專利名稱：防止容器壓力下降低于最小許可壓力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及防止壓力容器中的氣體壓力下降低于最小許可壓力的方法，且更具體地涉及防止氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)壓力容器中的壓力下降低于最小許可壓力的方法，其監(jiān)測(cè)壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器的壓力讀數(shù)的正常公差驅(qū)動(dòng)的波動(dòng)，且如果檢測(cè)到超過正常波動(dòng)的壓力下降，那么關(guān)閉氫存儲(chǔ)系統(tǒng)以防止容器壓力下降過低。
背景技術(shù)：
氫是非常有吸引力的燃料，因?yàn)闅涫乔鍧嵉那夷軌蛴糜谠谌剂想姵刂杏行У禺a(chǎn)生電力。機(jī)動(dòng)車行業(yè)將大量的資源花費(fèi)在開發(fā)氫燃料電池系統(tǒng)作為車輛的功率源。這種車輛將比采用內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)今車輛更高效且產(chǎn)生更少的排放物。通常，氫氣以高壓存儲(chǔ)在車輛上的壓力容器中以提供燃料電池系統(tǒng)所需的氫。容器壓力可以是700 bar或更高。在一種已知設(shè)計(jì)中，壓力容器包括為氫氣提供不透氣體的密封的內(nèi)部塑料襯墊、以及提供容器結(jié)構(gòu)整體性的外部碳纖維復(fù)合層。氫存儲(chǔ)系統(tǒng)通常包括將氫氣壓力從容器高壓減少為適合燃料電池系統(tǒng)的壓力的至少一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器。如果容器壓力下降低于某一值且容器然后以高壓力增加速率再次裝填，那么內(nèi)部襯墊層可能開始從外部結(jié)構(gòu)層分離。該分離可引起內(nèi)部襯墊損壞和泄漏緊密性損失，因而必須避免。避免該分離的當(dāng)前方案是保持容器內(nèi)的足夠高的壓力以防止內(nèi)部襯墊層分離。 對(duì)于一種示例性容器，容器中必須保持20 bar的最小壓力，以防止內(nèi)部襯墊層從外部結(jié)構(gòu)層分離。一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器提供容器內(nèi)和氫存儲(chǔ)系統(tǒng)其他地方的氫氣壓力的測(cè)量。由于用于這些類型的系統(tǒng)中的壓力傳感器需要在接近1000 bar范圍內(nèi)提供壓力測(cè)量且需要是相對(duì)便宜的，因而其通常具有大約1. 5%的公差帶，給予+/-15 bar的準(zhǔn)確性。此外，考慮在容器可能遇到的整個(gè)溫度范圍內(nèi)傳感器布線的測(cè)量要求通常提供+/-35 bar的測(cè)量準(zhǔn)確性，其增加到20 bar最小許可壓力以提供期望安全裕量。因而，在典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在容器壓力傳感器讀數(shù)大約陽(yáng)bar時(shí)，需要停止從容器排放氫，從而導(dǎo)致容器內(nèi)的大約5%的氫氣不能用于車輛操作。需要可靠地保護(hù)壓力容器不下降低于最小許可壓力但仍允許大部分可能氫氣由燃料電池消耗的方法。這種方法將允許車輛在燃料再裝填事件之間行駛更大的距離，從而改進(jìn)顧客滿意度，同時(shí)仍保護(hù)容器不下降低于最小許可壓力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種防止壓力容器中的氣體壓力下降低于最小許可壓力的方法和系統(tǒng)。壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器的壓力讀數(shù)由處理器監(jiān)測(cè)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡Ｕ{(diào)節(jié)壓力條件下在穩(wěn)定波動(dòng)帶內(nèi)變化。當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器在低容器壓力條件下達(dá)到完全開啟位置時(shí)，處理器檢測(cè)到壓力讀數(shù)下降至低于最近波動(dòng)帶的值，且識(shí)別壓力下降低于調(diào)節(jié)壓力值。所述處理器可以使用該信息來切斷來自于容器的氣體流，從而防止容器下降低于其最小許可壓力，而與傳感器的壓力讀數(shù)的實(shí)際幅值(由于公差可能在寬范圍內(nèi)變化)無(wú)關(guān)。方案1. 一種防止氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)壓力容器的壓力下降低于最小許可壓力的方法，所述方法包括
