一种应用于燃料电池汽车的氢气回收装置及其控制方法

本发明涉及燃料电池汽车，特别是涉及一种应用于燃料电池汽车的氢气回收装置及其控制方法。

背景技术：

1、在交通运输领域，燃料电池汽车是氢能应用的主要载体。目前，在面对燃料电池汽车车载氢系统排空氢气时，选择通过车载氢系统排空阀将氢气直接排入大气，此行为既有安全隐患也造成了极大的氢气浪费。在燃料电池汽车安全高效运营的角度来说，对燃料电池汽车的排空氢气进行安全快速的回收是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种应用于燃料电池汽车的氢气回收装置及其控制方法，以实现对燃料电池汽车的排空氢气进行安全快速的回收。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种应用于燃料电池汽车的氢气回收装置，所述氢气回收装置包括：排空氢气接口、第一氢气压缩机、电磁阀、第二氢气压缩机、缓冲罐和储氢罐；

4、所述第一氢气压缩机安装在排空氢气接口和所述缓冲罐的入口之间；排空氢气接口用于连接燃料电池汽车排空阀；

5、所述电磁阀的两端分别与所述第一氢气压缩机的两端连接，所述电磁阀在排空氢气压力大于预设倍数的缓冲罐氢气压力时导通，使燃料电池汽车排空阀排出的氢气直接进入所述缓冲罐，所述电磁阀在排空氢气压力不大于预设倍数的缓冲罐氢气压力时断开，使燃料电池汽车排空阀排出的氢气经所述第一氢气压缩机压缩后再进入所述缓冲罐；所述排空氢气压力为燃料电池汽车排空阀排出的氢气的压力；

6、所述第二氢气压缩机安装在所述缓冲罐的出口和所述储氢罐的入口之间，所述第二氢气压缩机用于对所述缓冲罐输出的氢气进行压缩。

7、可选的，所述氢气回收装置还包括排空氢气压力传感器、缓冲罐氢气压力传感器和控制器；

8、所述排空氢气压力传感器设置在所述排空氢气接口与所述第一氢气压缩机之间，所述缓冲罐氢气压力传感器设置在所述缓冲罐的入口位置；所述排空氢气压力传感器用于监测排空氢气压力，所述缓冲罐氢气压力传感器用于监测缓冲罐氢气压力；

9、所述控制器分别与所述排空氢气压力传感器、所述电磁阀的控制端和所述第一氢气压缩机的控制端连接，所述控制器用于当排空氢气压力大于预设倍数的缓冲罐氢气压力时控制所述电磁阀导通，当排空氢气压力不大于预设倍数的缓冲罐氢气压力时控制所述电磁阀断开，控制所述第一氢气压缩机工作。

10、可选的，所述氢气回收装置还包括：与所述控制器连接的排空氢气质量流量传感器、缓冲罐氢气温度传感器、储氢罐氢气压力传感器和储氢罐氢气温度传感器；所述排空氢气质量流量传感器设置在所述排空氢气接口与所述第一氢气压缩机之间，所述缓冲罐氢气温度传感器设置在所述缓冲罐的出口位置，所述储氢罐氢气压力传感器和所述储氢罐氢气温度传感器设置在所述储氢罐的入口位置；

11、所述排空氢气质量流量传感器、所述缓冲罐氢气压力传感器、所述缓冲罐氢气温度传感器、所述储氢罐氢气压力传感器和所述储氢罐氢气温度传感器分别用于采集排空氢气质量流量、缓冲罐氢气压力、缓冲罐氢气温度、储氢罐氢气压力和储氢罐氢气温度；

12、所述控制器用于基于第一预设时间段内的监测数据，采用训练好的lstm神经网络模型获得第二预设时间段后的预测缓冲罐温度，根据预测缓冲罐温度和所述排空氢气质量流量采用经验评价函数计算调整后的氢气质量流量，并基于调整后的氢气质量流量控制所述第一氢气压缩机的转速；监测数据包括：排空氢气质量流量、排空氢气压力、缓冲罐氢气压力和缓冲罐氢气温度；

13、所述控制器还用于基于所述储氢罐氢气压力和所述储氢罐氢气温度监测所述储氢罐的状态，当所述储氢罐氢气压力和所述储氢罐氢气温度满足预设条件时生成预警提醒信号，所述预设条件为所述储氢罐氢气压力达到氢气压力阈值和/或所述储氢罐氢气温度达到氢气温度阈值。

