氢气运输检测方法及应用其的氢气运输管理系统与流程

1.本发明涉及氢气质量检测领域，特别是氢气运输检测方法及应用其的氢气运输管理系统。


背景技术：

2.随着氢能燃料电池技术的不断突破，氢能燃料电池车辆既具有传统燃油车辆的续能里程长、加注时间短的特点，又具有零碳排放优点，已逐渐成为氢能应用的一大领域。氢能源燃料电池车辆使用的氢气一般会经过制备生产、运输、卸载储存和加注等环节，各个环节的应用技术会直接影响氢气的质量和应用成本。
3.现有技术中，由于液氢安全性无法得到保证，主要还是采用气态氢管束车进行运输。液氢的体积能量密度是35mpa氢气的3倍，是70mpa氢气的1.8倍。如果通过低成本使用，采取大规模高效液化技术，氢液化的成本将大大降低，则液氢储运成本优势将更加明显。现阶段液氢储运逐渐成为研究重点，美国、德国、日本等国已经将液氢的运输成本降低到高压氢气的八分之一左右。日本已经将液氢供应链体系发展作为解决大规模氢能利用的前提条件，因液氢具有携氢密度大、运输成本低、储氢纯度高、液体低压储存和使用安全性好于大规模高压气态形式等优势，氢的大规模供应都是以液氢供应为主。
4.但是氢气的液化温度很低，所以氢气冷却到一定温度以下才能将其液化，液氢运输需要先将氢气液化，运输过程中虽然已经采用了高真空绝热储罐进行存储运输，但是由于无法做到完全绝热，因此在运输过程中仍有部分液氢持续气化，而且运输储存量越大液氢气化量会越大，由于气化后的氢气会增大储存罐内的压力，且氢气具有易燃易爆特征，通常做法是直接排放燃烧，但在运输液氢的车辆是不适合在行驶途中排放燃烧，因此为了解决液氢运输过程中气化问题，现有技术要么是要求运输罐预留气化空间并增大运输管抗压强度，要么是停车到指定区域排放或燃烧等；这些方案直接影响了液氢运输效率和成本；而且燃烧排放气化氢气液造成了氢气能源浪费。


技术实现要素：

5.针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种氢气运输检测方法，其可以对液氢运输过程中气化情况进行实时检测，并根据检测结果对气化氢气进行能源回收或利用，既不会影响液氢的运输效率也节省了氢气运输成本，保证了运输安全。
6.本发明的另一目的在于提出应用上述氢气运输检测方法的氢气运输管理系统。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：氢气运输检测方法，其包括如下内容：a．压力检测器检测运输罐内压力是否高于压力阈值；若是，将运输罐中气化氢气运送至换向阀；并进一步判断蓄电池的电量容量。
8.b.当蓄电池电量高于电量阈值范围时，换向阀切换使得气化氢气进入氢气液化系统，并将液化得到的液氢存储在液氢存储容器内。
9.当蓄电池电量低于电量阈值范围时，换向阀切换使得气化氢气依次经过氢气加热器和氢燃料电池，最终得到的电能存储在蓄电池内。
10.c.重复上述步骤a
‑
b。
11.具体的，所述a步骤包括如下内容：a1.运输罐完成液氢存储操作后，根据运输罐中存储液氢的容量和温度设定所述运输罐运输在过程中的压力阈值；根据汽车行驶路程和运输环境设定所述蓄电池的电量阈值；a2.所述压力检测器实时检测所述运输罐中压力值，当该压力值高于所述压力阈值时，中央处理器进一步提取蓄电池的电量容量，并将该电量容量与所述电量阈值范围进行对比。
12.具体的，所述b步骤包括如下内容：b1.当电池容量高于所述电量阈值范围时，所述中央处理器向所述换向阀发出指令，使得气化氢气输入至液氢存储容器中；当中央处理器检测到液氢存储容器中有氢气进入时，会让蓄电池为氦气压缩制冷装置供电，并根据氢气流入量和压力情况启动所述氦气压缩制冷装置对液氢存储容器内的氢气进行液化；b2.在所述b1步骤场景下，如果中央处理器检测到所述氦气压缩制冷装置出现断电停止液化操作，且液氢存储容器气化氢气浓度仍然过高，所述中央处理器会向液氮容器发出控制指令，向液氢存储容器换热腔通入液氮，利用液氮为液氢存储容器内的氢气进行冷却，并发出泄压报警信息；b3.当电池容量低于所述电量阈值范围时，所述中央处理器向所述换向阀发出指令，使得气化氢气输入至牵引车设有的氢气加热器，氢气加热器对气化氢气进行加热，当氢气加热至设定温度后，氢气加热器中气化氢气输入氢燃料电池中燃烧，并将产生的电能存储至所述蓄电池内。更优的，所述a1步骤中还包括如下内容：所述中央处理器提取导航模块中的导航信息和天气信息，再结合运输车辆油耗信息综合设定所述蓄电池的电量阈值范围。
