CN110043794A - 基于红外数传的快速安全加氢系统及方法 - Google Patents

基于红外数传的快速安全加氢系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于红外数传的快速安全加氢系统及方法，涉及能源加注技术领域。系统包括加氢机、供气管路及氢燃料车辆，加氢机包括加氢枪、控制单元、压力监测单元、加注流量调节单元、第一通信单元及第二通信单元；加氢枪与供气管路连接，第一通信单元、压力监测单元及加注流量调节单元分别与控制单元连接，压力监测单元及加注流量调节单元设置在供气管路上；第一通信单元设置在加氢枪上，第二通信单元设置在氢燃料车辆上，第二通信单元与氢燃料车辆的ECU连接。本发明能根据氢燃料车辆储氢瓶的压力数据实时计算当前允许的最大加注流速并根据计算结果智能调整加氢枪的加注流速，有效提高了加注的稳定性及安全性。

Description

基于红外数传的快速安全加氢系统及方法
技术领域
本发明涉及能源加注技术领域，尤其是涉及一种基于红外数传的快速安全加氢系统 及方法。
背景技术
现有的加氢站在加注时仅能控制加注的量，无法在加注过程中智能控制加注的速度， 而在气体加注过程中，加注速度对气体的压力、温度影响较大，而气体的压力及温度变化对加注安全有直接的影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于红外数传的快速安全加氢系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于红外数传的快速安全加氢系统，包括加氢 机、供气管路及氢燃料车辆，所述加氢机包括加氢枪、控制单元、压力监测单元、加注 流量调节单元、第一通信单元及第二通信单元；所述加氢枪与所述供气管路连接，所述 第一通信单元、压力监测单元及加注流量调节单元分别与所述控制单元连接，压力监测 单元及加注流量调节单元设置在供气管路上；所述第一通信单元设置在加氢枪上，所述 第二通信单元设置在所述氢燃料车辆上，第二通信单元与所述氢燃料车辆的ECU连接；
所述压力监测单元用于采集所述供气管路中气体的第一压力数据；
所述控制单元用于根据所述第一压力数据控制所述加注流量调节单元调节所述供气 管路至所述加氢枪的气体流量；
所述第一通信单元通过与所述第二通信单元适配以获取所述氢燃料车辆上储氢瓶的 第二压力数据。
进一步的，所述系统还包括设置在所述供气管路上的温度传感器，所述温度传感器 与所述控制单元电连接，用于采集供气管路上的第一温度数据；所述第一通信单元还通过与所述第二通信单元适配以获取所述氢燃料车辆上储氢瓶的第二温度数据。
进一步的，所述第一通信单元及所述第二通信单元均为红外数据收发模块。
进一步的，所述第一通信单元设置在所述加氢枪的枪口处，所述第二通信单元为多 个，多个第二通信单元分布设置在所述氢燃料车辆的加氢接口周围。
进一步的，所述压力监测单元为压力传感器，所述加注流量控制单元为比例调节阀。
进一步的，所述系统还包括质量流量计，所述质量流量计设置在所述供气管路中，用于采集供气管路中的气体密度数据及当前加注流速数据，质量流量计的输出端与所述控制单元连接。
进一步的，所述系统还包括紧急切断阀，所述紧急切断阀设置在所述供气管路上，紧急切断阀包括用于控制其阀门开关的电磁阀，所述电磁阀与所述控制单元连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于红外数传的快速安全加氢方法，包括：
所述控制单元获取所述氢燃料车辆储氢瓶的所述第二压力数据；
控制单元获取所述供气管路中气体密度数据；
所述控制单元根据所述第二压力数据及所述密度数据计算当前允许的最大加注流速 并判断所述当前加注流速数据是否超过当前允许的最大加注流速，若超过，则控制单元 根据当前允许的最大加注流速向所述加注流量调节单元发送第一控制指令，调整加注流 速直至加注流速满足当前允许的最大加注流速。
