阅读说明：本技术 加氢站冷水机组冷冻水流量调节方法及系统 (Method and system for adjusting chilled water flow of water chilling unit of hydrogen station ) 是由 方沛军 宣锋 李美林 姜方 伍远安 曹俊 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及冷却系统控制领域,提供一种加氢站冷水机组冷冻水流量调节方法及系统,包括：获取加氢管路氢气数据、车载瓶氢气数据和车载瓶充满状态氢气数据；设置车载瓶充装结束时允许的温度最大值,计算获得车载瓶与环境换热量；通过车载瓶充装结束时允许的温度最大值、车载瓶与环境换热量和车载瓶充满状态氢气数据,计算获得管路氢气最高允许温度；通过站控系统获取管路氢气当前温度,通过管路氢气最高允许温度和管路氢气当前温度对冷冻水流量进行调节。本发明有效避免“大流量小温差”的现象从而减小冷水机组的能耗,计算方法考虑了车载瓶与周围环境的换热,更贴近实际的加氢过程,减小了计算误差。(The invention relates to the field of cooling system control, and provides a method and a system for adjusting the flow of chilled water of a cold water unit of a hydrogenation station, wherein the method comprises the following steps: acquiring hydrogen data of a hydrogenation pipeline, hydrogen data of a vehicle-mounted bottle and hydrogen data of a full state of the vehicle-mounted bottle; setting the maximum temperature value allowed when the vehicle-mounted bottle is filled, and calculating to obtain the heat exchange quantity between the vehicle-mounted bottle and the environment; calculating to obtain the highest allowable temperature of the pipeline hydrogen according to the maximum allowable temperature when the vehicle-mounted bottle is filled, the heat exchange quantity between the vehicle-mounted bottle and the environment and the hydrogen data of the full state of the vehicle-mounted bottle; the current temperature of the pipeline hydrogen is obtained through a station control system, and the flow of the chilled water is adjusted through the maximum allowable temperature of the pipeline hydrogen and the current temperature of the pipeline hydrogen. The method effectively avoids the phenomenon of large flow and small temperature difference, so that the energy consumption of the water chilling unit is reduced, the heat exchange between the vehicle-mounted bottle and the surrounding environment is considered, the method is closer to the actual hydrogenation process, and the calculation error is reduced.)

加氢站冷水机组冷冻水流量调节方法及系统

技术领域

本发明涉及冷却系统控制领域，尤其涉及一种加氢站冷水机组冷冻水流量调节方法及系统。

背景技术

随着氢燃料电池汽车在国内快速的发展应用，为燃料电池提供氢源的加氢站的建设需求量也不断加大。而加氢站作为氢气生产、储运和加注的全流程中心，其安全问题值得注重。由于氢气在高温条件下易燃易爆特性，因此加氢站在运营中要尤为注重氢气的温度控制。

为了避免氢气温度不能满足满负荷运行条件下的安全要求，加氢站设计时通常选用出水温度较低的大功率冷水机组来提供加氢前冷却氢气所需的冷量。但往往加氢站的运行不会处于满负荷条件下，这就导致冷水机组在冷冻水流量不变的情况下运行时的制冷量会在实际中有较大的余量，从而造成“大流量小温差”的现象，使机组整体在满足制冷量的同时具有较大的能耗浪费。

目前加氢站预冷系统运行的控制只考虑通过车载气瓶的状态来判别冷水机组的启闭，未同时考虑管路上的氢气状态以及车载瓶会向周围环境传递热量，且通过调节加氢速率来控制温升属于被动控温，未考虑通过调节冷冻水流量实现主动精准控温。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于，解决现有技术中，加氢站预冷系统的控制未同时考虑管路上的氢气状态以及车载瓶会向周围环境传递热量，导致无法实现主动精准控温的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种加氢站冷水机组冷冻水流量调节方法，包括：

