CN115234830A - 一种加氢方法及加氢站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源加注技术领域，尤其涉及一种加氢方法及加氢站。其包括：加氢枪和待加氢设备接通后，获得待加氢设备内的初始温度和初始压力；基于获得的初始温度和初始压力确定初始压力斜率；基于初始压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，加注过程中定时获得待加氢设备以当前压力斜率加注至目标压力的预测温度，并根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率，直至待加氢设备内的压力达到目标压力。本发明可以根据具体的温度、压力数据，并结合预测加注完成时的加氢设备的预测温度的高低，实时调整加注斜率的大小，实现以最大的加注速率进行加注，缩短加注时长。

Description

一种加氢方法及加氢站

技术领域

本发明涉及能源加注技术领域，尤其涉及一种加氢方法及加氢站。

背景技术

在加氢站内，氢气通过压缩机增压后进入到加氢机，然后经由加氢机加注到燃料电池汽车的车载储氢瓶内，在高压氢气加注过程中，由于压缩和氢气的焦汤效应的双重作用，车载氢瓶内氢气容易快速升温，为了防止快速升温，通常会在加氢时按照指定的加氢压力进行加注，尽管能够避免氢瓶内温度升高，但是这样则会导致加氢速度慢和加氢效率低。

因此，亟需一种加氢方法及加氢站，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种加氢方法及加氢站，能够提高加氢速度以及加氢效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种加氢方法，包括：

获得待加氢设备内的初始温度和初始压力，加氢枪和待加氢设备接通；

基于获得的初始温度和初始压力确定初始压力斜率；

基于初始压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，加注过程中定时获得待加氢设备以当前压力斜率加注至目标压力的预测温度，并根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率，直至待加氢设备内的压力达到目标压力。

作为上述加氢方法的一种优选技术方案，所述根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率包括：

若预测温度小于预设最高温度T₁，则增大压力斜率以增大加注速率。

作为上述加氢方法的一种优选技术方案，所述若预测温度小于预设最高温度T₁，则增大压力斜率以增大加注速率包括：

若预测温度小于预设最高温度T₁，且预设最高温度T₁与预测温度之间的差值大于等于第一预设差值，则以第一压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，所述第一压力斜率大于所述初始压力斜率。

作为上述加氢方法的一种优选技术方案，若预测温度小于预设最高温度T₁，且预设最高温度T₁与预测温度之间的差值小于第一预设差值，且预设最高温度T₁与预测温度之间的差值大于第二预设差值，所述第二预设差值小于所述第一预设差值，则以第二压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，所述第一压力斜率大于第二压力斜率。

作为上述加氢方法的一种优选技术方案，所述根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率还包括：

若预测温度大于预设最高温度T₁，则减小压力斜率。

作为上述加氢方法的一种优选技术方案，基于获得的初始温度和初始压力确定初始压力斜率包括：

获取当前初始温度和当前的初始压力；

基于初始温度、初始压力和初始压力斜率之间的对应关系，获取当前初始温度和当前初始压力对应的初始压力斜率。

作为上述加氢方法的一种优选技术方案，所述初始温度、所述初始压力和初始压力斜率的对应关系为map图或数据表格。

作为上述加氢方法的一种优选技术方案，所述待加氢设备内额定最高温度为T₂，则预设最高温度T₁与额定最高温度为T₂之间的关系为：T₁＝aT₂，其中a∈(0,1]。

作为上述加氢方法的一种优选技术方案，在加注过程中定时获得待加氢设备内的实时压力P_实，Q_实为当前加注压力斜率，则由实时压力P_实加注到目标压力P_目标所需要的时间为：

在加注过程中定时获得待加氢设备内的实时压力P_实，获得的实时压力P_实加注到目标压力P_目标时的预测温度为：

f′(t)为时间与温度之间关系的加注曲线函数的求导，f(t)为时间与温度之间关系的加注曲线函数。

一种加氢站，使用上述任一方案所述的加氢方法进行加注氢气。

本发明有益效果：

通过在加注过程中定时获得待加氢设备内的预测温度，并根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率，通过改变加注曲线的压力斜率可在加速加氢速度的同时保证预测温度不会超过预设最高温度，这样能够在加氢安全的前提下，实现提高加氢速度及加氢效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的加氢方法的主要步骤流程图；

图2是本发明实施例提供的加氢方法的详细步骤流程图；

图3是本发明实施例提供的加氢站与待加氢设备加氢时的结构示意图。

图中：

1、车载储氢系统；2、车载红外通讯模块；3、氢安全管理系统；4、储氢瓶；5、站载红外模块；6、加氢站控制系统；7、加氢机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

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。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

