CN113090933B - 一种加氢站的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加氢站的控制方法，所述加氢站包括至少一个氢气源、至少一台压缩机、至少两个储氢瓶组、至少一台加氢机、至少一个压力传感器和控制系统；其中，当储氢瓶组需要补气时，优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行补气操作。通过优先对触发低于补气界限压力的储氢瓶组按照由高压瓶组到低压瓶组的顺序进行补气，能够保持各级储氢瓶组分别处于特定的压力等级内，实现按照实时压力等级进行多级加注的过程，增加了储氢瓶组的利用率，进而有效地提高了加氢站的加注能力。

Description

一种加氢站的控制方法

技术领域

本发明涉及加氢站氢气储气技术领域，具体涉及一种加氢站的控制方法。

背景技术

氢燃料汽车是以氢为主要能量作为移动的汽车，用氢气作为燃料燃烧后的产物为水，不会污染环境，干净卫生。目前，车载氢气高压储气罐技术已经成熟，安全性高，氢燃料加注时间与汽柴油车相当，一般需要在加氢站内进行。

一般情况下，给车载储氢容积进行氢气多级加注时，按照储氢瓶组由低压到高压的顺序进行取气，且当某一瓶组的氢气压力低于车载储氢容器的压力时进行储氢瓶组切换；同时，压缩机按照储氢瓶组由高压到低压的顺序进行补气，且当某一储氢瓶组的氢气压力达到满载压力时进行储氢瓶组切换。然而，上述加氢、补气操作过程中，低压储氢瓶组的压力有时会高于高压储氢瓶组的压力，使得高压氢气得不到充分利用，从而降低了加氢能力。

发明内容

为了解决现有的加氢、补气操作存在的高压氢气得不到充分利用问题，本发明提供了一种加氢站的控制方法，以实现高压氢气的充分利用，从而提高加氢能力。

本发明一方面提供了一种加氢站的控制方法，所述加氢站包括至少一个氢气源、至少一台压缩机、至少两个储氢瓶组、至少一台加氢机、至少一个压力传感器和控制系统；其中，当储氢瓶组需要补气时，优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行补气操作。

