tank considered recently withdrawn are modeled virtual tanks which may or may not be identical.
  • the tank considered to have been recently withdrawn may in particular have a surface/volume ratio greater than that of the tank considered to have been recently filled, which makes it more capable of dissipating heat and cooling.
  • the first initial temperature Tini_l of the tank is included in a high temperature range having a determined lower limit TLgas_min_l greater than or equal to the ambient temperature and an upper limit TLgas_max_l corresponding to a determined maximum temperature limit.
  • the evolution of the lower limit TLgas_min_l as a function of the ambient temperature of the filling device is given by a "Thotsoak" curve (see [Fig. 4]) taken for example from SAE recommendations relating to the filling of a hot tank .
  • the upper limit TLgasmax_l is set for example at 85°C. This value takes into account the thermophysical properties of the reservoir.
  • the second initial temperature Tini_2 of the tank is included in a range of low temperatures having a determined upper limit TLgas_max_2 less than or equal to the ambient temperature Tamb and a lower limit TLgas_min_2 corresponding to a minimum temperature limit determined, for example between zero and -5°C.
  • the upper limit TLgas_max_2 is a function of the ambient temperature and follows a "Tcoldsoak" curve (see [Fig. 4]) resulting for example from SAE recommendations relating to filling a cold tank.
  • the temperature limit value (respectively the density limit value) is a fixed value determined or a value given by a "TPgasmax" reference temperature curve (respectively a reference density curve).
  • TPgasmax reference temperature curve
  • the "TPgasmax" reference temperature curve makes it possible, for a given gas pressure in the tank, to estimate the temperature limit value (respectively the density limit value).
  • TPgas_max An example of a reference temperature “TPgas_max” curve is illustrated in [Fig. 3].
  • the temperature limit value is 85°C and coincides with the upper limit TLgasmax_l of the high temperature range.
  • the temperature limit value is approximately 20°C and coincides with the lower limit TLgasmin_l of the high temperature range.
  • the density limit value depends on the operating pressure of the tank. For example, for an operating pressure of 350 barg, the density limit value is set for example at 24.1 kg/m3. For a service pressure of 700 barg, the density limit value is set for example at 40.2 kg/m3. Generally speaking, the density limit value can be defined by a percentage of filling state "SOC" (for "State of Charge", in English) which defines a maximum quantity of hydrogen recommended in a tank. Determination of the reference temperature “TPgasmax” curve and the reference density curve
  • the "TPgasmax" reference temperature curve (respectively the reference density curve) is provided by a first physical model which simulates a reference filling of the tank over the high temperature range (respectively over the range of low temperatures) with pre-cooling at the source.
  • the reference filling is simulated from a minimum pressure which is here set at 5 barg up to a maximum pressure corresponding to the operating pressure of the tank.
  • the "TPgasmax" reference temperature curve (respectively the reference density curve) is obtained from a "Pgashot” curve giving the evolution of the pressure of the gas present in the tank as a function of time and from a "Tgasmax” curve (respectively a “RHO_cold” curve) giving the evolution over time of the temperature (respectively the evolution of the density) of the gas contained in the tank.
  • the “Pgashot”, “Tgasmax” (respectively “RHO_cold”) curves are also provided by the first predetermined physical model. They are illustrated in [Fig. 5].
  • the first predetermined physical model provides as many reference temperature "TPgasmax” curves (respectively as many reference density curves) which form a reference temperature surface curve (respectively a density surface curve of reference).
  • TPgasmax reference temperature surface curve
  • FIG. 6 illustrates an example of a reference temperature surface curve.
  • the "temperature” variable is reduced between the value zero (0) corresponding to the lower limit TLgasmin_l and the value one (1) corresponding to the upper limit TLgasmax_l.
  • FIG. 7 illustrates a “Reduc_TPgasmax” curve obtained after reduction of the “temperature” variable on the “TPgasmax” reference temperature curve.
  • the first initial temperature Tini_l of the gas present in the tank is given by a second predetermined predictive curve "TPgashot" function of the initial pressure Pini of the gas (see [Fig. 8]).
  • TPgashot a second predetermined predictive curve "TPgashot" function of the initial pressure Pini of the gas (see [Fig. 8]).
  • the predictive curve "TPgashot” makes it possible to determine the first initial temperature Tini_l.
  • the “TPgashot” predictive curve is taken from a second physical model which simulates a reference filling of the reservoir over the high temperature range with possibly a pre-cooling of the gas supplied by the source.
  • the second physical model additionally simulates thermal diffusion at the level of the reservoir and/or at the level of the gas present in the reservoir.
  • the second physical model may differ from the first physical model by taking into account thermal diffusion.
  • Thermal diffusion occurs after the reference filling of the reservoir and the pre-cooling of the source.
  • thermal diffusion is simulated over a period of 2 minutes corresponding to the minimum time required between two successive fillings of the tank at the filling station.
  • the gas pressure in the reservoir is assumed to be constant.
  • thermal diffusion induces a drop in temperature in the gas present in the tank.
  • a drop is represented by a “STgasmax” curve illustrated in [Fig. 9].
  • the “TPgashot” curve is obtained from the “Pgashot” curve and the “Tgashot” curve both established for the same ambient temperature.
  • the “Tgashot” curve results from a subtraction made between the “Tgasmax” curve and the “STgasmax” curve.
  • the "temperature” variable can be reduced between the value zero (0) corresponding to the lower limit TLgasmin_l and the value one (1) corresponding to the upper limit TLgasmax_l.
  • the “Reduc_TPgashot” curve thus obtained is illustrated in [Fig. 10].
  • the second initial temperature Tini_2 of the gas is obtained from a third curve "TPgascold" function of the initial pressure Fini of the gas (see [Fig. 11]).
  • the "TPgascold" curve makes it possible to determine the second initial temperature Tini_2 of the gas present in the tank.
  • the "TPgascold" curve can be provided by a third predetermined physical model (described later) which simulates a reference emptying of the tank over the low temperature range, that is to say between the upper limit TLgasmax_2 and the lower limit TLgasmin_2.
  • the upper limit TLgasmax_2 corresponds to the start of the reference emptying where the tank is in a state filled at least partially, and preferably 100%.
  • This upper limit TLgasmax_2 corresponds to a maximum pressure Pgasmax_2, called operating pressure ("Nominal Working Pressure" in English), and a maximum density pgasmax_2. It should be noted that the maximum pressure Pgasmax_2 can be expressed as a function of the upper limit TLgasmax_2 through the following mathematical expression taken from the literature:
  • Pgasmax_2 [barg] A * TLgasmax_2 [°C] + B with A between 1 and 2, and B between 300 and 400.
  • the lower limit TLgasmin_2 corresponds to the end of reference emptying where the tank has a minimum pressure Pgasmin_2, here set at 5 barg, and a minimum density pgasmin_2, called the second initial density pini_2. Furthermore, the lower bound TLgasmin_2 can be obtained from the mathematical expression below taken from the third physical model:
  • Tgasmin_2 A * Tamb + B
  • Tamb is the ambient temperature at the filling device
  • A is between 0.5 and 1.5;
  • B is between -30 and -15.
  • the third physical model provides as many "TPgascold” curves which form a surface curve (not shown).
  • the "temperature” variable on each of them is reduced between the value zero (0) corresponding to the lower limit TLgasmin_2 and the value one (1) corresponding to the upper limit TLgasmax_2.
  • the "pressure” variable can be reduced between the value zero (0) corresponding to the minimum pressure Pgasmin_2 and the value one (1) corresponding to the maximum pressure Pgasmax_2 before draining the tank.
  • the “Reduc_TPgascold” curve shown in [Fig. 12] is the result of such a reduction carried out on the “TPgascold” curve.
  • At least one predetermined physical model considers that this initial pressure Pini is the final pressure of a previous filling ("hot case”). ") or a previous withdrawal (“cold case”).
  • hot case the final pressure of a previous filling
  • cold case a previous withdrawal
  • These two hypotheses respectively define a value for the first initial temperature Tini_l (corresponding to the hot case) and a value for the second initial temperature Tini_2 (corresponding to the cold case).
  • the value of the first initial temperature Tini_l and the value of the second initial temperature Tini_2 thus defined may be different from the initial temperature value determined according to the prior art, for example deviating by 10 to 20°C degrees from the temperature ambient.
  • control member 5 can be configured to estimate, during filling, a variation curve of the temperature of the gas present in the tank as a function of the initial temperature of the gas present in the tank, i.e. i.e. with starting point (or starting condition), the initial temperature of the gas present in the tank.
  • control member 5 can be configured to estimate such a curve between a first gas temperature variation curve (hot case) and a second gas temperature variation curve (cold case).
  • the corresponding temperature is estimated between a first temperature located on the first gas temperature variation curve (hot case) and a second temperature located on the second gas temperature variation curve. the gas temperature (cold case).
  • the first curve (respectively the second curve) of variation of the temperature of the gas has as its starting point (or starting condition) the first initial temperature Tini_l (respectively the second initial temperature Tini_2) of the gas.
  • the first curve (respectively the second curve) of variation of the gas temperature is provided by a predetermined physical model which simulates a reference filling of the reservoir from the first initial temperature Tini_l (respectively from the second initial temperature Tini_2) of the gas, said filling being accompanied by precooling at the source and followed by thermal diffusion.
  • the physical model at the origin of the "TPgashot" curve predictive of the first initial temperature Tini_l of the gas is preferably the same as that at the origin of the first curve of variation of the temperature of the gas.
  • the two curves are distinguished by their starting points which are respectively the lower limit TLgasmin_l (for the "TPgashot” curve predictive of the first initial temperature Tini_l) and the first initial temperature Tini_l (for the first curve of variation of the gas temperature ).
  • control member 5 can be configured to estimate (for example calculate), during filling, a variation curve of the density of the gas present in the tank as a function of the initial density of the gas present in The reservoir.
