提供了一种直接燃料加注站和一种加注燃料的方法。该站包括用于存储液化燃料的绝热罐、泵、至少一个热交换器、控制单元、加注机，其中所述加注机包括流量计、流量控制装置以及至少一个传感器用于监测压力和/或温度。所述热交换器将来自泵的液化燃料转换成气体燃料，该气体燃料被添加到车辆的车载燃料罐中。所述控制单元包括一个或多个程序，用于与所述泵、所述流量计、所述流量控制装置和/或所述传感器(一个或多个)协调，以便控制加注燃料的方法。峰值电力需求小于由所述泵的额定体积流速和满足车辆的加注压力的额定泵送压力的乘积所确定的峰值电力需求。还提供了具有(一个或多个)所述程序的计算机实现的系统。个)所述程序的计算机实现的系统。个)所述程序的计算机实现的系统。
Method of minimizing power demand of hydrogen refueling station
【技术实现步骤摘要】
实现加氢站的功率需求最小化的方法
[0001]本公开总体上涉及用于燃料传送和加压气体加注的方法和系统。更特别地，所公开的主题涉及用于向车辆、储罐或装置补给或供给气态氢的一种系统，或加氢站和方法。
技术介绍
[0002]大多数机动车辆是由利用化石燃料的内燃机提供动力的。由于与燃烧这些燃料相关的供应有限和不利的环境影响，现在正在开发由对环保有利的替代燃料(例如，氢)来提供动力的车辆。燃料电池可用于通过使氢燃料与氧化剂(例如，空气)发生电化学反应来产生电能。其它氢动力车辆可通过氢的燃烧提供动力。与向车辆中添加基于石油的燃料(例如，汽油)相比，向燃料电池车辆(FCV)和其它氢动力车辆加注或补给氢燃料提出了不同的挑战。
[0003]当前的氢燃料加注站采用大的级联储存系统和小的压缩机来管理短期大流量需求。所述级联储存系统需要大量资金投入并且需要大的占地面积，但是在能够连续加注的车辆的数量方面受到限制。对于大容量站，例如公共汽车车队，高流量直接加注能力就成为必需。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种直接加注(或直接)燃料加注站或系统、一种设计或运营直接加注燃料的加注站的方法、以及一种为车辆加燃料的方法。
[0005]根据一些实施例，这种直接加注燃料的加注站包括：绝热罐和泵，所述绝热罐被配置为在其中存储包括液相和气相的液化燃料，所述泵被配置为从绝热罐泵出所述液化燃料。该站还包括：至少一个热交换器，与所述泵连接；以及加注机。该加注机包括流量计、流量控制装置和至少一个用于测试压力和/或温度的传感器，它们与所述热交换器连接。所述泵配置成泵出部分所述液化燃料。所述至少一个热交换器将该部分液化燃料转换成处于期望压力和温度的气体燃料(压缩气体)。所述加注机被配置成将所述气体燃料加注到车辆中的车载燃料罐中。所述热交换器被配置成在来自所述泵的所述液化燃料作为压缩气体而被加注到车辆储罐之前，使其汽化。
[0006]在一些实施例中，该站还包括控制单元，该控制单元包括一个或多个处理器和编码有要由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序的至少一个有形非暂态机器可读介质。所述控制单元被配置为与所述泵、所述流量计、所述流量控制装置和所述至少一个传感器协调，以便控制向车辆加燃料的方法。该站的电力(electrical power)需求小于由所述泵的额定体积流速和满足车辆的加注压力的额定泵送压力的乘积所确定的电力需求。在一些实施例中，所述泵具有一个总电力需求，该总电力需求为所述站在操作期间的所述电力需求的至少90％。所述泵可以是往复泵。所述液化燃料包括液态氢，并且在一些实施例中是液态氢。
