一种氢能发电智能管理系统

技术领域

本申请涉及氢能应用的领域，尤其是涉及一种氢能发电智能管理系统。

背景技术

目前随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。而氢气正是这样的二次能源，氢气常温常压下为气态，超低温高压下为液态，是一种理想的新的含能体能源。现阶段对氢气的利用主要是采用高压气瓶将来氢气进行储存，并通过管路来实现将高压气瓶内的氢气进行传输。将高压气瓶放置在车体内则能为燃料电池供氢、放置在厂房或发电站内可为发电设备进行供氢。

存储有氢气的高压气瓶在为厂房或发电站的发电设备进行供气发电时，若高压气瓶内的氢气耗尽，现阶段需要安全员进入现场将耗尽的高压气瓶运输至充氢室内，或直接在现场对氢气耗尽的高压气瓶进行更换，采用人工充气或更换高压气瓶的方式不仅费时费力，而且一旦现场发生安全事故将会对安全员的生命安全带来极大威胁。

发明内容

为了减轻安全员的工作量，保障安全员的生命安全，本申请提供一种氢能发电智能管理系统。

本申请提供的一种氢能发电智能管理系统，采用如下的技术方案：

一种氢能发电智能管理系统，包括有：

智能底盘车运输模块，用于承载并运输高压气瓶；

智能导航模块，用于控制所述智能底盘车运输模块按设定的路线行驶；

充氢室，设置有用于给高压气瓶补充氢气的充氢设备；

氢气含量检测模块，用于实时检测高压气瓶内部的氢气压力值，所述氢气含量检测模块设置有第一压力预设值，当高压气瓶内部的氢气压力值低于第一压力预设值，所述氢气含量检测模块输出充氢信号给智能导航模块，所述智能导航模块接收到充氢信号控制智能底盘车运输模块自动行驶至充氢室的指定位置；

自动充氢模块，用于控制充氢设备给位于充氢室指定位置的高压气瓶自动充氢。

通过采用上述技术方案，将高压气瓶设置在智能底盘车运输模块上，并利用氢气含量检测模块来对高压气瓶内部的氢气压力值进行实时检测，一旦氢气含量检测模块检测到高压气瓶内部的氢气压力值低于第一压力预设值时，则表明高压气瓶内的氢气含量不足需要进行充气；当智能导航模块接收到氢气含量检测模块输出的充氢信号，智能导航模块将控制智能底盘车运输模块自动行驶至充氢室的指定位置，最后通过自动充氢模块来实现对高压气瓶的自动充氢。整个充氢过程自动完成，无需人为干预，实现了氢能发电的智能化管理，降低了传统充氢过程给安全员带来的威胁，保障了安全员的生命安全。

可选的，还包括有：

高压气瓶信息储存模块，存储有高压气瓶的基本信息以及充氢数据，充氢数据至少包括有历史周期充氢频率、历史单次充氢时长以及历史充氢信息；

高压气瓶预警模块，用于监测高压气瓶信息储存模块的信息数据，当所述高压气瓶预警模块监测到任意一项充氢数据发生异常，所述高压气瓶预警模块输出预警信号将出现异常的高压气瓶送气接口阀门关闭并发生报警。

通过采用上述技术方案，高压气瓶信息储存模块内存储的高压气瓶基本信息，便于安全员获取到指定高压气瓶的基本信息，并在高压气瓶出现异常或出现事故时追究相关责任；当高压气瓶预警模块监测到对应高压气瓶的充氢数据发生异常时，则表明相应的高压气瓶出现异常或已达到使用寿命，需要及时将高压气瓶进行更换；通过及时切断异常高压气瓶的送气接口与发电设备进气接口的供气，从而能将发生安全事故的风险降低，通过报警以提醒安全员及时对出现异常的高压气瓶进行检修或更换，从而能进一步降低发生危险的概率。

