一种加氢站氢气充注过程的动态仿真方法技术

本申请提供一种加氢站氢气充注过程的动态仿真方法，该方法包括：获取加氢站的充注过程中所有部件；根据各个部件的控制方程及各个部件内气体状态的变化规律，确定各个部件的部件数学模型；根据所有部件的部件数学模型及充注过程的特点，确定充注过程的过程数学模型；求解过程数学模型，得到充注过程中任意时刻每个部件进出口气体的状态参数，实现充注过程的动态仿真。该方案可实现对加氢站充注过程的动态仿真，并具有过程预测、能耗分析和热力特性分析的功能，同时为加氢站系统的优化以及充注策略的制定奠定了基础，有利于推动加氢站基础设施的建设。设施的建设。设施的建设。

【技术实现步骤摘要】
一种加氢站氢气充注过程的动态仿真方法


[0001]本专利技术属于氢能
，特别涉及一种加氢站氢气充注过程的动态仿真方法。

技术介绍

[0002]氢能具有无污染、能量转化率和能量密度高、储存和制取方式多样等优点，被认为是最具发展潜力的可再生能源。氢燃料电池汽车作为氢能的重要利用方式之一，对于推动汽车产业能源结构的调整，助力“碳中和，碳达峰”目标的实现，具有重大的战略意义。燃料电池汽车的发展和商业化离不开加氢站基础设施的建设，然而加氢站的建设是现阶段制约我国氢能和燃料电池行业发展的重要瓶颈之一。
[0003]目前，我国加氢站有建设成本高、关键设备依赖进口、技术标准不统一等问题。

