使用固态储料的燃料供给系统气体存放过程的控制方法转让专利
申请号 : CN201510292484.6
文献号 : CN105047964B
文献日 : 2017-04-05
发明人 : 李双寿 , 张琦
申请人 : 清华大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种使用固态储料的燃料供给系统气体存放过程的控制方法，其特征在于，该方法
包括以下步骤：
(1)设气体以流量为QA进入燃料供给系统主储料仓的起始时间为tA0，主储料仓内固态
储料的初始质量为mA0，tAt时刻主储料仓内的固态储料和气体质量之和为mAt，则在任意时刻，主储料仓的相对通气量δA＝|{QA×(tAt-tA0)-(mAt-mA0)}/(mAt-mA0)|，对相对通气量δA进行判断，若δA＞10％且QA×(tAt-tA0)-(mAt-mA0)＞0，则使进入主储料仓的气体流量减小至γA×QA，若δA＞10％且QA×(tAt-tA0)-(mAt-mA0)＜0，则使进入主储料仓的气体流量增大至γA’×QA，若δA≤10％，则保持主储料仓的通气流量，直到通气时间t＝tm时，停止向主储料仓通气体，其中γA、γA’为设定的主储料仓气体流量调节系数，取值范围分别为0～1和1～3，tm为设定的主储料仓单次通气时间，tm的取值范围为0～30min，QA的取值范围为0～100L/min；
(2)设定一个主储料仓第一压力阈值，对主储料仓的压力进行判断，若主储氢仓压力PAt≥αA×第一压力阈值，则主储料仓内固态储料与气体的反应过程持续进行，当主储氢仓压力PAt＜αA×第一压力阈值，则使主储料仓压力增大至PAt≥αA×第一压力阈值，直到通气时间t＝tm+tn，其中αA为主储料仓内固态储料活化阶段调节系数，取值范围为1～3，tn为设定的主储料仓单次气体固化时间，取值范围为0～30min，第一压力阈值的取值范围为0～
10Mpa；
(3)气体以流量为QA进入燃料供给系统主储料仓，对主储料仓的相对通气量δA进行判
断，若δA＞10％且QA×(tAt-tA0)-(mAt-mA0)＞0，则使进入主储料仓的气体流量减小至γA×QA，若δA＞10％且QA×(tAt-tA0)-(mAt-mA0)＜0，则使进入主储料仓的气体流量增大至γA’×QA，若δA≤10％，则保持主储料仓的通气流量，直到通气时间t＝tm时，停止向主储料仓通气体；
(4)对主储料仓的压力进行判断，若主储氢仓压力PAt大于或等于第一压力阈值，则主储料仓内固态储料与气体的反应过程持续进行，当主储氢仓压力PAt小于第一压力阈值，则使主储料仓压力增大到至PAt大于或等于第一压力阈值，直到通气时间t＝tm+tn；
(5)根据第一压力阈值对主储料仓的气体压力PAt进行判断，若气体压力PAt＜αA’×第一压力阈值，则返回步骤(3)，若气体压力PAt≥αA’×第一压力阈值，则停止向主储料仓通入气体，其中，αA’为主储料仓气压调节系数，取值范围为0～1；
(6)设气体以流量为QB进入燃料供给系统副储料仓的起始时间为tB0，副储料仓内固态
储料的初始质量为mB0，tBt时刻副储料仓内的固态储料和气体质量之和为mBt，则在任意时刻，副储料仓的相对通气量δB＝|{QB×(tBt-tB0)-(mBt-mB0)}/(mBt-mB0)|，对相对通气量δB进行判断，若δB＞10％且QB×(tBt-tB0)-(mBt-mB0)＞0，则使进入副储料仓的气体流量减小至γB×QB，若δB＞10％且QB×(tBt-tB0)-(mBt-mB0)＜0，则使进入副储料仓的气体流量增大至γB’×QB，若δB≤10％，则保持副储料仓的通气流量，直到通气时间t＝tm时，停止向副储料仓通气体，其中γB、γB’为设定的副储料仓气体流量调节系数，取值范围分别为0～1和1～3，tm为设定的副储料仓单次通气时间，tm的取值范围为0～30min，QB的取值范围为0～100L/min；