可选的，包括有：

高压气瓶维修室，用于设置在与所述充氢室保持安全距离的位置；

所述智能导航模块受控于高压气瓶预警模块输出的预警信号，并用于控制指定的所述智能底盘车运输模块自动行驶至高压气瓶维修室内。

通过采用上述技术方案，高压气瓶预警模块在发出报警的同时，智能导航模块在接收到预警信号后，将控制出现异常的高压气瓶所在的智能底盘车运输模块自动行驶至高压气瓶维修室内，从而实现将出现异常的高压气瓶与发电设备及时分离，进一步降低了发生事故的风险；此时安全员只需在高压气瓶维修室内等待智能底盘车运输模块将异常高压气瓶送入即可，节省了人力，方便了后续的检修与更换工作。

可选的，包括有：

环境氢气浓度检测模块，包括有用于检测氢气浓度值的氢气传感器，所述氢气传感器用于设置在对应的高压气瓶上方；所述环境氢气浓度检测模块内设置有氢气浓度预设值，当氢气传感器检测到环境中的氢气浓度值超过氢气浓度预设值，所述环境氢气浓度检测模块输出泄漏信号并将出现异常的高压气瓶送气接口阀门关闭；

所述智能导航模块受控于环境氢气浓度检测模块输出的泄漏信号，并用于控制所述智能底盘车运输模块自动行驶至高压气瓶维修室内。

通过采用上述技术方案，当氢气传感器检测到环境中的氢气浓度值超过氢气浓度预设值时，则表明高压气瓶内的氢气发生了泄漏，此时通过及时切断高压气瓶送气接口的阀门，并通过控制智能底盘车运输模块将发生泄漏的高压气瓶自动行驶至高压气瓶维修室内，从而能在第一时间将发生泄漏的高压气瓶从事故现场撤离，降低了泄漏的氢气在事故现场内积聚的风险，保障了事故现场内安全员的生命安全。

可选的，包括有：

停机通风模块，受控于环境氢气浓度检测模块输出的泄漏信号，所述停机通风模块用于控制指定区域的发电设备停机，同时控制备用通风设备开启。

通过采用上述技术方案，当氢气发生泄漏时，通过将发电设备及时停机，从而能预防更大事故的发生，同时启动备用通风设备从而能进一步加快事故现场的空气流动，加强了通风效果，有利于抑制氢气的积聚，以降低单位空间内的氢气浓度值，将危险降低。

可选的，包括有：

备用氢能管理模块，包括有用于存放备用智能底盘车运输模块的备用区，以及用于控制所述备用区内的智能底盘车运输模块自动行驶至待供气发电设备处的备用氢能导航单元；所述备用氢能导航单元的触发受控于氢气含量检测模块输出的充氢信号；

自动对接单元，用于将进入指定对接范围的待供气发电设备进气接口与高压气瓶送气接口进行自动对接。

通过采用上述技术方案，为了确保高压气瓶在充氢期间待供气发电设备的正常运行，备用氢能管理模块可将备用区内已充满氢气的高压气瓶，通过智能底盘车运输模块自动运输至待供气发电设备处，并通过自动对接单元将进入指定对接范围的发电设备进气接口与高压气瓶送气接口进行自动对接；从而便能保证发电设备的正常运行，此外还能实现高压气瓶间的轮换使用，减缓因长时间工作而导致高压气瓶的性能下降速度。

可选的，包括有：

待供气发电设备监控模块，用于实时监控当前待供气发电设备的数量以及待供气发电设备的位置信息；

所述氢气含量检测模块设置有第二压力预设值，当所述充氢室内处于充气状态的高压气瓶内部氢气压力值到达第二压力预设值，所述氢气含量检测模块输出充氢完毕信号以控制对应的自动充氢模块停止充气；

所述待供气发电设备监控模块受控于充氢完毕信号，当所述待供气发电设备监控模块接收到充氢完毕信号，此时若所述待供气发电设备监控模块监控到待供气发电设备，所述待供气发电设备监控模块输出该待供气发电设备对应的供气信号给智能导航模块，所述智能导航模块控制充氢室内指定的智能底盘车运输模块自动行驶至待供气发电设备处；

