CN112290053A - 一种燃料电池氢能汽车供氢控制***及方法 - Google Patents

一种燃料电池氢能汽车供氢控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃料电池氢能汽车供氢控制***及方法，供氢控制***包括：储氢罐、瓶阀、机械减压阀、温度传感器、压力传感器、氢浓度传感器和供氢控制器HCU；所述供氢控制器HCU与氢燃料电池汽车FCU控制器电性连接；方法包括：供氢控制器HCU通过瓶阀、机械减压阀和各传感器数据判断供氢***故障状态；氢燃料电池汽车FCU根据所述供氢***故障状态，发送控制指令至所述供氢控制器HCU；所述供氢控制器HCU根据所述控制指令，控制所述瓶阀开闭，保证供氢安全性；本发明提供的有益效果是：提供了一种供氢***故障检测方法及多模式控制方法，大大增加了燃料电池氢能汽车供氢安全性。

Description

一种燃料电池氢能汽车供氢控制***及方法
技术领域
本发明涉及氢能汽车领域，尤其涉及一种燃料电池氢能汽车供氢控制***及方法。
背景技术
在全球能源使用低碳环保、高效节能的主题下，氢能源作为汽车动力***的角色重新登上历史的舞台。随着电子电力技术、电池技术的飞速发展，新能源汽车完全符合当前时代趋势的发展，而氢燃料电池发动机加动力电池也普遍被认为是人类能源的终极动力形式。
由于氢燃料点火能量小，火焰传播速度快，在密封容器内易扩散等特性，供氢***中储氢压力采用标准值35MPa或者70MPa，储氢压力高等对氢燃料电池汽车的安全性至关重要，高品质的供氢***控制方法对于普通民众对于氢燃料电池汽车的广泛应用有着重要的意义。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中供氢***控制安全性不足的问题，本申请提出了一种燃料电池氢能汽车供氢控制***及方法，采用多模式故障检测与控制，大大增加了燃料电池氢能汽车供氢安全性。
本发明提供的一种燃料电池氢能汽车供氢控制***及方法，所述供氢***具体包括：
储氢仓、瓶阀、机械减压阀、温度传感器、压力传感器和供氢控制器HCU；
所述储氢仓至少有一个储氢罐；
所述储氢罐所述瓶阀与储氢罐一一对应，用于封闭储氢罐口；
所述温度传感器与所述瓶阀一一对应，安装于所述瓶阀附近；
所述瓶阀通过供氢管道与所述机械减压阀的一端连接；所述机械减压阀的另一端连接所述氢燃料电池发动机；
所述压力传感器安装于所述机械减压阀两端；
所述温度传感器、压力传感器与所述供氢控制器HCU电性连接；
所述供氢控制器HCU用于控制所述瓶阀开闭；
所述供氢控制器与所述氢燃料电池发动机控制器FCU通过CAN总线连接。
一种燃料电池氢能汽车供氢控制方法，应用于所述供氢控制***，具体包括以下步骤：
S101：所述供氢控制器HCU根据所述温度传感器、压力传感器、氢浓度传感器的传感数据，判断所述供氢控制***的故障状态；
S102：所述氢燃料电池发动起控制器FCU根据所述供氢控制***的故障状态，发出控制指令至所述供氢控制器HCU；
S103：所述供氢控制器HCU根据所述控制指令，完成对所述瓶阀的控制，保证所述供氢***的供氢安全性。
本发明提供的有益效果是：提供了一种供氢***故障检测方法及多模式控制方法，大大增加了燃料电池氢能汽车供氢安全性。
附图说明
图1是本发明供氢控制***结构图；
图2是本发明供氢控制***故障判断流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，一种燃料电池氢能汽车供氢控制***，包括以下：
储氢仓、瓶阀、机械减压阀、温度传感器、压力传感器和供氢控制器HCU；
所述储氢仓至少有一个储氢罐；