(7)设定一个副储料仓第二压力阈值，对副储料仓的压力进行判断，若副储氢仓压力PBt≥αB×第二压力阈值，则副储料仓内固态储料与气体的反应过程持续进行，当副储氢仓压力PBt＜αB×第二压力阈值，则使副储料仓压力增大至PBt≥αB×第二压力阈值，直到通气时间t＝tm+tn，其中αB为副储料仓内固态储料活化阶段调节系数，取值范围为1～3，tn为设定的副储料仓单次气体固化时间，取值范围为0～30min，第二压力阈值的取值范围为0～
10Mpa；
(8)气体以流量为QB进入燃料供给系统副储料仓，对副储料仓的相对通气量δB进行判
断，若δB＞10％且QB×(tBt-tB0)-(mBt-mB0)＞0，则使进入副储料仓的气体流量减小至γB×QB，若δB＞10％且QB×(tBt-tB0)-(mBt-mB0)＜0，则使进入副储料仓的气体流量增大至γB’×QB，若δB≤10％，则保持副储料仓的通气流量，直到通气时间t＝tm时，停止向副储料仓通气体；
(9)对副储料仓的压力进行判断，若副储氢仓压力PBt大于或等于第二压力阈值，则副储料仓内固态储料与气体的反应过程持续进行，当副储氢仓压力PBt小于第二压力阈值，则使副储料仓压力增大到至PBt大于或等于第二压力阈值，直到通气时间t＝tm+tn；
(10)根据第二压力阈值对副储料仓的气体压力PBt进行判断，若气体压力PBt＜αB’×第二压力阈值，则返回步骤(8)，若气体压力PBt≥αB’×第二压力阈值，则停止向副储料仓通入气体，其中，αB’为主储料仓气压调节系数，取值范围为0～1；
(11)设气体以流量为QC进入燃料供给系统回收仓的起始时间为tC0，回收仓内固态储料的初始质量为mC0，tCt时刻回收仓内的固态储料和气体质量之和为mCt，则在任意时刻，回收仓的相对通气量δC＝|{QC×(tCt-tC0)-(mCt-mC0)}/(mCt-mC0)|，对相对通气量δC进行判断，若δC＞10％且QC×(tCt-tC0)-(mCt-mC0)＞0，则使进入回收仓的气体流量减小至γC×QC， 若δC＞10％且QC×(tCt-tC0)-(mCt-mC0)＜0，则使进入回收仓的气体流量增大至γC’×QC，若δC≤
10％，则保持回收仓的通气流量，直到通气时间t＝tm时，停止向回收仓通气体，其中γC、γC’为设定的回收仓气体流量调节系数，取值范围分别为0～1和1～3，tm为设定的回收仓单次通气时间，tm的取值范围为0～30min，QC的取值范围为0～100L/min；
(12)设定一个回收仓第三压力阈值，对回收仓的压力进行判断，若主储氢仓压力PCt≥αC×第三压力阈值，则回收仓内固态储料与气体的反应过程持续进行，当主储氢仓压力PCt＜αC×第三压力阈值，则使回收仓压力增大至PCt≥αC×第三压力阈值，直到通气时间t＝tm+tn，其中αC为回收仓内固态储料活化阶段调节系数，取值范围为1～3，tn为设定的回收仓单次气体固化时间，取值范围为0～30min，第三压力阈值的取值范围为0～10Mpa；
(13)气体以流量为QC进入燃料供给系统回收仓，对回收仓的相对通气量δC进行判断，若δC＞10％且QC×(tCt-tC0)-(mCt-mC0)＞0，则使进入回收仓的气体流量减小至γC×QC，若δC＞
10％且QC×(tCt-tC0)-(mCt-mC0)＜0，则使进入回收仓的气体流量增大至γC’×QC，若δC≤
10％，则保持回收仓的通气流量，直到通气时间t＝tm时，停止向回收仓通气体；
(14)对回收仓的压力进行判断，若主储氢仓压力PCt大于或等于第三压力阈值，则回收仓内固态储料与气体的反应过程持续进行，当主储氢仓压力PCt小于第三压力阈值，则使回收仓压力增大到至PCt大于或等于第三压力阈值，直到通气时间t＝tm+tn；
