[发明专利]用于监控储氢罐膨胀的实时系统以及使用该系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于安全地将氢补充到燃料电池车的储氢罐中的系统和方法。更加具体地，本发明涉及使用实时的罐膨胀数据来更加安全地将氢补充到燃料电池车的储氢罐中的系统和方法。

背景技术

通常说来，内燃机车由内燃机的旋转动力来驱动，该旋转动力由矿物燃料与空气中的氧燃烧而产生，而燃料电池车则由电动机的旋转动力来驱动，该电动机由燃料电池组产生的电能来驱动。作为燃料电池车的动力源的燃料电池组，通过使高压储氢罐或转化炉（reformer）供应的氢与空气供应设备例如鼓风机或压缩机供应的空气中的氧进行电化学反应而产生电能。

在这样的燃料电池车中，更加安全和紧密地储存作为车辆燃料的氢是重要的。因此，已经开发出多种储存氢的技术以增加燃料电池车的驾驶距离和安全性。例如，已有方法将气态氢液化为液态氢以及将气态氢吸收到吸氢合金中。然而，在可能发生的自然蒸发以及吸收量方面，这些方法在现今还具有不能解决的局限性。因此，通常将氢加入到轻质、高强度且能耐受高压的储氢罐中。而且，氢可被充入高压罐中以获得充足的乘坐空间和行驶距离。

典型的燃料电池车使用350巴或700巴的储氢罐。储氢罐的罐身由塑料或例如铝合金的金属制成，然后用例如碳纤维的强化材料缠绕以达到充足的耐压性能。

因为高压氢在充氢站被补充到燃料电池车的储氢罐中，储氢罐反复地膨胀和收缩，这会影响储氢罐的耐用寿命。750巴储氢罐的膨胀度要大于350巴储氢罐的膨胀度。而且，塑料罐的膨胀度大于例如铝罐的金属罐的膨胀度。因此，当在高压下将氢补充到罐中而不考虑罐的膨胀时，可能会发生事故，例如，储氢罐破裂和氢泄漏和/或储氢罐爆炸。

在传统技术中，在储氢罐的补充过程中仅仅监控储氢罐的内部温度和压力，从而来控制充氢速度或者在内部温度或压力超过一定值的时候中止充氢。由于在储氢罐的补充过程中不考虑储氢罐的膨胀数据，不能保证充氢的安全性和罐的可靠性。另外，储氢罐需要频繁的全面检查，而这需要大量的罐检查费用。此外，因为不能实时保障充氢安全性和储氢罐的可靠性，塑料储氢罐的大规模生产受到限制。

发明内容

本发明涉及一种通过在将氢补充到燃料电池车的储氢罐中时监控储氢罐的实时膨胀数据来安全地将氢补充到储氢罐中的系统和方法。

一方面，本发明提供一种利用实时的罐膨胀数据来安全地将氢补充到储氢罐中的系统，其包括：膨胀测量单元，所述膨胀测量单元安装在车辆的储氢罐处且被配置为测量储氢罐的膨胀度并输出信号；车辆侧控制单元，所述车辆侧控制单元配置成将膨胀测量单元的输出信号转化成储氢罐膨胀度的可无线传输数据；充氢站侧控制单元，所述充氢站侧控制单元配置成当在车辆侧控制单元收到的储氢罐膨胀度数据的基础上检测到不被允许的罐膨胀度时，停止充氢装置的氢补充；以及无线通讯单元，所述无线通讯单元设置为进行车辆侧控制单元与充氢站侧控制单元之间的无线数据通讯。

另一方面，本发明提供一种利用燃料电池车储氢罐的实时罐膨胀数据来安全地补充氢的方法，该系统包括：通过安装在车辆储氢罐处的膨胀测量单元，测量氢补充过程中储氢罐的膨胀度；通过无线通讯单元，将膨胀测量单元测得的储氢罐的膨胀度数据从车辆侧控制单元传送至充氢站侧控制单元；以及当在车辆侧控制单元收到的膨胀度数据的基础上检测到不被允许的储氢罐膨胀度时，通过充氢站侧控制单元来中断/停止通过充氢装置进行的氢补充。

本发明的其他方面和示例性实施方式在下文中进行讨论。

附图说明

本发明的以上和其它特征将参考附图所图示的某些示例性实施方式予以详细描述，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施方式在充氢过程中充氢站与燃料电池车之间的连接状态的视图；

图2是示出根据本发明示例性实施方式的安全充氢系统的构造的视图；

图3是示出根据本发明示例性实施方式的具有应变测量计（strain gauge）的储氢罐的透视图；

图4是示出根据本发明示例性实施方式的具有IR接收器的充氢喷嘴的透视图；

图5是示出根据本发明示例性实施方式的连接到车辆插口的充氢装置的充氢喷嘴的视图；以及

图6是示出根据本发明示例性实施方式的安全充氢法的流程图。

在附图中提及的附图标记包括对在下文中进一步讨论的以下元件的参照：

1：车辆                        2：储氢罐