所述备用氢能导航单元的触发优先级高于待供气发电设备监控模块的触发优先级；

触发判断模块，用于实时检测高压气瓶预警模块与环境氢气浓度检测模块是否处于触发状态，所述备用氢能导航单元与待供气发电设备监控模块受控于触发判断模块；当触发判断模块检测到高压气瓶预警模块与环境氢气浓度检测模块中的任意一项处于触发状态，所述触发判断模块将输出终止信号以同时控制备用氢能导航单元与待供气发电设备监控模块终止。

通过采用上述技术方案，当处于充气状态的高压气瓶内部氢气压力值到达第二压力预设值，氢气含量检测模块将自动控制相应的自动充氢模块停止对该高压气瓶的继续充气；当待供气发电设备监控模块检测到存在有待供气发电设备，且备用区内不存在可用的高压气瓶时，智能导航模块将控制充氢室内已充气完成的高压气瓶所在的智能底盘车运输模块，自动行驶至待供气发电设备处并实现供气，以保证待供气发电设备的正常工作；当触发判断模块检测到高压气瓶预警模块或环境氢气浓度检测模块中的任意一项处于触发状态时，则表明此时不适合对发电设备进行供气，备用氢能导航单元与待供气发电设备监控模块将不在触发；使得整个管理系统更加的智能、安全。

可选的，当所述待供气发电设备监控模块接收到充氢完毕信号，此时若所述待供气发电设备监控模块未监控到待供气发电设备，所述待供气发电设备监控模块输出备用氢能信号给智能导航模块，所述智能导航模块控制指定的智能底盘车运输模块自动行驶至备用区内。

通过采用上述技术方案，当待供气发电设备监控模块未监控到待供气发电设备时，智能导航模块可将充气完毕后的高压气瓶通过智能底盘车运输模块自动运输至备用区内；保证充气完成的高压气瓶不占用过多的充气资源，确保后方高压气瓶的正常充气。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

整个充氢过程自动完成，无需人为干预，实现了氢能发电的智能化管理，降低了传统充氢过程给安全员带来的威胁，保障了安全员的生命安全。通过及时切断异常高压气瓶的送气接口与发电设备进气接口的供气，从而能将发生安全事故的风险降低，通过报警以提醒安全员及时对出现异常的高压气瓶进行检修或更换，从而能进一步降低发生危险的概率。

附图说明

图1是本申请实施例凸显氢气含量检测模块的结构框图。

图2是本申请实施例凸显环境氢气浓度检测模块的结构框图。

图3是本申请实施例凸显备用氢能管理模块的结构框图。

附图标记说明：1、智能底盘车运输模块；2、智能导航模块；3、充氢室；4、氢气含量检测模块；5、自动充氢模块；6、高压气瓶信息储存模块；7、高压气瓶预警模块；8、高压气瓶维修室；9、环境氢气浓度检测模块；91、氢气传感器；10、停机通风模块；11、备用氢能管理模块；111、备用区；112、备用氢能导航单元；113、自动对接单元；12、待供气发电设备监控模块；13、触发判断模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请实施例公开一种氢能发电智能管理系统。参照图1、图2，氢能发电智能管理系统包括有智能底盘车运输模块1、智能导航模块2、充氢室3、氢气含量检测模块4、自动充氢模块5、高压气瓶信息储存模块6、高压气瓶预警模块7、高压气瓶维修室8、环境氢气浓度检测模块9、停机通风模块10、备用氢能管理模块11、自动对接单元113、待供气发电设备监控模块12、触发判断模块13。各个模块可以包括CPU或MPU等中央处理部件或以CPU或MPU为核心所构建的主机系统，包括硬件或软件。人们利用编程便可自由控制各个模块，使之按照人们的意愿运行。

