CN112510230A - 一种氢能源充装置换控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氢能源技术领域，尤其涉及一种氢能源充装置换控制方法及系统，所述方法包括获取储氢装置中气体的初始气压；判断所述初始气压是否在第一充装气压阈值范围内；在判断为是的情况下，向所述储氢装置执行加氢操作，进行氢气充装置换；在判断为否的情况下，将所述初始气压泄放至第一充装气压阈值范围内，向所述储氢装置执行加氢操作，进行氢气充装置换。所述获取初始气压、判断其是否在第一充装气压阈值范围，解决了充装氢气时因瓶内杂气过多导致充装费时的技术问题，产生了提升充装效率的技术效果。

Description

一种氢能源充装置换控制方法及系统
技术领域：
本发明涉及氢能源技术领域，尤其涉及一种氢能源充装置换控制方法及系统。
背景技术：
氢气作为一种清洁能源，正逐渐应用于生产生活中的各个领域。近些年来，尤其是在氢能汽车领域更是得到了较大的发展。氢气在燃料电池中释放能量后的最终产物是洁净的水，实现了二氧化碳的零排放，对环境没有任何负担，氢燃料电池被普遍认为是未来能源的终极解决方案。
燃料电池氢系统或者氢气瓶在使用前都需要进行充装置换，以保证系统使用安全性以及内部氢气的纯度，避免由此引发的系统故障和存在的安全隐患。目前通常采用人工充装置换，操作人员通常直接进行氢气充装，但是由于氢气瓶内初始充有杂气较多，导致置换不完全、其他残余气体较多。
有鉴于此，提出本发明。
发明内容：
本发明提供一种氢能源充装置换控制方法及系统，能够自动完成氢气充装置换，减少其他气体残余量、提升充装效率。
本发明保护一种氢能源充装置换控制方法，包括：
获取储氢装置中气体的初始气压；
判断所述初始气压是否在第一充装气压阈值范围内；
在判断为是的情况下，向所述储氢装置执行加氢操作，进行氢气充装置换；
在判断为否的情况下，将所述初始气压泄放至第一充装气压阈值范围内，向所述储氢装置执行加氢操作，进行氢气充装置换。
采用上述方案，
进一步地，步骤进行氢气充装置换包括：
获取储氢装置中气体的实时气压；
当所述实时气压达到预设气压上限时，停止加氢；
判断所述储氢装置氢气储量是否达到标准阈值；
在判断为是的情况下，完成氢气充装置换；
在判断为否的情况下，将储氢装置中气体进行泄放，泄放后的气压至第二充装气压阈值范围内，执行加氢和气体泄放操作，直至氢气储量达到标准阈值。
具体地，步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值包括：
获取高压进气端流量和低压出气端流量；
根据所述高压进气端流量和低压出气端流量计算第一流量对比值；
根据所述第一流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
具体地，步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值还包括：
获取高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度；
根据所述高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度计算第二流量对比值；
根据所述第二流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
具体地，步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值包括：
获取预设充装频次；
对所述充装频次进行计算和判断；
当加氢频次等于预设充装频次时，则判断所述氢气储量达到标准阈值；
当加氢频次小于预设充装频次时，则判断所述氢气储量未达到标准阈值，继续进行氢气充装。
本发明还保护一种氢能源充装置换控制系统，包括：
储氢装置，所述储氢装置用于储存气体，所述储氢装置设置有瓶口阀和出气口开关；
第一信息采集模块，用于获取储氢装置中气体的初始气压；
第一信息处理模块，用于判断所述初始气压是否在第一充装气压阈值范围内；
第一减压控制模块，用于将所述初始气压泄放至第一充装气压阈值范围内；
加氢模块，用于向所述储氢装置执行加氢操作，进行氢气充装置换。
进一步地，还包括：
第二信息采集模块，用于获取储氢装置中气体的实时气压；
停止模块，用于当储氢装置气压达到预设气压上限时，停止加氢；
第二信息处理模块，所述第二信息处理模块用于判断所述储氢装置氢气储量是否达到标准阈值；
第二减压模块，用于将储氢装置中气体进行泄放，泄放后的气压至第二充装气压阈值范围内。
进一步地，还包括：
第三信息采集装置，用于获取高压进气端流量和低压出气端流量；
第一运算模块，用于根据所述高压进气端流量和低压出气端流量计算第一流量对比值；
第三信息处理模块，用于根据所述第一流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
进一步地，还包括：
第四信息采集装置，用于获取高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度；
第二运算模块，用于根据所述高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度计算第二流量对比值；
