CN113586948B - 一种加氢站高效加氢的优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加氢站高效加氢的优化控制方法，所述优化控制方法，包括如下步骤：S₁：通过装卸柱为长管拖车充装；S₂：启动加氢、卸气以及充装按钮，使整站处于工作模式；S₃：当得到加氢信号时，加氢机对车辆进行加注操作；S₄：当得到卸气使能信号时，打开卸气阀门，并关闭45Mpa氢压机；S₅：人工启动20Mpa氢压机，检测低压瓶组内的压力，并判断是否有充装使能信号以及加注信号；S₆：根据氢气压力范围，选择对应氢压机进行增压；S₇：判断有无加氢信号以及增压指令，长管拖车内的氢气经卸气系统和氢压机，向低、中、高压瓶组储氢；S₈：当有加注信号时，氢压机启动给该瓶组增压。本发明可以提高氢气利用率，降低运输成本。

Description

一种加氢站高效加氢的优化控制方法

技术领域

本发明涉及加氢优化控制方法技术领域，具体而言，涉及一种加氢站高效加氢的优化控制方法。

背景技术

氢能是一种零碳绿色新能源，符合我国清洁、低碳、安全、高效的能源政策，氢燃料电池汽车更是国家重点支持的对象，因此，加氢站便成了氢燃料电池汽车推广和普及的重要基础设施。

目前，加氢站基本上是采用氢气管束车作为气源，管束车进站后，需利用卸气柱将管束车内氢气传输到压缩机，卸气柱固定安装在加氢站内的卸气区，通过它即可将氢气管束车内的氢气安全卸载下来，并向氢气压缩机供气。

现有加氢站的氢气来源大多数是用长管拖车运送氢气，到站后，氢气长管拖车中的氢气通过卸气系统和氢压机增压后，再通过加氢机给燃料电池汽车加注氢气。

然而，受限于隔膜压缩机的特性，氢气进口压力维持在5-20MPa，长管拖车氢气只能从20MPa使用到约6MPa，导致储氢瓶组中很大比重的氢气无法有效利用。

例如，目前隔膜压缩机为了增压到45MPa，压缩机的源头氢气压力不能低于一定的值，入口压力最低值设定为5MPa，由于隔膜压缩机的单级压缩比最大为9，这样氢气长管拖车中就有5MPa的低压氢气不能使用，此时需更换氢气长管拖车来给压缩机供气。由此，氢气利用率低造成很大的浪费，运输成本相应增加。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种加氢站高效加氢的优化控制方法，包括如下步骤：

S₁：当氢气长管拖车进入加氢站的站区充装位后，固定车辆并连接卸车软管，来自加氢站储氢瓶组中的低压氢气经过20MPa氢压机增压，通过装卸柱为长管拖车充装；

S₂：在无故障信号的情况下，启动加氢机上的加氢按钮、卸气按钮以及充装按钮，使整站处于工作模式；

S₃：当得到加氢信号时，启动冷水机组，加氢机对车辆进行加注操作至结束，5分钟内无加氢信号则关闭冷水机组；

S₄：当得到卸气使能信号时，判断氢气长管拖车内低压瓶组的压力和卸气压力，打开卸气阀门，直至低压瓶组的压力和卸气压力小于5Mpa，卸气压力发出报警提醒，并关闭45Mpa氢压机；

S₅：人工启动20Mpa氢压机，检测低压瓶组内的压力，并判断是否有充装使能信号以及加注信号；

S₆：根据氢气长管拖车上储氢瓶组中的氢气压力范围，选择对应氢压机进行增压；

S₇：判断有无加氢信号以及增压指令，长管拖车内的氢气经卸气系统和氢压机，向低、中、高压瓶组储氢；

S₈：当有加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的任何一个瓶组压力低于设定值时，则氢压机启动给该瓶组增压。