技术实现思路

[0004]本说明书实施例的目的是提供一种加氢站氢气充注过程的动态仿真方法。
[0005]为解决上述技术问题，本申请实施例通过以下方式实现的：
[0006]本申请提供一种加氢站氢气充注过程的动态仿真方法，该方法包括：
[0007]获取加氢站的充注过程中所有部件；
[0008]根据各个部件的控制方程及各个部件内气体状态的变化规律，确定各个部件的部件数学模型；
[0009]根据所有部件的部件数学模型及充注过程的特点，确定充注过程的过程数学模型；
[0010]求解过程数学模型，得到充注过程中任意时刻每个部件进出口气体的状态参数，实现充注过程的动态仿真。
[0011]由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，该方案：通过建立加氢站和燃料电池汽车全系统的数学模型，实现对加注过程的动态仿真，对于预测充注过程，进行能耗分析和热力特性分析具有重要意义。同时可为加氢站系统的优化以及加注策略的制定奠定基础，有利于推动加氢站基础设施的建设。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1为本申请提供的加氢站氢气充注过程的流程示意图；
[0014]图2为本申请提供的加氢站氢气充注过程的第一阶段加氢站内储氢容器向车载储氢容器的充注过程的流程示意图；
[0015]图3为本申请提供的加氢站氢气充注过程的第二阶段长管拖车中储氢容器向车载
储氢容器的充注过程的流程示意图；
[0016]图4为本申请提供的加氢站氢气充注过程的第三阶段长管拖车中储氢容器向车载储氢容器的充注过程的流程示意图；
[0017]图5为本申请提供的加氢站氢气充注过程的动态仿真方法的流程示意图；
[0018]图6为本申请提供的加氢站氢气充注过程的第一阶段迭代计算的流程框图；
[0019]图7为本申请提供的加氢站氢气充注过程的第二阶段或第三阶段迭代计算的流程框图；
[0020]图8为本申请实施例中第一阶段得到的结果图；
[0021]图9为本申请实施例中第一阶段和第三阶段得到的结果图；
[0022]图10为本申请实施例中第一阶段、第二阶段和第三阶段得到的结果图。
具体实施方式
[0023]为了使本
的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
[0024]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0025]在不背离本申请的范围或精神的情况下，可对本申请说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本申请的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
[0026]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。本申请中的“份”如无特别说明，均按质量份计。
[0027]相关技术中，加氢站建设成本高、关键设备依赖进口、技术标准不统一等，限制了我国加氢站基础设施的建设。
[0028]基于此，本申请提出一种加氢站氢气充注过程的动态仿真方法，该方法可以根据加氢站的充注过程中的各个部件的控制方程及各个部件内部气体状态的变化规律，确定各个部件的部件数学模型，结合各个部件的部件数学模型，确定充注过程中的过程数学模型，然后求解过程数学模块，可以得到充注过程中任意时刻的各个部件内部气体的状态参数，从而实现加氢站氢气充注过程的动态仿真。通过该方法可以预测充注过程，并分析充注过程的能耗及热力特性；另外，根据该动态仿真可以指导建设加氢站，优化加氢站，降低加氢站建设成本等，从而推动我国加氢站基础设施的建设。
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。
[0030]参照图1
‑
4，其示出了适用于本申请实施例提供的加氢站氢气充注过程的动态仿真方法的充注过程的流程示意图。
[0031]其中，如图1所示，氢气充注过程可以包括加氢站内储氢容器向车载储氢容器的充
注过程、长管拖车中储氢容器向车载储氢容器的充注过程、长管拖车中储氢容器向车载储氢容器的充注过程。
[0032]如图2所示为加氢站内储氢容器向车载储氢容器的充注过程的流程示意图，可以称该充注过程为第一阶段。该第一阶段的充注过程中包含的部件有加氢站内储氢容器(包括图1和图2中的高压储氢罐和低压储氢罐，也可以统称为站内储氢罐)、减压阀、换热器、车载储氢容器(即图1、图2和图3中的车载储氢瓶)，特别的是将考虑压损的部件如管道、质量流量计、拉断阀、软管等封装为压损模块(如图1
‑
图3中)，并且在流程中的三个不同位置考虑了压损，分别是站内储氢罐出口到减压阀前，减压阀后到加注机加氢枪，以及燃料电池汽车插座到车载储氢瓶。
[0033]如图3所示为长管拖车中储氢容器向车载储氢容器的充注过程的流程示意图，可以称该充注过程为第二阶段。该第二阶段的充注过程中包含的部件有长管拖车中储氢容器(图1、图3、图4中以长管拖车示出)、压缩机、减压阀、车载储氢瓶、压损模块、增压系统中的压缩机进排气换热器、级间换热器、及加注以及预冷系统中的换热器。
[0034]如图4所示为长管拖车中储氢容器向车载储氢容器的充注过程的流程示意图，可以称该充注过程为第三阶段。该阶段的充注过程中包含的部件有长管拖车中储氢容器、压缩机、增压系统中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加氢站氢气充注过程的动态仿真方法，其特征在于，所述方法包括：获取加氢站的充注过程中所有部件；根据各个所述部件的控制方程及各个所述部件内气体状态的变化规律，确定各个所述部件的部件数学模型；根据所有所述部件的部件数学模型及充注过程的特点，确定充注过程的过程数学模型；求解所述过程数学模型，得到充注过程中任意时刻每个所述部件进出口气体的状态参数，实现所述充注过程的动态仿真。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部件包括起点储氢容器、终点储氢容器、减压阀、压缩机、中间部件；所述中间部件包括换热器、压损部件；所述各个所述部件内气体状态的变化规律，包括：所述起点储氢容器涉及时间前后的状态转换；所述终点储氢容器涉及时间前后的状态转换及前一部件的状态；所述减压阀和所述压缩机涉及部件进出口的状态转换及与充注过程中某一部件的状态有关；所述中间部件涉及部件进出口的状态转换。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所有所述部件的部件数学模型及充注过程的特点，确定充注过程的过程数学模型，包括：根据充注过程的特点，确定充注过程的质量流量方程；所有所述部件的部件数学模型与所述质量流量方程，构成所述充注过程的过程数学模型。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据充注过程的特点，确定充注过程的质量流量方程，包括：若充注过程为加氢站内储氢容器向车载储氢容器的充注过程时，根据所述减压阀的开度确定充注过程中的质量流量方程；若充注过程为长管拖车中储氢容器向所述车载储氢容器的充注过程或所述长管拖车中储氢容器向所述加氢站内储氢容器的充注过程时，根据所述压缩机的容积效率和行程容积确定充注过程中的质量流量方程。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若充注过程为加氢站内储氢容器向车载储氢容器的充注过程时，所述求解所述过程数学模型，得到充注过程中任意时刻每个所述部件进出口气体的状态参数，包括：根据预设质量流量，确定对应的减压阀系数；根据各个所述部件的部件数学模型，求解各个所述部件内气体状态参数；根据所述车载储氢容器的压力与所述车载储氢容器的前一个部件出口处氢气的压力的绝对差值与第一误差，调节所述减压阀系数，直至充注过...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓晗，闫慧敏，史学利，王紫鑫，彭学院，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：