现有技术中通常会在加氢时按照指定的加氢压力进行加注，尽管能够避免氢瓶内温度升高，但是这样则会导致加氢速度慢和加氢效率低。

为此，本发明中提供了一种加氢方法，能够解决上述问题。

如图1所示，该加氢方法，包括如下步骤：

S11、加氢枪和待加氢设备接通后，获得待加氢设备内的初始温度和初始压力；

S12、基于获得的初始温度和初始压力确定初始压力斜率；

S13、基于初始压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，加注过程中定时获得待加氢设备以当前压力斜率加注至目标压力的预测温度，并根据获得的预测温度与预设最高温度T1之间的关系改变加注曲线的压力斜率，直至待加氢设备内的压力达到目标压力。

其中，初始压力斜率是指从加注开始到加注结束的平均增长压力。

通过在加注过程中定时获得待加氢设备内的预测温度，并根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率，通过改变加注曲线的压力斜率可在加速加氢速度的同时保证预测温度不会超过预设最高温度，这样能够在加氢安全的前提下，实现提高加氢速度及加氢效率。

定时获得待加氢设备内的预测温度是指，每经过预设时间获得一次加氢设备内的预测温度，其中预设时间取值范围为3-10s，即预设时间可选择3s、4s、5s、6s、7s、8s、9s或10s。

本发明提供的方法能够实时监测待加氢设备在加注过程中的状态信息，对待加氢设备的工作状态进行判断，避免过充情况出现，从而降低使用风险。本发明可以根据具体的温度、压力数据，并结合预测加注完成时的加氢设备的预测温度的高低，实时调整加注斜率(加注速率)的大小，实现以最大的加注速率进行加注，缩短加注时长。

具体地，根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率包括若预测温度小于预设最高温度T₁，则增大压力斜率以增大加注速率。增大压力斜率的目的是为了提高加氢速度，而限定预测温度小于预设最高温度T₁则是用于保证预测温度不会超过预设最高温度T₁，这样可防止待加氢设备内的温度过高而引发安全事故。

进一步地，若预测温度小于预设最高温度T₁，则增大压力斜率以增大加注速率包括两种情况，其中一种是：若预测温度小于预设最高温度T₁，且预测温度与预设最高温度T₁之间的差值大于等于第一预设差值，则以第一压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，第一压力斜率大于所述初始压力斜率。

可以理解的是，在初始加氢时，加氢枪是基于初始压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注的，这样在安全的前提下实现加注的目的，在加注一定时间后获得预测温度后并将预测温度与预设最高温度进行比较，比较的目的是判断具体以何种压力斜率的曲线进行加氢，能够保证待加氢设备的安全的前提下加快加氢速度。

在一些实施例中，其中第一压力斜率可以为一定值，举例地，若初始压力斜率为5MPa/min，则第一压力斜率为10MPa/min。

而在另一些实施例中，第一压力斜率可以为变量。具体地，第一压力斜率与获得预测温度的次数呈正比例关系，即在预测温度与预设最高温度T₁之间的差值小于等于第一预设差值的前提下，每次改变的第一压力斜率均大于前一次改变的压力斜率。举例地，第一压力斜率呈等差数列或等比数列变化，这样能够实现快速加氢的目的。如第一压力斜率以如下公式增大，a_n＝a₁+(n-1)*d。其中，a_n为第一压力斜率，a₁为初始压力斜率，d为公差，n为压力斜率的提高(或改变)次数。再举例地，第一压力斜率以如下公式增大，an＝a1*q^n-1。其中，a_n为第一压力斜率，a₁为初始压力斜率，q为公比，n为压力斜率的提高(或改变)次数。

而在另一些实施例中，第一压力斜率可以为变量。具体地，第一压力斜率与获得预测温度的次数呈正比例关系，即在预测温度与预设最高温度T₁之间的差值小于等于第一预设差值的前提下，每次改变的第一压力斜率均小于前一次改变的压力斜率。举例地，第一压力斜率呈等差数列或等比数列变化，这样能够在保证安全的前提下实现快速加氢的目的。如第一压力斜率以如下公式减小，a_n＝b+(n-1)*d。其中，a_n为第一压力斜率，b为初始压力斜率后第一改变的压力斜率，d为公差，n为压力斜率的改变次数，b是根据多次实验获得，属于经验值。再举例地，第一压力斜率以如下公式减小，a_n＝b*q^n-1。其中，a_n为第一压力斜率，b为初始压力斜率，q为公比，n为压力斜率的或改变次数。

而另外一种则是：若预测温度小于预设最高温度T₁，且预测温度与预设最高温度T₁之间的差值小于等于第二预设差值，且预测温度与预设最高温度T₁之间的差值小于第一预设差值，且预测温度与预设最高温度T₁之间的差值大于第二预设差值，则以第二压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，第一压力斜率大于第二压力斜率。

