專利名稱：儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種儲氫容器氫氣量的量測方法，特別是關(guān)于一種儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法。
背景技術(shù)：
無論是氫能引擎車輛、氫能燃料電池系統(tǒng)與產(chǎn)品，或者是再生能源制氫系統(tǒng)都是需要利用氫氣儲存的裝置?，F(xiàn)行商用的主要氫氣儲存技術(shù)，可分為液態(tài)、高壓氣態(tài)與低壓金屬氫化物三種。在使用安全性的考慮下，目前以固態(tài)金屬氫化物的儲存方式較為合適。
一般常溫低壓的固態(tài)合金儲氫技術(shù)，大多使用鈦鐵合金、鑭鎳合金或鎂合金等粉末為儲氫介質(zhì)，再填裝于儲氫容器以便使用。使用前需要進(jìn)行充氫程序，使儲氫合金充滿氫氣，使用時則釋放出氫氣至氫氣引擎或燃料電池等裝置。
在實際應(yīng)用固態(tài)合金儲氫容器時，必須要隨時知道儲氫容器內(nèi)殘存氫氣的可用量，方可判斷何時需要補(bǔ)充氫氣。例如一個使用儲氫罐的可攜式燃料電池發(fā)電機(jī)，或者是一輛電動機(jī)車與自行車，使用者必須隨時知道儲氫容器內(nèi)殘存氫氣的正確存量，用以判斷尚可使用的時間，或者是需要裝填氫氣或更換儲氫罐的時間。
固態(tài)合金儲氫的性能變化系利用操作壓力、氫氣容量與操作溫度的PCT曲線表示，圖1顯示鈦鐵合金(TiFe)固態(tài)合金儲氫在不同操作溫度下的PCT曲線，而圖2顯示鑭鎳合金(LaNi5)固態(tài)合金儲氫在不同操作溫度條件下的PCT曲線。圖1與圖2的PCT曲線中，其橫座標(biāo)表示氫氣容量，縱座標(biāo)表示氫氣解離壓(atm)。
根據(jù)圖1與圖2的PCT曲線分析之，固態(tài)儲氫合金在不同氫氣容量的壓力變化并不明顯，只有在較高容量與較低容量時有明顯的壓力變化。在大部分的容量情況下，氫氣壓力大致都呈現(xiàn)平坦的曲線，因此無法以傳統(tǒng)的簡單壓力量測據(jù)以判斷該固態(tài)儲氫合金的氫氣容量。
此外，固態(tài)儲氫合金的氫氣容量對溫度的變化非常敏感，但是變化情形較有規(guī)律可遵循。然而由于氫氣的容量同時受到壓力的影響，因此也無法以簡單的溫度量測據(jù)以判斷固態(tài)儲氫合金的氫氣容量。
為了要判斷固態(tài)儲氫合金的氫氣容量，在實驗室常用的方法是采用重量差量測法，此量測法利用較精密的磅秤量取使用前后儲氫容器的重量差，利用重量差的數(shù)據(jù)即可大致估算出固態(tài)儲氫合金的氫氣容量。
然而在實際應(yīng)用時，供氫模組不僅包含儲氫容器亦包含熱交換器水套、快速接頭、冷卻水，重量差異變化大且磅秤安裝將增加系統(tǒng)空間重量增加與裝配上困難，因此將此重量差量測法應(yīng)用在指示器上頭并不符產(chǎn)業(yè)的需求。
在實際的應(yīng)用情況時，固態(tài)合金儲氫容器的氫氣容量會隨著氫氣純度、合金中毒等因素而降低，亦即儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)愈多，氫氣容量也會減少。此外，實際需要獲知的殘氫量應(yīng)該是儲氫容器中可用的氫氣量，而非儲氫容器內(nèi)的全部的氫氣量，此與應(yīng)用狀況時儲氫容器的溫度、以及實際使用所需氫氣的壓力與流量要求有關(guān)。
然而，針對儲氫容器氫氣量之量測方面，目前尚無類似的技術(shù)或產(chǎn)品可達(dá)到快速、準(zhǔn)確、符合實際產(chǎn)業(yè)需求的技術(shù)。如此將會造成例如燃料電池系統(tǒng)、燃料電池電動車等氫氣應(yīng)用系統(tǒng)在產(chǎn)品化及實際推廣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點及為了因應(yīng)實際的需求，本發(fā)明提出一個創(chuàng)新的技術(shù)，以期能提供一具有實用性的儲氫容器儲氫量的量測方法。本發(fā)明的方法不論對未更換或新更換的儲氫容器中的可用殘存儲氫量皆能準(zhǔn)確進(jìn)行量測。
本發(fā)明的另一目的是提供一種儲氫容器可用殘存儲氫量的量測方法，以克服現(xiàn)有的以單純壓力量測或溫度量測來判斷固態(tài)儲氫合金的氫氣容量的缺點。
本發(fā)明的另一目的是提供一種儲氫容器可用殘存儲氫量的量測方法，其可克服傳統(tǒng)以氫氣重量差量測法的量測誤差大、無法適用于實際產(chǎn)業(yè)需求的缺點。
