CN100580305C - 储气瓶组安全低耗智能供气系统 - Google Patents

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Abstract

储气瓶组安全低耗智能供气系统，包括至少2个储气瓶及安装在其上的气瓶阀、带有单向阀的充气阀、充气并组管、高压压力传感器、供气并组管、供气主管路、复位压力传感器、至少2个带单向阀的电磁阀、及电子控制模块ECM。本发明具有智能控制、使用安全可靠、耗电量低、气量显示精度高、减压超限报警及安装使用维护方便等特点，适用于燃料电池汽车中的车载氢气供气系统或天然气汽车中的车载压缩天然气供气系统，同样适用于地面上的高压氢气或天然气的气瓶组供气系统。

Description

储气瓶组安全低耗智能供气系统
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池汽车中的车载氢气供气系统或天然气汽车中的车载氢气和压缩天然气供气系统，及地面上的高压氢气或天然气的气瓶组供气系统。
背景技术
众所周知，世界范围内石油资源正日趋枯竭，人类社会的发展对环境造成巨大的污染和破坏，促使世界各国开始将目光转向更加环保的可替代能源和可再生能源上。氢作为宇宙中含量最丰富的元素之一，具有清洁、可再生、能量密度高等特性，被认为是未来最具发展前景的替代能源。随着燃料电池技术的进步，氢能源已经开始应用于汽车领域。
氢燃料电池汽车最不安全的因素之一是供氢系统。氢气是所有气体中密度最低、最易燃、易爆、能量最高的气体，因此，氢的上述特性不容忽视，国际上在发展氢燃料电池汽车之初就明确提出了“氢安全”重要概念，在发展车载高压供氢系统时，国际上几乎都一致采取了相同的技术路线，即延续天然气汽车供气系统发展基础，借鉴其技术、规范和标准，并根据车载高压供氢系统的特点逐渐加以完善。为了提高燃料电池汽车的续驶里程，汽车制造商要求把供氢系统的工作压力从20MPa提高到35MPa，并进一步提出了提高到70MPa的目标，氢供气系统的安全可靠性，尤其显得十分突出和重要。
在国内，天然气汽车供气系统的研究，是伴随着国内1999年北京开始大规模使用单一燃料天然气公交客车开始的。主要是对系统的安全可靠性(故障模式、故障树、危害性分析及纠正措施)上进行了深入研究，增设了自动过流保护装置等，且已有相应的实用新型专利公开，但未曾见到本发明提到的有对储气瓶组中的储气瓶采用顺序开启等安全、低电耗、智能型的供气系统的发明专利公开或有关文献的发表；在国外，对天然气汽车供气系统的改进，也同样致力于提高系统的安全可靠性，且有相应的专利公开或文献发表，但是未曾见到有对储气瓶组的储气瓶采用顺序开启等的安全、低电耗、智能型的供气系统的发明专利公开或有关文献问世。对于高于20MPa以上的储气瓶储气压力(如35MPa或70MPa以上压力)，将储气瓶组中的储气瓶实施顺序开启，提供一个安全可靠、低耗智能型的氢燃料电池汽车供气系统是该专业领域的发展方向和趋势，也是本发明的背景技术要求。
近年来，国内正在大力推进燃料电池汽车的研制，进一步实施工程化，氢供气系统是其研制的重要领域之一，而目前未见相关发明专利的公开和有关论文的发表；在国外，2006年6月，美国公开了由Steven R.Mathison和Shiro Matsuo提出的“HYDROGEN VEHICLE GAS UTILIZATION ANDREFUELING SYSTEM”发明专利申请(申请号为：US2006/0118175A1)，该专利申请主要描述了车载或加气站用高压供氢系统的控制结构，将氢气储存系统和供应系统都分别连接至气瓶阀并在储气瓶口处分开，保护的核心是：向燃料电池供气时，分别开启储气瓶通道，提高取气效率，降低储气瓶中氢气的剩气率。储气瓶组的每个储气瓶上有一个压力传感器，用于作为储气瓶电磁阀开启的判据。该发明不同于本发明，保护内容也不相同，其安全性没有提出解决方案。