  • the density variation curve has as its starting point the initial density of the gas present in the tank.
  • the initial density can be calculated by the ideal or real gas equation by knowing the volume of the tank (known or estimated, for example via the known technique based on a "draw" pressure pulse before filling) , the pressure and the temperature of the gas.
  • control member 5 can be configured to estimate the variation curve of the density of the gas between a first variation curve of the density of the gas (hot case) and a second variation curve of the density gas (cold case).
  • the corresponding density is estimated between a first density located on the first density variation curve (hot case) and a second density located on the second density curve. variation in density (cold case).
  • the first curve (respectively the second curve) of variation of the density has as its starting point the first initial density (respectively the second initial density) of the gas present in the tank.
  • the first curve (respectively the second curve) of variation of the density of the gas is provided by a physical model which simulates a reference filling of the reservoir from the first initial density (respectively from the second initial density) of the gas with precooling at the source.
  • the tank filling stop condition relating to a limit value of the temperature of the gas present in the tank can be replaced by a stop condition relating to a limit value of the tank temperature.
  • the limit value of the reservoir temperature can be given by a reference temperature curve of the reservoir, said curve being provided by the first physical model.
  • the first physical model provides three temperature curves of reference illustrated in [Fig. 8], namely a first curve “TPgasliner_max” for the internal wall, a second curve “TPlinercompo_max” for the internal layer/external layer interface, and a third curve “TPexternal_max” for the external wall.
  • TPgasliner_max TPexternal_max
  • TPlinercompo_max TPlinercompo_max curves
  • the “Tgasliner_hot”, “Texternal_hot” curves are shown in [Fig. 5].
  • the "TPgasliner_max”, “TPexternaljnax”, “TPlinercompo_max” curves can be transformed respectively into a "Reduc_TPgasliner_max” curve, a “Reduc_TPexternal_max” curve, and a “Reduc_TPlinercompo_max” curve each defined between a zero value. (1) corresponding to the lower temperature limit TLgasmin_l and a value one (1) corresponding to the upper temperature limit TLgasmax_l.
  • the control member 5 can be configured to estimate the initial temperature of the tank between a first initial temperature of the tank corresponding to a state of the tank considered to be recently filled at the first initial density (hot case), and a second initial temperature of the tank. tank corresponding to a state of the tank considered to be recently withdrawn up to a second initial density (cold case).
  • the first initial temperature Tini_l of the reservoir can be given by a predictive curve “TPgasliner_hot”, “TPlinercompo_hot”, “TPexternal_hot” (see [Fig. 8]) depending on the initial pressure Pini of the gas.
  • the predictive curve "TPgasliner_hot”, “TPlinercompo_hot”, “TPexternal_hot” makes it possible to determine the first initial temperature Tini_l of the tank.
  • TPgasliner_hot “TPexternal_hot”
  • TPlinercompo_hot” curves can be provided by the second physical model. More specifically, these curves are obtained from the “Pgashot” curve in combination respectively with “Tgasliner_hot_bis” curves, “Texternal_hot_bis” “Tlinercompo_hot_bis” (not illustrated) giving the evolution of the temperature as a function of time for respectively the internal wall, the external wall and the internal layer/external layer interface of the tank.
  • the “Tgasliner_hot_bis” curve is obtained from the “Tgasliner_hot” curve modulated by a “STgasliner” curve.
  • the “Texternal_hot_bis” curve is obtained from the “Texternal_hot” curve modulated by a “STexternal” curve.
  • the “Tlinercompo_hot_bis” curve is obtained from the “Tlinercompo_hot” curve modulated by a “STlinercompo” curve.
  • the “STgasliner”, “STexternal”, “STlinercompo” curves are illustrated in [Fig. 9]. They represent a thermal diffusion subsequent to the reference filling and which occurs at the level of the internal wall, the external wall and the internal layer/external layer interface of the reservoir.
  • thermal diffusion corresponds to a drop in temperature over time for the internal wall of the tank.
  • thermal diffusion corresponds to an increase in temperature.
  • TPgasliner_hot can be reduced respectively into a "Reduc_TPgasliner_hot” curve, a “Reduc_TPexternal_hot” curve, and a “Reduc_TPlinercompo_hot” curve, each defined between a value zero (1 ) corresponding to the lower temperature limit TLgas_min_l and a value one (1) corresponding to the upper temperature limit TLgas_max_l (see [Fig. 10]).
  • the second initial temperature Tini_2 of the tank is given by a predictive curve "TPgasliner_cold”, “TPexternal_cold”, “TPlinercompo_cold” function of the initial pressure Pini of the gas (see [Fig. 11]).
  • the predictive curve "TPgasliner_cold”, “TPexternal_cold”, “TPlinercompo_cold” makes it possible to determine the second initial temperature Tini 2 of the tank.
  • the predictive curve "TPgasliner_cold”, “TPexternal_cold”, “TPlinercompo_cold” can be provided by the third physical model which simulates a reference emptying of the tank. At the end of this reference drain, the tank temperature reaches a minimum value which varies across the thickness of the tank.
  • Tmin the minimum temperature at the internal wall, the external wall or the internal layer/external layer interface
  • Tamb the ambient temperature
  • the predictive curves "TPgasliner_cold”, “TPexternal_cold”, “TPlinercompo_cold” can be obtained from the “Pgascold” curve (giving the evolution of the gas pressure as a function of time) in combination respectively with the “Tgasliner_cold” curves , “Texternal_cold”, “Tlinercompo_cold” giving the evolution of the tank temperature as a function of time (cold case).
  • the “Tgasliner_cold”, “Texternal_cold” and “Pgas_cold” curves are shown in [Fig. 5].
  • the control member 5 can be configured to estimate, during filling, a variation curve of the temperature of the reservoir (see step S5 of the method illustrated in [Fig. 2]). This estimate is made between a first reservoir temperature variation curve (hot case) and a second reservoir temperature variation curve (cold case). Said first curve and said second curve are determined during a step S4 of the method illustrated in [Fig. 5].
  • the first variation curve has as its starting point the first initial temperature Tini_l of the tank.
  • the second variation curve has as its starting point the second initial temperature Tini_2 of the reservoir.
  • the first curve (respectively the second curve) of variation of the temperature of the reservoir can be obtained from a model which simulates a reference filling of the reservoir from the first initial temperature Tini_l (respectively from the second initial temperature Tini_2) of the reservoir , with pre-cooling of the gas at the source, and thermal diffusion following the reference filling.
  • the first curve "Tgas_hot_bis" for variation of the temperature of the gas present in the tank can be used alone (see example in [Fig. 13]) or in combination with the curve “Tgasmax” reference temperature of the gas present in the tank (see example in [Fig. 14]).
  • a first overheating is detected at the level of the gas present in the tank (step 3).
  • overheating is detected when the “Tgas_hot_bis” curve reaches the temperature limit value represented here by a horizontal line at 85°C.
  • the first overheating is detected below the temperature limit value (85°C). This overheating corresponds to the moment when the “Tgas_hot_bis” curve “catches up” with the “Tgas_max” curve.
  • Step 4 the control unit stops filling even though the tank is not filled to its maximum.
  • the shutdown continues (step 4) for a certain required duration before a new filling cycle.
  • Steps 5, 6, 7 correspond to this new filling cycle for which the initial temperature of the gas present in the tank is determined according to the temperature reached by the same gas at the end of the previous cycle, but also according to the pressure of this same gas at the start of the new cycle.
  • the invention limits the risk of overheating during a subsequent filling cycle, and opens up the possibility of reaching a maximum load in the tank. .
  • the “Tgas_max” and “Tgas_hot_bis” curves in the examples above can be replaced by the “TPgasmax” and “TPgas_hot” curves to control the filling of the tank.
  • the stopping condition relates to a limit value of the tank temperature
  • filling can be controlled using one of the curves (hot case) giving the variation in the tank temperature (for example, the curve "TPgasliner_hot”).
  • This variation curve can be used alone or in combination with the associated reference temperature curve (for example, the “TPgasliner_max” curve).
  • This balance involves the mass of the gas in the tanks m g , the specific internal energy of the gas in this tank u fl , the heat exchange between the gas in the tanks and the internal wall thereof with the coefficient of exchange ki and the internal surface of these tanks Sj, the total mass flow of hydrogen as well as the incoming specific enthalpy of the gas h g inlet into the reservoirs.
  • T g and T wi are respectively the spatial average temperatures of the gas in the volume of these reservoirs and of the internal wall thereof.
  • Equation (5) makes it possible to obtain the value of Pg(t+ ⁇ t). Equation (3) therefore makes it possible to obtain the value of the internal energy u g (t+ ⁇ t):
  • This balance involves the density of the wall p, its heat capacity c p and its thermal conductivity, as well as the radius r from the center of the tank.
  • k e is the heat exchange coefficient between the ambient environment and the external wall of the tank
  • S e is the external surface of these tanks
  • T amb is the ambient temperature
  • the meshes at the interfaces have a thickness of (5r )/2. In the example illustrated, 3 meshes are provided in the liner and 3 other meshes are provided in the composite.
  • Equation (7) to be solved, is discretized and applied for each of the different meshes constituting the wall.
  • Figure 14 shows the radial discretization used to solve the equation.
  • a mesh centered on point P, is surrounded by a point W to the west and a point E to the east, the interior of the reservoir being located at the west.
  • a fictitious face w is defined, and between the points P and E a second fictitious face e is defined.
  • the distances between the points W and P on the one hand, P and E on the other are denoted respectively ( ⁇ r) w and ( ⁇ r) e .
  • the faces w and e are distant by ⁇ r P.
  • Points W, P and E are located respectively at r w , r P and r E from the center of the tank.
  • Equation (7) is integrated over a time step and spatially from west to east, to obtain:
  • A The term on the left is called A, while the term on the right is called B.
