CN114738664A - 一种自动识别加注策略且可变SOC的70Mpa加氢机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动识别加注策略且可变SOC的70Mpa加氢机，包括加氢机外壳，所述加氢机外壳内连接有过滤器，所述加氢机外壳内还连接有截止阀，所述加氢机外壳内连接有电磁阀，所述加氢机外壳内连接有止回阀，所述止回阀上方连接有安全阀，所述加氢机外壳的侧壁设置有快速切断阀，所述加氢机外壳内连接有流量调节阀，所述流量调节阀与流量计连接，所述加氢机外壳上插接有加氢枪，所述加氢机外壳上设置有电控系统，所述加氢机外壳侧壁上设置有拉断阀，所述加氢机外壳外壁上设置有压力表，所述加氢机外壳内部上方连接有可燃气体探测器；能自动识别不同车型钢瓶容积，70Mpa加氢机控制更智能化，更人性化，这样能减少加氢站操作人员的操作步骤。

Description

一种自动识别加注策略且可变SOC的70Mpa加氢机
技术领域
本发明涉及氢能源汽车技术领域，特别是涉及一种自动识别加注策略且可变SOC的70Mpa加氢机。
背景技术
中国发展氢能源汽车相对国外的时间稍晚一些，最近几年随着国家政策影响，各大城市相继建设了不少加氢站，各车辆生产商也相继投入氢燃料电池车辆进入市场。市面上氢燃料电池车辆根据车载钢瓶的压力分为35Mpa和70Mpa两种，在现有的市场上面35Mpa压力钢瓶的车辆相对较多，70Mpa压力钢瓶车辆相对较少，70Mpa压力钢瓶氢燃料车辆从车辆技术、储氢瓶技术及70Mpa加氢机加注控制来说，都比35Mpa压力钢瓶的氢燃料车辆复杂很多，市面上70Mpa氢燃料电池车辆有很多的车型，不同车型所使用的钢瓶容积不同。这就使得70Mpa 加氢机在对不同容积的氢燃料电池车辆加注的时候需要采用不同的加注策略，只有这样才能满足标准对加注的要求。
在市面上为数不多的70Mpa加氢机，在针对不同车型加注的问题上一般采用手动配置或者一台70Mpa加氢机采用一种固定模式加注，这种处理方式一方面比较麻烦，另一方面加注效率很低，另外在判断停机的条件方面，没有参考标准，没有依据钢瓶的实时温度、钢瓶的实时压力来调整停机条件，而是不管钢瓶温度是多少，都将70Mpa加氢机停机压力固定在70Mp左右，使得氢燃料电池车辆加注效率不高，加注安全也不能有效保证，车辆续航能力降低，氢气的密度受所处环境温度影响非常大，在高压管道内，70Mpa加氢机将氢气充装到车辆储氢瓶内，储氢瓶内的氢气温度随着加注压力增加而升高，从初始状态到结束状态变化非常之大，标准要求70Mpa氢燃料电池车辆加注结束钢瓶压力不超过87.5Mpa。因为压力太高，危险系数大，70Mp加氢机控制不好就容易发送安全事故。这就使得70Mpa加氢机控制策略在停机的判断上有很大的难度，一方便要考虑氢燃料电池车辆储氢瓶的压力要加够、加满；另一方便还得考虑加注控制的安全性，为此我们提出一种自动识别加注策略且可变SOC的70Mpa加氢机。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种自动识别加注策略且可变SOC的70Mpa加氢机，通过设计的70Mpa加氢机加注策略，能自动识别不同车型钢瓶容积，70Mpa加氢机控制更智能化，更人性化，这样能减少加氢站操作人员的操作步骤。对于不同的车型，70Mpa加氢机能实现一键加氢，自动停机，对于氢燃料电池车辆单次的加注量，本控制策略能根据实时加注的钢瓶温度、钢瓶压力，计算车辆的最大加注量，从而保证车辆最大续航力。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种Mpa加氢机，包括加氢机外壳，所述加氢机外壳内连接有过滤器，所述加氢机外壳内还连接有截止阀，所述加氢机外壳内连接有电磁阀，所述加氢机外壳内连接有止回阀，所述止回阀上方连接有安全阀，所述加氢机外壳的侧壁设置有快速切断阀，所述加氢机外壳内连接有流量调节阀，所述流量调节阀与流量计连接，所述加氢机外壳上插接有加氢枪，所述加氢机外壳上设置有电控系统，所述加氢机外壳侧壁上设置有拉断阀，所述加氢机外壳外壁上设置有压力表，所述加氢机外壳内部上方连接有可燃气体探测器。
一种70Mpa加氢机自动识别加注策略，包括如下策略：
1、70Mpa氢燃料电池车辆在充装口安装有红外数据发送模块， 70Mpa加氢机的加氢枪安装有红外数据接收模块，加氢枪连接到车辆加氢口的时候，加氢机可以接收车辆钢瓶参数，包括：钢瓶容积、钢瓶压力、钢瓶温度等参数；
