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ES1305691U - Sistema de descongelación de hielo de depósitos de agua, y sistema de SOFC - Google Patents

Sistema de descongelación de hielo de depósitos de agua, y sistema de SOFC Download PDF

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ES1305691U ES202290037U ES202290037U ES1305691U ES 1305691 U ES1305691 U ES 1305691U ES 202290037 U ES202290037 U ES 202290037U ES 202290037 U ES202290037 U ES 202290037U ES 1305691 U ES1305691 U ES 1305691U
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Abstract

Un sistema de descongelación de hielo de depósitos de agua de un sistema de SOFC, que comprende: un depósito de agua (1); un calentador (2) montado en el depósito de agua (1); un sensor de temperatura (4) en el depósito de agua (1); un sensor de temperatura de salida del apilamiento; y un controlador (5) de descongelación de hielo de depósitos de agua; donde el controlador (5) de descongelación de hielo de depósitos de agua comprende: un módulo de obtención de temperatura (11) configurado para obtener la temperatura actual de un objeto objetivo de agua o hielo en el depósito de agua (1) cuando se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, en donde la información de apagado del sistema de SOFC es generada por una unidad de control de un vehículo; un módulo de cálculo de tiempo (12) configurado para calcular un tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua (1) de la temperatura actual determinada por el sensor de temperatura (4) en el depósito de agua (1) a una temperatura preestablecida; y un módulo de control del calentamiento (13) configurado para operar el calentador (2) en el sistema de descongelación de hielo de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo a una temperatura preestablecida en el depósito de agua (1).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de descongelación de hielo de depósitos de agua, y sistema de SOFC
Campo técnico
La presente invención se refiere al campo de calentamiento de depósitos de agua, particularmente a un método y una unidad de calentamiento de depósitos de agua, un dispositivo electrónico y un sistema de pila de solid oxide fuel cell (combustible de óxido sólido - SOFC).
Antecedentes de la técnica
La puesta en marcha y el funcionamiento de un sistema de SOFC necesitan usar agua desionizada. El agua desionizada en un depósito de agua entra en un reformador o apilamiento en el sistema de SOFC y pasa a través de una reacción de reformado (p. ej. CH<4>+H<2>O = CO<2>+H<2>) para proporcionar hidrógeno al apilamiento, que puede usarse en
reacciones y generar energía. Dentro del apilamiento, también se producirá una reacción de H<2>+O<2>=H<2>O y el agua generada volverá al depósito de agua a través de condensación y recuperación.
Después de que se detenga el sistema de SOFC en un vehículo, el agua del depósito de agua se congelará gradualmente cuando la temperatura ambiente sea inferior a 0 °C. Cuando se pone en marcha nuevamente el sistema de SOFC, el agua desionizada del depósito de agua está en estado congelado y necesita calentarse mediante un sistema de descongelación de depósitos de agua para pasar a estado líquido antes de suministrarse al sistema de SOFC, asegurando así una puesta en marcha satisfactoria del sistema de SOFC.
Cuando el hielo del depósito de agua está a baja temperatura, tarda más tiempo en calentar el hielo del depósito de agua para convertirlo en agua, dando como resultado un tiempo de inicio más largo del sistema de SOFC.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un método y una unidad de calentamiento de depósitos de agua, un dispositivo electrónico y un sistema de SOFC para abordar el problema de que cuando el hielo del depósito de agua está a baja temperatura, tarda más tiempo en calentar el hielo del depósito de agua para convertirlo en agua, dando como resultado un tiempo de inicio más largo del sistema de SOFC.
Se proporciona un método de calentamiento de depósitos de agua. El método se usa en un controlador de descongelación de depósitos de agua en un sistema de descongelación de depósitos de agua y comprende las etapas de:
obtener la temperatura actual de un objeto objetivo en un depósito de agua en el caso de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, en donde la información de apagado del sistema de SOFC es generada por una unidad de control de un vehículo en base a una instrucción recibida del modo de suspensión preestablecido activado por el usuario;
calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua en el caso de que la temperatura actual sea menor que un umbral de temperatura preestablecido; y
poner en marcha un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento en el caso de que el tiempo real de descongelación sea mayor que un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, en donde el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC se determina según la temperatura actual de salida del apilamiento.
Opcionalmente, en el proceso de poner en marcha el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua, el método comprende además las etapas de:
obtener la energía restante de la batería; y
controlar que el sistema de descongelación de depósitos de agua se apague en el caso de que la energía restante de la batería sea menor que un umbral preestablecido.
Opcionalmente, la etapa de poner en marcha un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento comprende las etapas de:
poner en marcha el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua;
obtener el tiempo real de descongelación en tiempo real; y
detener el calentamiento del depósito de agua en el caso de que la diferencia entre el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC y el tiempo real de descongelación cumpla una condición de diferencia preestablecida, o la temperatura del objeto objetivo en el depósito de agua sea mayor que un umbral de temperatura preestablecido.
