CN112895900A - 一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置及方法。所述装置包括：氢浓度传感器，安装于储氢***的监测位置；第一通信监测***采集所述氢浓度传感器的监测信号以及获取第二通信监测***的监测信号，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；第二通信监测***采集所述氢浓度传感器的监测信号，并将监测信号发送至第一通信监测***，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。通过至少两套冗余监测装置，实时监测氢气状态监测和进行保护、报警操作，提高氢能源使用安全性，避免发生事故。

Description

一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置及方法
技术领域
本发明涉及轨道交通氢能源动力技术领域,尤其涉及一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置及方法。
背景技术
随着全球石化危机和轨道交通绿色、可持续发展技术方向理念，氢能源作为车辆动力***正成为新的发展趋势，采用氢气和空气反应产生电能作为车辆运行动力、无牵引供电***，运行路线旁无需架设高压电气回路，减少施工成本和周期，具有良好的节能减排效果。
然而，目前的氢能机车存在氢气泄露测量不准和车辆静止时无法监测的缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置及方法。
第一方面，本发明提供一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，包括：
氢浓度传感器，安装于储氢***的监测位置，用于获取监测位置的监测信号；
第一通信监测***，与所述氢浓度传感器连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，以及获取第二通信监测***的监测信号，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；
第二通信监测***，与所述氢浓度传感器连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，并将监测信号发送至所述第一通信监测***，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
根据本发明的实施例，优选地，所述监测位置至少包括瓶口阀、减压阀、电磁阀、泄放孔中的一种。
根据本发明的实施例，优选地，所述第一通信监测***，包括：
能量管理单元，与所述氢浓度传感器连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，并通过CAN链路与所述第二通信监测***进行通信，以获取所述第二通信监测***采集的所述氢浓度传感器的监测信号；若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；其中，所述故障响应操作包括发送故障信息至显示装置；
显示装置，布置于司机室，通过多功能车辆总线MVB与所述能量管理单元进行通信，用于显示所述故障信息。
根据本发明的实施例，优选地，所述能量管理单元，包括：第一MCU处理模块、MVB通信模块、第一CAN通信模块和第一DO输出模块；
第一MCU处理模块，分别与所述氢浓度传感器、MVB通信模块、第一CAN通信模块和第一DO输出模块连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，并通过第一CAN通信模块获取所述第二通信监测***采集的监测信号、通过所述MVB通信模块发送故障信息至显示装置；若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；
其中，所述故障响应操作还包括通过所述第一DO输出模块控制储氢***的关闭和/或氢燃料电池的关闭。
根据本发明的实施例，优选地，所述第二通信监测***，包括：
氢气监测单元，与所述氢浓度传感器连接，采集所述氢浓度传感器的监测信号，并将监测信号发送至所述第一通信监测***，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级；
