专利名称：用于操作并控制加气的方法
用于操作并控制加气的方法本发明涉及一种用于安全、准确且快速地操作并控制从加气站(fillingstation)向诸如车辆的接收器的加气(例如，氢气)的方法。一些加气站供应商和研究机构具有例如下一部分中所提及的可替换加气方法。它们通常基于如周围环境温度、初始车辆压力以及加气站的冷却容量的参数而使用根据实验数据的相关性来生成预定义的操作序列。
SAE(2009)，用于气态氢地面车辆的燃料加注协议，标准SAE J2601之后的工作
草案； US 7，059，364以及其中引用的参考文献。GTI的用于加氢的方法。mw 2008/110240o Linde的用于速率受控加气的方法。
WO 2007/077376。Air Liquid的用于压力通道加气的方法。
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-如果在所谓的通信燃料加注中连续地传送容量、温度和压力；并且-如果所估计的变量与所传送的变量之间出现明显的偏差，则分别使用这些特性和变量的估计来验证所测量并发送的信息以及将加气切换至安全的非通信燃料加注模式。在优选实施例中，该加气还包括-通过例如加注少量的气体来采用用于测量接收器的初始条件的初始加气序列；-借助于通过若干功能块来操作过程的主加气控制器来采用主加气序列，该主加气序列包括〇连续地测量加气站侧温度和压力，并且在通信燃料加注中，连续地接收接收器的温度和压力； 〇基于加气站侧测量来连续地估计接收器的罐容量、压力、温度和密度；〇连续地测量或估计气体质量流速和加注的累积气体质量；〇借助于操作加气站储存器并确保气体从储存器流到接收器的气体供应块来供应气体；〇采用通信块以将相关信息给予加气站的操作者和接收器的操作者；〇独立地监测加气的进程，以在检测到异常的情况下中断该主加气，包括比较所估计的接收器加气变量和所测量的接收器加气变量；以及-使用加气序列的结束以关闭加气序列并准备将接收器从加气站断开。此外，加气变量的估计可以包括-基于物理和热力学进行建模，以将所述加气站测量(诸如，加气站储存器及管路压力、周围环境及管路温度)与接收器的气罐中的压力和温度的演变关联，该建模与经验或半经验关系相适应以确保与实际相符，并使用测量作为输入来进行实时计算。优选地，初始加气可以包括-借助于第一加气量打开加气管路中的止回阀，以使得能够测量罐初始压力并且检查泄漏以及检查初始条件是否在规定的限度内，以允许进行加气；以及-通过例如在加气站处从明确定义的封闭容积进行加气来使用可选的第二明确定义的加气，以通过解释所得到的罐中的压力增加来给出罐容积/容量的第一准确估计。可替换地，主加气可以包括-借助于控制阀、并行的可选择约束装置来控制加注至接收器的气体的速率，接通/关闭加气等；-可选地将质量平衡应用于加气站储存器，以测量质量流量；-通过操控加气速率并使用接收器的气体温度的测量或估计作为反馈来对气体温度进行闭环控制，以确保可能的最快速加气；-如果过程数据是冗余的，则执行数据协调，诸如，根据测量在约束装置上的压降、根据储存罐的质量平衡、根据质量流量计以及根据接收器的质量平衡来估计流量；以及-借助于在加气管路中的热交换器等来冷却并可能地控制所输送的气体的温度。因此，本发明解决了与现有技术相关联的问题 通过使用基于物理的关系来计算基本的加气控制参数(如车辆气体密度和温度)，降低了对实验数据的需求，并且操作包络得到扩展。
该方法实现了连续地进行所有计算的可能，使得始终使用基本的加气参数的最新更新且最可靠的估计。可以连续地操作加气-无需暂停该进程以访问用于计算加气参数的测量。 将估计温度用于反馈并使用质量流速作为操控变量，接收器的温度变得可用于控制。这利用其它非通信方法是不可能实现的。通过控制温度，可以在不超过安全限值的情况下确保最短加气时间。质量流量计量可以通过质量平衡、使用简单且可靠的仪器(诸如，温度传感器和压力传感器)来进行，从而增加可靠性并降低投资成本。现在，借助于在附图
中呈现的优选实施例来示出根据本发明的方法的结构，在附图中 图I示意性地示出了附接有接收单元的概念上的加气站；以及图2示意性地示出了概念上的算法步骤和通信路径。如上所述，本发明可应用在不同的技术领域中，但下文中借助于关于车辆的实施例来进行讨论。当前方法是为了分别在与接收器通信的情况下或在没有与接收器通信的情况下进行加气而开发的，即，所谓的“通信燃料加注”(当从接收器发送指定的信息(例如，IR)并在加气站处对其进行验证时)和“非通信燃料加注”(不存在接收器通信)模式。默认操作模式规定为通信燃料加注，其中，采用接收器的储存器压力和温度的测量值来控制加气。燃料加注站控制器在通信中断的情况下切换至非通信燃料加注。此外，如果在此描述的本方法中估计的参数与那些从接收器测量并传送的参数之间存在明显偏差，则应当采取保守的方法或者应当关闭加气。下面说明如何使得待使用的基本加气变量和参数的连续估计在非通信燃料加注中可利用。基本地，在加气期间估计接收器的气体压力，以使得能够在加气期间连续地更新接收器的估计容量和气体温度。下面的算法使得能够在加气时段和休息时段期间连续估计车辆压力。一些可替换的估计模式出现I.主加气阀关闭。不能获得接收器压力的估计。2.主加气阀打开而所有罐阀关闭。接收器压力等于管路压力。3.主加气阀打开而罐阀之一打开。根据本部分中所导出的与上游压力的关系而估计的接收器压力等于打开的罐的压力。一些约束应用于所估计的压力 压力应当总是等于或低于管路压力； 压力应当大于给定系数(0-1)的管路压力。最初，该系数为0. 5。从加气站储存罐至接收罐，可以想到存在对流量的两个主要约束装置一个是控制或固定节流阀以及一个是接收器内部的约束装置。接收器内部的约束装置被认为是固定约束装置。在加气期间，质量以可忽略的累积量流过这两种约束装置，因此，通过两种约束装置的速率是相同的，可以从方程中消去质量流量并获得接收器压力的估计。根据国际标准，IEC 60534-2-1，“工业过程控制阀_2_1部分流量-容量一在安装条件下流体流量的大小估计方程”，IEC阀方程如下