(15)根据第三压力阈值对回收仓的气体压力PCt进行判断，若气体压力PCt＜αC’×第三压力阈值，则返回步骤(13)，若气体压力PCt≥αC’×第三压力阈值，则停止向回收仓通入气体，其中，αC’为回收仓气压调节系数，取值范围为0～1；
(16)若主储料仓获得气体释放信号，则设燃料供给系统主储料仓在温度为TA0’、压力为PA0’的条件下以气体流量为QA’释放气体，气体离开主储料仓的起始时间为tA0’，主储料仓内固态储料和气体质量之和的初始质量为mA0’，tAt时刻主储料仓内的固态储料和气体质量之和为mAt’，则在任意时刻，主储料仓的相对通气量δA’＝|{QA’×(tAt’-tA0’)-(mA0’-mAt’)}/(mA0’-mAt’)|，对相对通气量δA’进行判断，若δA’＞10％且QA’×(tAt’-tA0’)-(mA0’-mAt’)＞0，则使离开主储料仓的气体流量减小至ηA×QA’，若δA’＞10％且QA’×(tAt’-tA0’)-(mA0’-mAt’)＜0，则使离开主储料仓的气体流量增大至ηA’×QA’，若δA’≤10％，则保持主储料仓的通气流量，直到主储料仓接到停止释放气体的信号，其中ηA、ηA’为设定的主储料仓气体流量调节系数，取值范围分别为0～1和1～3，tm’为设定的主储料仓单次气体释放时间，tm’的取值范围为0～30min；QA’为根据燃料电池供给需求设定的通气量，QA’的取值范围为0～100L/min，TA0’为设定的主储料仓释放气体的温度，取值范围为 298～423K，PA0’为设定的主储料仓释放气体的压力，取值范围为0～10Mpa；
(17)恢复主储料仓温度至室温、压力至标准大气压，记录气体释放量QA0’；
(18)若主储料仓获得气体释放信号，则主储料仓在温度为TA0’、压力为PA0’的条件下以气体流量为QA’释放气体，对相对通气量δA’进行判断，若δA’＞10％且QA’×(tAt’-tA0’)-(mA0’-mAt’)＞0，则使离开主储料仓的气体流量减小至ηA×QA’，若δA’＞10％且QA’×(tAt’-tA0’)-(mA0’-mAt’)＜0，则使离开主储料仓的气体流量增大至ηA’×QA’，若δA’≤10％，则保持主储料仓的通气流量，直到主储料仓接到停止释放气体的信号；
(19)恢复主储料仓温度至室温、压力至标准大气压，记录气体释放量累加量ΔQA1’；
(20)在任意时刻，主储料仓放气量QnA’＝QA0’+ΔQA1’+ΔQA2’+···+ΔQAn’，对主储料仓放气量QnA’进行判断，若QnA’≥90％ωA×mA0’时，则主储料仓产生缺气警示信号，并启动副储料仓气体释放过程，其中ωA为主储料仓内固态储料的放气率，取值范围为5％～50％；
(21)若主储料仓放气量QnA’≥95％ωA×mA0’，则提高主储料仓温度至βATA0’并增大主储料仓压力至βA’PA0’并维持tAx，其中βA和βA’分别为固态储料延寿阶段温度、气压调节系数，取值范围为1～3，tAx为主储料仓内固态储料延寿阶段的保持时间，取值范围为0～30min；
(22)设主储料仓内固态储料活化次数的初始值为N，在N+3次气体充放过程中，若Qn-1A’＜QnA’，n≦N+3，则记录QnA’并进行下一轮比较，若Qn+1A’≤QnA’，n≦N+3，则记录QnA’、n为主储料仓固态储料最大放气量QnAmax’和活化次数，并作为主储料仓固态储料定寿依据，其中，N的取值范围为0～20；
(23)若Qn-1A’-QnA’≤kA×QnAmax’/Nmin，则主储料仓内的固态储料处于正常使用状态，主储料仓继续工作，其中kA为设定的主储料仓正常使用阶段稳定系数，取值范围为0～5，Nmin为设定的主储料仓内固态储料的最小使用次数，取值范围为1000～2000；
(24)若kA×QnAmax’/Nmin≤Qn-1A’-QnA’≤kA’×QnAmax’/Nmin且n≧Nb，则主储料仓内固态储料仍处于正常使用状态，主储料仓继续工作，其中k’为设定的主储料仓正常使用阶段亚稳定系数且kA