报警单元，与所述氢气监测单元进行Lora无线通信，根据该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；其中，所述故障响应操作包括生成控制声光报警装置执行与该故障等级相应的声光报警操作的指令；
声光报警装置，与所述报警单元连接，根据所述指令进行声光报警。
根据本发明的实施例，优选地，所述氢气监测单元，包括：第二MCU处理模块、第一Lora无线通信模块和第二CAN通信模块；
所述第二MCU处理模块分别与所述氢浓度传感器、第一Lora无线通信模块和第二CAN通信模块连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，并通过第二CAN通信模块将监测信号发送至所述第一通信监测***；若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
根据本发明的实施例，优选地，还包括报警屏蔽开关；
所述报警屏蔽开关关闭，使所述声光报警装置能够根据所述指令进行声光报警。
根据本发明的实施例，优选地，所述报警单元，包括：第三MCU处理模块、第二Lora无线通信模块、第一DI输入模块、第二DO输出模块；
所述第三MCU处理模块分别与所述第二MCU处理模块、第二Lora无线通信模块、第一DI输入模块和第二DO输出模块连接，用于通过所述第一DI输入模块获取所述报警屏蔽开关的状态，在所述报警屏蔽开关为关闭状态时，通过所述第二Lora无线通信模块获取所述氢气监测单元确定的故障等级，生成控制声光报警装置执行与该故障等级相应的声光报警操作的指令，通过所述第二DO输出模块发送至所述声光报警装置。
第二方面，本发明提供一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1至8任一项所述氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置实现，所述方法，包括：
氢浓度传感器实时获取储氢***的监测位置的监测信号；
第一通信监测***、第二通信监测***采集氢浓度传感器的监测信号；
第一通信监测***获取第二通信监测***的监测信号；
在第一通信监测***和/或第二通信监测***中，根据监测信号确定监测位置是否发生氢气泄露故障；
若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
根据本发明的实施例，优选地，所述根据监测信号确定监测位置是否发生氢气泄露故障，包括：
将该监测信号换算为氢气浓度百分比；
若所述氢气浓度百分比超过预设值，则确定监测位置发生氢气泄露故障。
根据本发明的实施例，优选地，所述确定该监测信号对应的故障等级，包括：
若氢气浓度百分比为0.4％～1％之间，并且持续预设时长，确定故障等级为第一等级：
若氢气浓度百分比为1％～2％之间，确定故障等级为第二等级；
若氢气浓度百分比达到2％以上，确定故障等级为第三等级。
根据本发明的实施例，优选地，在第一通信监测***中，故障等级与故障响应操作的对应关系包括：
第一等级对应的故障响应操作为发送第一故障信息；
第二等级对应的故障响应操作为切除氢燃料电池，并发送第二故障信息；
第三等级对应的故障响应操作为关闭储氢***的瓶口阀、电磁阀，切除氢燃料电池，并发送第三故障信息。
根据本发明的实施例，优选地，在第二通信监测***中，故障等级与故障响应操作的对应关系包括：
第一等级对应的故障响应操作为执行第一声光报警方式；
第二等级对应的故障响应操作为执行第二声光报警方式；
第三等级对应的故障响应操作为执行第三声光报警方式。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
针对目前氢能机车氢气泄露测量不准和车辆静止时无法监测的问题，提出一套实时、高可靠性和高准确率的氢气监测保护方案，确保车辆用氢安全和乘客安全，推动氢燃料技术在轨道交通车辆上的广泛应用。通过至少两套冗余监测装置，实时监测氢气状态监测和进行保护、报警操作，提高氢能源使用安全性，避免发生事故。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例一提供的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置架构示意图；
图2是本发明实施例一提供的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置架构框图；
图3是本发明实施例一提供的监测位置示意图；
图4是本发明实施例一提供的能量管理单元架构示意图；