为加速推进燃料电池汽车工程化研制，进一步改善大气环境，提高人们的生活质量，燃料电池汽车氢供气系统的研制必须遵循安全、可靠、低耗、智能化的方向，这也是本发明的背景技术要求。
本发明适用于燃料电池汽车中的车载氢气供气系统或天然气汽车中的车载压缩天然气供气系统，及地面高压氢气或天然气的储气瓶组供气系统。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种智能控制、安全性和可靠性高、能量利用率高、低电耗和气量显示精度高的储气瓶组安全低耗智能供气系统。
本发明的技术解决方案：储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征点在于：包括至少2个储气瓶及安装在其上的气瓶阀、及带有单向阀的充气阀、至少2个充气并组管、高压压力传感器、至少2个供气并组管、供气主管路、复位压力传感器、至少2个带单向阀的电磁阀、及电子控制模块ECM；带有单向阀的充气阀的输出气路通道经过管路接至各充气并组管的一端，各充气并组管的另一端与带单向阀的电磁阀一端的单向阀的气路通道相连，各供气并组管上的一端与带单向阀的电磁阀一端的电磁阀气路通道相连，带单向阀的电磁阀的另一端通过管路与气瓶阀相连，各供气并组管的另一端则与供气主管路相连，ECM输出的控制信号接至每个带单向阀的电磁阀上；复位压力传感器安装在带单向阀电磁阀与带压力释放装置的气瓶阀之间的气路上，其输出接至ECM；高压压力传感器安装在供气并组管后的供气主管路上，其输出接到ECM，ECM根据高压压力传感器的输出使带单向阀的电磁阀按顺序依次开启，储气瓶顺序供气，直至最后一个储气瓶供气结束；同时ECM根据复位压力传感器的输出将供气的储气瓶的序号自动复位并记忆，以便系统上电后从该储气瓶开始供气。
在所述的高压压力传感器后的供气主管路上接有减压调节器，将高压气体减压为低压气体，以供后面的相关设备使用。
在所述的减压调节器后的供气主管路上设有低压压力传感器，低压压力传感器的输出接于ECM，用以监测减压调节器是否正常工作及关断保护。
当所述的减压调节器的输出压力超出设计范围并在±10％之内，低压压力传感器输出信号至ECM，ECM发出报警信号；当减压调节器的输出压力超出设计范围±10％，ECM将切断气路上所有带单向阀的电磁阀激磁线圈信号并报警，使所有储气瓶均处关闭状态。
在所述的充气管路和供气主管路上均设有气体过滤器，用于过滤气体，防止充气管路和供气管路上的功能件失效。
在所述的供气主管路上设置有过流保护装置，当供气主管路中气体的流量超过设计值时，气体有可能大量泄漏，此时过流保护阀立即启动，输出信号至ECM，ECM控制正在供气的储气瓶管路中的带单向阀的电磁阀关闭，起到进一步安全保护作用。
在所述的供气主管路上还包括电磁阀，设置在高压传感器前为高压电磁阀，设置在减压调节器后为低压电磁阀，其输出接到ECM。
在所述的首个带单向阀的电磁阀中的电磁阀一端与供气并组管的连接一端的气路上安装有温度传感器，温度传感器的输出接至ECM，ECM根据温度传感器得到的储气瓶组及管路的气体温度，修正剩余储气瓶气量，采用剩余压力、体积或质量值来输出，使系统计量剩余气量更加准确。
