一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置的制作方法

1.本技术涉及电子测量数据采集技术领域，具体涉及一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置。

背景技术：

2.在当前燃料电池电动汽车领域，燃料电池电动汽车碰撞后车辆氢系统完整性需要从三个方面进行评价：一是燃料泄漏极限，二是密闭空间浓度限值，三是储氢容器位移。其中，在密闭空间浓度限值方面，要求碰撞后氢燃料泄漏不应使乘客舱和行李舱内的氢气体积浓度超过4％，或是储氢罐主阀门碰撞后5s内关闭，并确认无泄漏；在燃料泄漏方面，要求碰撞后
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t(通常为60min)时间内，车辆氢系统的氢气平均泄漏速率不超过118nl/min。
3.对于以上三个评价指标，储氢容器位移可以通过标记目视法或者三维坐标测量法进行判断，而燃料泄露极限和密闭空间浓度两项指标的测量存在困难，无法直接测量燃料泄漏量，需要在碰撞试验后一定时间内持续采集气瓶内的温度和压力传感器的信号，然后通过计算得出气体泄漏量。密闭空间浓度的测量需要在碰撞试验后一小时内持续采集浓度传感器信号，监测车辆内部气体浓度。
4.市面上现存的汽车碰撞试验数据采集系统基本都采用外加传感器的方式，有线连接读取数据，且设备续航时间较短。燃料电池汽车碰撞后的气体泄露数据采集需要采集车辆自带的传感器信号，诸如储氢容器温度和压力传感器，且需要采集较长的时间，由于氢气泄露存在爆炸风险，考虑到安全性，最好采用无线传输方式进行数据读取。现有汽车碰撞试验数据采集设备不能满足燃料电池汽车碰撞后相关参数的数据采集需求。
5.因此，现提供一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集技术，以满足当前车辆氢系统数据采集需求。