图5是本发明实施例一提供的能量管理单元的报警机制示意图；
图6是本发明实施例一提供的氢气监测单元架构示意图；
图7是本发明实施例一提供的报警单元架构示意图；
图8是本发明实施例一提供的氢气监测单元的报警机制示意图；
图9是本发明实施例二提供的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
由于氢气，无色无味，通过嗅觉无法发现泄露。且氢气燃点仅为585℃，空气中含量在4％～75％范围内,遇明火即发生***,故在氢气的使用中必须对环境中氢气的含量进行检测并对其泄露进行监测保护，以免发生事故。轨道车辆由于动力大、续航里程长，对储氢量有很高要求，一旦发生泄露后果非常严重，因而需要高可靠监测和保护。
在相关技术中，在氢反应堆未开启时，获取氢总质量M总；氢反应堆开启时，氢气经管路传输至氢反应堆，开始电化学反应，监测电化学反应生成水质量M水，监测剩余氢气质量M剩；实时监测：M水/(M总-M剩)与9-δ的大小关系，其中δ为预设的最大允许安全误差，δ>0，当监测到M水/(M总-M剩)比值结果小于9-δ时，即判断存在氢气泄露，该方案根据电堆反应前的氢气储量和生成水的重量，反推出耗氢量，再计算出氢气是否泄露，存在车辆无电化学反应时无法监测氢气是否泄露，生成水的重量监测容易不准确等缺点。
在相关技术中，一种燃料电池汽车专用的氢管理***，包括若干个氢瓶、装设在氢瓶上的瓶阀、主氢阀、整车控制器、氢管理***控制器，瓶阀上设有温度传感器和压力传感器，瓶阀与主氢阀以及燃料电池***之间通过管路相连接，该瓶阀与主氢阀之间的管路上设有管路压力传感器，该瓶阀与该管路压力传感器之间的管路上设有减压阀，还包括氢泄露传感器，该氢泄露传感器用于检测容易发生氢泄露的位置是否出现氢泄露。该方案是汽车专用的小型氢管理***，与轨道交通车辆的应用方案有较大不一致，对于氢气泄露未做分级处理和冗余监测功能。
氢气泄露是氢动力***中非常严重的故障，本发明根据氢能源有轨电车大功率氢动力***中储氢***的特点，合理选择布置若干个氢气泄露监测点，通过至少两套冗余监测装置，实时监测氢气状态监测和进行保护、报警操作，提高氢能源使用安全性，避免发生事故。
实施例一
图1示出了氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置框图，图2示出了一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置架构框图，如图1～图2所示，本实施例提供一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，包括：
氢浓度传感器，安装于储氢***的监测位置，用于获取监测位置的监测信号；
第一通信监测***，与氢浓度传感器连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，以及获取第二通信监测***的监测信号，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；
第二通信监测***，与氢浓度传感器连接，用于采集氢浓度传感器的监测信号，并将监测信号发送至第一通信监测***，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
其中，氢浓度传感器至少一个。在实际应用中，根据储氢***的监测位置确定氢浓度传感器的数量，在每一个监测位置安装一个氢浓度传感器。第一通信监测***、第二通信监测***均至少一套。
作为一种优选的实施方式，监测位置至少包括储氢***的瓶口阀、减压阀、电磁阀、泄放孔中的一种。
以由2个头车(拖车)+1个中间车(动力车)组成的氢能源有轨电车为例，车辆供电是指直流电压供电，车辆为报警单元、能量管理单元、氢气监测单元、司机室显示屏供电，该车辆共有6个140L储氢***，选择瓶口阀、减压阀、电磁阀、泄放孔等储氢***中易发生泄露的位置安装11个高精度的氢浓度传感器，以保证整体氢气泄露监测的效果，同时减少器件布置的复杂程度。针对该氢能源有轨电车，监测位置如图3所示，其中，1、2、6～7、9、11为储氢瓶的瓶口阀，3、4为减压阀，5为电磁阀，8、10-泄放孔。
上述氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，包含了至少两套通信监测***和大容量储氢***的泄露点监测布置方案，两套***同时采集氢浓度传感器信号并进行分析处理并进行安全报警、保护，构成冗余架构，能够有效提升***安全性。
