用于燃料电池电动车辆的蒸发气体处理系统和方法与流程

1.本发明的实施方案涉及一种用于燃料电池电动车辆的蒸发气体处理系统和方法，更具体地，涉及这样一种蒸发气体处理系统和方法，其能够安全且有效地处理、储存和利用在燃料电池电动车辆的氢罐中汽化的氢气。


背景技术：

2.燃料电池是指通过利用燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应，将燃料的化学能转化为电能的发电装置。燃料电池广泛地用于提供工业和家庭用途的电力、用于车辆的电力以及用于小型电气和/或电子产品以及便携装置的电力。对聚合物电解质膜燃料电池进行的研究最为活跃，所述聚合物电解质膜燃料电池作为用于车辆的燃料电池，具有较高的功率密度。聚合物电解质膜燃料电池使用氢作为燃料气体，并且使用氧气或含有氧气的空气作为氧化剂气体。
3.燃料电池可以包括多个单元电池，每个单元电池配置为通过利用燃料气体与氧化剂气体之间的反应来生产电能。为了满足所需的输出水平，通常使用通过堆叠多个单元电池并将堆叠的多个电池单元串联连接而制成的电池堆。安装在车辆中的燃料电池也需要较高的输出。因此，燃料电池是通过将数百个独立产生电能的单元电池堆叠成堆的形式来制成的，以满足要求。如上所述通过堆叠并连接多个单元电池而制成的电池组被称为燃料电池堆。
4.安装在燃料电池电动车辆中的燃料电池系统包括燃料电池堆和用于向燃料电池堆供应反应气体的装置。也就是说，燃料电池系统包括：燃料电池堆、氢供应装置、空气供应装置、热量和水管理系统以及燃料电池控制单元(fuel cell control unit，fcu)，所述燃料电池堆配置为经过反应气体的电化学反应来产生电能；所述氢供应装置配置为向燃料电池堆供应作为燃料气体的氢；所述空气供应装置配置为向燃料电池堆供应包含作为氧化剂气体的氧气的空气；所述热量和水管理系统配置为控制燃料电池堆的运行温度并管理热量和水；所述燃料电池控制单元(fcu)配置为控制燃料电池系统的整体运行。
5.此外，由于燃料电池电动车辆使用氢作为燃料气体，燃料电池系统基本上配备有配置为储存氢的氢储存系统。能够充入并储存高压氢的高压氢罐被广泛地用作用于燃料电池电动车辆的氢储存系统。配备有氢罐的燃料电池电动车辆需要在充氢站定期地充入氢。氢罐通常充入高压状态下受压的氢。在这种情况下，氢罐储存液态氢。
6.此外，氢罐中存在汽化氢气，即在液态氢汽化时形成的蒸发气体(boil-off gas，bog)。通常，当氢罐中的蒸发气体(汽化氢气)的压力等于或高于预定压力时，通过将蒸发气体移除到外部来保持氢罐内的压力。
7.图1是示意性地示出包括氢罐的氢储存系统的示意图。如图所示，在燃料电池电动车辆中，氢罐1中的氢以气态通过供应阀2供应至燃料电池堆。
8.此外，在氢罐1上安装压力释放阀(pressure relief valve，prv)3。当氢罐内的压力因氢罐中产生的汽化的氢气而变得等于或高于预定压力时，压力释放阀用于将氢罐中的
汽化的氢气排出到外部。然而，如果将氢气直接排出到外部，则存在着火和爆炸的风险，并且难以符合限制排出到大气中的氢气的浓度的相关规定。
9.因此，有时采用这样的技术，其中在压力释放阀3的出口侧布置处理装置(所述处理装置配置为通过利用氧化催化剂等使氢氧化或燃烧)，并且通过处理装置移除通过压力释放阀排出的氢气。然而，通过安装压力释放阀将氢气排出到大气中的技术和通过使氢气氧化或燃烧来移除氢气的技术两者都是移除氢罐1中的汽化的氢气，而没有利用汽化的氢气，这导致了能量损失的问题。
10.由此，如图2所示，有时使用系统4，所述系统4使用制冷循环，并且对从氢罐1排出的通过压力释放阀3的氢气进行冷却和再液化。然而，由于该系统使用单独的电力将汽化的氢气进行再液化，然后将再液化的氢循环至氢罐，该系统的配置复杂，并且在再液化期间会出现明显的能量损失。此外，由于需要大型硬件和设备，该系统不能用于车辆，而只能用于大型船舶或大型工厂。
11.公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本发明背景技术的理解，因此其可以包含并不构成在本国中为本领域普通技术人员所已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

12.本发明的实施方案提供了一种蒸发气体处理系统和方法，其能够安全且有效地处理、储存和利用在用于燃料电池电动车辆的氢罐中汽化的氢气。
