CN114923116B - 一种基于加氢机大流量加注控制***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于加氢机大流量加注控制***及控制方法，涉及加氢站技术领域，本发明包括通过加氢管线连接的流量计、调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器和温度变送器，加氢管线的氢气输出端连接车载气瓶，还包括用于检测车载气瓶储氢信息的红外线检测装置，以及加氢控制器，加氢控制器与流量计、第一压力变送器、第二压力变送器、温度变送器和红外线检测装置通讯连接，加氢控制器与调节阀控制连接，控制调节阀的开度，以调节加氢压力，控制整个加氢过程。本发明通过加氢控制器控制调节阀调节减压，来实现大流量氢气加注，实现加氢站加注氢气的高效、快捷，提高市场的竞争力。

Description

一种基于加氢机大流量加注控制***及控制方法
技术领域
本发明涉及加氢站技术领域，特别是一种基于加氢机大流量加注控制***及控制方法。
背景技术
氢能源是公认的清洁能源，而且氢气热值是常见燃料中最高的，约是石油的3倍和煤炭的4.5倍，因此氢能源汽车在减少空气污染、减少温室气体排放和降低对传统能源的依赖性等方面具有突出的优势，加氢站是给燃料电池汽车提供氢气的燃气站，随着氢能源的发展，加氢站的建设逐步加快。
目前随着国家清洁能源的发展，氢能源汽车的增加、越来越多的车辆储氢量大幅度增加，从小型客车，公交车到重型卡车；小型客车，由于存储氢量少3~5kg，采用小流量加注，加注流量为0~3.6 kg/min即可，平均加注流量2 kg/min，3~5 min就可完成加注。但随着燃料电池在公交、重卡以及轮船等重载运输机械上的应用，其储氢量可达40kg以上，小流量加注，已经不能满足其应用，急需大流量加注，即加注流量>3.6 kg/min。针对目前的储氢量大的车辆，加氢站对氢气高效、快速的加注要求也相应提高。
因此，为适应市场的需求，需要一种大流量加注***。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种基于加氢机大流量加注控制***及控制方法，利用自动调节阀减压调节实现大流量加注，以解决背景技术中大流量加氢的问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明是一种基于加氢机大流量加注控制***，包括通过加氢管线连接的流量计、调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器和温度变送器，加氢管线的氢气输出端连接车载气瓶，还包括用于检测车载气瓶储氢信息的红外线检测装置，以及加氢控制器，加氢控制器与流量计、第一压力变送器、第二压力变送器、温度变送器和红外线检测装置通讯连接，加氢控制器与调节阀控制连接，控制调节阀的开度，以调节加氢压力，控制整个加氢过程。
进一步的，所述车载气瓶储氢信息包括车载气瓶的储氢容积、车载气瓶的储氢压力和车载气瓶的储氢温度。
进一步的，所述加氢管线上还设置有紧急切断阀、紧急切断阀设置在第一压力变送器、第二压力变送器之间的加氢管线上，加氢控制器与紧急切断阀控制连接，加氢控制器控制紧急切断阀开关，在加氢过程中出现问题，通过加氢控制器控制紧急切断阀紧急切断。
进一步的，所述加氢控制器为单片机或者PLC。
一种基于加氢机大流量加注控制方法，包括上述控制***，包括以下步骤：
步骤1，加氢前，获取车载气瓶的储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1，通过储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1三个参数计算得到车载气瓶需要充装的氢气质量Q；
步骤2，获取步骤1中氢气质量Q值，并且与大流量充装协议中的充装流量V计算得到车载气瓶氢气加满所需的充装时间T，即T=Q/V；
步骤3，获取车载气瓶充装氢气的压力上限值为P-MAX，以及步骤1中车载气瓶充装前的压力PT-CAR1、步骤2中充装时间T，计算得到升压速率△P；