  • equation (11) becomes:
  • the model calculates the temperature and pressure of the gas from the density p and the internal energy u of the gas:
  • the physical models described above can be associated with a heat transfer model between the filling device and the tank(s).
  • This transfer model is described below.
  • the incoming specific enthalpy term of the gas h g inlet of equation (1) is obtained from the specific enthalpy of the gas at the dispenser using a heat transfer model. The aim of this is to estimate the thermal exchanges of the gas between the dispenser of the filling device and the entry into the tanks of the vehicle, all along the hose and other elements connecting the dispenser to the tanks.
  • Equation (25) The energy conservation equation applied to the gas inside the piping, called piping, is written in equation (25), for each elementary length dx along the piping.
  • rh is the mass flow rate of gas
  • c pg is the specific heat capacity of the gas
  • x is the abscissa along the piping
  • Tg aspipe the temperature of the gas in the piping depending on x and t
  • k ipipe is the coefficient d internal exchange in the piping
  • d intpipe is the average internal diameter of the piping
  • T pipe is the temperature of the piping depending only on t.
  • Equation (25) can be integrated between 0 (the dispenser) and position x along the piping to obtain the expression for T gas pipe (x,t).
  • T gas pipe x,t
  • Equation (27) The energy conservation equation applied to piping is written in equation (27) where (mcp) pipe is the heat capacity of the piping, Ah pipe is the energy transferred from the gas to the piping, k epipe is the external exchange coefficient of the piping and S epipe is the external surface of the piping. can be written using equation (26.3)
  • Equation (27) is discretized:

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Abstract

Procédé (100) de remplissage d'un réservoir (1) de gaz sous pression, mis en œuvre par un dispositif (10) de remplissage comprenant une source (2) de gaz, une conduite (3) de remplissage reliant la source (2) au réservoir (1), une vanne (4) de régulation de débit et/ou de pression, et un organe (5) de commande électronique configuré pour arrêter le remplissage lorsqu'une température (ou une masse volumique) estimée du gaz présent dans le réservoir (1) atteint une valeur limite de température (ou respectivement une valeur limite de masse volumique), le procédé comprenant, avant le remplissage du réservoir (1), une étape (S1) de détermination de la température ambiante (Tamb) au niveau du dispositif (10) de remplissage, une étape (S2) de détermination de la pression (Pini) du gaz présent dans le réservoir (1) et une étape (S3) préliminaire d'estimation de la température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir (1), la température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir étant une valeur estimée en fonction de la température ambiante (Tamb) et en fonction de la pression (P) du gaz présent dans le réservoir avant remplissage, la température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir étant supérieure ou égale ou inférieure ou égale à la température ambiante (Tamb).

Description

Dispositifetprocédéderemplissagederéservoirdegazsouspression
L'invention concerne un dispositif et un procédé de remplissage de réservoir de gaz sous pression.
L'invention s'applique en particulier au remplissage de réservoirs d'hydrogène.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de remplissage d'un réservoir de gaz sous pression, comprenant une source de gaz, une conduite de remplissage reliant la source au réservoir, une vanne de régulation de débit et/ou de pression dans la conduite de remplissage, un capteur configuré pour mesurer la pression dans le réservoir et/ou la température ambiante au niveau du dispositif de remplissage, et un organe de commande électronique configuré pour:
- arrêter le remplissage lorsqu'une température (respectivement une masse volumique) estimée du gaz présent dans le réservoir atteint une valeur limite de température (respectivement une valeur limite de masse volumique),
- estimer avant le remplissage du réservoir, une température initiale du gaz présent dans le réservoir.
Dans un dispositif tel que décrit ci-dessus, la température du gaz présent dans le réservoir, et en particulier la température avant remplissage, reste difficilement accessible. De façon connue, la température initiale retenue dans les protocoles de remplissage existants est issue de préconisations de la SAE ("Society of Automotive Engineering") relatives au remplissage de véhicules à pile à combustible. La température initiale est donnée en fonction de la température ambiante selon une courbe prédéfinie pour le cas chaud et une courbe prédéfinie pour le cas froid. Or, la pratique montre que la température initiale du réservoir à remplir n'évolue pas toujours suivant ces courbes préconisées par la SAE. Ainsi, avec une température initiale du réservoir située en dehors du corridor formé par les courbes préconisées par la SAE, le réservoir se trouve exposé notamment à un risque de surchauffe ou de sur-remplissage.
Le risque de surchauffe est accru en cas de remplissages successifs. En effet, alors qu'un remplissage entraîne généralement sur le gaz présent dans le réservoir une élévation de température, les protocoles actuels considèrent que pour un remplissage ultérieur la température initiale du réservoir reste dans le corridor défini par la SAE. Ainsi, en raison d'une température initiale du gaz sous-estimée lors du remplissage ultérieur, la limite de température peut être rapidement franchie, en contradiction avec les prédictions des modèles déployés dans les protocoles de remplissage actuels.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la température initiale est une valeur estimée en fonction de la température ambiante et en fonction de la pression du gaz présent dans le réservoir avant remplissage, la température initiale du gaz dans le réservoir étant supérieure ou égale ou inférieure ou égale à la température ambiante.
Ainsi, l'invention améliore la précision avec laquelle est estimée la température initiale du gaz présent dans le réservoir, limitant ainsi le risque de surchauffe ou de sur-remplissage sur le réservoir. L'invention concerne également un procédé de remplissage d'un réservoir de gaz sous pression, mis en œuvre par un dispositif de remplissage comprenant une source de gaz, une conduite de remplissage reliant la source au réservoir, une vanne de régulation de débit et/ou de pression dans la conduite de remplissage, et un organe de commande électronique configuré pour arrêter le remplissage lorsqu'une température (ou une masse volumique) estimée du gaz présent dans le réservoir atteint une valeur limite de température (ou respectivement une valeur limite de masse volumique). Le procédé comprend, avant le remplissage du réservoir, une étape de détermination de la température ambiante au niveau du dispositif de remplissage, une étape de détermination de la pression du gaz présent dans le réservoir et un étape préliminaire d'estimation de la température initiale du gaz présent dans le réservoir. La température initiale du gaz dans le réservoir est une valeur estimée en fonction de la température ambiante et en fonction de la pression du gaz présent dans le réservoir avant remplissage, ladite température initiale du gaz dans le réservoir étant supérieure ou égale ou inférieure ou égale à la température ambiante.
Par ailleurs, des modes de réalisation du procédé selon l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la température initiale du gaz dans le réservoir se décline en une première température initiale calculée correspondant à un état du réservoir considéré comme récemment rempli à une première masse volumique initiale, et en une seconde température initiale calculée correspondant à un état du réservoir considéré comme récemment soutiré jusqu'à une seconde masse volumique initiale;
- la première température initiale du gaz dans le réservoir est comprise dans une plage de températures hautes ayant une borne inférieure déterminée supérieure ou égale à la température ambiante et une borne supérieure correspondant à un maximum de limite de température déterminé, par exemple égal à 85°C; - la première température initiale est déterminée à partir d'une première courbe prédéterminée prédictive "TPgas_hot" fournie par un modèle physique prédéterminé simulant un remplissage de référence du réservoir sur la plage de températures hautes;
- la seconde température initiale du gaz dans le réservoir est comprise dans une plage de températures basses ayant une borne supérieure déterminée inférieure ou égale à la température ambiante et une borne inférieure correspondant à un minimum de limite de température déterminé, par exemple compris entre zéro et -5°C;
- la seconde température initiale est déterminée à partir d'une seconde courbe prédéterminée prédictive "TPgas_cold" fournie par un modèle physique prédéterminé simulant une vidange de référence du réservoir sur la plage de températures basses; le procédé comprend une étape consistant à modéliser, lors du remplissage, une première courbe de variation de la température (ou respectivement une première courbe de variation de la masse volumique) du gaz présent dans le réservoir, ayant comme condition de départ la première température initiale (respectivement la première masse volumique initiale) du gaz présent dans le réservoir, et/ou une deuxième courbe de variation de la température (ou respectivement une deuxième courbe de variation de la masse volumique) du gaz présent dans le réservoir, ayant comme condition de départ la seconde température initiale (respectivement la seconde masse volumique initiale) du gaz présent dans le réservoir; le procédé comprend une étape consistant à estimer, lors du remplissage, une courbe de variation de la température (ou respectivement une courbe de variation de la masse volumique) du gaz présent dans le réservoir, ladite courbe étant comprise entre la première courbe de variation de la température (respectivement la première courbe de variation de la masse volumique) et la deuxième courbe de variation de la température (respectivement la deuxième courbe de variation de la masse volumique); la première température initiale du réservoir et/ou la seconde température initiale est recalculée en cours de remplissage en fonction du débit et en fonction de la température du gaz présent dans la conduite de remplissage, ledit débit et ladite température étant déterminés par calcul et/ou par des capteurs au niveau du dispositif de remplissage;
- la valeur limite de température (respectivement la valeur limite de masse volumique) est une valeur fixe déterminée, par exemple 85°C (respectivement, par exemple 24,1 kg/m3 ou 40,2 kg/m3) ou une valeur donnée par une courbe "TPgas_max" de température de référence (respectivement par une courbe "RHO_cold" de masse volumique de référence ), ladite courbe étant fournie par un modèle physique prédéterminé qui simule les conditions thermodynamiques du gaz lors d'un remplissage de référence du réservoir;
- le modèle physique est basé sur un système d'équations comprenant au moins l'une parmi: une équation de bilan d'énergie interne appliqué au gaz présent dans le réservoir, une équation de bilan de masse appliqué au gaz présent dans le réservoir, une équation de conservation d'énergie dans une paroi du réservoir, une équation de continuité de flux de chaleur entre le gaz présent dans le réservoir et la paroi du réservoir, une équation de continuité de flux de chaleur entre la paroi du réservoir et l'air ambiant, et une équation de débit reliant un débit massique du dispositif de remplissage à une différence de pression entre le dispositif de remplissage et le réservoir; la première température initiale du réservoir (respectivement la seconde température initiale) du réservoir) et la pression initiale du gaz présent dans le réservoir sont obtenues par résolution dudit système d'équations, par exemple à l'aide d'un algorithme de type matriciel tridiagonal; - la température ambiante du dispositif de remplissage et la pression initiale du gaz présent dans le réservoir sont déterminées par calcul et/ou mesurées par des capteurs au niveau du dispositif de remplissage;
- l'organe de commande électronique est configuré pour contrôler la vanne de régulation de débit et/ou de pression pour réaliser une courbe ou une rampe de pression prédéterminée lors du remplissage; l'organe de commande électronique est configuré pour simuler et estimer la courbe de variation de la masse volumique (et/ou la courbe de variation de la température) du gaz présent dans le réservoir de façon dynamique pendant le remplissage du réservoir et/ou de façon anticipée, c'est-à-dire avant le remplissage.