[0007]在一些实施例中，所述电力需求比所述泵的额定体积流速和满足车辆的加注压力
的额定泵送压力的乘积小至少25％。
[0008]在一些实施例中，所述控制单元被配置成设定添加到所述车载燃料罐的气体燃料的压力斜坡曲线或质量流速曲线，以便控制所述站的所述电力需求。所述控制单元还可配置成输出用于为车辆加燃料的所述压力斜坡曲线或所述质量流速曲线以及状态信息，该状态信息包括加注过程期间的充满状态(SOC)。
[0009]例如，所述控制单元被配置为通过在加注过程开始时的低压下增加由所述泵输送的液化燃料的流速(其确定了加注到车载燃料罐的气体燃料的流速)，然后在加注过程接近结束时的高压下减小所述流速，从而控制所述站的所述电力需求。在所述加注过程中，瞬时功率需求基本上是恒定的。
[0010]在另一方面，本专利技术还提供一种定制和/或运营直接加注燃料加注站的方法。在一些实施例中，可以在设计阶段使用该定制方法。这种方法包括本文所述的步骤。在直接加注燃料加注站的绝热罐内提供包含液相和气相的液化燃料。所述直接加注站还包括泵、与该泵连接的至少一个热交换器、以及加注机，该加注机包括流量计、流量控制装置、以及用于测试压力和/或温度的至少一个传感器，它们与所述热交换器连接。这种方法还包括以下步骤：将具有车载燃料罐的车辆与所述流量控制装置和所述至少一个传感器耦合；在所述至少一个热交换器中将来自所述泵的所述液化燃料的所述部分转换成气体燃料；以及使用所述加注机，将所述气体燃料添加到所述车辆中的所述车载燃料罐中。所述热交换器将来自所述泵的所述液化燃料转换成所述气体燃料。
[0011]在一些实施例中，该方法还包括使用控制单元来确定和/或控制所述站的电力需求的步骤。所述控制单元包括一个或多个处理器和至少一个有形的、非暂时性机器可读介质，该至少一个有形的、非暂时性机器可读介质被编码有一个或多个程序，该一个或多个程序由所述一个或多个处理器执行，以与所述泵、所述流量计、所述流量控制装置和所述至少一个传感器协调。因此，所述站的所述电力需求小于由所述泵的额定体积流速和满足车辆的加注压力的额定泵送压力的乘积所确定的电力需求。
[0012]在一些实施例中，在一加注循环(cycle)期间，所述泵的总电力需求为所述站的电力需求的至少90％。所述泵是往复泵。所述液化燃料包括或者是液态氢。在一些实施例中，所述电力需求比所述泵的额定体积流速和足以用于车辆的加注压力的额定泵送压力的乘积小至少25％。
[0013]在一些实施例中，通过建立将被添加到车载燃料罐的气体燃料的压力斜坡曲线或质量流速曲线来确定和控制所述站的电力需求。例如，通过在加注过程开始时的低压下增加添加到车载罐的气体燃料(即，还有来自泵的液化燃料)的流速，然后在加注过程接近结束时的高压下降低所述流速，从而确定和控制所述站的电力需求。在所述加注过程期间，瞬时功率需求基本上是恒定的。
[0014]在一些实施例中，使用所述控制单元来确定和控制所述站的所述电力需求的所述步骤包括以下步骤：输入初始罐压力、初始罐温度、所述绝热罐的容积、期望加注时间、目标压力或目标充满状态(SOC)；计算所述车载燃料罐中的所述气体燃料的初始密度、总质量和内部能量；设定压力斜坡曲线以实现目标加注时间；
设定喷嘴处的期望加注温度；将泵排放压力设定得足够高以克服从泵排放至所述喷嘴的系统压力损失，从而达到一个期望喷嘴压力；基于所述喷嘴处的所述期望加注温度和所述泵排放压力，计算所述气体燃料的焓(enthalpy)；推进一时间段；在所述时间段被推进之后，可选地考虑热损失，将质量和能量平衡应用于所述车载燃料罐；确定添加到所述车载燃料罐中的所述气体燃料的添加质量；以及评估瞬时电力需求和充满状态(SOC)，如果需要，可选地重复所述推进一时间段的步骤，以便达到所述目标SOC。
