CN101572320A - 用于燃料电池的氢供应***和用于控制该***的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包括多个氢储罐的氢供应***，其中，罐内调节器仅安装在一个氢储罐上，并且电磁阀安装在每个其他氢储罐上，以便实现制造成本的降低，并且在行驶期间通过控制电磁阀将氢稳定地供应给燃料电池组，本发明还提供了一种用于控制该***的方法。

Description

用于燃料电池的氢供应***和用于控制该***的方法
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池的氢供应***和用于控制该***的方法。更具体地，本发明涉及一种包括多个氢储罐的氢供应***，其中，罐内调节器安装在一个氢储罐上，并且电磁阀安装在每个其他氢储罐上，以便在行驶期间通过控制电磁阀来稳定地供应氢，本发明还涉及一种用于控制该***的方法。
背景技术
通常，燃料电池***包括用于产生电能的燃料电池组、用于将燃料(氢)供应给燃料电池组的燃料(氢)供应***、用于将作为电化学反应所需要的氧化剂的空气中的氧提供给燃料电池组的空气供应***、以及用于控制燃料电池组的工作温度的热管理***。
被压缩至大约350巴高压的氢存储在燃料供应***中的氢储罐中。被存储的压缩氢根据优选设置在氢储罐的入口部的电磁阀的开/关而被释放到高压管线中，然后在压缩氢的压力由外部调节器从350巴降低至10巴之后，被提供给燃料电池组。
优选地，作为一种将氢存储在燃料电池***的氢储罐中的方法，高压压缩(350巴或700巴压缩)方法通常被采用。因此，350巴或700巴的高压总是施加于通过使用外部调节器连接至电磁阀的高压管线，从而影响被持续施加高压的部分的耐久性。
给定上述情况，当代替外部调节器而使用罐内调节器时，能够通过消除高压管线来确保***工作期间的安全性，并且还能够简化***和降低制造成本。
罐内调节器对于单储罐***是有效的；然而，在包括多个储罐的多罐***的情形中，因为罐内调节器应该被设置于多个储罐当中的每一个上，所以其制造成本增加。
因此，大型的单罐***被采用；然而，有必要对在车体和底盘中用于安装大型单罐的空间进行最优设计，并且由于巨大的体积，难于将单罐与***部件包装在一起。
因此，与单罐***相比，其中安装有多个小型储罐的多罐***为车体和底板设计提供了自由度，并且能够与***部件包装在一起。此外，多罐***具有降低的制造成本。
在此背景技术部分中所公开的上述信息，仅仅用于加强对发明背景的理解，因此，其可能包含不形成本国内的本领域普通技术人员已公知的现有技术。
发明内容
一方面，本发明提供了一种包括多个氢储罐的氢供应***，其中，罐内调节器优选地仅安装在一个氢储罐上，并且电磁阀优选地安装在每个其他氢储罐上，以便适当地实现制造成本的降低，并且通过优选地在行驶期间控制电磁阀而优选地将氢稳定地供应给燃料电池组，本发明还提供了一种用于控制该***的方法。
在一个实施方式中，本发明提供了一种用于燃料电池的氢供应***，该***优选地包括多个氢储罐，其中，罐内调节器适当地仅安装在多个氢储罐当中的第一氢储罐的入口部，并且电磁阀优选地安装在每个其他氢储罐的入口部。
在另一实施方式中，本发明提供了一种用于燃料电池的氢供应***的控制方法，该***优选地包括多个氢储罐，并且该方法包括：氢充注步骤，其中，将高压氢优选地供应给适当地连接第一至第N氢储罐的高压管线，以将其充入第一至第N氢储罐；氢供应步骤，其中，在车辆行驶期间，仅将与燃料电池组相邻设置的第一氢储罐中的氢优选地供应给燃料电池组；以及氢转移步骤，其中，在车辆停车或止动期间，将氢适当地从第二至第N氢储罐转移到第一氢储罐。
在优选实施方式中，在氢充注步骤中，适当地安装在第一氢储罐的入口部的罐内调节器的电磁阀，和适当地安装在第二至第N氢储罐中的每一个的入口部的电磁阀，均被高压氢的压力适当地打开，以便将高压氢适当地充入各个氢储罐。
在另一优选实施方式中，在氢供应步骤中，适当地安装在第一氢储罐的入口部的罐内调节器的电磁阀被优选地控制为打开，并且适当地安装在第二至第N氢储罐中的每一个的入口部的电磁阀被优选地控制为适当地关闭，以便仅将第一氢储罐中的氢供应给燃料电池组。
