專利名稱：：基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于可再生、清潔環(huán)保的新能源領(lǐng)域，涉及一種基于溫升與能耗控制的快速有效、安全可靠、高取氣率的氫氣優(yōu)化加注方法及其優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：氫能以高能效、來源廣、可再生、燃燒產(chǎn)物零污染等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際公認(rèn)為未來的綠色能源。近年來，包括美、日、中、韓、歐盟在內(nèi)的許多國(guó)家和地區(qū)都在大力開發(fā)氫能汽車，積極建造加氫站和相關(guān)氫能基礎(chǔ)實(shí)施。以氫為動(dòng)力已成為新能源領(lǐng)域的重要應(yīng)用方向。目前，氫的儲(chǔ)存方式主要包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和金屬儲(chǔ)氫。由于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫具有能耗低、放氫速度快和可靠等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)有的加氫站主要采用這一方式。要實(shí)現(xiàn)氫能在交通領(lǐng)域的商業(yè)化，必須保證加氫如同加油一樣安全、快速、方便和可靠，同時(shí)還應(yīng)盡可能地降低加氫站能耗。為此，必須嚴(yán)格控制高壓氫氣加注過程中車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的溫升，合理地控制加注速率，盡可能縮短加注時(shí)間，同時(shí)以最小的能耗完成對(duì)所需數(shù)量車輛的加注。因此，需要研究一種基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法及其優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)，既保證加注過程的安全、快速，又能使加氫站以最低能耗運(yùn)作。近年來，我國(guó)在高壓氫氣加注技術(shù)及系統(tǒng)方面取得了一定進(jìn)展。中國(guó)專利CN1887622針對(duì)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，其在加注系統(tǒng)中使用40MPa的氫氣儲(chǔ)罐及75MPa的高壓氫氣儲(chǔ)罐的對(duì)車輛進(jìn)行順序加氣，來提高取氣率和充裝速度。該專利包括首臺(tái)國(guó)內(nèi)自主研制的加氫機(jī)，可對(duì)壓力、溫度、流量、流速實(shí)時(shí)計(jì)量，自動(dòng)收費(fèi)，同時(shí)對(duì)車載儲(chǔ)氫容器的壓力、溫度、應(yīng)力等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，耐壓范圍在45-75MPa，安全保護(hù)裝置齊備。其能提高取氣率和充裝速度，并對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，但未涉及加注過程優(yōu)化及系統(tǒng)能耗控制等。中國(guó)專利CN101418908A給出了一種可用于高壓氫氣加氣站的加氣系統(tǒng)，其包括控制系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、加注系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)和氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)。具有加注計(jì)量的溫度自動(dòng)補(bǔ)償、順序取氣、加注速率控制、氫泄漏報(bào)警、自動(dòng)斷電、加注過程防拉脫、靜電自動(dòng)釋放及系統(tǒng)過壓保護(hù)等功能。其能夠提高取氣率，并通過加注速率來控制溫升，但其加注速率控制程序，必需測(cè)量車載儲(chǔ)氫容器中溫度，如溫度超限，只能停止加注，等溫度降回可行范圍才能繼續(xù)加注，而實(shí)際車載儲(chǔ)氫容器自然冷卻降溫很慢，因而不僅實(shí)際加注時(shí)間較長(zhǎng)，效率較低，而且該方法也沒有進(jìn)行能耗優(yōu)化。中國(guó)專利CN101315545給出了一種加氫站高效加氫的三級(jí)加注優(yōu)化控制方法及其系統(tǒng)，其通過優(yōu)化高壓氫氣多級(jí)加注過程中從各儲(chǔ)氫罐的取氣質(zhì)量和取氣次序，縮短加注時(shí)間，并保證較高的取氣率。但沒有對(duì)加注過程溫升進(jìn)行控制，且取氣率比順序取氣略低?？傊?，目前尚無關(guān)于加氫站氫氣加注過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速有效、安全可靠、高取氣率和低能耗的優(yōu)化加注方法及其系統(tǒng)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速有效、安全可靠、高取氣率和低能耗的基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法及其系統(tǒng)。該方法及系統(tǒng)能有效地控制加注過程中車載儲(chǔ)氫容器的溫度，確保高取氣率、高加氣速率等同時(shí)，使系統(tǒng)以最低的能耗運(yùn)行。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明出了以下具體技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注系統(tǒng)，包括補(bǔ)氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和加注系統(tǒng)；補(bǔ)氣系統(tǒng)包括高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐、中壓級(jí)儲(chǔ)氫罐和低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐，壓縮機(jī)組通過管路分三路經(jīng)由電磁閥連接至三級(jí)儲(chǔ)氫罐；所述的三級(jí)儲(chǔ)氫罐通過管路分三路經(jīng)由三個(gè)電磁閥后再并為一路，然后依次連接至加注系統(tǒng)的冷卻裝置、過濾器、出口電磁閥、針閥、拉脫閥、加氫軟管和加氫槍；所述控制系統(tǒng)包括一個(gè)可編程控制器，分別通過信號(hào)線連接至前述各電磁閥、三級(jí)儲(chǔ)氫罐上的壓力傳感器、測(cè)量環(huán)境溫度的溫度傳感器、冷卻裝置、車載儲(chǔ)氫容器壓力和溫度的通訊接口。作為一種改進(jìn)，所述冷卻裝置至加氫軟管之間的管路上，還設(shè)置有質(zhì)量流量計(jì)，可編程控制器通過信號(hào)線經(jīng)流量變送器連接至質(zhì)量流量計(jì)。作為一種改進(jìn)，所述可編程控制器還通過信號(hào)線連接至顯示屏。作為一種改進(jìn)，所述可編程控制器還通過信號(hào)線連接至上位工控機(jī)。更進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種基于前述加注系統(tǒng)的基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法，主要包括溫升與加注速率的優(yōu)化控制程序，還包括順序取氣程序和順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序。