具体而言，两套通信监测***可以是一套硬线通信监测***和一套无线通信监测***，也可以是两套硬线通信监测***，还可以是两套无线通信监测***，在此不做唯一限定。
作为一种优选的实施方式，第一通信监测***为硬线通信监测***，该第一通信监测***，包括：
能量管理单元，与各氢浓度传感器连接，用于采集各氢浓度传感器的监测信号，并通过CAN链路与第二通信监测***进行通信，以获取第二通信监测***采集的氢浓度传感器的监测信号；若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；其中，故障响应操作包括发送故障信息至显示装置。
值得说明的是，由于在实际应用中，第一通信监测***、第二通信监测***可能存在一方故障或其他无法准确监测的特殊情况，因此，在第一通信监测***、第二通信监测***所采集的监测信号中，只要存在至少一个监测位置发生氢气泄露故障，即确定发生氢气泄露故障，若同时存在多个监测位置发生氢气泄露故障，则可以各监测信号所对应的氢浓度(百分比)最大值作为确定故障等级的依据，以避免故障等级过低估计，造成严重后果。因氢气泄露是严重安全问题，因而采用本实施例这种最稳妥的处理机制，即两套通信监测***各采集的11个监测位置的监测数据，进行取或关系，只要监测到一处发生泄露，即按照严重程度分为不同级别的处理方式。
该第一通信监测***，还包括：
显示装置，布置于司机室，通过多功能车辆总线MVB与能量管理单元进行通信，用于显示故障信息。
上述布置于司机室的显示装置，包括司机室显示屏，仍以由2个头车(拖车)+1个中间车(动力车)组成的氢能源有轨电车为例，该车辆的2个头车中，均有司机室，因此，需要设置两个司机室显示屏，以使每个头车的司机都能及时得到故障信息，一旦发生氢气泄露故障，司机室显示屏可以及时弹屏显示故障信息，以提示司机采取安全措施和疏散乘客，同时直接对储氢***执行相应的故障响应操作，如关闭储氢***的所有瓶口阀、电磁阀，以切断泄露源。
如图4所示，上述能量管理单元，包括：第一MCU处理模块、MVB通信模块、第一CAN通信模块和第一DO输出模块，第一MCU处理模块，分别与所述氢浓度传感器、MVB通信模块、第一CAN通信模块和第一DO输出模块连接。
第一MCU处理模块用于采集各氢浓度传感器的监测信号，并通过第一CAN通信模块获取第二通信监测***采集的监测信号、通过MVB通信模块发送故障信息至显示装置；若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
其中，故障响应操作还包括通过第一DO输出模块控制储氢***的关闭和/或氢燃料电池的关闭，例如通过驱动储氢***的电磁阀、瓶口阀的关闭，实现控制储氢***的关闭。
对于第一通信监测***、第二通信监测***，不同故障等级对应的故障响应操作可能有所不同，当第一通信监测***为硬线通信监测***、第二通信监测***为无线通信监测***时，以图5所示能量管理单元的报警机制为例，对根据监测信号确定是否监测位置发生氢气泄露故障，以及确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作进行说明如下：
第一MCU处理模块采集各氢浓度传感器的监测信号，然后结合氢气监测单元采集的各氢浓度传感器的监测信号，对氢气泄露故障进行判断，若氢气浓度百分比超过预设值，则确定监测位置发生氢气泄露故障。其中，预设值可以是0.4％。
若氢气浓度百分比为0.4％～1％之间，并且持续预设时长(例如5s)，确定故障等级为第一等级，即：轻微故障，此时的故障响应操作是：发送第一故障信息，例如第一故障信息可以是尽快停车的指令。
若氢气浓度百分比为1％～2％之间，确定故障等级为第二等级，即：中级故障，此时的故障响应操作是：切除氢燃料电池，并发送第二故障信息，例如第二故障信息可以是故障对应的监测位置提示指令。
若氢气浓度百分比达到2％以上，确定故障等级为第三等级，即：严重故障，此时的故障响应操作是：关闭储氢***的瓶口阀、电磁阀，切除氢燃料电池，并发送第三故障信息，例如第三故障信息可以是故障对应的监测位置提示指令。
作为一种优选，上述能量管理单元，还可以包括第一电源模块、第一信号采集/滤波模块，其中，第一电源模块给能量管理单元内部各模块供电，第一信号采集/滤波模块对氢浓度传感器输出的PWM信号进行采集、滤波，避免因干扰出现误报。
此外，第一MCU处理模块采用计算式将氢浓度传感器的监测信号的PWM占空比换算成氢气浓度，计算式为：氢气浓度＝500×(PWM占空比-10)；再将氢气浓度按预设比例换算成氢气浓度百分比，以供后续判断是否发生氢气泄露故障及故障等级。