13.在一个方面，提供了一种用于燃料电池电动车辆的蒸发气体处理系统，所述系统可以适当地包括：a)氢储存单元，其配置为单独地储存1)液态氢和2)气态氢气，并且所述氢储存单元包括状态检测器，所述状态检测器配置为检测储存气态氢气的储存空间的内部状态；b)控制器，其配置为在车辆熄火的状态下，当由状态检测器检测到的储存空间的内部状态满足预定条件时，向燃料电池堆供应储存空间中的气态氢气，从而输出用于使燃料电池堆空载运行的控制信号；以及c)供应阀，其安装在连接至燃料电池堆的氢储存单元的出口侧，所述供应阀配置为在燃料电池堆空载运行时，基于由控制器输出的控制信号打开，以供应气态氢气。
14.气态氢气可以适当地从与系统结合使用的液态氢汽化。气态氢气在本文中有时被称为汽化的氢气。
15.本发明的示例性实施方案提供一种用于燃料电池电动车辆的蒸发气体处理系统，所述蒸发气体处理系统包括：氢储存单元、状态检测器、控制器以及供应阀，所述氢储存单元配置为在氢储存单元充入用作燃料电池堆的燃料的氢的状态下，分别地储存液态氢和从液态汽化的氢气；所述状态检测器安装在氢储存单元中并且配置为检测储存汽化的氢气的储存空间的内部状态；所述控制器配置为在车辆熄火的状态下，当由状态检测器检测到的储存空间的内部状态满足预定条件时，向燃料电池堆供应汽化的氢气，从而输出用于使燃料电池堆空载运行的控制信号；所述供应阀安装在连接至燃料电池堆的氢储存单元的储存空间的出口侧，所述供应阀配置为在燃料电池堆空载运行时，基于由控制器输出的控制信号打开，以供应汽化的氢气。
16.此外，本发明的另一个示例性实施方案提供一种用于燃料电池电动车辆的蒸发气体处理方法，所述蒸发气体处理方法包括：在氢储存单元充入用作燃料电池堆的燃料的氢
的状态下，将从液态氢汽化的氢气储存在氢储存单元的单独的储存空间中；利用安装在氢储存单元中的状态检测器来检测储存汽化的氢气的储存空间的内部状态；在车辆熄火的状态下，当由状态检测器检测到的储存空间的内部状态满足预定条件时，向燃料电池堆供应储存空间中的汽化的氢气，从而利用控制器输出用于使燃料电池堆空载运行的控制信号；基于从控制器输出的控制信号来打开安装在连接至燃料电池堆的储存空间的出口侧的供应阀，并且利用从储存空间供应的氢气来使燃料电池堆空载运行。
17.因此，依照根据本发明实施方案的用于燃料电池电动车辆的蒸发气体处理系统和方法，可以安全且有效地处理、储存和利用在燃料电池电动车辆的氢罐中汽化的氢气。
18.此外，根据本发明的实施方案，可以集体地控制液态氢和气态氢(蒸发气体)的再循环，并且回收和使用在现有技术中从燃料电池电动汽车移除的气态氢气的总量。因此，可以在利用能量方面提高效率并且提高车辆燃料经济性。
19.如所讨论的，所述方法和系统适当地包括控制器或处理器的使用。
20.在另一个实施方案中，提供了包括如本文所公开的蒸发气体处理系统的车辆。
附图说明
21.现在将参考附图所示的某些示例性实施方案来详细描述本发明的以上和其它特征，附图仅在下文中仅通过示例的方式给出，并且因此不限制本发明，其中：
22.图1是示意性地示出包括氢罐的氢储存系统的示意图；
23.图2是示出现有技术中的蒸发气体处理系统的示例的示意图；
24.图3是示出根据本发明示例性实施方案的蒸发气体处理系统的配置的示意图；
25.图4是示出应用了根据本发明实施方案的蒸发气体处理系统的燃料电池电动车辆中的冷却液循环路径的示意图；
26.图5a和图5b是示出根据本发明示例性实施方案的蒸发气体处理方法的流程图。
27.应当理解的是，所附附图不一定是按照比例绘制的，而是呈现说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
28.在附图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本发明的相同的或等同的部件。
具体实施方式
29.在下文中将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并且描述如下。虽然将结合示例性实施方案描述本发明，但是应当了解，本说明书并非要将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效方式和其它实施方案。
30.在本发明的实施方案中提出的具体结构和功能描述仅是为了解释根据本发明的理念的实施方案而示例性示出，并且根据本发明的理念的实施方案可以以各种形式来实施。此外，本发明不应被解释为局限于本说明书中公开的实施方案，并且应当理解的是，本发明包括包含在本发明的精神和技术范围内的所有修改的实施方案、等同的实施方案和替