L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures suivantes dans lesquelles :
[Fig. 1] illustre schématiquement et de façon partielle un dispositif de remplissage selon l'invention;
[Fig. 2] illustre schématiquement des étapes d'un procédé de remplissage au moyen du dispositif de remplissage;
[Fig. 3] illustre une courbe de température de référence donnant, pour une température ambiante donnée, une évolution de la limite de température du gaz en fonction de sa pression;
[Fig. 4] illustre une évolution par rapport à la température ambiante d'une borne inférieure (respectivement d'une borne supérieure) associée à une plage de températures hautes (respectivement une plage de températures basses) dans laquelle intervient un remplissage de référence; [Fig. 5] illustre des courbes donnant, pour un remplissage de référence simulé à une température ambiante donnée, la variation de la température du réservoir considéré comme récemment rempli (respectivement considéré comme récemment soutiré), la variation de la température, de la masse volumique et de la pression du gaz présent dans ledit réservoir, la variation de la température et de la pression du gaz en sortie du dispositif de remplissage;
[Fig. 6] illustre une courbe surface correspondant à plusieurs courbes de température de référence établies pour différentes températures ambiantes ;
[Fig. 7] illustre la courbe de température de référence de la [Fig. 1] avec une variable « température » réduite entre 0 (zéro) et 1 (un);
[Fig. 8] illustre des courbes de température de référence et des courbes prédictives de la première température initiale du réservoir ou du gaz présent dans ledit réservoir;
[Fig. 9] illustre des courbes représentant une évolution de la température du réservoir et de la température du gaz présent dans ledit réservoir, ladite évolution étant liée à une diffusion thermique postérieure à un remplissage de référence;
[Fig. 10] illustre les courbes de la [Fig. 8] après réduction de la variable « température » ;
[Fig. 11] illustre des courbes prédictives de la deuxième température initiale du réservoir ou du gaz présent dans ledit réservoir;
[Fig. 12] illustre les courbes de la [Fig. 11] après réduction de la variable « température » et réduction de la variable « pression » entre zéro (0) et un (1);
[Fig. 13] illustre un exemple de mise en œuvre d'une courbe de variation de la température du gaz pour piloter le remplissage du réservoir et prévenir sa surchauffe;
[Fig. 14] illustre un exemple de mise en œuvre d'une courbe de variation de la température du gaz en combinaison avec la courbe de température de référence pour piloter le remplissage du réservoir et prévenir sa surchauffe;
[Fig. 15] représente un exemple de discrétisation radiale d'une paroi du réservoir ;
[Fig. 16] représente des détails d'une maille obtenue après la discrétisation de la [Fig. 15].
Le dispositif 10 de remplissage de réservoirs 1 de gaz sous pression est par exemple une station de remplissage de réservoirs d'hydrogène sous pression.
Le dispositif 10 comprend une source 2 de gaz, une conduite 3 de remplissage reliant la source 2 au réservoir 1, une vanne 4 de régulation de débit et/ou de pression dans la conduite 3 de remplissage, un ensemble de capteur(s) 6a, 6b configuré pour mesurer la pression dans le réservoir 1 et/ou la température ambiante Tamb au niveau du dispositif 10 de remplissage.
En outre, le dispositif 10 comprend un organe 5 de commande électronique configuré pour contrôler le remplissage et notamment pour arrêter le remplissage lorsqu'une température (respectivement une masse volumique) estimée du gaz présent dans le réservoir 1 atteint une valeur limite de température (respectivement une valeur limite de masse volumique). L'organe 5 de commande est également configuré pour estimer avant le remplissage du réservoir 1, une température initiale du gaz présent dans le réservoir 1.
L'organe 5 de commande électronique comprend par exemple un microprocesseur, un ordinateur ou tout contrôleur électronique approprié. Selon l'invention, la température initiale Tini du gaz présent dans le réservoir 1 est une valeur estimée en fonction de la température ambiante Tamb et en fonction de la pression Fini du gaz présent dans le réservoir 1 avant remplissage, ladite température initiale Tini étant supérieure ou égale ou inférieure ou égale à la température ambiante Tamb.
Ainsi, pour une température ambiante Tamb donnée, la température initiale Tini du gaz présent dans le réservoir n'est plus une grandeur fixe comme le prévoit l'art antérieur, mais plutôt une grandeur qui dépend de la pression initiale Fini du gaz présent dans le réservoir 1.
De façon avantageuse, la température initiale Tini du gaz dans le réservoir 1 se décline en une première température initiale Tini_l calculée correspondant à un état du réservoir 1 considéré comme récemment rempli à une première masse volumique pini_l, et une seconde température initiale Tini_2 calculée correspondant à un état du réservoir 1 considéré comme récemment soutiré jusqu'à une seconde masse volumique initiale pini_2.
La température ambiante Tamb et la pression initiale Fini sont déterminées respectivement au cours d'une étape SI et une étape S2 d'un procédé de remplissage mettant en œuvre le dispositif de remplissage et illustré de façon schématique à la [Fig. 2]. Les étapes SI et S2 peuvent être exécutées simultanément ou non. Quant à la température initiale Tini, qui se décline en une première température initiale Tini_l et une deuxième température initiale Tini_2, elle est déterminée au cours d'une étape S3 également illustrée à la [Fig. 2].
Dans ce qui suit, le réservoir 1 considéré comme récemment rempli sera également assimilé à un réservoir récemment exposé en plein soleil ou dans un milieu relativement chaud ou encore à un réservoir en cours d'un remplissage à chaud. Pour un nouveau remplissage d'un tel réservoir, le fluide déjà présent est considéré comme ayant subi une compression et donc une montée en température bien au-delà de la température ambiante.
Le réservoir considéré comme récemment soutiré sera également assimilé à un réservoir récemment exposé dans un milieu relativement froid ou un réservoir en cours d'un remplissage à froid. Pour le remplissage d'un tel réservoir, le fluide résiduel est considéré comme ayant subi au préalable une détente importante et donc un refroidissement majeur.
Le réservoir considéré comme récemment rempli et le réservoir considéré comme récemment soutiré sont des réservoirs virtuels modélisés qui peuvent être identiques ou non. Dans le second cas, le réservoir considéré comme récemment soutiré peut notamment présenter un rapport surface/volume supérieur à celui du réservoir considéré comme récemment rempli, ce qui le rend plus apte à évacuer la chaleur et à se refroidir.
De façon avantageuse, la première température initiale Tini_l du réservoir est comprise dans une plage de températures hautes ayant une borne inférieure déterminée TLgas_min_l supérieure ou égale à la température ambiante et une borne supérieure TLgas_max_l correspondant à un maximum de limite de température déterminé. L'évolution de la borne inférieure TLgas_min_l en fonction de la température ambiante du dispositif de remplissage est donnée par une courbe "Thotsoak" (voir [Fig. 4]) issue par exemple de préconisations de la SAE relatives au remplissage d'un réservoir chaud. La borne supérieure TLgasmax_l est fixée par exemple à 85°C. Cette valeur tient compte des propriétés thermophysiques du réservoir.
De façon avantageuse, la seconde température initiale Tini_2 du réservoir est comprise dans une plage de températures basses ayant une borne supérieure déterminée TLgas_max_2 inférieure ou égale à la température ambiante Tamb et une borne inférieure TLgas_min_2 correspondant à un minimum de limite de température déterminé, par exemple comprise entre zéro et -5°C. En particulier, la borne supérieure TLgas_max_2 est fonction de la température ambiante et suit une courbe "Tcoldsoak" (voir [Fig. 4]) issue par exemple de préconisations de la SAE relatives à un remplissage d'un réservoir froid.
De façon avantageuse, la valeur limite de température (respectivement la valeur limite de masse volumique) est une valeur fixe déterminée ou une valeur donnée par une courbe "TPgasmax" de température de référence (respectivement une courbe de masse volumique de référence). En particulier, la courbe "TPgasmax" de température de référence (respectivement la courbe de masse volumique de référence) permet, pour une pression donnée du gaz dans le réservoir, d'estimer la valeur limite de température (respectivement la valeur limite de masse volumique).
Un exemple de courbe "TPgas_max" de température de référence est illustré à la [Fig. 3]. Pour une pression maximale du gaz présent dans le réservoir 1, la valeur limite de température est de 85°C et coïncide avec la borne supérieure TLgasmax_l de la plage de températures hautes. Pour une pression minimale du gaz dans le réservoir, la valeur limite de température est d'environ 20°C et coïncide avec la borne inférieure TLgasmin_l de la plage de températures hautes.