步骤4，在加氢过程中，第二压力变送器的压力值为PV，SP为加氢过程中车载气瓶内的实时压力，SP在加氢过程中每秒增加一个△P值，即，OP为调节阀的实时开度值，在整个的加氢升压过程中，调节阀的开度值OP值根据PID调节使PV值一直跟随SP值提高，最终达到车载气瓶所需压力上限P-MAX。
进一步的，所述步骤3中，升压速率△P的具体计算公式为：△P=P-MAX-PT-CAR1/T。
进一步的，所述车载气瓶的储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1，以及车载气瓶的实时压力SP，均用过红外线检测装置获取，并通讯传输给加氢控制器，经加氢控制器计算后控制调节阀的开度值，最终达到车载气瓶所需压力上限P-MAX。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明是一种基于加氢机大流量加注控制***及控制方法，通过红外线检测装置读取加氢车辆车载气瓶内的气瓶容积、压力及温度进行计算，再通过加氢控制器控制调节阀调节减压，来实现对35MPa和70MPa加氢车辆的大流量氢气加注，通过提高加氢速率来缩短加氢的时间，使得其更适应市场的需求，实现加氢站加注氢气的高效、快捷，提高市场的竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是本发明的***结构图；
图2是本发明中加氢升压过程曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
需要说明的是，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
如图1所示，一种基于加氢机大流量加注控制***，包括通过加氢管线9连接的流量计1、调节阀2、第一压力变送器3、第二压力变送器5和温度变送器6，加氢管线9的氢气输出端连接车载气瓶7，还包括用于检测车载气瓶7储氢信息的红外线检测装置8，以及加氢控制器10，加氢控制器10与流量计1、第一压力变送器3、第二压力变送器5、温度变送器6和红外线检测装置8通讯连接，加氢控制器10与调节阀2控制连接，控制调节阀2的开度，以调节加氢压力，控制整个加氢过程。
优选的，所述车载气瓶7储氢信息包括车载气瓶7的储氢容积、车载气瓶7的储氢压力和车载气瓶7的储氢温度。
优选的，所述加氢管线9上还设置有紧急切断阀4、紧急切断阀4设置在第一压力变送器3、第二压力变送器5之间的加氢管线9上，加氢控制器10与紧急切断阀4控制连接，加氢控制器10控制紧急切断阀4开关，在加氢过程中出现问题，通过加氢控制器10控制紧急切断阀4紧急切断。
优选的，所述加氢控制器10为单片机或者PLC。
在本发明中，
流量计1，用于检测加氢过程中的氢气流量，用于计量；
调节阀2，用于调节加氢过程中，调节阀2后的加氢管线9氢气压力；
第一压力变送器3，用于检测加氢过程中加氢管线9的氢气压力；
紧急切断阀4，加氢过程中出现问题，紧急切断阀4断开进行紧急切断；
第二压力变送器5，用于检测加氢过程中的加氢管线9氢气压力，并参与PID调节；
温度变送器6，用于检测加氢管线9上氢气温度。
实施例二
本实施例是对本发明的进一步说明。
本实施例是一种基于加氢机大流量加注控制方法，包括实施例一中的控制***，还包括以下步骤：
步骤1，加氢前，获取车载气瓶7的储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1，通过储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1三个参数计算得到车载气瓶7需要充装的氢气质量Q；
步骤2，获取步骤1中氢气质量Q值，并且与大流量充装协议中的充装流量V计算得到车载气瓶7氢气加满所需的充装时间T，即T=Q/V，在本实施例中，大流量充装协议中的充装流量V为7.2kg/min；
步骤3，获取车载气瓶7充装氢气的压力上限值为P-MAX，以及步骤1中车载气瓶7充装前的压力PT-CAR1、步骤2中充装时间T，计算得到升压速率△P；
步骤4，在加氢过程中，第二压力变送器5的压力值为PV，SP为加氢过程中车载气瓶7内的实时压力，SP在加氢过程中每秒增加一个△P值，即，OP为调节阀2的实时开度值，在整个的加氢升压过程中，调节阀2的开度值OP值根据PID调节使PV值一直跟随SP值提高，最终达到车载气瓶7所需压力上限P-MAX，氢气升压过程曲线图如图2所示。