所述的电子控制模块ECM包括：微处理器电路、激磁线圈驱动电路和稳压电路；上电时，微处理器电路依据记忆，判断出当前使用的是至少2路储气瓶管路中的哪一个储气瓶号，并将该信号传递给该路上的带单向阀的电磁阀的激磁线圈驱动电路，使电磁阀打开，相应的储气瓶供气；在供气过程中，微处理器电路将接收高压压力传感器的检测信号，根据逻辑判断关闭供气储气瓶，启动下一储气瓶，并将新的储气瓶号保存下来；当各储气瓶充气后，微处理器电路将复位储气瓶号，并记忆下复位后的储气瓶号；稳压电路为ECM各电路提供稳定和可靠的电源。
所述的微处理器还具有自检功能，逐个打开储气瓶，检查压力传感器信号，如不符合设定要求，则报警。
所述的微处理器还具有CAN通信功能及修正气量显示功能，微处理器电路通过CAN收发器向本系统外的其他具有CAN通讯功能的电路发出报警信号、储气瓶关断信号、当前剩余气体总量等信息，以及接收来自其他CAN电路发出的储气瓶全部开启指令、储气瓶全部关断指令和自检指令。
本发明的工作原理：充气时，气体通过带有单向阀的充气阀后进入过滤器，气体经过滤器过程后，进入充气并组管，由充气并组管各分路进入相应的带单向阀电磁阀中的单向阀气路后，经过带压力释放装置的气瓶阀后进入储气瓶中实现充气；当供气时，先由设定的首个储气瓶供气，其它储气瓶不供气，即只对设定的首个储气瓶气路上带单向阀电磁阀通电，开启电磁阀，该储气瓶中的气体经过带压力释放装置的气瓶阀、复位压力传感器、带单向阀电磁阀的电磁阀气路和温度传感器后进入供气并组管，再经供气并组管进入供气主管路，气体通过过流保护装置后进入过滤器，经过过滤后，再通过减压调节器将高压气体减为低压气体后输出；当高压压力传感器测得供气储气瓶中的气体低于本发明规定的压力时(一般为2.1MPa)，将此信号输出至ECM，ECM的输出将对该储气瓶管路中的带单向阀的电磁阀断电，从而使其电磁阀气路关闭，切断当时供气的储气瓶，同时ECM根据复位压力传感器的输出将供气的储气瓶的序号自动复位并记忆，以便系统上电后从该储气瓶开始供气，并重复首个气瓶供气过程，直至最后一个储气瓶供气结束。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明创新地通过在气路压力传感器的测量，避免了压力传感器安装在气瓶上所带来的复杂性，实现了两个或两个气瓶以上组成的储气瓶组中单个储气瓶逐个顺序开启供气，替代了常用储气瓶组中所有气瓶同时开启供气的方案，从而避免了储气瓶组整体供气方案中，由于突发事故带来的可燃气体全部放散，特别是氢气等所造成的危害，提高了储气瓶组供气系统的安全性和可靠性。
(2)本发明在系统供气时，只开启储气瓶组中的一个储气瓶供气，无须使多个储气瓶全部开启供气，因此，电功率消耗只相当于n个储气瓶全部开启时的1/n(n为气瓶组气瓶个数，为2个或2个以上)，即使由于不可预见原因导致气体泄漏，也只是一个气瓶气体泄漏，其它气瓶气体由于处于关闭状态不会泄漏，且单个储气瓶的取气率高于常用的储气瓶组同时取气的取气率，提高了能源利用率，使得功耗降低。
(3)本发明供气主管路上设置了高压压力传感器，用作储气瓶逐个顺序开启供气的主要判据，避免了在每个储气瓶上都安置压力传感器所带来的复杂性，提高了储气瓶组供气系统的可靠性和易维修性。
(4)本发明通过采用储气瓶组中单个气瓶管路上带单向阀的电磁阀逐个顺序开启供气，高压压力传感器始终测量正在使用的储气瓶的剩余压力，压力传感器测量误差只代表该储气瓶压力误差。因此测量精度也由采用储气瓶组整体供气方案的测量的较大的压力误差如±Δ，提高到当前的±Δ/n显示测量精度。
(5)本发明在多个储气瓶管路其中的首个储气瓶管路上设置复位压力传感器和温度传感器。当复位压力传感器检测到该路储气瓶中气体的压力大于规定压力值时(一般为3MPa)，表明储气瓶组已经重新加气且所有的储气瓶已全部充满，或首个气瓶还有多于3MPa的气体，则复位压力传感器输