2、70Mpa加氢机控制系统预设置3种加注速度、温度控制的参数模式，70Mpa加氢机通过红外接收数据来判断钢瓶容积，匹配不同的加注模式，3种速度的加注模式的几组控制参数存储在70Mpa加氢机控制系统里面，在加注过程中，加氢机控制系统可以实时获取加氢机管道内的气体流速V、车辆钢瓶的实时压力P及车辆钢瓶T的实时温度，70Mpa加氢机的控制策略里面应用到了V、P、T三个参数进行 PID运算，本文PID算法的设定值为加氢机的控制流速Vset(3种模式不同)，反馈值为从加氢机流量计读取的气体流速Vre，PID算法关系式如下所示：
PID.OUT＝(PID.K/100.)*PID.error
(PID.D/PID.Ts)*(PID.error-PID.last_error)
(PID.I*PID.Ts/400000.)*PID.Sum；
PID.OUT：为PID运算的输出值；
PID.K：PID控制比例参数；
PID.I：PID控制积分参数；
PID.D：PID控制微分参数；
PID.error：设定值与反馈值的误差值，PID.error＝Vre-Vset；
PID.Ts:PID控制算法的采样周期；
PID.last_error：单次PID采样周期结束的误差值；
PID.Sum：PID运算的误差总和，
Figure BDA0003566477950000041
i＝1， k＝PID.error；
4、PID运算的结果还需要经过控制电路转换成电信号，用来实时控制加氢机的调节阀开度，就可以实现控制加氢机加注的流速，当流速控制下来，钢瓶的温度变化也能得到控制，这样保证加氢机在匹配到的加注模式下都能正常运行。
(1)当判断为公交车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第1种加注控制策略(快流速模式M1)；
(2)当判断为中巴车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第2种加注控制策略(中流速模式M2)；
(3)当判断为轿车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第3种加注控制策略(低流速模式M3)；
5、70Mpa加氢机在进行车辆加注的时候，结束加注的压力不是一个固定的值，标准要求氢燃料电池车辆钢瓶结束压力不超过 87.5Mpa，意味着70Mpa加氢机停机压力不是一个固定值，氢燃料电池车辆钢瓶温度在0°-85°的范围对应的氢燃料电池车辆钢瓶压力为66Mpa-87.5Mpa(SOC＝100％的情况下)；
6、加氢机在加注结束的时候，只有根据车辆钢瓶的实时温度：T，计算出相应的停机压力：SP，T和SP有对应的关系式，才能保证车辆钢瓶加注的氢气是足额的。由图4可以得出70Mpa加氢机加满钢瓶的停机压力计算公式为：
1、-5°<T<15°
SP1＝K1*(T+5)+P1；
K1：第一段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P1：第一段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
2、15°<T<50°
P2＝K2*(T-15)+P2；
K2：第二段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P2：第二段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
3、50°<T<85°
SP3＝K3*(T-50)+P3；
K3：第三段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P2：第三段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
70Mpa加氢机在给车辆加注过程控制中，加注过程安全控制的要求，保证SOC不能大于100％，本文所述70Mpa加氢机控制系统还可以根据实际加注情况进行手动配置SOC值，最终实现70Mpa加氢机加注过程SOC在95％-100％的安全、合理范围。这样我们就可以将以上1)、 2)、3)项关系式进行优化，如下列所示：
1)、-5°<T<15°
SP1＝(K1*(T+5)+P1)*EFF；
2)、15°<T<50°
SP2＝(K2*(T-15)+P2)*EFF；
3)、50°<T<85°
SP3＝(K3*(T-50)+P3)*EFF；
EFF:70Mpa加氢机加注效率值，<100％。
与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：