技术实现要素：

6.本技术提供一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，集成温度、压力以及气体浓度的采集功能，并配合数据传输和数据存储，满足燃料电池电动汽车碰撞试验需求，并保证数据采集人员的安全性。
7.第一方面，本技术提供了一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，所述装置包括：
8.温度压力传感器，其用于获得储氢容器的温度监测数据以及气压监测数据；
9.气体浓度传感器，其用于获得气体浓度数据；
10.触发模块，其用于发布包括时间信息的触发信号；
11.mcu，其用于接收所述温度监测数据、所述气压监测数据、所述气体浓度数据以及所述触发信号，整合并计算获得车辆氢系统完整性数据。
12.进一步的，所述碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置还包括：
13.i/o模块，其用于采集预设的储氢容器截止阀开闭信号或车辆结构件接触/断开信
号，并转发至所述mcu。
14.具体的，所述触发模块包括：
15.加速度触发子模块，其内置一加速度传感器，其用于当加速度传感器信号值大于预设的加速度阈值时，发布所述触发信号；
16.i/o触发子模块，其配设有接触开关，其用于当所述接触开关被触发时，发布所述触发信号。
17.具体的，所述温度压力传感器配置有气压模数转换器、温度模数模数转换器以及第一内部供电模块；其中，
18.所述第一内部供电模块用于向所述温度压力传感器、所述气压模数转换器以及所述温度模数模数转换器供电；
19.所述温度压力传感器用于接收所述温度监测数据，进行模数转换，并转发至所述mcu；
20.所述气压模数转换器用于接收所述气压监测数据，进行模数转换，并转发至所述mcu。
21.具体的，所述气体浓度传感器配置有485总线以及第二内部供电模块；其中，
22.所述气体浓度传感器基于所述485总线，向所述mcu发送所述气体浓度数据。
23.具体的，所述气体浓度传感器为氢气浓度传感器或氦气浓度传感器。
24.进一步的，所述碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置还包括：
25.供电模块，其包括内部电池以及供电线路；
26.当存在外部供电电源时，所述供电线路与外部供电电源连接，进行供电，并对所述内部电池进行充电；
27.当不存在外部供电电源时，所述内部电池，进行供电。
28.进一步的，所述碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置还包括：
29.数据存储模块，其与所述mcu信号连接，用于存储所述车辆氢系统完整性数据。
30.进一步的，所述碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置还包括：
31.数据传输模块，其与所述mcu信号连接，用于传输所述车辆氢系统完整性数据。
32.具体的，所述数据传输模块包括wi-fi模块、tcp模块或ip模块。
33.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
34.本技术集成温度、压力以及气体浓度的采集功能，并配合数据传输和数据存储，满足燃料电池电动汽车碰撞试验需求，并保证数据采集人员的安全性。
附图说明
35.术语解释：
36.mcu：microcontroller unit，微控制单元；
37.ups：uninterruptible power supply，不间断电源；
38.ad：模拟信号转换为数字信号的电路；
39.i/o：input/output，输入/输出；
40.tcp：transmission control protocol，传输控制协议；
41.ip：internet protocol，网际互连协议；
42.adc：analog to digital converter，模拟数字转换器。
43.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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的附图。
44.图1为本技术实施例中提供的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置的结构框图。
具体实施方式
45.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通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，都属于本技术保护的范围。
46.以下结合附图对本技术的实施例作进一步详细说明。
47.本技术实施例提供一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，集成温度、压力以及气体浓度的采集功能，并配合数据传输和数据存储，满足燃料电池电动汽车碰撞试验需求，并保证数据采集人员的安全性。
48.为达到上述技术效果，本技术的总体思路如下：
49.一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，该装置包括：
50.温度压力传感器，其用于获得储氢容器的温度监测数据以及气压监测数据；
51.气体浓度传感器，其用于获得气体浓度数据；
52.触发模块，其用于发布包括时间信息的触发信号；
53.mcu，其用于接收所述温度监测数据、所述气压监测数据、所述气体浓度数据以及所述触发信号，整合并计算获得车辆氢系统完整性数据。
54.以下结合附图对本技术的实施例作进一步详细说明。
55.第一方面，参见图1所示，本技术实施例提供一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，该装置包括：
56.温度压力传感器，其用于获得储氢容器的温度监测数据以及气压监测数据；
57.气体浓度传感器，其用于获得气体浓度数据；
58.触发模块，其用于发布包括时间信息的触发信号；
59.mcu，其用于接收所述温度监测数据、所述气压监测数据、所述气体浓度数据以及所述触发信号，整合并计算获得车辆氢系统完整性数据。
60.本技术实施例，集成温度、压力以及气体浓度的采集功能，并配合无线数据传输和数据存储，满足燃料电池电动汽车碰撞试验需求，并保证数据采集人员的安全性。