本發(fā)明解決問題的技術(shù)手段本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題所采用的技術(shù)手段是在讀取該儲氫容器的氫氣存量之后，讀取該儲氫容器中被消耗掉的氫氣量，再利用氫氣殘存容量計算式計算該儲氫容器的可用殘存儲氫量。當(dāng)該儲氫容器為充飽氫氣后或新更換時，該步驟包括有讀取該儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)、讀取該儲氫容器的氫氣存量及讀取該儲氫容器中被消耗掉的氫氣量的步驟，再利用氫氣殘存容量計算式計算該儲氫容器的可用殘存儲氫量。
較佳實施例中，本發(fā)明更可包括利用氫氣容量衰退曲線計算出該儲氫容器的可用儲氫量。本發(fā)明亦可包括有量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度，以計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的可用殘存儲氫量的步驟。
經(jīng)由本發(fā)明儲氫容器可用殘存儲氫量的量測技術(shù)，可以有效克服現(xiàn)有的以單純壓力量測、溫度量測法、氫氣重量差量測法來判斷固態(tài)儲氫合金的氫氣容量的誤差問題，且本發(fā)明的技術(shù)可以簡易地適用于實際產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。本發(fā)明可達(dá)到快速、準(zhǔn)確、符合實際產(chǎn)業(yè)需求的技術(shù)，在應(yīng)用于例如燃料電池系統(tǒng)、燃料電池電動車等氫氣應(yīng)用系統(tǒng)在研發(fā)、產(chǎn)品化及實際推廣方面有很大的助益。


圖1顯示鈦鐵合金(TiFe)固態(tài)合金儲氫在不同操作溫度下的壓力/容積/溫度的PCT曲線。
圖2顯示鑭鎳合金(LaNi5)固態(tài)合金儲氫在不同操作溫度條件下的壓力/容積/溫度的PCT曲線。
圖3顯示一儲氫容器依據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)要求的氫氣壓力與最低氫氣流量條件下進(jìn)行放氫作業(yè)，并利用質(zhì)量流量計量取儲氫容器的放氫量，以得到實際使用條件的儲氫容器的氫氣流量、氫氣壓力與時間關(guān)系的動態(tài)放氫特性曲線。
圖4顯示儲氫容器在經(jīng)過500次的充放氫循環(huán)后的氫氣容量衰退曲線。
圖5顯示本發(fā)明在量測儲氫容器中可用殘存氫氣量時的流程圖。
符號說明101 判斷待測儲氫容器更換或未更換的狀態(tài)102 讀取儲氫容器的氫氣存量103 量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度104 轉(zhuǎn)換計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的氫氣存量105 讀取儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)106 利用氫氣容量衰退曲線計算出充飽氫氣后或新更換時儲氫容器的可用儲氫量107 量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度108 轉(zhuǎn)換計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的可用儲氫量109 讀取被消耗掉的氫氣量110 利用氫氣殘存容量計算式計算該儲氫容器的可用殘存儲氫量111 量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度112 轉(zhuǎn)換計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器的氫氣存量113 將得到的可用殘存儲氫量予以儲存
具體實施例方式
在探討儲氫容器中可用的氫氣量的量測方法之前，必須先了解儲氫容器在真實使用情況下的氫氣容量變化狀況。達(dá)到此種要求的實驗方法，是將按照固定充氫條件完成充氫作業(yè)的儲氫容器，在各種不同操作溫度下，依據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)要求的氫氣壓力與最低氫氣流量條件下進(jìn)行放氫作業(yè)，并利用質(zhì)量流量計量取儲氫容器的放氫量，以得到實際使用條件的儲氫容器的氫氣流量、氫氣壓力與時間關(guān)系的動態(tài)放氫特性曲線(如圖3所示)，其中曲線C1表示氫氣流量值曲線，曲線C2表示氫氣壓力值曲線。由此可得到在不同操作溫度下的有效放氫容量，據(jù)此作為計算經(jīng)溫度校正后儲氫容器中的氫氣存量。
再者，由于儲氫合金會因氫氣中不純物的影響，在多次充放氫循環(huán)后逐漸降低氫氣容量，因此需要預(yù)先進(jìn)行實驗以得知變化情形。例如在圖4中，其顯示儲氫容器的氫氣容量衰退曲線，其顯示儲氫容器在經(jīng)過500次的充放氫循環(huán)后，氫氣容量降低約5％。
