CN109945067A - 一种加氢站氢能源快速充装的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加氢站氢能源快速充装的控制方法及系统，其中，该方法包括步骤：获取待加氢设备储氢瓶内的压力值，并根据所述压力值对各个待加氢设备进行分组；设置加氢设备若干不同压力值的氢气充装气源；根据加氢设备与各组的待加氢设备的压力差控制加氢设备对各组的待加氢设备进行氢能源充装。本发明通过对待加氢设备进行分组，并设置若干气源为对应的各组的各待加氢设备进行加氢，有效提高加氢效率，为多辆待加氢设备的加氢提供更加快捷、稳定的加氢方案，减少误差，保障加氢过程的安全稳定；根据待加氢设备与加氢设备的压力差充装氢气，能够保障加氢速率的同时，保证压差不会过高，防止压差过高而导致的温度骤升的情况，降低加氢风险。

Description

一种加氢站氢能源快速充装的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源应用技术领域，尤其涉及一种加氢站氢能源快速充装的控制方法及系统。

背景技术

随着经济技术的发展，传统工业能源的过度开发和使用，二氧化碳排放量日益增多，造成全球气候变暖，现在全世界国家都在为减少碳排放量而努力。氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。燃料电池车一般采用氢能源，但目前在国内所见到的加氢站在加氢时都是一台台的轮候，多台车辆不能同时进行加注，车辆等待时间较长，加注时间较长，而且通过管束车来运载氢气时，无法充分降低其回收余压，造成运输成本的进一步浪费。

公开号为CN1887622A的专利公开了一种可快速充装氢气的制氢加氢站系统及其方法，属于可再生、清洁环保的新能源领域。该系统包括：电解水、天然气重整制氢设备、氢气纯化设备、氢气升压设备、氢气储罐和氢气加注设备。快速充装氢气的方法是将电解水制氢(1)和天然气重整制氢(2)制造出的氢气通过氢气纯化装置(3)提纯，去掉氢气中的氧、CO、硫化物、水，达到使用要求的品质；将纯化后的氢气输入氢气隔膜压缩机(4)的入口，其中一个出气口将氢气通给氢加注机(16)，直接给燃料电池汽车或氢内燃发动机汽车(17)充气。该发明实现了高效率充气，又保障了安全性，但是其采用的是现场制氢的方法，对场地要求限制较高。

而公开号为CN108775506A的专利公开了一种加氢站氢能源快速充装的方法及系统，用以解决现有燃料电池车加氢等待时间长，效率不高的问题。该方法包括：S1：获取预设缓冲瓶的压力阈值数据，根据所述压力阈值，对预设缓冲瓶充装相应压力的氢气；S2：接收加氢信号，通过所述预设缓冲瓶对当前车辆储氢瓶进行氢气充装；S3：获取当前车辆储氢瓶中的压力数据信息，与当前缓冲瓶的氢气压力进行对比，判断压力差值是否小于预设压力阈值；S4：若是，则与当前缓冲瓶断开连接，若否，则继续与预设缓冲瓶进行连接，充装氢气直至所述储氢瓶中的氢气存储量达到预设容量阈值。采用本发明通过不同压力缓冲瓶对车辆重叠式加氢，提高了燃料电池车的加氢效率，且能满足多台车辆同时充装，但是，当待加氢车辆过多且各车辆压力值不同的情况下，加氢效率难以得到提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种加氢站氢能源快速充装的控制方法及系统，可以解决加氢站对多辆不同压力值的待加氢车辆同时并独立的加氢，减少车辆的排队等候时间，大大的提高了加氢效率。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种加氢站氢能源快速充装的控制方法，包括步骤：

获取待加氢设备储氢瓶内的压力值，并根据所述压力值对各个待加氢设备进行分组；

设置加氢设备若干不同压力值的氢气充装气源；

根据加氢设备与各组的待加氢设备的压力差控制加氢设备对各组的待加氢设备进行氢能源充装。

优选的，还包括步骤：

设定加氢设备为各组待加氢设备对应的加氢预设充装时长及预设最低流速。

优选的，所述加氢设备增加预设比例的主压缩机流量的增压压缩机及若干缓冲瓶，还包括步骤：

根据所述待加氢设备的组数设置对应组数的若干氢气充装气源组；

根据加氢设备与待加氢设备的压力差为所述各组待加氢设备分配对应的氢气充装气源组，所述若干充装气源组包括多个不同压力值的氢气充装气源，其中，所述氢气充装气源包括加预设加氢设备及预设缓冲瓶，所述预设缓冲瓶包括第一预设缓冲瓶、第二预设缓冲瓶、第三预设缓冲瓶及附加缓冲瓶。