根据本发明的一些实施方式，当储氢瓶组需要补气且有多个储气瓶组低于补气压力界限时，按照由压力较高的储氢瓶组到压力较低的储氢瓶组的顺序进行补气操作。

根据本发明的一些实施方式，所述压缩机的进气口与所述氢气源相连，出气口分别与所述储氢瓶组相连，用于将来自于氢气源的氢气送至储氢瓶组。

根据本发明的优选实施方式，所述加氢机的进气口分别与所述储氢瓶组相连，出气口与车载储气系统相连，用于将储氢瓶组中的氢气送至车载储气系统。

根据本发明的优选实施方式，所述压缩机与储氢瓶组之间的管路上安装有补气阀门。

根据本发明的优选实施方式，所述压力传感器用于实时监测所述储氢瓶组的压力，所述控制系统与其他各装置相连，以控制其他各装置。

根据本发明的优选实施方式，所述加氢站包括至少两个压力相同或不同的储氢瓶组，优选至少三个压力相同或不同的储氢瓶组。

其中，两个相邻的储气瓶组中压力较低的储氢瓶组的储氢容量与压力较高的储氢瓶组的储氢容量之比为1～2。

根据本发明的一些实施方式，所述控制方法包括如下步骤：

S1.当氢燃料电池汽车进站加氢时，控制储氢瓶组对车载储气系统进行加气；

S2.当储氢瓶组需要补气时，控制对所述储氢瓶组进行补气。

根据本发明的优选实施方式，所述加气步骤包括：

连接车载储氢系统，通过控制系统控制其压力大于其取气压力界限的储气瓶组对车载储气系统进行加气，直至车载系统满载；

当有多个储气瓶组的压力大于其取气压力界限时，按照由压力较低的储氢瓶组到压力较高的储氢瓶组的顺序进行加气操作。

根据本发明的优选实施方式，在加气过程中，当压力较低的储氢瓶组的压力小于车载系统的压力或低于其取气压力界限，且车载系统还未满载时，切换压力较高的储氢瓶进行加气。

根据本发明的优选实施方式，所述

在一些实施方式中，所述加气步骤具体包括：

A.连接车载储氢系统，判断低压储气瓶组的压力是否大于取气压力界限和车载系统压力；

B.如果低压储气瓶组的压力大于取气压力界限和载系统压力，则控制低压储气瓶组对车载系统加气，直至车载系统满载；

C.如果低压储气瓶组的压力小于取气压力界限或车载系统压力，则判断压力高一级的储氢瓶组压力是否大于取气压力界限和车载系统压力；

D.如果压力高一级的储氢瓶压力大于取气压力界限和车载系统压力，则控制压力高一级的储氢瓶组对车载系统加气，直至车载系统满载。

根据本发明的一些实施方式，所述补气步骤包括：当储氢瓶组需要补气时，通过控制系统控制压缩机对低于补气压力界限的储氢瓶组进行补气操作；

当储氢瓶组需要补气且有多个储气瓶组的压力低于补气压力界限时，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到达到该储气瓶组的补气压力界限；然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，直到达到该储气瓶组的补气压力界限。

根据本发明的优选实施方式，当储氢瓶组需要补气且所有储气瓶组的压力均高于补气压力界限时，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载；然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载。

在一些实施方式中，所述补气步骤包括：

a.在控制系统中输入各级储氢瓶组补气压力界限并获得各级储氢瓶组压力；

b.启动压缩机；

c.采用补气压力界限对各级储氢瓶组压力进行评价；

d.当储氢瓶组压力低于补气压力界限，则优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行加注，直至达到补气压力界限；当储氢瓶组压力大于或等于补气压力界限，则按照由高压到低压的顺序对未满载的储氢瓶组进行加注，直至该储氢瓶组满载；

e.评价各级储氢瓶组的压力，当各级储氢瓶组均满载则停止压缩机运作，完成补气操作；当存在储氢瓶组未满载，则返回执行步骤c。

在一些具体的实施方式中，在执行步骤d时，如果两个或两个以上的储氢瓶组小于各自的补气压力界限，则按照从高压到低压瓶的顺序选择补气瓶组，直到该储氢瓶组压力达到界限压力。

在一些具体的实施方式中，在执行步骤d时，如果其余储氢瓶组触发了压力小于界限压力条件，则优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行补气。

在一些实施方式中，在执行取气步骤时，当压缩机达到触发条件后，取气的同时执行补气步骤。

在一些具体的实施方式中，在补气步骤中，在不存在低于补气压力界限的储氢瓶组时，被补气的储氢瓶组的压力达到满载压力后切换补气阀门；或，在存在低于补气压力界限的储氢瓶组时，被补气的储氢瓶组的压力需达到界限压力后切换补气阀门。

根据本发明的优选实施方式，同一储氢瓶组的取气压力界限与补气压力界限的比值范围是0.5～0.95，相邻的两个储氢瓶组中压力较低储氢瓶组的取气压力界限与压力较高储氢瓶组的取气压力界限的比值范围是0.3～0.5。

在一些具体的实施方式中，所述储氢瓶组的总储氢量与所述压缩机的日处理量(10h计算)之间的比例为1:1.5-4.5。

本发明另一方面提供了一种加氢站的控制系统，所述加氢站包括至少一个氢气源、至少一台压缩机、至少两个不同压力的储氢瓶组至少一台加氢机、至少一个压力传感器和控制系统；所述控制系统包括：

加气系统，用于控制储氢瓶组对车载储气系统进行加气；

补气系统，用于控制对所述储氢瓶组进行补气；

其中，当储氢瓶组需要补气时，补气系统控制优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行补气操作。

根据本发明的一些实施方式，所述加气系统包括：

压力模块，用于获取各级储气瓶组的压力值以及取气压力界限值；

评价模块，用于采用取气压力界限值评价各级储气瓶组的压力；当某一级储氢瓶组的压力值大于其取气压力界限值时，则可进行取气；当某一级储氢瓶组的压力值小于其取气压力界限值时，则不可进行取气；

加气模块，用于选择可进行取气的储氢瓶组对车载储气系统进行加气，直至车载系统满载；当有多个储气瓶组可进行取气时，按照由压力较低的储氢瓶组到压力较高的储氢瓶组的顺序进行加气，直至车载系统满载。

根据本发明的一些实施方式，所述补气系统包括：

压力模块，用于获取各级储气瓶组的压力值以及补气压力界限值；

评价模块，用于采用补气压力界限值评价各级储气瓶组的压力；当某一级储氢瓶组的压力值小于其补气压力界限值时，则需要优先补气；

补气模块，用于对储氢瓶组进行补气，先对需要优先补气的储气瓶组进行补气；当有多个储气瓶组需要优先补气时，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到达到该储气瓶组的补气压力界限；然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，达到该储气瓶组的补气压力界限；当所有储氢瓶组的压力值均大于或等于其补气压力界限值时，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载；然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载。

