CN114704764A - 加氢站分级加注控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加氢控制领域，提供一种加氢站分级加注控制方法及系统，包括：S1：总站控制单元实时检测置换信号，若无置换信号则进入步骤S2，否则进行储氢瓶组置换操作；所述储氢瓶组包括：低压储氢瓶、中压储氢瓶和高压储氢瓶；S2：所述总站控制单元实时检测加氢信号，若无加氢信号则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3：长管拖车向所述储氢瓶组补充氢气，补充结束后返回步骤S1；S4：所述储氢瓶组向氢能汽车加注氢气，加注结束后返回步骤S1。本发明通过储氢瓶组分级和加氢站分级加注将氢气加注速率维持在2kg/min以上的较高水平，减少加氢站的加氢时间。

Description

加氢站分级加注控制方法及系统

技术领域

本发明涉及加氢控制领域，尤其涉及一种加氢站分级加注控制方法及系统。

背景技术

氢能源是公认能够替代化石燃料的绿色能源之一，具有重量轻、储量丰富、燃烧性能好等优点。欧盟委员会将氢描述为一种能源载体，作为清洁、高效的动力源在固定、便携和运输应用中具有巨大潜力。

氢燃料交通工具的应用始于20世纪，当时出现了一些引人注目的技术突破，比如利用氢能为阿波罗11号提供登月动力。如今，氢燃料电池汽车逐渐商业化以解决持续化石燃料汽车的污染物排放(如PM2.5、PM10、NO、NO2、CO和未燃烧的碳氢化合物)和CO2排放问题。在实际应用中，氢燃料电池的效率可高达65％。此外，水是燃料电池运行过程中产生的唯一副产物，从而消除了尾气排放。目前，重型燃料电池汽车，如卡车，受到越来越多的关注，因为除了高效率和低排放的好处外，还有更长的续航里程以及接近零噪音污染的优点。

然而现有的加氢站中，往往出现加氢站的储氢瓶组由于分级加注没有优化，而导致加氢时间过长的问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于，解决现有技术中，储氢瓶组的分级加注没有优化导致加氢时间过长的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种加氢站分级加注控制方法，包括：

S1：总站控制单元实时检测置换信号，若无置换信号则进入步骤S2，否则进行储氢瓶组置换操作；所述储氢瓶组包括：低压储氢瓶、中压储氢瓶和高压储氢瓶；

S2：所述总站控制单元实时检测加氢信号，若无加氢信号则进入步骤S3，否则进入步骤S4；

S3：长管拖车向所述储氢瓶组补充氢气，补充结束后返回步骤S1；

S4：所述储氢瓶组向氢能汽车加注氢气，加注结束后返回步骤S1。

优选地，所述低压储氢瓶、所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶之间的容积比例设置为：4：3：2。

优选地，步骤S1中，所述储氢瓶组置换操作具体为：

S11：开启所述储氢瓶组的放空阀，进行放空操作，确认所述储氢瓶组内无压力后进入步骤S12；

S12：开启所述储氢瓶组的根部阀，确认所述储氢瓶组处于打开状态后进入步骤S13；所述储氢瓶组的根部阀包括：压力表根部阀、安全阀根部阀和压力变送器根部阀；

S13：开启进气阀，关闭所述放空阀；

S14：开启氮气源和置换阀，所述氮气源向所述储氢瓶组中吹扫氮气；

S15：吹扫预设时间T后关闭所述根部阀，向所述储氢瓶组加注氢气至3MPa后开启所述放空阀，将所述储氢瓶组泄放至微正压；

S16：重复步骤S11-S16共n次，关闭所述放空阀和所述置换阀，开启氢气管路。

优选地，步骤S3具体为：

S31：所述总站控制单元检测所述高压储氢瓶的瓶内压力，若所述高压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述高压储氢瓶补充氢气，所述低压储氢瓶和所述中压储氢瓶停止补充氢气，直至所述高压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S32；否则，直接进入步骤S32；

S32：所述总站控制单元检测所述中压储氢瓶的瓶内压力，若所述中压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述中压储氢瓶补充氢气，所述低压储氢瓶和所述高压储氢瓶停止补充氢气，直至所述中压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S33；否则，直接进入步骤S33；

S33：所述总站控制单元检测所述低压储氢瓶的瓶内压力，若所述低压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述低压储氢瓶补充氢气，所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶停止补充氢气，直至所述低压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S34；否则，直接进入步骤S34；

S34：若所述低压储氢瓶、所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶的瓶内压力均达到45MPa，则氢气压缩机停止增压，所述氢气压缩机进行自循环，进入步骤S35；否则，返回步骤S31；

S35：若在预设时间t内没有增压指令，则所述氢气压缩机关机；否则，返回步骤S31。

优选地，步骤S4具体为：

S41：开启所述低压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述低压储氢瓶的瓶内压力；若所述低压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，则进入步骤S42；否则，重复步骤S41；