La valeur limite de masse volumique dépend de la pression de service du réservoir. Par exemple, pour une pression de service de 350 barg, la valeur limite de masse volumique est fixée par exemple à 24.1 kg/m3. Pour une pression de service de 700 barg, la valeur limite de masse volumique est fixée par exemple à 40.2 kg/m3. De manière générale, la valeur limite de masse volumique peut être définie par un pourcentage d'état de remplissage "SOC" (pour "State of Charge", en anglais) qui définit une quantité maximale d'hydrogène préconisée dans un réservoir. Détermination de la courbe "TPgasmax" de température de référence et de la courbe de masse volumique de référence
De façon avantageuse, la courbe "TPgasmax" de température de référence (respectivement la courbe de masse volumique de référence) est fournie par un premier modèle physique qui simule un remplissage de référence du réservoir sur la plage de températures hautes (respectivement sur la plage de températures basses) avec un pré-refroidissement au niveau de la source. Le remplissage de référence est simulé depuis une pression minimale qui est ici fixée à 5 barg jusqu'à une pression maximale correspondant à la pression de service du réservoir.
En particulier, la courbe "TPgasmax" de température de référence (respectivement la courbe de masse volumique de référence) est obtenue à partir d'une courbe "Pgashot" donnant l'évolution de la pression du gaz présent dans le réservoir en fonction du temps et à partir d'une courbe "Tgasmax" (respectivement une courbe "RHO_cold") donnant l'évolution en fonction du temps de la température (respectivement l'évolution de la masse volumique) du gaz contenu dans le réservoir. Les courbes "Pgashot", "Tgasmax" (respectivement "RHO_cold") sont également fournies par le premier modèle physique prédéterminé. Elles sont illustrées à la [Fig. 5].
Pour différentes températures ambiantes, le premier modèle physique prédéterminé prévoit autant de courbes "TPgasmax" de température de référence (respectivement autant de courbes de masse volumique de référence) qui forment une courbe surface de température de référence (respectivement une courbe surface de masse volumique de référence). La [Fig. 6] illustre un exemple d'une courbe surface de température de référence. Afin de faciliter l'exploitation de la courbe "TPgasmax" de température de référence (respectivement la courbe de masse volumique de référence), la variable "température" est réduite entre la valeur zéro (0) correspondant à la borne inférieure TLgasmin_l et la valeur un (1) correspondant à la borne supérieure TLgasmax_l. La [Fig. 7] illustre une courbe "Reduc_TPgasmax" obtenue après réduction de la variable "température" sur la courbe "TPgasmax" de température de référence.
Détermination de la première température initiale Tini_l du gaz
La première température initiale Tini_l du gaz présent dans le réservoir est donnée par une deuxième courbe prédictive prédéterminée "TPgashot" fonction de la pression initiale Pini du gaz (voir [Fig. 8]). En d'autres termes, pour une pression initiale Pini donnée du gaz présent dans le réservoir, la courbe prédictive "TPgashot" permet de déterminer la première température initiale Tini_l.
La courbe prédictive "TPgashot" est tirée d'un deuxième modèle physique qui simule un remplissage de référence du réservoir sur la plage de températures hautes avec éventuellement un pré-refroidissement du gaz fourni par la source. De préférence, le deuxième modèle physique simule en plus une diffusion thermique au niveau du réservoir et/ou au niveau du gaz présent dans le réservoir. Ainsi, le deuxième modèle physique peut différer du premier modèle physique par la prise en compte de la diffusion thermique.
La diffusion thermique est postérieure au remplissage de référence du réservoir et au pré-refroidissement de la source. De façon avantageuse, la diffusion thermique est simulée sur une période de 2 minutes correspondant au temps minimum requis entre deux remplissages successifs du réservoir sur la station de remplissage. Encore de façon avantageuse, au cours de la période de diffusion thermique, la pression du gaz dans le réservoir est supposée constante.
Pour une température ambiante donnée, la diffusion thermique induit une chute de température au niveau du gaz présent dans le réservoir. Une telle chute est représentée par une courbe "STgasmax" illustrée à la [Fig. 9].
Il est à noter que la courbe "TPgashot" est obtenue à partir de la courbe "Pgashot" et de la courbe "Tgashot" établies toutes les deux pour une même température ambiante. En particulier, la courbe "Tgashot" résulte d'une soustraction opérée entre la courbe "Tgasmax" et la courbe "STgasmax".
De façon avantageuse, afin de faciliter l'exploitation de la courbe "TPgashot", la variable "température" peut être réduite entre la valeur zéro (0) correspondant à la borne inférieure TLgasmin_l et la valeur un (1) correspondant à la borne supérieure TLgasmax_l. La courbe "Reduc_TPgashot" ainsi obtenue est illustrée à la [Fig. 10].
Détermination de la deuxième température initiale Tini_2 du gaz
La deuxième température initiale Tini_2 du gaz est obtenue à partir d'une troisième courbe "TPgascold" fonction de la pression initiale Fini du gaz (voir [Fig. 11]). En d'autres termes, sur la base de la pression initiale Fini du gaz présent dans le réservoir, la courbe "TPgascold" permet de déterminer la deuxième température initiale Tini_2 du gaz présent dans le réservoir.
La courbe "TPgascold" peut être fournie par un troisième modèle physique prédéterminé (décrit plus loin) qui simule une vidange de référence du réservoir sur la plage de températures basses, c'est-à-dire entre la borne supérieure TLgasmax_2 et la borne inférieure TLgasmin_2.
La borne supérieure TLgasmax_2 correspond au début de la vidange de référence où le réservoir est dans un état rempli au moins en partie, et de préférence à 100%. A cette borne supérieure TLgasmax_2 correspond une pression maximale Pgasmax_2, dite pression de service ("Nominal Working Pressure" en anglais), et une masse volumique maximale pgasmax_2. Il est à noter que la pression maximale Pgasmax_2 peut s'exprimer en fonction de la borne supérieure TLgasmax_2 à travers l'expression mathématique suivante tirée de la littérature:
Pgasmax_2 [barg] A * TLgasmax_2 [°C] + B avec A compris entre 1 et 2, et B compris entre 300 et 400.
La borne inférieure TLgasmin_2 correspond à la fin de vidange de référence où le réservoir présente une pression minimale Pgasmin_2, ici fixée à 5 barg, et une masse volumique minimale pgasmin_2, dite seconde masse volumique initiale pini_2. En outre, la borne inférieure TLgasmin_2 peut être obtenue à partir de l'expression mathématique ci-dessous tirée du troisième modèle physique:
Tgasmin_2 = A * Tamb + B où
Tamb est la température ambiante au niveau du dispositif de remplissage;
A est compris entre 0,5 et 1,5;
B est compris entre -30 et -15.
Pour différentes températures ambiantes, le troisième modèle physique fournit autant de courbes "TPgascold" qui forment une courbe surface (non illustrée). Afin de faciliter l'exploitation de ces courbes "TPgascold", la variable "température" sur chacune d'elles est réduite entre la valeur zéro (0) correspondant à la borne inférieure TLgasmin_2 et la valeur un (1) correspondant à la borne supérieure TLgasmax_2. De même, la variable "pression" peut être réduite entre la valeur zéro (0) correspondant à la pression minimale Pgasmin_2 et la valeur un (1) correspondant à la pression maximale Pgasmax_2 avant vidange du réservoir. La courbe "Reduc_TPgascold" illustrée à la [Fig. 12] est le résultat d'une telle réduction opérée sur la courbe "TPgascold".
En définitive, pour une pression initiale Pini mesurée dans le réservoir et une température ambiante Tamb relevée au niveau du dispositif de remplissage, au moins un modèle physique prédéterminé considère que cette pression initiale Pini est la pression finale d'un remplissage précédent ("cas chaud") ou d'un soutirage précédent ("cas froid"). Ces deux hypothèses définissent respectivement une valeur pour la première température initiale Tini_l (correspondant au cas chaud) et une valeur pour la deuxième température initiale Tini_2 (correspondant au cas froid). La valeur de la première température initiale Tini_l et la valeur de la deuxième température initiale Tini_2 ainsi définies peuvent être différentes de la valeur de température initiale déterminée selon l'art antérieur, par exemple s'écartant de 10 à 20°C degrés de la température ambiante.
Estimation de la courbe de variation de la température du gaz entre une première courbe de variation de la température du gaz (cas chaud) et une seconde courbe de variation de la température du gaz (cas froid).
De façon avantageuse, l'organe 5 de commande peut être configuré pour estimer, lors du remplissage, une courbe de variation de la température du gaz présent dans le réservoir en fonction de la température initiale du gaz présent dans le réservoir, c'est-à-dire avec comme point de départ (ou condition de départ), la température initiale du gaz présent dans le réservoir.
Plus spécifiquement, l'organe 5 de commande peut être configuré pour estimer une telle courbe entre une première courbe de variation de la température du gaz (cas chaud) et une deuxième courbe de variation de la température du gaz (cas froid). Ainsi, pour une pression donnée du gaz présent dans le réservoir, la température correspondante est estimée entre une première température située sur la première courbe de variation de la température du gaz (cas chaud) et une seconde température située sur la deuxième courbe de variation de la température du gaz (cas froid).
La première courbe (respectivement la deuxième courbe) de variation de la température du gaz a pour point de départ (ou condition de départ) la première température initiale Tini_l (respectivement la deuxième température initiale Tini_2) du gaz. En outre, la première courbe (respectivement la deuxième courbe) de variation de la température du gaz est fournie par un modèle physique prédéterminé qui simule un remplissage de référence du réservoir depuis la première température initiale Tini_l (respectivement depuis la deuxième température initiale Tini_2) du gaz, ledit remplissage étant accompagné d'un prérefroidissement au niveau de la source et suivi d'une diffusion thermique.