1、通过设计的70Mpa加氢机加注策略，能自动识别不同车型钢瓶容积，70Mpa加氢机控制更智能化，更人性化，这样能减少加氢站操作人员的操作步骤，对于不同的车型，70Mpa加氢机能实现一键加氢，自动停机，对于氢燃料电池车辆单次的加注量，本控制策略能根据实时加注的钢瓶温度、钢瓶压力，计算车辆的最大加注量，从而保证车辆最大续航力。
2、70Mpa加氢机加注策略经过优化，实现了一个控制策略，可以同时给公交车、中巴车、轿车等车辆进行加注，具体实现方法为： 70Mpa加氢机可接收氢燃料电池车辆红外模块发送的钢瓶实时状态信息，从而获取车辆的钢瓶容积。70Mpa加氢机控制系统预置了不同的加注策略，70Mpa加氢机控制系统根据钢瓶的容积自动匹配加注策略，而不需要手动设置，简化了操作步骤。
3、氢燃料电池车辆加注结束条件的判断，为了保证钢瓶充装氢气的效率，70Mpa加氢机加注策略对停机条件做数据优化，可以保证燃料电池车辆钢瓶的压力是和钢瓶的温度成一定的正比例关系，当充装结束的时候，如果钢瓶温度较高时，那么加氢机结束压力会更高(大于70Mpa)，如果钢瓶温度较低时，那么加氢机结束压力更低(小于 70Mpa)，这种加注策略能保证安全加注，符合标准要求。
附图说明
图1为本发明的加氢机装置结构正视剖面示意图；
图2为本发明的加氢机装置结构侧视示意图；
图3为本发明的加氢机控制原理图示意图；
图4为本发明的加氢机与氢燃料电池车红外数据通信示意图；
图5为本发明的PID控制示意图；
图6为本发明的钢瓶温度对应钢瓶压力曲线示意图。
其中：1、加氢机外壳；2、过滤器；3、截止阀；4、电磁阀；5、止回阀；6、安全阀；7、快速切断阀；8、流量调节阀；9、流量计； 10、加氢枪；11、电控系统；12、拉断阀；13、压力表；14、可燃气体探测器。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例：
如图1－图2所示，一种70Mpa加氢机，包括加氢机外壳1，加氢机外壳1内连接有过滤器2，加氢机外壳1内还连接有截止阀3，加氢机外壳1内连接有电磁阀4，加氢机外壳1内连接有止回阀5，止回阀5上方连接有安全阀6，加氢机外壳1的侧壁设置有快速切断阀7，加氢机外壳1内连接有流量调节阀8，流量调节阀8与流量计 9连接，加氢机外壳1上插接有加氢枪10，加氢机外壳1上设置有电控系统11，加氢机外壳1侧壁上设置有拉断阀12，加氢机外壳1外壁上设置有压力表13，加氢机外壳1内部上方连接有可燃气体探测器14。
如图3所示，70Mpa加氢站储气系统的压缩氢气进入加氢机后，经过过滤器、气动阀，进入质量流量计进行计量，然后经过快速切断阀、拉断阀、软管和加氢枪加入车用储气容器，完成加气工作。70Mpa 加氢机电控系统自动控制加气过程，并根据流量计输出的流量信号、压力传感器输出的压力信号等进行运算、显示和控制加气机，实现安全可靠的加注过程控制。
如图4所示，功能1：70Mpa加氢机加注策略自动识别不同车辆功能描述：70Mpa氢燃料电池车辆在充装口安装有红外数据发送模块， 70Mpa加氢机的加氢枪安装有红外数据接收模块，加氢枪连接到车辆加氢口的时候，加氢机可以接收车辆钢瓶参数，包括：钢瓶容积、钢瓶压力、钢瓶温度等参数。
如图5所示，70Mpa加氢机控制系统预设置3种加注速度、温度控制的参数模式，70Mpa加氢机通过红外接收数据来判断钢瓶容积，匹配不同的加注模式，3种速度的加注模式的几组控制参数存储在 70Mpa加氢机控制系统里面，在加注过程中，加氢机控制系统可以实时获取加氢机管道内的气体流速V、车辆钢瓶的实时压力P及车辆钢瓶T的实时温度，70Mpa加氢机的控制策略里面应用到了V、P、T三个参数进行PID运算，本文PID算法的设定值为加氢机的控制流速 Vset(3种模式不同)，反馈值为从加氢机流量计读取的气体流速Vre，PID算法关系式如下所示：
PID.OUT＝(PID.K/100.)*PID.error
(PID.D/PID.Ts)*(PID.error-PID.last_error)
(PID.I*PID.Ts/400000.)*PID.Sum；
PID.OUT：为PID运算的输出值；
PID.K：PID控制比例参数；
PID.I：PID控制积分参数；
PID.D：PID控制微分参数；
PID.error：设定值与反馈值的误差值，PID.error＝Vre-Vset；
PID.Ts:PID控制算法的采样周期；
PID.last_error：单次PID采样周期结束的误差值；
PID.Sum：PID运算的误差总和，
Figure BDA0003566477950000101