Opcionalmente, el proceso de determinar el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC comprende las etapas de:
obtener una correspondencia entre la temperatura preestablecida de salida del apilamiento y un tiempo de descongelación de referencia; y
buscar en la correspondencia y obtener un tiempo de descongelación de referencia correspondiente a la temperatura actual de salida del apilamiento.
Opcionalmente, la etapa de calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua comprende las etapas de:
calcular la energía necesaria para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida;
obtener la potencia de calentamiento de un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua y la potencia de disipación de calor del depósito de agua;
calcular una diferencia entre la potencia de calentamiento y la potencia de disipación de calor; y
determinar la relación de la energía a la diferencia en el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida.
Se proporciona una unidad de calentamiento de depósitos de agua. La unidad se usa en un controlador de descongelación de un depósito de agua en un sistema de descongelación de depósitos de agua y comprende:
un módulo de obtención de temperatura, usado para obtener la temperatura actual de un objeto objetivo en un depósito de agua en el caso de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, en donde la información de apagado del sistema de SOFC es generada por una unidad de control de un vehículo en base a una instrucción recibida del modo de suspensión preestablecido activado por el usuario;
un módulo de cálculo de tiempo, usado para calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua en el caso de que la temperatura actual sea menor que un umbral de temperatura preestablecido; y
un módulo de control del calentamiento, usado para poner en marcha un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento en el caso de que el tiempo real de descongelación sea mayor que un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, en donde el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC se determina según la temperatura actual de salida del apilamiento.
Opcionalmente, la unidad comprende además:
un módulo de control de apagado, usado para obtener la energía restante de la batería, y controlar que el sistema de descongelación de depósitos de agua se apague en el caso de que la energía restante de la batería sea menor que un umbral preestablecido.
Opcionalmente, el módulo de control del calentamiento comprende:
un submódulo de inicio de calentamiento, usado para poner en marcha el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua;
un submódulo de obtención de tiempo, usado para obtener el tiempo real de descongelación en tiempo real; y
un submódulo de control del calentamiento, usado para detener el calentamiento del depósito de agua en el caso de que la diferencia entre el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC y el tiempo real de descongelación cumpla una condición de diferencia preestablecida, o la temperatura del objeto objetivo en el depósito de agua sea mayor que un umbral de temperatura preestablecido.
Opcionalmente, la unidad de calentamiento del depósito de agua comprende además un módulo de determinación de tiempo, que se usa para:
obtener una correspondencia entre la temperatura preestablecida de salida del apilamiento y un tiempo de descongelación de referencia, buscar en la correspondencia y obtener un tiempo de descongelación de referencia correspondiente a la temperatura actual de salida del apilamiento.
Se proporciona un dispositivo electrónico. El dispositivo electrónico comprende una memoria y un procesador;
en donde la memoria se usa para almacenar programas; y
el procesador invoca programas y se usa para:
obtener la temperatura actual de un objeto objetivo en un depósito de agua en el caso de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, en donde la información de apagado del sistema de SOFC es generada por una unidad de control de un vehículo en base a una instrucción recibida del modo de suspensión preestablecido activado por el usuario; calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua en el caso de que la temperatura actual sea menor que un umbral de temperatura preestablecido; y
poner en marcha un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento en el caso de que el tiempo real de descongelación sea mayor que un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, en donde el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC se determina según la temperatura actual de salida del apilamiento.
Se proporciona un sistema de SOFC. El sistema de SOFC comprende el dispositivo electrónico anterior.
En comparación con la técnica anterior, la presente invención tiene los siguientes efectos ventajosos:
La presente invención proporciona un método y una unidad de calentamiento de depósitos de agua, un dispositivo electrónico y un sistema de SOFC. Antes de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, es decir, de que se ponga en marcha el sistema de SOFC, si la temperatura actual es menor que un umbral de temperatura preestablecido y el tiempo real de descongelación es mayor que un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua se pondrá en marcha para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento. En otras palabras, antes de que se ponga en marcha el sistema de SOFC, el hielo del depósito de agua se ha calentado, por lo que después de ponerse en marcha el sistema de SOFC se acortará el tiempo de calentamiento del hielo calentado, es decir, el tiempo de descongelación del depósito de agua. Además, en el proceso de calentamiento del hielo, se usa un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC determinado según la temperatura actual de salida del apilamiento como un parámetro de control del calentamiento. Como la temperatura de salida del apilamiento es un factor clave que influye en el tiempo de inicio del sistema de SOFC, el control del calentamiento será más preciso si el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC correspondiente a la temperatura de salida del apilamiento se usa como un parámetro de control del calentamiento.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos usados en la descripción se describen brevemente a continuación. Estas son solo algunas realizaciones de la presente invención.