13.更优的，所述b步骤和c步骤之间还包括如下步骤：车辆动力切换步骤：当中央处理器检测到运输车辆中燃油驱动装置的油料低于油料阈值时，且所述液氢存储容器中液氢容器量高于预设值时，所述中央处理器会控制液氢存储容器底部设有的单向阀，使得液氢存储容器底部的液氢输出至氢燃料电池中转化为氢气并燃烧发电；运输车辆切换成电机驱动装置驱动。
14.更优的，所述b步骤和c步骤之间还包括如下步骤：车辆动力切换步骤：当中央处理器检测到运输车辆中燃油驱动装置的油料即将耗尽时，所述中央处理器会控制向所述氢气加注罐发出控制指令，使得氢气加注罐的液氢输出至氢燃料电池中转化为氢气并燃烧发电；运输车辆切换成电机驱动装置驱动；当中央处理器检测到所述氢气加注罐内液氢容器量低于预设值时，向驾驶员发出驾驶警告信息。
15.更优的，所述的氢气运输检测方法还包括容器泄压操作：当子压力检测器的压力值高于对应预设极限压力值时，中央处理器控制对应位置的单向阀，使得液氢存储容器内的液氢流入运输罐中，并切换换向阀停止向液氢存储容器中输入氢气，并发出泄压报警信息。
16.氢气运输管理系统，包括运输车辆，运输车辆由提供驱动力的牵引车和用于装载液氢的装载部组成，所述牵引车设有信息传输模块、中央处理器、氢气加热器、氢气燃料电池、蓄电池、电机驱动装置和燃油驱动装置；所述装载部设有氢气管道、运输罐、换向阀、氢气液化系统和液氢存储容器；所述运输罐内设有第一压力检测器；所述氢气运输管道的一
端与所述运输罐的顶部连通，其另一端与换向阀的输入端连接；所述换向阀的输出端并联设有第一支路管道和第二支路管道；所述第一支路管道依次将所述氢气液化系统和液氢存储容器串联连通；所述第二支路管道依次将所述氢气加热器和氢气燃料电池串联连通；所述氢气燃料电池的电流输出端与所述蓄电池的电流输入端连接，所述蓄电池的电流输出端分别与所述氢气液化系统和电机驱动装置并联连接；所述燃油驱动装置的电流输出端与所述蓄电池的电流端输入端连接；所述信息采集模块与所述中央处理器电联接，所述信息传输模块用于实现所述压力传感器、换向阀、氢气液化系统、液氢存储容器、氢气加热器、氢气燃料电池、蓄电池、电机驱动装置和燃油驱动装置与中央处理器之间的通讯控制。
17.更优的，所述氢气液化系统包括氦气压缩制冷装置和液氮容器；所述液氮容器内存储的液氮和所述氦气压缩制冷装置均用于对液氢存储容器内氢气进行制冷液化。
18.更优的，所述液氢存储容器的顶部的输出口与所述运输罐的顶部及氢气加热器单向并联连通；所述液氢存储容器的底部输出口与运输罐单向连通；所述牵引车还设有氢气加注罐，所述氢气加注罐用于向所述运输车辆中加注和存储氢气，所述氢气加注罐的输出端与所述氢燃料电池的输入端连通；所述液氢存储容器内设有液位检测器和子压力检测器，所述子压力检测器用于检测液氢存储容器内氢气压力，所述液位检测器用于检测存储液氢量。
19.本发明的实施例的有益效果：所述氢气运输检测方法，通过检测运输罐内压力变化实时监测运输罐内液氢的气化情况，并将气化氢气根据运输车的驱动工作情况通过液化成液氢或燃烧转化为电能进行回收利用，既保证了液氢运输的安全性，也能使得能源在液氢运输过程中得到最大程度的利用和回收。
20.所述运输管理系统使得运输车辆具有燃油驱动和氢能源驱动两种方式，其中氢能源驱动的氢气来源可以是现有技术中的加注液氢，可以是液氢运输过程中回收利用的氢气；所述运输管理系统可以在保证液氢运输安全性的前提下，让运输车辆的续航里程进一步提高，大大提高了运输效率。
附图说明
21.图1是本发明的一个实施例中所述氢气运输检测方法的流程示意图；图2是本发明的一个实施例中所述氢气运输检测方法的另一个流程示意图；图3是本发明的一个实施例中所述氢气运输管理系统的结构示意图。