S42：开启所述中压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述低压储氢瓶和所述高压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述中压储氢瓶的瓶内压力；若所述中压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，则进入步骤S43；否则，重复步骤S42；

S43：开启所述高压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述低压储氢瓶和所述中压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述高压储氢瓶的瓶内压力；若所述高压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，且所述氢能汽车的车载瓶内压力小于35MPa，则进入步骤S44；否则，重复步骤S43；

S44：氢气压缩机直接为所述氢能汽车增压加氢，直至所述氢能汽车的车载瓶内压力到达35MPa，结束加注。

一种加氢站分级加注控制系统，用于实现上述的加氢站分级加注控制方法，包括：

长管拖车、卸气柜、氢气压缩机、顺序控制柜、储氢瓶组、压缩机用冷冻水机组、加氢机、加氢机用冷冻水机组、总站控制单元和氢能汽车；

所述长管拖车与所述卸气柜连接，所述卸气柜与所述氢气压缩机连接，所述氢气压缩机与所述压缩机用冷冻水机组、所述顺序控制柜和所述加氢机连接，所述顺序控制柜与所述储氢瓶组连接，所述加氢机与所述加氢机用冷冻水机组和所述氢能汽车连接，

所述总站控制单元与所述卸气柜、所述氢气压缩机、所述顺序控制柜、所述储氢瓶组和所述加氢机电性连接。

本发明具有以下有益效果：

通过储氢瓶组分级和加氢站分级加注将氢气加注速率维持在2kg/min以上的较高水平，减少加氢站的加氢时间。

附图说明

图1为本发明实施例方法流程图；

图2为低、中、高压储氢瓶的容积比例为：1:1:1时十辆车总的加氢时间；

图3为低、中、高压储氢瓶的容积比例为：4:3:2时十辆车总的加氢时间；

图4为本发明实施例系统结构图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明提供一种加氢站分级加注控制方法，可将氢气加注速率维持在2kg/min以上的较高水平；

包括步骤：

S1：总站控制单元实时检测置换信号，若无置换信号则进入步骤S2，否则进行储氢瓶组置换操作；所述储氢瓶组包括：低压储氢瓶、中压储氢瓶和高压储氢瓶；

S2：所述总站控制单元实时检测加氢信号，若无加氢信号则进入步骤S3，否则进入步骤S4；

S3：长管拖车向所述储氢瓶组补充氢气，补充结束后返回步骤S1；

S4：所述储氢瓶组向氢能汽车加注氢气，加注结束后返回步骤S1。

本实施例中，所述低压储氢瓶、所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶之间的容积比例设置为：4：3：2；

加氢站内氢气存储通常采用储氢瓶式容器组，储氢瓶式容器组具有储存氢气提高加注速度，同时应对加氢站内车辆调度调峰的作用，储氢瓶组配置一系列的安全设施，如全启式安全阀，压力表，压力变送器，温度变送器；加氢站用储氢瓶组是储存系统的主要组成部分，气体的流速与压差成正比；氢气储存系统工作压力的提高也会降低压缩机开启频繁度。瓶组具有储存和缓冲作用，为了避免压缩机的频繁启停，同时提高了车辆加氢速率，将瓶组进行分级必不可少；

加氢站内常用的储氢瓶组单套总水容积为9m³，按功能分为低、中、高压三级对外供气；当采用瓶组串氢时，为了保证一定的流速，防止加注时间过长，一般设置瓶组与车载气瓶(来车时瓶内压力为5MPa，加满时瓶内压力为35MPa)压差控制在2MPa以上；低中压瓶组的主要作用是在满足压差的前提下，尽可能多的往车载气瓶串氢；在满足压差的情况下，低中压瓶组的压力可以不断下降；高压瓶组的主要作用是在满足压差的前提下，尽可能保证车载气瓶加注到设定压力，因此高压瓶组的压力不宜过低；车载气瓶的加注，其中大部分氢气来源于低中压瓶组，只有接近于车载气瓶设定压力的部分氢气来自于高压瓶组；因此各压力级的瓶组利用率计算如下：

高压瓶组的利用率：

(燃料电池车满加注压力35Mpa)

中压瓶组的利用率：

(燃料电池车最低压力5Mpa)

低压瓶组的利用率：

(燃料电池车最低压力5Mpa)