作為一種改進(jìn)，溫升與加注速率的優(yōu)化控制程序是以溫升控制為控制條件，以加注用時(shí)為優(yōu)化控制目標(biāo)，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)建立內(nèi)置于可編程控制器中的數(shù)據(jù)庫，用于記錄相應(yīng)加注初始條件及針閥開度值對(duì)應(yīng)關(guān)系；所述加注初始條件為車載儲(chǔ)氫容器的初始溫度與壓力、環(huán)境溫度、三級(jí)儲(chǔ)氫罐的實(shí)際壓力，優(yōu)化選擇從不同壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐取氣所需針閥開度，使車載儲(chǔ)氫容器的溫度控制在容器材質(zhì)允許范圍內(nèi)，且加注用時(shí)最短；所述的優(yōu)化選擇方法為(a)采用劉延雷等在《高壓氫氣快充溫升控制及泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究》中所述高壓氫氣快充溫升數(shù)值模型，所不同之處在于加注前車載儲(chǔ)氫容器的初始溫度、環(huán)境溫度、以及車載儲(chǔ)氫容器入口溫度分別設(shè)置，可取不同的值。(b)采用劉延雷等在《高壓氫氣快充溫升控制及泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究》所述快充溫升實(shí)驗(yàn)方法研究溫升規(guī)律。由于35MPa下快充，采用樹脂澆鑄密封溫度傳感器引線的密封效果欠佳，所以溫升實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)專門定做傳感器引線密封接頭，保證快充時(shí)引線的密封效果。其它與《高壓氫氣快充溫升控制及泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究》相同。(c)采用(b)中所述實(shí)驗(yàn)方法得到的快充溫升數(shù)據(jù)，對(duì)(a)中所述快充溫升模型進(jìn)行驗(yàn)證，并跟據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整快充溫升模型中相關(guān)參數(shù)。(d)使用快充溫升模型對(duì)不同加注條件下的加注過程進(jìn)行計(jì)算，并擬合出如下形式的溫升計(jì)算公式Tnse二口^！/‘目+…！；+七！^+…；-^吣，式中^！^…^為擬合公式中的擬合系數(shù)，根據(jù)快充溫升數(shù)值模型的計(jì)算結(jié)果，通過擬合得出。為多級(jí)加注過程的溫升，Vmass為多級(jí)加注過程中氫氣的平均質(zhì)量流量，T1為車載氣瓶初始溫度，Tam為環(huán)境溫度，Tin為車載儲(chǔ)氫容器入口處的氫氣平均溫度，P1為車載儲(chǔ)氫容器加注前的初始?jí)毫Α＆聻槎嗉?jí)加注時(shí)考慮取氣氣源的切換以及車載儲(chǔ)氫容器入口溫度變化對(duì)溫升結(jié)果的影響，所引入的安全系數(shù)。(e)采用以下公式對(duì)加注過程中的質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>上式中，qs為等熵條件下的質(zhì)量流量，S0為加氫軟管的流通面積，P0為加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力，V0為加氫站固定儲(chǔ)氫罐的比體積，Y。=1.4，a=1.9155X10_6K/Pa，R為氣體常數(shù)，R=4124.3J/(kg.K)，q為實(shí)際質(zhì)量流量，Cd為流量系數(shù)，主要與加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力以及車載儲(chǔ)氫容器與加氫站固定儲(chǔ)氫罐之間的壓力比有關(guān)，可通過在加氫站試運(yùn)行過程中，記錄每次加注過程的流量曲線、車載儲(chǔ)氫容器壓力變化曲線及加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力，然后對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到Cd的計(jì)算公式。(f)將(e)中所述質(zhì)量流量計(jì)算公式代入到李磊等在《加氫站高壓氫系統(tǒng)工藝參數(shù)研究》中所述的一維氫氣快充溫升模型中，針對(duì)不同加注初始條件下的加注過程，計(jì)算平均質(zhì)量流量及加注用時(shí)。將結(jié)果分別用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到可快速計(jì)算加注過程平均質(zhì)量流量的BP網(wǎng)絡(luò)Iietvmass及計(jì)算加注用時(shí)的BP網(wǎng)絡(luò)nettime。(g)采用以下優(yōu)化模型對(duì)多級(jí)加注過程進(jìn)行優(yōu)化<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中ζ1、ζ11、ζΙΠ分別表示從低壓級(jí)、中壓級(jí)和高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)的針閥開度，IY表示規(guī)定的溫度下限，用于防止過度充裝Ju為規(guī)定的溫度上限，用于保證儲(chǔ)氫容器的裝滿率。IY與Tu根據(jù)實(shí)際要求給出。由于耐高壓管件等的最低許可溫度為-40°c，因此入口溫度Tin應(yīng)小于-40°C。Tfinal為加注結(jié)束時(shí)車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的溫度。td為規(guī)定的加注用時(shí)上限，如對(duì)于小轎車可規(guī)定3分鐘。y為優(yōu)化模型的適應(yīng)度函數(shù)，t為加注用時(shí)，λ為懲罰因子，應(yīng)取較大值，如300或更大。如果優(yōu)化后t>td，則執(zhí)行Tin=Tin-ΔT，直至t≤td。最后將優(yōu)化后的Tin、ζ1、ζ11和ζΠΙ對(duì)應(yīng)其加注初始條件進(jìn)行保存。(2)可編程控制器根據(jù)加注的初始條件，查詢得到從不同壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)的針閥開度值及是否需要降低車載儲(chǔ)氫容器入口溫度；如果需要降低，還將給出需要達(dá)到的降溫后的入口溫度值。(3)根據(jù)可編程控制器查詢到的數(shù)據(jù)，將針閥設(shè)置為相應(yīng)標(biāo)定位置，進(jìn)行加注操作；加注過程中，如果需要降低車載儲(chǔ)氫容器入口溫度，可編程控制器將實(shí)時(shí)根據(jù)測(cè)得的實(shí)際入口溫度及需要達(dá)到的入口溫度之間的差值，對(duì)冷卻裝置的溫度調(diào)控部件進(jìn)行反饋控制，以調(diào)整其冷卻劑流量，使得實(shí)際入口溫度降至與需要達(dá)到的入口溫度接近的值。作為一種改進(jìn)，所述步驟(2)中，如查詢時(shí)顯示需要降低車載儲(chǔ)氫容器的入口氫氣溫度，則可編程控制器對(duì)冷卻裝置的溫度調(diào)控部件進(jìn)行反饋控制，將車載儲(chǔ)氫容器的入口氫氣溫度控制在要求的范圍內(nèi)；在調(diào)整入口氫氣溫度后，顯示此時(shí)對(duì)應(yīng)的針閥開度值。