基于实时控制的加氢的集成控制系统、方法和装置与流程

本发明涉及为了氢燃料移动体而控制加氢/氢供给的技术，更具体地，涉及用于提高加氢/氢供给的效率并提高加氢/供给的速度和实时操作性的加氢过程。此外，本公开涉及用于该过程的控制方案和用于该控制方案的协议。

背景技术：

1、氢气车辆、氢气电动车辆、或者燃料电池电动车辆(fcev)指通过储存在车辆中的高压氢气与空气中的氧气的反应生成的电能驱动并且生成很少污染的车辆。

2、氢气电动车辆通过使用燃料电池系统使用氢气作为能源来发电。如本领域中已知的，氢气电动车辆不仅在发电的过程中排出纯水(h2o)蒸气，而且在行驶时去除空气中的超细粉尘，并且因此作为未来的环保移动体而引起关注。由于燃料(即，氢气)在地球上丰富并且能源生产处理是环保的，所以氢气电动车辆作为潜在地用于各行业的技术备受关注。

3、氢燃料移动体是指使用氢气作为能量源或使用氢气作为燃料生成电能以通过电能驱动电动机的移动体。

4、除了上述氢气电动车辆之外，氢燃料移动体可包括空中移动体以及工业卡车、火车、轮船和飞机，该工业卡车、火车、轮船和飞机使用氢气作为燃料生成电能并由电能驱动。

5、更一般地，本公开的技术理念的应用领域可进一步包括使用氢气作为能量源的建筑物和设施。

6、氢气电动车辆通过将安全存储在氢气燃料存储存罐中的高压氢气和通过空气供应系统引入的氧气供应至燃料电池组并使氢气和氧气之间发生电化学反应来生成电能。在燃料电池组中生成的电能通过电动机转换成动能以驱动氢气电动车辆，并且运行的氢气电动车辆通过排出口仅排出纯水蒸气。

7、类似于内燃机车辆中的发动机，燃料电池系统向车辆提供动力。燃料电池，也称为“三级电池”，是生成驱动氢气电动车辆所需的电能的单元。燃料电池通过氢气和氧气之间的电化学反应将化学能转化为电能。由这些反应生成的电能源自纯化学反应而不像化石燃料那样生成任何排放气体(如二氧化碳)。燃料电池通常按照燃料或电解质的类型来分类。领先的燃料电池技术可包括质子交换膜燃料电池(pemfc)、固体氧化物燃料电池(sofc)和熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)。使用氢气电动车辆中的燃料电池生成电力的组件包括燃料电池组、氢气供应系统和空气供应系统、以及热管理系统。

8、在燃料电池组中有效生成电能需要操作机构的辅助。在该操作机构中的数个装置中，氢气供应系统起到将安全储存在氢气燃料储存罐中的氢气的压力条件从高压改变到低压并输送到燃料电池组的作用。此外，氢气供应系统可通过再循环通过再循环管线而增加氢气供应效率。

9、热管理系统可将在燃料电池组经历电化学反应时生成的热释放至外部并且使冷却水循环以将燃料电池组的温度维持在特定范围内。热管理系统可影响燃料电池组的输出和寿命。

10、除了氢气电动车辆之外的氢燃料汽车也是使用氢作为燃料的车辆。该氢燃料的汽车是由电动机驱动的，该电动机通过直接燃烧发动机中的氢气所生成的热量而旋转。用于为氢燃料汽车加氢/供应氢的方法与用于氢气电动车辆的加氢/氢供应方法没有很大不同。

11、用于为以氢为燃料的移动体加氢或供应氢的控制方案旨在控制加氢/氢供应从而使得在燃料电池侧的压缩储氢系统(chss)的温度(t)和压力(p)被维持在某一温度极限和压力极限以下以确保安全性。

12、在常规氢气电动车辆中的加氢/氢供应过程、控制方案及其协议在用于控制的有线/无线通信或计算技术变得成熟之前已经被规定，并且因此在它们的完全程度上没有利用最新信息和通信技术(ict)。