(6)本发明具有更安全保障功能。主要体现在：a.在系统处于工作状态时，当高压压力传感器感受到的压力大于20MPa时(压力值可以设定，如20MPa，35MPa，70MPa等)，电子控制模块ECM会切断与该工作储气瓶管路相连接的带单向阀的电磁阀激磁线圈信号，关闭该储气瓶并报警，所有储气瓶均处关闭状态；b.在低压输出压力低于某限定值(一般为0.7MPa)或高于某限定值(一般为1.1MPa)时，系统中的低压电磁阀立即停止工作，切断输出并报警；c.当供气主管路中气体的流量超过设计值时，过流保护装置立即启动，输出信号至ECM，ECM控制正在供气的储气瓶管路中的带单向阀的电磁阀关闭，起到进一步安全保护作用；d.低压压力传感器，用于监测减压调节器是否正常工作，当减压调节器的输出压力超出设计范围时，低压压力传感器输出信号至ECM，ECM控制发出报警信号，可以有效监控减压调节器的压力输出状态，对故障进行恰当判断并采取相应措施；e.ECM带有紧急状态关闭功能，一是可以在汽车某适当部位设置与电子控制模块ECM相连接的外置手动紧急关断电钮，当出现需要关闭气路的紧急情况时，司乘人员即可按动此按钮，通过电子控制模块ECM切断电磁阀激磁线圈回路，电磁阀关闭并切断气源。只有当解除外置手动紧急关断按钮的关断状态，并使之处于正常状态时，才可以恢复正常供气；二是电其它外部关断命令信号可以通过控制模块ECM的CAN总线输出关断信号，使系统的气路全部关闭。
(7)本发明采用的电子控制模块ECM采用微处理器电路解决系统控制问题，简单了控制电路，实现了智能控制，而且进一步提高了可靠性。
(8)本发明的ECM具有CAN总线通信功能，可以方便地通过CAN收发器向本系统外的其他具有CAN通讯功能的电路发出报警信号、储气瓶关断信号、当前剩余气体总量等信息，以及接收来自其他CAN电路发出的储气瓶全部开启指令、储气瓶全部关断指令和自检指令；并且ECM还具有自检功能，ECM可以在按键触发下或来自本系统外的自检指令下，进行系统自检，进一步提高了安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明中的电子控制模块ECM电原理图；
图3为本发明中的微处理器电路图；
图4为本发明中的带单向阀的电磁阀的激磁线圈驱动电路图；
图5为本发明中的稳压电路图；
图6为本发明的ECM中微处理器的控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的实施例包括：气路部分和控制部分，气路部分包括充气阀1、位于充气并组管6a与充气阀1之间的气体过滤器2a和减压调节器13前的气体过滤器2b、带单向阀的电磁阀3a、3b...3n、储气瓶5a、5b...5n及其安装在其上的带压力释放装置的气瓶阀4a、4b...4n，充气并组管6a、供气并组管6b、过流保护阀9、复位压力传感器10、高压压力传感器11、低压压力传感器12、减压调节器13、低压电磁阀14、电子控制模块ECM16、温度传感器18。带有单向阀的充气阀1通过高压气体管线7a与气体过滤器2a的一端相连，气体过滤器2a的另一端通过高压气体管线7a与各充气并组管6a一端相连，充气管路的各供气并组管6a上的另一端和与带单向阀的电磁阀3a，3b，...，3n一端的单向阀气路通道相连，带单向阀的电磁阀3a，3b，...，3n的另一端则通过管路17a，17b，...，17n与带压力释放装置的气瓶阀4a，4b，...，4n相连，带压力释放装置的气瓶阀4a，4b，...，4n安装在储气瓶5a，5b，...，5n上，由此组成充气管路。供气管路则是通过安装在储气瓶5a，5b，...