(25)若kA×QnAmax’/Nmin≤Qn-1A’-QnA’≤kA’×QnAmax’/Nmin且n
(26)若副储料仓获得气体释放信号，则设燃料供给系统副储料仓在温度为TB0’、压 力为PB0’的条件下以气体流量为QB’释放气体，气体离开副储料仓的起始时间为tB0’，副储料仓内固态储料和气体质量之和的初始质量为mB0’，tBt时刻副储料仓内的固态储料和气体质量之和为mBt’，则在任意时刻，副储料仓的相对通气量δB’＝|{QB’×(tBt’-tB0’)-(mB0’-mBt’)}/(mB0’-mBt’)|，对相对通气量δB’进行判断，若δB’＞10％且QB’×(tBt’-tB0’)-(mB0’-mBt’)＞0，则使离开副储料仓的气体流量减小至ηB×QB’，若δB’＞10％且QB’×(tBt’-tB0’)-(mB0’-mBt’)＜0，则使离开副储料仓的气体流量增大至ηB’×QB’，若δB’≤10％，则保持副储料仓的通气流量，直到副储料仓接到停止释放气体的信号，其中ηB、ηB’为设定的副储料仓气体流量调节系数，取值范围分别为0～1和1～3，tm’为设定的副储料仓单次气体释放时间，tm’的取值范围为0～30min；QB’为根据燃料电池供给需求设定的通气量，QB’的取值范围为0～100L/min，TB0’为设定的副储料仓释放气体的温度，取值范围为298～423K，PB0’为设定的副储料仓释放气体的压力，取值范围为0～10Mpa；
(27)恢复副储料仓温度至室温、压力至标准大气压，记录气体释放量QB0’；
(28)若副储料仓获得气体释放信号，则副储料仓在温度为TB0’、压力为PB0’的条件下以气体流量为QB’释放气体，对相对通气量δB’进行判断，若δB’＞10％且QB’×(tBt’-tB0’)-(mB0’-mBt’)＞0，则使离开副储料仓的气体流量减小至ηB×QB’，若δB’＞10％且QB’×(tBt’-tB0’)-(mB0’-mBt’)＜0，则使离开副储料仓的气体流量增大至ηB’×QB’，若δB’≤10％，则保持副储料仓的通气流量，直到副储料仓接到停止释放气体的信号；
(29)恢复副储料仓温度至室温、压力至标准大气压，记录气体释放量累加量ΔQB1’；
(30)在任意时刻，副储料仓放气量QnB’＝QB0’+ΔQB1’+ΔQB2’+…+ΔQBn’，对副储料仓放气量QnB’进行判断，若QnB’≥80％ωB×mB0’时，则副储料仓产生缺气信号，并启动回收仓或外部气源向主、副储料仓供气过程，其中ωB为副储料仓内固态储料的放气率，取值范围为
5％～50％；
(31)若副储料仓放气量QnB’≥90％ωB×mB0’，则副储料仓产生缺气警示信号，并启动主储料仓供气过程；
(32)若副储料仓放气量QnB’≥95％ωB×mB0’，则提高副储料仓温度至βBTB0’并增大副储料仓压力至βB’PB0’并维持tBx，其中βB和βB’分别为固态储料延寿阶段温度、气压调节系数，取值范围为1～3，tBx为副储料仓内固态储料延寿阶段的保持时间，取值范围为0～30min；
(33)设副储料仓内固态储料活化次数的初始值为N，在N+3次气体充放过程中，若Qn-1B’＜QnB’＝，n≦N+3，则记录QnB’并进行下一轮比较，若Qn+1B’≤QnB’，n≦N+3，则记录QnB’、n为副储料仓固态储料最大放气量QnBmax’和活化次数，并作为副储料仓固态储料 定寿依据，其中，N的取值范围为0～20；
(34)若Qn-1B’-QnB’≤kB×QnBmBx’/Nmin，则副储料仓内的固态储料处于正常使用状态，副储料仓继续工作，其中kB为设定的副储料仓正常使用阶段稳定系数，取值范围为0～5，Nmin为设定的副储料仓内固态储料的最小使用次数，取值范围为1000～2000；