Il est à noter que le modèle physique à l'origine de la courbe "TPgashot" prédictive de la première température initiale Tini_l du gaz est de préférence le même que celui à l'origine de la première courbe de variation de la température du gaz. Les deux courbes se distinguent par leurs points de départ qui sont respectivement la borne inférieure TLgasmin_l (pour la courbe "TPgashot" prédictive de la première température initiale Tini_l) et la première température initiale Tini_l (pour la première courbe de variation de la température du gaz). Estimation de la masse volumique du gaz présent dans le réservoir entre une première courbe de variation de la masse volumique (cas chaud) et une seconde courbe de variation de la masse volumique (cas froid)
De façon avantageuse, l'organe 5 de commande peut être configuré pour estimer (par exemple calculer), lors du remplissage, une courbe de variation de la masse volumique du gaz présent dans le réservoir en fonction de la masse volumique initiale du gaz présent dans le réservoir. Cela signifie que la courbe de variation de la masse volumique a pour point de départ la masse volumique initiale du gaz présent dans le réservoir. Il est à noter que la masse volumique initiale peut être calculée par l'équation des gaz parfaits ou réels en connaissant le volume du réservoir (connu ou estimé, par exemple via la technique connue basée sur une impulsion "puise" de pression avant remplissage) , la pression et la température du gaz.
Plus spécifiquement, l'organe 5 de commande peut être configuré pour estimer la courbe de variation de la masse volumique du gaz entre une première courbe de variation de la masse volumique du gaz (cas chaud) et une deuxième courbe de variation de la masse volumique du gaz (cas froid). Ainsi, pour une pression donnée du gaz présent dans le réservoir, la masse volumique correspondante est estimée entre une première masse volumique située sur la première courbe de variation de la masse volumique (cas chaud) et une seconde masse volumique située sur la seconde courbe de variation de la masse volumique (cas froid).
La première courbe (respectivement la deuxième courbe) de variation de la masse volumique a pour point de départ la première masse volumique initiale (respectivement la seconde masse volumique initiale) du gaz présent dans le réservoir. En outre, la première courbe (respectivement la deuxième courbe) de variation de la masse volumique du gaz est fournie par un modèle physique qui simule un remplissage de référence du réservoir depuis la première masse volumique initiale (respectivement depuis la deuxième masse volumique initiale) du gaz avec un prérefroidissement au niveau de la source.
Détermination de la courbe de température de référence du réservoir et des courbes de variation de la température du réservoir
De façon avantageuse, la condition d'arrêt de remplissage du réservoir portant sur une valeur limite de la température du gaz présent dans le réservoir peut être remplacée par une condition d'arrêt portant sur une valeur limite de la température du réservoir.
La valeur limite de la température du réservoir peut être donnée par une courbe de température de référence du réservoir, ladite courbe étant fournie par le premier modèle physique. En particulier, pour un réservoir formé de plusieurs couches, par exemple une couche interne dite "liner" en contact avec le gaz et une couche externe dite "composite" en contact avec l'air ambiant, le premier modèle physique fournit trois courbes de température de référence illustrées à la [Fig. 8], à savoir une première courbe "TPgasliner_max" pour la paroi interne, une deuxième courbe "TPlinercompo_max" pour l'interface couche interne/couche externe, et une troisième courbe "TPexternal_max" pour la paroi externe.
Les courbes "TPgasliner_max", "TPexternal_max", "TPlinercompo_max" peuvent être obtenues à partir de la courbe "Pgashot" en combinaison respectivement avec des courbes "Tgasliner_hot", "Texternal_hot", "Tlinercompo_hot" donnant l'évolution de la température en fonction du temps pour la paroi interne, l'interface couche interne/couche externe, et la paroi externe. Les courbes "Tgasliner_hot", "Texternal_hot" sont illustrées à la [Fig. 5]. En outre, pour être facilement exploitables, les courbes "TPgasliner_max", "TPexternaljnax", "TPlinercompo_max" peuvent être transformées respectivement en une courbe "Reduc_TPgasliner_max", une courbe "Reduc_TPexternal_max", et une courbe "Reduc_TPlinercompo_max" définies chacune entre une valeur zéro (1) correspondant à la borne inférieure TLgasmin_l de température et une valeur un (1) correspondant à la borne supérieure TLgasmax_l de température.
Estimation de la température initiale du réservoir entre une première température initiale (cas chaud) et une deuxième température initiale du réservoir (cas froid)
L'organe 5 de commande peut être configuré pour estimer la température initiale du réservoir entre une première température initiale du réservoir correspondant à un état du réservoir considéré comme récemment rempli à la première masse volumique initiale (cas chaud), et une deuxième température initiale du réservoir correspondant à un état du réservoir considéré comme récemment soutiré jusqu'à une seconde masse volumique initiale (cas froid).
La première température initiale Tini_l du réservoir peut être donnée par une courbe prédictive "TPgasliner_hot", "TPlinercompo_hot", "TPexternal_hot" (voir [Fig. 8]) fonction de la pression initiale Pini du gaz. En d'autres termes, pour une pression initiale Pini donnée du gaz présent dans le réservoir, la courbe prédictive "TPgasliner_hot", "TPlinercompo_hot", "TPexternal_hot" permet de déterminer la première température initiale Tini_l du réservoir.
Les courbes "TPgasliner_hot", "TPexternal_hot ", "TPlinercompo_hot" peuvent être fournies par le deuxième modèle physique. Plus spécifiquement, ces courbes sont obtenues à partir de la courbe "Pgashot" en combinaison respectivement avec des courbes "Tgasliner_hot_bis", "Texternal_hot_bis" "Tlinercompo_hot_bis " (non illustrées) donnant l'évolution de la température en fonction du temps pour respectivement la paroi interne, la paroi externe et l'interface couche interne/couche externe du réservoir.
La courbe "Tgasliner_hot_bis" est obtenue à partir de la courbe "Tgasliner_hot" modulée par une courbe "STgasliner". La courbe "Texternal_hot_bis" est obtenue à partir de la courbe "Texternal_hot" modulée par une courbe "STexternal". La courbe "Tlinercompo_hot_bis" est obtenue à partir de la courbe "Tlinercompo_hot" modulé par une courbe "STlinercompo". Les courbes "STgasliner", "STexternal", "STlinercompo" sont illustrées à la [Fig. 9]. Elles représentent une diffusion thermique postérieure au remplissage de référence et qui intervient au niveau de la paroi interne, la paroi externe et l'interface couche interne/couche externe du réservoir.
Dans l'exemple illustré à la [Fig. 9], la diffusion thermique correspond à une chute de température au cours du temps pour la paroi interne du réservoir. En revanche, pour la paroi externe et l'interface couche interne/couche externe du réservoir, la diffusion thermique correspond à une augmentation de température.
Il est à noter que les courbes "TPgasliner_hot", "TPexternal_hot", "TPlinercompo_hot" peuvent être réduites respectivement en une courbe "Reduc_TPgasliner_hot", une courbe "Reduc_TPexternal_hot", et une courbe "Reduc_TPlinercompo_hot", définies chacune entre une valeur zéro (1) correspondant à la borne inférieure TLgas_min_l de température et une valeur un (1) correspondant à la borne supérieure TLgas_max_l de température (voir [Fig. 10]).
La deuxième température initiale Tini_2 du réservoir est donnée par une courbe prédictive "TPgasliner_cold", "TPexternal_cold", "TPlinercompo_cold" fonction de la pression initiale Pini du gaz (voir [Fig. 11]). En d'autres termes, pour une pression initiale Pini donnée du gaz, la courbe prédictive "TPgasliner_cold", "TPexternal_cold", "TPlinercompo_cold" permet de déterminer la deuxième température initiale Tini 2 du réservoir.
Il est à noter que la courbe prédictive "TPgasliner_cold", "TPexternal_cold", "TPlinercompo_cold" peut être fournie par le troisième modèle physique qui simule une vidange de référence du réservoir. A la fin de cette vidange de référence, la température du réservoir atteint une valeur minimale qui varie à travers l'épaisseur du réservoir. Pour un réservoir formé de deux couches, la température minimale Tmin au niveau de la paroi interne, la paroi externe ou l'interface couche interne/couche externe peut être donnée par exemple par une loi linéaire de type Tmin = A*Tamb +B, où Tamb est la température ambiante;
A est compris entre 0,5 et 1,5; B est compris entre -20 et -10.
Les courbes prédictives "TPgasliner_cold", "TPexternal_cold", "TPlinercompo_cold" peuvent être obtenues à partir à de la courbe "Pgascold" (donnant l'évolution de la pression du gaz en fonction du temps) en combinaison respectivement avec les courbes "Tgasliner_cold", "Texternal_cold", "Tlinercompo_cold" donnant l'évolution de la température du réservoir en fonction du temps (cas froid). Les courbes "Tgasliner_cold", "Texternal_cold" et "Pgas_cold" sont illustrées à la [Fig. 5].
Estimation de la courbe de variation de la température du réservoir entre une première courbe de variation de la température du réservoir (cas chaud) et une seconde courbe de variation de la température du réservoir
(cas froid).
L'organe 5 de commande peut être configuré pour estimer, lors du remplissage, une courbe de variation de la température du réservoir (voir étape S5 du procédé illustré à la [Fig. 2]). Cette estimation est faite entre une première courbe de variation de la température du réservoir (cas chaud) et une deuxième courbe de variation de la température du réservoir (cas froid). Ladite première courbe et la dite deuxième courbe sont déterminées lors d'une étape S4 du procédé illustré à la [Fig. 5].
La première courbe de variation a pour point de départ la première température initiale Tini_l du réservoir. La deuxième courbe de variation a pour point de départ la deuxième température initiale Tini_2 du réservoir.
La première courbe (respectivement la deuxième courbe) de variation de la température du réservoir peut être obtenue à partir d'un modèle qui simule un remplissage de référence du réservoir depuis la première température initiale Tini_l (respectivement depuis la deuxième température initiale Tini_2) du réservoir, avec un pré-refroidissement du gaz au niveau de la source, et une diffusion thermique postérieure au remplissage de référence.