i＝1， k＝PID.error。
PID运算的结果还需要经过控制电路转换成电信号，用来实时控制加氢机的调节阀开度，就可以实现控制加氢机加注的流速，当流速控制下来，钢瓶的温度变化也能得到控制。这样保证加氢机在匹配到的加注模式下都能正常运行。
当判断为公交车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第1种加注控制策略(快流速模式M1)；
当判断为中巴车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第2种加注控制策略(中流速模式M2)；
当判断为轿车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第3种加注控制策略(低流速模式M3)；
通过以上3种模式的自动匹配可以让车辆加注的效率有效提高，同时车辆加注过程的安全控制也能得到有力的保证。
如图6所示，功能2本文描述70Mpa加氢机加注策略关于加注效率的功能描述：70Mpa加氢机在进行车辆加注的时候，结束加注的压力不是一个固定的值，标准要求氢燃料电池车辆钢瓶结束压力不超过 87.5Mpa，意味着70Mpa加氢机停机压力不是一个固定值。氢燃料电池车辆钢瓶温度在0°-85°的范围对应的氢燃料电池车辆钢瓶压力为66Mpa-87.5Mpa(SOC＝100％的情况下)。
加氢机在加注结束的时候，只有根据车辆钢瓶的实时温度：T，计算出相应的停机压力：SP，T和SP有对应的关系式，才能保证车辆钢瓶加注的氢气是足额的。由图4可以得出70Mpa加氢机加满钢瓶的停机压力计算公式为：
1、-5°<T<15°
SP1＝K1*(T+5)+P1；
K1：第一段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P1：第一段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
2、15°<T<50°
P2＝K2*(T-15)+P2；
K2：第二段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P2：第二段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
3、50°<T<85°
SP3＝K3*(T-50)+P3；
K3：第三段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P2：第三段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
70Mpa加氢机在给车辆加注过程控制中，加注过程安全控制的要求，保证SOC不能大于100％，本文所述70Mpa加氢机控制系统还可以根据实际加注情况进行手动配置SOC值，最终实现70Mpa加氢机加注过程SOC在95％-100％的安全、合理范围。这样我们就可以将以上1)、 2)、3)项关系式进行优化，如下列所示：
1)、-5°<T<15°
SP1＝(K1*(T+5)+P1)*EFF；
2)、15°<T<50°
SP2＝(K2*(T-15)+P2)*EFF；
3)、50°<T<85°
SP3＝(K3*(T-50)+P3)*EFF；
EFF:70Mpa加氢机加注效率值，<100％。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施条例的限制，上述实施条例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种70Mpa加氢机，包括加氢机外壳(1)，其特征在于：所述加氢机外壳(1)内连接有过滤器(2)，所述加氢机外壳(1)内还连接有截止阀(3)，所述加氢机外壳(1)内连接有电磁阀(4)，所述加氢机外壳(1)内连接有止回阀(5)，所述止回阀(5)上方连接有安全阀(6)，所述加氢机外壳(1)的侧壁设置有快速切断阀(7)，所述加氢机外壳(1)内连接有流量调节阀(8)，所述流量调节阀(8)与流量计(9)连接，所述加氢机外壳(1)上插接有加氢枪(10)，所述加氢机外壳(1)上设置有电控系统(11)，所述加氢机外壳(1)侧壁上设置有拉断阀(12)，所述加氢机外壳(1)外壁上设置有压力表(13)，所述加氢机外壳(1)内部上方连接有可燃气体探测器(14)。
2.一种70Mpa加氢机自动识别加注策略，其特征在于：包括如下策略：
