一种应用于固体氢化镁水解生氢发电装置的人工智能综合控制系统

技术领域

本发明涉及氢气生成装置的技术领域，具体为一种应用于固体氢化镁水解生氢发电装置的人工智能综合控制系统。

背景技术

伴随着燃料电池的技术的日益成熟，其燃料之一氢气的供给存储也受到关注。相较与将氢气压缩成高压气体存储等方式，通过以活泼金属为基体生成的金属氢化物作为储氢方式具备单位体积储氢比例大、常温下化学性质稳定等优点。

在专利申请号202010333131.7中，提出了通过镁基氢化物水分解反应制备氢气，再将生成的氢气供给燃料电池以产生电能的装置。其化学反应式如下：该反应是放热反应。

MgH

上述的生氢发电装置中，固体氢化镁以颗粒状的形态存储于反应舱内，为了产生可控且连续的氢气，使用水泵将水从储水箱中周期间断性的泵向反应舱，该反应舱底部有通过电磁阀控制开闭的疏水管路，当舱内的水量达到一定时，通过底部的抽水泵抽回储水箱，生成的氢气送入到燃料电池内作为发电工作的原料。

这种利用氢化镁水解制氢发电装置能够安全运行，必须要确保系统的温度、氢压等维持在安全可控的范围内。而若只是通过传统的控制策略比如根据以往经验确定单一的反应舱的注水周期、注水水量、燃料电池的输出功率等不仅会使得系统生氢发电效率低下，还有可能随着反应舱内的残留水量的增加，反应释放的热量迅速积聚，温度的增加这又加速了氢化镁的分解速度，反应舱体的压力也迅速增加，这种相互促进作用使得氢气的产生速率不稳定，进而影响燃料电池输出功率的稳定性。而且到反应中后期，若操作不当反应舱壁温度可达200℃以上，舱体内水快速汽化导致压力骤增，水蒸气与氢气排出不及时，可能出现爆仓的危险。因此需要一个可以根据采集到的温度、氢压等传感器的信号判断出舱体反应状态以及生氢情况，进而确定生氢发电装置的最佳工作参数，且本发明可拓展到其他通过固体氢化镁水解制氢发电的装置中。

发明内容

本发明基于固体氢技术，提出一种应用于固体氢化镁水解生氢发电装置的人工智能综合控制系统，解决基于氢化镁水解制氢发电装置中无法根据实时采集到的传感器信号判断系统实际需求，导致生氢发电装置安全性、可靠性及系统生氢发电效率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于固体氢化镁水解生氢发电装置的人工智能综合控制系统，所述的控制系统包括以模糊控制规则作为算法建立的人工智能控制管理模块、Zigbee信号传输模块、Zigbee网关模块、云端数据存储模块、多路传感器信号采集传输模块和无线控制模块，其中：

所述的多路传感器信号采集传输模块与生氢发电装置的状态监测传感器连接，获得生氢发电装置的运行状态；

所述Zigbee信号传输模块信号输入端接入多路传感器信号采集传输模块，所述Zigbee信号传输模块信号输出端接入人工智能控制管理模块；

所述人工智能控制管理模块输出端连接所述无线开关量控制模块输入端；

所述无线控制模块输出端分别接入生氢发电装置的执行组件；

所述Zigbee网关接收Zigbee信号传输模块输出的信号，所述Zigbee网关输出信号到所述云端数据存储模块。

进一步的，所述的执行组件包括泵水到反应舱的注水泵、反应舱进水口处的注水电磁阀、从舱内抽出残留水反应水的抽水泵、反应舱出水口的出水电磁阀、用来确保系统压力处于低压的卸氢电磁阀、用于调节燃料电池输出功率的DCDC、用来提高储水装置水温的加热装置以及用于反应舱快速停止的冷却装置。

进一步的，所述的状态监测传感器包括用于监测储水箱水温的温度传感器、用于监测反应舱舱体温度的温度传感器、用于监测反应舱舱体压力的压力传感器、用于监测燃料电池氢气进气口压力的压力传感器、用于监测储水装置内水位的液位传感器、用于监测燃料电池发电功率大小的功率传感器、用于监测用户负载大小的功率传感器和用于监测进出反应舱的水流量的流量传感器。