作为一种优选的实施方式，第二通信监测***为无线通信监测***，该第二通信监测***，包括：
氢气监测单元，与各氢浓度传感器连接，采集各氢浓度传感器的监测信号，并将监测信号发送至第一通信监测***，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级；
报警单元，与氢气监测单元进行Lora无线通信，根据该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；其中，故障响应操作包括生成控制声光报警装置执行与该故障等级相应的声光报警操作的指令；以及
声光报警装置，与报警单元连接，根据该指令进行声光报警。
如图6所示，氢气监测单元，进一步包括：第二MCU处理模块、第一Lora无线通信模块和第二CAN通信模块；第二MCU处理模块分别与各氢浓度传感器、第一Lora无线通信模块和第二CAN通信模块连接。
第二MCU处理模块用于采集各氢浓度传感器的监测信号，并通过第二CAN通信模块将监测信号发送至第一通信监测***。若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
作为一种优选，上述氢气监测单元，还可以包括第二电源模块、第二信号采集/滤波模块，其中，第二电源模块给氢气监测单元内部各模块供电，第二信号采集/滤波模块对氢浓度传感器输出的PWM信号进行采集、滤波，避免因干扰出现误报。
此外，第二MCU处理模块采用计算式将氢浓度传感器的监测信号的PWM占空比换算成氢气浓度，计算式为：氢气浓度＝500×(PWM占空比-10)；再将氢气浓度按预设比例换算成氢气浓度百分比，以供后续判断是否发生氢气泄露故障及故障等级。同时，第二MCU处理模块通过CAN链路将监测信号发送给能量管理单元，与能量管理单元采集的监测数据进行冗余，避免因能量管理单元的故障导致无法正常采集，通过第一Lora无线通信模块实时将结果发送给报警单元。
第一Lora无线通信模块采用Lora无线技术，Lora是一种超远距离无线通信技术，通信终端之间能互联互通，同时采用端到端AES128加密、双向认证等技术，实现完整性保护和保密性，确保网络通信安全和通信质量，该技术具备连接多、距离远、高安全、成本低、功耗少等优点，易于多节点组网并具备地理位置定位功能，是全球物联网(IoT)网络的主流技术选择。通过Lora技术可以快捷搭建轨道车辆各子***之间的互联和实时监测车辆运行轨迹，大力提升车辆智能化和简化车辆施工布线。
优选地，上述氢气监测单元，还包括报警屏蔽开关，报警屏蔽开关关闭时，使声光报警装置能够根据指令进行声光报警，相反地，报警屏蔽开关开启时，声光报警装置无法根据指令进行声光报警。也就是说，当报警屏蔽开关关闭时，声光报警才能工作，当报警屏蔽开关打开时，声光报警无法工作，报警屏蔽开关默认情况关闭，当发生氢气泄露故障时，声光报警已经提醒司机进行安全操作后，可以将警屏蔽开关打开，避免氢气泄露故障未消除时，声光报警一直处于报警状态。
如图7所示，上述报警单元，进一步包括：第三MCU处理模块、第二Lora无线通信模块、第一DI输入模块、第二DO输出模块；第三MCU处理模块分别与所述第二MCU处理模块、第二Lora无线通信模块、第一DI输入模块和第二DO输出模块连接。
第三MCU处理模块用于通过第一DI输入模块获取报警屏蔽开关的状态，在报警屏蔽开关为关闭状态时，通过第二Lora无线通信模块获取氢气监测单元确定的故障等级，生成控制声光报警装置执行与该故障等级相应的声光报警操作的指令，通过第二DO输出模块发送至声光报警装置。第三MCU根据第一DI输入模块的信号和监测数据控制第二DO输出模块，若发生氢气泄露故障，控制声光报警装置进行易察觉的报警操作，以提醒司机进行相关安全操作。
其中，声光报警装置可以包括警示灯和报警器。
以图8所示报警单元的报警机制为例，对根据监测信号确定是否监测位置发生氢气泄露故障，以及确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作进行说明如下：
第三MCU处理模块根据各氢浓度传感器的监测信号，对氢气泄露故障进行判断，若氢气浓度百分比超过预设值，则确定监测位置发生氢气泄露故障。其中，预设值可以是0.4％。
若氢气浓度百分比为0.4％～1％之间，并且持续预设时长(例如5s)，确定故障等级为第一等级，即：轻微故障，此时的故障响应操作是：执行第一声光报警方式，例如第一声光报警方式可以是，报警指示灯闪烁，声音报警器短鸣，提醒司机进行安全操作。
