一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池汽车安全控制领域，更为具体地说是指一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法。

背景技术：

2.燃料电池汽电动汽车以燃料电池系统作为主要动力源，通过氢气与氧气（来自于空气）电化学反应产生电能和水，采用氢气作为车辆主要能源。然而氢气是一种无无味、极易燃烧的气体，爆炸范围在4.0%～75.6%(体积浓度)。因此，对于燃料电池电动汽车来说，对车载氢系统的安全监控至关重要。
3.目前整车对车载氢系统的监控主要包括储氢气瓶温度、压力、氢气泄露浓度等，然而国内燃料电池电动汽车普遍采用盲充状态，加氢设备无法获取车载氢气瓶的温度、压力等信号。随着车载储氢气瓶容器不断增大，气瓶数量不断增多，而且在夏天高温天气进行车辆加氢，氢气在加压过程中温度快速升高，储氢气瓶内部可以达到允许的最高温度上限85℃，如果此时仍继续加氢，将可能损失储氢气瓶表面碳纤维，造成不可逆的损失及高压容器的安全隐患。
4.另外，车辆处于加氢过程中，氢气管路的气体压力处于不稳定状态，此时若人为偶发因素等开启燃料电池系统，气体减压阀将出现调压不稳定，甚至出现严重过压，造成气体下游的燃料电池系统因压力过大而损坏。