优选的，在步骤S₄中，所述检测低压瓶组内的压力，并判断是否有充装使能信号以及加注信号具体包括：

S₄₁：若低压瓶组的压力小于15Mpa，打开低压瓶组上的气动球阀，对低压瓶组进行充装至20Mpa，判断是否收到加注信号，

S₄₂：若低压瓶组的压力大于等于15Mpa，进一步确认是否有充装使能信号；

优选的，在步骤S₄₁中，所述判断是否收到加注信号具体包括：

S₄₁₁：若有加注信号，人工启动45Mpa氢压机转入加注操作控制；否则，低压瓶组上的气动球阀关闭；

优选的，在步骤S₄₂中，所述进一步确认是否有充装使能信号具体包括：

S₄₂₁：若有收到充装使能信号，判断长管拖车的压力；若没有收到充装使能信号，判断低压瓶组内的压力是否小于5Mpa；

优选的，在步骤S₄₂₁中，所述判断低压瓶组内的压力是否小于5Mpa，具体包括：

若低压瓶组内的压力小于5Mpa，则转入步骤S₄；若低压瓶组内的压力大于等于5Mpa，则氢压机进入自循环模式，循环一段时间T后，停止氢压机。

优选的，在步骤S₄₂₁中，所述若有收到充装使能信号，判断长管拖车的压力具体包括：

若长管拖车的压力3Mpa<P₂<17Mpa且收到充装使能信号时，则开始充装长管拖车，至压力达到20Mpa结束，复位充装使能信号，并转入步骤S_7。

优选的，在步骤S₆当中，所述根据氢气长管拖车上储氢瓶组中的氢气压力范围，选择对应氢压机进行增压，具体包括如下步骤：

S₆₁：若氢气长管拖车上储氢瓶组中的氢气压力低于5MPa且大于1MPa时，通过卸气到20MPa氢压机进行增压，并至氢气长管拖车内的储氢瓶组中或加氢站内储氢瓶组中的20MPa储氢瓶组中；

S₆₂：若氢气长管拖车上或者加氢站内20MPa储氢瓶组中的氢气压力高于5MPa且小于20MPa时，通过卸气到45MPa氢压机进行增压，并至氢气长管拖车内的储氢瓶组中或者加氢站内的45MPa储氢瓶组中。

优选的，在步骤S₇当中，所述判断有无加氢信号以及增压指令，长管拖车内的氢气经卸气系统和氢压机，向低、中、高压瓶组储氢，具体包括如下：

S_71：当无加氢信号且有增压指令时，长管拖车内的氢气经卸气系统和45MPa氢压机，向低、中、高压瓶组储氢，当低、中、高压瓶组的储氢压力均达到45Mpa时，45MPa氢压机自动停止增压，进入自循环流程，当在设定时间内没有增压指令时，45MPa氢压机自动关机；

S_72：当有加氢信号时，储氢瓶组的低压氢气(＜5MPa)进入到20MPa氢压机内，氢气经过闭式冷却后，从20MPa氢压机去往充装卸气流程，储存于氢气长管拖车的储氢瓶内或直接储存于加氢站内的20MPa储氢瓶组内。

S_73：当氢气长管拖车上的氢气(＞5MPa)或者来自20MPa储氢瓶组的氢气进入到45MPa压缩机内，氢气经过闭式冷却后，从45MPa压缩机去往顺序控制盘，经顺序控制盘顺序控制后，分别进入加氢站内储氢瓶组中的低、中、高压瓶组。

优选的，在步骤S₇₁当中，所述向低、中、高压瓶组储氢具体包括如下步骤：

S_711：当控制系统监测到高压瓶组的压力小于42MPa时，优先向高压瓶组内增压储氢，直至增压至45MPa；

S_712：当控制系统监测到中压瓶组的压力若小于42MPa时，则向中压瓶组内增压储氢，直至压力至45MPa；

S_713：当控制系统监测到低压瓶组的压力若小于42MPa时，则向低压瓶组内增压储氢，直至压力达到45MPa。

优选的，在步骤S₈中，所述当有加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的任何一个瓶组压力低于设定值时，则氢压机启动给该瓶组增压，具体包括如下：

S₈₁：当收到多个加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组压力低于设定值时，则优先给高压瓶组增压至高于35Mpa；

S₈₂：当收到多个加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组内压力低于35MPa，且当加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组压力和车载瓶组的串氢平衡时，加氢机内储氢瓶组中高压瓶组气动阀自动关闭，且氢压机直接给车辆充氢增压至35MPa后，停止加氢工作；然后继续给高压、中压瓶组增压至45MPa。

相对于现有技术，本发明所述的加氢站高效加氢的加注优化控制方法，具有以下有益效果：

1、通过系统集成，优化加注方法，可以解决加氢站氢源不足，提高氢气利用率，将储氢瓶组当中5MPa以下的氢气用到1MPa(一般长管拖车的水容积为24m³，氢气长管拖车的运输费10元/公里)，低压氢气通过20MPa压缩机增压将氢气储存于站内氢气长管拖车内和20MPa储氢瓶组内，然后给45MPa压缩机提供源源不断符合要求的氢气(5～20MPa),通过45MPa压缩机增压将氢气储存于45MPa储氢瓶组内,为燃料电池汽车快速加注35MPa氢气，或者通过45MPa压缩机增压将氢气直接给燃料电池汽车加注，解决了氢气长途运输成本高的问题；