进一步的，所述步骤3中，升压速率△P的具体计算公式为：△P=P-MAX-PT-CAR1/T。
进一步的，所所述车载气瓶7的储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1，以及车载气瓶7的实时压力SP，均用过红外线检测装置8获取，并通讯传输给加氢控制器10，经加氢控制器10计算后控制调节阀2的开度值，最终达到车载气瓶7所需压力上限P-MAX。
本发明通过红外线检测装置8读取加氢车辆车载气瓶7内的气瓶容积、压力及温度进行计算，再通过加氢控制器10控制调节阀2调节减压，来实现对35MPa和70MPa加氢车辆的大流量氢气加注，通过提高加氢速率来缩短加氢的时间，使得其更适应市场的需求，实现加氢站加注氢气的高效、快捷，提高市场的竞争力。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于加氢机大流量加注控制***，其特征在于：包括通过加氢管线（9）连接的流量计（1）、调节阀（2）、第一压力变送器（3）、第二压力变送器（5）和温度变送器（6），加氢管线（9）的氢气输出端连接车载气瓶（7），还包括用于检测车载气瓶（7）储氢信息的红外线检测装置（8），以及加氢控制器（10），加氢控制器（10）与流量计（1）、第一压力变送器（3）、第二压力变送器（5）、温度变送器（6）和红外线检测装置（8）通讯连接，加氢控制器（10）与调节阀（2）控制连接，控制调节阀（2）的开度，以调节加氢压力，控制整个加氢过程；
步骤1，加氢前，获取车载气瓶（7）的储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1，通过储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1三个参数计算得到车载气瓶（7）需要充装的氢气质量Q；
步骤2，获取步骤1中氢气质量Q值，并且与大流量充装协议中的充装流量V计算得到车载气瓶（7）氢气加满所需的充装时间T，即T=Q/V；
步骤3，获取车载气瓶（7）充装氢气的压力上限值为P-MAX，以及步骤1中车载气瓶（7）充装前的压力PT-CAR1、步骤2中充装时间T，计算得到升压速率△P；
步骤4，在加氢过程中，第二压力变送器（5）的压力值为PV，SP为加氢过程中车载气瓶（7）内的实时压力，SP在加氢过程中每秒增加一个△P值，即，OP为调节阀（2）的实时开度值，在整个的加氢升压过程中，调节阀（2）的开度值OP值根据PID调节使PV值一直跟随SP值提高，最终达到车载气瓶（7）所需压力上限P-MAX。
2.根据权利要求1所述的一种基于加氢机大流量加注控制***，其特征在于：所述车载气瓶（7）储氢信息包括车载气瓶（7）的储氢容积、车载气瓶（7）的储氢压力和车载气瓶（7）的储氢温度。
3.根据权利要求1所述的一种基于加氢机大流量加注控制***，其特征在于：所述加氢管线（9）上还设置有紧急切断阀（4）、紧急切断阀（4）设置在第一压力变送器（3）、第二压力变送器（5）之间的加氢管线（9）上，加氢控制器（10）与紧急切断阀（4）控制连接，加氢控制器（10）控制紧急切断阀（4）开关，在加氢过程中出现问题，通过加氢控制器（10）控制紧急切断阀（4）紧急切断。
4.根据权利要求1所述的一种基于加氢机大流量加注控制***，其特征在于：所述加氢控制器（10）为单片机或者PLC。
5.根据权利要求1所述的一种基于加氢机大流量加注控制***，其特征在于：所述步骤3中，升压速率△P的具体计算公式为：△P=P-MAX-PT-CAR1/T。
6.根据权利要求1所述的一种基于加氢机大流量加注控制***，其特征在于：所述车载气瓶（7）的储氢容积VT-CAR1、压力PT-CAR1和温度TT-CAR1，以及车载气瓶（7）的实时压力SP，均用过红外线检测装置（8）获取，并通讯传输给加氢控制器（10），经加氢控制器（10）计算后控制调节阀（2）的开度值，最终达到车载气瓶（7）所需压力上限P-MAX。
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