CN114198634B - 一种可调节流量加氢的加氢机控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可调节流量加氢的加氢机控制系统及方法，该加氢机控制系统包括冷冻水机组、水流量调节阀、换热器和氢气流量调节子系统，冷冻水机组、水流量调节阀、换热器和氢气流量调节子系统依次连接，氢气流量调节子系统中，环境温度变送器、氢气流量调节阀、氢气切断阀、质量流量计、氢气温度变送器、压力变送器和氢气探头均连接于加氢机控制器，通过接收加氢机控制器发送的控制指令，控制各个组件按照控制指令进行相应的操作。本发明的有益效果是：显著提高了加氢计加注的安全性和加氢机的加注速率，同时又保证了加氢的速度最大化，冷水机的智能温度和流量控制又能将加氢过程中的能源消耗最低化，降低了成本，具有显著的经济效益。

Description

一种可调节流量加氢的加氢机控制系统及方法
技术领域
本发明涉及加氢机领域，尤其涉及一种可调节流量加氢的加氢机控制系统及方法。
背景技术
在加氢站内加氢机氢气的加注过程中，氢气的加注速度通常是不可控的，这样，这样很容易造成在加注时，燃料电池车内的温度上升过快，造成车辆加注氢气不足的现象发生，然而市面上有的加氢机虽然安装了流量调节阀，但作用只是单纯的限制氢气的加注速度，这样虽然可以保证车辆的加注安全，但限制了氢气的加注速度，延长了氢气的加注时间，且对于不同类型的车辆，以及不同的环境温度下，不能采取差异化的速度调节来同时保证加注速度与安全可靠。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种可调节流量加氢的加氢机控制系统及方法，所述加氢机控制系统包括：冷冻水机组、水流量调节阀、换热器和氢气流量调节子系统，冷冻水机组、水流量调节阀、换热器和氢气流量调节子系统依次连接，所述氢气流量调节子系统包括环境温度变送器、加氢机控制器、氢气流量调节阀、氢气切断阀、质量流量计、氢气温度变送器、氢气探头和压力变送器，环境温度变送器、氢气流量调节阀、氢气切断阀、质量流量计、氢气温度变送器、压力变送器和氢气探头均连接于加氢机控制器，通过接收加氢机控制器发送的控制指令，控制各个组件按照控制指令进行相应的操作。
进一步地，所述氢气流量调节子系统两端分别连接燃料电池车和加氢站内氢气管路，和/或，该加氢机控制系统通过接收加氢站的站控系统信号进行相应的控制工作。
进一步地，该加氢机控制系统还包括急停按钮，当系统出现故障时，按下该急停按钮使所述加氢机控制系统停止工作，以提高加氢工作的安全性。
进一步地，该加氢机控制系统还包括切断阀和放散阀，所述切断阀和放散阀连接于加氢机控制器。
所述加氢机控制方法，基于所述的加氢机控制系统实现，该加氢机控制方法包括以下步骤：
S1：加氢时，先要插卡确认；
S2：确认后，选择加注模式：定压力模式，即设定目标压力，模式二：定质量模式，即设定加注质量，模式三：定金额模式，即设定加注金额；
S3：选择了加注模式后，点击开始按钮，启动冷水机组和关闭放散阀；S4：判断加氢压力是否低于设定压力，若是，则车载瓶低压报警，加注结束，若否，则进一步判断是否接收了加氢站内的站控系统发送的OK信号，若是，则到步骤 S5，若否，则站控未备妥报警，加注结束；
S5：采集初始加氢压力P1、质量流量计初始质量M1和环境温度T，打开加氢机阀，然后发出加氢需求信号；
S6：采集此时加氢压力P2，质量流量计质量M2，累计质量M＝M2-M1，根据累计质量M和环境温度T，求出车载瓶体积V和最大加注质量Msv，根据环境温度T，车载瓶体积V，得出车载瓶最大升压速率SP，根据车载瓶最大升压速率SP进行实时设定目标压力计算；
S7：当到达加注模式设定的设定目标压力、设定加注质量或者设定金额时，或者是到达最大加注质量Msv时，停止加注，消除加氢需求信号，关闭加氢阀；设定加注质量和设定目标压力由人工在键盘上设定，在加注时，如果无其他停止条件，加注压力到达设定目标压力，或者是加注质量到达设定加注质量和最大加注质量Msv中至少一个条件后，自动停止加注，设定金额人工在键盘上设定，选择定金额模式，在加注过程中，如果无其他停止条件，加氢的氢气质量乘以氢气的单价的金额等于设定金额时，自动停止加注。
S8：打开放散阀，当加氢压力降至设定压力时，关闭放散阀，加注结束，打开放散阀的同时，还进行加氢结算及记录该加氢过程，加注结束。
进一步地，关闭放散阀、打开加氢机阀和发出加氢需求信号后需要延时2 秒。
进一步地，所述设定压力为2MPa，和/或，计算当前到达的压力pv，pv＝P2+SP *Time，根据SP调节氢气调节流量阀，控制加氢压力。
进一步地，根据环境温度T设定冷却水温度T1，T1＝30-T，冷却水机组的调节阀自动工作，进行pid速算，控制冷却水回水温度T2，T2＝T1+2。