La Fig. 1 es una vista esquemática estructural de un sistema de descongelación de depósitos de agua.;
La Fig. 2 es un diagrama de flujo de un método de calentamiento de depósitos de agua.
La Fig. 3 es un diagrama de flujo de otro método de calentamiento de depósitos de agua.
La Fig. 4 es un diagrama de flujo de otro método de calentamiento de depósitos de agua adicional.
La Fig. 5 es una vista esquemática estructural de una unidad de calentamiento de depósitos de agua.
Descripción detallada
Las realizaciones de la presente invención se describen a continuación junto con los dibujos. Las realizaciones descritas son solo algunas realizaciones de la presente invención. También son posibles otras realizaciones dentro del alcance de las reivindicaciones.
Durante el funcionamiento del sistema de SOFC, como el agua se recupera de forma continua a través de condensación, incluso en el caso de baja temperatura ambiente, el problema de la formación de hielo no será frecuente. Sin embargo, después de que el sistema de SOFC se detenga y si la temperatura ambiente externa es inferior a 0 °C, el agua del depósito de agua se congelará gradualmente, provocando un fallo de suministro de agua.
Cuando se pone en marcha nuevamente el sistema de SOFC, el agua desionizada del depósito de agua está en estado congelado y necesita calentarse mediante un sistema de descongelación de depósitos de agua para pasar a estado líquido durante la puesta en marcha del sistema de SOFC antes de suministrarse al sistema de SOFC, de modo que el sistema de SOFC entra gradualmente en un estado de generación de energía y se pone en marcha de forma satisfactoria. Sin embargo, cuando el hielo del depósito de agua está a baja temperatura, tarda más tiempo en calentar el hielo del depósito de agua para convertirlo en agua. Si la descongelación no es satisfactoria, fallará el suministro de agua necesario al sistema de SOFC, provocando el problema de un tiempo de inicio prolongado del sistema de SOFC.
La invención reconoce que si el hielo del depósito de agua todavía se puede calentar después de que el sistema de SOFC esté apagado, entonces cuando se ponga en marcha el sistema de SOFC, como el hielo se ha precalentado, se necesitará menos tiempo y energía para calentar el hielo, acortando así el tiempo de inicio de la SOFC.
Para lograr el efecto técnico anterior, se preestablecen dos modos de funcionamiento. Uno es un modo de suspensión preestablecido, y el otro es un modo de apagado. El modo concreto se selecciona manualmente. Cuando el vehículo se detiene, el usuario, tal como el conductor, puede seleccionar un modo de parada según el tiempo de inactividad estimado. Por ejemplo, cuando el tiempo de inactividad es corto a baja temperatura, se selecciona el modo de suspensión preestablecido, y cuando la temperatura es alta o el tiempo de inactividad es largo, se selecciona el modo de apagado.
Cuando se selecciona el modo de apagado, todos los dispositivos tales como el sistema de descongelación de depósitos de agua y el sistema de SOFC se apagan y dejan de funcionar. Cuando se selecciona el modo de apagado, la unidad de control del vehículo recibe una instrucción del modo de apagado seleccionado por el usuario y controla que el sistema de descongelación de depósitos de agua, el sistema de SOFC y otros dispositivos se apaguen.
Cuando se selecciona el modo de suspensión preestablecido, el sistema de SOFC se apaga, pero todavía funcionan el controlador de descongelación de depósitos de agua del sistema de descongelación de depósitos de agua, el sensor de temperatura de salida del apilamiento y el sensor de temperatura en el depósito de agua. El controlador de descongelación de depósitos de agua determina, según el sensor de temperatura en el depósito de agua y el sensor de temperatura de salida del apilamiento, si se pone en marcha el calentador para calentar el depósito de agua. Cuando se selecciona el modo de suspensión preestablecido, la unidad de control del vehículo recibe una instrucción del modo de suspensión preestablecido seleccionado por el usuario y controla que el sistema de SOFC y otros dispositivos se apaguen, pero aún están encendidos y funcionan el controlador de descongelación de depósitos de agua en el sistema de descongelación de depósitos de agua, el sensor de temperatura de salida del apilamiento y el sensor de temperatura en el depósito de agua. Además, después de controlar que el sistema de SOFC y otros dispositivos se apaguen, la unidad de control del vehículo transferirá la información de apagado del sistema de SOFC al controlador de descongelación de depósitos de agua en el sistema de descongelación de depósitos de agua para activar el controlador de descongelación de depósitos de agua para que realice la operación de calentamiento del depósito de agua después del apagado de la SOFC.