进一步的，当前允许的最大加注流速计算公式如下：
其中，qm为质量流量，A为加氢枪的横截面积，p0为氢燃料车辆储氢瓶的初始压力，p为氢燃料车辆储氢瓶的实时压力，g为重力系数，ρ0为供气管路中的气体初始密度，r为 绝热系数。
进一步的，所述控制单元还实时获取所述供气管路中气体的所述第一压力数据、供 气管路上的所述第一温度数据及氢燃料车辆储氢瓶的所述第二温度数据并判断第一压力 数据、第一温度数据、第二压力数据及第二温度数据是否超过预设阈值，当第一压力数据、第一温度数据、第二压力数据及第二温度数据中的任意一项超过预设阈值时，控制 单元向所述电磁阀发送第二控制指令控制电磁阀关闭所述紧急切断阀的阀门。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
能快速实现加氢机与氢燃料车辆的数据交互，控制单元根据氢燃料车辆储氢瓶的压 力数据实时计算当前允许的最大加注流速并根据计算结果智能调整加氢枪的加注流速， 有效提高了加注的稳定性及安全性。
附图说明
图1为本发明较佳实施例提供的一种基于红外数传的快速安全加氢系统框图；
图2为本发明较佳实施例提供的一种基于红外数传的快速安全加氢系统结构示意图；
图3为本发明较佳实施例提供的一种基于红外数传的快速安全加氢方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中 的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明 实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的 本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1及图2所示，本发明实施例提供了一种基于红外数传的快速安全加氢系统，包括加氢机、供气管路及氢燃料车辆，加氢机包括加氢枪、控制单元、压力监测单元、 加注流量调节单元、第一通信单元及第二通信单元；加氢枪的输入端与供气管路的输出 端连接，供气管路输入端与加气站储气罐输出端连接，第一通信单元、压力监测单元及 加注流量调节单元分别与控制单元连接。压力监测单元及加注流量调节单元设置在供气 管路上，压力监测单元用于采集供气管路中气体的第一压力数据，控制单元用于根据第 一压力数据控制加注流量调节单元调节供气管路至加氢枪的氢气流量，其中，压力监测 单元为压力传感器，加注流量控制单元为比例调节阀，控制单元为MCU。第一通信单元 设置在加氢枪上，第二通信单元设置在氢燃料车辆上，第二通信单元与氢燃料车辆的ECU 连接，第一通信单元通过与第二通信单元适配以获取氢燃料车辆上储氢瓶的第二压力数 据。
其中，第一通信单元及第二通信单元均为红外数据收发模块，第一通信单元与第二 通信单元通过I RDA1.4协议进行通信，第一通信单元通过RS485与MCU通信连接，第二通信单元通过氢燃料车辆的CANBus总线与氢燃料车辆的ECU通信连接。第一通信单元设 置在加氢枪的枪口处，第二通信单元为多个，本实施例中，第二通信单元设置为三个， 三个第二通信单元分别设置在以氢燃料车辆的加氢接口中心为圆心的圆周的三个三等分 点上，三个第二通信单元分别与氢燃料车辆的ECU连接，以获取车辆ECU的数据，由于 不同型号的氢燃料车辆其加氢接口的形状不同，通过在氢燃料车辆加氢接口周围布设多 个第二通信单元，保证了加氢枪在给不同型号的氢燃料车辆加注时，加氢枪上的第一通 信单元始终能与氢燃料车辆的加氢接口上的其中一个第二通信单元进行数据传输，有效 提高了加氢枪与氢燃料车辆的通信稳定性。
