一种基于嵌入式神经网络的高压储氢气瓶加注控制系统

1.本技术涉及新能源技术领域，具体的涉及一种应用于风电制氢供氢环节末端的基于嵌入式神经网络的高压储氢气瓶加注控制系统，属于氢安全领域。


背景技术：

2.氢能作为一种高效清洁的绿色能源，被视为未来能源的必然选择，是实现碳达峰碳中和的重要媒介。风电制氢不仅能够产生氢能，还能将风电弃风加以利用，既提高了能源利用率，又满足环保的要求。风电制氢技术的应用对于优化国家能源结构，发展绿色能源具有极其重要的战略意义。风电制氢系统中的供氢环节末端主要分为向氢燃料电池供氢和向工业和民用场合供氢，其中包含了向氢燃料电池汽车供氢。氢燃料电池汽车是实现氢能高效利用的重要途径，与其配套的基础设施-加氢站也将因此得到广泛关注和应用。氢气可以在高压下(15.2～70.9兆帕)装盛在气体瓶中(高压储氢)运输，可通过减压阀的调节直接释放氢气。方便可靠，是最普通和最直接的储氢方式。随着材料科学的发展，已开发出碳纤维与铝复合材料的高压气瓶，大大降低气瓶自身质量，提高容量装载效率，使高压储氢成为较有竞争优势的车载储氢方式。现示范燃料电池公共汽车采用高压储氢瓶直接为汽车提供氢源，续驶里程可达250千米。加氢站为氢燃料电池汽车供应氢气能源过程中，最重要的问题是确保安全。在高压氢气瓶加注过程中，高压储氢气瓶内的温度会急剧上升，而过高的温度会造成一定的安全隐患，导致复合材料层剥离。同时，高压储氢气瓶内的温升现象将引起储氢密度降低，减少氢燃料电池汽车的续驶里程。相关标准规定复合材料高压储氢气瓶的使用温度应不高于85℃，在加注过程中温度一旦超过此极限值时需要立即停止以避免发生安全事故。
3.因此，为了保证风电制氢供氢环节的安全进行，需要一种高压储氢气瓶加注控制系统。