作為一種改進(jìn)，通過對(duì)加氫站的儲(chǔ)氫罐進(jìn)行壓力分級(jí)，按照低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐、中壓級(jí)儲(chǔ)氫罐和高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐的順序來取氣，以提高系統(tǒng)的取氣率；各儲(chǔ)氫罐間的切換動(dòng)作根據(jù)事先設(shè)定的氫氣的加注速率或儲(chǔ)氫罐與車載儲(chǔ)氫容器之間的壓力差進(jìn)行。作為一種改進(jìn)，為降低壓縮機(jī)系統(tǒng)的能耗，根據(jù)加氫要求設(shè)置用于壓縮機(jī)組啟動(dòng)的儲(chǔ)氫罐壓力設(shè)定值；如某個(gè)儲(chǔ)氫罐的壓力低至設(shè)定值，則啟動(dòng)壓縮機(jī)組并打開相應(yīng)補(bǔ)氣管路的電磁閥對(duì)該儲(chǔ)氫罐進(jìn)行補(bǔ)氣；如果各儲(chǔ)氫罐的補(bǔ)氣發(fā)生沖突，則根據(jù)壓力級(jí)別關(guān)閉較低壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐補(bǔ)氣管路中的電磁閥，對(duì)更高壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐進(jìn)行補(bǔ)氣。本發(fā)明的有益效果在于在綜合考慮加注過程溫升、加注用時(shí)、取氣率、壓縮機(jī)組能耗的基礎(chǔ)上，提出了加注速率和溫升等的優(yōu)化控制程序、順序取氣程序和順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序及相應(yīng)的補(bǔ)氣系統(tǒng)、加注系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。所提出的加注速率和溫升等的優(yōu)化控制程序，能以較低的冷卻裝置能耗運(yùn)行，并保證車載儲(chǔ)氫容器的溫度嚴(yán)格控制在要求的范圍內(nèi)，且顯著地縮短加注時(shí)間；順序取氣程序可以保證加氫站儲(chǔ)氫系統(tǒng)具有高取氣率；順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序可以在滿足加氫要求同時(shí)，有效地降低加氫站系統(tǒng)的壓縮機(jī)能耗。從而使整個(gè)系統(tǒng)能夠快速有效、安全可靠地為車輛加注高壓氫氣，并具有高取氣率和低能耗等優(yōu)點(diǎn)。圖1為加氫站氫氣加注系統(tǒng)的流程示意圖；圖1中，1為壓縮機(jī)組；24及1113為電磁閥；5為高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐；6為中壓級(jí)儲(chǔ)氫罐；7為低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐；810為壓力傳感器；14為冷卻裝置；15為過濾器；16為出口電磁閥；17為質(zhì)量流量計(jì)；18流量變送器；19為針閥；20為拉脫閥；21為加氫軟管；22為加氫槍；23為燃料電池汽車；24為溫度傳感器；25為車載儲(chǔ)氫容器壓力和溫度的通訊接口；26為顯示屏；27為可編程控制器。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的系統(tǒng)由加注系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和補(bǔ)氣系統(tǒng)組成，優(yōu)化加注方法包括加注速率和溫升的優(yōu)化控制程序、順序取氣程序及順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序。來自加氫站壓縮機(jī)組1的氫氣分三路經(jīng)由電磁閥2、3和4進(jìn)入加氫站高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐5、中壓級(jí)儲(chǔ)氫罐6和低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐7中，組成補(bǔ)氣系統(tǒng)。通過開啟或停止壓縮機(jī)組1，打開或關(guān)閉各儲(chǔ)氫罐取氣管路中的電磁閥2、3和4，來實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)儲(chǔ)氫罐進(jìn)行補(bǔ)氣。來自儲(chǔ)氫罐5、6和7中的氫氣則分三路分別經(jīng)過電磁閥11、12和13，再并為一路，依次連接冷卻裝置14、過濾器15、出口電磁閥16、質(zhì)量流量計(jì)17、針閥19、拉脫閥20、加氫軟管21、加氫槍22，組成加注系統(tǒng)。控制系統(tǒng)包括一個(gè)可編程控制器27，分別通過信號(hào)線連接至前述各電磁閥、三級(jí)儲(chǔ)氫罐上的壓力傳感器810、流量變送器18、溫度傳感器24、冷卻裝置14、車載儲(chǔ)氫容器壓力和溫度的通訊接口25。根據(jù)設(shè)定的控制程序，可編程控制器27分別向各電磁閥發(fā)出開啟或關(guān)閉的指令，向冷卻裝置14發(fā)出調(diào)節(jié)冷卻效果的指令，對(duì)其進(jìn)行反饋控制，并將相關(guān)參數(shù)反饋給顯示屏26?？删幊炭刂破?7亦可與上位工控機(jī)相接?？删幊炭刂破?7中，以軟件的形式內(nèi)置了本發(fā)明給出的優(yōu)化加注方法，包括加注速率和溫升的優(yōu)化控制程序、順序取氣程序和順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序。其中，可編程控制器27用于根據(jù)傳感器與檢測(cè)儀發(fā)送的信號(hào)，調(diào)用加注速率和溫升的優(yōu)化控制程序、順序取氣程序和順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序、計(jì)價(jià)程序等，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；壓力傳感器用于測(cè)量加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力，并將壓力信號(hào)發(fā)送給控制器，根據(jù)壓力值啟動(dòng)順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序及順序取氣程序；質(zhì)量流量計(jì)用于測(cè)量累計(jì)質(zhì)量流量，進(jìn)行計(jì)價(jià)，可編程控制器27通過計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻累計(jì)質(zhì)量流量的差值，判斷是否切換取氣氣源；流量變送器18將質(zhì)量流量計(jì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換并發(fā)送給可編程控制器27；溫度傳感器24用于測(cè)量環(huán)境溫度；通訊接口25用于傳送給可編程控制器27加注前車載儲(chǔ)氫容器的壓力和溫度；顯示屏26用于給出針閥應(yīng)有的開度值及價(jià)格等數(shù)據(jù)信息。