专利名称：车用氢燃料的冷却加注方法
技术领域：
本发明属车用气体燃料加注技术领域，涉及一种车用氢燃料的加注方法，尤其涉 及一种加注速度快、使用安全性高的车用氢燃料的冷却加注方法。
背景技术：
燃料电池汽车因其能源利用效率高、污染物零排放等优点，是21世纪最理想、最 有可能成为传统能源汽车的升级换代替产品。加氢站是燃料电池汽车的重要的配套基础设 施，加氢站的建立将会极大的推进燃料电池汽车的推广使用。加氢站加氢方式可分为两种气氢加注站和液氢加注站。液氢加注站建设规模大， 且液氢的挥发渗透强，损耗大，故目前仍处于实验或示范项目阶段。通用的气氢加注站主要 分为三部分氢气源、加压储氢装置、加注计量装置。工作流程为将来自氢气源的气态氢气， 压缩储存在储氢装置内，需要时再通过压缩机二次压缩、将氢气加压至汽车气瓶所需要的 压力后，再经加注计量装置，加注到汽车车载气瓶中。以上加注流程基本上可以满足35MPa 压力的汽车加注时间要求，但是对于70MPa容量的汽车，由于加注压力远高于35MPa的压 力，在给车载气瓶加注过程中高速气流将造成氢气温度急剧升高，存在严重的安全隐患，车 载气瓶的寿命也受到了很大影响。但是随着气氢技术的推广、车辆的增多，要求更高的气瓶充装压力，如70MI^压力 的气瓶将提供更多的续航里程，70MI^超高压的气瓶的应用将越来越广，为了降低加注时 间，提高氢气加注流速和加注压力，将会导致车载气瓶温度的急剧增高，同时将大大增加安 全隐患。从加注过程中安全操作考虑，为了避免气瓶内氢气温度过高，通常采用加注、冷却、 再加注、再冷却交替进行方法，即加注升温后暂停一段时间，使气瓶温度降低，然后再次加 注，再次暂停加注，冷却降温。这样使得整个加注过程耗时很长。
发明内容
本发明的目的是提供一种加注速度快、使用安全性高的车用氢燃料的冷却加注方 法，克服现有技术将气氢通过压缩机加压后，直接加注到车载气瓶中加注方式造成的快速 加注过程中导致温度过高、安全性降低和加注时间过长的不足。为了达到上述目的，采用的技术方案是车用氢燃料的冷却加注方法，其特征在于 依次包括下述步骤(1)来自氢气源1的氢气经氢气压缩机2压缩升温；(2)然后经冷却换热装置冷却降温；(3)最后加注计量装置的加注枪与车载氢气瓶连接，加注到车载氢气瓶中完成加注。所述步骤(2)冷却降温方法为，氢气压缩机的出口依次与置于冷却换热装置内的 换热管路、以及后续的流量计、压力传感器、温度传感器、第三阀门、加注枪串联连接，构成 工作管路；制冷压缩机、缓冲罐、交换介质储罐、第一阀门、冷却管路、第二阀门、制冷压缩机依次串联连接，构成冷却循环回路，通过冷却换热装置内的换热管路与冷却管路热交换，实 现换热管路中压缩氢气冷却降温。所述交换介质储罐中交换介质是体积比为1 1的乙二醇和水混合物。步骤(3)中所述加注枪带红外通讯探测装置，为市售WEH-TK 17 型加注枪本发明的积极效果是在加装冷却换热装置后，来自储氢装置氢气压缩机的压缩 气体，在经过冷却换热装置冷却后，氢气被冷却到合适的低温状态(通常会被降低到零下 20度)，再经过加注计量装置，加注到车载气瓶中，既可改善气瓶的高温状态，又可满足车 辆快速加注需求，最重要的是可将气瓶温度控制在安全装填状况下，最大程度确保车辆加 注过程的安全性。经过实验及试运营情况证明，氢气充装时间短，安全稳定效果很好。不仅 适用于35MPa压力车载气瓶的氢气加注，也适用于70MPa压力车载气瓶的氢气加注。
下面结合附图和实例对本发明进一步说明图1是本发明冷却加注方法流程示意图。图中，1-氢气源；2-压缩机；3-第一阀门；4-交换介质储罐；5-缓冲罐；6_制冷压 缩机；7-第二阀门；8-流量计；9-压力传感器；10-温度传感器；11-冷却管路；12-换热管 路；13-第三阀门；14-带红外通讯的加注枪。