若氢气浓度百分比为1％～2％之间，确定故障等级为第二等级，即：中级故障，此时的故障响应操作是：执行第二声光报警方式，例如第二声光报警方式可以是，报警指示灯长亮，声音报警器短鸣，提醒司机进行安全操作。
若氢气浓度百分比达到2％以上，确定故障等级为第三等级，即：严重故障，此时的故障响应操作是：第三声光报警方式，例如第三声光报警方式可以是，报警指示灯长亮，声音报警器长鸣，提醒司机进行安全操作。
可以理解，报警屏蔽开关处于开启状态以及其余情况则不进行报警。
作为一种优选，上述报警单元，还可以包括第三电源模块、第三信号采集/滤波模块，其中，第三电源模块给报警单元内部各模块供电，第二信号采集/滤波模块对第三MCU处理模块发送的信号进行采集、滤波，避免因干扰出现误报。
上述报警单元，还可以进一步包括第三电源模块、第三信号采集/滤波模块，其中，第三电源模块给报警单元内部各模块供电，第三信号采集/滤波模块对氢浓度传感器输出的PWM信号进行采集、滤波，避免因干扰出现误报。
实施例二
本实施例提供一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护方法，基于实施例一的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置实现，如图9所示，该方法包括如下步骤：
步骤S910、氢浓度传感器实时获取储氢***的监测位置的监测信号。
步骤S920、第一通信监测***、第二通信监测***采集各氢浓度传感器的监测信号。
步骤S930、第一通信监测***获取第二通信监测***的监测信号。
步骤S940、在第一通信监测***和/或第二通信监测***中，根据监测信号确定监测位置是否发生氢气泄露故障。
步骤S950、若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
具体地，上述步骤S950中根据监测信号确定监测位置是否发生氢气泄露故障，可以包括：
步骤S950-1、将该监测信号换算为氢气浓度百分比。
其中，采用如下计算式将氢浓度传感器的监测信号的PWM占空比换算成氢气浓度：
氢气浓度＝500×(PWM占空比-10)。
步骤S950-2、若氢气浓度百分比超过预设值，则确定监测位置发生氢气泄露故障。
其中，预设值可以是0.4％。
也就是说，当氢气浓度百分比超过0.4％时，确定监测位置发生氢气泄露故障，否则，确定监测位置未发生氢气泄露故障。
在实际应用中，可以根据氢气浓度百分比所处的范围等条件，预设故障等级，监测过程中，当氢气浓度百分比满足设定条件，则确定当前的故障等级，例如，确定该监测信号对应的故障等级，可以包括：
(1)若氢气浓度百分比为0.4％～1％之间，并且持续预设时长，确定故障等级为第一等级，即：轻微故障。
(2)若氢气浓度百分比为1％～2％之间，确定故障等级为第二等级，即：中级故障。
(3)若氢气浓度百分比达到2％以上，确定故障等级为第三等级，即：严重故障。
对于第一通信监测***、第二通信监测***，不同故障等级对应的故障响应操作可能有所不同，当第一通信监测***为硬线通信监测***时，故障等级与故障响应操作的对应关系包括：
第一等级对应的故障响应操作为发送第一故障信息，例如第一故障信息可以是尽快停车的指令。
第二等级对应的故障响应操作为切除氢燃料电池，并发送第二故障信息，例如第二故障信息可以是故障对应的监测位置提示指令。
第三等级对应的故障响应操作为关闭储氢***的瓶口阀、电磁阀，切除氢燃料电池，并发送第三故障信息，例如第三故障信息可以是故障对应的监测位置提示指令。
当第二通信监测***为无线通信监测***时，故障等级与故障响应操作的对应关系可以包括：
第一等级对应的故障响应操作为执行第一声光报警方式，例如第一声光报警方式可以是，报警指示灯闪烁，声音报警器短鸣，提醒司机进行安全操作；
第二等级对应的故障响应操作为执行第二声光报警方式，例如第二声光报警方式可以是，报警指示灯长亮，声音报警器短鸣，提醒司机进行安全操作；
第三等级对应的故障响应操作为执行第三声光报警方式，例如第三声光报警方式可以是，报警指示灯长亮，声音报警器长鸣，提醒司机进行安全操作。
可以理解，报警屏蔽开关处于开启状态以及其余情况则不进行报警。
通过本发明提供的冗余监测保护装置及方法，在发生单点或者多点故障时，依然可以进行氢气泄露监测报警和报警，具体分析如下：
1)氢气监测单元故障或者报警单元故障时，通过冗余的硬线通信监测***进行监测报警保护。