La sección anterior describe el concepto subyacente de la invención. La estructura del sistema de descongelación de depósitos de agua proporcionado por la presente invención se muestra en la Fig. 1. El sistema de descongelación comprende un depósito 1 de agua, un calentador 2, un sensor 4 de temperatura en el depósito de agua, un sensor 7 de temperatura ambiente, un sensor de temperatura de salida del apilamiento, un controlador 5 de descongelación de depósitos de agua y lana termoaislante. El depósito 1 de agua es un recipiente de almacenamiento de agua y comprende una entrada de agua (entrada 6 del depósito de agua) conectada a un dispositivo de recuperación de agua y que permite que el agua recuperada entre en el depósito de agua, y una salida de agua (salida 3 del depósito de agua) conectada a una bomba de agua corriente abajo y otros transportadores de agua y que permite que el agua del depósito 1 de agua se transporte a componentes que la necesiten. El calentador 2 se monta dentro del depósito de agua y se usa para calentar o descongelar. El sensor 4 de temperatura en el depósito de agua se usa para medir la temperatura del agua o hielo en el depósito 1 de agua. El sensor 7 de temperatura ambiente se usa para medir la temperatura ambiente. El sensor de temperatura de salida del apilamiento se usa para medir la temperatura de salida del apilamiento y predecir el tiempo desde la puesta en marcha del sistema de SOFC hasta el suministro de agua. El controlador 5 de descongelación de depósitos de agua se usa para recoger señales y emitir instrucciones al calentador 2. La lana termoaislante envuelve el exterior del depósito de agua para reducir la disipación del calor hacia fuera del depósito de agua.
Una realización de la presente invención proporciona un método de calentamiento de depósitos de agua que se usa en un controlador de descongelación de depósitos de agua en un sistema de descongelación de depósitos de agua, como se muestra en la Fig. 2, y comprende las etapas de:
S11: obtener la temperatura actual de un objeto objetivo en un depósito de agua en el caso de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC.
El proceso de generación de la información de apagado del sistema de SOFC se ha descrito anteriormente.
En esta realización, después de que el vehículo se detenga, si el usuario selecciona un modo de suspensión preestablecido, la unidad de control del vehículo transferirá la información de apagado del sistema de SOFC al controlador de descongelación de depósitos de agua en el sistema de descongelación de depósitos de agua después de controlar que el sistema de SOFC y otros dispositivos estén apagados. Es decir, la información de apagado del sistema de SOFC es generada por la unidad de control del vehículo en base a una instrucción recibida del modo de suspensión preestablecido activado por el usuario.
Cuando el vehículo se detiene, el entorno ambiental determina directamente si se congelará el agua del depósito de agua. Si la temperatura ambiente está por debajo de 0 °C, el agua del depósito de agua se congelará, pero si la temperatura ambiente está por encima de 0 °C, el agua del depósito de agua no se congelará. Como se desconoce de antemano si el objeto en el depósito de agua es agua o hielo, el objeto se denomina generalmente objeto objetivo. El objeto objetivo puede ser agua o hielo.
Cuando se necesita la temperatura actual del objeto objetivo, se usa el sensor 4 de temperatura en el depósito de agua. El sensor de temperatura detectará y obtendrá la temperatura del objeto objetivo.
S12: determinar si la temperatura actual es menor que un umbral de temperatura preestablecido; si es así, entonces pasa a S13; si no es así, entonces pasa a S15.
Cuando la temperatura está por encima de 0 °C, el agua no se congelará. En este caso, cuando se pone en marcha la SOFC, el agua no se calentará. Sin embargo, cuando la temperatura está por debajo de 0 °C, el agua se congelará. En este caso, cuando se pone en marcha la SOFC, el agua necesita calentarse. Por lo tanto, el umbral de temperatura preestablecido es en general 0 °C.
S13: calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua.
En esta realización, la temperatura preestablecida puede ser cualquier temperatura por encima de 0 °C y, por ejemplo, por debajo de 5 °C, p. ej., cualquier temperatura por encima de 3 °C y por debajo de 5 °C. La energía necesaria para descongelar y pasar de hielo a agua es mucho mayor que la energía necesaria para calentar agua de 0 °C a una temperatura específica, por lo que en esta realización la temperatura preestablecida puede establecerse para que sea cualquier temperatura por encima de 0 °C y por debajo de 5 °C, p. ej., cualquier temperatura por encima de 3 °C y por debajo de 5 °C.
El tiempo para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida es el tiempo real de descongelación necesario para descongelar y pasar de hielo a agua.
S14: poner en marcha un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento en el caso de que el tiempo real de descongelación sea mayor que un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC.
De antemano se establece un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC. Como la temperatura de salida del apilamiento es un factor que influye en el tiempo de inicio del sistema de SOFC y también un factor que influye en el tiempo desde la puesta en marcha del sistema hasta el suministro de agua, el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC en esta realización se determina según la temperatura actual de salida del apilamiento.