[0015]在一些实施例中，使用所述控制单元来确定和控制所述站的电力需求的所述步骤还包括：调节所述压力斜坡曲线，使得在加注过程期间所述站的电力需求基本上恒定，同时实现所述目标加注时间和所述目标SOC。
[0016]在一些实施例中，通过在站的设计阶段的模拟，将所述站的峰值电力需求确定为一个额定功率要求。
[0017]在一些实施例中，该方法还包括：输出被加注燃料的车辆的所述气体燃料的所述压力斜坡曲线或所述质量流速曲线。
[0018]在另一方面，本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种直接燃料加注站，包括：绝热罐，被配置成在其中储存包括液相和气相的液化燃料；泵，被配置成从所述绝热罐泵出所述液化燃料的一部分；至少一个热交换器，与所述泵连接并且被配置成将所述液化燃料的所述部分转换成气体燃料；加注机，所述加注机包括流量计、流量控制装置和用于测试压力和/或温度的至少一个传感器，与所述热交换器连接，其中所述加注机被配置成将所述气体燃料添加到车辆中的车载燃料罐中；以及控制单元，所述控制单元包括一个或多个处理器和至少一个有形的、非暂时性机器可读介质，所述至少一个有形的、非暂时性机器可读介质被编码有一个或多个程序，所述一个或多个程序由所述一个或多个处理器执行，以与所述泵、所述流量计、所述流量控制装置和所述至少一个传感器协调，从而控制为所述车辆加燃料的方法，其中所述站的电力需求小于由所述泵的额定体积流速和足以用于所述车辆的加注压力的额定泵送压力的乘积确定的电力需求。2.根据权利要求1所述的直接燃料加注站，其中所述泵是往复泵。3.根据权利要求1所述的直接燃料加注站，其中所述液化燃料包括液态氢。4.根据权利要求1所述的直接燃料加注站，其中所述电力需求至少比所述泵的所述额定体积流速和足以满足所述车辆的所述加注压力的所述额定泵送压力的乘积小25％。5.根据权利要求1所述的直接燃料加注站，其中所述控制单元被配置为设置添加到所述车载燃料罐的所述气体燃料的压力斜坡曲线或质量流速曲线，以便控制所述站的所述电力需求。6.根据权利要求5所述的直接燃料加注站，其中所述控制单元被配置成输出用于为车辆加燃料的压力斜坡曲线或质量流速曲线，以及包括在加注过程期间充满状态(SOC)的状态信息。7.根据权利要求5所述的直接燃料加注站，其中所述控制单元配置成通过在加注过程开始时的低压下增加所述气体燃料的流速，然后在接近所述加注过程结束时的高压下降低所述流速，从而控制所述站的所述电力需求。8.根据权利要求7所述的直接燃料加注站，其中在所述加注过程期间，瞬时功率需求基本上是恒定的。9.一种对直接燃料加注站进行定制和操作的方法，包括以下步骤：提供储存在所述直接燃料加注站的储罐内的一部分包含液相和气相的液化燃料，其中所述直接燃料加注站还包括泵、与所述泵连接的至少一个热交换器、和加注机，所述加注机包括流量计、流量控制装置、和用于测试压力和/或温度的至少一个传感器，所述流量计、所述流量控制装置、和所述至少一个监测压力和/或者温度的传感器与所述热交换器连接；将车辆的车载燃料罐具有的所述流量控制装置和所述至少一个传感器耦合；在所述至少一个热交换器中将所述液化燃料的所述部分转换成气体燃料；使用所述加注机将所述气体燃料添加到所述车辆中的所述车载燃料罐中；以及使用控制单元来确定和控制所述站的电力需求，其中所述控制单...
【专利技术属性】
技术研发人员：李先明，顾佑宗，肯尼斯，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：
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