JP7093125B2 - 燃料電池用chssのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填システム及び充填方法 - Google Patents
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Description
まず、第1ステップS3100において、充填機制御部310は、CHSS 100内の水素タンク110及び水素充填機300の水素供給部330から初期状態値を取得する。ここで、初期状態値は、水素タンク110の構造的変数値、データ水素移動装置200の構造的変数値、水素充填機300が供給するガスの初期熱力学的変数値、水素タンク110内の水素の熱力学的変数値を含む。
充填機制御部310は、算出した差に基づいて、水素供給部330内の圧力上昇率を取得して適用し、その後予め設定された時間が経過すると、水素タンク110の温度及び圧力と、水素供給部330の温度及び圧力に基づいて新たな最適圧力上昇率を再計算する。このステップは、新たな最適圧力上昇率(prrnew)の計算を要求するステップS3600であり、S3500ステップで適用した新たな最適圧力上昇率(prrnew)のアップデートを要求するステップである。例えば、所定の時間(例えば、2秒)が経過すると、IR受信機260及び水素供給部330から受信した新たな水素タンク100の圧力(Ptank’)、温度(Ttank’)、データ水素移動装置200の圧力(Pba’)、温度(Tba’)に基づいて、新たな最適圧力上昇率(prrnew)を再計算する。例えば、0秒で圧力上昇率がAであれば、2秒で圧力上昇率が再計算によりBに変更され、さらに2秒後の4秒でCに変更されるように、続けて新たな最適圧力上昇率(prrnew)がアップデート(A-B-C)される。
充填機制御部310は、水素充填機300の供給水素圧力を設定する。第1ステップS4100は、水素充填機300に供給される水素の圧力を設定するステップである。水素充填機300の供給水素圧力値は、直前時間ステップ(-△t)の供給水素圧力(Pt-1 ba)と、現在のステップの圧力上昇率(prrk)と、水素充填シミュレーション時間周期(△t)を数式2に代入して算出する。
Claims (10)
- 水素充填機において実行される安全充填方法において、
CHSS(Compressed Hydrogen Storage System)内の水素タンク及び前記水素充填機内の水素供給部から初期状態値を取得するステップと、
前記初期状態値に基づいて、予め保存されている熱力学的モデルを用いて、質量流量、前記水素タンク内の温度及び圧力、充填率を決定するステップと、
前記決定した充填率が所定の充填率よりも小さくないと、前記決定した質量流量、温度及び圧力と、予め保存されている各安全閾値間の差を算出するステップと、
前記算出した差に基づいて、前記質量流量、水素タンク内の温度、圧力及び充填率を決定する際に適用した圧力上昇率を維持するか、増加させるか、或いは減少させるかを決定し、該決定によって維持、増加或いは減少した圧力上昇率を、前記水素供給部内の最適圧力上昇率として算出して適用するステップとを含み、
前記算出ステップは、
予め保存されている第1安全閾値から、前記決定した質量流量を差し引き、予め保存されている第2安全閾値から、前記決定した水素タンクの温度を差し引き、予め保存されている第3安全閾値から、前記決定した水素タンクの圧力を差し引く方式で各差を算出するステップを含むことを特徴とする燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。 - 前記算出した差に基づいて、前記水素供給部内の最適圧力上昇率を算出して適用するステップの後に、
予め設定された時間が経過すると、前記水素タンクの温度及び圧力と、前記水素供給部の温度及び圧力に基づいて新たな最適圧力上昇率を再算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。 - 前記初期状態値は、
前記水素タンクの構造的変数値、前記データ水素移動装置の構造的変数値、前記水素充填機が供給するガスの初期熱力学的変数値、前記水素タンク内の水素の熱力学的変数値を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。 - 前記水素タンクの構造的変数値は、前記水素タンクの数、水素タンクの入口の内径、及び水素タンクの体積を含み、
前記データ水素移動装置の構造的変数値は、前記水素供給部で測定されるデータ水素移動装置の圧力損失係数を含み、
前記水素充填機が供給するガスの初期熱力学的変数値は、前記水素充填機が供給する水素の圧力及び温度を含み、
前記水素タンク内の水素の熱力学的変数値は、前記水素タンクの水素タンクバルブに内蔵される温度センサ及び圧力センサで取得される前記水素タンクの圧力及び温度を含むことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。 - 前記予め保存されている熱力学的モデルは、
前記水素充填機の供給水素圧力を設定するステップと、
前記供給水素圧力に基づいて、前記データ水素移動装置の水素流量である質量流量を算出するステップと、
前記質量流量に基づいて、前記水素タンクに流入する水素のよどみ点エンタルピー(Stagnation Enthalpy)を算出するステップと、
前記水素タンク内の温度を算出するステップと、
前記水素タンク内の圧力と水素が充填された程度に対応する充填率(State of Charge)を算出するステップと、
前記算出された水素タンク内の圧力、温度及び質量流量と、直前の水素タンク内の圧力、温度及び質量流量とを比較し、前記水素タンクの最大圧力及び最大温度と、前記データ水素移動装置の最大水素流量に対応する最大質量流量を決定するステップとを行うことにより実行されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。 - 前記決定した充填率が所定の充填率よりも小さいと、前記予め保存されている熱力学的モデルを用いて質量流量、前記水素タンク内の温度、圧力及び充填率を再算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。
- 前記所定の充填率は100であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。
- 前記最適圧力上昇率を算出して適用するステップは、
前記算出された各差がいずれも正数であり、前記各差のいずれか一つが、予め設定されている値の以下であれば、前記質量流量、水素タンクの温度及び圧力を決定する際に適用した圧力上昇率を維持し、維持されている圧力上昇率を最適圧力上昇率として算出し、
前記算出された各差がいずれも正数であり、前記いずれか一つでも、予め設定されている値の以下でないと、前記決定の際に適用した圧力上昇率を増加させ、増加した圧力上昇率を最適圧力上昇率として算出するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。 - 前記最適圧力上昇率を算出して適用するステップは、
前記算出された各差のいずれか一つが負数でないと、前記質量流量、水素タンクの温度及び圧力を決定する際に適用した圧力上昇率を減少させ、減少した圧力上昇率を最適圧力上昇率として算出するステップと、
前記減少させて算出した最適圧力上昇率及び前記予め保存されている熱力学的モデルに基づいて前記質量流量、前記水素タンクの温度及び圧力を再決定するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用CHSSのリアルタイム通信情報に基づく水素安全充填方法。 - 水素充填機において、
水素タンクに水素を供給するための水素供給部と、
CHSS(Compressed Hydrogen Storage System)内の水素タンク及び前記水素充填機内の水素供給部から初期状態値を取得し、
前記初期状態値に基づき、予め保存されている熱力学的モデルを用いて質量流量、前記水素タンク内の温度及び圧力、充填率を決定し、
前記決定した充填率が所定の充填率よりも小さくないと、前記決定した質量流量、温度及び圧力と、予め保存されているそれぞれの安全閾値との差を算出し、
前記算出された差に基づき、前記質量流量、水素タンク内の温度、圧力及び充填率を決定する際に適用した圧力上昇率を維持するか、増加させるか、或いは減少させるかを決定し、前記決定によって維持、増加或いは減少した圧力上昇率を、前記水素供給部内の最適圧力上昇率として算出して適用する充填機制御部とを含み、
前記充填機制御部は、
予め保存されている第1安全閾値から、前記決定した質量流量を差し引き、予め保存されている第2安全閾値から、前記決定した水素タンクの温度を差し引き、予め保存されている第3安全閾値から、前記決定した水素タンクの圧力を差し引く方式で各差を算出することを特徴とする水素充填機。
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