2)能量管理单元采集故障，能量管理单元通过CAN通信获取氢气监测单元的采集信息进行监测保护，此时硬线通信监测***和无线监测***同时进行监测报警保护。
3)能量管理单元故障或者MVB通信故障，通过冗余的无线通信监测***进行监测报警保护。
综上，本发明与现有技术相比，至少具有如下优点：
首先，采用冗余的通信监测***对车辆用氢安全进行监测保护，避免了单路装置失效时无法对氢气安全进行监测，从而提高了车辆运行安全性。
其次，搭建硬线MVB+Lora无线双通道通信链路，与车辆网络架构保持一致的同时，搭建多节点无线互联***，简化车辆布线施工和便于在车辆任意位置布置报警单元。
再次，针对轨道交通大容量储氢***的氢气泄露监测布置方案，保证整体氢气泄露监测的效果，同时合理简化***采集复杂度。
再次，采用高精度的氢浓度传感器对不同监测位置实时监测，并对氢气泄露故障等级进行分级和滤波，避免误报，同时根据泄露严重程度进行分级故障处理，减少车辆运行故障影响范围。
最后，采用Lora无线通信，具备连接多、距离远、高安全、成本低、功耗少等优点的，易于多节点组网并具备地理位置定位功能。
本发明可以有效提升氢能源在轨道车辆中使用的安全性，对氢能源在轨道车辆中的应用具有重要意义。
在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的***和方法实施例仅仅是示意性的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，其特征在于，包括：
氢浓度传感器，安装于储氢***的监测位置，用于获取监测位置的监测信号；
第一通信监测***，与所述氢浓度传感器连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，以及获取第二通信监测***的监测信号，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；
第二通信监测***，与所述氢浓度传感器连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，并将监测信号发送至所述第一通信监测***，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
2.根据权利要求1所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，其特征在于，所述监测位置至少包括瓶口阀、减压阀、电磁阀、泄放孔中的一种。
3.根据权利要求1所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，其特征在于，所述第一通信监测***，包括：
能量管理单元，与所述氢浓度传感器连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，并通过CAN链路与所述第二通信监测***进行通信，以获取所述第二通信监测***采集的所述氢浓度传感器的监测信号；若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；其中，所述故障响应操作包括发送故障信息至显示装置；
显示装置，布置于司机室，通过多功能车辆总线MVB与所述能量管理单元进行通信，用于显示所述故障信息。
4.根据权利要求3所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，其特征在于，所述能量管理单元，包括：第一MCU处理模块、MVB通信模块、第一CAN通信模块和第一DO输出模块；
第一MCU处理模块，分别与所述氢浓度传感器、MVB通信模块、第一CAN通信模块和第一DO输出模块连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，并通过第一CAN通信模块获取所述第二通信监测***采集的监测信号、通过所述MVB通信模块发送故障信息至显示装置；若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；
其中，所述故障响应操作还包括通过所述第一DO输出模块控制储氢***的关闭和/或氢燃料电池的关闭。
5.根据权利要求1所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，其特征在于，所述第二通信监测***，包括：
氢气监测单元，与所述氢浓度传感器连接，采集所述氢浓度传感器的监测信号，并将监测信号发送至所述第一通信监测***，若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级；
