降低LNG升腾气化排放量的LNG供气系统及控制方法与流程

本发明涉及气电增程式电动车技术领域，特别是涉及一种降低LNG升腾气化排放量的LNG供气系统及控制方法。

背景技术：

车用LNG的储存方式是将-162℃的超低温LNG液化天然气储存在不锈钢的保温储液罐里，这种保温储液罐基本都是采用双层真空和中间夹入粉末隔热材料来制造的。即使密封、真空和隔热填充做得再好的保温储液罐，也难免随着储存时间的增长而慢慢地升温，就会导致LNG升腾气化，LNG升腾气化就会导致保温储液罐的压力增大。为了安全，一般的做法都是直接向空气中排放，造成了能源浪费。

图1是传统的LNG供气系统示意图，其包括依次连接的LNG储液罐1、机械式出液阀13、气化器3、减压调压阀4、缓冲罐5，LNG储液罐1上还设置有将液化天然气变为蒸汽后回到LNG储液罐1顶部的自增压系统，自增压系统由依次串联在一起的自增压盘管8、机械式升压调节阀14和增压截止阀10构成，自增压盘管8和增压截止阀10均与LNG储液罐1连接，缓冲罐5与发动机9连接的管道上设置有压力表7。

当LNG储液罐1内的温度慢慢升高，就会导致LNG储液罐1内的低温LNG超过-162℃而出现升腾气化。升腾气化的天然气一旦超过了LNG储液罐1的排气安全阀11设定的压力，就会通过排气安全阀11自动进行排气。据资料显示，不同厂家的LNG储液罐根据容积的大小，日蒸发率约为1～5％。例如240L的储液罐，每天因为升腾气化导致的液化天然气损失大约是6L，浪费了能源。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种用于气电增程式电动车的降低LNG升腾气化排放量的LNG供气系统及控制方法，从而减少能源的浪费。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种降低LNG升腾气化排放量的LNG供气系统，包括依次连接的LNG储液罐、电动出液阀、气化器、减压调节阀、缓冲罐及发动机，所述LNG储液罐上还设置有将液化天然气变为蒸汽后回到LNG储液罐内的自增压系统，所述自增压系统包括依次连接的自增压盘管、电动升压调节阀和增压截止阀，所述自增压盘管和所述增压截止阀均与所述LNG储液罐连接；

所述缓冲罐与所述发动机连接的管道上设置有压力表；

所述LNG供气系统还包括：第一排气安全阀、散热盘管，所述LNG储液罐依次通过所述第一排气安全阀、所述散热盘管与所述缓冲罐连接，所述缓冲罐上设有第二排气安全阀。

一种降低LNG升腾气化排放量的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：整车上电，APU控制器开始运行；

步骤2：电池是否处于“低电量状态”，是，则进入步骤6，否，则进入步骤3；

步骤3：电池是否处于“满电量状态”，是，APU控制器发出“禁止APU启动指令”，保持LNG储液罐电动升压调节阀、电动出液阀关闭状态，否，则进入步骤4；

步骤4：是否收到“人为启动APU指令”，是，则进入步骤6，否，则进入步骤5；

步骤5：缓冲罐压力是否大于P2，否，APU控制器发出“禁止APU启动指令”，保持LNG储液罐电动升压调节阀、电动出液阀关闭状态，是，则进入步骤6；

步骤6：启动APU发电，APU控制器根据发动机耗气速率动态调节LNG储液罐电动升压调节阀和电动出液阀的开度，使缓冲罐压力维持在(P1，P2)范围内发电；

步骤7：是否收到“人为停止APU指令”，是，则进入步骤9，否，则进入步骤8；

步骤8：Q1是否小于Q2，是，则进入步骤9，否，则保持APU正常运行发电状态；

步骤9：关闭LNG储气罐的电动升压调节阀、电动出液阀，消耗缓冲罐中的部分天然气，当缓冲罐压力降低至P1后，关闭APU。

本发明通过提供一种降低LNG升腾气化排放量的LNG供气系统及控制方法，从而减少能源的浪费。

附图说明

图1为传统的LNG供气系统的连接示意图；

图2为本发明一实施例的LNG供气系统的连接示意图；

图3为图2所示的LNG供气系统的控制原理框图；

图4为图2所示的LNG供气系统的控制方法流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图2所示，其为本发明一实施例的LNG供气系统200的连接示意图。LNG供气系统200包括依次连接的LNG储液罐10、电动出液阀20、气化器30、减压调节阀40、缓冲罐50及发动机51。