在實際使用狀況，儲氫容器的合金種類與數(shù)量都已固定，基本放氫特性與氫氣容量衰退情形也已得知，此時可用殘存儲氫量的計算公式表示如下Cac，t＝0，s＝0＝Coc(T，N)＝Cac，t＝0，s＝1(1)Cac，t＝0，s＝1＝Cac(T) (2)Cac，t＝t，s＝1＝Cac，t＝t-1，s＝1-Cuc，t＝t(3)上式中各項變數(shù)的意義解釋如下Coc＝充飽氫氣后或新更換時儲氫容器的可用儲氫量(oc＝OriginalCapacity)Cac＝儲氫容器的可用殘存儲氫量(ac＝Available Residue Capacity)Cuc＝消耗掉的氫氣量(uc＝Used Capacity)T＝儲氫容器的操作溫度N＝儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)S＝儲氫容器更換狀態(tài)，S＝0為新更換，S＝1為未更換t＝儲氫容器的使用時間(秒)
根據(jù)1-3式以及已知的儲氫容器的基本放氫特性與氫氣容量衰退曲線即可計算儲氫容器中的可用殘存氫氣量。
圖5顯示本發(fā)明在量測儲氫容器中可用殘存氫氣量時的流程圖。茲配合前列的計算式(1)(2)，對本發(fā)明的具體操作流程說明如后。
在本發(fā)明的操作流程中，首先判斷待測儲氫容器更換或未更換的狀態(tài)(步驟101)。如果該待測儲氫容器未更換，則讀取儲氫容器的氫氣存量(步驟102)。然后量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度T(步驟103)，并轉(zhuǎn)換計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的氫氣存量(步驟104)。
而在步驟101中，如果判斷該待測儲氫容器為新更換的儲氫容器，則讀取儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)N(步驟105)，再利用氫氣容量衰退曲線計算出充飽氫氣后或新更換時儲氫容器的可用儲氫量Coc(步驟106)。接著，量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度T(步驟107)，并轉(zhuǎn)換計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的可用儲氫量Coc(步驟108)。
在經(jīng)過上述的步驟取得儲氫容器的氫氣存量或可用儲氫量之后，即進(jìn)行讀取被消耗掉的氫氣量Cuc(步驟109)。接著，利用上述的氫氣殘存容量計算式計算該儲氫容器的可用殘存儲氫量(步驟110)。
然后，量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度T(步驟111)，并轉(zhuǎn)換計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器的氫氣存量(步驟112)。
在完成上述的量測步驟之后，重復(fù)數(shù)次相同的量測步驟(即步驟109-112)。最后結(jié)束操作流程，并將得到的可用殘存儲氫量Cac予以儲存(步驟113)。
在實際使用狀況可將圖5的操作流程加以簡化，例如一般系統(tǒng)中儲氫容器的操作溫度變化不大，大致可設(shè)定在定溫操作，因此就不需進(jìn)行儲氫容量的溫度校正步驟(即步驟103、步驟107、步驟111)。
再者，如果儲氫容器中的氫氣純度與品質(zhì)良好時，儲氫容器在數(shù)次(例如500次)循環(huán)使用的氫氣容量衰退率小于5％，此時也可忽略衰退因素的容量校正(即步驟106)，或者是將使用壽命期500次的衰退率利用平均值計算，例如2.5％。
依據(jù)上述的流程與計算，本發(fā)明可以制成一儲氫容器殘氫顯示模組的型態(tài)。如果同時使用數(shù)個儲氫容器的應(yīng)用系統(tǒng)，可在每個儲氫容器分別裝設(shè)本發(fā)明的殘氫顯示模組，依次輪流使用，但最好加設(shè)多罐管理系統(tǒng)。另外，也可考慮將多個儲氫容器共同連接，并且只使用一個殘氫顯示模組，需要更換時，全部一齊換新或者同時充氫。