在又一优选实施方式中，在氢转移步骤中，适当地安装在第一氢储罐的入口部的罐内调节器的电磁阀被优选地控制为适当地关闭，并且适当地安装在第二至第N氢储罐中的每一个的入口部的电磁阀被优选地控制为适当地打开，以便将第二至第N氢储罐中的氢转移并充入第一氢储罐中。
在再一优选实施方式中，当第一至第N氢储罐的压力被适当地降低至最小工作压力时，第一氢储罐的罐内调节器的电磁阀以及第二至第N氢储罐的电磁阀被优选地控制为均打开，以便使用各个氢储罐中的残余氢。
应当理解的是在此所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车在内的客运车辆，包括各种艇和船只在内的水运工具，以及航空器等等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合动力电动车、氢动力车和其他代用燃料车(例如，从除石油之外的资源所得到的燃料)。
如在此所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源、例如既有汽油动力也有电动力的车辆。
本发明的上述特征和优点，从附图和以下具体实施方式中将是显而易见的或者在其中被更加详细地阐明，其中附图并入且形成此说明书的一部分，且具体实施方式一起用于通过实例的方式解释本发明的原理。
附图说明
现在将参照附图中示出的某些示例性实施方式详细说明本发明的上述和其他的特征，在下文中仅以例示的方式给出附图，因此其不是对本发明的限制，并且其中：
图1是示出根据本发明的用于燃料电池的氢供应***中的氢充注过程的示意图；
图2是示出根据本发明的用于燃料电池的氢供应***中的氢供应过程的示意图；
图3是示出根据本发明的用于燃料电池的氢供应***中的氢转移过程的示意图；并且
图4是示出在根据本发明的用于燃料电池的氢供应***中当各个氢储罐的压力降低到低压时使用残余氢的示意图。
在图中所提出的附图标记包括对下文进一步讨论的下列部件的参照：
10：第一氢储罐                12：第一电磁阀
14：罐内调节器                16：第二氢储罐
18：第二电磁阀                20：燃料电池组
22：高压管线                  24：低压调节器
26：充注管线
应该理解的是，附图不一定是按比例的，而是呈现了说明本发明的基本原理的各种优选特征的某种程度的简化表示。文中所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征将部分地由具体期望的应用和使用环境来确定。
在这些附图中，所有多个附图中相同的附图标记表示本发明的相同或等效的部件。
具体实施方式
如文中所述，本发明包括一种用于燃料电池的氢供应***，该***包括多个氢储罐、罐内调节器和电磁阀。在一些实施方式中，罐内调节器安装在多个氢储罐中的第一氢储罐的入口部，并且电磁阀安装在每个其他氢储罐的入口部。
本发明的特征还在于一种用于燃料电池的氢供应***的控制方法，该***包括多个氢储罐，该方法包括：氢充注步骤；氢供应步骤；和氢转移步骤。
在一些实施方式中，氢充注步骤包括：将高压氢供应给连接第一至第N氢储罐的高压管线，以将其充入第一至第N氢储罐。在其他实施方式中，在氢供应步骤中，在车辆行驶期间，仅将与燃料电池组相邻设置的第一氢储罐中的氢供应给燃料电池组。
在本发明的另外的实施方式中，氢转移步骤包括：在车辆停车或止动期间，将氢从第二至第N氢储罐转移到第一氢储罐。
本发明还可包括一种机动车辆，其包括如在上述任一方面中所描述的氢供应***。
现在将在下文中详细参考本发明的各种实施方式，其实例在附图中示出并在下面进行说明。虽然将结合示例性实施方式说明本发明，但是将会理解的是该说明并非意在将本发明限制于这些示例性实施方式。相反，本发明意在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其他实施方式。
本发明提供了一种优选地包括多个氢储罐的氢供应***，即，多氢储罐***。在一些优选实施方式中，罐内调节器仅适当地安装在与燃料电池组相邻的一个氢储罐上，并且电磁阀适当地安装在每个其他氢储罐上。结果，在一些实施方式中，因为罐内调节器仅优选地安装在一个氢储罐上，所以与罐内调节器优选地设置于多个氢储罐中的每一个上从而导致制造成本增加的常规多氢储罐***相比，能够显著降低制造成本。