所述储氢罐所述瓶阀与储氢罐一一对应，用于封闭储氢罐口；
所述温度传感器与所述瓶阀一一对应，安装于所述瓶阀附近；
本申请实施例中，储氢罐、瓶阀、和温度传感器均为4个。
所述瓶阀通过供氢管道与所述机械减压阀的一端连接；所述机械减压阀的另一端连接所述氢燃料电池发动机；
所述压力传感器安装于所述机械减压阀两端；
本申请实施例中，压力传感器为两个，分别为高压压力传感器和低压压力传感器，高压压力传感器安装于机械减压阀靠近瓶阀的一端，低压压力传感器安装于机械减压阀靠近氢燃料电池发动机前舱的一端。
所述温度传感器、压力传感器与所述供氢控制器HCU电性连接；
所述供氢控制器HCU用于控制所述瓶阀开闭；(实际情况下，供氢控制器HCU还可对机械减压阀以及电控比例阀进行控制，这里非本申请核心内容，不作解释)
所述供氢控制器与所述氢燃料电池发动机控制器FCU通过CAN总线连接。
***还包括电控比例阀；所述电控比例阀通过供氢管道，一端与所述机械减压阀连接，另一端与所述氢燃料电池发动机连接。
***还包括氢浓度传感器；所述氢浓度传感器安装于所述储氢仓内，且与所述供氢控制器电性连接。本申请中氢浓度传感器为3个，两个安装于所述储氢仓内，还有一个安装于氢燃料电池发动机前舱。
整个供氢控制***的输入信号包括模拟量输入信号和CAN总线输入信号；
模拟量输入信号包括：温度传感器输入信号、压力传感器输入信号和氢浓度传感器输入信号；CAN总线输入信号包括：FCU发送控制模式信号、瓶阀总使能信号、各瓶阀使能信号、安全气囊控制单元ACU发送碰撞加速度信号；
一种燃料电池氢能汽车供氢控制方法，具体包括以下步骤：
S101：所述供氢控制器HCU根据所述温度传感器、压力传感器、氢浓度传感器的传感数据，判断所述供氢控制***的故障状态；
S102：所述氢燃料电池发动起控制器FCU根据所述供氢控制***的故障状态，发出控制指令至所述供氢控制器HCU；
S103：所述供氢控制器HCU根据所述控制指令，完成对所述瓶阀的控制，保证所述供氢***的供氢安全性。
在本申请实施例中，对以上步骤的详细说明如下：
供氢***故障判断较为复杂，本专利中供氢***模式控制仅涉及到HCU故障等级是否等于3的情况。
请参考图2，图2是供氢***故障判断流程图。
首先HCU控制器上电后，完成初始化，进行自检：
瓶阀为电磁阀，其带有的驱动管脚具有电路诊断功能，判断4个瓶阀电磁阀回路是否开路或短路(对地短路和对电源短路)。如果电路故障，则HCU故障等级为3；
否则继续判断传感器采集电路是否故障，包括高压压力传感器和氢浓度传感器，注意温度传感器电路故障等级为2。如果压力传感器和浓度传感器信号回路无开路或短路故障，则HCU故障等级为3；
否则继续判断信号合理性故障，包括氢瓶高压管路压力过高或过低，中压压力过高或过低，氢泄露浓度过大，氢瓶内温度过高。如果以上故障播报，则HCU故障等级为3；
否则继续判断通讯故障，包括HCU与FCU和ACU之间报文是否通讯丢失或通讯超时故障，如果以上故障播报，则HCU故障等级为3；
否则HCU故障等级小于3，具体数值根据供氢***故障诊断等级划分，在本专利不做阐述。HCU故障等级为3时，为氢***严重故障。
当HCU确定***故障等级后，可以响应不同模式下对储氢罐瓶阀的控制。
步骤S102中，所述控制指令包括控制模式、各瓶阀使能信号；所述控制模式包括自动模式、手动模式和维修模式。
在自动模式下，HCU故障等级小于3，通过FCU报文发送的总开关指令可同时控制4个瓶阀动作。该模式属于正常工作状态，保证瓶阀之间的控制时序一致。若氢***发送严重故障，以安全第一，禁止开瓶阀。
