一种氢能轨道车辆分级加氢温压控制方法、系统及装置与流程

本发明属于氢能车辆加注，具体涉及一种氢能轨道车辆分级加氢温压控制方法、系统、装置及可读存储介质。

背景技术：

1、氢能轨道车辆作为绿色交通重要发展方向，其加氢环节仍面临技术瓶颈：传统加氢多采用单级增压模式，在加注过程中易引发氢罐体温升过快，压力波动率过高，严重影响系统安全性与部件寿命。同时，不同氢能列车接口标准尚未统一，且极端环境下温度和压力联合控制还未形成成熟的解决方案。现有加氢技术虽能基本满足静态加注需求，但在压力精准调控，温度调节及多车型适配方面存在明显不足，显著限制加氢效率和安全性。

2、现有氢能轨道车辆通过一次性将压力提升至目标值完成加注。该方式下，氢气流量的瞬时冲击易引发储罐温度快速攀升，储氢材料吸氢放热效应加剧温升幅度，导致罐体温度普遍超过40℃，压力波动率高达8-12%/秒，对储氢容器结构完整性和密封元件寿命构成直接威胁。同时，35mpa客运车辆与70mpa货运机车采用不同接口规格，加氢设备无法兼容多压力等级车型，换型作业需人工更换接头。在-30℃低温或45℃高温等极端环境下，温度和压力的耦合效应缺乏有效控制手段，现有控制系统多采用独立阈值判断，难以应对温压协同变化工况。上述缺陷使得加注过程长期依赖静态操作，加注效率与安全性的平衡问题尚未得到有效解决。

技术实现思路

1、本发明旨在解决氢能轨道车辆加氢过程中遇到的技术难题，提供一种分级加氢温压控制方法。通过建立三级压力控制方法，结合温差反馈预冷策略，有效抑制车载氢罐体温升和压力波动；采用模糊pid算法实现加注过程的精确控制，提升系统稳定性；通过标准化接口协议实现多车型自动加注。该方法在保证安全性的同时，显著提高加氢效率，为在轨道交通领域的规模化应用提供技术支撑。

2、为达到上述目的，本发明提供一种氢能轨道车辆分级加氢温压控制方法，包括：

3、加氢启动后实时采集车载氢罐内的初始压力、第一温度参数和第二温度参数，根据第一温度参数和第二温度参数，结合预设判定规则确定是否启动制冷预冷，满足判定规则时对车载氢罐开启制冷预冷，不满足时基于目标加注压力与车载氢罐内的初始压力，控制加氢系统对车载氢罐进行分级增压加氢；

4、其中，对车载氢罐进行分级增压加氢，包括：基于目标加注压力与车载氢罐内的初始压力之间的总压差设置增压的级数，并设置各级增压级间压差的固定上限，当前级增压的目标压力为当前级的前一级的目标压力叠加当前级的目标压差，当前级的目标压差为当前级的总压差固定占比和级间压差的固定上限中的最小值，且各级的总压差固定占比不同，最后一级增压的目标压力为目标加注压力，最后一级的目标压差为目标加注压力与最后一级的前一级增压的目标压力之间的差值。

5、进一步的，所述第一温度参数为车载氢罐内的温度，所述第二温度参数为环境温度；所述预设判定规则为双条件判定规则，具体为：基于车载氢罐内温度和车载氢罐内温度与环境温度之间的温差进行双阈值逻辑判断，根据双阈值逻辑判断结果确定是否启动制冷预冷；其中，双阈值逻辑判断为在满足车载氢罐内温度＞第一阈值或车载氢罐内温度与环境温度温差≥第二阈值时，启动制冷预冷。

6、进一步的，各级中前一级的总压差固定占比大于后一级的总压差固定占比。

7、进一步的，所述车载氢罐内的初始压力为p0,所述总压差为目标加注压力与所述车载氢罐内的初始压力之间的差值δp，所述级数为三级，包括一级增压目标压力p1、二级增压目标压力p2和三级增压目标压力为p3；所述各级增压级间压差的固定上限为a；所述一级增压压力目标p1=p0+min(a，βδp)，二级增压压力目标p2=p1+min(a，aδp)，三级增压目标压力p3=目标加注压力，三级增压的压差为目标加注压力-p2，β大于a。

8、进一步的，还包括：对车载氢罐进行分级增压加氢的过程中实时采集车载氢罐内的环境氢浓度、系统运行温度、加氢压力波动率，根据环境氢浓度、系统运行温度、加氢压力波动率，对车载氢罐进行分级增压加氢进行控制。

9、进一步的，根据环境氢浓度、系统运行温度、加氢压力波动率，对车载氢罐进行分级增压加氢进行控制，包括：对环境氢浓度进行阈值判定，若环境氢浓度＞第三阈值，则启动排风装置与报警装置，利用排风装置对车载氢罐所处的加氢作业区域的氢气进行驱散，利用报警装置提醒作业人员，若否则进行系统运行温度与加氢压力波动率双参数联合判定；