第四信息处理模块，用于根据所述第二流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
进一步地，还包括：
第三信息采集模块，用于获取预设充装频次；
第三信息处理模块，用于对所述充装频次进行计算和判断。
本发明的有益效果：
1.所述获取初始气压、判断其是否在第一充装气压阈值范围，解决了充装氢气时因瓶内杂气过多导致充装费时、充装后残余气体较多的技术问题，产生了提升充装效率、质量的技术效果。
2.所述预设气压上限、标准阈值、第二充装气压阈值的设置解决了氢气储量不达标的技术问题，产生了提升充装质量、充装效率的技术效果。
3.所述第一流量对比值、第二流量对比值的设置解决了单一测量时无法进行校验的技术问题，产生了提升氢气储量准确性的技术效果。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明氢能源充装置换控制方法一种实施方式示意图；
图2为本发明氢气充装置换一种实施方式示意图；
图3为本发明氢能源充装置换控制系统一种实施方式示意图。
附图标记说明：
通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。
1-中央处理装置，2-储氢装置，21-瓶口阀，3-加氢装置，41-加氢口，42-高压进气端流量传感器，43-高压端进气端压力传感器，44-高压进气端温度传感器，45-减压阀，46-低压进气端流量传感器，47-低压端进气端压力传感器，48-低压进气端温度传感器，49-泄放口，5-报警装置，6-氢浓度传感器。
具体实施方式：
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
以下将通过实施方式对本发明进行详细描述。
参考图1所示，本发明保护一种氢能源充装置换控制方法，包括：
S100：获取储氢装置2中气体的初始气压；
S200：判断所述初始气压是否在第一充装气压阈值范围内；
S300：在判断为是的情况下，向所述储氢装置2执行加氢操作，进行氢气充装置换；
S400：在判断为否的情况下，将所述初始气压泄放至第一充装气压阈值范围内，向所述储氢装置2执行加氢操作，进行氢气充装置换。
采用上述方案，所述储氢装置2可以选用氢气瓶，所述氢气瓶既可以为已经安装的氢气瓶也可以为未安装的氢气瓶，所述氢气瓶可以安装在氢能源车载系统中。所述氢气瓶在出厂时里面并不包含氢气，而是采用一些不予氢气产生反应的混合气体进行填装，例如惰性气体那么在真正安装到氢能源车载系统中时，需要进行持续充入氢气占据气瓶内空间，以将混杂气体排出，才能保证安全使用。但氢气瓶中的混合气体气压是未知的，如果过多将会造成氢气充装效率较低，此时可以将第一充装气压阈值设置在一个较低的范围内，例如为0～0.2Mpa,当初始气压大于0.2Mpa时，进行压力泄放后再次进行加氢，可以使更多的氢气一次性冲入，从而提升充装效率。
参考图2所示，步骤S300中进行氢气充装置换包括：
S310：获取储氢装置2中气体的实时气压；
S311：当所述实时气压达到预设气压上限时，停止加氢；
S312：判断所述储氢装置2氢气储量是否达到标准阈值；
S3131：在判断为是的情况下，完成氢气充装置换；
S3132：在判断为否的情况下，将储氢装置2中气体进行泄放，泄放后的气压至第二充装气压阈值范围内，执行加氢和气体泄放操作，直至氢气储量达到标准阈值。
采用上述方案，所述实时气压为在加氢的过程当中，随着氢气的充入量而储氢装置2中相应变化的气压值，所述预设气压上限可以为规定的储氢装置2中的安全气压，可以根据实际情况进行不同值的设置，例如可以设置为4Mpa，此时可以使氢气一次性最大量冲入。氢气充入过程中储氢装置2的出口端可以为封闭状态也可以为打开状态；当为打开状态时，出气端的出气速度应小于进气端的进气速度，且在实时气压达到预设气压上限时应关闭出口端。所述标准阈值为最终储氢装置2中规定的氢气储量，可以通过体积占比或者是浓度占比等进行计算，所述氢气储量的计算可以通过设置在储氢装置2中的压力、温度传感器计算，通过理想气态方程pV＝nRT进行计算，其中p是指理想气体的压强；V为理想气体的体积；n表示气体物质的量；T表示理想气体的热力学温度；R为理想气体常数。当经过初次加氢之后能够达到标准阈值则完成氢气充装置换，当不能达到时，需要进行再次气体泄放及之后的气体充装，此时气体停止泄放后、即将进行再次充装前的压力应在第二充装阈值范围内，第二充装阈值可以根据实际情况确定，以可以泄放更多的杂质气体和一次性充入更多的氢气为目标准，例如实际实验中通常可设置为2.8～3.2Mpa。
所述预设气压上限可以保证氢气一次性冲入最大值，所述第二充装气压阈值范围可以提升杂质气体排除效率和氢气充装效率。
所述第二充装阈值范围取值小于预设气压上限。
步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值包括：
获取高压进气端流量和低压出气端流量；
根据所述高压进气端流量和低压出气端流量计算第一流量对比值；
根据所述第一流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