优选的，还包括步骤：

控制预设加氢设备对待加氢设备进行氢能源充装；

判断预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装是否达到预设条件，若是，则关闭预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装，并断开连接；

获取预设缓冲瓶内的压力值，根据所述预设缓冲瓶内的压力值大小依次控制相应的预设缓冲瓶对所述待加氢设备进行氢能源充装。

优选的，所述判断预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装是否达到预设条件具体为：

判断预设加氢设备的氢能源充装流速是否低于预设最低流速，若是，则关闭所述预设加氢设备的预设开关阀，并与所述待加氢设备断开连接；

判断预设加氢设备的氢能源充装时长是否超过预设充装时长，若是，则关闭所述预设加氢设备的预设开关阀，并与所述待加氢设备断开连接。

优选的，还包括步骤：

获取预设缓冲瓶的氢能源充装流速，判断是否低于所述预设最低流速，若是，则与所述预设缓冲瓶断开连接。

优选的，还包括步骤：

判断所述预设加氢设备与所述待加氢设备的压力差是否大于预设压差，若是，则控制预设加氢设备对待加氢设备进行加氢，若否，则控制相应的预设缓冲瓶对所述待加氢设备进行氢能源充装。

相应的，还提供一种加氢站氢能源快速充装的控制系统，包括：

压力分组模块，用于获取待加氢设备储氢瓶内的压力值，并根据所述压力值对各个待加氢设备进行分组；

充装气源设置模块，用于设置加氢设备若干不同压力值的氢气充装气源；

加氢控制模块，用于根据加氢设备与各组的待加氢设备的压力差控制加氢设备对各组的待加氢设备进行氢能源充装。

优选的，还包括：

时长流速设定模块，用于设定加氢设备为各组待加氢设备对应的加氢预设充装时长及预设最低流速。

优选的，所述加氢设备增加预设比例的主压缩机流量的增压压缩机及若干缓冲瓶，还包括：

充装气源组设置单元，用于根据所述待加氢设备的组数设置对应组数的若干氢气充装气源组；

氢能源充装分配单元，用于根据加氢设备与待加氢设备的压力差为所述各组待加氢设备分配对应的氢气充装气源组，所述若干充装气源组包括多个不同压力值的氢气充装气源，其中，所述氢气充装气源包括加预设加氢设备及预设缓冲瓶，所述预设缓冲瓶包括第一预设缓冲瓶、第二预设缓冲瓶、第三预设缓冲瓶及附加缓冲瓶。

与现有技术相比，本发明通过对待加氢设备进行分组，并设置若干气源为对应的各组的各待加氢设备进行加氢，有效提高加氢效率，为多辆待加氢设备的加氢提供更加快捷、稳定的加氢方案，减少误差，保障加氢过程的安全稳定；根据待加氢设备与加氢设备的压力差充装氢气，能够保障加氢速率的同时，保证压差不会过高，防止压差过高而导致的温度骤升的情况，降低加氢风险。

附图说明

图1为实施例一提供的一种加氢站氢能源快速充装的控制方法流程图；

图2为实施例一提供的一种加氢站氢能源快速充装的控制方法步骤S200的流程图；

图3为实施例一提供的一种加氢站氢能源快速充装的控制方法步骤S300的流程图；

图4为实施例一提供的一种加氢站氢能源快速充装的控制系统结构图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本实施例提供一种加氢站氢能源快速充装的控制方法，如图1所示，包括步骤：

S100、获取待加氢设备储氢瓶内的压力值，并根据所述压力值对各个待加氢设备进行分组；

S200、设置加氢设备若干不同压力值的氢气充装气源；

S300、根据加氢设备与各组的待加氢设备的压力差控制加氢设备对各组的待加氢设备进行氢能源充装。

目前国内外的氢燃料电池车加氢站对电池车的注气，通常采取一台跟一台的安排，而本实施例提供的方案可以高效快速加氢，例如传统加氢站对电池车仅能同时对一台35MPa的大巴或乘用车进行注气，本实施例至少可以同时加注四台35MPa的大巴或乘用车，设计效率为90分钟充装15台大巴，即平均6分钟可以充装一台；而在二期，无需按照设备的传统比例，只需要增加一台较小型(40％主压缩机流量及三分之一主压缩机的压缩比)的增压压缩机(此安排可以大大的降低常规压缩机的功率及规模)及一组90MPa的缓冲瓶(25％主撬缓冲瓶的水容积或40％主撬缓冲瓶的储气量)，更可以额外的同时处理八台70MPa的乘用车，即在加氢站内可以同时处理十二台电池车，如只是专注充装乘用车，则可在75分钟之内充装60台乘用车，即每75秒钟充装一台乘用车。