进一步地，当进氢压力到达设定的最高压力PH2且加氢压力到达设定的最高压力PH1，超出流量设定Fset，超过设定的最高温度Tset，加注质量大于最大加注质量Msv和站控OK信号消失至少一种满足时，消除加氢需求信号，当超出流量设定Fset时，进行大流量报警，当超过设定的最高温度Tset时，进行超温报警。
进一步地，当按下急停按钮或者氢气泄露过高导致报警时，加氢机进入急停状态，当加氢机进入急停状态，收到停止按钮信号、电路板硬件故障、氢气泄露过高、加氢压力变送器故障、进氢压力变送器故障和氢气探头故障至少发生一种时，则显示故障信息，进入消除加氢需求信号的操作及之后的操作。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：显著提高了加氢计加注的安全性和加氢机的加注速率，同时又保证了加氢的速度最大化，冷水机的智能温度和流量控制又能将加氢过程中的能源消耗最低化，降低了成本，具有显著的经济效益。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种可调节流量加氢的加氢机控制系统的结构图。
图2是本发明实施例中一种可调节流量加氢的加氢机控制方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种可调节流量加氢的加氢机控制系统及方法，请参考图1，图1是本发明实施例中一种可调节流量加氢的加氢机控制系统的结构图，该加氢机控制系统包括冷冻水机组、环境温度变送器、加氢机控制器、换热器、水流量调节阀、氢气流量调节阀、氢气切断阀和质量流量计等构成。所述氢气流量调节子系统包括环境温度变送器、加氢机控制器、氢气流量调节阀、氢气切断阀、质量流量计、氢气温度变送器、氢气探头和压力变送器，冷冻水机组、水流量调节阀、换热器和氢气流量调节子系统依次连接，环境温度变送器、氢气流量调节阀、氢气切断阀、质量流量计、氢气温度变送器、压力变送器和氢气探头均连接于加氢机控制器，通过接收加氢机控制器发送的控制指令，控制各个组件按照控制指令进行相应的操作。图1所示的加氢机控制器上方的切断阀是氢气切断阀，切断阀用来控制进入加氢机的氢气的通断，放散阀是在氢气加注结束后将加氢机内的高压氢气释放掉。
所述氢气流量调节子系统两端分别连接燃料电池车和加氢站内氢气管路，该加氢机控制系统通过接收加氢站的站控系统信号进行相应的控制工作。
该加氢机控制系统还包括急停按钮，当系统出现故障时，按下该急停按钮使所述加氢机控制系统停止工作，以提高加氢工作的安全性。
该加氢机控制系统还包括切断阀和放散阀，所述切断阀和放散阀连接于加氢机控制器。
图2是本发明实施例中一种可调节流量加氢的加氢机控制方法的流程图，基于一种可调节流量加氢的加氢机控制系统实现，在氢气加注时，加氢机会先向车载瓶组内加注一定质量的氢气，根据通过测量瓶组内的加注的氢气质量，以及前后的压力差计算得出燃料电池车的车载瓶体积V，同时通过环境温度变送器测量出环境温度T，加氢机根据环境温度和车载瓶的体积V通过计算得出车载瓶的最大升压速率SP；同时为了保证加速速率的提高和节能降耗，加氢机控制器根据环境温度T和车载瓶的体积V计算得出冷却循环水的最佳冷却温度，即根据环境温度T设定冷却水温度T1，T1＝30-T，冷却水机组的调节阀自动工作，进行 pid速算，控制冷却水回水温度T2，T2＝T1+2。同时，冷水循环水管路上的流量调节阀自动根据加氢机内氢气的温度调节冷却水的流量。控制系统在加注过程中会根据环境温度T和车载瓶体积V计算的出车内的最佳加注压力，其中，根据氢气的温度T和压力P计算氢气压缩因子Z：
Figure RE-GDA0003512032040000041
其中p即为P，为氢气压力，包括P1和P2，单位MPA，T为氢气温度，单位为K(开氏温度)，i和j具体取值后，Z的计算结果如下表所示：
Figure RE-GDA0003512032040000042
Figure RE-GDA0003512032040000051
根据上述压缩因子Z计算氢气密度的公式如下：
ρ1＝2.016*p1/(Z*0.0083145*T)
ρ2＝2.016*p2/(Z*0.0083145*T)
车载瓶体积V的计算公式如下所示：
V＝M/(ρ2-ρ1)
根据氢气密度和车载瓶体积V计算达到95％soc时应加注的氢气质量的公式如下：
Msv＝24*V*0.95-ρ1V
根据如下表所示的环境温度和车载瓶体积查表，可以得出加氢机升压缩率SP，其单位mp/s。
Figure RE-GDA0003512032040000052
根据加氢机升压缩率SP，计算出加氢机的实时设定目标压力Psv：
Psv＝P2+SP*time
其中，time为体积计算结束后开始计时的累计时间。
最后调节阀根据加氢压力压力P和设定压力Psv进行pid运算，自动调节开度，在保证安全的前提下，提高车内的充装量。