操作氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)以將氣體提供給下游裝置； 限定壓力讀數(shù)增量值；
監(jiān)測(cè)位于壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器處的氣體壓力； 識(shí)別壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍； 確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍；以及關(guān)閉位于所述一個(gè)或多個(gè)壓力容器中的每個(gè)下游的容器截止閥，以防止容器壓力下降低于最小許可壓力。方案2.根據(jù)方案1所述的方法，其中，限定壓力讀數(shù)增量值包括將壓力傳感器范圍除以壓力讀數(shù)的可能值的數(shù)量。方案3.根據(jù)方案1所述的方法，其中，識(shí)別先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括針對(duì)壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)計(jì)算滾動(dòng)壓力中值。方案4.根據(jù)方案3所述的方法，其中，確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)比滾動(dòng)壓力中值低壓力讀數(shù)增
量值以上。方案5.根據(jù)方案3所述的方法，其中，針對(duì)壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)計(jì)算滾動(dòng)壓力中值包括針對(duì)30秒和5分鐘之間的先前時(shí)間窗計(jì)算滾動(dòng)壓力中值。方案6.根據(jù)方案1所述的方法，其中，確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)比壓力傳感器的前一壓力讀數(shù)低壓力讀數(shù)增量值的兩倍以上。方案7.根據(jù)方案1所述的方法，其中，關(guān)閉容器截止閥包括在關(guān)閉容器截止閥之前提供時(shí)間延遲。方案8.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述氣體是氫。方案9.根據(jù)方案1所述的方法，其中，下游裝置是燃料電池系統(tǒng)。方案10.根據(jù)方案9所述的方法，其中，燃料電池系統(tǒng)用于給車輛提供動(dòng)力。方案11. 一種防止氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)壓力容器的壓力下降低于最小許可壓力的方法，所述方法包括
操作氫存儲(chǔ)系統(tǒng)以將氫氣提供給燃料電池系統(tǒng)； 限定壓力讀數(shù)增量值；
監(jiān)測(cè)位于壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器處的氫氣壓力； 識(shí)別壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍； 確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍；以及關(guān)閉位于所述一個(gè)或多個(gè)壓力容器中的每個(gè)下游的容器截止閥，以防止容器壓力下降低于最小許可壓力。方案12.根據(jù)方案11所述的方法，其中，識(shí)別先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括針對(duì)壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)計(jì)算滾動(dòng)壓力中值。方案13.根據(jù)方案12所述的方法，其中，確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)比滾動(dòng)壓力中值低壓力讀數(shù)增量值以上。方案14.根據(jù)方案11所述的方法，其中，確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)比壓力傳感器的前一壓力讀數(shù)低壓力讀數(shù)增量值的兩倍以上。方案15. —種具有最小壓力截止性能的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)將氣體提供給下游裝置，所述氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括
用于存儲(chǔ)氣體的一個(gè)或多個(gè)壓力容器； 位于所述一個(gè)或多個(gè)壓力容器中的每個(gè)下游的容器截止閥； 壓力調(diào)節(jié)器，用于將來自于壓力容器的氣體壓力減少為調(diào)節(jié)壓力； 位于壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器；和