本实施例的加氢设备包括预设加氢设备和缓冲瓶，预设加氢设备以管束车为例，其能够将供气商的氢气压缩存储起来，并运输到加氢站，为加氢站内的缓冲瓶充装氢气以对待加氢设备加氢；待加氢设备包括氢气能源乘用车或大巴车等氢能源车，不同类型的氢能源车储氢瓶的压力可能不同，即可充装氢气压力不同，为了提高车辆的加氢效率，本实施例提供的加氢设备可以同时对多辆不同压力的氢能源车辆的加氢，其具体实施过程为：

步骤S100根据氢能源车辆储氢瓶的压力值对该待加氢的车辆进行分组，例如待加氢车辆包括四台35Mpa的大巴和八台70Mpa的乘用车，分别设序号为一到十二，将该十二台分为三组，35Mpa一组分别为一到四，70Mpa两组分别为五到八和九到十二。在对燃料电池车加注氢气时，可以通过车载储氢瓶与缓冲瓶或管束车的高压差把气体充装至车载储氢瓶进行加氢，本实施例设置低压缓冲瓶、中高压缓冲瓶、高压缓冲瓶及两个超高压附加缓冲瓶，在加氢低峰期，管束车通过压缩机对压力不同缓冲瓶进行充气，利用缓冲瓶来存储不同压力的氢气，在高峰时可直接对多台车辆进行加氢；

在步骤S200中，为满足加氢站同时对该十二台车辆进行加氢，需要设置十二个能够独立供气的充装气源，优选的，所述加氢设备增加预设比例的主压缩机流量的增压压缩机及若干缓冲瓶，步骤S200还包括步骤：

S201、根据所述待加氢设备的组数设置对应组数的若干氢气充装气源组；

S202、根据加氢设备与待加氢设备的压力差为所述各组待加氢设备分配对应的氢气充装气源组，所述若干充装气源组包括多个不同压力值的氢气充装气源，其中，所述氢气充装气源包括加预设加氢设备及预设缓冲瓶，所述预设缓冲瓶包括第一预设缓冲瓶、第二预设缓冲瓶、第三预设缓冲瓶及附加缓冲瓶。

本实施例仅需要在加氢设备增加预设比例的主压缩机流量的增压压缩机及若干缓冲瓶，例如增加一台较小型(40％主压缩机流量及三分之一主压缩机的压缩比)的增压压缩机(此安排可以大大的降低常规压缩机的功率及规模)及一组90MPa的缓冲瓶(25％主撬缓冲瓶的水容积或40％主撬缓冲瓶的储气量)即可实现十二台氢能源汽车的能源充装，本实施例的预设缓冲瓶包括低压缓冲瓶、中高压缓冲瓶、高压缓冲瓶及附加的超高压缓冲瓶，首先将预设加氢设备、低压缓冲瓶、中高压缓冲瓶及高压缓冲瓶该四个气源通过调压阀增加至八个独立的气源，其中，预设加氢设备包括管束车、氢气运输车等，以管束车为例，通过管束车、低压缓冲瓶、中高压缓冲瓶及高压缓冲瓶该四个气源充装四台35Mpa的大巴，增加的四个气源配合备用的两个超压缓冲瓶分为两组，分别为管束车、中高压缓冲瓶、超高压缓冲瓶和低压缓冲瓶、高压缓冲瓶、超高压缓冲瓶两组氢气充装气源组，分别充装两组70Mpa的乘用车。

步骤300为了提升加氢效率且控制加氢时的流速等指标，本实施例根据加氢设备和待加氢设备的压力差进行依次加氢，例如管束车在满载时的压力为20MPa，对于气体消耗殆尽的大巴车，其储氢瓶内的压力随着气体体积降低也随着降低，此时储氢瓶内的压力低于管束车的压力，管束车可以通过压差来对大巴车充装氢气。先通过控制管束车来对待加氢设备进行氢能源充装，当加氢到一定阈值状态时换用缓冲瓶进行依次加氢，一方面由于最开始待加氢设备氢能源消耗殆尽，与管束车之间的压力差值不大，能够充分的降低管束车内的氢气，降低回收余压，另一方面，若加氢时若压差过大，容易产生温度骤升的情况，容易导致危险等。

优选的，步骤S300还包括步骤：

S301、控制预设加氢设备对待加氢设备进行氢能源充装；

S302、判断预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装是否达到预设条件，若是，则关闭预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装，并断开连接；