本发明的系统还包括紧急切断阀、质量流量计及温度传感器，其中，紧急切断阀设置在供气管路上，紧急切断阀包括用于控制其阀门开关的电磁阀，电磁阀与MCU连接， MCU通过控制电磁阀实现对紧急切断阀阀门的开闭控制；质量流量计设置在供气管路中， 用于采集供气管路中的气体密度数据及当前加注流速数据，质量流量计的输出端与MCU 的输入端连接；温度传感器设置在供气管路上，其输出端与MCU输入端连接，用于采集 供气管路上的第一温度数据，第一通信单元还通过与第二通信单元适配以通过氢燃料车 辆ECU获取氢燃料车辆上储氢瓶的第二温度数据。
当加氢枪对氢燃料车辆进行加注时，第一通信单元与第二通信单元适配，第二通信 单元通过CANBus总线从氢燃料车辆的ECU获取车辆储氢瓶的第二温度数据及第二压力数 据，并将第二温度数据及第二压力数据发送至第一通信单元，第一通信单元将接收到的第二温度数据及第二压力数据发送至MCU，MCU同时接收供气管路上采集到的第一温度数据及第一压力数据，MCU将接收到的第一压力数据、第二压力数据、第一温度数据及第 二温度数据与预设阈值进行对比，判断是否异常，若上述数据中的任意一项超过阈值， 则MCU通过控制电磁阀从而控制紧急切断阀的阀门关闭，有效的保证了加注过程的安全； 上述数据正常时，MCU根据获取到的第二压力数据及气体密度数据计算当前允许的最大 加注流速并与通过质量流量计获取到的实际流速进行对比，根据对比结果调整比例调节 阀的开度，直至实际流速不大于当前允许的最大加注流速，通过实时监测氢燃料车辆储 氢罐的压力数据对加注流速进行调整，使得加注速度始终保持在安全范围内，有效的提 高了加注的稳定性及安全性。
如图3所示，本发明实施例提供了一种基于红外数传的快速安全加氢方法，包括：
控制单元通过第一通信单元与第二通信单元的适配获取氢燃料车辆储氢瓶的第二压 力数据，以首次获取的第二压力数据作为氢燃料车辆储氢瓶的初始压力，并通过读取质 量流量计采集的数据获取供气管路中气体密度数据，并以首次获取的密度数据为供气管 路中的气体初始密度。
加注时，控制单元实时获取供气管路中气体的第一压力数据、供气管路上的第一温 度数据及氢燃料车辆储氢瓶的第二温度数据并判断第一压力数据、第二压力数据、第一温度数据及第二温度数据是否超过预设阈值，当第一压力数据、第二压力数据、第一温 度数据及第二温度数据中的任意一项超过预设阈值时，控制单元向电磁阀发送第二控制 指令控制电磁阀关闭紧急切断阀的阀门，及时切断加注，避免继续加注造成安全事故， 有效保证了加注过程的安全。
若第一压力数据、第二压力数据、第一温度数据及第二温度数据正常，则控制单元根据实时获取的第二压力数据及气体初始密度计算当前允许的最大加注流速并判断当前加注流速数据是否超过当前允许的最大加注流速，若超过，则控制单元根据当前允许的 最大加注流速，计算比例调节阀的开度，并根据计算结果向比例调节阀发送第一控制指 令调整比例调节阀的开度，直至加注流速不大于当前允许的最大加注流速，本实施例中， 令实际加注流速等于当前允许的最大加注流速，也可根据具体情况灵活设定。
当前允许的最大加注流速计算公式如下：
其中，qm为质量流量，A为加氢枪的横截面积，p0为氢燃料车辆储氢瓶的初始压力，p为氢燃料车辆储氢瓶的实时压力，g为重力系数，ρ0为供气管路中的气体初始密度，r为 绝热系数，对于氢气，r＝1.4，通过本发明，能精确计算当前允许的最大加注流速并能 根据当前允许的最大加注流速，实时调整实际加注流速，有效保证了加注过程的安全， 同时，在加注过程实时监测供气管路、氢燃料车辆储氢瓶的压力及温度，并在任意数据 异常时及时关闭紧急切断阀，切断供气，进一步保证了加注安全。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应 涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围 为准。