LNG储液罐10上还设置有将液化天然气变为蒸汽后回到LNG储液罐10内的自增压系统11，自增压系统11包括依次连接的自增压盘管80、电动升压调节阀90和增压截止阀100，自增压盘管80和增压截止阀100均与LNG储液罐10连接。

缓冲罐50与发动机51连接的管道上设置有压力表70。

LNG供气系统200还包括：第一排气安全阀110、散热盘管120，LNG储液罐10依次通过第一排气安全阀110、散热盘管120与缓冲罐50连接，缓冲罐50上设有第二排气安全阀60。

如图3所示，其为图2所示的LNG供气系统200的控制原理框图，从而降低LNG储液罐因为升腾气化直接向空气中排放天然气而浪费能源。

整车上电后，APU(Auxiliary Power Unit，辅助动力装置)控制器开始运行，实时采集电池电量状态和缓冲罐压力值，并分析处理给出下一步措施：是启动APU发电，还是禁止APU启动。

当检测到电池处于“低电量状态”时，则启动APU发电。

当检测到电池处于“满电量状态”时，则让APU控制器发出“禁止APU启动指令”，保持APU处于停机状态，同时，保持LNG储液罐电动升压调节阀、电动出液阀处于关闭状态。

当检测到电池电量处于“低电量状态”和“满电量状态”之间时，如果又检测到“人为启动APU指令”，则启动APU发电。

当检测到电池电量未满，而缓冲罐压力大于P2时，则启动APU发电。

事先规定：

低电量状态：指电池电量较低的状态，一般设置为SOC≤30％；

满电量状态：SOC＝100％；

P0：APU发动机能够正常启动的缓冲罐天然气压力；

P1：APU停止发电的气压阈值，它大于APU发动机能够再次启动的缓冲罐天然气压力；

P2：APU启动发电的气压阈值，它小于缓冲罐排气安全阀设定的压力值；

P0、P1、P2之间的关系：P0<P1<P2；

Q1：表示电池包剩余可充入的电量；

Q2：表示缓冲罐从当前压力Pi降低到P1的过程中天然气经过APU转化后的电量。

APU发电的控制逻辑如下：

因为APU发电需要持续稳定的天然气供应，这就需要缓冲罐的压力高于某一个压力值，假设为P0。结合上述设定的缓冲罐压力阈值P1和P2，可以通过APU控制器分别调节LNG储液罐的电动升压调节阀和电动出液阀的阀门开度，使缓冲罐的压力维持在(P1，P2)范围内，给APU发电稳定供气，使得LNG储液罐的自增压速率、出液速率与APU发动机的天然气耗气速率达到动态平衡；

电动升压调节阀和电动出液阀的阀门开度跟随APU功率的大小而进行动态调节，在保障APU功率、保障LNG出液速率的前提下，尽量调节电动出液阀处于较大的阀门开度、电动升压调节阀处于较小的阀门开度。这样，可以让LNG储液罐保持在较低的压力水平，停车时，便于LNG储液罐预留较大的压力余量空间，减少排气量；

APU给电池充电过程中，监测电池电量，并实时计算电池剩余可充入电量Q1；监测缓冲罐压力，并实时计算：假如关闭电动出液阀，缓冲罐从当前压力Pi降低到P1的过程中天然气经过APU转化后的电量Q2。当Q1＝Q2时，APU控制器先关闭电动升压调节阀，关闭自增压系统，阻止LNG储液罐继续自增压；再关闭电动出液阀，以切断LNG供应；让APU继续工作用掉缓冲罐内的部分天然气。最后，当缓冲罐的压力降低到P1时关闭APU。这里设置了缓冲罐压力下限P1，而不是全部用掉缓冲罐内的天然气，是因为需要预留一定压力的天然气以备下一次APU能够正常启动；