S303、获取预设缓冲瓶内的压力值，根据所述预设缓冲瓶内的压力值大小依次控制相应的预设缓冲瓶对所述待加氢设备进行氢能源充装。

其具体实施过程实例如下，待加氢设备与加氢站连接好后，打开管束车的自动阀，管束车开始对一号大巴进行氢气充装，在加氢过程中实时监测加氢时间及加氢压力，判断是否达到断开连接的预设条件，如果达到了断开的预设条件，则断开管束车与一号大巴的连接，并打开低压缓冲瓶的自动阀对一号大巴进行充装，此时二号大巴可以通过管束车进行加氢，且检测系统持续进行检测，当一号大巴的充装达到预设断开条件即与低压缓冲瓶断开连接并由中高压缓冲瓶进行供气，此时三号大巴通过管束车进行供气、二号大巴通过低压缓冲瓶进行供气，依次类推，实现多个气源对35Mpa的大巴同时供气；与此同时，通过调压阀增加的管束车/低压缓冲瓶气源分别连接至五号乘用车/九号乘用车，依照上述方法对该两组70Mpa的乘用车进行依次加氢。

优选的，还包括步骤：

设定加氢设备为各组待加氢设备对应的加氢预设充装时长及预设最低流速。

本实施例根据不同压力的加氢设备的特性，为提高不同待加氢设备的加氢效率同时保障加氢安全，本实施例设定各组待加氢设备对应的预设充装时长及预设最低流速，例如设置35Mpa的待加氢设备的最低流速为2kg/min，预设充装时长为4分钟，设置70Mpa的待加氢设备的最低流速为2kg/min，预设充装时长为1.25分钟，加氢气源与待加氢设备的连接达到上述条件时该加氢气源的自动阀则自动关闭不再对该加氢设备进行加氢，该待加氢设备转为与下一个加氢气源进行加氢或进行加氢结算，该加氢气源与下一个排队的待加氢设备连接并进行加氢，系统进行持续监测，以此类推。

优选的，所述步骤S302判断预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装是否达到预设条件具体为：

判断预设加氢设备的氢能源充装流速是否低于预设最低流速，若是，则关闭所述预设加氢设备的预设开关阀，并与所述待加氢设备断开连接；

判断预设加氢设备的氢能源充装时长是否超过预设充装时长，若是，则关闭所述预设加氢设备的预设开关阀，并与所述待加氢设备断开连接。

为了提高氢气充装效率同时降低温升风险，本实施例当加氢气源与待加氢设备的充装流速低于最低流速或超过预设充装时长时，与该加氢气源断开连接，并根据压力差与其他加氢气源连接进行加氢，通过对加氢时的流速进行控制，保持加氢流速，提高了整个加氢过程的效率。

优选的，还包括步骤：

获取预设缓冲瓶的氢能源充装流速，判断是否低于所述预设最低流速，若是，则与所述预设缓冲瓶断开连接。

优选的，还包括步骤：

判断所述预设加氢设备与所述待加氢设备的压力差是否大于预设压差，若是，则控制预设加氢设备对待加氢设备进行加氢，若否，则控制相应的预设缓冲瓶对所述待加氢设备进行氢能源充装。

相应的，本实施例还提供一种加氢站氢能源快速充装的控制系统，如图2所示，包括：

压力分组模块101，用于获取待加氢设备储氢瓶内的压力值，并根据所述压力值对各个待加氢设备进行分组；

充装气源设置模块102，用于设置加氢设备若干不同压力值的氢气充装气源；

加氢控制模块103，用于根据加氢设备与各组的待加氢设备的压力差控制加氢设备对各组的待加氢设备进行氢能源充装。

优选的，还包括：

时长流速设定模块，用于设定加氢设备为各组待加氢设备对应的加氢预设充装时长及预设最低流速。

优选的，所述加氢设备增加预设比例的主压缩机流量的增压压缩机及若干缓冲瓶，还包括：

充装气源组设置单元，用于根据所述待加氢设备的组数设置对应组数的若干氢气充装气源组；

氢能源充装分配单元，用于根据加氢设备与待加氢设备的压力差为所述各组待加氢设备分配对应的氢气充装气源组，所述若干充装气源组包括多个不同压力值的氢气充装气源，其中，所述氢气充装气源包括加预设加氢设备及预设缓冲瓶，所述预设缓冲瓶包括第一预设缓冲瓶、第二预设缓冲瓶、第三预设缓冲瓶及附加缓冲瓶。