在一些实施例中，其中第二压力斜率可以为一定值，举例地，若初始压力斜率为5MPa/min，则第二压力斜率为6MPa/min。

而在另一些实施例中，第二压力斜率可以为变量。具体地，第二压力斜率与获得预测温度的次数呈正比例关系，即在预测温度与预设最高温度T₁之间的差值小于等于第二预设差值的前提下，每次改变的第二压力斜率均大于前一次改变的压力斜率。举例地，第二压力斜率呈等差数列或等比数列变化，这样能够实现快速加氢的目的。

如第二压力斜率以如下公式增大，a_n＝a₁+(n-1)*d。其中，a_n为第二压力斜率，a₁为初始压力斜率，d为公差，n为压力斜率的提高(或改变)次数。再举例地，第二压力斜率以如下公式增大，a_n＝a₁*q^n-1。其中，a_n为第二压力斜率，a₁为初始压力斜率，q为公比，n为压力斜率的改变次数。

而在另一些实施例中，第二压力斜率可以为变量。具体地，第二压力斜率与获得预测温度的次数呈正比例关系，即在预测温度与预设最高温度T₁之间的差值小于第一预设差值，预测温度与预设最高温度T₁之间的差值大于等于第二预设差值的前提下，每次改变的第二压力斜率均小于前一次改变的压力斜率。举例地，第二压力斜率呈等差数列或等比数列变化，这样能够在保证安全的前提下实现快速加氢的目的。如第二压力斜率以如下公式减小，a_n＝b+(n-1)*d。其中，a_n为第二压力斜率，b为初始压力斜率后第一改变的压力斜率，d为公差，n为压力斜率的改变次数，b是根据多次实验获得，属于经验值。再举例地，第二压力斜率以如下公式减小，a_n＝b*q^n-1。其中，a_n为第二压力斜率，b为初始压力斜率，q为公比，n为压力斜率的或改变次数。

但是需要注意的是，当第一压力斜率和第二压力斜率均为变量时，第二压力斜率的每次的改变幅度应小于第一压力斜率每次的改变幅度，这样可防止第二压力斜率升高较大而造成预测温度超过预设最高温度造成待加氢设备内安全隐患。

进一步地，根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率还包括：若预测温度大于预设最高温度T₁，则减小压力斜率。

在加注过程中，可能会存在预测温度大于预设最高温度T₁的情况，为此，需要减小压力斜率，这样能够在保证加注安全的情况下实现加氢的目的，减小压力斜率同增大压力斜率的方式相同，压力斜率呈等差数列或等比数列变化。或者之间将压力斜率降低至不大于初始压力斜率，以确保安全加注氢气。

具体地，基于获得的初始温度和初始压力确定初始压力斜率包括：

获取当前初始温度和当前的初始压力，

基于初始温度、初始压力和初始压力斜率之间的对应关系，获取当前初始温度和当前初始压力对应的初始压力斜率。

更为具体地，初始温度、初始压力和初始压力斜率的对应关系为map图或数据表格。即初始压力斜率为经验值。

可选地，待加氢设备内额定最高温度为T₂，则预设最高温度T₁与额定最高温度为T₂之间的关系为：T₁＝aT₂，其中a∈(0,1]。预设最高温度T₁小于等于额定最高温度为T₂，这样可防止待加氢设备内温度过高而引起安全事故。额定最高温度为T₂可选为85℃。

在加注过程中定时获得待加氢设备内的实时压力P_实，Q_实为实时加注压力斜率，则由实时压力P_实加注到目标压力P_目标所需要的时间为：

在加注过程中定时获得待加氢设备内的实时压力P_实，获得的实时压力P_实加注到目标压力P_目标时的预测温度为：

f′(t)为时间与温度之间关系的加注曲线函数的求导，f(t)为时间与温度之间关系的加注曲线函数。即通过获得的实时压力P_实加注到目标压力P_目标所需要的时间计算获得由实时压力P_实加注到目标压力P_目标时的预测温度，这样可在加注过程中根据实时压力P_实和目标压力P_目标计算预测温度，如此可防止温度达到预设最高温度T₁而引起安全事故。

对于时间与温度之间的加注曲线通过拟合的方式获得，拟合加注曲线所需时间和温度则由压力斜率进行大量的加注模拟实验后获得。不同压力斜率对应的加注曲线不同。

具体的，如图2所示，该加氢方法包括如下具体步骤：

S21、获得初始温度、目标压力、初始压力和初始压力斜率；

S22、以初始压力斜率曲线开始加注；

S23、定时获得实时压力；

S24、计算从实时压力加注到目标压力时的预测温度；

S25、计算预测温度与预设最高温度之间的差值；

S26、判断差值是否大于等于第一预设差值，若是，则执行步骤S27，若否，则执行步骤S28；

S27、以第一压力斜率的加注曲线进行加注，并返回S23；

S28、判断差值是否大于等于第二预设差值，若是，则执行步骤S29，若否，则返回S23；

S29、以第二压力斜率的加注曲线进行加注，并返回S23。

需要说明的是，在加氢过程中，定时获得实时压力的同时还需要比较实时压力与目标压力的大小，当实时压力等于目标压力时，该加氢方法停止加氢，这样能够防止实时压力超过目标压力而造成安全事故。