2、工艺技术及方案领先，最大限度的节约能量消耗，采用新型高效压缩机，带自循环功能，提高能量转换效率；

3、该发明提供了长管拖车充装、氮气集装格充装，解决了单一系统只能给燃料电池加注的问题，在给燃料电池车辆加注同时可以提供更多功能的服务。系统采用自动化、信息化、智能化、集中控制、统一管理。

附图说明

图1为本发明实施例中加氢站高效加氢的优化控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中步骤S₄中的具体流程示意图；

图3为本发明实施例中步骤S₆中的具体流程示意图；

图4为本发明实施例中步骤S₇中的具体流程示意图；

图5为本发明实施例中步骤S₇₁中的具体流程示意图；

图6为本发明实施例中步骤S₈中的具体流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例根据，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1-6，本发明实施例提供了一种加氢站高效加氢的优化控制方法，包括如下步骤：

S₁：当氢气长管拖车进入加氢站的站区充装位后，固定车辆并连接卸车软管，来自加氢站储氢瓶组中的低压氢气经过20MPa氢压机增压，通过装卸柱为长管拖车充装；

S₂：在无故障信号的情况下，启动加氢机上的加氢按钮、卸气按钮以及充装按钮，使整站处于工作模式；

S₃：当得到加氢信号时，启动冷水机组，加氢机对车辆进行加注操作至结束，5分钟内无加氢信号则关闭冷水机组；

S₄：当得到卸气使能信号时，判断氢气长管拖车内低压瓶组的压力和卸气压力，打开卸气阀门，直至低压瓶组的压力和卸气压力小于5Mpa，卸气压力发出报警提醒，并关闭45Mpa氢压机；

S₅：人工启动20Mpa氢压机，检测低压瓶组内的压力，并判断是否有充装使能信号以及加注信号；

S₆：根据氢气长管拖车上储氢瓶组中的氢气压力范围，选择对应氢压机进行增压；

S₇：判断有无加氢信号以及增压指令，长管拖车内的氢气经卸气系统和氢压机，向低、中、高压瓶组储氢；

S₈：当有加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的任何一个瓶组压力低于设定值时，则氢压机启动给该瓶组增压。

具体地，请参考图2所示，在本发明的实施例当中，在步骤S₄中，所述检测低压瓶组内的压力，并判断是否有充装使能信号以及加注信号具体包括：

S₄₁：若低压瓶组的压力小于15Mpa，打开低压瓶组上的气动球阀，对低压瓶组进行充装至20Mpa，判断是否收到加注信号；

S₄₂：若低压瓶组的压力大于等于15Mpa，进一步确认是否有充装使能信号。

具体地，在本发明的实施例当中，在步骤S₄₁中，所述判断是否收到加注信号具体包括：

S₄₁₁：若有加注信号，人工启动45Mpa氢压机转入加注操作控制；否则，低压瓶组上的气动球阀关闭。

具体地，在本发明的实施例当中，在步骤S₄₂中，所述低压瓶组的压力大于等于15Mpa，进一步确认是否有充装使能信号，具体包括：

S₄₂₁：若有收到充装使能信号，判断长管拖车的压力；若没有收到充装使能信号，判断低压瓶组内的压力是否小于5Mpa；

具体地，在本发明的实施例当中，在步骤S₄₂₁中，所述判断低压瓶组内的压力是否小于5Mpa，具体包括：

若低压瓶组内的压力小于5Mpa，则转入步骤S₄；若低压瓶组内的压力大于等于5Mpa，则氢压机进入自循环模式，循环一段时间T后，停止氢压机。

具体地，在本发明的实施例当中，在步骤S₄₂₁中，所述若有收到充装使能信号，判断长管拖车的压力具体包括：

若长管拖车的压力3Mpa<P₂<17Mpa且收到充装使能信号时，则开始充装长管拖车，至压力达到20Mpa结束，复位充装使能信号，并转入步骤S_7。

具体地，请参考图3所示，在本发明的实施例当中，在步骤S₆当中，所述根据氢气长管拖车上储氢瓶组中的氢气压力范围，选择对应氢压机进行增压，具体包括如下步骤：

S₆₁：若氢气长管拖车上储氢瓶组中的氢气压力低于5MPa且大于1MPa时，通过卸气到20MPa氢压机进行增压，并至氢气长管拖车内的储氢瓶组中或加氢站内储氢瓶组中的20MPa储氢瓶组中；