可編程控制器27中內(nèi)置軟件的有關(guān)控制內(nèi)容包括通過控制電磁閥24的開閉，來實(shí)現(xiàn)三個(gè)不同壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐的補(bǔ)氣；通過電磁閥1113及16的開閉來實(shí)現(xiàn)對(duì)加注過程的控制。通過質(zhì)量流量計(jì)17和流量變送器18每隔若干秒測(cè)量累計(jì)加注的氫氣質(zhì)量，并將測(cè)得的信號(hào)發(fā)送給可編程控制器27，可編程控制器27根據(jù)加注的氫氣質(zhì)量計(jì)算出所加氫氣的價(jià)格及加注過程的總價(jià)，并通過顯示屏26顯示，實(shí)現(xiàn)加注過程的計(jì)價(jià)?？删幊炭刂破?7根據(jù)通訊接口25提供的氣瓶型號(hào)、車載儲(chǔ)氫容器加注前的溫度和壓力，以及溫度傳感器24測(cè)得的環(huán)境溫度，調(diào)用加注速率和溫升的優(yōu)化控制程序，查詢相關(guān)優(yōu)化結(jié)果，給出從不同壓力級(jí)別的儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)的針閥開度值，同時(shí)根據(jù)通訊接口25傳遞給可編程控制器27的車載儲(chǔ)氫容器入口處的氫氣溫度值及優(yōu)化結(jié)果，反饋控制冷卻裝置14的制冷劑流量，調(diào)節(jié)預(yù)冷卻效果，使車載儲(chǔ)氫容器入口處的氫氣溫度滿足優(yōu)化結(jié)果中對(duì)車載儲(chǔ)氫容器入口氫氣溫度的要求。加注系統(tǒng)中，電磁閥1113和16、針閥19、拉脫閥20、加氫軟管21及加氫槍22以相應(yīng)的耐高壓連接管件連接。電磁閥1113分別用于打開或關(guān)閉來自高壓級(jí)、中壓級(jí)和低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐的氣源。出口電磁閥16配合順序取氣程序，控制加注過程的開始及停止，并配合電磁閥1113實(shí)現(xiàn)取氣氣源的切換。針閥19根據(jù)加注速率與溫升的優(yōu)化控制程序，由加注操作人員進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到要求的加注速率，同時(shí)由可編程控制器27根據(jù)加注速率與溫升的優(yōu)化控制程序，決定冷卻裝置14是否需要啟動(dòng)，如果需要啟動(dòng)，還將根據(jù)通訊接口25給出的車載儲(chǔ)氫容器入口溫度與優(yōu)化控制程序給出的入口溫度之間的差值，對(duì)冷卻裝置14的溫度調(diào)控部件進(jìn)行反饋控制，將加注結(jié)束時(shí)車載儲(chǔ)氫容器的溫度以及加注用時(shí)控制在的范圍內(nèi)，并有效縮短加注用時(shí)。拉脫閥20能夠有效地防止加注過程中由于車輛23意外啟動(dòng)，拉斷加氫軟管21所帶來的危險(xiǎn)。當(dāng)拉脫閥所承受的拉力大于閥的設(shè)定值時(shí)，其連接加氫軟管21的一端主動(dòng)脫落，另一端則自動(dòng)關(guān)閉，從而有效地避免了氫氣的泄露。加氫槍22連接被加注車輛上的加氫接口，為車輛加注高壓氫氣。本發(fā)明中基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法，包括加注速率和溫升的優(yōu)化控制程序、順序取氣程序以及順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序。加注速率和溫升的優(yōu)化控制程序主要包括(1)建立內(nèi)置于可編程控制器中的數(shù)據(jù)庫，用于記錄相應(yīng)加注初始條件及針閥開度值對(duì)應(yīng)關(guān)系；所述加注初始條件為車載儲(chǔ)氫容器的初始溫度與壓力、環(huán)境溫度、三級(jí)儲(chǔ)氫罐的實(shí)際壓力，優(yōu)化選擇從不同壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐取氣所需針閥開度，使車載儲(chǔ)氫容器的溫度控制在必須的范圍內(nèi)——即在容器器壁材料樹脂的溫度上限85°C基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低溫度上限，如50°C，以提高實(shí)際加注的氫氣量；同時(shí)規(guī)定溫度下限，如0°C，以防止充裝完畢后，車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)溫度恢復(fù)至環(huán)境溫度時(shí)的過度超壓；同時(shí)，該程序能夠有效縮短加注用時(shí)，并且避免冷卻裝置的不必要使用，達(dá)到節(jié)能的目的。所述優(yōu)化選擇方法如下(a)采用劉延雷等在《高壓氫氣快充溫升控制及泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究》中所述高壓氫氣快充溫升數(shù)值模型，所不同之處在于加注前車載儲(chǔ)氫容器的初始溫度、環(huán)境溫度、以及車載儲(chǔ)氫容器入口溫度分別設(shè)置，可取不同的值。(b)采用劉延雷等在《高壓氫氣快充溫升控制及泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究》所述快充溫升實(shí)驗(yàn)方法研究溫升規(guī)律。由于35MPa下快充，采用樹脂澆鑄密封溫度傳感器引線的密封效果欠佳，所以溫升實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)專門定做傳感器引線密封接頭，保證快充時(shí)引線的密封效果。其它與《高壓氫氣快充溫升控制及泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究》。(c)采用(b)中所述實(shí)驗(yàn)方法得到的快充溫升數(shù)據(jù)，對(duì)(a)中所述快充溫升模型進(jìn)行驗(yàn)證，并跟據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整快充溫升模型中相關(guān)參數(shù)。(d)使用快充溫升模型對(duì)不同加注條件下的加注過程進(jìn)行計(jì)算，并擬合出如下形式的溫升計(jì)算公式Tnse=p(a-bv-+c-T1+d-Tain+e-Tm-f-P1)’式中a、b、C、d、e、f為擬合公式中的擬合系數(shù)，根據(jù)快充溫升數(shù)值模型的計(jì)算結(jié)果，通過擬合得出。為多級(jí)加注過程的溫升，Vfflass為多級(jí)加注過程中氫氣的平均質(zhì)量流量，T1為車載儲(chǔ)氫容器初始溫度，Taffl為環(huán)境溫度，Tin為車載儲(chǔ)氫容器入口處的氫氣平均溫度，P1為車載儲(chǔ)氫容器加注前的初始?jí)毫?。β為多?jí)加注時(shí)考慮取氣氣源的切換以及車載儲(chǔ)氫容器入口溫度變化對(duì)溫升結(jié)果的影響，所引入的安全系數(shù)。