技术实现要素：

5.本发明提供一种燃料电池电动汽车加氢控制方法，以克服现有燃料电池电动汽车因车辆盲充等异常造成安全事故或设备损坏等安全隐患。
6.本发明采用如下技术方案：一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，包括加氢模块、供氢模块、储氢模块、氢管理系统控制器以及整车控制器，其特征在于：所述加氢模块的加氢口附近增设一个加氢比例阀，具体控制步骤如下：（1）、整车控制器收到加氢舱门开启的信号，判断车辆是否处于可以加氢的状态，若是进入步骤（2）；（2）、整车控制器控制加氢模块上的加氢比例阀处于全开状态；（3）、判断储氢气瓶压力变化率是否满足以下条件：实时计算在单位时间t1前后，分别读取储氢气瓶高压压力值为和，计算储氢气瓶高压压力的变化率，且计算n个平均值满足，其中，为tn时刻储氢气瓶压力变化率均值，为加氢压力变化率均值的判断阈值；若是进入步骤（4），若否则返回步骤（1）；（4）、整车进入加氢监控阶段，实时监测以下三点：a、储氢气瓶压力是否接近额定
公称压力；b、储氢气瓶温度是否接近极限值；c、整车状态是否正常；（5）、若满足步骤（4）中a、b任意一点时，则进入步骤（6）；若a、b两点都不满足且c中整车状态正常，即加氢过程正常，则进入步骤（8）；若c中整车状态异常，则进入步骤（7）；（6）、调小加氢比例阀开度直至完全关闭，且由仪表声光提醒断开氢管理系统控制器电源；（7）、快速关闭加氢比例阀；（8）、保持加氢比例阀全开，收到加氢结束信号后关闭。
7.一较佳实施方案中，上述步骤（1）的加氢舱门处于打开状态，且车辆处于静止状态，则整车执行强制下高压动作或处于无法上高压状态，仅保留氢管理系统控制器及整车控制器处于带电状态，整车其他控制器均处于关闭。
8.一较佳实施方案中，上述步骤（1）车辆处于可以加氢的状态需要同时满足以下条件：整车控制器检测氢管理系统无严重故障、手刹信号处于拉紧状态、储氢气瓶高压压力大于2mpa、储氢气瓶温度低于70℃。
9.一较佳实施方案中，上述步骤（4）中储氢气瓶的额定公称压力为氢系统，若储氢气瓶高压压力值大于，则每隔单位时间t2，读取储氢气瓶高压压力为，从而计算储氢气瓶高压压力的压力偏差；若大于设定阈值，则调小加氢模块的加氢比例阀开度；若大于设定阈值，则调小加氢比例阀开度，直至加氢比例阀调至完全关闭状态。
10.一较佳实施方案中，上述步骤（4）中储氢气瓶温度值大于70℃，则每隔单位时间t3，读取储氢气瓶温度为，从而计算储氢气瓶高温截止温度偏差，若大于设定阈值，则调小加氢模块的加氢比例阀开度；若大于设定阈值，则调小加氢比例阀开度，直至加氢比例阀调至完全关闭状态。
11.一较佳实施方案中，整个加氢过程中，如果出现整车严重故障、手刹信号处于松开状态、车辆钥匙处于上电状态等，整车控制器快速关闭加氢模块的加氢比例阀，车辆停止加氢操作。其中，整车严重故障包括但不限于氢气浓度超限、车辆发生碰撞等。
12.由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明在加氢模块靠近加氢口附近增加一个加氢比例阀，并且使整车控制器参与加氢过程控制，通过整车控制器可以获知储氢气瓶状态和整车状态，并根据上述信息来控制加氢比例阀开启或关闭，从而避免因加氢过程中出现储氢气瓶温度过高、氢气泄露、车辆移动等异常造成设备损坏或引发安全事故。
附图说明
13.图1为本发明加氢安全控制原理图。
14.图2为本发明加氢安全控制方法的流程图。
具体实施方式
15.下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。对于公知的组件、方法及过程，以下不再详细描述。
16.本发明提供一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，该加氢安全控制方法主要由以下模块及控制器来实现，分别为：加氢模块1、供氢模块2、储氢模块3、氢管理系统控制器4以及整车控制器5。
17.加氢模块1由加氢口、压力表、一级过滤器、单向阀、加氢比例阀、1/2英寸不锈钢氢气管组成。
18.供氢模块2由二级过滤器、压力调节器、中压压力传感器、放空阀、安全泄放阀、主氢阀、手动截止阀、波纹金属软管、1/2英寸不锈钢氢气管组成组成。
19.储氢模块3包括n条并联连接的储氢气瓶管路组成，每条储氢气瓶管路由一个储氢气瓶、瓶口组合阀、过流阀、瓶尾安全泄压装置及不锈钢氢气管路等组成。其中，瓶口组合阀包含温度传感器、瓶口电磁阀、手动截止阀、安全泄压阀。
20.每个瓶口组合阀在车辆外部加氢时，当管路压力大于储氢气瓶内部压力，则加氢机械阀自动打开，实现管路氢气自动加入储氢气瓶内部，此时无需开启瓶口电磁阀；瓶口电磁阀仅用于车辆用氢时方可开启，实现储氢气瓶为燃料电池系统用氢提供内部氢气。
21.氢管理系统控制器4管理车载氢系统的使用，通过硬线采集储氢气瓶温度温度、高压压力、中压压力、氢气浓度等传感器信号，同时接收整车控制器5发送can报文信号，获取开阀、关阀、置换等控制指令，氢管理系统控制器接收整车控制器指令后，从而控制瓶口组合阀内部的瓶口电磁阀、主氢阀、加氢电磁阀等。
22.整车控制器5通过采集手刹信号、油门踏板信号、钥匙信号、加氢舱门信号、氢管理系统控制器信号等，综合判断车辆当前是否处于加氢、用氢或关机状态，再根据加氢安全控制策略进行管理加氢比例阀状态、车辆安全使用氢气等。
23.参照图2，本发明的燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，具体控制步骤如下：（1）、整车控制器收到加氢舱门开启的信号，判断车辆是否处于可以加氢的状态，若是进入步骤（2）；（2）、整车控制器控制加氢模块上的加氢比例阀处于全开状态；（3）、判断储氢气瓶压力变化率是否满足以下条件：整车控制器检测氢管理系统控制器发送的储氢气瓶温度、高压压力，实时计算在单位时间t1前后，分别读取储氢气瓶高压压力值为和，计算储氢气瓶高压压力的变化率，且计算n个平均值满足，其中，为tn时刻储氢气瓶压力变化率均值，为加氢压力变化率均值的判断阈值；若是进入步骤（4），若否则返回步骤（1）；（4）、整车进入加氢监控阶段，实时监测以下三点：a、储氢气瓶压力是否接近额定公称压力；b、储氢气瓶温度是否接近极限值；c、整车状态是否正常；
（5）、若满足步骤（4）中a、b任意一点时，则进入步骤（6）；若a、b两点都不满足且c中整车状态正常，即加氢过程正常，则进入步骤（8）；若c中整车状态异常，则进入步骤（7）；（6）、调小加氢比例阀开度直至完全关闭，且由仪表声光提醒断开氢管理系统控制器电源；（7）、快速关闭加氢比例阀；（8）、保持加氢比例阀全开，收到加氢结束信号后关闭。
24.上述步骤（1）整车控制器收到加氢舱门开启信号（即加氢舱门处于打开状态），对车辆进行锁定，使车辆处于静止状态，而且整车执行强制下高压动作或处于无法上高压状态，仅保留氢管理系统控制器及整车控制器处于带电状态，整车其他控制器均处于关闭。
25.整车控制器检测氢管理系统无严重故障、手刹信号处于拉紧状态、储氢气瓶高压压力大于2mpa、储氢气瓶温度低于70℃,以上条件均满足，则控制加氢模块上面的加氢比例阀处于全开状态。此时可以人为将加氢进行物理连接，为车辆安全加氢做好硬件连接。
26.整车控制器结合加氢舱门与储氢气瓶高压压力变化平均值判断车辆处于加氢状态，实时监测储氢气瓶压力。针对额定公称压力为氢系统，若储氢气瓶高压压力值大于，则每隔单位时间t2，读取储氢气瓶高压压力为，从而计算储氢气瓶高压压力的压力偏差。若大于设定阈值，则调小加氢模块的加氢比例阀开度；若大于设定阈值，则调小加氢比例阀开度，直至加氢比例阀调至完全关闭状态。其中，＞，＜，即瓶压越接近极限值，比例阀关闭的开度越大。
27.整车控制器结合加氢舱门与储氢气瓶高压压力变化平均值判断车辆处于加氢状态，实时监测储氢气瓶温度。若储氢气瓶温度值大于70℃，则每隔单位时间t3，读取储氢气瓶温度为，从而计算储氢气瓶高温截止温度偏差，若大于设定阈值，则调小加氢模块的加氢比例阀开度；若大于设定阈值，则调小加氢比例阀开度，直至加氢比例阀调至完全关闭状态。其中，＞，＜，瓶温越接近极限值，比例阀关闭的开度越大。
28.上述步骤（6）的加氢模块的加氢比例阀开度完全关闭时，燃料电池电动汽车仪表将进行声光提醒秒，仪表显示“氢系统超限，停止加氢”。然后整车控制器控制仪表灭屏，同时断开氢管理系统控制器低压电源。
29.当人为物理断开加氢，关闭加氢舱门。整车控制器检测加氢舱门处于关闭状态，车辆加氢结束。
30.整个加氢过程中，如果出现整车严重故障、手刹信号处于松开状态、车辆钥匙处于上电状态等，此时整车控制器快速关闭加氢模块的加氢比例阀，车辆停止加氢操作。其中整
车严重故障包括但不限于氢气浓度超限、车辆发生碰撞等。
31.上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