S₆₂：若氢气长管拖车上或者加氢站内20MPa储氢瓶组中的氢气压力高于5MPa且小于20MPa时，通过卸气到45MPa氢压机进行增压，并至氢气长管拖车内的储氢瓶组中或者加氢站内的45MPa储氢瓶组中。

具体地，请参考图4所示，在本发明的实施例当中，在步骤S₇当中，所述判断有无加氢信号以及增压指令，长管拖车内的氢气经卸气系统和氢压机，向低、中、高压瓶组储氢，具体包括如下：

S_71：当无加氢信号且有增压指令时，长管拖车内的氢气经卸气系统和45MPa氢压机，向低、中、高压瓶组储氢，当低、中、高压瓶组的储氢压力均达到45Mpa时，45MPa氢压机自动停止增压，进入自循环流程，当在设定时间内没有增压指令时，45MPa氢压机自动关机；

S_72：当有加氢信号时，储氢瓶组的低压氢气(＜5MPa)进入到20MPa氢压机内，氢气经过闭式冷却后，从20MPa氢压机去往充装卸气流程，储存于氢气长管拖车的储氢瓶内或直接储存于加氢站内的20MPa储氢瓶组内。

S_73：当氢气长管拖车上的氢气(＞5MPa)或者来自20MPa储氢瓶组的氢气进入到45MPa压缩机内，氢气经过闭式冷却后，从45MPa压缩机去往顺序控制盘，经顺序控制盘顺序控制后，分别进入加氢站内储氢瓶组中的低、中、高压瓶组。

具体地，在本发明的实施例当中，在步骤S₇₁当中，所述向低、中、高压瓶组储氢具体包括如下步骤：

S_711：当控制系统监测到高压瓶组的压力小于42MPa时，优先向高压瓶组内增压储氢，直至增压至45MPa；

S_712：当控制系统监测到中压瓶组的压力若小于42MPa时，则向中压瓶组内增压储氢，直至压力至45MPa；

S_713：当控制系统监测到低压瓶组的压力若小于42MPa时，则向低压瓶组内增压储氢，直至压力达到45MPa。

具体地，在本发明的实施例当中，在步骤S₈中，所述当有加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的任何一个瓶组压力低于设定值时，则氢压机启动给该瓶组增压，具体包括如下：

S₈₁：当收到多个加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组压力低于设定值时，则优先给高压瓶组增压至高于35Mpa；

S₈₂：当收到多个加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组内压力低于35MPa，且当加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组压力和车载瓶组的串氢平衡时，加氢机内储氢瓶组中高压瓶组气动阀自动关闭，且氢压机直接给车辆充氢增压至35MPa后，停止加氢工作；然后继续给高压、中压瓶组增压至45MPa。

虽然本公开披露根据上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S₁：当氢气长管拖车进入加氢站的站区充装位后，固定车辆并连接卸车软管，来自加氢站储氢瓶组中的低压氢气经过20MPa氢压机增压，通过装卸柱为长管拖车充装；

S₂：在无故障信号的情况下，启动加氢机上的加氢按钮、卸气按钮以及充装按钮，使整站处于工作模式；

S₃：当得到加氢信号时，启动冷水机组，加氢机对车辆进行加注操作至结束，5分钟内无加氢信号，则关闭冷水机组；

S₄：当得到卸气使能信号时，判断氢气长管拖车内低压瓶组的压力和卸气压力，打开卸气阀门，直至低压瓶组的压力和卸气压力小于5Mpa，卸气压力发出报警提醒，并关闭45Mpa氢压机；

S₅：人工启动20Mpa氢压机，检测低压瓶组内的压力，并判断是否有充装使能信号以及加注信号；

S₆：根据氢气长管拖车上储氢瓶组中的氢气压力范围，选择对应氢压机进行增压；

S₆₁：若氢气长管拖车上储氢瓶组中的氢气压力低于5MPa且大于1MPa时，通过卸气到20MPa氢压机进行增压，并至氢气长管拖车内的储氢瓶组中或加氢站内储氢瓶组中的20MPa储氢瓶组中；

S₆₂：若氢气长管拖车上或者加氢站内20MPa储氢瓶组中的氢气压力高于5MPa且小于20MPa时，通过卸气到45MPa氢压机进行增压，并至氢气长管拖车内的储氢瓶组中或者加氢站内的45MPa储氢瓶组中；