(e)采用以下公式對(duì)加注過程中的質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)算IΓ(Wi2γηfηHoS0,P0(V0-CiR)1-上-2aR(p-p0)γFo-IIP0Jη__\_=_=_qs--；-C\ρ1γ°(v0-aR)—+aRΙΡοJq=Cdqs上式中，qs為等熵條件下的質(zhì)量流量，S0為加氫軟管的流通面積，P0為加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力，P為加注過程中車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的壓力，V0為加氫站固定儲(chǔ)氫罐的比體積，Y0=1-4,a=1.9155X10_6K/Pa，R為氣體常數(shù)，R=4124.3J/(kg.K)，q為實(shí)際質(zhì)量流量，Cd為流量系數(shù)，主要與加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力以及車載儲(chǔ)氫容器與加氫站固定儲(chǔ)氫罐之間的壓力比有關(guān)，可通過在加氫站試運(yùn)行過程中，記錄每次加注過程的流量曲線、車載儲(chǔ)氫容器壓力變化曲線及加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力，然后對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到Cd的計(jì)算公式。(f)將(e)中所述質(zhì)量流量計(jì)算公式代入到李磊等在《加氫站高壓氫系統(tǒng)工藝參數(shù)研究》中所述的一維氫氣快充溫升模型中，針對(duì)不同加注初始條件下的加注過程，計(jì)算平均質(zhì)量流量及加注用時(shí)。將結(jié)果分別用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到可快速計(jì)算加注過程平均質(zhì)量流量的BP網(wǎng)絡(luò)Iietvmass及計(jì)算加注用時(shí)的BP網(wǎng)絡(luò)nettime。(g)采用以下優(yōu)化模型對(duì)多級(jí)加注過程進(jìn)行優(yōu)化<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>式中ζ”ζπ、ζΙΠ分別表示從低壓級(jí)、中壓級(jí)和高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)的針閥開度，IY表示規(guī)定的溫度下限，用于防止過度充裝Ju為規(guī)定的溫度上限，用于保證儲(chǔ)氫容器的裝滿率。IY與Tu根據(jù)實(shí)際要求給出。由于耐高壓管件等的最低許可溫度為-40°c，因此入口溫度Tin應(yīng)小于-40°C。Tfinal為加注結(jié)束時(shí)車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的溫度。td為規(guī)定的加注用時(shí)上限，如對(duì)于小轎車可規(guī)定3分鐘。y為優(yōu)化模型的適應(yīng)度函數(shù)，t為加注用時(shí)，λ為懲罰因子，應(yīng)取較大值，如300或更大。如果優(yōu)化后t>td，則執(zhí)行Tin=Tin-ΔT，直至t彡td。最后將優(yōu)化后的Tin、ζ工、ζπ和ζΠΙ與對(duì)應(yīng)其加注的初始條件進(jìn)行保存。(2)可編程控制器根據(jù)加注的初始條件，查詢得到從不同壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)的針閥開度值及是否需要降低車載儲(chǔ)氫容器入口溫度；如果需要降低，還將給出需要達(dá)到的降溫后的入口溫度值。(3)根據(jù)可編程控制器查詢到的數(shù)據(jù)，將針閥設(shè)置為相應(yīng)標(biāo)定位置，進(jìn)行加注操作；加注過程中，如果需要降低車載儲(chǔ)氫容器入口溫度，可編程控制器將實(shí)時(shí)根據(jù)測(cè)得的實(shí)際入口溫度及需要達(dá)到的入口溫度之間的差值，對(duì)冷卻裝置的冷卻劑流量進(jìn)行反饋控制，使得實(shí)際入口溫度降至與需要達(dá)到的入口溫度接近的值。以上優(yōu)化加注方法，以溫升和加注用時(shí)的計(jì)算為基礎(chǔ)，通過數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，以車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)溫度和加注用時(shí)為約束條件，使多級(jí)加注過程用時(shí)最短。由于其溫升計(jì)算公式根據(jù)快充溫升數(shù)值模型的結(jié)果擬合得出，且溫升快充數(shù)值模型通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，因此優(yōu)化加注方法以溫升為約束條件，可以將實(shí)際加注過程中車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。由于優(yōu)化加注方法所調(diào)用的結(jié)果來源于數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，且數(shù)學(xué)優(yōu)化模型以加注用時(shí)為優(yōu)化目標(biāo)并對(duì)其上限值進(jìn)行規(guī)定，因此該優(yōu)化加注方法可以有效地縮短加注用時(shí)，并使得實(shí)際加注過程在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。同時(shí)，當(dāng)優(yōu)化得到的加注用時(shí)無法滿足規(guī)定時(shí)，數(shù)學(xué)優(yōu)化模型采用了每次優(yōu)化中適當(dāng)降低車載儲(chǔ)氫容器入口溫度的方式，直至優(yōu)化后的加注用時(shí)滿足規(guī)定，因此本專利所述的優(yōu)化加注方法還能有效避免了冷卻裝置的不必要使用，有一定節(jié)能效果。順序取氣程序使加注系統(tǒng)按照低——中——高的取氣順序取氣。當(dāng)燃料電池汽車23進(jìn)入加氫站后，順序取氣程序根據(jù)車輛的初始?jí)毫?、溫度和?guī)定充裝壓力等信息，判斷多級(jí)儲(chǔ)氫罐能否將車輛加滿。如果可以，當(dāng)某個(gè)壓力級(jí)別的儲(chǔ)氫罐與車載儲(chǔ)氫容器的壓力差小于設(shè)定值或質(zhì)量流量低于設(shè)定值，而車載儲(chǔ)氫容器未達(dá)到規(guī)定的充裝壓力時(shí)，自動(dòng)切換至更高壓力級(jí)別的儲(chǔ)氫罐進(jìn)行取氣，并依次類推；否則停止從多級(jí)儲(chǔ)氫罐取氣。由于溫升與加注速率的優(yōu)化控制程序已顯著地縮短了加注時(shí)間，因此，順序取氣程序中取氣切換時(shí)的壓力差或質(zhì)量流量可設(shè)較小的值，從而確保多級(jí)儲(chǔ)氫罐系統(tǒng)具有高取氣率。順序取氣程序通過對(duì)加氫站儲(chǔ)氫罐進(jìn)行壓力分級(jí)，按照低——中——高的順序取氣以提高加氫站儲(chǔ)氫系統(tǒng)的取氣率。加氫站多級(jí)儲(chǔ)氫系統(tǒng)中各儲(chǔ)氫罐間的切換，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻所加注氫氣的質(zhì)量差或固定儲(chǔ)氫罐與車載儲(chǔ)氫容器之間的壓力差進(jìn)行，切換時(shí)的加注速率或壓力差預(yù)先設(shè)定。實(shí)際加注時(shí)，加注速率主要通過針閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成加注操作，并在很大程度上節(jié)省加注用時(shí)；切換時(shí)的加注速率或壓力差的取值對(duì)加注用時(shí)影響相對(duì)較小，因此，可以設(shè)置較低的加注速率或壓力差作為切換條件，以進(jìn)一步提高加氫站多級(jí)儲(chǔ)氫罐的取氣率。