为了更好地理解本发明，在一些示例性实施方式中的多个氢储罐，即，第一至第N氢储罐，将被适当地限制于两个氢储罐，其中与燃料电池组相邻的氢储罐将被优选地称作第一氢储罐，并且通过高压管线与第一氢储罐适当地连接的氢储罐将被优选地称作第二氢储罐。
在一些示例性实施方式中，并且如图1至4中所示，具有第一电磁阀12的罐内调节器14优选地安装于与燃料电池组20相邻的第一氢储罐10的入口部，并且第二电磁阀18优选地安装于第二氢储罐16的入口部。
因此，第一氢储罐10和第二氢储罐16的入口部通过高压管线22适当地相互连接。在一些实施方式中，罐内调节器14和第二电磁阀18优选地通过高压管线22相互连接。
在另外的实施方式中，罐内调节器14的出口部优选地通过另一低压调节器24适当地连接于燃料电池组20的燃料电极。
在其他实施方式中，罐内调节器14仅优选地安装在多个氢储罐当中的、与燃料电池组20相邻的第一氢储罐10上，并且有必要适当地采用一种用于供应氢的新的控制方法。
根据本发明的优选实施方式，适当地安装在第一氢储罐10的罐内调节器14上的第一电磁阀12和适当地安装在第二氢储罐16上的第二电磁阀18，分别在氢充注期间、在车辆行驶期间以及在车辆停车或止动期间被开/关控制，从而将氢稳定地供应给燃料电池组20。
接下来，将关于各个过程，详细说明根据本发明的一些实施方式的、用于燃料电池的氢供应***的优选控制方法。
氢充注过程
图1是示出根据本发明的优选实施方式的、用于燃料电池的氢供应***中的示例性氢充注过程的示意图。
如示例性的图1中所示，充注管线26适当地连接于高压管线22，高压管线22优选地连接于第一与第二氢储罐10与16的入口部之间，即，优选地位于第一氢储罐10的罐内调节器14与第二氢储罐16的第二电磁阀18之间。
根据另外的实施方式，当从氢充注站(未示出)的氢存储罐向充注管线26和高压管线22适当地供应高压氢时，安装在罐内调节器14上的第一电磁阀12优选地被高压氢的压力自动打开，并且优选地将高压氢适当地充入第一氢储罐10中。在相关实施方式中，同时，第二氢储罐16的第二电磁阀18优选地被高压氢的压力自动打开，并由此将高压氢适当地充入第二氢储罐16中。
在优选实施方式中，第一和第二电磁阀12和18优选地在不使用电能的情况下由压力差，即，由高压氢的压力自动打开，并由此将第一和第二氢储罐10和16适当地充以高压氢。
氢供应过程
在优选实施方式中，术语“氢供应过程”意指在车辆行驶期间将氢供应给燃料电池组的过程。
图2是示出根据本发明的用于燃料电池的氢供应***中的示例性氢供应过程的示意图。
如文中所述，当车辆在高压氢被优选地充入第一和第二氢储罐10和16中的状态下行驶时，安装在罐内调节器14上的第一电磁阀12被适当地控制为打开，并且同时，第二电磁阀18被适当地控制为关闭。
根据另外的实施方式，在从第一氢储罐10中适当地释放的高压氢的压力被罐内调节器14调节至大约10巴的低压以后，仅将第一氢储罐10中的高压氢优选地供应给燃料电池组20的燃料电极。
氢转移过程
在优选实施方式中，术语“氢转移过程”意指将第二氢储罐中的高压氢适当地转移并充入第一氢储罐中的过程。
图3是示出根据本发明的优选实施方式的、用于燃料电池的氢供应***中的示例性氢转移过程的示意图。
如文中所述，因为在车辆行驶期间仅将第一氢储罐10中的氢优选地供应给燃料电池组20，所以氢的量变得适当地减少，因此，在车辆停车、止动或低速行驶期间，第二氢储罐16中的氢被适当地再充入第一氢储罐16中。
根据另外的优选实施方式，安装在第一氢储罐10的入口部的罐内调节器14的第一电磁阀12被优选地控制为关闭，并且安装在第二氢储罐16的入口部的第二电磁阀18被优选地控制为打开，以便将第二氢储罐16中的高压氢通过高压管线22适当地转移并充入第一氢储罐10中。在这种情形中，充注过程持续到第一和第二氢储罐10和16的压力适当地变得彼此相等为止。
因此，在另外的实施方式中，随着氢充注过程、氢供应过程和氢转移过程被重复地执行，第一和第二氢储罐10和16的压力降低至低压，即，最小工作压力。