相比于现有技术，本发明提供的方法可以实时获取待加氢设备的温度以及压力，通过不断比较加注完成时预测的待加氢设备温度T_目标与加注过程中最高工作温度T₁的大小，不断地调整加注曲线的压力斜率以调节加注速率，避免了加注过程中一直使用一个较低的压力斜率或一个固定的初始压力斜率给燃料电池汽车加氢所带来的加注慢、加注效率低等问题，本发明便于对加氢速率的掌控，能够实现以最大的加氢速率完成加注，大大地提高了加注速率，缩短加注总时长。

本发明的实施例中还提供了一种加氢站，采用本发明实施例中的加氢方法，由于采用上述的加氢方法，故本发明实施例的加氢站有上述实施例的所有优点和有益效果，此处不再赘述。

如图3所示，待加氢设备可以为氢燃料电池车，氢燃料电池车包括车载储氢系统1和车载红外通讯模块2，车载储氢系统1与燃料电池连接为燃料电池提供氢气，车载储氢系统1包括氢安全管理系统3和储氢瓶4。氢安全管理系统(HMS)配置独立电源或外置电源独立接口，并可根据整车工作模式需求自动唤醒；储氢瓶内设置有温度传感器、和压力传感器，车载储氢系统2具备红外通讯功能，可定时获取储氢瓶内气体的温度、压力等数据。加氢站包括有站载红外模块5、加氢站控制系统6和加氢机7，这样可实现车-站实时信息交互，并根据车载储氢系统发送信息调整加氢需求和本实施例中提供的加氢方法。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种加氢方法，其特征在于，包括：

获得待加氢设备内的初始温度和初始压力，加氢枪和待加氢设备接通；

基于获得的初始温度和初始压力确定初始压力斜率；

基于初始压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，加注过程中定时获得待加氢设备以当前压力斜率加注至目标压力的预测温度，并根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率，直至待加氢设备内的压力达到目标压力。

2.根据权利要求1所述的加氢方法，其特征在于，所述根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率包括：

若预测温度小于预设最高温度T₁，则增大压力斜率以增大加注速率。

3.根据权利要求2所述的加氢方法，其特征在于，所述若预测温度小于预设最高温度T₁，则增大压力斜率以增大加注速率包括：

若预测温度小于预设最高温度T₁，且预设最高温度T₁与预测温度之间的差值大于等于第一预设差值，则以第一压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，所述第一压力斜率大于所述初始压力斜率。

4.根据权利要求3所述的加氢方法，其特征在于，若预测温度小于预设最高温度T₁，且预设最高温度T₁与预测温度之间的差值小于第一预设差值，且预设最高温度T₁与预测温度之间的差值大于第二预设差值，所述第二预设差值小于所述第一预设差值，则以第二压力斜率的加注曲线对待加氢设备进行加注，所述第一压力斜率大于第二压力斜率。

5.根据权利要求2所述的加氢方法，其特征在于，所述根据获得的预测温度与预设最高温度T₁之间的关系改变加注曲线的压力斜率还包括：

若预测温度大于预设最高温度T₁，则减小压力斜率。

6.根据权利要求1所述的加氢方法，其特征在于，基于获得的初始温度和初始压力确定初始压力斜率包括：

获取当前初始温度和当前的初始压力；

基于初始温度、初始压力和初始压力斜率之间的对应关系，获取当前初始温度和当前初始压力对应的初始压力斜率。

7.根据权利要求6所述的加氢方法，其特征在于，所述初始温度、所述初始压力和初始压力斜率的对应关系为map图或数据表格。

8.根据权利要求1所述的加氢方法，其特征在于，所述待加氢设备内额定最高温度为T₂，则预设最高温度T₁与额定最高温度为T₂之间的关系为：T₁＝aT₂，其中a∈(0,1]。

9.根据权利要求1所述的加氢方法，其特征在于，在加注过程中定时获得待加氢设备内的实时压力P_实，Q_实为实时加注压力斜率，则由实时压力P_实加注到目标压力P_目标所需要的时间为：

在加注过程中定时获得待加氢设备内的实时压力P_实，获得的实时压力P_实加注到目标压力P_目标时的预测温度为：

f′(t)为时间与温度之间关系的加注曲线函数的求导，f(t)为时间与温度之间关系的加注曲线函数。

10.一种加氢站，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的加氢方法进行加氢。

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