22.其中：装置部10，运输罐11，压力检测器111，换向阀12，液氢存储容器13，氦气压缩制冷装置14，液氮容器15，牵引车20，氢气加热器21，氢燃料电池22，蓄电池23，电机驱动装置24，燃油驱动装置25，氢气加注容器26，中央处理器27，导航模块28，信息传输模块29。
具体实施方式
23.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
24.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
25.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
26.本申请的一个实施例，如图1至图2所示，氢气运输检测方法，其包括如下内容：a．压力检测器111检测运输罐11内压力是否高于压力阈值；若是，将运输罐11中气化氢气运送至换向阀12；并进一步判断蓄电池23的电量容量。
27.b.当蓄电池23电量高于电量阈值范围时，换向阀12切换使得气化氢气进入氢气液化系统，并将液化得到的液氢存储在液氢存储容器13内。
28.当蓄电池23电量低于电量阈值范围时，换向阀12切换使得气化氢气依次经过氢气加热器21和氢燃料电池22，最终得到的电能存储在蓄电池23内。
29.c.重复上述步骤a
‑
b。
30.具体的，所述a步骤包括如下内容：a1.运输罐11完成液氢存储操作后，根据运输罐11中存储液氢的容量和温度设定所述运输罐11运输在过程中的压力阈值；根据汽车行驶路程和运输环境设定所述蓄电池23的电量阈值；a2.所述压力检测器111实时检测所述运输罐11中压力值，当该压力值高于所述压力阈值时，中央处理器27进一步提取蓄电池23的电量容量，并将该电量容量与所述电量阈值范围进行对比。
31.具体的，所述b步骤包括如下内容：b1.当电池容量高于所述电量阈值范围时，所述中央处理器27向所述换向阀12发出指令，使得气化氢气输入至液氢存储容器13中；当中央处理器27检测到液氢存储容器13中有氢气进入时，会让蓄电池23为氦气压缩制冷装置14供电，并根据氢气流入量和压力情况启动所述氦气压缩制冷装置14对液氢存储容器13内的氢气进行液化；b2.在所述b1步骤场景下，如果中央处理器27检测到所述氦气压缩制冷装置14出现断电停止液化操作，且液氢存储容器13气化氢气浓度仍然过高，所述中央处理器27会向液氮容器15发出控制指令，向液氢存储容器13换热腔通入液氮，利用液氮为液氢存储容器内的氢气进行冷却，并发出泄压报警信息；b3.当电池容量低于所述电量阈值范围时，所述中央处理器27向所述换向阀12发出指令，使得气化氢气输入至牵引车20设有的氢气加热器21，氢气加热器21对气化氢气进行加热，当氢气加热至设定温度后，氢气加热器21中气化氢气输入氢燃料电池22中燃烧，并将产生的电能存储至所述蓄电池23内。氢气加热器21在现有技术中工作原理很多样，可能用于对氢气进行加热即可，其用于加热的热量可以蓄电池23供电加热产生的，也可以是运输车辆驱动行驶过程中驱动装置产生预热通过现有换热结构传递至氢气加热器21中得到应用，以实现节能的目的。
32.更优的，所述a1步骤中还包括如下内容：所述中央处理器27提取导航模块28中的导航信息和天气信息，再结合运输车辆油耗信息综合设定所述蓄电池23的电量阈值范围。可以使得蓄电池23的电量能根据运输车辆的运输需要更加合理的设置，保证在运输过程中运输车辆正常用电的前提下，又能实现对运输罐11内气化氢气的在液化操作。
33.所述b步骤和c步骤之间还包括车辆动力切换步骤，车辆切动力换步骤具体包括如下两种实施方式：第一种车辆动力切换步骤为：当中央处理器27检测到运输车辆中燃油驱动装置25的油料低于油料阈值时，且所述液氢存储容器13中液氢容器量高于预设值时，所述中央处理器27会控制液氢存储容器13底部设有的单向阀，使得液氢存储容器13底部的液氢输出至氢燃料电池22中转化为氢气并燃烧发电；运输车辆切换成电机驱动装置24驱动。使得运输车辆能根据油料及存储液氢容量切换驱动方式，使得所述运输车辆相对于现有混动驱动运动车辆而言，能利用回收的气化氢气进一步增加续航里程，使得所述运输车辆的运输能力得到显著提高，液氢运输应用范围更广，运输效率更高。