En primer lugar, el tiempo t<1>desde la puesta en marcha hasta el suministro de agua (es decir, el tiempo de descongelación de referencia) se prueba de antemano a varias temperaturas de salida del apilamiento, y una función t<1>=g (salida del apilamientoT) se obtiene a través del ajuste de datos. Es decir, se obtiene de antemano una correspondencia entre la temperatura de salida del apilamiento y el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC. A continuación, se usa el sensor de temperatura de salida del apilamiento para detectar la temperatura actual de salida del apilamiento, y se puede buscar un tiempo de descongelación de referencia correspondiente a la temperatura de salida del apilamiento en la correspondencia anterior que se usa como el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC.
En el caso de que el tiempo real de descongelación sea mayor que el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, es decir, que el tiempo real de descongelación requerido sea mayor que el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, el calentador se pondrá en marcha para reducir el tiempo real de descongelación necesario.
Después de que el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua se ponga en marcha para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua, el calentamiento no es continuo y se detendrá cuando se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento, véase la Fig. 3. S14 puede comprender las etapas de:
S21: poner en marcha el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua.
S22: obtener el tiempo real de descongelación en tiempo real.
Después de que el calentador se use para calentar el depósito de agua, la temperatura del objeto objetivo en el depósito de agua aumentará y el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo de la temperatura actual a la temperatura preestablecida se reducirá gradualmente. En este caso, el tiempo real de descongelación debe calcularse en tiempo real.
S23: detener el calentamiento del depósito de agua en el caso de que la diferencia entre el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC y el tiempo real de descongelación cumpla una condición de diferencia preestablecida o la temperatura del objeto objetivo en el depósito de agua sea mayor que un umbral de temperatura preestablecido.
El método establece de antemano dos condiciones preestablecidas de parada del calentamiento. La primera condición preestablecida de parada del calentamiento es que la diferencia entre el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC y el tiempo real de descongelación cumpla con la condición preestablecida de diferencia. Para un tiempo necesario preestablecido t<1>de descongelación de la SOFC y un tiempo real t<2>de descongelación, h y t<2>deberían cumplir h>t<2>+tmin, donde t puede ser 3 min. Es decir, en esta realización, cuando la diferencia entre el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC y el tiempo real de descongelación es mayor que la diferencia preestablecida, el calentamiento se detiene y en ese momento el objeto objetivo en el depósito de agua puede ser todavía hielo. La presente invención puede lograr un control preciso de la temperatura y, comparado con el mantenimiento constante de un estado no congelado en el depósito de agua, el tiempo de calentamiento es más corto y se puede consumir menos energía.
La segunda condición preestablecida de parada del calentamiento es que la temperatura del objeto objetivo en el depósito de agua sea mayor que el umbral de temperatura preestablecido.
En aplicaciones reales, el umbral de temperatura preestablecido puede ser 0 °C. Es decir, después de que el hielo del depósito de agua se funda en agua, incluso si el sistema de SOFC se pone en marcha en ese momento, el agua puede suministrarse directamente sin calentamiento.
En la realización de la presente invención, cuando se cumple cualquiera de las condiciones preestablecidas de parada del calentamiento, se detiene el calentamiento, lo que puede garantizar el tiempo de calentamiento más corto.
Es decir, en la realización de la presente invención, cuando la temperatura actual T<depósito>es mayor de 0 °C, no se lleva a cabo ningún calentamiento.
Cuando T<depósito>es menor o igual a 0 °C, se calcula el tiempo t<2>de descongelación. Cuando T<depósito>es igual a 0 °C, el cálculo se lleva a cabo en base a todo el hielo a 0 °C;
Si t<1>es menor o igual a t<2>, se pondrá en marcha el calentador. El calentamiento se detiene cuando t<1>es mayor o igual a t<2>+3 min o T<depósito>es mayor de 0 °C.
En el proceso de calentamiento del calentador, el modo de suspensión preestablecido necesita consumir la energía de la batería, y es necesario suministrar energía a elementos eléctricos tales como ventiladores cuando se pone en marcha el sistema de SOFC. Para evitar que la batería consuma demasiada energía, provocando un fallo al poner en marcha el sistema, es necesario obtener en tiempo real la energía restante de la batería, y debe establecerse que cuando la energía restante de la batería sea menor o igual a Qe, el modo de suspensión preestablecido se cambie a un modo de apagado. En este caso, el controlador de descongelación de depósitos de agua controla que el sistema de descongelación de depósitos de agua se apague. Aquí, Qe es la cantidad eléctrica consumida desde el momento en que el sistema de SOFC se pone en marcha hasta el momento en que la energía neta es mayor de 0 y es una cantidad calibrada. Después de que la potencia de la batería sea menor que un umbral, el modo de suspensión se cambia automáticamente al modo de apagado y no habrá riesgo de inicio de un fallo del sistema de SOFC causado por la baja potencia de la batería.