順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序是基于對(duì)補(bǔ)氣過程的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型首先，在加氫站的設(shè)計(jì)階段，根據(jù)實(shí)際加氫能力要求，對(duì)壓縮機(jī)的型號(hào)和數(shù)量、各儲(chǔ)氫罐的工作壓力和體積以及各儲(chǔ)氫罐開始補(bǔ)氣的壓力設(shè)定值進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，以加氫要求作為約束條件——如包括平均每天加注的氫氣量、高峰時(shí)段的加氫量和時(shí)間段等，以加注單位質(zhì)量氫氣的平均壓縮機(jī)能耗為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)按照高——中——低優(yōu)先級(jí)進(jìn)行補(bǔ)氣的補(bǔ)氣過程進(jìn)行優(yōu)化，并保存相應(yīng)的優(yōu)化結(jié)果。然后，在此之上，順序補(bǔ)氣優(yōu)化控制程序根據(jù)優(yōu)化結(jié)果中各儲(chǔ)氫罐開始補(bǔ)氣的壓力設(shè)定值，判斷各儲(chǔ)氫罐壓力是否以達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)某個(gè)壓力級(jí)別的儲(chǔ)氫罐壓力低至設(shè)定值時(shí)，則啟動(dòng)壓縮機(jī)組對(duì)該儲(chǔ)氫罐進(jìn)行補(bǔ)氣；若各儲(chǔ)氫罐補(bǔ)氣時(shí)間產(chǎn)生沖突，按照高——中——低的優(yōu)先順序補(bǔ)氣。順序補(bǔ)氣控制程序通過按照事先優(yōu)化好的補(bǔ)氣壓力設(shè)定值，對(duì)儲(chǔ)氫罐按高——中——低的優(yōu)先順序進(jìn)行補(bǔ)氣，從而有效地降低系統(tǒng)的壓縮能耗。順序補(bǔ)氣控制程序判斷壓力傳感器810測(cè)得的高壓級(jí)、中壓級(jí)、低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐57的壓力值是否達(dá)到優(yōu)化得到的壓力設(shè)定值。如某個(gè)儲(chǔ)氫罐的壓力達(dá)到設(shè)定值，則啟動(dòng)壓縮機(jī)組1，并打開相應(yīng)補(bǔ)氣管路的電磁閥24對(duì)該儲(chǔ)氫罐進(jìn)行補(bǔ)氣，如果各儲(chǔ)罐補(bǔ)氣時(shí)發(fā)生沖突，則根據(jù)壓力級(jí)別關(guān)閉較低壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐補(bǔ)氣管路中的電磁閥。實(shí)施例1溫升與加注速率的優(yōu)化控制為燃料電池汽車23加注高壓氫氣時(shí)，可編程控制器27接收到通訊接口25傳遞的車載儲(chǔ)氫容器型號(hào)信息、初始溫度和壓力信號(hào)、溫度傳感器24所測(cè)得的環(huán)境溫度以及壓力傳感器810所測(cè)得的加氫站固定儲(chǔ)氫罐壓力，在預(yù)先存儲(chǔ)于可編程控制器27的優(yōu)化結(jié)果中查詢，分別得到從低、中、高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐57取氣時(shí)針閥19的開度值，以及冷卻裝置14的相應(yīng)操作。由于優(yōu)化控制基于溫升的計(jì)算公式、加注用時(shí)的計(jì)算及高壓氫氣多級(jí)加注的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，以加注過程中車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的最高溫度值為約束條件，考慮到氫氣加注時(shí)的預(yù)冷卻處理，對(duì)車輛的加注用時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，因此，可以確保以較低的冷卻裝置能耗將車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的溫度控制在要求的范圍內(nèi)，并顯著地縮短加注時(shí)間。為具體說明對(duì)溫升與加注速率進(jìn)行優(yōu)化控制的效果，若加注過程中加氫站儲(chǔ)氫罐溫度、環(huán)境溫度和車載儲(chǔ)氫容器的初始溫度相同，采用本發(fā)明方法對(duì)以下多級(jí)加注過程進(jìn)行優(yōu)化加氫站高、中、低儲(chǔ)氫罐的體積和初始?jí)毫Ψ謩e為77MPa、2.5m3，47MPa、5m3和42MPa、5m3，車載儲(chǔ)氫容器為35MPa、150L的纖維全纏繞高壓儲(chǔ)氫氣瓶，加注時(shí)車載儲(chǔ)氫容器的初始?jí)毫?MPa，初始溫度依次為13°C、15°C、20°C、25°C和31°C，加氫站儲(chǔ)氫罐為車輛加氫，直至其剩余壓力不足以再將車載儲(chǔ)氫容器加至規(guī)定充裝壓力為止。規(guī)定的溫度上限Tu為85°C，溫度下限IY未做規(guī)定，規(guī)定的加注用時(shí)為5分鐘，加注過程不啟動(dòng)冷卻裝置。對(duì)溫升與加注速率進(jìn)行優(yōu)化控制的效果可從表1中看出。初始溫度為13°C、15°C、20°C、25°C和31°C下，進(jìn)行優(yōu)化控制后，平均每個(gè)車載儲(chǔ)氫容器的加注時(shí)間分別從未進(jìn)行優(yōu)化控制時(shí)的127.4s、154.5s,235.4s,314.8s和390.6s縮短至79.6s,83.7s、118.5s、160.Os和210.5s，分別縮短了47.8s,70.8s、116.9s、154.8s和180.Is。其中，初始溫度為31°C的情況下，優(yōu)化控制效果最為明顯，其將平均加注時(shí)間縮短了近3分鐘。從表1中還可以看出，對(duì)溫升與加注速率進(jìn)行優(yōu)化控制后，取氣率基本不變。對(duì)于不進(jìn)行優(yōu)化控制的多級(jí)加注過程，由于針閥在加注過程中始終采用相同的開度，為控制溫升，必須取較小的開度值；隨著所加注車輛數(shù)的增加，儲(chǔ)氫罐壓力不斷降低，力口注速率和溫升都將不斷下降，一開始采用的開度值顯得過于保守，無法有效地提高加注速率。而進(jìn)行優(yōu)化控制的多級(jí)加注過程，由于針對(duì)不同的加注條件——加氫站固定儲(chǔ)氫罐壓力、車載儲(chǔ)氫容器初始?jí)毫蜏囟鹊龋瑢?duì)多級(jí)加注過程進(jìn)行數(shù)學(xué)優(yōu)化，得到了不同加注條件下從不同壓力級(jí)別的儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)最合理的針閥開度值，因而不僅能將溫升控制在要求的范圍內(nèi)，還能夠顯著地縮短加注時(shí)間。以上是不啟動(dòng)冷卻裝置的優(yōu)化結(jié)果，如果按