S₇：判断有无加氢信号以及增压指令，长管拖车内的氢气经卸气系统和氢压机，向低、中、高压瓶组储氢；

S₈：当有加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的任何一个瓶组压力低于设定值时，则氢压机启动给该瓶组增压。

2.根据权利要求1所述的加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于，在步骤S₄中，所述检测低压瓶组内的压力，并判断是否有充装使能信号以及加注信号具体包括：

S₄₁：若低压瓶组的压力小于15Mpa，打开低压瓶组上的气动球阀，对低压瓶组进行充装至20Mpa，判断是否收到加注信号；

S₄₂：若低压瓶组的压力大于等于15Mpa，进一步确认是否有充装使能信号。

3.根据权利要求2所述的加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于，在步骤S₄₁中，所述判断是否收到加注信号具体包括：

S₄₁₁：若有加注信号，人工启动45Mpa氢压机转入加注操作控制；否则，低压瓶组上的气动球阀关闭。

4.根据权利要求3所述的加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于，在步骤S₄₂中，所述低压瓶组的压力大于等于15Mpa，进一步确认是否有充装使能信号，具体包括：

S₄₂₁：若有收到充装使能信号，判断长管拖车的压力；若没有收到充装使能信号，判断低压瓶组内的压力是否小于5Mpa。

5.根据权利要求4所述的加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于，在步骤S₄₂₁中，所述判断低压瓶组内的压力是否小于P₁具体包括：

若低压瓶组内的压力小于P₁，则转入步骤S₄；若低压瓶组内的压力大于等于5Mpa，则氢压机进入自循环模式，循环一段时间T后，停止氢压机。

6.根据权利要求4所述的加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于，在步骤S₄₂₁中，所述若有收到充装使能信号，判断长管拖车的压力具体包括：

若长管拖车的压力P₂大于3Mpa且小于17Mpa且收到充装使能信号时，则开始充装长管拖车，至压力达到20Mpa结束，复位充装使能信号，并转入步骤S_7。

7.根据权利要求1所述的加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于，在步骤S₇当中，所述判断有无加氢信号以及增压指令，长管拖车内的氢气经卸气系统和氢压机，向低、中、高压瓶组储氢，具体包括如下：

S_71：当无加氢信号且有增压指令时，长管拖车内的氢气经卸气系统和45MPa氢压机，向低、中、高压瓶组储氢，当低、中、高压瓶组的储氢压力均达到45Mpa时，45MPa氢压机自动停止增压，进入自循环流程，当在设定时间内没有增压指令时，45MPa氢压机自动关机；

S_72：当有加氢信号时，储氢瓶组的小于5MPa的低压氢气进入到20MPa氢压机内，氢气经过闭式冷却后，从20MPa氢压机去往充装卸气流程，储存于氢气长管拖车的储氢瓶内或直接储存于加氢站内的20MPa储氢瓶组内；

S_73：当氢气长管拖车上大于5MPa的氢气或者来自20MPa储氢瓶组的氢气进入到45MPa压缩机内，氢气经过闭式冷却后，从45MPa压缩机去往顺序控制盘，经顺序控制盘顺序控制后，分别进入加氢站内储氢瓶组中的低、中、高压瓶组。

8.根据权利要求7所述的加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于：

在步骤S₇₁当中，所述向低、中、高压瓶组储氢具体包括如下步骤：

S_711：当控制系统监测到高压瓶组的压力小于42MPa时，优先向高压瓶组内增压储氢，直至增压至45MPa；

S_712：当控制系统监测到中压瓶组的压力若小于42MPa时，则向中压瓶组内增压储氢，直至压力至45MPa；

S_713：当控制系统监测到低压瓶组的压力若小于42MPa时，则向低压瓶组内增压储氢，直至压力达到45MPa。

9.根据权利要求1所述的加氢站高效加氢的优化控制方法，其特征在于，在步骤S₈中，所述当有加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的任何一个瓶组压力低于设定值时，则氢压机启动给该瓶组增压，具体包括如下：

S₈₁：当收到多个加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组压力低于设定值时，则优先给高压瓶组增压至高于35Mpa；

S₈₂：当收到多个加注信号时，若加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组内压力低于35MPa，且当加氢机内储氢瓶组中的高压瓶组压力和车载瓶组的串氢平衡时，加氢机内储氢瓶组中高压瓶组气动阀自动关闭，且氢压机直接给车辆充氢增压至35MPa后，停止加氢工作；然后继续给高压、中压瓶组增压至45MPa。

Images