进一步的，所述人工智能控制管理模块通过下载所述云端数据存储模块存储的数据更新知识库，优化控制算法。

进一步的，所述的Zigbee网关输出端接入LCD，实时显示反应舱温度、系统氢压值、系统工作电功率信息，同时显示系统装置工作过程中可能出现的错误报警信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本专利提供的应用于氢化镁水解制氢发电装置的人工智能综合控制装置，具有实时反应舱、燃料电池工作状态监测和用户负载功率状态监测，根据所述人工智能控制模块的知识库实时对比分析，决策出精确的注入反应舱的水量、水温及时刻，抽出反应舱内的水量，燃料电池输出功率大小，既能实现氢化镁最大化的释氢又可以使得燃料电池最大化的利用氢产电。

2.该装置可以将固体氢化镁水解制氢发电装置的相关工作状态参数实时显示在LCD上，并将出现的错误信息及可能造成错误的元器件或传感器告知用户，方便用户快速解决问题。

3.所述人工智能控制模块内的知识库随着所述云端数据存储模块内装置工作参数变量的增加进行更新优化，使得固体氢化镁水解制氢装置工作更加健壮、灵活。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为生氢发电装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅附图，本专利提出一种应用于利用氢化镁水解制氢发电装置的人工智能综合控制管理系统，保证系统生氢速率与发电功率由实际用户用电情况实时调节同时确保系统温度、压力等处于安全状态；

本发明涉及人工智能技术，具体是基于氢化镁水解制氢发电装置的人工智能综合控制系统，其包括以模糊控制规则作为算法建立的人工智能控制管理模块、Zigbee信号传输模块、Zigbee网关模块、云端数据存储模块、多路传感器信号采集传输模块、无线控制模块。

所述多路传感器信号采集传输模块与生氢发电装置的状态监测传感器连接，获得生氢发电装置的运行状态，状态监测传感器包括用于监测储水箱水温的温度传感器、用于监测反应舱舱体温度的温度传感器、用于监测反应舱舱体压力的压力传感器、用于监测燃料电池氢气进气口压力的压力传感器、用于监测储水装置内水位的液位传感器、用于监测燃料电池发电功率大小的功率传感器、用于监测用户负载大小的功率传感器、用于监测进出反应舱的水流量的流量传感器，所述Zigbee信号传输模块信号输入端接入多路传感器信号采集传输模块，所述Zigbee信号传输模块信号输出端接入人工智能控制管理模块，所述人工智能控制管理模块输出端连接所述无线开关量控制模块输入端，所述无线控制模块输出端接入生氢发电装置的执行组件，执行组件包括泵水到反应舱的注水泵、反应舱进水口处的注水电磁阀、从舱内抽出残留水反应水的抽水泵、反应舱出水口的出水电磁阀、用来确保系统压力处于低压的卸氢电磁阀、用于调节燃料电池输出功率的DCDC、用来提高储水装置水温的加热装置，用于反应舱快速停止的冷却装置，所述Zigbee网关接收Zigbee信号传输模块输出的信号，所述Zigbee网关输出信号到所述云端数据存储模块。

本专利提供的一种应用于氢化镁水解制氢发电技术的人工智能综合控制系统，为确保氢化镁水解反应时的处于最佳工作温度、系统氢压在安全可控范围内、燃料电池工作的最佳氢压范围、燃料电池工作在极化曲线内，根据大量的实验数据确定储水箱内水的温度、泵入反应舱内水量、前后向反应舱泵水的时间间隔、系统氢压随氢化镁反应剧烈程度的大小调节、燃料电池输出功率随系统氢气生成情况、用户负载变化等大小调节，形成知识库，建立人工智能控制模块。

优选的所述人工智能控制模块根据输入的反应舱舱体温度、反应舱舱内压力、用户负载功率、燃料电池输出功率确定注入反应舱内水量、水温及注入时刻，根据反应舱内压力和燃料电池氢气进口处的压力、用户负载功率确定燃料电池输出功率大小；若过程中监测到反应舱舱温、反应舱舱压、燃料电池输出功率值等异常，所述人工智能控制模块作出舱体冷却降温措施、系统装置向外排卸氢气等措施，错误信息通过所述Zigbee信息传输模块输送显示在LCD上。

所述人工智能控制模块的知识库随着云端数据存储模块内数据增加更新进行优化修正，确保精确的反应舱注入的水量、水温及时刻，燃料电池输出功率随用户负载变化、其进口处氢压变化精确调节，提高了氢化镁水解释氢比例及燃料电池对氢气的利用率，使得储水箱体积精确；通过反应舱氢气压力变化速率、反应舱舱体温度变化来间接当作氢化镁水解释氢的情况，省去了氢流量计，一定程度上降低了氢化镁水解制氢发电装置的材料成本，同时实时控制储水箱内加热装置工作根据实时需要调节储水箱水温，实时调节控制装置系统降温冷却启停及强弱，一定程度上降低了系统装置的能耗。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。