根据本发明的优选实施方式，同一储氢瓶组的取气压力界限与补气压力界限的比值范围是0.5～0.95，相邻的两个储氢瓶组中压力较低储氢瓶组的取气压力界限与压力较高储氢瓶组的取气压力界限的比值范围是0.3～0.5。

与现有技术相比，本发明提供了一种加氢站的控制方法，通过优先对触发低于补气界限压力的储氢瓶组按照由高压瓶组到低压瓶组的顺序进行补气，能够保持各级储氢瓶组分别处于特定的压力等级内，实现按照实时压力等级进行多级加注的过程，增加了储氢瓶组的利用率，进而有效地提高了加氢站的加注能力。

附图说明

通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本申请公开的范围，其中所包括的附图是：

图1为根据本申请一个实施例的加氢站的结构示意图；

图2为根据本发明实施例一的加气操作的流程图；

图3为根据本发明实施例一的补气操作的流程图；

图4为根据本发明实施例一的储氢瓶组压力及车载储氢系统加注的氢气质量随时间变化图；

图5为根据本发明对比例一的储氢瓶组压力及车载储氢系统加注的氢气质量随时间变化图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图2和3，本申请实施例提供了一种加氢站的控制方法，该方法包括：

S1.当氢燃料电池汽车进站加氢时，控制储氢瓶组对车载储气系统进行加气；

S2.当储氢瓶组需要补气时，控制对所述储氢瓶组进行补气。

其中，加气步骤包括：

步骤A，连接车载储氢系统，获取车载系统压力值和各级出气瓶组的取气压力界限；判断低压储气瓶组的压力是否大于取气压力界限和车载系统压力。

可以理解的是，取气压力界限是满足启动储氢瓶充气的最低压力值，可以根据加氢站各级储氢量及压缩机日处理量确定。

步骤B.如果低压储气瓶组的压力大于取气压力界限和车载系统压力，则控制低压储气瓶组对车载系统加气，直至车载系统满载。

步骤C.如果低压储气瓶组的压力小于取气压力界限或车载系统压力，则判断压力高一级的储氢瓶组压力是否大于取气压力界限和车载系统压力；

步骤D.如果压力高一级的储氢瓶压力大于取气压力界限和车载系统压力，则控制压力高一级的储氢瓶组对车载系统加气，直至车载系统满载。

在一些具体的实施方式中，当氢燃料电池汽车进站进行氢气加注时，控制系统连接车载储氢系统，测定车载系统压力值，并根据环境温度、氢气温度、初始压力及车载系统体积等因素确定车载系统目标压力，同时，控制系统获得各级储氢瓶组压力，然后，采用取气压力界限评价储氢瓶组压力界限。

当低压储氢瓶组的压力大于取气压力界限时，进行加气直至低压储氢瓶组的压力小于车载系统压力或者低于取气压力界限，然后评价车载储氢系统的压力，如果达到目标压力则断开车载储氢系统；如果未达到目标压力，则采用取气压力界限评价中压储氢瓶组的压力，如果中压储氢瓶组的压力大于取气压力界限，则进行加气，直至中压储氢瓶组的压力小于车载系统压力或低于取气压力界限，然后评价车载储氢系统的压力，如果达到目标压力则断开车载储氢系统；如果未达到目标压力，则采用取气压力界限评价高压储氢瓶组的压力，进行加气直至车载储氢系统达到目标压力，断开车载储氢系统。

当低压储氢瓶组压力小于、等于取气压力界限时，则采用取气压力界限评价中压储氢瓶组的压力，如果中压储氢瓶组的压力大于取气压力界限，则进行加气，直至中压储氢瓶组的压力小于车载系统压力或低于取气压力界限，然后评价车载储氢系统的压力，如果达到目标压力则断开车载储氢系统；如果未达到目标压力，则采用取气压力界限评价高压储氢瓶组的压力，进行加气直至车载储氢系统达到目标压力，断开车载储氢系统。