綜合上述的實施例說明可知，本發(fā)明確已提供一種實用的儲氫容器可用殘存儲氫量的量測方法。惟以上的實施例說明，僅為本發(fā)明的較佳實施例說明，凡習(xí)于此項技術(shù)者當(dāng)可依據(jù)本發(fā)明的上述實施例說明而作其它種種的改良及變化。然而，這些依據(jù)本發(fā)明實施例所作的種種改良及變化，當(dāng)仍屬于本發(fā)明的發(fā)明精神及以下所界定的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法，用以量測一儲氫容器的可用殘存儲氫量，該方法包括下列步驟(a)讀取該儲氫容器的氫氣存量；(b)讀取該儲氫容器中被消耗掉的氫氣量；(c)利用下列氫氣殘存容量計算式計算該儲氫容器的可用殘存儲氫量Cac，t＝0，s＝0＝Coc(T，N)＝Cac，t＝0，s＝1Cac，t＝0，s＝1＝Cac(T)Cac，t＝t，s＝1＝Cac，t＝t-1，s＝1-Cuc，t＝t其中Coc＝充飽氫氣后或新更換時儲氫容器的可用儲氫量；Cac＝儲氫容器的可用殘存儲氫量；Cuc＝消耗掉的氫氣量；T＝儲氫容器的操作溫度；N＝儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)；s＝儲氫容器更換狀態(tài)，S＝0表示儲氫容器，S＝1表示儲氫容器未更換；t＝儲氫容器的使用時間(秒)。
2.如權(quán)利要求1所述的儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法，其特征在于，步驟(a)之后，更包括量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度，以計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的可用儲氫量。
3.如權(quán)利要求1所述的儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法，其特征在于，步驟(c)之后，更包括量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度，以計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的可用殘存儲氫量。
4.一種儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法，用以量測一充飽氫氣后或新更換儲氫容器的可用殘存儲氫量，該方法包括下列步驟(a)讀取該儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)；(b)讀取該儲氫容器的氫氣存量；(c)讀取該儲氫容器中被消耗掉的氫氣量；(d)利用下列氫氣殘存容量計算式計算該儲氫容器的可用殘存儲氫量Cac，t＝0，s＝0＝Coc(T，N)＝Cac，t＝0，s＝1Cac，t＝0，s＝1＝Cac(T)Cac，t＝t，s＝1＝Cac，t＝t-1，s＝1-Cuc，t＝t其中Coc＝充飽氫氣后或新更換時儲氫容器的可用儲氫量；Cac＝儲氫容器的可用殘存儲氫量；Cuc＝消耗掉的氫氣量；T＝儲氫容器的操作溫度；N＝儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)；S＝儲氫容器更換狀態(tài)，S＝0表示儲氫容器為新更換，S＝1表示儲氫容器未更換；t＝儲氫容器的使用時間(秒)。
5.如權(quán)利要求4所述的儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法，其特征在于，步驟(a)之后，更包括利用氫氣容量衰退曲線計算出該儲氫容器的可用儲氫量。
6.如權(quán)利要求4所述的儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法，其特征在于，步驟(a)之后，更包括量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度，以計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的可用儲氫量。
7.如權(quán)利要求4所述的儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法，其特征在于，步驟(d)之后，更包括量取儲氫容器當(dāng)時的操作溫度，以計算出經(jīng)溫度校正的儲氫容器中的可用殘存儲氫量。
全文摘要
本發(fā)明為一種儲氫容器中可用殘存儲氫量的量測方法，可用以量測一未更換的儲氫容器的可用殘存儲氫量，該方法是在讀取該儲氫容器的氫氣存量之后，讀取該儲氫容器中被消耗掉的氫氣量，再利用氫氣殘存容量計算式計算該儲氫容器的可用殘存儲氫量。當(dāng)該儲氫容器為充飽氫氣后或新更換時，該步驟包括有讀取該儲氫容器的使用循環(huán)次數(shù)、讀取該儲氫容器的氫氣存量及讀取該儲氫容器中被消耗掉的氫氣量的步驟，再利用氫氣殘存容量計算式計算該儲氫容器的可用殘存儲氫量。
文檔編號G01F22/00GK1854692SQ20051006823
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者鄭耀宗, 徐耀升 申請人:亞太燃料電池科技股份有限公司