代的实施方案。
31.同时，在本发明中诸如“第一”和/或“第二”的术语可以用于描述各种构成元件，但这些构成元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个构成元件与其他的构成元件区分开来的目的。例如，在不脱离根据本发明的理念的范围的情况下，第一构成元件可以称为第二构成元件，类似地，第二构成元件也可以称为第一构成元件。
32.当一个构成元件被描述为“联接”或“连接”至另一个构成元件时，应该理解的是，一个构成元件可以直接地联接或连接至另一个构成元件，并且中间构成元件也可以存在于两个构成元件之间。当一个构成元件被描述为“直接地联接至”或“直接地连接至”另一个构成元件时，应该理解的是，在两个构成元件之间不存在中间构成元件。换言之，用于解释构成元件之间关系的其他表述，即，“在......之间”和“恰好在......之间”或“相邻于”和“直接相邻于”应以类似的方式进行解释。
33.在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的构成元件。在本说明书中使用的术语用于解释实施方案，并不用于限制本发明。除非在本说明书中另有特别说明，否则单数形式还包括复数形式。在说明书中使用的术语“包含(包括)”和/或“包含有(包括有)”旨在明确存在提及的构成元件、步骤、操作和/或元件，但不排除存在或添加一个或更多个其他的构成元件、步骤、操作和/或元件。
34.应当理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非石油能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力动力两者的车辆。
35.本文中所用的术语仅为了描述具体实施方案的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确的说明。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开来，并且这些术语不限制构成组件的性质、顺序或次序。还将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包含有”时，明确存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一种或更多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或更多种相关列举项目的任何和所有组合。整个说明书中，除非明确相反地描述，否则词语“包含”以及诸如“包含了”或“包含有”的变形将被理解为暗含包括陈述的元件，而不排除任何其他元件。另外，本说明书中描述的术语“单元”、“器件”、“部件”和“模块”用于处理至少一种功能和操作，并且可以由硬件组件或软件组件以及它们的组合来实现。
36.虽然示例性的实施方案描述为利用多个单元来执行示例性的过程，但是应当理解的是，示例性的过程也可以由一个或多个模块来执行。此外，应当理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置，并且具体编程为执行本文所述的过程。存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或更多个过程。
37.此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非易失性计算机可读介
质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)以分布方式存储和执行。
38.在下文中，将参考所附附图对本发明的实施方案进行详细描述。
39.本发明涉及一种应用于燃料电池电动车辆的蒸发气体处理系统和方法，并且提供这样一种用于燃料电池电动车辆的蒸发气体处理系统和方法，其能够安全有效地处理、储存和利用氢罐中的汽化的氢气。
40.图3是示出根据本发明示例性实施方案的蒸发气体处理系统的配置的示意图，图4是示出应用了根据本发明实施方案的蒸发气体处理系统的燃料电池电动车辆中的冷却液循环路径的示意图。此外，图5a和图5b是示出根据本发明示例性实施方案的蒸发气体处理方法的流程图。
