[发明专利]一种加氢站高效加氢的三级加注优化控制方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种加氢系统，更具体的说，是涉及种加氢站高效加氢的三级氢气加注系统。

背景技术

在燃料电池汽车推向市场的过程中，目前至少有3个主要的技术壁垒需要克服：(1)小型、轻量、廉价和高效的燃料电池发动机的集成；(2)高储存量车载储氢罐的设计；(3)氢气加注设施的开发和加氢站的建设。发展至今，后者更为关键。目前，氢加注系统建设主要有二大发展趋势：(1)加注气态氢的高参数化，即将车载容器贮氢压力增加到最高经济压力70MPa，以提高氢能汽车的续驶里程；(2)液氢加注方案，液氢燃料供应系统具有体积密度高、压力低等优点。但液化储氢存在二大难点：一是液化能耗大；二是液氢的蒸发损失比较严重，存在安全隐患。因此，目前国内外的加氢站研究更为关注的是高压气态加氢，由此引出高取气率序列取气和快速加注控制策略研究。

直接与加氢站控制有关的技术进展，目前主要是对加注系统组成及控制硬件进行的研究，如同济大学在汽车用氢燃料加氢站系统配置的研究中，给出了加氢站中氢气的压缩系统、储存系统和加注机等的控制系统设计方法；北京航天试验技术研究所则给出了加气机中使用的阀门、流量计、加气枪、拉断阀和接头等控制硬件的性能要求。中国专利CN200610088913.9针对加氢站提出了一种快速充装氢气的制氢加氢站系统及其方法，其加注系统通过使用40MPa储氢容器及75MPa超高压储氢容器的二级加注，来提高氢气的利用率和充装速度。而且，采用此专利其已研制成功国内第一台氢加注机，可对压力、温度、流量、流速实时计量，自动收费，同时对车载气瓶的压力、温度、应力变化进行监控，可耐压45-75MPa，安全保护装置齐备。但此方法只包含对各种参数进行监控，并没有加注过程的优化控制。中国专利CN200710098598.2则给出了一种车厢内设有依次连通的紧缩型水电解设备、低压储氢罐组、专用氢气压缩机、高压储氢罐组以及氢气售气机等组成的专用车载制氢加氢站。总之，目前国内尚无关于高压加氢过程中同时实现高取气率序列取气和快速加注的优化控制优化方法的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种加氢站高效加氢的三级加注优化控制方法，本发明更进一步的目的在于提供用于该加氢站高效加氢的三级加注优化控制方法的氢气加注系统。

为了解决以上问题，本发明是通过如下技术方案实现。

本发明提供了一种加氢站高效加氢的三级加注优化控制方法，包括以下步骤：

(1)获取低压、中压和高压储氢容器及车载气瓶中的氢气初始状态参数，并设定：

V₁：代表第i次加注前的低压储氢容器的容积；

V₂：代表第i次加注前的中压储氢容器的容积；

m、V：分别代表车载气瓶额定充装质量、容积；

m₀：加注前车载气瓶内的氢气质量；

x_i、y_i、z_i：分别代表第i次加注时低压、中压和高压储氢容器的取气质量；

m_1i、m_2i、m_3i：分别代表第i次加注前低压、中压和高压储氢容器中的氢气质量；

h_i：第i次加注时的取气次序标志，对于三级加注来说共有6种加注次序，h_i＝1，表示按低-中-高的次序取气；h_i＝2，表示按低-高-中的次序取气；h_i＝3，表示按中-低-高的次序取气；h_i＝4，表示按中-高-低的次序取气；h_i＝5，表示按高-低-中的次序取气；h_i＝6，表示按高-中-低的次序取气；

n(i)：第i次加注过程下可充装的车载气瓶数量；

n_max：在一定加注时间约束下，可充装的车载气瓶数量的最大值；

x_平衡：加注到储氢容器跟车载气瓶压力平衡时向车载气瓶中充装的质量；

t_k：约束时间，表示搜索过程中设定的时间最大值，用这个约束时间作为判断标准，来判断搜索到的加注方式所用的加注时间是否小于该约束时间，只有小于该约束时间的加注方式才可用；

P：储氢容器压力，是计算流量系数时设定的一个压力参数，不具体代表哪个储氢容器，泛指储氢容器的压力，即一个储氢容器压力对应于一个流量系数；