Effet de la diffusion thermique sur les courbes prédictives de la première température initiale Tini_l du réservoir ou du gaz présent dans le réservoir
Une analyse de la [Fig. 8] donnant les courbes de température de référence du réservoir - ou du gaz présent dans le réservoir - (c'est-à-dire les courbes "TPgasliner_max", "TPlinercompo_max", "TPexternal_max", "TPgas_max"), et les courbes prédictives de la première température initiale Tini_l du réservoir - ou du gaz dans le réservoir - (c'est-à- dire les courbes "TPgasliner_hot", "TPlinercompo_hot ", "TPexternal_hot ", "TPgas_hot") montre que le gaz et la paroi interne du réservoir voient leurs températures diminuer à la suite de la diffusion thermique, alors que la paroi externe et l'interface couche interne/couche externe du réservoir voient leurs températures augmenter à la suite de la diffusion thermique.
La prise en compte de cette évolution singulière de la température du réservoir à la suite de la diffusion thermique permet d'améliorer la précision de la courbe de température de référence du réservoir et/ou la courbe de température de référence du gaz présent dans le réservoir. Ainsi, l'invention permet d'améliorer la sécurité lors du remplissage en limitant le risque de franchissement de la valeur limite de température.
Exemples de mise en œuvre de la courbe "Tgasjnax" de température de référence et de la première courbe "Tgas_hot_bis" de variation de la température du gaz
Lors du remplissage du réservoir, afin de prévenir toute surchauffe, la première courbe "Tgas_hot_bis" de variation de la température du gaz présent dans le réservoir peut être exploitée seule (voir exemple de la [Fig. 13]) ou en combinaison avec la courbe "Tgasmax" de température de référence du gaz présent dans le réservoir (voir exemple de la [Fig. 14]).
Comme le montre chacun de ces exemples, après raccordement du véhicule à l'extrémité de la conduite de remplissage (étape 1) et initialisation du remplissage par le dispositif de remplissage (étape 2), une première surchauffe est détectée au niveau du gaz présent dans le réservoir (étape 3). Dans l'exemple de la [Fig. 13], la surchauffe est détectée au moment où la courbe "Tgas_hot_bis" atteint la valeur limite de température représentée ici par une ligne horizontale à 85°C. Dans l'exemple de la [Fig. 14], la première surchauffe est détectée en dessous de la valeur limite de température (85°C). Cette surchauffe correspond au moment où la courbe "Tgas_hot_bis" « rattrape » la courbe "Tgas_max".
A la suite de cette première surchauffe, l'organe de commande arrête le remplissage alors que le réservoir n'est pas rempli à son maximum. L'arrêt se prolonge (étape 4) pendant une certaine durée requise avant un nouveau cycle de remplissage. Les étapes 5, 6, 7 correspondent à ce nouveau cycle de remplissage pour lequel la température initiale du gaz présent dans le réservoir est déterminée en fonction de la température atteinte par le même gaz à la fin du cycle précédent, mais aussi en fonction de la pression de ce même gaz au début du nouveau cycle.
Grâce à la prise en compte de la température atteinte lors d'un cycle de remplissage antérieur, l'invention limite lors d'un cycle de remplissage ultérieur le risque de surchauffe, et ouvre la possibilité d'atteindre un maximum de charge dans le réservoir.
Bien entendu, les courbes "Tgas_max" et "Tgas_hot_bis" des exemples ci- dessus peuvent être remplacées par les courbes "TPgasmax" et "TPgas_hot" pour piloter le remplissage du réservoir. Lorsque la condition d'arrêt porte sur une valeur limite de la température du réservoir, le remplissage peut être piloté à l'aide de l'une des courbes (cas chaud) donnant la variation de la température du réservoir (par exemple, la courbe "TPgasliner_hot"). Cette courbe de variation peut être exploitée seule ou en combinaison avec la courbe de température de référence associée, (par exemple, la courbe "TPgasliner_max").
Présentation des modèles physiques Les modèles physiques évoqués ci-dessus à l'origine des différentes courbes prédictives présentées dans cette description s'appuient sur un système d'équations de bilan d'énergie appliqué au réservoir et au gaz présent dans le réservoir. Ces équations sont présentées ci-dessous. a.L'équation de bilan d'énergie interne du gaz dans les réservoirs s'écrit de la façon suivante :
Ce bilan fait intervenir la masse du gaz dans les réservoirs mg , l'énergie interne massique du gaz dans ce réservoirufl, l'échange de chaleur entre le gaz dans les réservoirs et la paroi interne de celui- ci avec le coefficient d'échange ki et la surface interne de ces réservoirs Sj, le débit massique total d'hydrogène ainsi que l'enthalpie massique entrante du gaz hg inlet dans les réservoirs. Tg et Twi sont respectivement les températures moyennes spatiales du gaz dans le volume de ces réservoirs et de la paroi interne de celui-ci.
Un des deux critères de sécurité à ne pas dépasser fait intervenir la densité dans le modèle. Comme le volume total des réservoirs du véhicule VCHSS (Compressed Hydrogen Storage System) peut être connu par l'automate, l'équation (1) peut s'écrire, en utilisant mg = VCHSS pg :
Pour résoudre cette équation (2), il est nécessaire de la discrétiser en remplaçant les dérivées temporelles par des différences finies. On obtient ainsi l'équation, en divisant par VCHSS : OÙ Δt est la valeur d'un pas de temps (environ une seconde). L'équation de bilan de matière dans les réservoirs permet d'écrire : (4) soit, en divisant par VCHSS :
L'équation (5) permet d'obtenir la valeur de Pg(t+ Δt). L'équation (3) permet donc d'obtenir la valeur de l'energie interne ug(t+ Δt) :
(6) b.L'équation de conservation d'énergie dans la paroi s'écrit :
Ce bilan fait intervenir la masse volumique de la paroi p, sa capacité calorifique cp et sa conductivité thermique , ainsi que le rayon r à partir du centre du réservoir.
À l'interface entre le gaz et le liner, l'équation de continuité du flux s'écrit : À l'interface entre le composite et le milieu ambiant, l'équation de continuité du flux s'écrit :
Où ke est le coefficient d'échange de chaleur entre le milieu ambiant et la paroi externe du réservoir, Se est la surface externe de ces réservoirs et Tamb est la température ambiante.
Enfin, à l'interface entre les deux matériaux liner et composite à l'intérieur de la paroi, l'équation de continuité du flux s'écrit : c.Discrétisation des équations dans la paroi
Pour résoudre les équations (7), (8), (9) et (10), il est nécessaire de discrétiser radialement la paroi en différentes mailles. Le nombre de mailles dans le liner n_liner et dans le composite n_comp peut varier. Les températures de paroi sont calculées à chaque nœud, et il y a n_mesh = n_liner + n_comp + 1 nœuds. La taille des mailles est donc (δr)line r etiner/ntiner dans le liner et (δr)comp = ecomp /ncomp dans le composite, comme le montre la Figure 13. Les mailles aux interfaces ont une épaisseur de (5r)/2. Dans l'exemple illustré, 3 mailles sont prévues dans le liner et 3 autres mailles sont prévues dans le composite.
L'équation (7), pour être résolue, est discrétisée et appliquée pour chacune des différentes mailles constituant la paroi. La Figure 14 montre la discrétisation radiale utilisée pour résoudre l'équation. Sur cette figure, une maille, centrée sur le point P, est entourée d'un point W à l'ouest et d'un point E à l'est, l'intérieur du réservoir se trouvant à l'ouest. Entre les points W et P est définie une face fictive w, et entre les points P et E est définie une deuxième face fictive e. Les distances entre les points W et P d'une part, P et E de l'autre sont notées respectivement (δr)w et (δr)e . Les faces w et e sont distantes de ΔrP . Les points W, P et E sont situés respectivement à rw, rP et rE du centre du réservoir.
L'équation (7) est intégrée sur un pas de temps et spatialement d'ouest en est, pour obtenir :
(11)
Le terme de gauche est appelé A, tandis que le terme de droite est appelé B.
En faisant l'hypothèse que la densité p et la capacité thermique cp changent peu entre les instants t et t+Δt, le terme de gauche s'écrit :
L'hypothèse est faite que la différence de température T(r,t+ Δt) — T(r,t) reste constante entre les points w et e et est égale à T(rP,t+ Δt) — T(rP,t). Le terme A s'écrit :
En écrivant ie terme A s'écrit finalement :
Le terme B, terme de droite de l'équation (11), peut s'écrire : (15)
„ . . ,,,
En faisant l'hypothese que et en supposant que la conductivité thermique change peu entre les instants t et t+At, le terme B s'écrit :
(16)
On note avec un exposant 0 les valeurs prises à l'instant t, et avec un exposant 1 les valeurs prises à l'instant t+At. On note avec un indice w, p et E les valeurs prises aux points W, P et E respectivement. Par exemple, la valeur
Un schéma implicite est utilisé, donc l'équation (11) devient :
À l'interface entre le gaz et le liner, l'équation de continuité du flux
(8) est discrétisée de la manière suivante :
À l'interface entre le composite et le milieu ambiant, l'équation de continuité du flux (9) est discrétisée de la manière suivante :
Enfin, à l'interface entre les deux matériaux liner et composite à l'intérieur de la paroi, l'équation de continuité du flux (10) est discrétisée de la manière suivante :
Le système d'équations (17) pour chaque point P qui ne se trouve pas à une interface et (18), (19) et (20) peuvent être résolues par l'algorithme de Thomas, aussi appelé TDMA (pour Tri-Diagonal Matrix Algorithm).