由上述计算结果可以看出，高压瓶组的利用率或者取气率较低，容积设置不宜过大，应该小于中压和低压瓶组，中压瓶组和低压瓶组的利用率或者取气率较高，容积比例设置宜大；

另外，当有车辆不断来加氢，低中高压储氢瓶组压力低于设定值时，则优先给高压储氢瓶组增压，若此时高压瓶组设计容积较小，可以保证高压储氢瓶组在较短时间内充氢高于35MPa(或者达到更高的压力)，确保车辆能快速加到35MPa(或者可以更快充装到更高的压力)；反之，若高压瓶组容积较大，则高压瓶组无法在较短时间内充氢高于35MPa(或者达到更高的压力)；在储氢瓶串氢的工况下，车辆的充装时间与储氢瓶和车载气瓶两者的压差成正比，压差较小会导致车辆加注时间过长；且不能加到车载气瓶的设定压力；

参考图2，低压储氢瓶、中压储氢瓶和高压储氢瓶的容积比例为：1:1:1时，十辆车总的加氢时间为：267.6分钟；

参考图3，低压储氢瓶、中压储氢瓶和高压储氢瓶的容积比例为：4:3:2时，十辆车总的加氢时间为：252.6分钟；

根据以上原因，考虑到车辆加注频率和单车加注质量，并且结合长期运行经验；将低：中：高压瓶组分级采用4：3：2更合理；这样分级加注极大的提高了储氢瓶组的取气率或者利用率，避免了压缩机的频繁启停，同时提高了车辆加氢速率，延长压缩机的使用寿命，同时达到节能减排的目的。

本实施例中，步骤S1中，所述储氢瓶组置换操作具体为：

S11：开启所述储氢瓶组的放空阀，进行放空操作，确认所述储氢瓶组内无压力后进入步骤S12；

S12：开启所述储氢瓶组的根部阀，确认所述储氢瓶组处于打开状态后进入步骤S13；所述储氢瓶组的根部阀包括：压力表根部阀、安全阀根部阀和压力变送器根部阀；

S13：开启进气阀，关闭所述放空阀；

S14：开启氮气源和置换阀，所述氮气源向所述储氢瓶组中吹扫氮气；

S15：吹扫预设时间T后关闭所述根部阀，向所述储氢瓶组加注氢气至3MPa后开启所述放空阀，将所述储氢瓶组泄放至微正压；

S16：重复步骤S11-S16共n次，关闭所述放空阀和所述置换阀，开启氢气管路。

本实施例中，步骤S3具体为：

S31：所述总站控制单元检测所述高压储氢瓶的瓶内压力，若所述高压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述高压储氢瓶补充氢气，所述低压储氢瓶和所述中压储氢瓶停止补充氢气，直至所述高压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S32；否则，直接进入步骤S32；

S32：所述总站控制单元检测所述中压储氢瓶的瓶内压力，若所述中压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述中压储氢瓶补充氢气，所述低压储氢瓶和所述高压储氢瓶停止补充氢气，直至所述中压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S33；否则，直接进入步骤S33；

S33：所述总站控制单元检测所述低压储氢瓶的瓶内压力，若所述低压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述低压储氢瓶补充氢气，所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶停止补充氢气，直至所述低压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S34；否则，直接进入步骤S34；

S34：若所述低压储氢瓶、所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶的瓶内压力均达到45MPa，则氢气压缩机停止增压，所述氢气压缩机进行自循环，进入步骤S35；否则，返回步骤S31；

S35：若在预设时间t内没有增压指令，则所述氢气压缩机关机；否则，返回步骤S31。

本实施例中，步骤S4具体为：

S41：开启所述低压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述低压储氢瓶的瓶内压力；若所述低压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，则进入步骤S42；否则，重复步骤S41；

S42：开启所述中压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述低压储氢瓶和所述高压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述中压储氢瓶的瓶内压力；若所述中压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，则进入步骤S43；否则，重复步骤S42；

S43：开启所述高压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述低压储氢瓶和所述中压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述高压储氢瓶的瓶内压力；若所述高压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，且所述氢能汽车的车载瓶内压力小于35MPa，则进入步骤S44；否则，重复步骤S43；

S44：氢气压缩机直接为所述氢能汽车增压加氢，直至所述氢能汽车的车载瓶内压力到达35MPa，结束加注。

参考图4，本发明提供一种加氢站分级加注控制系统，用于实现上述的加氢站分级加注控制方法，包括：

长管拖车、卸气柜、氢气压缩机、顺序控制柜、储氢瓶组、压缩机用冷冻水机组、加氢机、加氢机用冷冻水机组、总站控制单元和氢能汽车；

所述长管拖车与所述卸气柜连接，所述卸气柜与所述氢气压缩机连接，所述氢气压缩机与所述压缩机用冷冻水机组、所述顺序控制柜和所述加氢机连接，所述顺序控制柜与所述储氢瓶组连接，所述加氢机与所述加氢机用冷冻水机组和所述氢能汽车连接，

所述总站控制单元与所述卸气柜、所述氢气压缩机、所述顺序控制柜、所述储氢瓶组和所述加氢机电性连接。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种加氢站分级加注控制方法，其特征在于，包括：