采用上述方案，如所述储氢装置2中未设置压力、温度传感器，可以通过高压进气端流量和低压出气端流量的计算，进而得出第一流量对比值，来计算氢气储量；当储氢装置2中已经设置压力、温度传感器，第一流量对比值可以与原测值对比，起到检验作用。
步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值还包括：
获取高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度；
根据所述高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度计算第二流量对比值；
根据所述第二流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
采用上述方案，所以压力与温度、流量可以通过理想气态方程进行计算，所述第二流量对比值可以进一步与原测值对比，起到检验作用。
步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值包括：
获取预设充装频次；
对所述充装频次进行计算和判断；
当加氢频次等于预设充装频次时，则判断所述氢气储量达到标准阈值；
当加氢频次小于预设充装频次时，则判断所述氢气储量未达到标准阈值，继续进行氢气充装。
采用上述方案，所述预设充装频次可以进行预先设置，所述预设频次的取值可以通过历史计算以及记录获得。例如一种情况中，对于同一型号的氢气瓶，当初始气压在第一充装气压阈值范围内且大致相同时，预设气压上限、标准阈值相同，那么通过历史充装频次的纪录即可以得出充装频次在几次之后，氢气储量可以达到标准阈值；再者另一种情况，对于同一型号的氢气瓶，当初始气压不在第一充装气压阈值范围内，此时可以将初始气压泄放至同一个设定值，所述设定值在第一充装气压阈值范围内，此时可以根据历史充装频次获得预设充装频次的值。
参考图3所示，本发明还保护一种氢能源充装置换控制系统，包括：
储氢装置2，所述储氢装置2用于储存气体，所述储氢装置2设置有瓶口阀21和出气口开关22；
第一信息采集模块，用于获取储氢装置2中气体的初始气压；
第一信息处理模块，用于判断所述初始气压是否在第一充装气压阈值范围内；
第一减压控制模块，用于将所述初始气压泄放至第一充装气压阈值范围内；
加氢模块，用于向所述储氢装置2执行加氢操作，进行氢气充装置换。
采用上述方案，瓶口阀21具有开关功能的以及带有压力和温度的传感器，第一信息采集模块可以设置于瓶口阀21中，可以采用意大利OMB公司的产品；所述加氢模块可以设置在加氢装置3中，所述加氢装置3与储氢装置2之间为高压管路连接，其中还可以设置加氢口41，可以采用意大利OMB公司35MPa的加氢口；所述第一信息处理模块可以设置在中央处理装置1中，所述中央处理装置1与瓶口阀21、出气口开关22、加氢装置3、加氢口41电连接，所述第一信息处理模块和第一减压控制模块可以设置于中央处理装置1中，所述第一减压控制模块可以控制出气口开关22的开闭，进行对初始气压的泄放，其中经减压阀45减压后的气体可以通过低压管路，经泄放口49进行排放，所述泄放口48也可以设置为一个阀门并与中央处理装置1电连接，此时中央处理装置1可以同时控制出气口开关22和泄放口49进行气体泄放。
所述的氢能源充装置换控制系统还包括：
第二信息采集模块，用于获取储氢装置2中气体的实时气压；
停止模块，用于当储氢装置2气压达到预设气压上限时，停止加氢；
第二信息处理模块，所述第二信息处理模块用于判断所述储氢装置2氢气储量是否达到标准阈值；
第二减压模块，用于将储氢装置2中气体进行泄放，泄放后的气压至第二充装气压阈值范围内。
采用上述方案，所述第二信息采集模块也可以同样设置在瓶口阀21中，所述停止模块设置于中央处理装置1中，可以控制加氢装置3和/或加氢口41的开闭，以使氢气停止充入；第二信息处理模块、第二减压模块可以设置在中央处理装置1中。
所述氢能源充装置换控制系统，还包括：
第三信息采集装置，用于获取高压进气端流量和低压出气端流量；
第一运算模块，用于根据所述高压进气端流量和低压出气端流量计算第一流量对比值；
第三信息处理模块，用于根据所述第一流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
采用上述方案，所述第三信息采集装置为高压进气端流量传感器42和低压进气端流量传感器46，既可以通过第一流量对比值判断所述氢气储量是否达到标准阈值，也可以与瓶口阀21所测的数据进行对比。
所述氢能源充装置换控制系统，还包括：
第四信息采集装置，用于获取高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度；
第二运算模块，用于根据所述高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度计算第二流量对比值；
第四信息处理模块，用于根据所述第二流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
采用上述方案，所述第四信息采集装置可以包括高压进气端压力传感器43、高压进气端温度传感器44、低压进气端压力传感器47、低压进气端温度传感器48；所述第二运算模块、第四信息处理模块可以包括在中央处理装置1中。