，5n上的带压力释放装置的气瓶阀4a，4b，...，4n，通过管路17a，17b，...，17n与带单向阀的电磁阀装置3a，3b，...，3n一端连接，气体进入带单向阀的电磁阀3a，3b，...，3n的电磁阀气路，各供气并组管6b上的一端与带单向阀的电磁阀3a，3b，...，3n一端的电磁阀气路通道相连，各供气并组管6b的另一端与主管路7b上的过流保护阀9的一端连接，过流保护阀9的另一端与气体过滤器2b的一端连接，气体过滤器2b的另一端通过管路7b与减压调节器13的一端相连，减压调节器13的另一端通过低压管路8与低压电磁阀14的一端相连，低压电磁阀14的另一端作为输出储气瓶组安全低耗智能供气系统的输出，可以向相关设备供气。复位压力传感器10安装在首个带压力释放装置的气瓶阀4a与带单向阀的电磁阀3a连接的管路17a上，温度传感器18安装在并组管6b与带单向阀的电磁阀3a连接的管路上，高压压力传感器11和低压压力传感器12分别位于减压调节器13两端的高压管路7b与低压管路8上。控制部分包括电子控制模块ECM 16、带单向阀的电磁阀3a、3b...3n、过流保护阀9、低压电磁阀14、复位压力传感器10、温度传感器18、高压压力传感器11和低压压力传感器12。带单向阀的电磁阀3a、3b...3n、过流保护阀9和低压电磁阀14的激磁线圈均通过相应的导线束15和电子控制模块ECM 16相连，构成系统控制回路，并受控于电子控制模块ECM 16；复位压力传感器10、高压压力传感器11、低压压力传感器12、低压电磁阀14和温度传感器18的输出信号，通过相应的导线束15与电子控制模块ECM 16相连，构成ECM16的输入信号。ECM16可以用CAN总线与外界通讯及可以有紧急关断信号的输入等。
如图1所示，本发明的工作原理：充气时，气体经过带有单向阀的充气阀1、高压管路7a、气体过滤器2a后进入充气并组管6a，由充气并组管6a分n路进入n个储气瓶管路，经过带单向阀的电磁阀3a、3b...3n的单向阀气路和带压力释放装置的气瓶阀4a、4b...4n后进入储气瓶5a、5b...5n中实现充气。
使用过程中，在储气瓶5a供气管路中设置的复位压力传感器10检测到该路储气瓶5a中气体的压力大于或等于设定压力值时(如3MPa时)，表明此时所有的储气瓶重新加过气已全部充满，或说明5a气瓶还在使用，复位压力传感器10将输出信号至ECM16，ECM16将该储气瓶5a的序号自动复位并记忆，此时从此储气瓶开始供气。当系统停止工作或掉电后再上电时，ECM16将按照已记忆的储气瓶序号开始输出信号至该路带单向阀的电磁阀，使该路带单向阀的电磁阀3a、3b...3n开启，此时从该路继续开始供气。
在供气时，由n路储气瓶管路17a，17b，...，17n中的一路供气，其它几路均不供气，设定首个供气储气瓶为5a，储气瓶5a中的气体经过带压力释放装置的气瓶阀4a、储气瓶管路17a、复位压力传感器10、带单向阀的电磁阀3a和温度传感器18后，进入供气并组管6b，再通过供气并组管6b送入供气主管路7b中，经过过流保护阀9的气体流量过流保护、气体过滤器2b过滤掉气体中的杂质、减压调节器13将高压气体减为低压气体后经过低压电磁阀14的出口管路输出气体；当高压压力传感器11测得储气瓶5a中的气体低于设定的压力时(如2.1MPa时)，将此信号输出至ECM 