發(fā)明內(nèi)容中所述的溫升與加注速率的優(yōu)化控制方法，在加注過程中配合使用冷卻裝置，加注速率將進(jìn)一步提高，且溫升的控制也更加靈活，如可將加注后車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的最高溫度控制在0°c50°C之間，從而提高實(shí)際加注的氫氣質(zhì)量，提高氫能車輛的行駛距離，同時(shí)避免了將車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的溫度控制得過低，所導(dǎo)致的溫度恢復(fù)至環(huán)境溫度后的過度超壓。表1初始溫度可充裝至額定壓。e力的氣瓶數(shù)量取氣率7；平均加注用時(shí)，S_^^__N___三級(jí)平衡加注10760.5%127.4-13---優(yōu)化后的三級(jí)加注10960.1%79.6三級(jí)平衡加注10560.7%154.5-15---優(yōu)化后的三級(jí)加注10859.9%83.7三級(jí)平衡加注2010260.8%235.4<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>實(shí)施例2順序取氣控制當(dāng)加注過程以加注速率作為切換條件時(shí)，可編程控制器27優(yōu)先發(fā)出控制信號(hào)，打開電磁閥13，從低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐7取氣，加注過程中根據(jù)通訊接口25處的壓力信號(hào)，判斷車載儲(chǔ)氫容器是否達(dá)到規(guī)定的充裝壓力，與此同時(shí)，判斷質(zhì)量流量計(jì)17、流量變送器18發(fā)送給可編程控制器27的當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻累計(jì)質(zhì)量流量的差值是否達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)測(cè)得車載儲(chǔ)氫容器的壓力達(dá)到規(guī)定的充裝壓力，而當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻所加注氫氣的質(zhì)量差尚未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，則停止加注操作。若車載儲(chǔ)氫容器的壓力尚未達(dá)到規(guī)定充裝壓力，而當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻所加注氫氣質(zhì)量的差值以降至設(shè)定值，則可編程控制器27發(fā)出信號(hào)關(guān)閉電磁閥13，并打開電磁閥12，開始從中壓級(jí)儲(chǔ)氫罐6進(jìn)行取氣，依次類推。在確?？焖儆行?、安全可靠取氣同時(shí)，儲(chǔ)氫罐系統(tǒng)具有高取氣率。實(shí)施例3順序補(bǔ)氣控制可編程控制器27根據(jù)壓力傳感器810測(cè)得的高、中、低壓級(jí)儲(chǔ)氫容器57的壓力，判斷其是否降至優(yōu)化結(jié)果中開始補(bǔ)氣的壓力值設(shè)定值，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的補(bǔ)氣壓力時(shí)，則啟動(dòng)壓縮機(jī)組1，并按照高——中——低的優(yōu)先順序，對(duì)電磁閥24執(zhí)行相應(yīng)的打開或關(guān)閉操作，完成對(duì)加氫站固定儲(chǔ)氫罐系統(tǒng)的順序補(bǔ)氣。在確保快速有效、安全可靠取氣，并具有最高的儲(chǔ)氫罐取氣率的同時(shí)，整個(gè)壓縮機(jī)組1始終以最低能耗運(yùn)行。最后，需要注意的是，以上對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員顯然可對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中。本發(fā)明不局限于以上給出的實(shí)施例，技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明作出的改進(jìn)和修改都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注系統(tǒng)，包括補(bǔ)氣系統(tǒng)、加注系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述補(bǔ)氣系統(tǒng)包括高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐、中壓級(jí)儲(chǔ)氫罐和低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐，壓縮機(jī)組通過管路分三路經(jīng)由電磁閥連接至三級(jí)儲(chǔ)氫罐；其特征在于，所述的三級(jí)儲(chǔ)氫罐通過管路分三路經(jīng)由三個(gè)電磁閥后再并為一路，然后依次連接至加注系統(tǒng)的冷卻裝置、過濾器、出口電磁閥、針閥、拉脫閥、加氫軟管和加氫槍；所述控制系統(tǒng)包括一個(gè)可編程控制器，分別通過信號(hào)線連接至前述各電磁閥、三級(jí)儲(chǔ)氫罐上的壓力傳感器、測(cè)量環(huán)境溫度的溫度傳感器、冷卻裝置、車載儲(chǔ)氫容器與加氫站之間的通訊接口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加注系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻裝置與加氫軟管之間的管路上，還設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)，可編程控制器通過信號(hào)線經(jīng)流量變送器連接至質(zhì)量流量計(jì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加注系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程控制器還通過信號(hào)線連接至顯示屏。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加注系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程控制器還通過信號(hào)線連接至上位工控機(jī)。5.一種基于權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)中所述加注系統(tǒng)的基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法，是以溫升控制為約束條件，以加注時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)，具體包括下述步驟(1)建立內(nèi)置于可編程控制器中的數(shù)據(jù)庫，用于記錄相應(yīng)加注初始條件及針閥開度值對(duì)應(yīng)關(guān)系；所述加注初始條件為車載儲(chǔ)氫容器的初始溫度與壓力、環(huán)境溫度、三級(jí)儲(chǔ)氫罐的實(shí)際壓力，優(yōu)化選擇從不同壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐取氣所需針閥開度，使車載儲(chǔ)氫容器的溫度控制在容器材質(zhì)允許范圍內(nèi)，且加注用時(shí)最短；所述優(yōu)化選擇的方法為(a)采用高壓氫氣快充溫升數(shù)值模型，對(duì)加注前車載儲(chǔ)氫容器的初始溫度、環(huán)境溫度、以及車載儲(chǔ)氫容器入口溫度分別設(shè)置；通過快充溫升實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)對(duì)快充溫升數(shù)值模型進(jìn)行驗(yàn)證，并跟據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整相關(guān)參數(shù)；(b)使用快充溫升數(shù)值模型對(duì)不同加注條件下的加注過程進(jìn)行計(jì)算，并擬合出如下溫升計(jì)算公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中a、c、b、d、e、f為根據(jù)快充溫升數(shù)值模型的計(jì)算結(jié)果擬合得出的擬合系數(shù)；Vmass為多級(jí)加注過程中氫氣的平均質(zhì)量流量，為車載儲(chǔ)氫容器初始溫度，Taffl為環(huán)境溫度，Tin為車載儲(chǔ)氫容器入口處的氫氣平均溫度，Pi為車載儲(chǔ)氫容器加注前的初始?jí)毫Γ?