技术实现要素：

4.为解决上述存在的问题。本技术提出一种针对风电制氢系统供氢环节末端为高压储氢气瓶加注过程由温升引起的安全隐患，提供一种结构简单、易于实现、安全可靠、判断准确、响应迅速的高压储氢气瓶加注控制系统。
5.为实现上述目的，本技术采用如下的技术方案：
6.一种基于嵌入式神经网络的高压储氢气瓶加注控制系统，其特征在于：
7.储氢瓶，所述储氢瓶包括复合材料层和位于复合材料层内侧的金属层，
8.加氢装置其部分经储氢气瓶的瓶口延伸至储氢瓶的内腔，
9.多个温度传感器及压力传感器，所述温度传感器及压力传感器分别配置于位于瓶体内的加氢装置上，且靠近储氢瓶的瓶口侧，温度传感器及压力传感器用以分别获取储氢瓶入口处的温度及压力信号，
10.计量装置，其配置于加氢装置上，用以计量加氢量，
11.嵌入式系统装置，其分别连接压力传感器、温度传感器及计量装置，所述嵌入式系统装置的输出端连接加注启停装置及信号灯，用于控制加注系统运行或终止的所述加注启停装置及显示信号的信号灯。该系统安全可靠、判断准确。
12.优选的，该压力传感器及温度传感器设置于加氢装置如加氢枪的前端，分别采集储氢瓶入口处的压力、温度信号，并通过无线收发模块以无线数据传输方式传递至嵌入式系统装置。
13.优选的，该计量装置用以计量加氢量并传输至嵌入式系统装置。
14.优选的，该嵌入式系统装置，包括：
15.信号接收端，其电性连接计量装置及信号处理模块，用以接收温度、压力和加氢量信号，
16.处理单元，其连接信号接收端，所述处理单元包括:基于神经网络模型的数据处理模块及嵌入式计算机处理单元，
17.执行装置，其连接处理单元，所述执行装置基于接收的指令控制其连接的加注启停装置及信号灯。
18.优选的，该嵌入式计算机处理单元判断高压储氢气瓶内温度超过预定阈值时，触发执行装置，所述执行装置控制启停装置，停止加氢装置加注，同时通过信号灯显示报警信息。
19.优选的，该嵌入式计算机处理单元判断计量装置计量的加氢量达到设定的值时，触发执行装置，所述执行装置控制启停装置，停止加氢装置加注，同时通过信号灯显示报警信息。
20.有益效果
21.本技术实施方式的系统结构简单、信号响应速度快，解决了高压储氢气瓶加注过程的安全问题。采用无线信号传输，有利于系统的布局安装，避免由于布线过多而引起安全隐患。
附图说明
22.图1为本技术实施例的加注装置的结构示意。
23.图2为本技术实施例的系统功能模块示意。
具体实施方式
24.以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本技术而不限于限制本技术的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
25.本技术公开一种高压储氢气瓶加注控制系统，该控制系统包括压力传感器、温度传感器、计量装置、嵌入式系统装置和加注启停装置。压力传感器和温度传感器用来检测氢气瓶入口处的压力和温度，计量装置记录累计加氢量并将信号发送给嵌入式系统装置，嵌入式系统装置用于处理输入信号并执行相应控制操作，嵌入式系统装置部署已训练好的神经网络模型用以预测储氢瓶内的实时温度，加注启停装置用于控制加氢装置的启停。传感器采用无线微型的压力、温度传感器，便于安装并减少对储氢影响。温度传感器和压力传感
器用于检测加注过程储氢气瓶入口处温度和压力作为储氢瓶内温度预测的输入参数。
26.计量装置采用质量流量计，对加氢量实时地记录，并将此信号作为输入参数传递给嵌入式系统装置内已训练好的神经网络模型。
27.嵌入式系统装置包括嵌入式计算机系统，部署的神经网络模型及执行装置。嵌入式计算机系统接收压力、温度传感器经过放大转换后的信号以及计量装置发送的加氢量信号，并传递给神经网络模型，通过已训练好的神经网络模型对储氢瓶内的温度进行实时地预测，根据预测结果对执行装置发出的控制指令，执行装置执行所规定的加注启停控制操作或任务，即控制加氢装置的启停和信号灯的点亮。加注启停装置主要是启停开关，直接控制高压储氢气瓶加注过程中加氢装置的开关或加注管的开闭。该控制系统基于嵌入式系统装置实现了高压储氢气瓶加注过程的自动控制。解决了风电制氢供氢环节末端处高压储氢气瓶的加注控制问题，便于加注过程中的监测和安全控制，在超温时自动停止加注，保证了加注过程的安全可靠。
28.接下来结合附图1及图2来描述本技术提出的基于嵌入式神经网络的高压储氢气瓶加注控制系统。
29.如图1所示为本技术实施例的加注装置的结构示意。
30.加注装置包括：
31.储氢瓶(如高压储氢气i i i型瓶瓶体)，该储氢瓶包括复合材料层1和金属层2，其中金属层2位于内侧。
32.多个温度传感器5及压力传感器6，温度传感器5及压力传感器6配置于加氢装置4的前端(位于瓶体内，靠近瓶口侧)。较佳的，该加注装置还配置有流量计3，其布于加氢装置4上合适位置。
33.加注装置运行时，打开启停装置开关(图未示)，通过加氢装置4向储氢气瓶内加注氢气，温度传感器5和压力传感器6实时检测储氢气瓶入口处温度和压力，流量计3记录累计加氢量。温度传感器5和压力传感器6获得的温度和/或压力信号。
34.控制系统包括：
35.信号处理模块，其通过无线的方式连接温度传感器5和压力传感器，该信号处理模块包括运算放大电路及模/数转换单元，用以将接收的温度传感器5和压力传感器运算后传输至嵌入式系统装置，该嵌入式系统装置还电性连接流量计3，用以接收累计加氢量信号。
36.该嵌入式系统装置包括：
37.信号接收端，其电性连接计量装置及信号处理模块，用以接收温度、压力和加氢量信号，
38.处理单元，其连接信号接收端，处理单元包括:基于神经网络模型的数据处理模块及嵌入式计算机处理单元，
39.执行装置，其连接处理单元，具体的，嵌入式计算机处理单元的输出连接执行装置，执行装置基于接收的指令控制其连接的加注启停装置及信号灯。
40.嵌入式系统装置基于接收的温度、压力和加氢量信号，并将其作为输入量传递给已部署的神经网络模型。训练好的神经网络模型对储氢瓶内温度进行预测，嵌入式系统装置依据预测结果发出控制命令；执行装置依据控制命令对加注启停装置执行相应的控制操作，并控制信号灯开关进行提示。
41.在一实施方式中，嵌入式系统装置依据预测结果发出控制命令具体的表现为，一旦高压储氢气瓶内温度超过预定的85℃时，嵌入式系统装置接收到信号，立即控制启停装置，停止加氢装置4加注，信号灯为红色，表示系统由于超温而终止。
42.在一实施方式中，表现为当加氢装置4上的流量计3记录的累计加氢量达到设定值时，控制启停装置，停止加氢装置4加注，信号灯为绿色，表示加注顺利完成。
43.上述实施例只为说明本技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本技术的内容并据以实施，并不能以此限制本技术的保护范围。凡如本技术精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本技术的保护范围之内。