(35)若kB×QnBmax’/Nmin≤Qn-1B’-QnB’≤kB’×QnBmax’/Nmin且n≧Nb，则副储料仓内固态储料仍处于正常使用状态，副储料仓继续工作，其中k’为设定的副储料仓正常使用阶段亚稳定系数且kB
(36)若kB×QnBmax’/Nmin≤Qn-1B’-QnB’≤kB’×QnBmax’/Nmin且n
(37)若回收仓获得气体释放信号，则设燃料供给系统回收仓在温度为TC0’、压力为PC0’的条件下以气体流量为QC’释放气体，气体离开回收仓的起始时间为tC0’，回收仓内固态储料和气体质量之和的初始质量为mC0’，tCt时刻回收仓内的固态储料和气体质量之和为mCt’，则在任意时刻，回收仓的相对通气量δC’＝|{QC’×(tCt’-tC0’)-(mC0’-mCt’)}/(mC0’-mCt’)|，对相对通气量δC’进行判断，若δC’＞10％且QC’×(tCt’-tC0’)-(mC0’-mCt’)＞0，则使离开回收仓的气体流量减小至ηC×QC’，若δC’＞10％且QC’×(tCt’-tC0’)-(mC0’-mCt’)＜0，则使离开回收仓的气体流量增大至ηC’×QC’，若δC’≤10％，则保持回收仓的通气流量，直到回收仓接到停止释放气体的信号，其中ηC、ηC’为设定的回收仓气体流量调节系数，取值范围分别为0～1和1～3，tm’为设定的回收仓单次气体释放时间，tm’的取值范围为0～30min；QC’为根据燃料电池供给需求设定的通气量，QC’的取值范围为0～100L/min，TC0’为设定的回收仓释放气体的温度，取值范围为298～423K，PC0’为设定的回收仓释放气体的压力，取值范围为0～
10Mpa；
(38)恢复回收仓温度至室温、压力至标准大气压，记录气体释放量QC0’；
(39)若回收仓获得气体释放信号，则回收仓在温度为TC0’、压力为PC0’的条件下以气体流量为QC’释放气体，对相对通气量δC’进行判断，若δC’＞10％且QC’×(tCt’-tC0’)-(mC0’-mCt’)＞0，则使离开回收仓的气体流量减小至ηC×QC’，若δC’＞10％且QC’×(tCt’-tC0’)-(mC0’-mCt’)＜0，则使离开回收仓的气体流量增大至ηC’×QC’，若δC’≤10％，则保持回收仓的通气流量，直到回收仓接到停止释放气体的信号；
(40)恢复回收仓温度至室温、压力至标准大气压，记录气体释放量累加量ΔQC1’；
(41)在任意时刻，回收仓放气量QnC’＝QC0’+ΔQC1’+ΔQC2’+…+ΔQCn’，对回收仓放气量QnC’进行判断，若回收仓放气量QnC’≥95％ωC×mC0’，则提高回收仓温度至βCTC0’并增大回收仓压力至βC’PC0’并维持tCx，其中βC和βC’分别为固态储料延寿阶段温度、气压调节系数，取值范围为1～3，tCx为回收仓内固态储料延寿阶段的保持时间，取值范围为0～30min；
(42)设回收仓内固态储料活化次数的初始值为N，在N+3次气体充放过程中，若Qn-1C’＜QnC’(n≦N+3)，则记录QnC’并进行下一轮比较，若Qn+1C’≤QnC’(n≦N+3)，则记录QnC’、n为回收仓固态储料最大放气量QnCmax’和活化次数，并作为回收仓固态储料定寿依据，其中，N的取值范围为0～20；
(43)若Qn-1C’-QnC’≤kC×QnCmax’/Nmin，则回收仓内的固态储料处于正常使用状态，回收仓继续工作，其中kC为设定的回收仓正常使用阶段稳定系数，取值范围为0～5，Nmin为设定的回收仓内固态储料的最小使用次数，取值范围为1000～2000；
(44)若kC×QnCmax’/Nmin≤Qn-1C’-QnC’≤kC’×QnCmax’/Nmin且n≧Nb，则回收仓内固态储料仍处于正常使用状态，回收仓继续工作，其中k’为设定的回收仓正常使用阶段亚稳定系数且kC
(45)若kC×QnCmax’/Nmin≤Qn-1C’-QnC’≤kC’×QnCmax’/Nmin且n