41.如图所示，根据本发明实施方案的蒸发气体处理系统包括：氢储存单元和状态检测器，所述氢储存单元配置为在氢储存单元充入用作燃料电池堆33的燃料的氢的状态下，储存液态氢和从液体状态汽化的氢气；所述状态检测器安装在氢储存单元中并且配置为检测储存空间的内部状态。
42.在这种情况下，氢储存单元可以包括：第一氢罐10和第二氢罐20，所述第一氢罐10充入用作燃料电池堆33的燃料的注入的氢，所述第一氢罐10配置为储存液体状态的氢；所述第二氢罐20配置为限定储存汽化的氢气的储存空间，并且储存从第一氢罐10的内部经过氢管线9移动的汽化的氢气。
43.此外，根据本发明实施方案的蒸发气体处理系统可以包括：压力释放阀(prv)12、压缩机61、供应阀63和压力调节器23，所述压力释放阀(prv)12安装在第一氢罐10上；所述压缩机61安装在压力释放阀12的出口侧；所述供应阀63安装在第二氢罐20的出口侧；所述压力调节器23安装在供应阀63的出口侧。在这种情况下，第二氢罐20安装在压缩机61的出口侧。
44.进一步地，根据本发明实施方案的蒸发气体处理系统可以进一步包括状态检测器，所述状态检测器包括：第一压力传感器11、温度传感器21和第二压力传感器22，所述第一压力传感器11配置为检测第一氢罐10中的汽化的氢气的压力；所述温度传感器21配置为检测第二氢罐20内的温度；所述第二压力传感器22配置为检测第二氢罐20中氢气的压力。在状态检测器中，温度传感器21和第二压力传感器22是配置为检测第二氢罐20(其是储存汽化的氢气的储存空间)的内部状态的状态检测器。
45.第一氢罐10可以是典型的氢罐，其安装为储存作为用于燃料电池电动车辆的燃料气体的氢。第一氢罐10可以是现有技术中的氢罐，在将充氢站的充氢喷嘴连接至车辆的充氢端口之后，在用充氢站的氢给第一氢罐充入氢时，所述氢罐充入通过充氢喷嘴注入的液态氢。
46.供应阀62可以安装在通过氢管线连接至燃料电池堆的第一氢罐10的出口侧。因此，储存在第一氢罐10中的氢可以通过安装在出口侧的供应阀62供应至车辆的燃料电池堆33。供应阀62可以是电子阀，所述电子阀配置为在控制器60的控制下打开或关闭并且调节流量。
47.与通常情况类似，在充氢站充入第一氢罐10的氢以液态储存在第一氢罐10中。在这种情况下，从液态氢汽化的气态氢也存在于第一氢罐10中。
48.压力释放阀(prv)12可以是这样的阀，所述阀配置为当第一氢罐10内的压力由于第一氢罐10中持续地从液态氢汽化的气态氢(即，蒸发气体(bog))而升高到预定压力或更高压力时，将第一氢罐10中的蒸发气体排出到外部。压力释放阀12将第一氢罐10内的压力保持在安全状态。
49.在本发明的实施方案中，第一压力传感器11可以设置在第一氢罐10一侧，并且用于检测第一氢罐10中的汽化的氢气的压力。第一压力传感器11可以安装在压力释放阀12的前端的位置处(基于氢移动方向的上游侧的位置处)，并且用于检测第一氢罐10中的汽化的氢气的压力，汽化的氢气的压力施加至压力释放阀12。例如，第一压力传感器11可以安装在第一氢罐10的上侧。
50.压缩机61可以将从压力释放阀12排出的汽化的氢气压缩成高温高压的气态氢气，并且将压缩后的氢供应至第二氢罐20。在本发明的实施方案中，压缩机61可以是小型电动压缩机，其通过从安装在车辆中的高压电池50接收电力来运行。
51.第二氢罐20可以是单独的氢罐，所述单独的氢罐配置为供应有由压缩机61压缩的高温高压的气态氢并将其储存。配置为检测内部温度的温度传感器21和配置为检测内部压力的第二压力传感器22可以安装在第二氢罐20中。
52.此外，与安装在第一氢罐10的出口侧的供应阀62相似，安装在第二氢罐20的出口侧的供应阀63可以是电子阀，所述电子阀配置为在控制器60的控制下打开或关闭并且调节流量。
53.储存在第二氢罐20中的气态氢可以通过供应阀63供应并且经过高压调节器(high-pressure regulator，hpr)23。在这种情况下，在通过压力调节器23将气态氢的压力调节为预定压力之后，可以将气态氢供应至燃料电池堆33。压力调节器23可以用于将从第二氢罐20供应的氢的压力调节为燃料电池堆33所需的预定压力。
54.此外，用于传输和供应氢的管道(即，氢管线9)可以连接在压力释放阀12、压缩机61与第二氢罐20之间，以及连接在燃料电池堆33、压力调节器23与第二氢罐20一侧的供应阀63之间。
