储氢容器中可用残存储氢量的量测方法技术

本发明专利技术为一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，可用以量测一未更换的储氢容器的可用残存储氢量，该方法是在读取该储氢容器的氢气存量之后，读取该储氢容器中被消耗掉的氢气量，再利用氢气残存容量计算式计算该储氢容器的可用残存储氢量。当该储氢容器为充饱氢气后或新更换时，该步骤包括有读取该储氢容器的使用循环次数、读取该储氢容器的氢气存量及读取该储氢容器中被消耗掉的氢气量的步骤，再利用氢气残存容量计算式计算该储氢容器的可用残存储氢量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种储氢容器氢气量的量测方法，特别是关于一种。
技术介绍
无论是氢能引擎车辆、氢能燃料电池系统与产品，或者是再生能源制氢系统都是需要利用氢气储存的装置。现行商用的主要氢气储存技术，可分为液态、高压气态与低压金属氢化物三种。在使用安全性的考虑下，目前以固态金属氢化物的储存方式较为合适。一般常温低压的固态合金储氢技术，大多使用钛铁合金、镧镍合金或镁合金等粉末为储氢介质，再填装于储氢容器以便使用。使用前需要进行充氢程序，使储氢合金充满氢气，使用时则释放出氢气至氢气引擎或燃料电池等装置。在实际应用固态合金储氢容器时，必须要随时知道储氢容器内残存氢气的可用量，方可判断何时需要补充氢气。例如一个使用储氢罐的可携式燃料电池发电机，或者是一辆电动机车与自行车，使用者必须随时知道储氢容器内残存氢气的正确存量，用以判断尚可使用的时间，或者是需要装填氢气或更换储氢罐的时间。固态合金储氢的性能变化系利用操作压力、氢气容量与操作温度的PCT曲线表示，图1显示钛铁合金(TiFe)固态合金储氢在不同操作温度下的PCT曲线，而图2显示镧镍合金(LaNi5)固态合金储氢在不同操作温度条件下的PCT曲线。图1与图2的PCT曲线中，其横座标表示氢气容量，纵座标表示氢气解离压(atm)。根据图1与图2的PCT曲线分析之，固态储氢合金在不同氢气容量的压力变化并不明显，只有在较高容量与较低容量时有明显的压力变化。在大部分的容量情况下，氢气压力大致都呈现平坦的曲线，因此无法以传统的简单压力量测据以判断该固态储氢合金的氢气容量。此外，固态储氢合金的氢气容量对温度的变化非常敏感，但是变化情形较有规律可遵循。然而由于氢气的容量同时受到压力的影响，因此也无法以简单的温度量测据以判断固态储氢合金的氢气容量。为了要判断固态储氢合金的氢气容量，在实验室常用的方法是采用重量差量测法，此量测法利用较精密的磅秤量取使用前后储氢容器的重量差，利用重量差的数据即可大致估算出固态储氢合金的氢气容量。然而在实际应用时，供氢模组不仅包含储氢容器亦包含热交换器水套、快速接头、冷却水，重量差异变化大且磅秤安装将增加系统空间重量增加与装配上困难，因此将此重量差量测法应用在指示器上头并不符产业的需求。在实际的应用情况时，固态合金储氢容器的氢气容量会随着氢气纯度、合金中毒等因素而降低，亦即储氢容器的使用循环次数愈多，氢气容量也会减少。此外，实际需要获知的残氢量应该是储氢容器中可用的氢气量，而非储氢容器内的全部的氢气量，此与应用状况时储氢容器的温度、以及实际使用所需氢气的压力与流量要求有关。然而，针对储氢容器氢气量之量测方面，目前尚无类似的技术或产品可达到快速、准确、符合实际产业需求的技术。如此将会造成例如燃料电池系统、燃料电池电动车等氢气应用系统在产品化及实际推广的问题。
技术实现思路
因此，鉴于现有技术的缺点及为了因应实际的需求，本专利技术提出一个创新的技术，以期能提供一具有实用性的储氢容器储氢量的量测方法。本专利技术的方法不论对未更换或新更换的储氢容器中的可用残存储氢量皆能准确进行量测。本专利技术的另一目的是提供一种储氢容器可用残存储氢量的量测方法，以克服现有的以单纯压力量测或温度量测来判断固态储氢合金的氢气容量的缺点。本专利技术的另一目的是提供一种储氢容器可用残存储氢量的量测方法，其可克服传统以氢气重量差量测法的量测误差大、无法适用于实际产业需求的缺点。本专利技术解决问题的技术手段本专利技术为解决现有技术的问题所采用的技术手段是在读取该储氢容器的氢气存量之后，读取该储氢容器中被消耗掉的氢气量，再利用氢气残存容量计算式计算该储氢容器的可用残存储氢量。当该储氢容器为充饱氢气后或新更换时，该步骤包括有读取该储氢容器的使用循环次数、读取该储氢容器的氢气存量及读取该储氢容器中被消耗掉的氢气量的步骤，再利用氢气残存容量计算式计算该储氢容器的可用残存储氢量。