优选地，当第一和第二氢储罐10和16的压力适当地降低至最小工作压力(大约10巴)时，第一氢储罐10的罐内调节器14的第一电磁阀12和第二氢储罐16的第二电磁阀18被适当地控制为均打开，以便优选地使用第一和第二氢储罐10和16中的残余氢。
如上所述，在一些优选实施方式中，本发明提供了以下效果。
根据本发明的优选实施方式，在包括多个氢储罐的氢供应***中，罐内调节器优选地仅安装在与燃料电池组相邻的一个氢储罐上，并且电磁阀优选地安装在每个其他氢储罐上，因此，在车辆行驶期间能够通过控制各个氢储罐的电磁阀的开/关，来适当地将氢稳定地供应给燃料电池组。
优选地，因为将罐内调节器适当地应用于一个氢储罐，所以能够显著降低制造成本。
已参照其优选实施方式对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员将会理解的是，可在这些实施方式中做出变化而不脱离本发明的原理和实质，本发明的范围限定在所附权利要求及其等效形式中。

Claims (14)

1.一种用于燃料电池的氢供应***，该***包括多个氢储罐，
其中，罐内调节器仅安装在所述多个氢储罐中的第一氢储罐的入口部，并且电磁阀安装在每个其他氢储罐的入口部。
2.一种用于燃料电池的氢供应***的控制方法，该***包括多个氢储罐，并且该方法包括：
氢充注步骤，其中，将高压氢供应给连接第一至第N氢储罐的高压管线，以充入所述第一至第N氢储罐中；
氢供应步骤，其中，在车辆行驶期间，仅将与燃料电池组相邻设置的所述第一氢储罐中的氢供应给所述燃料电池组；和
氢转移步骤，其中，在车辆停车或止动期间，将氢从所述第二至第N氢储罐转移至所述第一氢储罐。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在所述氢充注步骤中，安装在所述第一氢储罐的入口部的罐内调节器的电磁阀，和安装在所述第二至第N氢储罐中的每一个的入口部的电磁阀，均被高压氢的压力打开，以便将所述高压氢充入所述各个氢储罐中。
4.如权利要求2所述的方法，其中，在所述氢供应步骤中，安装在所述第一氢储罐的入口部的所述罐内调节器的所述电磁阀被控制为打开，并且安装在所述第二至第N氢储罐中的每一个的入口部的所述电磁阀被控制为关闭，以便仅将所述第一氢储罐中的氢供应给所述燃料电池组。
5.如权利要求2所述的方法，其中，在所述氢转移步骤中，安装在所述第一氢储罐的入口部的所述罐内调节器的所述电磁阀被控制为关闭，并且安装在所述第二至第N氢储罐中的每一个的入口部的所述电磁阀被控制为打开，以便将所述第二至第N氢储罐中的氢转移并充入所述第一氢储罐中。
6.如权利要求2至5中的任一项所述的方法，其中，当所述第一至第N氢储罐的压力降低至最小工作压力时，所述第一氢储罐的所述罐内调节器的所述电磁阀和所述第二至第N氢储罐的所述电磁阀被控制为均打开，以便使用所述各个氢储罐中的残余氢。
7.一种用于燃料电池的氢供应***，该***包括多个氢储罐、罐内调节器和电磁阀。
8.如权利要求7所述的用于燃料电池的氢供应***，其中，所述罐内调节器安装在所述多个氢储罐中的第一氢储罐的入口部，并且所述电磁阀安装在每个其他氢储罐的入口部。
9.一种用于燃料电池的氢供应***的控制方法，该***包括多个氢储罐，该方法包括：
氢充注步骤；
氢供应步骤；和
氢转移步骤。
10.如权利要求9所述的用于燃料电池的氢供应***的控制方法，其中，所述氢充注步骤包括：将高压氢供应给连接第一至第N氢储罐的高压管线，以充入所述第一至第N氢储罐中。
11.如权利要求9所述的用于燃料电池的氢供应***的控制方法，其中，在所述氢供应步骤中，在车辆行驶期间，仅将与燃料电池组相邻设置的所述第一氢储罐中的氢供应给所述燃料电池组。
12.如权利要求9所述的用于燃料电池的氢供应***的控制方法，其中，所述氢转移步骤包括：在车辆停车或止动期间，将氢从所述第二至第N氢储罐转移至所述第一氢储罐。
13.一种包括如权利要求1所述的用于燃料电池的氢供应***的机动车辆。
14.一种包括如权利要求7所述的用于燃料电池的氢供应***的机动车辆。
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