55.在这种情况下，用于传输和供应氢的氢管线9可以连接在燃料电池堆33与第一氢罐10一侧的供应阀62之间。配置为调节氢供应压力的压力调节器13还可以安装于燃料电池堆33与第一氢罐10一侧的供应阀62之间的氢管线9。
56.此外，图3示出了第一氢罐10的出口侧和第二氢罐20的出口侧通过氢管线9独立地连接至燃料电池堆33，并且调节器13和23可以安装于分别连接的氢管线。然而，氢管线可以从第一氢罐10和第二氢罐20分支并连接至燃料电池堆33，并且单个公共的调节器可以安装于布置在氢管线9分支之前的部段中的氢管线9。
57.在本发明的实施方案中，止回阀64可以安装于布置在压缩机61的出口侧的氢管线9。止回阀64防止充入了高压氢气的第二氢罐20中的氢气逆流至压缩机61。
58.同时，公知的燃料电池系统1可以包括热管理系统，所述热管理系统配置为控制燃料电池堆33的温度。热管理系统具有利用冷却液的冷却液冷却系统的配置。冷却液冷却系统根据燃料电池系统的运行状况通过利用冷却液冷却或加热燃料电池堆来将电池堆的温
度保持并控制为合适的温度。
59.如图4所示，热管理系统可以包括：冷却液通道(未示出)、散热器35和冷却风扇36、冷却液管线37、水泵32和冷却液加热器34，所述冷却液通道(未示出)设置在燃料电池堆33中并且配置为使得冷却液能够从中通过；所述散热器35和冷却风扇36配置为使冷却液的热量散发到外部；所述冷却液管线37连接在燃料电池堆33与散热器35之间，使得冷却液在冷却液管线37中循环；所述水泵32配置为泵送冷却液并且使冷却液沿着冷却液管线37循环；所述冷却液加热器34配置为对沿着冷却液管线37循环的冷却液进行加热。
60.此外，在本发明中，冷却液管线37可以连接至第一氢罐10，并且第一氢罐10具有冷却液可以通过的冷却液通路(未示出)。在这种情况下，冷却液管线37可以连接至设置在第一氢罐10中的冷却液通路的入口和出口。
61.此外，旁通管线38可以从冷却液管线37分支并且可以连接在第一氢罐10的前端的位置(基于冷却液流动方向的上游侧的位置)与第一氢罐10的后端的位置(基于冷却液流动方向的下游侧的位置)之间。作为三通阀的流动控制阀39可以安装在旁通管线38从冷却液管线37分支的位置处。旁通管线38和流动控制阀39可以用于使得冷却液能够绕过第一氢罐10，从而冷却液不通过第一氢罐10。
62.在以下的描述中，可以将旁通管线38称作第一旁通管线，并且可以将流动控制阀39称作第一流动控制阀。
63.第一流动控制阀39可以是电子阀，所述电子阀配置为在控制器60的控制下打开或关闭并且调节流量。基于控制器60的控制信号，第一流动控制阀39可以被控制为选择性地打开第一氢罐10一侧的流动路径和第一旁通管线38一侧的流动路径的一个。因此，已经通过燃料电池堆33的冷却液可以循环通过穿过第一氢罐10的路径，或者循环通过穿过第一旁通管线38的路径而不通过第一氢罐10。
64.如下所述，控制器60可以控制第一流动控制阀39的操作，使得冷却液仅在车辆启动的状态(通电启动的状态)下通过第一氢罐10。也就是说，在车辆启动的状态下，控制器60可以控制第一流动控制阀39打开第一氢罐10一侧的流动路径并且关闭第一旁通管线38一侧的流动路径。在这种情况下，冷却液可以循环通过进一步穿过第一氢罐10的路径。
65.此外，另一个旁通管线40可以从冷却液管线37分支并且可以连接在散热器35的前端的位置(基于冷却液流动方向的上游侧的位置)与散热器35的后端的位置(基于冷却液流动方向的下游侧的位置)之间。作为单独的三通阀的流动控制阀41可以安装在旁通管线40从冷却液管线37分支的位置处。旁通管线40和流动控制阀41可以用于使得冷却液能够绕过散热器35，从而冷却液不通过散热器35。
66.在以下的描述中，可以将配置为连接散热器35的前端和后端的旁通管线40称作第二旁通管线，并且可以将单独的流动控制阀41称作第二流动控制阀。
67.第二流动控制阀41可以是电子阀，所述电子阀配置为在控制器60的控制下打开或关闭并且调节流量。基于控制器60的控制信号，第二流动控制阀41可以被控制为选择性地打开散热器35一侧的流动路径和第二旁通管线40一侧的流动路径的一个。因此，已经通过燃料电池堆33的冷却液可以循环通过穿过散热器35的路径，或者循环通过穿过第二旁通管线40的路径而不通过散热器35。
68.因此，在整个热管理系统中，冷却液可以循环通过由冷却液管线37连接的组件，即