Claims (10)

1.基于红外数传的快速安全加氢系统，包括加氢机、供气管路及氢燃料车辆，其特征在于，所述加氢机包括加氢枪、控制单元、压力监测单元、加注流量调节单元、第一通信单元及第二通信单元；所述加氢枪与所述供气管路连接，所述第一通信单元、压力监测单元及加注流量调节单元分别与所述控制单元连接，压力监测单元及加注流量调节单元设置在供气管路上；所述第一通信单元设置在加氢枪上，所述第二通信单元设置在所述氢燃料车辆上，第二通信单元与所述氢燃料车辆的ECU连接；
所述压力监测单元用于采集所述供气管路中气体的第一压力数据；
所述控制单元用于根据所述第一压力数据控制所述加注流量调节单元调节所述供气管路至所述加氢枪的气体流量；
所述第一通信单元通过与所述第二通信单元适配以获取所述氢燃料车辆上储氢瓶的第二压力数据。
2.根据权利要求1所述的基于红外数传的快速安全加氢系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述供气管路上的温度传感器，所述温度传感器与所述控制单元电连接，用于采集供气管路上的第一温度数据；所述第一通信单元还通过与所述第二通信单元适配以获取所述氢燃料车辆上储氢瓶的第二温度数据。
3.根据权利要求2所述的基于红外数传的快速安全加氢系统，其特征在于，所述第一通信单元及所述第二通信单元均为红外数据收发模块。
4.根据权利要求2所述的基于红外数传的快速安全加氢系统，其特征在于，所述第一通信单元设置在所述加氢枪的枪口处，所述第二通信单元为多个，多个第二通信单元分布设置在所述氢燃料车辆的加氢接口周围。
5.根据权利要求2所述的基于红外数传的快速安全加氢系统，其特征在于，所述压力监测单元为压力传感器，所述加注流量控制单元为比例调节阀。
6.根据权利要求2所述的基于红外数传的快速安全加氢系统，其特征在于，所述系统还包括质量流量计，所述质量流量计设置在所述供气管路中，用于采集供气管路中的气体密度数据及当前加注流速数据，质量流量计的输出端与所述控制单元连接。
7.根据权利要求2所述的基于红外数传的快速安全加氢系统，其特征在于，所述系统还包括紧急切断阀，所述紧急切断阀设置在所述供气管路上，紧急切断阀包括用于控制其阀门开关的电磁阀，所述电磁阀与所述控制单元连接。
8.基于红外数传的快速安全加氢方法，应用于如权利要求1～7任意一项所述的基于红外数传的快速安全加氢系统，其特征在于，包括：
所述控制单元获取所述氢燃料车辆储氢瓶的所述第二压力数据；
控制单元获取所述供气管路中气体密度数据；
所述控制单元根据所述第二压力数据及所述密度数据计算当前允许的最大加注流速并判断所述当前加注流速数据是否超过当前允许的最大加注流速，若超过，则控制单元根据当前允许的最大加注流速向所述加注流量调节单元发送第一控制指令，调整加注流速直至加注流速满足当前允许的最大加注流速。
9.根据权利要求8所述的基于红外数传的快速安全加氢方法，其特征在于，当前允许的最大加注流速计算公式如下：
其中，qm为质量流量，A为加氢枪的横截面积，p0为氢燃料车辆储氢瓶的初始压力，p为氢燃料车辆储氢瓶的实时压力，g为重力系数，ρ0为供气管路中的气体初始密度，r为绝热系数。
10.根据权利要求8所述的基于红外数传的快速安全加氢方法，其特征在于，所述控制单元还实时获取所述供气管路中气体的所述第一压力数据、供气管路上的所述第一温度数据及氢燃料车辆储氢瓶的所述第二温度数据并判断第一压力数据、第一温度数据、第二压力数据及第二温度数据是否超过预设阈值，当第一压力数据、第一温度数据、第二压力数据及第二温度数据中的任意一项超过预设阈值时，控制单元向所述电磁阀发送第二控制指令控制电磁阀关闭所述紧急切断阀的阀门。
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