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1、第卷第期太阳能学报,年月《叼入,文章编号乃冷侧招场」网·肠加氢站高压储氢瓶分级方法冯慧聪,周伟,马建新同济大学新能源汽车工程中心,上海以摘要应用真实气体状态方程,拟合了常用温度压力范围内的氢气压缩因子,建立了加氢站高压氢气多级加注的计算方法。以取气率作为指标,研究比较了二级加注和三级加注方式,讨论了等质量加注和变质量加注两种模式及储气压力和储气容积对取气率的影响。通过计算,发现三级变质量加注是最佳模式,可获得较高的取气率。研究表明三级加注加氢站储氢瓶组的通用最佳容积比是和,研究结果对加氢站的设计和操作具有重要参考价值。关键词加氢站高压储氢瓶分级加注
2、取气率容积比中图分类号文献标识码两者在加气站内的存储压力等级也有很大差异,压引言缩天然气加气站通常为加注,而加氢加氢站主要为燃料电池汽车提供氢气加注服站的储气压力通常为一加注或者务,是实现示范性运营乃至商业化进程中的重要氢一〕加注,因此,在加氢站的建设过能基础设施。当前世界范围内,在建或已建成的加程中无法直接引用天然气加气站的研究结论,必须氢站的气源大多采用外供氢,高压气态存储的方针对氢气,研究相应的分级方式和容积比,目前鲜有式'一,。这方面的文献报道。管束车通过压缩机将外供氢气加压至高压储氢通过研究高压氢气二级和三级加注方式及等质瓶,当为燃料电池
3、汽车加注时,以站内储氢瓶和车载量和变质量加注模式对取气率的影响,可得到高压瓶之间的压差为驱动力,高压气态氢气由站内向车氢气加氢站的最佳加注模式和容积比,为加氢站的载瓶不断充装,直至达到目标加注质量或压力,加注优化设计提供参考依据。完毕。评价加氢站高压储氢系统使用效率的一个重要氢气状态方程指标是取气率川,其定义为研究对象是高压状态下的氢气,使用理想气体取气率储氢瓶可供加注的最大氢气质量储状态方程将带来很大误差,因此,采用带有压缩因子氢瓶内氢气初始质量的真实气体状态方程,对加注过程进行描述而取气率的高低主要取决于储气容积的分级方式、尸子了成储气及加注压
4、力的高低,压缩天然气加气站的相关式中,尸—储气压力,一储气容积,耐文献对此已有一定的报道陈`,认为多级加注优于单—压缩因子—储气质量,—气体常级加注,其中三级加注是较理想的方式,优化容积比数,氢气为·罗—储气温度,。为四级及其以上的加注模式,由于显著增加氢气的压缩因子是压力尸和温度的函了管路的复杂性,并降低了加气站的安全性,工程实数,`。〕,尸,践中通常不予以采用。选取一和一这一氢气常用温高压氢气与天然气的性质存在较大差别,同时,度压力范围内的数据进行拟合,数据采用美国国家收稿日期扬基金项目国家科技部“”项目巧上海市科委国际合作项目印肠通讯作者马建
5、新一,男,教授、博士生导师,主要从事氢能与燃料电池方面的研究。姗周太阳能学报卷标准技术所材料性能数据库提供的真实氢气燃料电池汽车的充装目标压力尸为,则性能数据。充装完毕后车载瓶的质量拟合结果为一。。。假定环境温度为,并保持恒定,每次加注式中,。蛇一`尸开始之前,站内储氢瓶和车载储氢瓶均与环境充分换热,温度均为。可得瑞铁顶二,·,`参数符号约定同理可得车载储氢瓶内初始氢气质量为。,,。站内瓶组的初始压力,容积和压缩,则单次加注实际充装量为因子当站内储氢瓶组压力高于。时,可为后续燃料尸,,,,,第一级瓶组的压力,容积和压缩因电池汽车继续加注,直至降为尸
6、。,则停止加注。子二级等质加注凡,矶,几第二级瓶组的压力,容积和压缩因设定第二级与第一级的容积比为,连续加子注能力与取气率计算公式为,矶,。第三级瓶组的压力,容积和压缩因子,,器一纷,`哗户,尸。,矶,。,。,。燃料电池汽车的目标压力,容积,质量,初始质量和压缩因子器一咎,哗`户,二、,尸,第一,第二级平衡压力而,,从,,,第一,第二和第三级瓶组剩余的氢气质量,。一粉,、,,,第一,第二和第三级瓶组加注的氢。。气质量一一。。加氢站连续加注能力式中,,—第一级连续加注能力从—第二级刀加氢站总取气率。连续加注能力。取两者中的较小值即加氢站整体连续加注能
7、力。由于是等质量加注,每辆小车在第一二级加注级加注完毕后的压力保持不变为,因为达到直观表达研究结果的目的,以表所示此,计算过程中的约束条件为尸`且参数作为研究对象。表储氮瓶参数二级等质量加注的计算结果见图。谬罗详口叨二级变质量加注参数站内储氢瓶车载储氢瓶变质量加注流程由第一级首先为燃料电池汽容积耐车加注,直至达到压力平衡后,再启动第二级,对燃初始压力料电池汽车进行补气,直至达到目标加注量,则加注初始温度过程停止。二级加注是指将加氢站内高压储氢瓶分为两压力平衡时,第一级对车载储氢瓶加注的氢气组,两组之间属于并联的关系,依次给燃料电池汽车量为进行加注,
8、并可分为以下两种模式等质量加注第一级和第二级给燃料电池汽车尸。昙。充装的氢气量相同,为目标加注量的一半。变质量加注先由第一