Antes de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, es decir, de que esté en funcionamiento el sistema de SOFC, si la temperatura actual es menor que el umbral de temperatura preestablecido y el tiempo real de descongelación es mayor que el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua se pondrá en marcha para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento. En otras palabras, antes de que se ponga en marcha el sistema de SOFC, el hielo del depósito de agua se ha calentado, por lo que después de ponerse en marcha el sistema de SOFC se acortará el tiempo de calentamiento del hielo calentado, es decir, el tiempo de descongelación del depósito de agua. Además, en el proceso de calentamiento del hielo, se usa un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC determinado según la temperatura actual de salida del apilamiento como un parámetro de control del calentamiento. Como la temperatura de salida del apilamiento es un factor que influye en el tiempo de inicio del sistema de SOFC, el control del calentamiento será más preciso si el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC correspondiente a la temperatura de salida del apilamiento se usa como un parámetro de control del calentamiento.
Además del método anterior para poner en marcha el calentador para calentar cuando la temperatura actual sea menor que el umbral de temperatura preestablecido y el tiempo real de descongelación sea mayor que el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, y para detener el calentamiento cuando se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento, también se puede adoptar un calentamiento eléctrico continuo para evitar la congelación a baja temperatura. Sin embargo, este método consumirá más energía eléctrica y tiene un riesgo de fallo de la puesta en marcha debido a la baja potencia de la batería. Consume menos energía eléctrica el método anterior para poner en marcha el calentador para calentar cuando la temperatura actual sea menor que el umbral de temperatura preestablecido y el tiempo real de descongelación sea mayor que el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, y para detener el calentamiento cuando se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento.
Puede disponerse lana termoaislante u otro material termoaislante fuera del depósito de agua para retener calor. Con la lana termoaislante y el calentador, que funciona de manera intermitente, el consumo de energía se reduce todo lo posible mientras se cumple el requisito de suministro de agua.
La realización anterior implica calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua. En la Fig. 4 se muestra un proceso de implementación específico. La etapa S12 puede comprender las etapas de:
S31: calcular la energía necesaria para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida.
S32: obtener la potencia de calentamiento de un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua y la potencia de disipación de calor del depósito de agua.
S33: calcular una diferencia entre la potencia de calentamiento y la potencia de disipación de calor.
S34: determinar la relación de la energía a la diferencia en el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida.
El tiempo real t<2>de descongelación se puede calcular mediante el siguiente método: t<2>=Q/(P<calentador>-P<pérdida>)
El volumen del agua en el depósito de agua se puede calcular multiplicando el área de sección transversal dentro del depósito de agua por el nivel de líquido. El nivel de líquido es el nivel de líquido después de detenerse para evitar la inexactitud en el nivel de líquido causada por la formación de hielo. A continuación, según el calor latente del cambio de fase cuando el hielo se funde en agua, se calcula el tiempo t<2>necesario para calentar el agua o hielo en el depósito de agua de la temperatura actual hasta 5 °C.
Donde Q es la energía necesaria para derretir todo el hielo del depósito de agua,
Q=cm(5-T<depósito>) m L
donde
c es la capacidad calorífica específica del hielo, y su valor es 2100 J/(kg°C),
T<depósito>es la temperatura en tiempo real en el depósito de agua, es decir, la temperatura actual como se ha descrito anteriormente;
m es la masa del agua o hielo en el depósito de agua, m=pAH, donde p es la densidad del agua, A es el área basal dentro del depósito de agua y H es el nivel de líquido mostrado por el indicador de nivel de líquido después de la parada;
L es el calor del cambio de fase cuando el hielo se funde en agua y su valor es 3,305x105 J/kg;
Pcalentador es la potencia del calentador;
Ppérdida es la potencia de disipación de calor del depósito de agua, Ppérdida=k(Tdepósito-Tamb), donde k es el coeficiente de dispersión de calor de la lana termoaislante del depósito de agua (como las interfaces en el depósito de agua tienen una gran relevancia en el cálculo de la disipación de calor, este coeficiente se calibra a través de pruebas);
Tamb es la temperatura ambiente externa y se obtiene según un sensor de temperatura ambiente.
A través de las etapas S31 a S34, se puede calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida, controlando así el tiempo de calentamiento del calentador en base al tiempo real de descongelación y asegurando la precisión del calentamiento del objeto objetivo.
Otra realización de la presente invención proporciona una unidad de calentamiento de depósitos de agua usada en un controlador de descongelación de depósitos de agua en un sistema de descongelación de depósitos de agua, como se muestra en la Fig. 5. La unidad comprende:
un módulo 11 de obtención de temperatura, usado para obtener la temperatura actual de un objeto objetivo en un depósito de agua en el caso de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, en donde la información de apagado del sistema de SOFC es generada por una unidad de control de un vehículo en base a una instrucción recibida del modo de suspensión preestablecido activado por el usuario;
un módulo 12 de cálculo de tiempo, usado para calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua en el caso de que la temperatura actual sea menor que un umbral de temperatura preestablecido; y
un módulo 13 de control del calentamiento, usado para poner en marcha un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento en el caso de que el tiempo real de descongelación sea mayor que un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, en donde el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC se determina según la temperatura actual de salida del apilamiento.