1、70Mpa氢燃料电池车辆在充装口安装有红外数据发送模块，70Mpa加氢机的加氢枪安装有红外数据接收模块，加氢枪连接到车辆加氢口的时候，加氢机可以接收车辆钢瓶参数，包括：钢瓶容积、钢瓶压力、钢瓶温度等参数；
2、70Mpa加氢机控制系统预设置3种加注速度、温度控制的参数模式，70Mpa加氢机通过红外接收数据来判断钢瓶容积，匹配不同的加注模式，3种速度的加注模式的几组控制参数存储在70Mpa加氢机控制系统里面，在加注过程中，加氢机控制系统可以实时获取加氢机管道内的气体流速V、车辆钢瓶的实时压力P及车辆钢瓶T的实时温度，70Mpa加氢机的控制策略里面应用到了V、P、T三个参数进行PID运算，本文PID算法的设定值为加氢机的控制流速Vset(3种模式不同)，反馈值为从加氢机流量计读取的气体流速Vre，PID算法关系式如下所示：
PID.OUT＝(PID.K/100.)*PID.error
(PID.D/PID.Ts)*(PID.error-PID.last_error)
(PID.I*PID.Ts/400000.)*PID.Sum；
PID.OUT：为PID运算的输出值；
PID.K：PID控制比例参数；
PID.I：PID控制积分参数；
PID.D：PID控制微分参数；
PID.error：设定值与反馈值的误差值，PID.error＝Vre-Vset；
PID.Ts:PID控制算法的采样周期；
PID.last_error：单次PID采样周期结束的误差值；
PID.Sum：PID运算的误差总和，
Figure FDA0003566477940000021
i＝1，k＝PID.error；
4、PID运算的结果还需要经过控制电路转换成电信号，用来实时控制加氢机的调节阀开度，就可以实现控制加氢机加注的流速，当流速控制下来，钢瓶的温度变化也能得到控制，这样保证加氢机在匹配到的加注模式下都能正常运行。
(1)当判断为公交车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第1种加注控制策略(快流速模式M1)；
(2)当判断为中巴车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第2种加注控制策略(中流速模式M2)；
(3)当判断为轿车的钢瓶容积时，加氢机便自动匹配第3种加注控制策略(低流速模式M3)；
5、70Mpa加氢机在进行车辆加注的时候，结束加注的压力不是一个固定的值，标准要求氢燃料电池车辆钢瓶结束压力不超过87.5Mpa，意味着70Mpa加氢机停机压力不是一个固定值，氢燃料电池车辆钢瓶温度在0°-85°的范围对应的氢燃料电池车辆钢瓶压力为66Mpa-87.5Mpa(SOC＝100％的情况下)；
6、加氢机在加注结束的时候，只有根据车辆钢瓶的实时温度：T，计算出相应的停机压力：SP，T和SP有对应的关系式，才能保证车辆钢瓶加注的氢气是足额的。由图4可以得出70Mpa加氢机加满钢瓶的停机压力计算公式为：
1、-5°<T<15°
SP1＝K1*(T+5)+P1；
K1：第一段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P1：第一段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
2、15°<T<50°
P2＝K2*(T-15)+P2；
K2：第二段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P2：第二段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
3、50°<T<85°
SP3＝K3*(T-50)+P3；
K3：第三段曲线对应的斜率值；T：钢瓶的实时温度；P2：第三段曲线钢瓶内氢气的初始压力值；
70Mpa加氢机在给车辆加注过程控制中，加注过程安全控制的要求，保证SOC不能大于100％，本文所述70Mpa加氢机控制系统还可以根据实际加注情况进行手动配置SOC值，最终实现70Mpa加氢机加注过程SOC在95％-100％的安全、合理范围。这样我们就可以将以上1)、2)、3)项关系式进行优化，如下列所示：
1)、-5°<T<15°
SP1＝(K1*(T+5)+P1)*EFF；
2)、15°<T<50°
SP2＝(K2*(T-15)+P2)*EFF；
3)、50°<T<85°
SP3＝(K3*(T-50)+P3)*EFF；
EFF:70Mpa加氢机加注效率值，<100％。
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