為多級(jí)加注時(shí)所引入的安全系數(shù)，根據(jù)取氣氣源的切換以及車載儲(chǔ)氫容器入口溫度變化對(duì)溫升結(jié)果的影響來確定；(c)采用以下公式對(duì)加注過程中的質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>上式中，qs為等熵條件下的質(zhì)量流量，s0為加氫軟管的流通面積，Po為加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力，vQ為加氫站固定儲(chǔ)氫罐的比體積，Y^=1.4，a=1.9155X10_6K/Pa，R為氣體常數(shù)，R=4124.3J/(kg.K)，q為實(shí)際質(zhì)量流量；Cd為流量系數(shù)，與加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力以及車載儲(chǔ)氫容器與加氫站固定儲(chǔ)氫罐之間的壓力比有關(guān)，可通過在加氫站試運(yùn)行過程中記錄每次加注過程的流量曲線、車載儲(chǔ)氫容器壓力變化曲線及加氫站固定儲(chǔ)氫罐的壓力，然后對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到Cd的計(jì)算公式；(d)將(c)中所述質(zhì)量流量計(jì)算公式代入一維快充溫升模型中，針對(duì)不同加注初始條件下的加注過程，計(jì)算平均質(zhì)量流量及加注用時(shí)；將結(jié)果分別用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到可快速計(jì)算加注過程平均質(zhì)量流量的BP網(wǎng)絡(luò)netVmass及計(jì)算加注用時(shí)的BP網(wǎng)絡(luò)nettime；(e)采用以下優(yōu)化模型對(duì)多級(jí)加注過程進(jìn)行優(yōu)化<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中q、(n、分別表示從低壓級(jí)、中壓級(jí)和高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)的針閥開度，IY表示規(guī)定的溫度下限，用于防止過度充裝Ju為規(guī)定的溫度上限，用于保證儲(chǔ)氫容器中實(shí)際充裝的氫氣質(zhì)量；入口溫度Tin應(yīng)小于-40°C，Tfinal為加注結(jié)束時(shí)車載儲(chǔ)氫容器內(nèi)的溫度，td為規(guī)定的加注用時(shí)上限；y為優(yōu)化模型的適應(yīng)度函數(shù)，t為加注用時(shí)，A為懲罰因子；如果優(yōu)化后t>td，則執(zhí)行Tin=Tin-AT，直至t彡td；最后將優(yōu)化后的Tin、4工、4n禾P4In對(duì)應(yīng)其加注初始條件保存至可編程控制器中的數(shù)據(jù)庫；(2)可編程控制器根據(jù)加注的初始條件，查詢得到從不同壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)的針閥開度值；(3)根據(jù)可編程控制器查詢到的數(shù)據(jù)，將針閥設(shè)置為相應(yīng)標(biāo)定位置，進(jìn)行加注操作。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的優(yōu)化加注方法，其特征在于，所述步驟(2)中，如查詢時(shí)顯示需要降低車載儲(chǔ)氫容器的入口氫氣溫度，則可編程控制器對(duì)冷卻裝置的溫度調(diào)控部件進(jìn)行反饋控制，將車載儲(chǔ)氫容器的入口氫氣溫度控制在要求的范圍內(nèi)；在調(diào)整入口氫氣溫度后，顯示此時(shí)對(duì)應(yīng)的針閥開度值。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的優(yōu)化加注方法，其特征在于，通過對(duì)加氫站的儲(chǔ)氫罐進(jìn)行壓力分級(jí)，按照低壓級(jí)儲(chǔ)氫罐、中壓級(jí)儲(chǔ)氫罐和高壓級(jí)儲(chǔ)氫罐的順序來取氣，以提高系統(tǒng)的取氣率；各儲(chǔ)氫罐間的切換動(dòng)作根據(jù)事先設(shè)定的氫氣的加注速率或儲(chǔ)氫罐與車載儲(chǔ)氫容器之間的壓力差進(jìn)行。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的優(yōu)化加注方法，其特征在于，為降低壓縮機(jī)系統(tǒng)的能耗，根據(jù)加氫要求設(shè)置用于壓縮機(jī)組啟動(dòng)的儲(chǔ)氫罐壓力設(shè)定值；如某個(gè)儲(chǔ)氫罐的壓力低至設(shè)定值，則啟動(dòng)壓縮機(jī)組并打開相應(yīng)補(bǔ)氣管路的電磁閥對(duì)該儲(chǔ)氫罐進(jìn)行補(bǔ)氣；如果各儲(chǔ)氫罐的補(bǔ)氣發(fā)生沖突，則根據(jù)壓力級(jí)別關(guān)閉較低壓力級(jí)別的儲(chǔ)氫罐補(bǔ)氣管路中的電磁閥，優(yōu)先對(duì)更高壓力級(jí)別的儲(chǔ)氫罐進(jìn)行補(bǔ)氣。全文摘要本發(fā)明涉及可再生、清潔環(huán)保的新能源領(lǐng)域，旨在提供一種基于溫升與能耗控制的加氫站氫氣優(yōu)化加注方法及其系統(tǒng)。該方法包括建立內(nèi)置于可編程控制器中的數(shù)據(jù)庫，用于記錄相應(yīng)加注初始條件及針閥開度值對(duì)應(yīng)關(guān)系；可編程控制器根據(jù)加注的初始條件，查詢得到從不同壓力級(jí)別儲(chǔ)氫罐取氣時(shí)的針閥開度值；根據(jù)可編程控制器查詢到的數(shù)據(jù)，將針閥設(shè)置為相應(yīng)標(biāo)定位置，進(jìn)行加注操作。本發(fā)明能以較低的冷卻裝置能耗運(yùn)行，并保證車載儲(chǔ)氫容器的溫度嚴(yán)格控制在要求的范圍內(nèi)，且顯著地縮短加注時(shí)間；從而使整個(gè)系統(tǒng)能夠快速有效、安全可靠地為車輛加注高壓氫氣，并具有高取氣率和低能耗等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)F17C5/04GK101832467SQ201010190460公開日2010年9月15日申請(qǐng)日期2010年6月3日優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日發(fā)明者葉建軍,唐萍,徐平,楊健,趙磊,鄭津洋申請(qǐng)人:浙江大學(xué)