循环通过包括储液罐31、水泵32、燃料电池堆33、第一流动控制阀39、第一氢罐10或第一旁通管线38、冷却液加热器34、第二流动控制阀41和散热器35或第二旁通管线40的路径。在这种情况下，冷却液加热器34可以是电加热器，所述电加热器通过接收来自电池50的电力来运行。
69.上面已经详细描述了根据本发明实施方案的蒸发气体处理系统的配置。在下文中，将参考图5a和图5b详细地描述蒸发气体处理方法。
70.首先，在本发明中，将描述转换、储存、回收和循环能量的机制。汽化的氢气(蒸发气体)可以从第一氢罐10的内部通过压力释放阀12排出到外部，从而稳定地保持第一氢罐10内的压力。同时，通过压力释放阀12排出的汽化的氢气可以通过压缩机61压缩成高压气态氢气，然后可以将高压气态氢气储存在第二氢罐20中，所述第二氢罐20是单独的氢罐。
71.接下来，储存在第二氢罐20中的气态氢气可以被供应至燃料电池堆33并且用作燃料气体。具体地，当车辆启动(通电启动)时，储存在第二氢罐20中的气态氢气可以被首先供应至燃料电池堆33并且用作燃料气体。这意味着第二氢罐20中的气态氢气可以在车辆启动时作为燃料首先被消耗，从而第二氢罐20被清空。
72.此外，在将气态氢气储存在第二氢罐20的过程中，储存在电池50中的电能可能会随着压缩机61的运行而被消耗。然而，气态氢气(在现有技术中会移除气态氢气)可以通过压缩机61的运行被供应并储存在第二氢罐20中，然后用作燃料电池堆33中的燃料气体。这意味着消耗的电能作为化学能被储存和回收。
73.此外，在车辆启动的状态下，被燃料电池堆33产生的热量加热的冷却液可以通过燃料电池堆33和第一氢罐10，使得燃料电池堆33和第一氢罐10可以快速升温并保持在合适的温度。也就是说，可以通过加热冷却液将电能转化为热能，然后可以通过冷却液的热能来激活燃料电池堆33和第一氢罐10两者。
74.因此，通过在车辆和燃料电池系统1启动的状态下利用加热的冷却液来使燃料电池堆33快速升温，可以提高冷启动性能。在燃料电池系统1开始运行的状态下，热能通过加热的冷却液传递至第一氢罐10，第一氢罐10沸腾，使得氢可以在第一氢罐10中更顺利地汽化，并且汽化的氢气可以更顺利地供应至燃料电池堆33。
75.由于如上所述电能通过加热冷却液而被回收为热能，可以使用热能作为燃料电池堆33和第一氢罐10的激活能量，而不消耗单独的能量。
76.因此，在本发明中，气态氢气(在现有技术中会移除气态氢气)可以用于给电池50充电或加热冷却液以激活燃料电池堆33和第一氢罐10。因此，可以提高车辆的冷启动性能并且有效地使用能量。此外，本发明不会将氢气排出到大气中，因此可以符合规定，确保安全，并且有助于氢燃料电池电动车辆的商业化。
77.在下文中，将参考图5a和图5b以逐步的方式更详细地描述处理蒸发气体的过程。
78.首先，在步骤s11，当车辆和燃料电池系统1关闭(断电熄火状态)时，可以将第一压力传感器11检测到的第一氢罐10中的汽化的氢气的压力p1与预设的第一设定压力pset1(例如，13barg)进行比较(步骤s12)。在这种情况下，当第一氢罐10中的汽化的氢气的压力p1等于或低于第一设定压力pset1(p1≤pset1)时，在车辆熄火的状态下，燃料电池系统和蒸发气体处理系统的所有操作都保持停止。
79.相反，当第一氢罐10中的汽化的氢气的压力p1高于第一设定压力pset1(p1＞
pset1)时，压缩机61可以由控制器60操作(步骤s13)。在这种情况下，控制器60通过使得电池50的电力能够施加到压缩机61来使得压缩机能够通过电池50的电力运行。
80.另外，当第一氢罐10中的汽化的氢气的压力p1高于第一设定压力pset1(p1＞pset1)时，第一氢罐10中的汽化的氢气可以经过压力释放阀12排出。在这种情况下，通过压缩机61将排出的汽化的氢气压缩成高温高压的气态氢气，并且将气态氢气传输至第二氢罐20，使得第二氢罐20充入气态氢气(步骤s13)。
81.此后，控制器60可以将由温度传感器21检测到的第二氢罐20中的温度t1与预设的第一设定温度tset1(例如，85℃)进行比较，并且将由第二压力传感器22检测到的第二氢罐20中的氢气压力p2与预设的第二设定压力pset2(例如，875barg)进行比较(步骤s14)。
82.在这种情况下，当第二氢罐20中的温度t1高于第一设定温度tset1(t1＞tset1)或者第二氢罐20中的氢气压力p2高于第二设定压力pset2(p2＞pset2)时，控制器60可以打开供应阀63(步骤s15)并且控制燃料电池系统1空载运行，同时将第二氢罐20中的气态氢气供应至燃料电池堆33(步骤s16)。