当中压储氢瓶组压力小于、等于取气压力界限时，则采用取气压力界限评价高压储氢瓶组的压力，进行加气，直至车载储氢系统的压力达到目标压力，断开车载储氢系统。

其中，补气方法包括：

a.在控制系统中输入各级储氢瓶组补气压力界限并获得各级储氢瓶组的压力；

可以理解的是，补气压力界限是满足启动压缩机对储氢瓶充气的最低压力值，可根据各级储氢瓶组的储氢容量和取气压力界限确定。

b.启动压缩机；

c.采用补气压力界限对各级储氢瓶组压力进行评价；

d.当储氢瓶组压力低于补气压力界限，则优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行加注，直至达到补气压力界限；当储氢瓶组压力大于或等于补气压力界限，则按照由高压到低压的顺序对未满载的储氢瓶组进行补气，直至该储氢瓶组满载；

e.评价各级储氢瓶组的压力，当各级储氢瓶组均满载则停止压缩机运作，完成补气操作；当存在储氢瓶组未满载，则返回执行步骤c。

在一些具体的实施方式中，在控制系统中输入低级、中级和高级储氢瓶组补气压力界限，压力传感器实时监测各级储氢瓶组，在取气过程中，当压缩机达到触发条件后，加氢站控制系统会自动启动压缩机，采用补气压力界限评价储氢瓶组的压力。

具体的，压缩机达到触发条件是指当储氢瓶组中某一级储氢瓶内压力减小至其对应的补气压力界限时，压缩机启动。

当储氢瓶组的压力低于补气压力界限，则优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行加注，如果两个或两个以上的储氢瓶组小于各自的补气压力界限，则按照从高压到低压瓶的顺序选择储氢瓶组，直到该储氢瓶组压力达到界限压力，然后当所有储氢瓶组的压力均大于或等于补气压力界限后，按照由高压到低压的顺序对未满载的储氢瓶组进行加注，在此过程中，监测其余储氢瓶组的压力，当其余储氢瓶组的压力小于界限压力条件时，再次优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行加注，然后再按照由高压到低压的顺序对未满载的储氢瓶组进行加注，直至该储氢瓶组满载，评价各级储氢瓶组的压力，当各级储氢瓶组均满载则停止压缩机运作，完成补气操作。

当储氢瓶组的压力大于或等于补气压力界限，则按照由高压到低压的顺序对未满载的储氢瓶组进行加注，在此过程中，监测其余储氢瓶组的压力，当其余储氢瓶组的压力小于界限压力条件时，优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行加注，如果两个或两个以上的储氢瓶组小于各自的补气压力界限，则按照从高压到低压瓶的顺序选择储氢瓶组，直到该储氢瓶组压力达到界限压力，然后再按照由高压到低压的顺序对未满载的储氢瓶组进行加注，直至该储氢瓶组满载，评价各级储氢瓶组的压力，当各级储氢瓶组均满载则停止压缩机运作，完成补气操作。

特别的，在评价各级储氢瓶组的压力，当各级储氢瓶组存在未满载的储氢瓶组，则再次进行上述步骤，直至所有储氢瓶组均满载，停止压缩机运作，完成补气操作。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

【实施例1】

加氢站包括氢气源，压缩机，储氢瓶组和加氢机等主要设备，其中，储氢瓶组分为低压、中压和高压三级瓶组，压缩机排量1500Nm³/h，进口压力5-20MPa，出口压力45MPa，储氢瓶组氢气总容量250kg，三组储氢容量之比为2：2：1，氢气源压力20MPa，储氢量360kg。

当氢燃料电池汽车进站进行氢气加注时，加氢站控制系统优先分配低压储氢瓶组进行加注，当低压储氢瓶组压力低于车载储氢系统压力或达到其取气界限压力时，加氢站控制系统依次分配中压储氢瓶组和高压储氢瓶组进行加注，直至车载储氢系统达到目标压力。与此同时，当压缩机达到触发条件后，加氢站控制系统会判断各级储氢瓶组压力与各级补气压力界限和满载压力的关系，并优先对触发低于补气界限压力的储氢瓶组按照由高压瓶组到低压瓶组的顺序进行补气，直到达到该储氢瓶组的补气压力界限。如各级储氢瓶组的压力均高于补气压力界限，压缩机则按照高压储氢瓶组到低压储氢瓶组的顺序进行加注，直至该储氢瓶组满载或者出现低于补气界限压力的储氢瓶组，如此循环，直至各级储氢瓶组均满载。如此循环10h，其储氢瓶组压力及车载储氢系统加注的动态变化如图4所示，根据图4可以看出连续加注10h能够加满79辆35MPa储氢的车辆(单辆车加氢量为10kg)。

