[發明專利]能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲氫氣瓶及方法

無效

• 申請號: 201310360170.6
• 申請日: 2013-08-18
• 公開（公告）號: CN103438349A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 趙永志;李靜媛;花爭立;劉驍;周池樓;鄭津洋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F17C1/00
• 分類號: F17C1/00;F17C13/00;G05D23/01
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明涉及一種高壓氫氣快充溫升的控制技術，更具體是說，涉及基于強化換熱和增加熱容的能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲氫氣瓶及方法。

背景技術

氫燃料電池汽車以其清潔、能量利用率高和無溫室氣體排放等優點被廣泛視為解決能源、環境問題的下一代機動車。高壓氣態儲氫由于具有結構簡單、質量儲氫密度高、充裝和排放速度快等突出優點成為占主導地位的車載儲氫方式。為提高燃料電池車的續駛里程（500km），采用70MPa的高壓氣態儲氫成為一種趨勢。此外，為了使氫燃料電池汽車商業可行，通常將燃料加注時間限定為3-5min。

然而，對于70MPa儲氫氣瓶，快速充裝過程中，由于氣體壓縮效應等因素會使氣瓶各部位的溫度驟升，如溫度超過85℃便很可能造成儲氫氣瓶外層碳纖維復合材料剝離失效，進而影響車載儲氫系統的安全。因此往往需要采用一些方法來控制氫氣高壓快充的溫度升高。

對氫氣進行預冷，即在加注槍上游設置低溫預冷裝置，是最直接并且最常用的方法，但是預冷系統需要大量的固定設備及額外的能量消耗，這部分投資及能量消耗很大程度上降低了車載高壓儲氫的經濟性。此外，環境溫度比較低時，例如冬天，快充結束后，儲氫氣瓶內的最高溫度甚至低于85℃，不需要控制溫升，此時預冷裝置的經濟性和實用性進一步下降。

然而，目前國內外已有的加氫站及氫氣高壓快充實驗均使用預冷系統，尚無采用其他溫升控制方法，避免預冷系統的報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲氫氣瓶及方法。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲氫氣瓶，其內膽以金屬鋁制成，外側包裹碳纖維復合材料層；在內膽中放置了螺旋狀的鋁帶作為填充物，該填充物具備彈性且其外緣與內膽的內壁保持接觸。

所述填充鋁的質量m_Al按如下公式計算獲得：

Δt=t_H2-t_amb?????????????????????????????????????????????（1）

t_H2，M=Δt+t_amb，M????????????????????????????????????（2）

c_H2m_H2Δt=c_H2m_H2(t_H2，M-85)=c_Alm_Al(85-t_amb，M)?????????（3）

式中，Δt：氫氣溫升值；t_H2：儲氫氣瓶內氫氣的溫度；t_amb：環境溫度；t_H2，M：儲氫氣瓶內氫氣的最高溫度；t_amb,M：當地全年最高環境溫度；c_H2：氫氣的熱容；m_H2：儲氫氣瓶額定充裝質量；c_Al：鋁的熱容；m_Al：填充鋁的質量。

本發明進一步提供了一種能夠控制儲氫氣瓶高壓氫氣快充溫升的方法，使用內膽以金屬鋁制成、外側包裹碳纖維復合材料層的儲氫氣瓶用于充入高壓氫氣；該方法具體包括以下步驟：

（1）獲取加注要求、儲氫氣瓶中氫氣的初始狀態參數及環境參數，包括：c_H2：氫氣的熱容；c_Al：鋁的熱容；m_H2：儲氫氣瓶額定充裝質量；m_Al：填充鋁的質量；P_H2：儲氫氣瓶內初始壓力；P：儲氫氣瓶額定充裝壓力；t_amb：環境溫度；t_amb,M：當地全年最高環境溫度；t_H2：儲氫氣瓶內氫氣的溫度；t_H2，M：儲氫氣瓶內氫氣的最高溫度；t_Al：填充鋁的平均溫度；Δt：氫氣溫升值；T：加注時間；V：儲氫氣瓶的容積；ρ_H2：氫氣的密度；

（2）對于確定的加注時間T、儲氫氣瓶初始充裝壓力P_H2及額定充裝壓力P，快充時產生的熱量一定，氫氣溫升值Δt不隨環境溫度t_amb的變化而變化。則根據已知充裝過程，計算得氫氣溫升值Δt：