S1：通过站控系统获取加氢管路氢气数据，通过车载监控系统获取车载瓶氢气数据和车载瓶充满状态氢气数据；

S2：设置车载瓶充装结束时允许的温度最大值T_max，通过所述加氢管路氢气数据、所述车载瓶氢气数据、所述车载瓶充满状态氢气数据和所述车载瓶充装结束时允许的温度最大值T_max，计算获得车载瓶与环境换热量Q_S；

S3：通过所述车载瓶充装结束时允许的温度最大值T_max、所述车载瓶与环境换热量Q_S和所述车载瓶充满状态氢气数据，计算获得管路氢气最高允许温度T；

S4：通过所述站控系统获取管路氢气当前温度T₁和当前流量m₁，通过所述管路氢气最高允许温度T、所述管路氢气当前温度T₁和所述当前流量m₁对冷冻水流量进行调节。

优选地，步骤S1中，所述加氢管路氢气数据包括：加氢管路中氢气的温度T₁和压力P₁；

所述车载瓶氢气数据包括：车载瓶内氢气的温度T₂、压力P₂和质量M₂；

所述车载瓶充满状态氢气数据包括：车载瓶充满状态氢气的压力P₀和总质量M₀。

优选地，步骤S2中，所述车载瓶与环境换热量Q_S的计算公式如下：

Q_s＝M₀c_v0T_max-M₂c_v2T₂-(M₀-M₂)c_p1T₁

其中，c_v0为车载瓶充满状态氢气的定容比热容，c_v2为未开始充装时车载瓶内氢气的定容比热容，c_p1为加氢管路中氢气的定压比热容，T_max为车载瓶充装结束时允许的温度最大值。

优选地，步骤S3中，所述管路氢气最高允许温度T的计算公式如下：

其中，V为车载瓶的总体积，c_p为加氢管路中氢气处于管路氢气最高允许温度T时的定压比热容，R为第一计算常数，α为第二计算常数。

优选地，步骤S4具体为：

S41：获取所述当前流量m₁,通过所述管路氢气最高允许温度T、所述管路氢气当前温度T₁和所述当前流量m₁，计算获得最佳出水流量m；

S42：将所述管路氢气当前温度T₁与所述管路氢气最高允许温度T进行比较，当T>T₁时，减小冷水机组出水流量，直至减小至所述最佳出水流量m；当T＝T₁时，维持冷水机组出水流量不变；当T<T₁时，增大冷水机组出水流量，直至增大至所述最佳出水流量m。

优选地，步骤S41中，所述最佳出水流量m的计算公式如下：

其中，c为冷冻水的比热容，Δt为冷水机组的供回水温差，m₁为当前流量，c_p1为加氢管路中氢气的定压比热容。

一种加氢站冷水机组冷冻水流量调节系统，用于实现上述的加氢站冷水机组冷冻水流量调节方法，包括：站控系统、加氢机、加氢管道、燃料电池车、车载监控系统、冷水机组和调节阀门；

所述站控系统与所述加氢机电性连接，所述加氢机与所述燃料电池车连接，所述加氢管道设置于所述加氢机的内部，所述车载监控系统位于所述加氢机的内部，所述加氢机的进水口与所述调节阀门的一端和所述冷水机组的出水口连接，所述加氢机的出水口与所述调节阀门的另一端和所述冷水机组的进水口连接。

本发明具有以下有益效果：

有效避免“大流量小温差”的现象从而减小冷水机组的能耗，计算方法考虑了车载瓶与周围环境的换热，更贴近实际的加氢过程，减小了计算误差。

附图说明

图1为本发明实施例方法流程图；

图2为本发明实施例系统结构图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明提供一种加氢站冷水机组冷冻水流量调节方法，包括：

S1：通过站控系统获取加氢管路氢气数据，通过车载监控系统获取车载瓶氢气数据和车载瓶充满状态氢气数据；

S2：设置车载瓶充装结束时允许的温度最大值T_max，通过所述加氢管路氢气数据、所述车载瓶氢气数据、所述车载瓶充满状态氢气数据和所述车载瓶充装结束时允许的温度最大值T_max，计算获得车载瓶与环境换热量Q_S；