具体实施例方式图1为本发明冷却加注方法流程示意图，由图示可见，车用氢燃料的冷却加注方 法，其特征在于依次包括下述步骤(1)来自氢气源1的氢气经氢气压缩机2压缩升温；(2)然后经冷却换热装置冷却降温；(3)最后加注计量装置的加注枪14与车载氢气瓶连接，加注到车载氢气瓶中完成加注。所述步骤(2)冷却降温方法为，氢气压缩机2的出口依次与置于冷却换热装置内 的换热管路12、以及后续的流量计8、压力传感器9、温度传感器10、第三阀门13、加注枪14 串联连接，构成工作管路；制冷压缩机6、缓冲罐5、交换介质储罐4、第一阀门3、冷却管路 U、第二阀门7、制冷压缩机6依次串联连接，构成冷却循环回路，通过冷却换热装置内的换 热管路12与冷却管路11热交换，实现换热管路中压缩氢气冷却降温。所述交换介质储罐4中交换介质是体积比为1 1的乙二醇和水的混合物。步骤(3)中所述加注枪14带红外通讯探测装置，市售WEH-TK 17IR型加注枪。使用时，当带红外通讯的加注枪14与外来车载气瓶对接后，加注枪14上红外探测 装置将环境及气瓶状态反馈给冷却换热装置控制系统，控制系统根据反馈信息启动制冷压 缩机6，将交换介质冷却到一个合适的低温状态，经过缓冲罐5流入交换介质储罐4，通过第 一阀门3进入换热装置的冷却管路11中，通过与换热管路12进行热交换，温度升高后的交 换介质从冷却管路11流出，通过第二阀门7，再次循环进入制冷压缩机6制冷。工作管路中氢气源1氢气经过氢气压缩机2压缩升温，压缩氢气经过冷却换热装 置中换热管路12冷却降温，再经流量计8、压力传感器9、温度传感器10的监测，第三阀门
413控制，带红外通讯的加注枪14再将冷却后的氢气体加注到外来车载气瓶中。以装载两个28L高压车载氢气瓶的氢燃料电池轿车为例，假设环境温度为30°C， 氢气加注压力为35MPa时，其最大加注量为1. 4kg。从氢气压缩机2出来的经过压缩的氢气 温度约50°C，当采用普通加注方式时，为了防止温度过高，不得不中途暂停一段时间用于降 温，完成加注需耗时5到8分钟，气瓶内氢气温度达到了 85度。当采用本发明的冷却加注方 式时，经过氢气压缩机2出来的50°C的氢气，经过带红外通讯的加注枪14的对环境温度及 气瓶温度的检测，反馈信息至控制系统，然后启动制冷压缩机6，将交换介质冷却到-20°C。 经过换热管路12将被冷却至-20°C至-15°C的高压氢气，经加注枪14加注到车载气瓶中， 完成加注耗时仅1到2分钟，气瓶温度在45°C至55°C之间。其效果非常明显，很好的保证 了车辆快速加氢的要求，同时加注的安全风险大大降低。在加注压力为70MPa的车载气瓶上，用普通加注方法，将耗时更长，气瓶温度更 高，给安全使用氢气带来了极大的隐患。采用本发明的冷却加注方法，可很好地解决加注耗 时长、气瓶温度高、使用不安全等问题。
权利要求
1.车用氢燃料的冷却加注方法，其特征在于依次包括下述步骤(1)来自氢气源的氢气经氢气压缩机压缩升温；(2)然后经冷却换热装置冷却降温；(3)最后加注计量装置的加注枪与车载氢气瓶连接，加注到车载氢气瓶中完成加注。
2.根据权利要求1所述车用氢燃料的冷却加注方法，其特征在于所述步骤( 冷却降 温方法为，氢气压缩机的出口依次与置于冷却换热装置内的换热管路、以及后续的流量计、 压力传感器、温度传感器、第三阀门、加注枪串联连接，构成工作管路；制冷压缩机、缓冲罐、 交换介质储罐、第一阀门、冷却管路、第二阀门、制冷压缩机依次串联连接，构成冷却循环回 路，通过冷却换热装置内的换热管路与冷却管路热交换，实现换热管路中压缩氢气冷却降
3.根据权利要求2所述车用氢燃料的冷却加注方法其特征在于所述交换介质储罐中 交换介质是体积比为11的乙二醇和水混合物。
4.根据权利要求1所述车用氢燃料的冷却加注方法，其特征在于步骤(3)中所述加注 枪带红外通讯探测装置。
5.根据权利要求1或4所述车用氢燃料的冷却加注方法，其特征在于所述加注枪为 市售TOH-TK 17 型加注枪。
全文摘要
本发明一种车用氢燃料的冷却加注方法，属车用气体燃料加注技术领域，其特征在于依次包括下述步骤(1)来自氢气源的氢气经氢气压缩机压缩升温；(2)然后通过冷却换热装置内的换热管路与冷却管路热交换，实现换热管路中压缩氢气冷却降温；(3)最后加注计量装置的加注枪与车载氢气瓶连接，加注到车载氢气瓶中完成加注。其优点是既可将气瓶温度控制在安全装填状况下，又可满足车辆快速加注需求，确保车辆加注过程的安全性。氢气充装时间短，安全稳定效果很好。不仅适用于35MPa压力车载气瓶的氢气加注，也适用于70MPa压力车载气瓶的氢气加注。
文档编号H01M8/04GK102104162SQ20101061913
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者傅玉敏, 吴竺, 肖方暐, 阮伟民, 霍超峰 申请人:上海新奥九环车用能源股份有限公司