如图1、图2所示，每组智能底盘车运输模块1上均设置有高压气瓶，智能底盘车运输模块1可采用智能移动小车或智能底盘车。通过智能底盘车运输模块1来实现对高压气瓶的承载与运输。智能导航模块2用于控制智能底盘车运输模块1按人为设定的路线行驶。智能导航模块2可采用卫星定位，卫星定位接口及协议即GNSS，包括但不限于：GPS协议、北斗协议、GLONASS协议、Galileo协议等，比较常见的有NMEA-0183标准协议等。智能导航模块2还可采用无线定位接口及协议包括但不限于：LBS(基站定位)或MPS(移动定位)、道路沿线标识杆编号定位等。

如图1、图2所示，充氢室3用于设置在与发电设备保持安全距离的位置。充氢室3内可放置多台用于给高压气瓶补充氢气的充氢设备。每瓶高压气瓶上均设置有氢气含量检测模块4，氢气含量检测模块4包括有用于实时检测高压气瓶内部氢气压力值的压力传感器，氢气含量检测模块4设置有第一压力预设值，当压力传感器检测到高压气瓶内部的氢气压力值低于第一压力预设值时，氢气含量检测模块4将输出充氢信号给智能导航模块2，智能导航模块2在接收到充氢信号后，将控制待充气高压气瓶所在的智能底盘车运输模块1自动行驶至充氢室3的空闲充氢设备处。当承载有待充气高压气瓶的智能底盘车运输模块1移动至空闲充氢设备的指定位置时，设置在充氢设备上的自动充氢模块5将控制充氢设备给该高压气瓶自动充氢。

如图1、图2以及图3所示，备用氢能管理模块11包括有用于存放备用智能底盘车运输模块1的备用区111，备用区111内智能底盘车运输模块1的数量可根据实际需求进行增减，位于备用区111内的高压气瓶均为充满氢气的状态。备用氢能管理模块11还包括有用于控制备用区111内的智能底盘车运输模块1，自动行驶至待供气发电设备处的备用氢能导航单元112。备用氢能导航单元112的触发受控于氢气含量检测模块4输出的充氢信号，当备用氢能导航单元112接收到充氢信号后，实现将位于备用区111内的高压气瓶给指定的待供气发电设备进行供气。

如图1、图2所示，自动对接单元113包括有设置在发电设备进气接口上的第一航空插头，以及设置在高压气瓶送气接口上的第二航空插头，第一航空插头与第二航空插头相适配。当高压气瓶在智能底盘车运输模块1的运输下移动至待供气发电设备的指定位置时，第一航空插头将与第二航空插头正对，此时第一航空插头与第二航空插头将在自动对接单元113的控制下实现自动对接，此时高压气瓶便能给发电设备进行供气。

如图1、图2所示，氢气含量检测模块4设置有第二压力预设值，当充氢室3内处于充气状态的高压气瓶内部氢气压力值到达第二压力预设值时，氢气含量检测模块4将输出充氢完毕信号以控制对应的充氢设备停止给该高压气瓶充气。

如图1、图2以及图3所示，待供气发电设备监控模块12用于实时监控当前待供气发电设备的数量，以及待供气发电设备的位置信息。待供气发电设备监控模块12受控于充氢完毕信号，当待供气发电设备监控模块12接收到充氢完毕信号，并且待供气发电设备监控模块12监控到存在有待供气发电设备时，待供气发电设备监控模块12将输出该待供气发电设备对应的供气信号给智能导航模块2，供气信号内至少包含有待供气发电设备的位置信息以及所在区域。随后智能导航模块2控制充氢室3内充气完成的智能底盘车运输模块1自动行驶至待供气发电设备的指定位置。需要提及的是备用氢能导航单元112的触发优先级高于待供气发电设备监控模块12的触发优先级。