S3：通过所述车载瓶充装结束时允许的温度最大值T_max、所述车载瓶与环境换热量Q_S和所述车载瓶充满状态氢气数据，计算获得管路氢气最高允许温度T；

S4：通过所述站控系统获取管路氢气当前温度T₁和当前流量m₁，通过所述管路氢气最高允许温度T、所述管路氢气当前温度T₁和所述当前流量m₁对冷冻水流量进行调节。

本实施例步骤S1中，所述加氢管路氢气数据包括：加氢管路中氢气的温度T₁和压力P₁；

所述车载瓶氢气数据包括：车载瓶内氢气的温度T₂、压力P₂和质量M₂；

所述车载瓶充满状态氢气数据包括：车载瓶充满状态氢气的压力P₀和总质量M₀。

本实施例步骤S2中，将车载瓶充装结束时允许的温度最大值T_max设置为75℃(车载瓶的安全工作温度为85℃以下，留有10℃的设计余量)，由于燃料电池车在充装过程中，车载瓶内温度上升会逐渐高于外界环境温度，因此车载瓶会向周围环境传递热量，所述车载瓶与环境换热量Q_S的计算公式如下：

Q_s＝M₀c_v0T_max-M₂c_v2T₂-(M₀-M₂)c_p1T₁

其中，c_v0为车载瓶充满状态氢气的定容比热容，c_v2为未开始充装时车载瓶内氢气的定容比热容，c_p1为加氢管路中氢气的定压比热容，T_max为车载瓶充装结束时允许的温度最大值。

本实施例步骤S3中，计算使得车载瓶充装结束时的温度不超过75℃的条件下，管路氢气最高允许温度T的值；

所述管路氢气最高允许温度T的计算公式如下：

其中，V为车载瓶的总体积，c_p为加氢管路中氢气处于管路氢气最高允许温度T时的定压比热容，R为第一计算常数，α为第二计算常数。

本实施例中，步骤S4具体为：

S41：获取所述当前流量m₁，通过所述管路氢气最高允许温度T、所述管路氢气当前温度T₁和所述当前流量m₁，计算获得最佳出水流量m；

S42：将所述管路氢气当前温度T₁与所述管路氢气最高允许温度T进行比较，当T>T₁时，减小冷水机组出水流量，直至减小至所述最佳出水流量m；当T＝T₁时，维持冷水机组出水流量不变；当T<T₁时，增大冷水机组出水流量，直至增大至所述最佳出水流量m。

本实施例中，步骤S41中，所述最佳出水流量m的计算公式如下：

其中，c为冷冻水的比热容，Δt为冷水机组的供回水温差，m₁为当前流量，c_p1为加氢管路中氢气的定压比热容。

参考图2，本发明提供一种加氢站冷水机组冷冻水流量调节系统，用于实现上述的加氢站冷水机组冷冻水流量调节方法，包括：站控系统、加氢机、加氢管道、燃料电池车、车载监控系统、冷水机组和调节阀门；

所述站控系统与所述加氢机电性连接，所述加氢机与所述燃料电池车连接，所述加氢管道设置于所述加氢机的内部，所述车载监控系统位于所述加氢机的内部，所述加氢机的进水口与所述调节阀门的一端和所述冷水机组的出水口连接，所述加氢机的出水口与所述调节阀门的另一端和所述冷水机组的进水口连接；

车载监控系统用于获取车载瓶氢气数据和车载瓶充满状态氢气数据；

站控系统用于获取加氢管路氢气数据，以及通过计算对冷水机组的出水量和调节阀门进行控制；

加氢机用于为燃料电池车加注氢气；

加氢管道用于加氢机内氢气输送；

冷水机组用于为整个系统提供冷却水；

调节阀门用于辅助调节冷却水的流量，避免冷水机组的压缩机频繁启停，增加冷水机组的使用寿命。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。