Q1、Q2计算如下：

Q1＝(100％-SOC)×Q0

Q2＝Q×V×(Pi-P1)×10×η

SOC为电池当前荷电状态，即电池当前剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示；Q0为电池额定电量，单位kWh；Q1为电池包剩余可充入的电量，单位kWh；Q2为缓冲罐从当前压力Pi降低到P1的过程中天然气经过APU转化后的电量，单位kWh；Q＝3.6×10³MJ/L，表示1个标准大气压下的天然气热值；V为缓冲罐体积，单位L；Pi为缓冲罐当前压力，P1为APU停止发电的缓冲罐压力，单位MPa，1MPa＝10个标准大气压；η为APU转化效率。

如果APU发电过程中收到了“人为停止APU指令”，那么APU控制器先后关闭电动升压调节阀和电动出液阀，保持APU继续发电运行，直到缓冲罐的压力降低到P1时再关闭APU。

这样，行车中当缓冲罐压力超过P2，只要电池电量未满，就启动APU发电，避免了缓冲罐向空气中排放天然气，节省了能源。APU停机前，先关闭电动升压调节阀，再关闭电动出液阀，降低了LNG储液罐的压力，延长了LNG储液罐自动卸压排气的时间；用掉缓冲罐内的部分天然气，降低了缓冲罐的压力，延长了缓冲罐自动卸压排气的时间。LNG储液罐、缓冲罐预留的压力余量空间，停车之后，可以储存更多LNG储液罐升腾气化的天然气，延长了LNG供气系统自动卸压向空气中排气的时间，节省了能源。

如图4所示，其为图2所示的LNG供气系统200的控制方法流程图。

步骤1：整车上电，APU控制器开始运行；

步骤2：电池是否处于“低电量状态”，是，则进入步骤6，否，则进入步骤3；

步骤3：电池是否处于“满电量状态”，是，APU控制器发出“禁止APU启动指令”，保持LNG储液罐电动升压调节阀、电动出液阀关闭状态，否，则进入步骤4；

步骤4：是否收到“人为启动APU指令”，是，则进入步骤6，否，则进入步骤5；

步骤5：缓冲罐压力是否大于P2，否，APU控制器发出“禁止APU启动指令”，保持LNG储液罐电动升压调节阀、电动出液阀关闭状态，是，则进入步骤6；

步骤6：启动APU发电，APU控制器根据发动机耗气速率动态调节LNG储液罐电动升压调节阀和电动出液阀的开度，使缓冲罐压力维持在(P1，P2)范围内发电；

步骤7：是否收到“人为停止APU指令”，是，则进入步骤9，否，则进入步骤8；

步骤8：Q1是否小于Q2，是，则进入步骤9，否，则保持APU正常运行发电状态；

步骤9：关闭LNG储气罐的电动升压调节阀、电动出液阀，消耗缓冲罐中的部分天然气，当缓冲罐压力降低至P1后，关闭APU。

本发明通过公开一种降低LNG升腾气化排放量的LNG供气系统及控制方法，具有如下有益效果：

1、LNG储液罐采用电动出液阀、电动升压调节阀。APU工作时，根据APU功率的大小，动态调节电动升压调节阀和电动出液阀的阀门开度。在保障APU功率、保障LNG出液速率的前提下，尽量调节电动出液阀处于较大的阀门开度、电动升压调节阀处于较小的阀门开度。这样，APU停机后，LNG储液罐处于一个低压力的水平，又关闭了电动升压调节阀，可以减缓LNG升腾气化的速率；

2、APU停机前，先关闭电动升压调节阀，再关闭电动出液阀，降低了LNG储液罐的压力；将缓冲罐中的部分天然气用掉、转化为电能，降低了缓冲罐的压力。LNG储液罐、缓冲罐预留的压力余量空间，在停车之后，可以储存更多LNG储液罐中升腾气化的天然气，延长了LNG供气系统自动卸压向空气中排气的时间；

3、当缓冲罐压力过高、超过P2时，只要电池电量未满，就启动APU发电，用掉缓冲罐内的部分天然气。避免了缓冲罐的压力进一步升高，触发排气安全阀动作，进而导致缓冲罐向空气中排放天然气，节省了能源。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。