61.需要说明的是，mcu，例如mcu可使用st品牌的stm32f407型号的芯片，单片机使用包括串行外设接口、串口、集成电路总线，中断输入以及io输入输出等功能，支持其外围功能正常工作，并且提供足够的数据处理能力，在实时测试采集过程中，实时输出计算结果。
62.温度压力传感器，其支持8通道温度传感器信号采集和8通道压力传感器信号采集；
63.车辆储车辆氢系统的温度/压力传感器信号经过运算放大器跟随电路和rc低通滤波电路，然后通过ad采集芯片转换为数字信号；
64.另外，提高运算放大电路的输入阻抗，同时降低运放输出端到ad芯片的输出阻抗，使得ad采集精度更加准确。
65.必要时，可采用asd1256 ad采集芯片，并在asd1256 ad采集芯片前端添加rc低通滤波电路进一步减小采集误差；
66.asd1256作为非同步ad采集芯片，在低频采集场景下更加能保证采集精度，具体可使用ref5025提供asd1256参考电压。
67.再者，当车辆碰撞后发生断电，所述温度压力传感器可以通过内置直流电源对温度压力传感器及ad采集芯片供电，采用精密lp2985供电，电源精度可保证在1mv以内；
68.同时每一路电源后端采用模拟开关控制，当用户需要内部供电时才打开模拟开关，提供给外部供电，供电电源供电能力为每个通道100ma；
69.单通道模拟开关导通电阻小，闭合电流几乎为0，在保证外部供电安全的基础上，提高了激励电源供电精度。
70.具体的，气体浓度传感器，支持4通道气体浓度传感器信号采集，接头形式为lemo形式，采用5.5v直流电源供电，气体浓度传感器信号通过485总线传输至mcu。
71.优选的，所述气体浓度传感器可以是氢气浓度传感器或者氦气浓度传感器，传感器类型取决于燃料电池汽车碰撞试验时车辆加注的气体类型。
72.进一步的，该碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置还包括：
73.i/o模块，其用于采集储氢容器截止阀开闭信号或车辆结构件接触/断开信号，并转发至所述mcu。
74.实际配置时，i/o模块，包括8个通道i/o信号输入，用于采集燃料电池汽车碰撞试验中的开关量信号，如储氢容器主截止阀开闭信号，车辆结构件接触/断开信号等，该模块采用了光耦隔离的i/o信号输入通道，提高了安全性。
75.具体的，所述触发模块包括：
76.加速度触发子模块，其内置一加速度传感器，其用于当内置加速度传感器信号值大于预设的加速度阈值时，发布所述触发信号；
77.加速度传感器传感器用于监测车辆加速度，获得对应的加速度传感器信号值；
78.i/o触发子模块，其配设有接触开关，其用于当所述接触开关被触发时，发布所述触发信号。
79.实际配置时，触发模块包括加速度阈值触发和i/o触发两种触发方式，用来标记碰撞试验的开始时刻；其中，
80.加速度触发子模块，即加速度阈值触发，是通过加速度传感器硬件设置的阈值，若加速度传感器信号超过该阈值，则发送触发信号给mcu；
81.i/o触发子模块为一路开关量触发，通过粘贴接触开关在车辆首先发生碰撞的部位，碰撞发生的瞬间车辆前部发生变形，接触开关会将触发信号发送给mcu；
82.另外，触发模块配备1500v隔离电源及光耦隔离的触发开关，能够保证内部电路安全，同时配备了电路触发开关信号的滤波电路，保证设备不会误触发。
83.具体的，所述温度压力传感器配置有气压模数转换器、温度模数模数转换器以及
第一内部供电模块；其中，
84.所述第一内部供电模块用于向所述温度压力传感器、所述气压模数转换器以及所述温度模数模数转换器供电；
85.所述温度压力传感器用于接收所述温度监测数据，进行模数转换，并转发至所述mcu；
86.所述气压模数转换器用于接收所述气压监测数据，进行模数转换，并转发至所述mcu。
87.具体的，所述气体浓度传感器配置有485总线以及第二内部供电模块；其中，
88.所述气体浓度传感器基于所述485总线，向所述mcu发送所述气体浓度数据。
89.具体的，所述气体浓度传感器为氢气浓度传感器或氦气浓度传感器。
90.进一步的，该碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置还包括：
91.供电模块，其包括内部电池以及供电线路；
92.当存在外部供电电源时，所述供电线路与外部供电电源连接，进行供电，并对所述内部电池进行充电；
93.当不存在外部供电电源时，所述内部电池，进行供电。
94.具体配置时，采用ups不间断电源电路供电，在外部供电情况下使用外部电源，同时给内部电池充电，在无外部电源供电情况下，使用内部电池供电，两者电源无缝切换，不间断供电。内置电池可供电12h以上。
95.进一步的，该碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置还包括：
96.数据存储模块，其与所述mcu信号连接，用于存储所述车辆氢系统完整性数据。
97.进一步的，该碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置还包括：
98.数据传输模块，其与所述mcu信号连接，用于传输所述车辆氢系统完整性数据。
99.具体的，所述数据传输模块包括wi-fi模块、tcp模块或ip模块。
100.需要说明的是，数据存储模块和数据传输模块，采用有线和无线两种方式进行数据传输，其中无线模块使用高速串口连接mcu与wi-fi模块、tcp模块或ip模块，保证试验过程中配置参数、读取数据等过程可连接电脑软件配合试验及读取数据；
101.数据储存模块可存储3h以上的试验数据，包括温度、压力、气体浓度及开关量等。
102.本技术实施例的技术方案包括mcu、温度压力传感器、气体浓度传感器、触发模块、i/o模块、供电模块、数据存储模块以及数据传输模块；
103.mcu用于实现和其他各个模块间的数据传输并在试验过程中实时计算气体泄漏量等，温度压力传感器包含8通道温度信号输入接口和8通道压力信号输入接口，在碰撞试验前与燃料电池电动汽车每个储氢容器的温度和压力传感器通过lemo 1b.307接头相连接。
104.进一步的，如果车辆在碰撞试验后发生故障，无法给储车辆氢系统的温度/压力传感器供电，则由内部供电模块进行供电。
105.由于本技术实施例的内部供电电路和车辆的相应电路可能存在差异，该差异会导致温度传感器的信号产生异常，从而影响车辆车辆氢系统功能。
106.为了避免在试验中出现该现象，在试验准备阶段，根据车辆传感器特性，直接在车辆的温度压力传感器的温度传感器回路中接入一个定值电阻，其电阻值与温度传感器热敏电阻在25℃时的电阻值相等，使车辆采集到的温度信号始终为25℃，保证车辆氢系统正常
工作；