83.此外，控制器60可以在燃料电池系统1空载运行时使得从第二氢罐20供应的氢气能够用作燃料电池堆33中的燃料气体。在这种情况下，控制器60使得车辆中的电池50能够用由燃料电池堆33产生的电能充电(步骤s16)。
84.此后，在步骤s17，当从电池管理系统(bms)51接收到的电池的电量状态(soc)值超过预定值(例如，99％)时，控制器60可以停止给电池50充电的操作并且保持冷却液的加热状态(步骤s18)。也就是说，控制器60可以通过在燃料电池系统1运行时使得冷却液能够持续地被由燃料电池堆33产生的热量加热或通过利用由燃料电池堆33产生的电力使冷却液加热器34运行来保持冷却液的加热状态。
85.在这种情况下，由燃料电池堆33产生的电力可以用作用于使冷却液加热器34、冷却风扇(散热器风扇)36和水泵32运行的电力以及用于使将空气供应至燃料电池堆33的辅助机械组件(例如，鼓风机或压缩机(未示出))运行的电力。
86.在这种情况下，冷却液的加热状态的保持可以用于提高车辆稍后启动(通电启动状态)时的冷启动性能。此外，冷却液的加热状态的保持用于去除使燃料电池堆33升温的过程或者缩短燃料电池堆的升温时间和启动时间。当然，由于在没有给电池充电时要保持燃料电池堆的运行状态，会持续地消耗作为燃料的氢。在这种情况下，在现有技术中，由于第一氢罐10内的压力增加，消耗的氢气通过排出到大气中而被移除。
87.如上所述，氢气(在现有技术中会移除氢气)可以用于在保持燃料电池的运行状态时保持冷却液的加热状态。此外，氢气(在现有技术中会移除氢气)可以用于提供以下效果：提高车辆的冷启动性能、缩短启动时间、降低冷启动期间的能量消耗以及降低激活能量，从而在利用废弃的能量方面提供优势。另外，在其他方面，在车辆熄火的状态下，由于汽化的氢气不会从第一氢罐10的内部排出到大气中，从而可以确保安全。
88.进一步地，在步骤s12，当第一氢罐10中的汽化的氢气的压力p1等于或低于第一设定压力pset1(p1≤pset1)时，布置在第一氢罐10与第二氢罐20之间的压缩机61可以不运行，并且第二氢罐20的供应阀63保持关闭。另外，燃料电池系统1不空载运行，并且过程返回到步骤s11。
89.此外，在步骤s14，当第二氢罐20内的温度t1等于或低于第一设定温度tset1(t1≤
tset1)并且第二氢罐20内的氢气压力p2等于或低于第二设定压力pset2(p2≤pset2)时，也可以使第二氢罐20的供应阀63保持关闭，燃料电池系统1可以不空载运行，并且过程可以返回到步骤s11。
90.此外，在步骤s17，在燃料电池系统1空载运行并且给电池50充电的情况下，当电池50的电量状态(soc)保持等于或小于预定值时，给电池50充电的操作不会停止，并且过程可以返回到步骤s11。
91.同时，当车辆启动(通电启动状态)时，储存在第二氢罐20中的气态氢气可以被优先供应作为燃料气体，以使燃料电池系统1开始运行。也就是说，控制器60打开在第二氢罐20一侧的供应阀63，以使得第二氢罐中的气态氢气能够供应至燃料电池堆33，并且控制器60控制燃料电池系统1的运行(步骤s21和s22)。
92.如上所述，在将储存在第二氢罐20中的高压氢气供应至燃料电池堆33的过程中，在从第二氢罐20排出的高压氢气通过压力调节器23时，可以将氢气的压力调节为合适的供应压力(例如，13barg以下的预定压力)，然后将氢气供应至燃料电池堆33。这同样适用于步骤s16的空载运行。
93.在图5a中的处理过程中，当车辆在步骤s18的冷却液的加热状态下启动(通电启动状态)时，可以减少燃料电池堆33的升温和激活时间，并且在短时间内使燃料电池堆33正常运行。此后，随着电机通过由燃料电池堆33产生的电力运行，车辆行驶。
94.此后，在第二氢罐20中的气态氢气用作燃料的情况下，当由温度传感器21检测到的第二氢罐20中的温度t1变得低于预设的第二设定温度tset2(例如，-40℃)(t1＜tset2)或者第二氢罐20中的氢气压力p2变得低于预设的第三设定压力pset3(例如，13barg)(p2＜pset3)时，控制器60可以关闭在第二氢罐20一侧的供应阀63，并且打开在第一氢罐10一侧的供应阀62(步骤s23和s24)。
95.因此，可以将储存在第一氢罐10中的氢作为燃料气体供应至燃料电池堆33(步骤s24)。此后，燃料电池系统1可以通过利用从第一氢罐10供应的氢作为燃料气体来运行，并且车辆可以通过利用由燃料电池堆33产生的电力来行驶。