技术特征：

1.一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，包括加氢模块、供氢模块、储氢模块、氢管理系统控制器以及整车控制器，其特征在于：所述加氢模块的加氢口附近增设一个加氢比例阀，具体控制步骤如下：（1）、整车控制器收到加氢舱门开启的信号，判断车辆是否处于可以加氢的状态，若是进入步骤（2）；（2）、整车控制器控制加氢模块上的加氢比例阀处于全开状态；（3）、判断储氢气瓶压力变化率是否满足以下条件：实时计算在单位时间t1前后，分别读取储氢气瓶高压压力值为和，计算储氢气瓶高压压力的变化率，且计算n个平均值满足，其中，为tn时刻储氢气瓶压力变化率均值，为加氢压力变化率均值的判断阈值；若是进入步骤（4），若否则返回步骤（1）；（4）、整车进入加氢监控阶段，实时监测以下三点：a、储氢气瓶压力是否接近额定公称压力；b、储氢气瓶温度是否接近极限值；c、整车状态是否正常；（5）、若满足步骤（4）中a、b任意一点时，则进入步骤（6）；若a、b两点都不满足且c中整车状态正常，即加氢过程正常，则进入步骤（8）；若c中整车状态异常，则进入步骤（7）；（6）、调小加氢比例阀开度直至完全关闭，且由仪表声光提醒断开氢管理系统控制器电源；（7）、快速关闭加氢比例阀；（8）、保持加氢比例阀全开，收到加氢结束信号后关闭。2.如权利要求1所述的一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，其特征在于：所述步骤（1）的加氢舱门处于打开状态，且车辆处于静止状态，则整车执行强制下高压动作或处于无法上高压状态，仅保留氢管理系统控制器及整车控制器处于带电状态，整车其他控制器均处于关闭。3.如权利要求1所述的一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，其特征在于：所述步骤（1）车辆处于可以加氢的状态需要同时满足以下条件：整车控制器检测氢管理系统无严重故障、手刹信号处于拉紧状态、储氢气瓶高压压力大于2mpa、储氢气瓶温度低于70℃。4.如权利要求1所述的一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，其特征在于：所述步骤（4）中储氢气瓶的额定公称压力为氢系统，若储氢气瓶高压压力值大于，则每隔单位时间t2，读取储氢气瓶高压压力为，从而计算储氢气瓶高压压力的压力偏差；若大于设定阈值，则调小加氢模块的加氢比例阀开度；若大于设定阈值，则调小加氢比例阀开度，直至加氢比例阀调至完全关闭状态。5.如权利要求1所述的一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，其特征在于：所述步骤（4）中储氢气瓶温度值大于70℃，则每隔单位时间t3，读取储氢气瓶温度为，从而计算
储氢气瓶高温截止温度偏差，若大于设定阈值，则调小加氢模块的加氢比例阀开度；若大于设定阈值，则调小加氢比例阀开度，直至加氢比例阀调至完全关闭状态。6.如权利要求1所述的一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，其特征在于：整个加氢过程中，如果出现整车严重故障、手刹信号处于松开状态、车辆钥匙处于上电状态，整车控制器快速关闭加氢模块的加氢比例阀，车辆停止加氢操作。7.如权利要求6所述的一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，其特征在于：所述整车严重故障包括氢气浓度超限或车辆发生碰撞。

技术总结

本发明公开一种燃料电池电动汽车加氢安全控制方法，涉及燃料电池汽车安全控制领域，包括加氢模块、供氢模块、储氢模块、氢管理系统控制器以及整车控制器，加氢模块的加氢口附近增设一个加氢比例阀，整车控制器在加氢过程中对气瓶温度、气瓶压力、管路压力、氢气浓度等信号进行判断，当储氢气瓶压力接近额定公称压力或储氢气瓶温度即将超限时，控制该加氢比例阀关闭，中断加氢过程，从而避免因加氢过程中出现储氢气瓶温度过高、氢气泄露、车辆移动等异常造成设备损坏或引发安全事故。常造成设备损坏或引发安全事故。常造成设备损坏或引发安全事故。