16，ECM16输出控制供气储气瓶管路中的带单向阀的电磁阀3a关闭，从而切断当时供气的储气瓶5a，同时ECM16记忆该储气瓶5a的序号，按顺序开启下一个储气瓶5b供气，下一个供气储气瓶5b中的气体经过该路的带压力释放装置的气瓶阀4b、储气瓶管路17b和带单向阀的电磁阀3b后进入供气并组管6b，再经供气并组管6b进入供气主管路中，经过过流保护阀9的气体流量过流保护、气体过滤器2b过滤掉气体中的杂质、减压调节器13将高压气体减为低压气体后经过低压电磁阀14的出口管路输出气体；当高压压力传感器11测得此时供气储气瓶5b中的气体低于设定的压力时(如2.1MPa时)，此信号输出至ECM16，ECM16控制该供气储气瓶管路中带单向阀的电磁阀3b关闭，从而切断此时供气的储气瓶5b，同时ECM16记忆该储气瓶5b的序号，按顺序开启再一个储气瓶5c，直至开启最后一个储气瓶5n结束。
由于单个气瓶顺序供气及剩余气量计量精度提高，使得气瓶气体的取气率相对提高，本发明设置取气最低压力值为2.1MPa。当ECM16从复位压力传感器及高压压力传感器得到所有气体压力值低于2.1MPa时，这时ECM16将对气路上所有电磁阀激磁线圈通电，打开所有电磁阀，所有气瓶全部供气，同时ECM16报警；当供气管路上的压力传感器小于1.5MPa，ECM将对气路上所有电磁阀激磁线圈断电，关断所有电磁阀，同时报警。从而达到能源使用率增效提高。
在供气过程中，低压压力传感器12用于监测减压调节器13是否正常工作，当减压调节器的输出压力在设计范围时(低压超出0.7MPa，高压超出1.1MPa时)，低压压力传感器12输出信号至ECM，ECM报警，当超出此范围时，ECM切断所有电磁阀，并发出报警信号，进一步提高安全性。
如图2所示，本发明的电子控制模块ECM 16主要包括：稳压电路20、微处理器电路21、激磁线圈驱动电路22。微处理器电路21负责接收来自高压压力传感器11、低压压力传感器13和复位压力传感器10的检测信号、温度传感器18、记忆储气瓶号、对外CAN通信和进行信息处理，根据软件程序判断开启哪一个储气瓶供气，然后将该路的电磁阀驱动信号传给激磁线圈驱动电路22；激磁线圈驱动电路22将接收到的驱动信号进行功率放大后，传给相应的电磁阀激磁线圈，打开相对应的储气瓶气路；根据记忆的储气瓶号、高压压力传感器11和温度传感器18信号计算并修正剩余气体气量并输出；根据外界紧急关断信号，进行断电处理；根据外界巡检指令或通过CAN总线得到的巡检指令进行巡检；对复位压力传感器10、高压压力传感器11和低压压力传感器12输入的信号进行判断处理。微处理器电路21完成的主要功能控制程序参见图6。此外，为使各电路稳定、可靠，设置了稳压电路20，该电路将系统外的电源电压稳定到一定值后，提供给微处理器电路21和激磁线圈驱动电路22做电源。
如图3所示为微处理器电路21。上电时，微处理器U3读取记忆芯片U4中的储气瓶号，并打开该路储气瓶管路向系统供气；同时，微处理器U3根据接收到的高压压力传感器11和低压压力传感器13的检测信号，通过逻辑判断，在符合储气瓶转换条件时，停止目前供气的储气瓶供气，启动下一储气瓶供气，并将该储气瓶号送到U4中保存；在各储气瓶充气后，微处理器U3根据复位压力传感器10的检测信号，复位储气瓶号，并将该储气瓶号送到U4中保存。微处理器U3通过CAN收发器U2进行CAN通信，向本系统外的其他CAN电路发出报警信号、储气瓶关断信号、当前气体总量等信息，以及接收来自其他CAN电路发出的储气瓶全部开启指令、储气瓶全部关断指令和自检指令，及系统自身通过按键的强制关断和自检指令。自检功能主要是通过微处理器21中的软件顺序间隔开启3a，3b，...，3n并通过对压力传感器11的测量来检测5a，5b，...，5n的剩余气体压力，并根据温度传感器得到的储气瓶组及管路的气体温度、高压压力传感器11和当前气瓶号，通过ECM16中的微处理器U3，修正剩余储气瓶气量，可以用剩余压力、体积或质量值来输出，系统计量剩余气量更加准确。微处理器U3在接收到输入口的关断信号后，关断全部电磁阀，在接收到输入口的自检信号后，完成系统自检。