107.温度压力传感器通过ad转换模块将传感器信号转换为数字信号供mcu进行计算。
108.具体的，气体浓度传感器包括4通道气体浓度传感器、浓度传感器内部电源及485总线；
109.气体浓度传感器包括氢气浓度传感器和氦气浓度传感器，碰撞试验前根据车辆储车辆氢系统内加注的气体类型，将相应类型的气体浓度传感器布置在车辆内部相应位置，传感器通过lemo 0b.305接头与数采系统相连接，气体浓度传感器的内部电源记作第一内部供电模块，在试验过程中对传感器进行供电，可保证长时间持续采集气体浓度信号。
110.具体的，触发模块用于记录碰撞试验的零时刻，包括加速度触发子模块和加速度触发模块两个部分；
111.在碰撞试验过程中，加速度触发模块可通过在车辆最先发生碰撞的区域粘贴接触开关以记录碰撞发生的时刻，同时在加速度触发子模块中内置了加速度传感器，试验过程中在车身预设的立体坐标系，即x/y/z任意方向大于8g的加速度值均能实现零时刻触发，加速度值触发和i/o信号触发记录先触发者，提高了碰撞零时刻记录的可靠性。
112.另外，i/o模块用于采集燃料电池电动汽车碰撞试验中的开关量信号，如储氢容器主截止阀开闭信号，车辆结构件接触/断开信号等，可以同时采集8个通道的接触/断开信号，试验前在车身相应位置根据试验需求布置接触/断开开关，接触/断开开关通过lemo 0b.302接头与数采系统连接。
113.具体的，供电模块为ups电源，电源开启后给数采系统其他部件供电，在试验前通过设备总线连接直流电源给内置锂电池充电，设备总线接头采用lemo 1b.308，碰撞试验开始之前将总线移除，内置电池可供电超过12h，保证碰撞试验后长时间采集气体浓度、温度及压力等信号。
114.再者，数据存储模块和数据传输模块，在试验过程中将上述温度、压力、气体浓度、瓶阀开启信号数据及实时计算得到的气体泄漏量数据储存在数采设备内，其容量可支持存储3h以上的试验数据。
115.数据传输模块采用有线和无线两种方式，在碰撞试验准备阶段可以通过设备总线连接数采设备，通过设备总线实现数据传输，调试各类型传感器状态、设置上位机参数等。
116.碰撞试验开始前可将总线移除，通过无线传输数据的方式实时查看储氢容器温度及压力、气体泄漏量、气体浓度、瓶阀状态等信号，碰撞试验后，由于车辆储车辆氢系统存在泄漏风险，数采系统操作人员可继续通过无线连接的方式监控车辆储车辆氢系统的状态变化，保证了操作人员的安全性。
117.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
118.以上仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对
这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于，所述装置包括：温度压力传感器，其用于获得储氢容器的温度监测数据以及气压监测数据；气体浓度传感器，其用于获得气体浓度数据；触发模块，其用于发布包括时间信息的触发信号；mcu，其用于接收所述温度监测数据、所述气压监测数据、所述气体浓度数据以及所述触发信号，整合并计算获得车辆氢系统完整性数据。2.如权利要求1所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于，所述装置还包括：i/o模块，其用于采集储氢容器截止阀开闭信号或车辆结构件接触/断开信号，并转发至所述mcu。3.如权利要求1所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于，所述触发模块包括：加速度触发子模块，其内置一加速度传感器，其用于当加速度传感器信号值大于预设的加速度阈值时，发布所述触发信号；i/o触发子模块，其配设有接触开关，其用于当所述接触开关被触发时，发布所述触发信号。4.如权利要求1所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于：所述温度压力传感器配置有气压模数转换器、温度模数模数转换器以及第一内部供电模块；其中，所述第一内部供电模块用于向所述温度压力传感器、所述气压模数转换器以及所述温度模数模数转换器供电；所述温度压力传感器用于接收所述温度监测数据，进行模数转换，并转发至所述mcu；所述气压模数转换器用于接收所述气压监测数据，进行模数转换，并转发至所述mcu。5.如权利要求1所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于：所述气体浓度传感器配置有485总线以及第二内部供电模块；其中，所述气体浓度传感器基于所述485总线，向所述mcu发送所述气体浓度数据。6.如权利要求1所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于：所述气体浓度传感器为氢气浓度传感器或氦气浓度传感器。7.如权利要求1所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于，所述装置还包括：供电模块，其包括内部电池以及供电线路；当存在外部供电电源时，所述供电线路与外部供电电源连接，进行供电，并对所述内部电池进行充电；当不存在外部供电电源时，所述内部电池，进行供电。8.如权利要求1所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于，所述装置还包括：数据存储模块，其与所述mcu信号连接，用于存储所述车辆氢系统完整性数据。9.如权利要求1所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于，所述装置还包括：
数据传输模块，其与所述mcu信号连接，用于传输所述车辆氢系统完整性数据。10.如权利要求9所述的碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，其特征在于：所述数据传输模块包括wi-fi模块、tcp模块或ip模块。

技术总结

本申请涉及一种碰撞试验后氢系统完整性数据采集装置，涉及电子测量数据采集技术领域，该装置包括：温度压力传感器，其用于获得储氢容器的温度监测数据以及气压监测数据；气体浓度传感器，其用于获得气体浓度数据；触发模块，其用于发布包括时间信息的触发信号；MCU，其用于接收温度监测数据、气压监测数据、气体浓度数据以及触发信号，整合并计算获得车辆氢系统完整性数据。本申请集成温度、压力以及气体浓度的采集功能，并配合数据传输和数据存储，满足燃料电池电动汽车碰撞试验需求，并保证数据采集人员的安全性。证数据采集人员的安全性。证数据采集人员的安全性。