控制器，所述控制器與壓力傳感器、容器截止閥和壓力調(diào)節(jié)器通信，所述控制器配置成從壓力傳感器接收信號(hào)且響應(yīng)于確定壓力調(diào)節(jié)器已經(jīng)達(dá)到完全開啟位置而關(guān)閉容器截止閥，以防止壓力容器中的氣體壓力下降低于最小許可壓力。方案16.根據(jù)方案15所述的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中，控制器配置成通過以下步驟來確定壓力調(diào)節(jié)器已經(jīng)達(dá)到完全開啟位置確定壓力讀數(shù)增量值；計(jì)算先前時(shí)間窗的滾動(dòng)壓力中值；以及檢測(cè)壓力傳感器的壓力讀數(shù)比滾動(dòng)壓力中值低壓力讀數(shù)增量值以上。方案17.根據(jù)方案15所述的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中，控制器配置成通過以下步驟來確定壓力調(diào)節(jié)器已經(jīng)達(dá)到完全開啟位置確定壓力讀數(shù)增量值；以及檢測(cè)壓力傳感器的壓力讀數(shù)比前一壓力讀數(shù)低壓力讀數(shù)增量值兩倍以上。方案18.根據(jù)方案15所述的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中，控制器配置成在確定壓力調(diào)節(jié)器已經(jīng)達(dá)到完全開啟位置之后和在關(guān)閉容器截止閥之前包括時(shí)間延遲。方案19.根據(jù)方案15所述的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中，所述氣體是氫。方案20.根據(jù)方案15所述的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中，下游裝置是用于給車輛提供動(dòng)力的燃料電池系統(tǒng)。本發(fā)明的附加特征將從以下說明和所附權(quán)利要求書結(jié)合附圖顯而易見。


圖1是燃料電池的氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的示意圖2是在圖1的氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中用于氫氣存儲(chǔ)的壓力容器的截面圖； 圖3是圖1的氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的三個(gè)壓力傳感器的氣體壓力的曲線圖； 圖4是在系統(tǒng)處理器中記錄的來自于壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)的曲線圖；和圖5是可以用于關(guān)閉氫存儲(chǔ)系統(tǒng)以便防止容器壓力下降低于最小許可壓力的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式涉及防止壓力容器下降低于最小許可壓力的方法和系統(tǒng)的本發(fā)明實(shí)施例的以下闡述本質(zhì)上僅僅是示例性的且絕不旨在限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。例如，所公開的方法和系統(tǒng)具體應(yīng)用于燃料電池車輛的氫存儲(chǔ)系統(tǒng)，但是還可應(yīng)用于任何氣體存儲(chǔ)或氣體處理系統(tǒng)。圖1是用于燃料電池34的氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10的示意圖。壓力容器12以高壓存儲(chǔ)氫氣。可以使用比氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10中所示三個(gè)更多或更少的壓力容器12。壓力傳感器14測(cè)量裝填管線16的壓力，裝填管線16用于從外部供應(yīng)源(未示出)裝填容器12。截止閥18剛好位于每個(gè)壓力容器12的下游。措辭“上游”和“下游”在本發(fā)明中相對(duì)于氫氣流動(dòng)方向使用，其中，燃料電池；34在壓力容器12的下游。壓力傳感器20測(cè)量截止閥18和壓力調(diào)節(jié)器22之間的氫壓力。壓力調(diào)節(jié)器22用于將氫氣壓力從容器12的高壓減少為接近燃料電池34所需的較低壓力。壓力傳感器M測(cè)量調(diào)節(jié)器22下游和截止閥沈上游的氫壓力。截止閥沈可以關(guān)閉，以將氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10與燃料電池34完全隔離。第二壓力調(diào)節(jié)器觀用于將氫氣壓力減少為燃料電池34所需的低壓，可以是大約6 bar。