权利要求
1.一种用于操作并控制从加气站向接收器的加气的方法，其特征在于，所述方法包括 -主动地控制所述接收器内的基本加气变量,所述加气变量包括气体的温度、压力以及密度； -基于使用物理和热力学关系解释的加气站侧测量来连续地更新所述加气变量的估计，以使得所述变量即使在所述接收器在所谓的非通信燃料加注中没有与所述加气站通信时也是可用的；以及 -基于非通信燃料加注中的加气站侧测量来连续地更新所述接收器的容量。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，主加气还包括 -如果在所谓的通信燃料加注中连续地传送容量、温度和压力，则使用这些特性和变量的估计来验证所测量并发送的信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主加气还包括 -如果在所估计的变量与所传送的变量之间存在明显偏差，则将所述加气切换至安全的非通信燃料加注模式。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述加气还包括 -通过例如加注少量的气体来采用用于测量所述接收器的初始条件的初始加气序列； -借助于通过若干功能块来操作过程的主加气控制器来采用主加气序列，所述主加气序列包括 〇连续地测量加气站侧温度和压力，并且在通信燃料加注中，连续地接收所述接收器的温度和压力； 〇基于所述加气站侧测量来连续地估计接收器的罐容量、压力、温度和密度； 〇连续地测量或估计气体质量流速以及加注的累积气体质量； 〇借助于操作所述加气站储存器并确保气体从所述储存器流到所述接收器的气体供应块来供应气体； 〇采用通信块以将相关信息给予所述加气站的操作者和所述接收器的操作者； 〇独立地监测所述加气的进程，以在检测到异常的情况下中断所述主加气，包括比较所估计的接收器加气变量和所测量的接收器加气变量；以及 -使用加气序列的结束以关闭所述加气序列并准备将所述接收器从所述加气站断开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述加气变量的估计还包括 基于物理和热力学进行建模，以将诸如加气站储存器压力及管路压力、周围环境温度及管路温度的所述加气站测量与所述接收器的气罐中的压力和温度的演变关联，所述建模与经验或半经验关系相适应以确保与实际相符，并使用测量作为输入来进行实时计算。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述初始加气包括 -借助于第一加气量打开所述加气管路中的止回阀，以使得能够测量罐容积的初始压力并且检查泄漏以及检查初始状况是否在规定的限度内，以允许进行加气；以及 -通过例如在所述加气站处从明确定义的封闭容积进行加气来使用可选的第二明确定义的加气，以通过解释所得到的罐中的压力增加来给出所述罐容积/容量的第一准确估计。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主加气包括 -借助于控制阀、并行的可选择约束装置来控制加注至所述接收器的气体的速率，接通/关闭加气等。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主加气包括 -可选地将质量平衡应用于所述加气站储存器，以测量所述质量流量。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主加气包括 -通过操控所述加气速率并使用所述接收器的气体温度的测量或估计作为反馈来对所述气体温度进行闭环控制，以确保可能的最快速加气。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主加气包括 -如果过程数据是冗余的，则执行数据协调，诸如，根据测量在约束装置上的压降、根据储存罐的质量平衡、根据质量流量计以及根据所述接收器的质量平衡来估计流量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主加气包括 -借助于在所述加气管路中的热交换器等来冷却并可能地控制所输送的气体的温度。
全文摘要
一种用于操作并控制从加气站向接收器的加气的方法包括主动地控制接收器内的基本的加气变量，诸如，气体的温度、压力和密度；基于使用物理和热力学关系解释的加气站侧测量来连续地更新加气变量的估计，以使得变量即使在接收器在所谓的非通信燃料加注中没有与加气站通信时也是可用的；以及基于非通信燃料加注中的加气站侧测量来连续地更新接收器的估计容量。
文档编号F17C13/02GK102713405SQ201080047248
公开日2012年10月3日 申请日期2010年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者帕尔·基蒂尔森, 帕尔·米特伯恩, 谢蒂尔·菲耶尔斯塔德 申请人:耐尔氢气有限公司