较佳实施例中，本专利技术更可包括利用氢气容量衰退曲线计算出该储氢容器的可用储氢量。本专利技术亦可包括有量取储氢容器当时的操作温度，以计算出经温度校正的储氢容器中的可用残存储氢量的步骤。经由本专利技术储氢容器可用残存储氢量的量测技术，可以有效克服现有的以单纯压力量测、温度量测法、氢气重量差量测法来判断固态储氢合金的氢气容量的误差问题，且本专利技术的技术可以简易地适用于实际产业的应用。本专利技术可达到快速、准确、符合实际产业需求的技术，在应用于例如燃料电池系统、燃料电池电动车等氢气应用系统在研发、产品化及实际推广方面有很大的助益。附图说明图1显示钛铁合金(TiFe)固态合金储氢在不同操作温度下的压力/容积/温度的PCT曲线。图2显示镧镍合金(LaNi5)固态合金储氢在不同操作温度条件下的压力/容积/温度的PCT曲线。图3显示一储氢容器依据应用系统要求的氢气压力与最低氢气流量条件下进行放氢作业，并利用质量流量计量取储氢容器的放氢量，以得到实际使用条件的储氢容器的氢气流量、氢气压力与时间关系的动态放氢特性曲线。图4显示储氢容器在经过500次的充放氢循环后的氢气容量衰退曲线。图5显示本专利技术在量测储氢容器中可用残存氢气量时的流程图。符号说明101 判断待测储氢容器更换或未更换的状态102 读取储氢容器的氢气存量103 量取储氢容器当时的操作温度104 转换计算出经温度校正的储氢容器中的氢气存量105 读取储氢容器的使用循环次数106 利用氢气容量衰退曲线计算出充饱氢气后或新更换时储氢容器的可用储氢量107 量取储氢容器当时的操作温度108 转换计算出经温度校正的储氢容器中的可用储氢量109 读取被消耗掉的氢气量110 利用氢气残存容量计算式计算该储氢容器的可用残存储氢量111 量取储氢容器当时的操作温度112 转换计算出经温度校正的储氢容器的氢气存量113 将得到的可用残存储氢量予以储存 具体实施例方式在探讨储氢容器中可用的氢气量的量测方法之前，必须先了解储氢容器在真实使用情况下的氢气容量变化状况。达到此种要求的实验方法，是将按照固定充氢条件完成充氢作业的储氢容器，在各种不同操作温度下，依据应用系统要求的氢气压力与最低氢气流量条件下进行放氢作业，并利用质量流量计量取储氢容器的放氢量，以得到实际使用条件的储氢容器的氢气流量、氢气压力与时间关系的动态放氢特性曲线(如图3所示)，其中曲线C1表示氢气流量值曲线，曲线C2表示氢气压力值曲线。由此可得到在不同操作温度下的有效放氢容量，据此作为计算经温度校正后储氢容器中的氢气存量。再者，由于储氢合金会因氢气中不纯物的影响，在多次充放氢循环后逐渐降低氢气容量，因此需要预先进行实验以得知变化情形。例如在图4中，其显示储氢容器的氢气容量衰退曲线，其显示储氢容器在经过500次的充放氢循环后，氢气容量降低约5％。在实际使用状况，储氢容器的合金种类与数量都已固定，基本放氢特性与氢气容量衰退情形也已得知，此时可用残存储氢量的计算公式表示如下Cac，t＝0，s＝0＝Coc(T，N)＝Cac，t＝0，s＝1(1)Cac，t＝0，s＝1＝Cac(T) (2)Cac，t＝t，s＝1＝Cac，t＝t-1，s＝1-Cuc，t＝t(3)上式中各项变数的意义解释如下Coc＝充饱氢气后或新更换时储氢容器的可用储氢量(oc＝Origin本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储氢容器中可用残存储氢量的量测方法，用以量测一储氢容器的可用残存储氢量，该方法包括下列步骤：（ａ）读取该储氢容器的氢气存量；（ｂ）读取该储氢容器中被消耗掉的氢气量；（ｃ）利用下列氢气残存容量计算式计算该储氢容器的 可用残存储氢量：Ｃ↓［ａｃ，ｔ＝０，ｓ＝０］＝Ｃ↓［ｏｃ］（Ｔ，Ｎ）＝Ｃ↓［ａｃ，ｔ＝０，ｓ＝１］Ｃ↓［ａｃ，ｔ＝０，ｓ＝１］＝Ｃ↓［ａｃ］（Ｔ）Ｃ↓［ａｃ，ｔ＝ｔ，ｓ＝１］＝Ｃ↓［ａｃ，ｔ＝ｔ＿１，ｓ＝１］－Ｃ↓［ ｕｃ，ｔ＝ｔ］其中：Ｃ↓［ｏｃ］＝充饱氢气后或新更换时储氢容器的可用储氢量；Ｃ↓［ａｃ］＝储氢容器的可用残存储氢量；Ｃ↓［ｕｃ］＝消耗掉的氢气量；Ｔ＝储氢容器的操作温度；Ｎ＝储氢容器的使用循环 次数；ｓ＝储氢容器更换状态，Ｓ＝０表示储氢容器，Ｓ＝１表示储氢容器未更换；ｔ＝储氢容器的使用时间（秒）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑耀宗，徐耀升，
申请(专利权)人：亚太燃料电池科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]