燃料供應(yīng)管線30將氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10連接到燃料電池34?？刂破?2與閥18、傳感器14、20和M、調(diào)節(jié)器22和28、閥沈和燃料電池34 通信，且可以用于監(jiān)測(cè)氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10和燃料電池34中的條件，并在需要時(shí)控制氫存儲(chǔ)系統(tǒng) 10的關(guān)閉以防止容器12中的氫氣壓力下降過低。為了簡(jiǎn)單起見，省去燃料電池34的細(xì)節(jié)， 如各種過濾器、止回閥、卸壓閥和氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10的其它部件。容納在壓力容器12中的氫氣壓力可以高達(dá)700 bar或甚至更高。因而，高范圍壓力變換器或傳感器(通常具有大約900 bar的范圍)必須用于至少壓力傳感器14和20。相同類型的傳感器還可以用于壓力傳感器M。高范圍傳感器固有地具有在壓力讀數(shù)周圍的高公差帶，在其范圍內(nèi)可以顯著地影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性。典型壓力變換器或壓力傳感器(例如， 測(cè)量容器12中的氫氣壓力的壓力傳感器14)包括膜和可能多個(gè)電子部件，所述電子部件配置成使得產(chǎn)生與膜經(jīng)受的壓力差成比例的輸出電壓信號(hào)。傳感器14的部件中的每個(gè)具有基本公差，可以表示為正或負(fù)壓力方差。此外，每個(gè)部件還經(jīng)受長(zhǎng)期漂移，這進(jìn)一步影響傳感器14的準(zhǔn)確性。當(dāng)部件的所有公差相加時(shí)，典型高范圍壓力變換器或傳感器(例如，壓力傳感器14)可能具有+/-35 bar或更高的壓力讀數(shù)公差。圖2是來自于氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10的壓力容器12中的一個(gè)的截面圖。容器12包括通常由碳纖維復(fù)合材料制成以提供結(jié)構(gòu)整體性的外部結(jié)構(gòu)層40和通常由耐用模制塑料(例如， 高密度聚乙烯)制成的內(nèi)部襯墊42。內(nèi)部容積44容納氫氣。襯墊42提供氫氣污染物不可滲透表面，外層40為壓縮氫氣的高壓提供結(jié)構(gòu)整體性。容器12包括開口中的適配器(未示出)，所述開口延伸通過外部結(jié)構(gòu)層40和內(nèi)部襯墊42，且提供至內(nèi)部容積44的通路，用于以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式裝填容器12和從容器12去除氣體。上述壓力容器12的設(shè)計(jì)已經(jīng)證實(shí)為可靠和成本有效的。然而，經(jīng)驗(yàn)表明，如果容器12用氫氣初始加壓，那么氣體壓力隨后被允許下降至非常低的值，在快速再次加壓之后，可能發(fā)生內(nèi)部襯墊42從外部結(jié)構(gòu)層40剝離。為了防止該剝離，氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10必須設(shè)計(jì)成防止內(nèi)部容積44中的氫氣壓力下降低于最小許可壓力值，在常用容器設(shè)計(jì)中通常大約 20 I^ar。上述壓力傳感器14的壓力讀數(shù)上的高公差帶使之難以準(zhǔn)確地確定容器12中實(shí)際上剩余多少氫。當(dāng)壓力接近最小許可壓力時(shí)，由于氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10可能需要過早關(guān)閉以保護(hù)容器12，因而這會(huì)引起問題。例如，容器12可具有20 bar的最小許可壓力。如果壓力傳感器14具有+/-35 bar的公差，那么在壓力傳感器14讀取55 bar (20 bar實(shí)際壓力加35 bar公差)時(shí)，可能達(dá)到20 bar的最小許可壓力。因而，在傳感器14讀數(shù)周圍的+/-35 bar的公差的情況下，氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10將必須設(shè)計(jì)成在傳感器14的壓力讀數(shù)達(dá)到55 bar時(shí)關(guān)閉，以便保護(hù)容器12。然而，由于傳感器14壓力讀數(shù)的不確定性，在這種情況下容器12 中剩余的實(shí)際壓力可能高達(dá)90 bar (55 bar讀數(shù)加35 bar公差)。所有這些的結(jié)果是，氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10和燃料電池34必須設(shè)計(jì)成在大多數(shù)情況下在容器12中仍剩余顯著可用量的氫時(shí)關(guān)閉。