所述氢能源充装置换控制系统还包括：
第三信息采集模块，用于获取预设充装频次；
第三信息处理模块，用于对所述充装频次进行计算和判断。
采用上述方案，第三信息采集模块、第三信息处理模块可以包括在中央处理装置1中。
所述氢能源充装置换控制系统还设置有与中央处理装置1电连接的氢浓度传感器6，所述氢浓度传感器6用于检测管路或者氢气瓶是否有氢气泄露，若是的情况下，通过报警装置5进行报警，报警装置5可以选择为蜂鸣器或者是LED灯。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氢能源充装置换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取储氢装置(2)中气体的初始气压；
判断所述初始气压是否在第一充装气压阈值范围内；
在判断为是的情况下，向所述储氢装置(2)执行加氢操作，进行氢气充装置换；
在判断为否的情况下，将所述初始气压泄放至第一充装气压阈值范围内，向所述储氢装置(2)执行加氢操作，进行氢气充装置换。
2.根据权利要求1所述的氢能源充装置换控制方法，其特征在于，步骤进行氢气充装置换包括：
获取储氢装置(2)中气体的实时气压；
当所述实时气压达到预设气压上限时，停止加氢；
判断所述储氢装置(2)氢气储量是否达到标准阈值；
在判断为是的情况下，完成氢气充装置换；
在判断为否的情况下，将储氢装置(2)中气体进行泄放，泄放后的气压至第二充装气压阈值范围内，执行加氢和气体泄放操作，直至氢气储量达到标准阈值。
3.根据权利要求2所述的氢能源充装置换控制方法，其特征在于，步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值包括：
获取高压进气端流量和低压出气端流量；
根据所述高压进气端流量和低压出气端流量计算第一流量对比值；
根据所述第一流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
4.根据权利要求3所述的氢能源充装置换控制方法，其特征在于，步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值还包括：
获取高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度；
根据所述高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度计算第二流量对比值；
根据所述第二流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
5.根据权利要求2所述的氢能源充装置换控制方法，其特征在于，步骤判断所述氢气储量是否达到标准阈值包括：
获取预设充装频次；
对所述充装频次进行计算和判断；
当加氢频次等于预设充装频次时，则判断所述氢气储量达到标准阈值；
当加氢频次小于预设充装频次时，则判断所述氢气储量未达到标准阈值，继续进行氢气充装。
6.一种氢能源充装置换控制系统，其特征在于，包括：
储氢装置(2)，所述储氢装置(2)用于储存气体，所述储氢装置(2)设置有瓶口阀(21)和出气口开关(22)；
第一信息采集模块，用于获取储氢装置(2)中气体的初始气压；
第一信息处理模块，用于判断所述初始气压是否在第一充装气压阈值范围内；
第一减压控制模块，用于将所述初始气压泄放至第一充装气压阈值范围内；
加氢模块，用于向所述储氢装置(2)执行加氢操作，进行氢气充装置换。
7.根据权利要求6所述的氢能源充装置换控制系统，其特征在于，还包括：
第二信息采集模块，用于获取储氢装置(2)中气体的实时气压；
停止模块，用于当储氢装置(2)气压达到预设气压上限时，停止加氢；
第二信息处理模块，所述第二信息处理模块用于判断所述储氢装置(2)氢气储量是否达到标准阈值；
第二减压模块，用于将储氢装置(2)中气体进行泄放，泄放后的气压至第二充装气压阈值范围内。
8.根据权利要求7所述的氢能源充装置换控制系统，其特征在于，还包括：
第三信息采集装置，用于获取高压进气端流量和低压出气端流量；
第一运算模块，用于根据所述高压进气端流量和低压出气端流量计算第一流量对比值；
第三信息处理模块，用于根据所述第一流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
9.根据权利要求8所述的氢能源充装置换控制系统，其特征在于，还包括：
第四信息采集装置，用于获取高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度；
第二运算模块，用于根据所述高压进气端压力和温度、低压出气端压力和温度计算第二流量对比值；
第四信息处理模块，用于根据所述第二流量对比值，判断所述氢气储量是否达到标准阈值。
10.根据权利要求6所述的氢能源充装置换控制系统，其特征在于，还包括：
第三信息采集模块，用于获取预设充装频次；
第三信息处理模块，用于对所述充装频次进行计算和判断。
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