10、其中，系统运行温度与加氢压力波动率双参数联合判定为在系统运行温度≥第四阈值和|或加氢压力波动率＞第五阈值时，立即切断对车载氢罐输送氢气的氢源，并关停车载氢罐进行分级增压加氢的全部加氢加注设备的供电；当环境氢浓度、系统运行温度、加氢压力波动率中各参数均正常时继续对车载氢罐进行分级增压加氢。

11、进一步的，所述a为10mpa，所述β=0.5，所述a=0.3。

12、进一步的，加氢启动前还包括对三合一快换接口与车载加氢接口之间的对接处进行密封性检测及利用氮气系统对加氢系统中的加氢管路进行氮气反向吹扫；

13、其中，对三合一快换接口与车载加氢接口对接处进行密封性检测，包括利用氮气系统向加氢管路输入15mpa高压氮气，当加氢管路中的15mpa高压氮气保压30s后，加氢管路的压降≤0.1mpa时，判定三合一快换接口与车载加氢接口之间的对接处密封性检测通过；

14、对加氢系统中的加氢管路进行氮气反向吹扫过程中采用5mpa高压氮气对加氢管路吹扫10～15s，车载加氢接口为车载氢罐的加氢接口，三合一快换接口为加氢系统与车载加氢接口连接的接口。

15、进一步的，加注压力达标完成后依次执行管路卸压、二次氮气反向吹扫、三合一快换接口自动脱开操作。

16、本发明提供一种氢能轨道车辆分级加氢温压控制系统，用于实现如上所述分级加氢温压控制方法，包括加氢系统、控制核心单元、数据采集单元，

17、数据采集单元实时采集车载氢罐内的初始压力、第一温度参数和第二温度参数；

18、控制核心单元在加氢启动后根据第一温度参数和第二温度参数，结合预设判定规则确定是否启动制冷预冷，满足判定规则时对车载氢罐开启制冷预冷，不满足时基于目标加注压力与车载氢罐内的初始压力，控制加氢系统对车载氢罐进行分级增压加氢，对车载氢罐进行分级增压加氢，包括：基于目标加注压力与车载氢罐内的初始压力之间的总压差设置增压的级数，并设置各级级间压差的固定上限，当前级增压的目标压力为当前级的前一级的目标压力叠加当前级的目标压差，当前级的目标压差为当前级的总压差固定占比和级间压差的固定上限中的最小值，且各级的总压差固定占比不同，最后一级增压的目标压力为目标加注压力，最后一级的目标压差为目标加注压力与最后一级的前一级增压的目标压力之间的差值。

19、进一步的，还包括流体传输与辅助保障单元，流体传输与辅助保障单元包括氮气系统、排风装置和报警装置，氮气系统用于向加氢系统中的加氢管路输送氮气，排风装置用于对车载氢罐所处的加氢作业区域的氢气进行驱散，报警装置用于提醒作业人员。

20、进一步的，还包括六轴机械臂；所述六轴机械臂用于带动加氢系统的三合一快换接口与车载氢罐的车载加氢接口自动对接。

21、进一步的，所述控制核心单元包含工业plc主控制器、多路数据采集模块、工业触摸屏人机交互模块；所述多路数据采集模块同步采集多路温度、压力、氢浓度模拟量/数字量传感信号。

22、本发明提供一种氢能轨道车辆分级加氢温压控制装置，包括存储器、处理器，所述存储器存储计算机程序，所述处理器调用存储器内程序以执行如上所述的一种氢能轨道车辆分级加氢温压控制方法。

23、本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的一种氢能轨道车辆分级加氢温压控制方法的全部步骤。

24、相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

25、1、本发明采用三级递进增压调控机制，依据总压差固定比例分配各级升压幅值，并限定单级增压级间压差上限10mpa，区别于传统单级增压或均等压差分级模式，大幅削弱氢气加注瞬时流量冲击带来的压力波动，可将加氢全程压力波动率由传统8-12%/s稳定控制至3%/s以下，同时降低氢罐温升速率，延长密封件疲劳使用寿命；

26、2、配套温差双阈值反馈预冷制冷策略，同步采集罐内温度、罐内与环境温差双参数判断预冷启停，结合温压调控单元动态匹配预冷制冷功率，有效控制车载氢罐最高温度，提升加氢全过程安全性；

27、3、搭载内嵌模糊pid控制器的控制核心单元，基于实时罐内温压、压力波动率、系统温度多维度工况数据动态修正压缩机转速、加注流量、各级增压时长及预冷匹配功率，克服传统单级增压的调控盲区，该方法在保持加注效率的同时，将泄露风险降低一个数量级，为不同车型提供统一的温压控制解决方案，推动了氢能轨道交通加氢技术的标准化进程；

28、4、设置分层分级安全联锁逻辑，优先判定环境氢浓度泄漏风险，再联动系统温度、压力波动率双参数联合保护，分级触发排风报警和切断氢源整机断电两级应急处置，多层次规避氢气泄漏、超温和压力剧烈波动引发的安全事故，整体泄漏风险相较传统方案降低一个数量级。