除了傳感器14的高公差帶壓力讀數(shù)之外，還可以監(jiān)測(cè)氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10中的其它數(shù)據(jù)，以確定容器12壓力何時(shí)接近最小許可壓力。具體地，壓力調(diào)節(jié)器22下游的傳感器M 的壓力可以被監(jiān)測(cè)以檢測(cè)壓力下降，這表示調(diào)節(jié)器22完全開啟。在氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10的典型當(dāng)前設(shè)計(jì)中，調(diào)節(jié)器22具有的調(diào)節(jié)壓力稍微高于容器12的最小許可壓力。這意味著，如果調(diào)節(jié)器22完全開啟且調(diào)節(jié)器22下游的壓力下降低于調(diào)節(jié)壓力，那么容器12中的壓力非常接近最小許可壓力且氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10必須很快關(guān)閉。圖3是示出了在氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10中的壓力下降且壓力調(diào)節(jié)器22完全開啟時(shí)壓力傳感器14、20和M的壓力讀數(shù)的曲線圖100。水平軸102表示時(shí)間，而豎直軸104表示壓力。 曲線106是剛好在調(diào)節(jié)器22上游的傳感器20的壓力。曲線108是剛好在調(diào)節(jié)器22下游的傳感器M的壓力。曲線110是容器12上游的傳感器14的壓力。在曲線106、108和110 的左端，可以看出傳感器14和20的壓力下降，而傳感器M的壓力保持穩(wěn)定在調(diào)節(jié)器22的調(diào)節(jié)壓力。在曲線的中點(diǎn)附近，由時(shí)間標(biāo)記112表示的時(shí)間處，由曲線106示出的傳感器20 的壓力達(dá)到調(diào)節(jié)壓力值。從該時(shí)間向上，調(diào)節(jié)器22完全開啟，且傳感器20和M的壓力基本相同。同時(shí)，由于由各種止回閥、管道和其它部件引起的氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10中的壓力下降，傳感器14的壓力稍微更高。由壓力標(biāo)記114表示的調(diào)節(jié)壓力值在典型實(shí)施方式中是大約四bar。容器12中的最小許可壓力由線116示出。如上所述，由壓力標(biāo)記118表示的最小許可壓力通常是大約20 bar。調(diào)節(jié)器22的調(diào)節(jié)壓力上的公差帶由線120和122示出。通過曲線圖100的曲線關(guān)系可以看出，壓力調(diào)節(jié)器22的完全開啟可以用作容器12壓力趨近最小許可壓力的指示，且氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10需要很快關(guān)閉以防止進(jìn)一步的壓力下降。調(diào)節(jié)器22的調(diào)節(jié)壓力上的機(jī)械公差帶比傳感器14、20和M的組合機(jī)械和電公差緊很多，尤其是在考慮控制器32的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換公差時(shí)。因而，可以基于調(diào)節(jié)器22的調(diào)節(jié)壓力設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)閉方案，調(diào)節(jié)器 22基本上沒有傳感器14、20和M的壓力讀數(shù)的大公差。為了使用調(diào)節(jié)器22的完全開啟作為關(guān)閉氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10以防止下降低于最小許可壓力的觸發(fā)，必須理解傳感器M的壓力讀數(shù)的內(nèi)在行為。圖4是示出了由控制器32存儲(chǔ)的傳感器M的壓力信號(hào)的曲線圖130。如圖3的曲線圖100那樣，水平軸132表示時(shí)間，而豎直軸134表示壓力。壓力跡線136是由控制器32存儲(chǔ)的傳感器M壓力讀數(shù)。因而，曲線圖130基本上是曲線圖100上的曲線108的極大地放大型式。在曲線圖130上，壓力跡線136示出了圍繞由壓力標(biāo)記138表示的中值的波動(dòng)。該波動(dòng)是控制器32存儲(chǔ)的壓力讀數(shù)的內(nèi)在特征，且該事實(shí)可以用作本發(fā)明控制方案的基礎(chǔ)?？刂破?2必須監(jiān)測(cè)來自于多個(gè)不同裝置的數(shù)據(jù)；執(zhí)行許多實(shí)時(shí)計(jì)算且同時(shí)運(yùn)行多個(gè)控制算法。因而，明智地分配存儲(chǔ)器空間和計(jì)算能力是重要的。