报警单元，与所述氢气监测单元进行Lora无线通信，根据该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作；其中，所述故障响应操作包括生成控制声光报警装置执行与该故障等级相应的声光报警操作的指令；
声光报警装置，与所述报警单元连接，根据所述指令进行声光报警。
6.根据权利要求5所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，其特征在于，所述氢气监测单元，包括：第二MCU处理模块、第一Lora无线通信模块和第二CAN通信模块；
所述第二MCU处理模块分别与所述氢浓度传感器、第一Lora无线通信模块和第二CAN通信模块连接，用于采集所述氢浓度传感器的监测信号，并通过第二CAN通信模块将监测信号发送至所述第一通信监测***；若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
7.根据权利要求5所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，其特征在于，还包括报警屏蔽开关；
所述报警屏蔽开关关闭，使所述声光报警装置能够根据所述指令进行声光报警。
8.根据权利要求7所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置，其特征在于，所述报警单元，包括：第三MCU处理模块、第二Lora无线通信模块、第一DI输入模块、第二DO输出模块；
所述第三MCU处理模块分别与所述第二MCU处理模块、第二Lora无线通信模块、第一DI输入模块和第二DO输出模块连接，用于通过所述第一DI输入模块获取所述报警屏蔽开关的状态，在所述报警屏蔽开关为关闭状态时，通过所述第二Lora无线通信模块获取所述氢气监测单元确定的故障等级，生成控制声光报警装置执行与该故障等级相应的声光报警操作的指令，通过所述第二DO输出模块发送至所述声光报警装置。
9.一种氢能源有轨电车氢气冗余监测保护方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1至8任一项所述氢能源有轨电车氢气冗余监测保护装置实现，所述方法，包括：
氢浓度传感器实时获取储氢***的监测位置的监测信号；
第一通信监测***、第二通信监测***采集氢浓度传感器的监测信号；
第一通信监测***获取第二通信监测***的监测信号；
在第一通信监测***和/或第二通信监测***中，根据监测信号确定监测位置是否发生氢气泄露故障；
若根据监测信号确定监测位置发生氢气泄露故障，则确定该监测信号对应的故障等级，执行与该故障等级相应的故障响应操作。
10.根据权利要求9所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护方法，其特征在于，所述根据监测信号确定监测位置是否发生氢气泄露故障，包括：
将该监测信号换算为氢气浓度百分比；
若所述氢气浓度百分比超过预设值，则确定监测位置发生氢气泄露故障。
11.根据权利要求10所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护方法，其特征在于，所述确定该监测信号对应的故障等级，包括：
若氢气浓度百分比为0.4％～1％之间，并且持续预设时长，确定故障等级为第一等级：
若氢气浓度百分比为1％～2％之间，确定故障等级为第二等级；
若氢气浓度百分比达到2％以上，确定故障等级为第三等级。
12.根据权利要求11所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护方法，其特征在于，在第一通信监测***中，故障等级与故障响应操作的对应关系包括：
第一等级对应的故障响应操作为发送第一故障信息；
第二等级对应的故障响应操作为切除氢燃料电池，并发送第二故障信息；
第三等级对应的故障响应操作为关闭储氢***的瓶口阀、电磁阀，切除氢燃料电池，并发送第三故障信息。
13.根据权利要求11所述的氢能源有轨电车氢气冗余监测保护方法，其特征在于，在第二通信监测***中，故障等级与故障响应操作的对应关系包括：
第一等级对应的故障响应操作为执行第一声光报警方式；
第二等级对应的故障响应操作为执行第二声光报警方式；
第三等级对应的故障响应操作为执行第三声光报警方式。
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