13、因此，氢气电动车辆中的传统加氢/供应子系统是低效的、缓慢的，并且不适合于大规模的加氢。

技术实现思路

1、技术问题

2、为了解决上述课题，本发明的目的在于，在安全地进行氢燃料的加注/供给的同时，提高加氢/氢供给过程的效率，并且提高加氢/氢供给过程的速度和实时操作性。

3、本发明的目的是通过以满足低于安全极限的条件的最高和最佳加注速度执行燃料加注操作来减少燃料加注在可获得范围内所需的时间。

4、本发明的目的是主动地控制所需预冷量和实际预冷量以优化加氢站的冷却负荷并提高充氢站的操作效率。

5、本公开的目的是提供一种控制方案，该控制方案通过简单地通过某些学习或训练过程来更新控制逻辑而可应用于新装置，并且因此可广泛地应用于各种移动体领域。

6、本披露的目的是提供一种在车辆中的储存罐中的单独的冷却系统，以便能够增加燃料加注速度并且允许主动地处理储存罐的过热并且改进氢燃料移动体的安全性。

7、技术方案

8、根据示例性实施方式的一方面，一种用于氢燃料移动体的加氢控制方法是一种为了氢燃料移动体而集成地控制加氢的方法，并且该方法可包括：获取当前状态测量值；基于该当前状态测量值确定是否除了在分配器侧执行的第一控制命令还需要用于加氢站和/或氢燃料移动体中的至少一者的第二控制命令；以及根据确定结果生成用于加氢站和/或氢燃料移动体中的至少一者的第二控制命令。

9、用于加氢站的第二控制命令可包括用于调节加氢站的预冷却温度的目标值的命令。

10、用于氢燃料移动体的第二控制命令可以包括用于冷却氢燃料移动体的压缩储氢系统(chss)的命令。

11、加氢控制方法可进一步包括：确定当前状态测量值是否满足约束。

12、该约束可以包括如下条件：氢燃料移动体的压缩储氢系统(chss)的温度和压力分别不超过温度极限和压力极限。

13、加氢控制方法还可包括：基于当前状态测量值，生成在分配器侧执行的第一控制命令。

14、第一控制命令可以包括用于加氢的压力斜坡率(prr)的控制命令。

15、生成第一控制命令的操作可以包括：基于模拟结果和当前状态测量值的现场实际数据生成第一控制命令。

16、生成第一控制命令的操作可包括：基于当前状态测量值，通过使用模型预测控制技术来生成第一控制命令。

17、生成第一控制命令的操作可包括：基于接收当前状态测量值作为输入的人工神经网络的输出生成第一控制命令。

18、根据示例性实施方式的另一方面，一种用于氢燃料移动体的加氢控制装置是一种装置，该装置用于集成地控制用于氢燃料移动体的加氢，该装置包括：处理器；以及存储器，被配置为存储至少一个程序指令。所述处理器执行所述至少一个程序指令以：获取当前状态测量值；基于当前状态测量值确定除了在分配器侧执行的第一控制命令之外，是否还需要用于加氢站和/或氢燃料移动体中的至少一者的第二控制命令；以及根据确定结果生成用于加氢站和/或氢燃料移动体中的至少一者的第二控制命令。

19、处理器可被配置为确定当前状态测量值是否满足约束。

20、该处理器可以被配置为基于当前状态测量值生成在分配器侧执行的第一控制命令。

21、处理器可以被配置为基于模拟结果和当前状态测量值的现场实际数据来生成第一控制命令。

22、处理器可被配置为基于当前状态测量值通过使用模型预测控制技术来生成第一控制命令。

23、处理器可被配置为基于接收当前状态测量值作为输入的人工神经网络的输出来生成第一控制命令。

24、有益效果

25、根据本发明的示例性实施方式，参考储存罐的实时温度来实时控制燃料加注速度，使得加氢系统可在满足低于安全极限的条件的最高和最佳燃料加注速度下操作，这允许在可达到的范围内减少燃料加注所需的时间。

26、根据本发明的示例性实施方式，主动地控制所需预冷却的量和实际预冷却的量以优化加氢站的冷却负荷并提高充氢站的操作效率。

27、根据本公开的示例性实施方式，通过简单地通过某些学习或训练处理更新其控制逻辑，控制方案可应用于新装置，并且因此可广泛地应用于各种移动体领域。

28、根据本公开内容的示例性实施方式，在车辆中的储存罐中设置单独的冷却系统，以便能够增加燃料加注速度并且允许积极地处理储存罐的过热并且提高氢燃料移动体的安全性。