在典型實(shí)施方式中，來自于傳感器14、20和M的壓力讀數(shù)存儲(chǔ)在僅8位大小的寄存器中。這意味著例如傳感器24的900 bar范圍必須在28(數(shù)量2的8次方)或256個(gè)增量之間分割。900 bar除以256 個(gè)增量等于3.5156 bar/增量，這是控制器32的壓力讀數(shù)分辨率。在該討論中為了簡(jiǎn)短這將四舍五入為3. 5 bar/增量?；氐角€圖130上的壓力跡線136，壓力中值上方和下方的波動(dòng)表示該現(xiàn)象。即，壓力標(biāo)記140比壓力標(biāo)記138高3. 5 bar，壓力標(biāo)記142比壓力標(biāo)記 138低3. 5 bar。由于傳感器M的公差，包括其機(jī)械公差、模擬-數(shù)字和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換公差、布線電阻公差等，由控制器32接收的模擬電壓信號(hào)展現(xiàn)輕微變化，甚至在調(diào)節(jié)器22不完全開啟且傳感器M的壓力基本恒定時(shí)也是如此。傳感器M的信號(hào)電壓的輕微變化通過控制器32的8位存儲(chǔ)寄存器分辨率放大，從而得到由壓力跡線136顯示的實(shí)際性能。雖然壓力跡線136顯示的波動(dòng)起初好像是令人討厭的，但是波動(dòng)的真正可預(yù)測(cè)性質(zhì)可以用作控制方案的基礎(chǔ)。隨著氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10的數(shù)年實(shí)際使用，已經(jīng)觀察到壓力跡線 136恒定地保持在壓力中值的正或負(fù)3. 5 bar增量?jī)?nèi)，只要調(diào)節(jié)器22不完全開啟即可。僅在調(diào)節(jié)器22達(dá)到完全開啟位置時(shí)且傳感器M的實(shí)際壓力下降低于調(diào)節(jié)壓力時(shí)，壓力跡線 136才下降低于由壓力標(biāo)記142所示的壓力。在曲線圖130上，在由時(shí)間標(biāo)記144表示的時(shí)間，調(diào)節(jié)器22達(dá)到完全開啟位置且傳感器M的壓力開始下降。在該時(shí)間之后，可以看出壓力跡線136下降附加的3. 5bar增量，降至由壓力標(biāo)記146表示的壓力。若干時(shí)間步長(zhǎng)之后，在一些附加波動(dòng)后，壓力跡線136下降至更低的值。該性能已經(jīng)在氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10的實(shí)際實(shí)施方式中持續(xù)地觀察到且是調(diào)節(jié)器22完全開啟和傳感器M的壓力下降的可靠指示。曲線圖130上的線148表示容器12的最小許可壓力，通常是大約20 bar。值得注意的是，最小許可壓力充分低于壓力中值，從而壓力跡線136可以下降至低于中值的至少一個(gè)3. 5bar增量，而不穿過最小許可壓力以下。同樣，在曲線圖100上顯示，當(dāng)傳感器20 和M處的壓力讀數(shù)達(dá)到調(diào)節(jié)器22的調(diào)節(jié)壓力時(shí)，傳感器14的壓力仍稍微較高。因而，容器12的壓力降不下降低于最小許可壓力，甚至在傳感器20和M的壓力下降稍微低于最小許可壓力時(shí)也是如此?；谏鲜霈F(xiàn)象來實(shí)施控制方案于是變得直截了當(dāng)。圖5是可以用于關(guān)閉氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10以便防止容器12壓力下降低于最小許可壓力的方法的流程圖160。在框162，基于傳感器M的范圍和控制器32中的數(shù)據(jù)寄存器的分辨率來限定壓力增量值。如上述示例所述， 900 bar壓力范圍和8位數(shù)據(jù)寄存器得到控制器32中3. 5 bar的壓力增量。因而，對(duì)于傳感器M和控制器32的任何實(shí)施方式，將已知壓力增量值。在框164，控制器32監(jiān)測(cè)傳感器M的壓力且識(shí)別壓力變化的波動(dòng)范圍。在框166，控制器32計(jì)算某時(shí)間窗的滾動(dòng)壓力中值。在一個(gè)示例中，時(shí)間窗是經(jīng)過60秒；然而，可以適當(dāng)?shù)叵薅ǜL(zhǎng)或更短窗。滾動(dòng)壓力中值可以通過簡(jiǎn)單地選擇最近記錄的三個(gè)不同壓力讀數(shù)的中(中間)值來計(jì)算，如前文所述和曲線圖130所示。還可以使用計(jì)算滾動(dòng)壓力中值的其它方法。在建立滾動(dòng)壓力中值且已知壓力增量值的情況下，在框168，控制器32可以檢測(cè)低于正常波動(dòng)范圍的傳感器M壓力讀數(shù)?？?68的檢測(cè)動(dòng)作能夠以兩種方式中的一種完成。第一，控制器32可以將每個(gè)新壓力讀數(shù)與先前讀數(shù)進(jìn)行比較以確定值是否下降超過兩個(gè)壓力增量。