[發(fā)明專利]一種加氫站高效加氫的三級加注優(yōu)化控制方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810063584.1
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101315545A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭津洋;楊健;趙磊;唐萍;徐平;葉建軍
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02;F17C5/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 唐銀益

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種加氫系統(tǒng)，更具體的說，是涉及種加氫站高效加氫的三級氫氣加注系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在燃料電池汽車推向市場的過程中，目前至少有3個主要的技術(shù)壁壘需要克服：(1)小型、輕量、廉價和高效的燃料電池發(fā)動機(jī)的集成；(2)高儲存量車載儲氫罐的設(shè)計；(3)氫氣加注設(shè)施的開發(fā)和加氫站的建設(shè)。發(fā)展至今，后者更為關(guān)鍵。目前，氫加注系統(tǒng)建設(shè)主要有二大發(fā)展趨勢：(1)加注氣態(tài)氫的高參數(shù)化，即將車載容器貯氫壓力增加到最高經(jīng)濟(jì)壓力70MPa，以提高氫能汽車的續(xù)駛里程；(2)液氫加注方案，液氫燃料供應(yīng)系統(tǒng)具有體積密度高、壓力低等優(yōu)點。但液化儲氫存在二大難點：一是液化能耗大；二是液氫的蒸發(fā)損失比較嚴(yán)重，存在安全隱患。因此，目前國內(nèi)外的加氫站研究更為關(guān)注的是高壓氣態(tài)加氫，由此引出高取氣率序列取氣和快速加注控制策略研究。

直接與加氫站控制有關(guān)的技術(shù)進(jìn)展，目前主要是對加注系統(tǒng)組成及控制硬件進(jìn)行的研究，如同濟(jì)大學(xué)在汽車用氫燃料加氫站系統(tǒng)配置的研究中，給出了加氫站中氫氣的壓縮系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)和加注機(jī)等的控制系統(tǒng)設(shè)計方法；北京航天試驗技術(shù)研究所則給出了加氣機(jī)中使用的閥門、流量計、加氣槍、拉斷閥和接頭等控制硬件的性能要求。中國專利CN200610088913.9針對加氫站提出了一種快速充裝氫氣的制氫加氫站系統(tǒng)及其方法，其加注系統(tǒng)通過使用40MPa儲氫容器及75MPa超高壓儲氫容器的二級加注，來提高氫氣的利用率和充裝速度。而且，采用此專利其已研制成功國內(nèi)第一臺氫加注機(jī)，可對壓力、溫度、流量、流速實時計量，自動收費，同時對車載氣瓶的壓力、溫度、應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)控，可耐壓45-75MPa，安全保護(hù)裝置齊備。但此方法只包含對各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并沒有加注過程的優(yōu)化控制。中國專利CN200710098598.2則給出了一種車廂內(nèi)設(shè)有依次連通的緊縮型水電解設(shè)備、低壓儲氫罐組、專用氫氣壓縮機(jī)、高壓儲氫罐組以及氫氣售氣機(jī)等組成的專用車載制氫加氫站。總之，目前國內(nèi)尚無關(guān)于高壓加氫過程中同時實現(xiàn)高取氣率序列取氣和快速加注的優(yōu)化控制優(yōu)化方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種加氫站高效加氫的三級加注優(yōu)化控制方法，本發(fā)明更進(jìn)一步的目的在于提供用于該加氫站高效加氫的三級加注優(yōu)化控制方法的氫氣加注系統(tǒng)。

為了解決以上問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)。

本發(fā)明提供了一種加氫站高效加氫的三級加注優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：

(1)獲取低壓、中壓和高壓儲氫容器及車載氣瓶中的氫氣初始狀態(tài)參數(shù)，并設(shè)定：

V₁：代表第i次加注前的低壓儲氫容器的容積；

V₂：代表第i次加注前的中壓儲氫容器的容積；

m、V：分別代表車載氣瓶額定充裝質(zhì)量、容積；

m₀：加注前車載氣瓶內(nèi)的氫氣質(zhì)量；

x_i、y_i、z_i：分別代表第i次加注時低壓、中壓和高壓儲氫容器的取氣質(zhì)量；

m_1i、m_2i、m_3i：分別代表第i次加注前低壓、中壓和高壓儲氫容器中的氫氣質(zhì)量；

h_i：第i次加注時的取氣次序標(biāo)志，對于三級加注來說共有6種加注次序，h_i＝1，表示按低-中-高的次序取氣；h_i＝2，表示按低-高-中的次序取氣；h_i＝3，表示按中-低-高的次序取氣；h_i＝4，表示按中-高-低的次序取氣；h_i＝5，表示按高-低-中的次序取氣；h_i＝6，表示按高-中-低的次序取氣；

n(i)：第i次加注過程下可充裝的車載氣瓶數(shù)量；

n_max：在一定加注時間約束下，可充裝的車載氣瓶數(shù)量的最大值；

x_平衡：加注到儲氫容器跟車載氣瓶壓力平衡時向車載氣瓶中充裝的質(zhì)量；

t_k：約束時間，表示搜索過程中設(shè)定的時間最大值，用這個約束時間作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，來判斷搜索到的加注方式所用的加注時間是否小于該約束時間，只有小于該約束時間的加注方式才可用；

P：儲氫容器壓力，是計算流量系數(shù)時設(shè)定的一個壓力參數(shù)，不具體代表哪個儲氫容器，泛指儲氫容器的壓力，即一個儲氫容器壓力對應(yīng)于一個流量系數(shù)；