S1：总站控制单元实时检测置换信号，若无置换信号则进入步骤S2，否则进行储氢瓶组置换操作；所述储氢瓶组包括：低压储氢瓶、中压储氢瓶和高压储氢瓶；

S2：所述总站控制单元实时检测加氢信号，若无加氢信号则进入步骤S3，否则进入步骤S4；

S3：长管拖车向所述储氢瓶组补充氢气，补充结束后返回步骤S1；

S4：所述储氢瓶组向氢能汽车加注氢气，加注结束后返回步骤S1。

2.根据权利要求1所述的加氢站分级加注控制方法，其特征在于，所述低压储氢瓶、所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶之间的容积比例设置为：4：3：2。

3.根据权利要求1所述的加氢站分级加注控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述储氢瓶组置换操作具体为：

S11：开启所述储氢瓶组的放空阀，进行放空操作，确认所述储氢瓶组内无压力后进入步骤S12；

S12：开启所述储氢瓶组的根部阀，确认所述储氢瓶组处于打开状态后进入步骤S13；所述储氢瓶组的根部阀包括：压力表根部阀、安全阀根部阀和压力变送器根部阀；

S13：开启进气阀，关闭所述放空阀；

S14：开启氮气源和置换阀，所述氮气源向所述储氢瓶组中吹扫氮气；

S15：吹扫预设时间T后关闭所述根部阀，向所述储氢瓶组加注氢气至3MPa后开启所述放空阀，将所述储氢瓶组泄放至微正压；

S16：重复步骤S11-S16共n次，关闭所述放空阀和所述置换阀，开启氢气管路。

4.根据权利要求1所述的加氢站分级加注控制方法，其特征在于，步骤S3具体为：

S31：所述总站控制单元检测所述高压储氢瓶的瓶内压力，若所述高压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述高压储氢瓶补充氢气，所述低压储氢瓶和所述中压储氢瓶停止补充氢气，直至所述高压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S32；否则，直接进入步骤S32；

S32：所述总站控制单元检测所述中压储氢瓶的瓶内压力，若所述中压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述中压储氢瓶补充氢气，所述低压储氢瓶和所述高压储氢瓶停止补充氢气，直至所述中压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S33；否则，直接进入步骤S33；

S33：所述总站控制单元检测所述低压储氢瓶的瓶内压力，若所述低压储氢瓶的瓶内压力小于42MPa，则所述长管拖车向所述低压储氢瓶补充氢气，所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶停止补充氢气，直至所述低压储氢瓶的瓶内压力达到45MPa，进入步骤S34；否则，直接进入步骤S34；

S34：若所述低压储氢瓶、所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶的瓶内压力均达到45MPa，则氢气压缩机停止增压，所述氢气压缩机进行自循环，进入步骤S35；否则，返回步骤S31；

S35：若在预设时间t内没有增压指令，则所述氢气压缩机关机；否则，返回步骤S31。

5.根据权利要求1所述的加氢站分级加注控制方法，其特征在于，步骤S4具体为：

S41：开启所述低压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述中压储氢瓶和所述高压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述低压储氢瓶的瓶内压力；若所述低压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，则进入步骤S42；否则，重复步骤S41；

S42：开启所述中压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述低压储氢瓶和所述高压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述中压储氢瓶的瓶内压力；若所述中压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，则进入步骤S43；否则，重复步骤S42；

S43：开启所述高压储氢瓶向所述氢能汽车加注氢气，关闭所述低压储氢瓶和所述中压储氢瓶，所述总站控制单元检测所述高压储氢瓶的瓶内压力；若所述高压储氢瓶的瓶内压力与所述氢能汽车的车载瓶内的氢气压差≤2MPa，且所述氢能汽车的车载瓶内压力小于35MPa，则进入步骤S44；否则，重复步骤S43；

S44：氢气压缩机直接为所述氢能汽车增压加氢，直至所述氢能汽车的车载瓶内压力到达35MPa，结束加注。

6.一种加氢站分级加注控制系统，用于实现如权利要求1-5任一项所述的加氢站分级加注控制方法，其特征在于，包括：

长管拖车、卸气柜、氢气压缩机、顺序控制柜、储氢瓶组、压缩机用冷冻水机组、加氢机、加氢机用冷冻水机组、总站控制单元和氢能汽车；

所述长管拖车与所述卸气柜连接，所述卸气柜与所述氢气压缩机连接，所述氢气压缩机与所述压缩机用冷冻水机组、所述顺序控制柜和所述加氢机连接，所述顺序控制柜与所述储氢瓶组连接，所述加氢机与所述加氢机用冷冻水机组和所述氢能汽车连接，

所述总站控制单元与所述卸气柜、所述氢气压缩机、所述顺序控制柜、所述储氢瓶组和所述加氢机电性连接。

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