在手动模式下，HCU故障等级小于3时，4个瓶阀均为单独控制；13中总开关命令无效。氢***发送严重故障，以安全第一，禁止开启任意一个瓶阀。手动模式下瓶阀控制更为灵活，可以单独启用某一个储氢罐，若瓶阀电磁阀驱动芯片能力受限，可以单独控制某个瓶阀，减少驱动电流的冲击。
在维修模式下，不论供氢***是否发送严重故障，4个瓶阀均可控制。当某一个瓶阀电磁阀发生电路故障，在此模式下工程师维修可以跳过故障等级的限制，测试任意一个瓶阀的开启和关闭。这对于工程师测试维修非常重要，该模式下无需更改HCU控制器程序或数据，通过诊断仪请求发送对应模式，即可进入维修状态。
三种模式下对储氢罐瓶阀的控制大大增加了供氢***使用的安全性、灵活性、维修便利性。
本发明提供的有益效果是：提供了一种供氢***故障检测方法及多模式控制方法，大大增加了燃料电池氢能汽车供氢安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃料电池氢能汽车供氢控制***，所述供氢控制***与氢燃料电池汽车发动机前舱电性连接，所述氢燃料电池汽车发动机前舱包括氢燃料电池发动机和氢燃料电池发动机控制器FCU，其特征在于：具体包括：
储氢仓、瓶阀、机械减压阀、温度传感器、压力传感器和供氢控制器HCU；
所述储氢仓至少有一个储氢罐；
所述储氢罐所述瓶阀与储氢罐一一对应，用于封闭储氢罐口；
所述温度传感器与所述瓶阀一一对应，安装于所述瓶阀附近；
所述瓶阀通过供氢管道与所述机械减压阀的一端连接；所述机械减压阀的另一端连接所述氢燃料电池发动机；
所述压力传感器安装于所述机械减压阀两端；
所述温度传感器、压力传感器与所述供氢控制器HCU电性连接；
所述供氢控制器HCU用于控制所述瓶阀开闭；
所述供氢控制器与所述氢燃料电池发动机控制器FCU通过CAN总线连接。
2.如权利要求1所述的燃料电池氢能汽车供氢控制***，其特征在于：还包括电控比例阀；所述电控比例阀通过供氢管道，一端与所述机械减压阀连接，另一端与所述氢燃料电池发动机连接。
3.如权利要求1所述的燃料电池氢能汽车供氢控制***，其特征在于：还包括氢浓度传感器；所述氢浓度传感器安装于所述储氢仓内，且与所述供氢控制器电性连接。
4.一种燃料电池氢能汽车供氢控制方法，用于控制如权利要求1-3所述的任意一种燃料电池氢能汽车供氢控制***，其特征在于：具体包括以下步骤：
S101：所述供氢控制器HCU根据所述温度传感器、压力传感器、氢浓度传感器的传感数据，判断所述供氢控制***的故障状态；
S102：所述氢燃料电池发动起控制器FCU根据所述供氢控制***的故障状态，发出控制指令至所述供氢控制器HCU；
S103：所述供氢控制器HCU根据所述控制指令，完成对所述瓶阀的控制，保证所述供氢***的供氢安全性。
5.如权利要求4所述的燃料电池氢能汽车供氢控制方法，其特征在于：
步骤S101中，所述供氢控制器HCU根据所述温度传感器、压力传感器、氢浓度传感器的传感数据，判断所述供氢控制***的故障状态，具体过程为：
S201：所述供氢控制器HCU上电自检；
S202：所述供氢控制器根据所述压力传感器、温度传感器、氢浓度传感器采集数据进行判断，若所述压力数据高于预设的压力上限阈值或者低于预设的压力下限阈值或温度数据高于预设的温度上限阈值或氢浓度数据高于预设的氢浓度上限阈值，则判定所述供氢***故障；否则，所述供氢***正常。
6.如权利要求4所述的燃料电池氢能汽车供氢控制方法，其特征在于：
步骤S102中，所述控制指令包括控制模式、各瓶阀使能信号；所述控制模式包括自动模式、手动模式和维修模式。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210129

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