本实施例通过对待加氢设备进行分组，并设置若干气源为对应的各组的各待加氢设备进行加氢，有效提高加氢效率，为多辆待加氢设备的加氢提供更加快捷、稳定的加氢方案，减少误差，保障加氢过程的安全稳定；根据待加氢设备与加氢设备的压力差充装氢气，能够保障加氢速率的同时，保证压差不会过高，防止压差过高而导致的温度骤升的情况，降低加氢风险。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种加氢站氢能源快速充装的控制方法，其特征在于，包括步骤：

获取待加氢设备储氢瓶内的压力值，并根据所述压力值对各个待加氢设备进行分组；

设置加氢设备若干不同压力值的氢气充装气源；

根据加氢设备与各组的待加氢设备的压力差控制加氢设备对各组的待加氢设备进行氢能源充装。

2.如权利要求1所述的一种氢能源快速充装的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

设定加氢设备为各组待加氢设备对应的加氢预设充装时长及预设最低流速。

3.如权利要求1所述的一种加氢站氢能源快速充装的控制方法，其特征在于，所述加氢设备增加预设比例的主压缩机流量的增压压缩机及若干缓冲瓶，还包括步骤：

根据所述待加氢设备的组数设置对应组数的若干氢气充装气源组；

根据加氢设备与待加氢设备的压力差为所述各组待加氢设备分配对应的氢气充装气源组，所述若干充装气源组包括多个不同压力值的氢气充装气源，其中，所述氢气充装气源包括加预设加氢设备及预设缓冲瓶，所述预设缓冲瓶包括第一预设缓冲瓶、第二预设缓冲瓶、第三预设缓冲瓶及附加缓冲瓶。

4.如权利要求3所述的一种加氢站氢能源快速充装的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

控制预设加氢设备对待加氢设备进行氢能源充装；

判断预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装是否达到预设条件，若是，则关闭预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装，并断开连接；

获取预设缓冲瓶内的压力值，根据所述预设缓冲瓶内的压力值大小依次控制相应的预设缓冲瓶对所述待加氢设备进行氢能源充装。

5.如权利要求2、4所述的一种加氢站氢能源快速充装的控制方法，其特征在于，所述判断预设加氢设备与待加氢设备的氢能源充装是否达到预设条件具体为：

判断预设加氢设备的氢能源充装流速是否低于预设最低流速，若是，则关闭所述预设加氢设备的预设开关阀，并与所述待加氢设备断开连接；

判断预设加氢设备的氢能源充装时长是否超过预设充装时长，若是，则关闭所述预设加氢设备的预设开关阀，并与所述待加氢设备断开连接。

6.如权利要求4所述的一种加氢站氢能源快速充装的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

获取预设缓冲瓶的氢能源充装流速，判断是否低于所述预设最低流速，若是，则与所述预设缓冲瓶断开连接。

7.如权利要求4所述的一种加氢站氢能源快速充装的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

判断所述预设加氢设备与所述待加氢设备的压力差是否大于预设压差，若是，则控制预设加氢设备对待加氢设备进行加氢，若否，则控制相应的预设缓冲瓶对所述待加氢设备进行氢能源充装。

8.一种加氢站氢能源快速充装的控制系统，其特征在于，包括：

压力分组模块，用于获取待加氢设备储氢瓶内的压力值，并根据所述压力值对各个待加氢设备进行分组；

充装气源设置模块，用于设置加氢设备若干不同压力值的氢气充装气源；

加氢控制模块，用于根据加氢设备与各组的待加氢设备的压力差控制加氢设备对各组的待加氢设备进行氢能源充装。

9.如权利要求8所述的一种氢能源快速充装的控制系统，其特征在于，还包括：

时长流速设定模块，用于设定加氢设备为各组待加氢设备对应的加氢预设充装时长及预设最低流速。

10.如权利要求8所述的一种加氢站氢能源快速充装的控制系统，其特征在于，所述加氢设备增加预设比例的主压缩机流量的增压压缩机及若干缓冲瓶还包括：

充装气源组设置单元，用于根据所述待加氢设备的组数设置对应组数的若干氢气充装气源组；

氢能源充装分配单元，用于根据加氢设备与待加氢设备的压力差为所述各组待加氢设备分配对应的氢气充装气源组，所述若干充装气源组包括多个不同压力值的氢气充装气源，其中，所述氢气充装气源包括加预设加氢设备及预设缓冲瓶，所述预设缓冲瓶包括第一预设缓冲瓶、第二预设缓冲瓶、第三预设缓冲瓶及附加缓冲瓶。