Propriétés physiques et coefficients a.Tg et Pg à partir de p et u
À chaque pas de temps, le modèle calcule la température et la pression du gaz à partir de la densité p et l'énergie interne u du gaz :
(21)
Pg = f2(p>u) (22)
Ces fonctions fi et f2 sont ajustées pour correspondre au mieux aux propriétés thermophysiques du gaz. b.Coefficients de transferts thermiques ki et ke Le modèle a également besoin de valeurs pour les coefficients de transferts thermiques ki et ke . Pour le coefficient de transfert interne ki, une fonction est utilisée, calibrée à partir de la corrélation présentée par Bourgeois, T. et al. (voir "Bourgeois T, Ammouri F, Weber M, Knapik C. Evaluating the temperature inside a tank during a filling with highly-pressurized gas. International Journal of Hydrogen Energy 2015;40:11748-55")
Pour le coefficient de transfert externe ke, une fonction est utilisée, calibrée à partir de la corrélation présentée par Massard, F. (voir Aide- mémoire du thermicien. ELSEVIER; 1997) :
De façon avantageuse, les modèles physiques décrits ci-dessus peuvent être associés à un modèle de transfert thermique entre le dispositif de remplissage et le ou les réservoirs. Ce modèle de transfert est décrit ci-dessous. Le terme d'enthalpie massique entrante du gaz hg inlet de l'équation (1) est obtenu à partir de l'enthalpie massique du gaz au niveau du dispenser grâce à un modèle de transfert thermique. Celui-ci a pour but d'estimer les échanges thermiques du gaz entre le dispenser du dispositif de remplissage et l'entrée dans les réservoirs du véhicule, tout au long du flexible et des autres éléments reliant le dispenser aux réservoirs.
L'équation de conservation de l'énergie appliquée au gaz à l'intérieur de la tuyauterie, dénommée piping, est écrite dans l'équation (25), pour chaque longueur élémentaire dx le long du piping. On fait ici l'hypothèse que le piping a une température homogène sur toute sa longueur : où rh est le débit massique de gaz, cpg est la capacité thermique massique du gaz, x est l'abscisse le long du piping, Tgaspipe la température du gaz dans le piping dépendant de x et t, kipipe est le coefficient d'échange interne dans le piping, dintpipe est le diamètre interne moyen du piping et Tpipe est la température du piping dépendant uniquement de t.
L'équation (25) peut être intégrée entre 0 (le dispenser) et la position x le long du piping pour obtenir l'expression de Tgas pipe(x,t). Pour plus de clarté, nous notons une longueur caractéristique : L'équation de conservation de l'énergie appliquée au piping est écrite dans l'équation (27) où (mcp)pipe est la capacité thermique du piping, Ahpipe est l'énergie transférée du gaz vers le piping, kepipe est le coefficient d'échange externe du piping et Sepipe est la surface externe du piping. peut s'écrire grâce à l'équation (26.3)
(28.1) (28.2 (28.3) où Lpipe est la longueur du piping.
L'équation (27) est discrétisée :
(29)

Claims

REVENDICATIONS Procédé (100) de remplissage d'un réservoir (1) de gaz sous pression, mis en œuvre par un dispositif (10) de remplissage comprenant une source (2) de gaz, une conduite (3) de remplissage reliant la source (2) au réservoir (1), une vanne (4) de régulation de débit et/ou de pression dans la conduite de remplissage, et un organe (5) de commande électronique configuré pour arrêter le remplissage lorsqu'une température (ou une masse volumique) estimée du gaz présent dans le réservoir (1) atteint une valeur limite de température (ou respectivement une valeur limite de masse volumique), le procédé comprenant, avant le remplissage du réservoir (1), une étape (SI) de détermination de la température ambiante (Tamb) au niveau du dispositif (10) de remplissage, une étape (S2) de détermination de la pression (Fini) du gaz présent dans le réservoir (1) et une étape (S3) préliminaire d'estimation de la température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir (1), la température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir (1) étant une valeur estimée en fonction de la température ambiante (Tamb) et en fonction de la pression (Fini) du gaz présent dans le réservoir (1) avant remplissage, ladite température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir (1) étant supérieure ou égale ou inférieure ou égale à la température ambiante (Tamb). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir (1) se décline en une première température initiale calculée (Tini_l) correspondant à un état du réservoir (1) considéré comme récemment rempli à une première masse volumique initiale (pini_l), et une seconde température initiale calculée (Tini_2) correspondant à un état du réservoir (1) considéré comme récemment soutiré jusqu'à une seconde masse volumique initiale (pini_2). Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première température initiale (Tini_l) du gaz présent dans le réservoir (1) est comprise dans une plage de températures hautes ayant une borne inférieure (TLgas_max_l) déterminée supérieure ou égale à la température ambiante (Tamb) et une borne supérieure (TLgas_max_2) correspondant à un maximum de limite de température déterminé, par exemple égal à 85°C. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la première température initiale (Tini_l) est déterminée à partir d'une première courbe prédéterminée prédictive "TPgas_hot" fournie par un modèle physique prédéterminé simulant un remplissage de référence du réservoir (1) sur la plage de températures hautes. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la seconde température initiale (Tini_2) du gaz présent dans le réservoir (1) est comprise dans une plage de températures basses ayant une borne supérieure (TLgas_max_2) déterminée inférieure ou égale à la température ambiante (Tamb) et une borne inférieure (TLgas_min_2) correspondant à un minimum de limite de température déterminé, par exemple compris entre zéro et -5°C. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la seconde température initiale (Tini_2) est déterminée à partir d'une seconde courbe prédéterminée prédictive "TPgas_cold" fournie par un modèle physique prédéterminé simulant une vidange de référence du réservoir (1) sur la plage de températures basses. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, comprenant une étape (S4) consistant à modéliser, lors du remplissage, une première courbe de variation de la température (ou respectivement une première courbe de variation de la masse volumique) du gaz présent dans le réservoir (1), ayant comme condition de départ la première température initiale (Tini_l) (respectivement la première masse volumique initiale (pini_l )) du gaz présent dans le réservoir (1), et/ou une deuxième courbe de variation de la température (respectivement une deuxième courbe de variation de la masse volumique) du gaz présent dans le réservoir (1), ayant comme condition de départ la seconde température initiale ( Tini_2) (respectivement la seconde masse volumique initiale (pini_2)) du gaz présent dans le réservoir (1). Procédé selon la revendication 7, comprenant une étape (S5) consistant à estimer, lors du remplissage, une courbe de variation de la température (ou respectivement une courbe de variation de la masse volumique) du gaz présent dans le réservoir (1), ladite courbe étant comprise entre la première courbe de variation de la température (respectivement la première courbe de variation de la masse volumique) et la deuxième courbe de variation de la température (respectivement la deuxième courbe de variation de la masse volumique). Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la première température initiale (Tini_l) et/ou la seconde température initiale (Tini_2) est recalculée en cours de remplissage en fonction du débit et en fonction de la température du gaz présent dans la conduite de remplissage, ledit débit et ladite température étant déterminés par calcul et/ou par des capteurs au niveau du dispositif (10) de remplissage. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la valeur limite de température (respectivement la valeur limite de masse volumique) est une valeur fixe déterminée, par exemple 85°C (respectivement, par exemple 24,1 kg/m3 ou 40,2 kg/m3) ou une valeur donnée par une courbe "TPgas_max" de température de référence (respectivement par une courbe "RHO_cold" de masse volumique de référence), ladite courbe étant fournie par un modèle physique prédéterminé qui simule les conditions thermodynamiques du gaz lors d'un remplissage de référence du réservoir (1). Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que le modèle physique est basé sur un système d'équations comprenant au moins l'une parmi: une équation de bilan d'énergie interne appliqué au gaz présent dans le réservoir (1), une équation de bilan de masse appliqué au gaz présent dans le réservoir (1), une équation de conservation d'énergie dans une paroi du réservoir (1), une équation de continuité de flux de chaleur entre le gaz présent dans le réservoir (1) et la paroi du réservoir (1), une équation de continuité de flux de chaleur entre la paroi du réservoir (1) et l'air ambiant, et une équation de débit reliant un débit massique du dispositif (10) de remplissage à une différence de pression entre le dispositif (10) de remplissage et le réservoir (1).
Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première température initiale (Tini_l) (respectivement la seconde température initiale (Tini_2)) et la pression initiale (Fini) du gaz présent dans le réservoir (1) sont obtenues par résolution dudit système d'équations, par exemple à l'aide d'un algorithme de type matriciel tridiagonal. . Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la température ambiante (Tamb) du dispositif (10) de remplissage et la pression initiale (Fini) du gaz présent dans le réservoir (1) sont déterminées par calcul et/ou mesurées par des capteurs au niveau du dispositif (10) de remplissage. . Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'organe (5) de commande électronique est configuré pour contrôler la vanne (4) de régulation de débit et/ou de pression pour réaliser une courbe ou une rampe de pression prédéterminée lors du remplissage. . Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que l'organe (5) de commande électronique est configuré pour simuler et estimer la courbe de variation de la température et/ou la courbe de variation de la masse volumique du gaz présent dans le réservoir (1) de façon dynamique pendant le remplissage du réservoir (1) et/ou de façon anticipée, c'est-à-dire avant le remplissage. . Dispositif (10) de remplissage d'un réservoir (1) de gaz sous pression, comprenant une source (2) de gaz, une conduite (3) de remplissage reliant la source (2) au réservoir (1), une vanne (3) de régulation de débit et/ou de pression dans la conduite (3) de remplissage, un ensemble de capteur(s) (6a, 6b) configuré pour mesurer la pression dans le réservoir (1) et/ou la température ambiante au niveau du dispositif (10) de remplissage, et un organe (5) de commande électronique configuré pour:
-arrêter le remplissage lorsqu'une température (respectivement une masse volumique) estimée du gaz présent dans le réservoir (1) atteint une valeur limite de température (respectivement une valeur limite de masse volumique),
- estimer avant le remplissage du réservoir (1), une température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir (1), caractérisé en ce que la température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir (1) est une valeur estimée en fonction de la température ambiante (Tamb) et en fonction de la pression (Fini) du gaz présent dans le réservoir (1) avant remplissage, la température initiale (Tini) du gaz présent dans le réservoir (1) étant supérieure ou égale ou inférieure ou égale à la température ambiante (Tamb).
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FR2978233B1 (fr) * 2011-07-22 2016-05-06 Air Liquide Procede de remplissage d'un reservoir avec du gaz sous pression
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