34.第二种车辆动力切换步骤为：当中央处理器27检测到运输车辆中燃油驱动装置25的油料即将耗尽时，所述中央处理器27会控制向所述氢气加注罐发出控制指令，使得氢气加注罐的液氢输出至氢燃料电池22中转化为氢气并燃烧发电；运输车辆切换成电机驱动装置24驱动；当中央处理器27检测到所述氢气加注罐内液氢容器量低于预设值时，向驾驶员发出驾驶警告信息。及时发出驾驶警告信息，可以让驾驶人员及时得知运输车辆的驱动能力，并进行相应调整，保证所述运输车辆正常工作。
35.更优的，所述的氢气运输检测方法还包括容器泄压操作：当子压力检测器的压力值高于对应预设极限压力值时，中央处理器27控制对应位置的单向阀，使得液氢存储容器13内的液氢流入运输罐11中，并切换换向阀12停止向液氢存储容器13中输入氢气，并发出泄压报警信息。所述氢气运输管理系统在正常运输情况下，可以完全应对正常液氢气化情况，但是在特殊情况下，如果所述氢气运输管理系统出现无法处理液氢气化情况，会向驾驶人员发出泄压报警信息，驾驶人员能及时进行人工干预处理，从而可以保证氢气运输的安全性。
36.如图3所示，氢气运输管理系统，包括运输车辆，运输车辆由提供驱动力的牵引车20和用于装载液氢的装载部10组成，所述牵引车20设有信息传输模块29、中央处理器、氢气加热器21、氢气燃料电池、蓄电池23、电机驱动装置24和燃油驱动装置25；所述装载部10设有氢气管道、运输罐11、换向阀12、氢气液化系统和液氢存储容器13；所述运输罐11内设有第一压力检测器111；所述氢气运输管道的一端与所述运输罐11的顶部连通，其另一端与换向阀12的输入端连接；所述换向阀12的输出端并联设有第一支路管道和第二支路管道；所述第一支路管道依次将所述氢气液化系统和液氢存储容器13串联连通；所述第二支路管道依次将所述氢气加热器21和氢气燃料电池串联连通；所述氢气燃料电池的电流输出端与所述蓄电池23的电流输入端连接，所述蓄电池23的电流输出端分别与所述氢气液化系统和电机驱动装置24并联连接；所述燃油驱动装置25的电流输出端与所述蓄电池23的电流端输入端连接；所述信息采集模块与所述中央处理器27电联接，所述信息传输模块29用于实现所述压力传感器、换向阀12、氢气液化系统、液氢存储容器13、氢气加热器21、氢气燃料电池、蓄电池23、电机驱动装置24和燃油驱动装置25与中央处理器27之间的通讯控制。
37.具体的，所述氢气液化系统包括氦气压缩制冷装置14和液氮容器15；所述液氮容器15内存储的液氮和所述氦气压缩制冷装置14均用于对液氢存储容器13内氢气进行制冷液化。
38.更优的，所述液氢存储容器13的顶部的输出口与所述运输罐11的顶部及氢气加热器21单向并联连通；所述液氢存储容器13的底部输出口与运输罐11单向连通；所述牵引车20还设有氢气加注罐，所述氢气加注罐用于向所述运输车辆中加注和存储氢气，所述氢气加注罐的输出端与所述氢燃料电池的输入端连通；所述液氢存储容器13内设有液位检测器和子压力检测器，所述子压力检测器用于检测液氢存储容器13内氢气压力，所述液位检测器用于检测存储液氢量。
39.需要说明的是，运输罐11、压力检测器111、换向阀12、液氢存储容器13、氦气压缩制冷装置14、液氮容器15、氢气加热器21、氢燃料电池22、蓄电池23、电机驱动装置24、燃油驱动装置25、氢气加注容器26和信息传输模块29均为市场上可以采购的现有结构元件或装置。
40.所述氢气运输检测方法，通过检测运输罐11内压力变化实时监测运输罐11内液氢的气化情况，并将气化氢气根据运输车的驱动工作情况通过液化成液氢或燃烧转化为电能进行回收利用，既保证了液氢运输的安全性，也能使得能源在液氢运输过程中得到最大程度的利用和回收。
41.所述运输管理系统使得运输车辆具有燃油驱动和氢能源驱动两种方式，其中氢能源驱动的氢气来源可以是现有技术中的加注液氢，可以是液氢运输过程中回收利用的氢气；所述运输管理系统可以在保证液氢运输安全性的前提下，让运输车辆的续航里程进一步提高，大大提高了运输效率。
42.以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。