在正常穩(wěn)態(tài)壓力條件下，下降兩個(gè)增量是可能的，如曲線圖130所示。但是下降超過兩個(gè)增量表示傳感器M的壓力實(shí)際上下降低于調(diào)節(jié)器22的調(diào)節(jié)壓力。第二，控制器32可以將每個(gè)新壓力讀數(shù)與滾動(dòng)壓力中值進(jìn)行比較。如果檢測(cè)到低于滾動(dòng)壓力中值超過一個(gè)增量的壓力讀數(shù)，那么傳感器M的壓力實(shí)際上下降低于調(diào)節(jié)器22的調(diào)節(jié)壓力。用于檢測(cè)低于正常波動(dòng)范圍的壓力的兩種技術(shù)還能夠以能夠適應(yīng)車輛操作期間波動(dòng)范圍的輕微向上或向下漂移的方式組合，而不必關(guān)閉氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10。在框168檢測(cè)到正常波動(dòng)范圍之外的壓力的情況下，控制器32在框170命令關(guān)閉氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10。關(guān)閉可以通過關(guān)閉截止閥18最有效地完成，截止閥18剛好位于容器12的下游。通過關(guān)閉截止閥18，在燃料電池34停止發(fā)電之前，容納在閥18下游的管道和部件中的氫氣可以由燃料電池34消耗。此外，車輛蓄電池將具有燃料電池操作剩余的至少少量電荷。殘余氫氣和蓄電池中的殘余電能將給駕駛員提供充分的駕駛時(shí)間來在完全停止之前將車輛駐車。框170的關(guān)閉序列過程還可以包括在關(guān)閉閥18之前的小時(shí)間延遲。這基于以下事實(shí)已知容器12中的壓力(由傳感器14的讀數(shù)表示)高于調(diào)節(jié)器22的壓力，由于兩者之間的壓力下降。該事實(shí)可以用于允許駕駛員在被通知燃料電池34即將關(guān)閉后有少量附加時(shí)間來將車輛駐車，同時(shí)仍防止容器12下降低于最小許可壓力。該時(shí)間延遲量可以基于傳感器14和20之間的已知壓力下降、容器12以及管線和配件的容量、以及氫氣消耗的速率來確定。要強(qiáng)調(diào)的是，上述特定值，包括傳感器M的900 bar范圍、20 bar最小許可壓力和 8位存儲(chǔ)寄存器大小，均僅僅是示例。對(duì)于這些值中的任何一個(gè)可以使用較高或較低值，但是檢測(cè)和控制方案的操作原理將保持不變。在實(shí)際實(shí)施方式中，在必須執(zhí)行上述系統(tǒng)關(guān)閉過程之前很久，低燃料報(bào)警將發(fā)送給車輛駕駛員。低燃料報(bào)警將由傳感器14的壓力讀數(shù)穿過一定閾值以下(例如80 bar)觸發(fā)，且大多數(shù)駕駛員將在之后很快給其車輛再裝填燃料。因而，所實(shí)施的系統(tǒng)關(guān)閉過程將預(yù)期很少必須在實(shí)際駕駛情況下執(zhí)行。然而，如本文所公開的，基于傳感器M的壓力下降實(shí)施的系統(tǒng)關(guān)閉可以提供容器12可靠性的保護(hù)的額外度量。為此，還避免在容器12中剩余大量可用燃料時(shí)關(guān)閉氫存儲(chǔ)系統(tǒng)10，因而允許在燃料再裝填停車之間車輛的最大可能駕駛里程。前述說明僅僅公開和描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員從這種說明和附圖以及權(quán)利要求書將容易認(rèn)識(shí)到，能夠?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行各種變化、修改和變型，而不偏離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種防止氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)壓力容器的壓力下降低于最小許可壓力的方法，所述方法包括操作氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)以將氣體提供給下游裝置； 限定壓力讀數(shù)增量值；監(jiān)測(cè)位于壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器處的氣體壓力； 識(shí)別壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍； 