本发明的有益效果是：显著提高了加氢计加注的安全性和加氢机的加注速率，同时又保证了加氢的速度最大化，冷水机的智能温度和流量控制又能将加氢过程中的能源消耗最低化，降低了成本，具有显著的经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，基于一种可调节流量加氢的加氢机控制系统实现，该加氢机控制系统包括冷冻水机组、水流量调节阀、换热器和氢气流量调节子系统，冷冻水机组、水流量调节阀、换热器和氢气流量调节子系统依次连接，所述氢气流量调节子系统包括环境温度变送器、加氢机控制器、氢气流量调节阀、氢气切断阀、质量流量计、氢气温度变送器、氢气探头和压力变送器，环境温度变送器、氢气流量调节阀、氢气切断阀、质量流量计、氢气温度变送器、压力变送器和氢气探头均连接于加氢机控制器，通过接收加氢机控制器发送的控制指令，控制各个组件按照控制指令进行相应的操作；
该加氢机控制方法包括以下步骤：
S1：加氢时，先要插卡确认；
S2：确认后，选择加注模式：定压力模式，即设定目标压力，模式二：定质量模式，即设定加注质量，模式三：定金额模式，即设定加注金额；
S3：选择了加注模式后，点击开始按钮，启动冷水机组和关闭放散阀；
S4：判断加氢压力是否低于设定压力，若是，则车载瓶低压报警，加注结束，若否，则进一步判断是否接收了加氢站内的站控系统发送的OK信号，若是，则到步骤S5，若否，则站控未备妥报警，加注结束；
S5：采集初始加氢压力P1、质量流量计初始质量M1和环境温度T，打开加氢机阀，然后发出加氢需求信号；
S6：采集此时加氢压力P2，质量流量计质量M2，累计质量M=M2-M1，根据累计质量M和环境温度T，求出车载瓶体积V和最大加注质量Msv，根据环境温度T，车载瓶体积V，得出车载瓶最大升压速率SP，根据车载瓶最大升压速率SP进行实时设定目标压力计算；
S7：当到达加注模式设定的设定目标压力、设定加注质量或者设定金额时，或者是到达最大加注质量Msv时，停止加注，消除加氢需求信号，关闭加氢阀；
S8：打开放散阀，当加氢压力降至设定压力时，关闭放散阀，加注结束，打开放散阀的同时，还进行加氢结算及记录加氢过程，加注结束。
2.如权利要求1所述的一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，其特征在于：所述氢气流量调节子系统两端分别连接燃料电池车和加氢站内氢气管路，和/或，该加氢机控制系统通过接收加氢站的站控系统信号进行相应的控制工作。
3.如权利要求1所述的一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，其特征在于：该加氢机控制系统还包括急停按钮，当系统出现故障时，按下该急停按钮使所述加氢机控制系统停止工作，以提高加氢工作的安全性。
4.如权利要求1所述的一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，其特征在于：该加氢机控制系统还包括切断阀和放散阀，所述切断阀和放散阀连接于加氢机控制器。
5.如权利要求1所述的一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，其特征在于：关闭放散阀、打开加氢机阀和发出加氢需求信号后需要延时2秒。
6.如权利要求1所述的一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，其特征在于：所述设定压力为2MPa，和/或，计算当前到达的压力pv，pv=P2+SP *Time，根据SP调节氢气调节流量阀，控制加氢压力。
7.如权利要求1所述的一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，其特征在于：根据环境温度T设定冷却水温度T1，T1=30-T，冷却水机组的调节阀自动工作，进行pid速算，控制冷却水回水温度T2，T2=T1+2。
8.如权利要求1所述的一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，其特征在于：当进氢压力到达设定的最高压力PH2且加氢压力到达设定的最高压力PH1，超出流量设定Fset，超过设定的最高温度Tset，加注质量大于最大加注质量Msv和站控OK信号消失至少一种满足时，消除加氢需求信号，当超出流量设定Fset时，进行大流量报警，当超过设定的最高温度Tset时，进行超温报警。
9.如权利要求1所述的一种可调节流量加氢的加氢机控制方法，其特征在于：当按下急停按钮或者氢气泄露过高导致报警时，加氢机进入急停状态，当加氢机进入急停状态，收到停止按钮信号、电路板硬件故障、氢气泄露过高、加氢压力变送器故障、进氢压力变送器故障和氢气探头故障至少发生一种时，则显示故障信息，进入消除加氢需求信号的操作及之后的操作。
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