如图1、图2所示，高压气瓶信息储存模块6存储有各个高压气瓶的基本信息以及充氢数据，基本信息可以包括有单元编号、使用状态、厂家信息、尺寸规格、材质、空瓶重量、充装介质。充氢数据至少包括有历史周期充氢频率、历史单次充氢时长以及历史充氢信息。高压气瓶预警模块7用于监测高压气瓶信息储存模块6的信息数据，当高压气瓶预警模块7监测到任意一项充氢数据发生异常，高压气瓶预警模块7输出预警信号并将出现异常的高压气瓶送气接口阀门关闭，随后发生报警。具体的充氢数据异常可包括：单次充氢时长低于标准值，固定周期内充氢频率低于标准值。

如图1、图2所示，高压气瓶维修室8，用于设置在与充氢室3保持安全距离的位置。智能导航模块2受控于高压气瓶预警模块7输出的预警信号，并用于控制充氢数据出现异常的智能底盘车运输模块1自动行驶至高压气瓶维修室8内。每个高压气瓶上均设置有环境氢气浓度检测模块9，环境氢气浓度检测模块9包括有用于检测氢气浓度值的氢气传感器91，氢气传感器91设置在高压气瓶正上方。环境氢气浓度检测模块9内设置有氢气浓度预设值，当氢气传感器91检测到环境中的氢气浓度值超过氢气浓度预设值，环境氢气浓度检测模块9输出泄漏信号并将出现异常的高压气瓶送气接口阀门关闭。智能导航模块2受控于环境氢气浓度检测模块9输出的泄漏信号，当智能导航模块2接收到泄漏信号，智能导航模块2将控制智能底盘车运输模块1自动行驶至高压气瓶维修室8内。

如图2所示，停机通风模块10同样受控于环境氢气浓度检测模块9输出的泄漏信号，当停机通风模块10接收到泄漏信号触发时，停机通风模块10将输出控制信号以控制指定区域内的发电设备停机，同时控制备用通风设备开启，从而保证通风效果。

如图1、图2以及图3所示，触发判断模块13，用于实时检测高压气瓶预警模块7与环境氢气浓度检测模块9是否处于触发状态，当触发判断模块13检测到高压气瓶预警模块7与环境氢气浓度检测模块9中的任意一项处于触发状态，触发判断模块13将输出终止信号。备用氢能导航单元112与待供气发电设备监控模块12受控于触发判断模块13，备用氢能导航单元112与待供气发电设备监控模块12在输出信号前，必须通过触发判断模块13的判断。若触发判断模块13未检测到高压气瓶预警模块7与环境氢气浓度检测模块9中的任意一项处于触发状态，触发判断模块13将不会输出信号，此时备用氢能导航单元112与待供气发电设备监控模块12可正常触发。若触发判断模块13检测到高压气瓶预警模块7与环境氢气浓度检测模块9中的任意一项处于触发状态，触发判断模块13将输出终止信号，以控制备用氢能导航单元112与待供气发电设备监控模块12无法输出相应的触发信号。

如图1、图2以及图3所示，当待供气发电设备监控模块12接收到充氢完毕信号，并且此时待供气发电设备监控模块12未监控到存在有待供气发电设备，则待供气发电设备监控模块12将输出备用氢能信号给智能导航模块2，智能导航模块2将控制该充气完毕的智能底盘车运输模块1自动行驶至备用区111内。

本申请实施例一种氢能发电智能管理系统的实施原理为：将高压气瓶设置在智能底盘车运输模块1上，并利用氢气含量检测模块4来对高压气瓶内部的氢气压力值进行实时检测，一旦氢气含量检测模块4检测到高压气瓶内部的氢气压力值低于第一压力预设值时，则表明高压气瓶内的氢气含量不足需要进行充气。当智能导航模块2接收到氢气含量检测模块4输出的充氢信号，智能导航模块2将控制智能底盘车运输模块1自动行驶至充氢室3的指定位置，最后通过自动充氢模块5来实现对高压气瓶的自动充氢。整个充氢过程自动完成，无需人为干预，实现了氢能发电的智能化管理，降低了传统充氢过程给安全员带来的威胁，保障了安全员的生命安全。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。