確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍；以及關(guān)閉位于所述一個(gè)或多個(gè)壓力容器中的每個(gè)下游的容器截止閥，以防止容器壓力下降低于最小許可壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，限定壓力讀數(shù)增量值包括將壓力傳感器范圍除以壓力讀數(shù)的可能值的數(shù)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，識(shí)別先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括針對(duì)壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)計(jì)算滾動(dòng)壓力中值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)比滾動(dòng)壓力中值低壓力讀數(shù)增量值以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，針對(duì)壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)計(jì)算滾動(dòng)壓力中值包括針對(duì)30秒和5分鐘之間的先前時(shí)間窗計(jì)算滾動(dòng)壓力中值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍包括確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)比壓力傳感器的前一壓力讀數(shù)低壓力讀數(shù)增量值的兩倍以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，關(guān)閉容器截止閥包括在關(guān)閉容器截止閥之前提供時(shí)間延遲。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氣體是氫。
9.一種防止氫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)壓力容器的壓力下降低于最小許可壓力的方法，所述方法包括操作氫存儲(chǔ)系統(tǒng)以將氫氣提供給燃料電池系統(tǒng)； 限定壓力讀數(shù)增量值；監(jiān)測(cè)位于壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器處的氫氣壓力； 識(shí)別壓力傳感器的先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍； 確定壓力傳感器的當(dāng)前壓力讀數(shù)低于先前壓力讀數(shù)的波動(dòng)范圍；以及關(guān)閉位于所述一個(gè)或多個(gè)壓力容器中的每個(gè)下游的容器截止閥，以防止容器壓力下降低于最小許可壓力。
10.一種具有最小壓力截止性能的氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)將氣體提供給下游裝置，所述氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)包括用于存儲(chǔ)氣體的一個(gè)或多個(gè)壓力容器； 位于所述一個(gè)或多個(gè)壓力容器中的每個(gè)下游的容器截止閥； 壓力調(diào)節(jié)器，用于將來自于壓力容器的氣體壓力減少為調(diào)節(jié)壓力； 位于壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器；和控制器，所述控制器與壓力傳感器、容器截止閥和壓力調(diào)節(jié)器通信，所述控制器配置成從壓力傳感器接收信號(hào)且響應(yīng)于確定壓力調(diào)節(jié)器已經(jīng)達(dá)到完全開啟位置而關(guān)閉容器截止閥，以防止壓力容器中的氣體壓力下降低于最小許可壓力。
全文摘要
一種防止壓力容器中的氣體壓力下降低于最小許可壓力的方法和系統(tǒng)。壓力調(diào)節(jié)器下游的壓力傳感器的壓力讀數(shù)由處理器監(jiān)測(cè)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡Ｕ{(diào)節(jié)壓力條件下在穩(wěn)定波動(dòng)帶內(nèi)變化。當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器在低容器壓力條件下達(dá)到完全開啟位置時(shí)，處理器檢測(cè)到壓力讀數(shù)下降至低于最近波動(dòng)帶的值，且識(shí)別壓力下降低于調(diào)節(jié)壓力值。所述處理器可以使用該信息來切斷來自于容器的氣體流，從而防止容器下降低于其最小許可壓力，而與傳感器的壓力讀數(shù)的實(shí)際幅值無(wú)關(guān)，其由于公差可能在寬范圍內(nèi)變化。
文檔編號(hào)F17C13/00GK102401234SQ20111027092
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者策爾納 B., 赫羅巴施 H., 霍布邁爾 R. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司