【对比例1】

加氢站的结构和加氢站运行参数与实施例1相同，当氢燃料电池汽车进站进行氢气加注时，加氢站控制系统优先分配低压储氢瓶组进行加注，当低压储氢瓶组压力低于车载储氢系统压力或达到最低使用界限压力时，加氢站控制系统依次分配中压储氢瓶组和高压储氢瓶组进行加注，直至车载储氢系统达到目标压力。与此同时，当压缩机达到触发条件后，加氢站控制系统会控制压缩机优先对高压储氢瓶组进行补气，直至高压瓶组满载，然后对中压储氢瓶组补气，直至中压储氢瓶组满载，最后对低压储氢瓶组补气，直至低压储氢瓶组满载。如此循环，直到三级储氢瓶组均达到满载压力。如此循环10h，其储氢瓶组压力及车载储氢系统加注的动态变化如图5所示，根据图5可以看出，连续加注10h能够加满71辆35MPa储氢的车辆(单辆车加氢量为10kg)，对比图5和图4可以看出本发明下加氢站储氢瓶组内氢气使用压力降低，氢气利用率提高，相同时间内加注能力提高11％。说明本发明能够提高加氢站的氢气加注能力。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (7)

1.一种加氢站的控制方法，所述加氢站包括至少一个氢气源、至少一台压缩机、至少两个储氢瓶组、至少一台加氢机、至少一个压力传感器和控制系统；其中，当储氢瓶组需要补气时，通过控制系统控制压缩机对低于补气压力界限的储氢瓶组进行补气操作；

当储氢瓶组需要补气且有多个储气瓶组的压力低于补气压力界限时，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到达到该储气瓶组的补气压力界限，然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，直到达到该储气瓶组的补气压力界限，当所有储氢瓶组的压力均大于或等于补气压力界限后，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载，然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载；

当储氢瓶组需要补气且所有储气瓶组的压力均高于补气压力界限时，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载；然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当储氢瓶组需要补气且有多个储气瓶组低于补气压力界限时，按照由压力较高的储氢瓶组到压力较低的储氢瓶组的顺序进行补气操作。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

S1.当氢燃料电池汽车进站加氢时，控制储氢瓶组对车载储气系统进行加气；

S2.当储氢瓶组需要补气时，控制对所述储氢瓶组进行补气。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述加气步骤包括：

连接车载储氢系统，通过控制系统控制其压力大于其取气压力界限的储气瓶组对车载储气系统进行加气，直至车载系统满载；

当有多个储气瓶组的压力大于其取气压力界限时，按照由压力较低的储氢瓶组到压力较高的储氢瓶组的顺序进行加气操作。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，同一储氢瓶组的取气压力界限与补气压力界限的比值范围是0.5～0.95，相邻的两个储氢瓶组中压力较低储氢瓶组的取气压力界限与压力较高储氢瓶组的取气压力界限的比值范围是0.3～0.5。

6.一种加氢站的控制系统，所述加氢站包括至少一个氢气源、至少一台压缩机、至少两个不同压力的储氢瓶组至少一台加氢机、至少一个压力传感器和控制系统；所述控制系统包括：

加气系统，用于控制储氢瓶组对车载储气系统进行加气；

补气系统，用于控制对所述储氢瓶组进行补气；

其中，当储氢瓶组需要补气时，补气系统控制优先对低于补气压力界限的储氢瓶组进行补气操作；

所述补气系统包括：

压力模块，用于获取各级储气瓶组的压力值以及补气压力界限值；

评价模块，用于采用补气压力界限值评价各级储气瓶组的压力；当某一级储氢瓶组的压力值小于其补气压力界限值时，则需要优先补气；

补气模块，用于对储氢瓶组进行补气，先对需要优先补气的储气瓶组进行补气；当有多个储气瓶组需要优先补气时，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到达到该储气瓶组的补气压力界限；然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，达到该储气瓶组的补气压力界限；当所有储氢瓶组的压力值均大于其补气压力界限值时，优先对压力较高的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载；然后对压力较低的储氢瓶组进行补气操作，直到该储气瓶组满载。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述加气系统包括：

压力模块，用于获取各级储气瓶组的压力值以及取气压力界限值；

评价模块，用于采用取气压力界限值评价各级储气瓶组的压力；当某一级储氢瓶组的压力值大于其取气压力界限值时，则可进行取气；当某一级储氢瓶组的压力值小于其取气压力界限值时，则不可进行取气；

加气模块，用于选择可进行取气的储氢瓶组对车载储气系统进行加气，直至车载系统满载；当有多个储气瓶组可进行取气时，按照由压力较低的储氢瓶组到压力较高的储氢瓶组的顺序进行加气，直至车载系统满载。

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