Además, la unidad también comprende un módulo de control de apagado, usado para obtener la energía restante de la batería, y controlar que el sistema de descongelación de depósitos de agua se apague en el caso de que la energía restante de la batería sea menor que un umbral preestablecido.
Además, el módulo de control del calentamiento comprende:
un submódulo de inicio de calentamiento, usado para poner en marcha el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua;
un submódulo de obtención de tiempo, usado para obtener el tiempo real de descongelación en tiempo real; y
un submódulo de control del calentamiento, usado para detener el calentamiento del depósito de agua en el caso de que la diferencia entre el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC y el tiempo real de descongelación cumpla una condición de diferencia preestablecida, o la temperatura del objeto objetivo en el depósito de agua sea mayor que un umbral de temperatura preestablecido.
Además, la unidad también comprende un módulo de determinación de tiempo, que se usa para obtener una correspondencia entre la temperatura preestablecida de salida del apilamiento y un tiempo de descongelación de referencia, buscar en la correspondencia y obtener un tiempo de descongelación de referencia correspondiente a la temperatura actual de salida del apilamiento.
Además, el módulo de cálculo de tiempo se usa concretamente en:
un submódulo de obtención de energía, usado para calcular la energía necesaria para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida;
un submódulo de obtención de energía, usado para obtener la potencia de calentamiento de un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua y la potencia de disipación de calor del depósito de agua;
un submódulo de cálculo de diferencia, usado para calcular una diferencia entre la potencia de calentamiento y la potencia de disipación de calor; y
un submódulo de determinación de tiempo, usado para determinar la relación de la energía a la diferencia en el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida.
En esta realización, antes de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, es decir, de que esté en funcionamiento el sistema de SOFC, si la temperatura actual es menor que el umbral de temperatura preestablecido y el tiempo real de descongelación es mayor que el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua se pondrá en marcha para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla la condición preestablecida de parada del calentamiento. En otras palabras, antes de que se ponga en marcha el sistema de SOFC, el hielo del depósito de agua se ha calentado, por lo que después de ponerse en marcha el sistema de SOFC se acortará el tiempo de calentamiento del hielo calentado, es decir, el tiempo de descongelación del depósito de agua. Además, en el proceso de calentamiento del hielo, se usa un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC determinado según la temperatura actual de salida del apilamiento como un parámetro de control del calentamiento. Como la temperatura de salida del apilamiento es un factor clave que influye en el tiempo de inicio del sistema de SOFC, el control del calentamiento será más preciso si el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC correspondiente a la temperatura de salida del apilamiento se usa como un parámetro de control del calentamiento.
Los procesos de trabajo de los módulos y submódulos en esta realización pueden consultarse a la descripción correspondiente en las realizaciones anteriores y no se describirán nuevamente.
Otra realización de la presente invención proporciona un dispositivo electrónico que puede ser el controlador de descongelación de depósitos de agua, que comprende una memoria y un procesador. La memoria se utiliza para almacenar programas. El procesador ejecuta programas y se usa para:
obtener la temperatura actual de un objeto objetivo en un depósito de agua en el caso de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, en donde la información de apagado del sistema de SOFC es generada por una unidad de control de un vehículo en base a una instrucción recibida del modo de suspensión preestablecido activado por el usuario;
calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua en el caso de que la temperatura actual sea menor que un umbral de temperatura preestablecido; y
poner en marcha un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento en el caso de que el tiempo real de descongelación sea mayor que un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, en donde el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC se determina según la temperatura actual de salida del apilamiento.
Además, en el proceso de poner en marcha el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua, el método comprende además las etapas de:
obtener la energía restante de la batería;
controlar que el sistema de descongelación de depósitos de agua se apague en el caso de que la energía restante de la batería sea menor que un umbral preestablecido.
Además, la etapa de poner en marcha un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumple una condición preestablecida de parada del calentamiento comprende las etapas de:
poner en marcha el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua;
obtener el tiempo real de descongelación en tiempo real; y
detener el calentamiento del depósito de agua en el caso de que la diferencia entre el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC y el tiempo real de descongelación cumpla una condición de diferencia preestablecida, o la temperatura del objeto objetivo en el depósito de agua sea mayor que un umbral de temperatura preestablecido.
Además, el proceso de determinar el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC comprende las etapas de:
obtener una correspondencia entre la temperatura preestablecida de salida del apilamiento y un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC y
buscar en la correspondencia y obtener un tiempo de descongelación de referencia correspondiente a la temperatura actual de salida del apilamiento.
Además, la etapa de calcular el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida según la información del parámetro del depósito de agua comprende las etapas de:
calcular la energía necesaria para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida;
obtener la potencia de calentamiento de un calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua y la potencia de disipación de calor del depósito de agua;
calcular una diferencia entre la potencia de calentamiento y la potencia de disipación de calor; y
determinar la relación de la energía a la diferencia en el tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua de la temperatura actual a la temperatura preestablecida.