14、可选的，所述经验评价函数为：

15、；

16、其中，为调整后的氢气质量流量，为排空氢气质量流量，、均为经验评价函数的参数，为第一预设时间段的起始时刻和末尾时刻的缓冲罐氢气温度差，为第一预设时间段的时间差，为第一预设时间段的起始时刻的缓冲罐氢气温度，为预测缓冲罐温度，t为时间变量。

17、可选的，所述控制器还与设置在所述缓冲罐的出口的缓冲罐瓶阀的控制端和所述第二氢气压缩机的控制端连接；

18、所述控制器还用于当缓冲罐氢气温度小于或等于40℃或缓冲罐氢气压力大于0.8pmax时，控制所述缓冲罐瓶阀打开，并控制所述第二氢气压缩机工作，其中，pmax为缓冲罐最大工作压力。

19、一种应用于燃料电池汽车的氢气回收装置的控制方法，所述控制方法应用于上述的氢气回收装置，所述控制方法包括：

20、获取排空氢气压力和缓冲罐氢气压力；

21、判断所述排空氢气压力是否大于预设倍数的缓冲罐氢气压力；

22、当排空氢气压力大于预设倍数的缓冲罐氢气压力时，控制氢气回收装置的电磁阀导通；

23、当排空氢气压力不大于预设倍数的缓冲罐氢气压力时，控制所述电磁阀断开，并采用转速控制策略控制氢气回收装置的第一氢气压缩机工作。

24、可选的，所述转速控制策略为：

25、获取第一预设时间段内的监测数据；

26、基于监测数据，采用训练好的lstm神经网络模型获得第二预设时间段后的预测缓冲罐温度；监测数据包括：排空氢气质量流量、排空氢气压力、缓冲罐氢气压力和缓冲罐氢气温度；

27、根据预测缓冲罐温度和所述排空氢气质量流量，采用经验评价函数，计算调整后的氢气质量流量；

28、基于调整后的氢气质量流量控制所述第一氢气压缩机的转速。

29、可选的，所述经验评价函数为：

30、；

31、其中，为调整后的氢气质量流量，为排空氢气质量流量，、均为经验评价函数的参数，为第一预设时间段的起始时刻和末尾时刻的缓冲罐氢气温度差，为第一预设时间段的时间差，为第一预设时间段的起始时刻的缓冲罐氢气温度，为预测缓冲罐温度，t为时间变量。

32、可选的，基于调整后的氢气质量流量控制所述燃料电池汽车排空阀调整氢气排空速度，之后还包括：

33、缓冲罐氢气温度小于或等于40℃或缓冲罐氢气压力大于0.8pmax时，控制所述缓冲罐瓶阀打开，并控制所述第二氢气压缩机工作，其中，pmax为缓冲罐最大工作压力。

34、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的控制方法。

35、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

36、本发明实施例提供一种应用于燃料电池汽车的氢气回收装置及其控制方法，所述氢气回收装置包括：排空氢气接口、第一氢气压缩机、电磁阀、第二氢气压缩机、缓冲罐和储氢罐；所述第一氢气压缩机安装在排空氢气接口和所述缓冲罐的入口之间；排空氢气接口用于连接燃料电池汽车排空阀；所述电磁阀的两端分别与所述第一氢气压缩机的两端连接，所述电磁阀在排空氢气压力大于预设倍数的缓冲罐氢气压力时导通，使燃料电池汽车排空阀排出的氢气直接进入所述缓冲罐，所述电磁阀在排空氢气压力不大于预设倍数的缓冲罐氢气压力时断开，使燃料电池汽车排空阀排出的氢气经所述第一氢气压缩机压缩后再进入所述缓冲罐；所述排空氢气压力为燃料电池汽车排空阀排出的氢气的压力；所述第二氢气压缩机安装在所述缓冲罐的出口和所述储氢罐的入口之间，所述第二氢气压缩机用于对所述缓冲罐输出的氢气进行压缩。本发明设置了缓冲罐和储氢罐对燃料电池汽车排出的氢气进行回收，并在排空氢气压力与缓冲罐氢气压力的差下降到限定值后，通过第一氢气压缩机加速抽取剩余氢气，加快燃料电池汽车车载氢系统排空氢气的速度，节省了燃料电池汽车车载氢系统排空氢气花费的时间。