96.如上所述，由于在将第一氢罐10中的氢供应至燃料电池堆33时储存在第一氢罐10中的氢也可以通过压力调节器13，氢的压力可以通过压力调节器调节为合适的供应压力(例如，13barg以下的预定压力)，然后可以将氢供应至燃料电池堆33。
97.另外，已经描述了这样的配置，其中当第二氢罐20中的温度t1低于第二设定温度tset2或者第二氢罐20内的氢气压力p2低于第三设定压力pset3时，开始供应第一氢罐10中的氢。然而，即使在第一氢罐10中的汽化的氢气的压力p1高于被设定为第一氢罐10的内部压力的限制值的第四设定压力pset4(p1＞pset4)的情况下，也可以关闭第二氢罐20的供应阀63，并且可以打开第一氢罐10的供应阀62，从而开始从第一氢罐10供应氢。
98.在本发明中，第一设定压力pset1可以设定为供应至燃料电池堆33的氢的合适的供应压力值，第二设定压力pset2可以设定为第二氢罐20的内部压力的限制值(例如，875barg)。另外，第三设定压力pset3也可以设定为供应至燃料电池堆33的氢的合适的供应压力值(例如，13barg)，并且第一设定压力和第三设定压力可以设定为相同的压力值或不同的压力值。
99.另外，第二氢罐20可以是这样的氢罐，所述氢罐的第二设定压力pset2的值作为内
部压力的限制值，并且所述氢罐的合适的使用范围限定在第一设定温度tset1与第二设定温度tset2之间。也就是说，第一设定温度可以设定为第二氢罐20的合适的使用范围的上限温度，并且第二设定温度可以设定为第二氢罐20的合适的使用温度范围的下限温度。
100.此外，当车辆启动(通电启动状态)并且燃料电池系统1开始运行时，控制器60可以控制第一流动控制阀39打开第一氢罐10一侧的流动路径并且关闭第一旁通管线38一侧的流动路径(步骤s25)。因此，冷却液不仅通过燃料电池堆33中的冷却液通道，还通过第一氢罐10中的冷却液通路，使得第一氢罐10通过冷却液升温。
101.结果，燃料电池堆和第一氢罐可以被冷却液激活(步骤s26)。当在步骤s18车辆于冷却液的加热状态下启动(通电启动状态)时，第一氢罐10可以通过加热状态的冷却液快速升温，可以缩短在冷启动状况下激活第一氢罐10所需的时间，并且可以降低激活能量。
102.如上所述，当在车辆启动之前冷却液处于加热状态时，在冷启动期间，废弃的气态氢气(蒸发气体)的能量可以用于激活燃料电池堆33和第一氢罐10并且使燃料电池堆33和第一氢罐10快速升温。因此，可以提高启动性能、缩短启动时间，并且降低激活能量。例如，处于加热状态的冷却液可以使得第一氢罐10在冷启动状况下快速升温和沸腾。因此，第一氢罐10中的液态氢可以顺利地汽化，并且汽化的氢气可以顺利地供应。
103.此外，燃料电池系统1的上述操作可以连续地执行直到车辆熄火。当车辆熄火时(步骤s27)，图5b的控制逻辑返回到开始步骤。
104.上面已经详细描述了根据本发明的蒸发气体处理系统和方法。
105.依照根据本发明的蒸发气体处理系统和方法，可以将蒸发气体(蒸发气体在利用液态氢时使效率降低)的总量用作燃料气体而没有浪费。此外，通过将集体控制概念应用于氢能和车辆系统的再循环，可以将蒸发气体的总量用作燃料气体，而无需将蒸发气体丢弃或排出到大气中。因此，可以增加氢的利用率、减少能源、实现高效利用，并且提高车辆燃料经济性。
106.特别地，在现有技术中，当车辆停放较长的时间段时，超过氢储存极限的氢的量可能被排出(移除)到外部，这不可避免地导致了蒸发气体的浪费。相反，在本发明中，可以通过能量转换和替代性储存来提高能量的利用率。此外，超过储存电能和化学能的容量的能量的量可以通过冷却液以热能的形式回收，并且用于保持对燃料电池堆33和第一氢罐10的激活至关重要的温度条件，这使得能量的利用率能够最大化。此外，可以在冷启动状况下提高启动性能并缩短启动时间，并且由于氢气不会被排出到大气中可以确保安全并符合规定。
107.尽管上文已经详细描述了本发明的实施方案，但是本发明的权利范围不限于此，并且本领域技术人员利用本发明的基本理念可以做出许多变型和修改，这些变形和修改被限定在所附权利要求中，也将属于本发明的权利范围。
108.已经参考本发明的优选的实施方案对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员应当理解，可以在不偏离本发明的原理和精神的情况下在这些实施方案中做出改变，本发明的范围在所附权利要求及其等同形式中限定。