En esta realización, antes de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, es decir, de que esté en funcionamiento el sistema de SOFC, si la temperatura actual es menor que el umbral de temperatura preestablecido y el tiempo real de descongelación es mayor que el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua se pondrá en marcha para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento. En otras palabras, antes de que se ponga en marcha el sistema de SOFC, el hielo del depósito de agua se ha calentado, por lo que después de ponerse en marcha el sistema de SOFC se acortará el tiempo de calentamiento del hielo calentado, es decir, el tiempo de descongelación del depósito de agua. Además, en el proceso de calentamiento del hielo, se usa un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC determinado según la temperatura actual de salida del apilamiento como un parámetro de control del calentamiento. Como la temperatura de salida del apilamiento es un factor que influye en el tiempo de inicio del sistema de SOFC, el control del calentamiento será más preciso si el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC correspondiente a la temperatura de salida del apilamiento se usa como un parámetro de control del calentamiento.
Opcionalmente, en base a las realizaciones anteriores, otra realización de la presente invención proporciona un sistema de SOFC, y el sistema de SOFC comprende el dispositivo electrónico anterior, es decir, el sistema de SOFC comprende un sistema de descongelación de depósitos de agua, es decir, el sistema de SOFC comprende el controlador anterior de descongelación de depósitos de agua y otros dispositivos en el sistema de descongelación de depósitos de agua.
En esta realización, antes de que se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, es decir, de que esté en marcha el sistema de SOFC, si la temperatura actual es menor que el umbral de temperatura preestablecido y el tiempo real de descongelación es mayor que el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC, el calentador en el sistema de descongelación de depósitos de agua se pondrá en marcha para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua hasta que se cumpla una condición preestablecida de parada del calentamiento. En otras palabras, antes de que se ponga en marcha el sistema de SOFC, el hielo del depósito de agua se ha calentado, por lo que después de ponerse en marcha el sistema de SOFC se acortará el tiempo de calentamiento del hielo calentado, es decir, el tiempo de descongelación del depósito de agua. Además, en el proceso de calentamiento del hielo, se usa un tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC determinado según la temperatura actual de salida del apilamiento como un parámetro de control del calentamiento. Como la temperatura de salida del apilamiento es un factor que influye en el tiempo de inicio del sistema de SOFC, el control del calentamiento será más preciso si el tiempo necesario preestablecido de descongelación de la SOFC correspondiente a la temperatura de salida del apilamiento se usa como un parámetro de control del calentamiento.
Serán evidentes diversas modificaciones a estas realizaciones. El principio general definido en la presente memoria puede implementarse en otras realizaciones sin apartarse del alcance de la presente invención.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de descongelación de hielo de depósitos de agua de un sistema de SOFC, que comprende:
un depósito de agua (1);
un calentador (2) montado en el depósito de agua (1);
un sensor de temperatura (4) en el depósito de agua (1);
un sensor de temperatura de salida del apilamiento; y
un controlador (5) de descongelación de hielo de depósitos de agua;
donde el controlador (5) de descongelación de hielo de depósitos de agua comprende:
un módulo de obtención de temperatura (11) configurado para obtener la temperatura actual de un objeto objetivo de agua o hielo en el depósito de agua (1) cuando se reciba la información de apagado del sistema de SOFC, en donde la información de apagado del sistema de SOFC es generada por una unidad de control de un vehículo;
un módulo de cálculo de tiempo (12) configurado para calcular un tiempo real de descongelación necesario para calentar el objeto objetivo en el depósito de agua (1) de la temperatura actual determinada por el sensor de temperatura (4) en el depósito de agua (1) a una temperatura preestablecida; y
un módulo de control del calentamiento (13) configurado para operar el calentador (2) en el sistema de descongelación de hielo de depósitos de agua para calentar el objeto objetivo a una temperatura preestablecida en el depósito de agua (1).
2. El sistema de descongelación según la reivindicación 1, donde el sistema de SOFC comprende una batería y el controlador (5) de descongelación de hielo de depósitos de agua comprende además un módulo de control de apagado.
3. El sistema de descongelación según la reivindicación 1 o 2, en donde el módulo de control del calentamiento (13) comprende:
un submódulo de puesta en marcha del calentador configurado para poner en marcha el calentador (2);
un submódulo de obtención de tiempo; y
un submódulo de control del calentador configurado para detener el calentador (2) que calienta el depósito de agua (1).
4. El sistema de descongelación según la reivindicación 1,2 o 3, donde el controlador (5) de descongelación de hielo de depósitos de agua comprende además un módulo de determinación de tiempo.
5. Un sistema de SOFC, que comprende el sistema de descongelación de hielo de depósitos de agua según la reivindicación 1, 2, 3 o 4.
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