如图4所示，为第n路电磁阀的激磁线圈驱动电路22的具体实现方法，其余各路电磁阀激磁线圈的驱动电路与此雷同。驱动信号由三级管Q1基极输入，当有高电平信号时，Q1导通，电磁阀工作。当驱动信号为低电平时，Q1截止，电磁阀不工作。
如图5所示为ECM16的稳压电路20，通过集成电路U1，为本系统其它电路提供稳定、持续的供电。
本发明所有电磁阀均为常闭型，当电子控制模块ECM16断电时，系统内的所有储气瓶均在常闭型电磁阀作用下，处于关闭状态。
当电子控制模块ECM16通电时，通过按键接收到外部强制关断信号后，可在内部逻辑电路作用下，将所有电磁阀关闭。
如图6所示为本发明微处理器的工作原理流程。系统上电后，按以下步骤工作：
(1)首先判断是否进行自检，若进行自检，即依此打开各储气瓶，检测各储气瓶压力是否正常，自检过程如下：
a.打开1号储气瓶，显示其储气瓶号；
b.检查高压压力信号是否高于某预先设定的一级报警压力值(指储气瓶初始充气后，气瓶储气是否达到要求的设定点)，即PH是否高于80％的最大使用压力值。如当最大压力为20MPa时，设定一级报警压力值为16MPa，若否，则报警；如当最大压力为35MPa时，则设定一级报警压力值为28MPa，若否，则报警；如当最大压力为70MPa时，则设定一级报警压力值为56MPa，若否，则报警；
c.若达到一级报警值时，则检查高压压力信号是否高于某预先设定的二级报警压力值(指储气瓶初始充气后气瓶没有加进气的设定点，或气瓶剩余气量的低限值)，如设置PH是否高于2MPa，若否，则报警；
d.打开下一个储气瓶，显示其储气瓶号；
e.重复步骤b-d；
f.依次检查完所有储气瓶；如果是最后一个储气瓶，则从步骤(a)开始进行；
(2)若不进行自检，则进行以下步骤：
a.采集系统管路中的复位压力传感器、温度传感器、高压压力传感器和低压压力传感器的输入信号；
b.复位传感器的压力信号是否超过设定值(如3MPa)，当复位传感器的压力信号超过设定值(如3MPa)时，储气瓶号恢复至首个储气瓶号，并记忆储气瓶号；复位压力未超过设定值，则直接提取记忆中的储气瓶号；
c.检查储气瓶号是否在1-n之间，若否，则储气瓶号恢复至首个储气瓶号，并记忆储气瓶号；
d.根据记忆打开储气瓶；
e.检查高压压力信号是否低于最高允许压力(如20MPa，也可根据需要设置为35MPa或70MPa等)，若否，则报警并关断储气瓶；
f.检查减压调节器13输出的低压压力是否超过允许范围，若是，则报警；
g.检查减压调节器13输出的低压压力是否超过允许范围10％以上，若是，则报警并关断储气瓶；
h.根据气体压力、温度等参数计量剩余气量并输出；
i.如果有CAN通讯信号，处理CAN通信信号；
j.检查储气瓶输出的高压压力是否小于设定的单瓶最低压力(如2.1MPa)，若否，则按上述步骤(e)至(j)进行，若是，则按步骤(k)进行；
k.如果是当前供气的储气瓶是最后一个，则检查储气瓶输出的高压压力是否大于最低允许压力(1.5MPa)，若是，则开启所有供气通路的电磁阀3a、3b...3n，使所有储气瓶5a、5b...5n全部供气；若否，则报警并关断储气瓶；如果不是最后一个储气瓶，则打开下一个储气瓶供气，并重复上述(1)至(2)中各步骤。
总之，本发明具有智能控制、使用安全可靠、耗电量低、气量显示精度高、减压超限报警及安装使用维护方便等特点，适用于燃料电池汽车中的车载氢气供气系统或天然气汽车中的车载压缩天然气供气系统，同样适用于地面上的高压氢气或天然气的气瓶组供气系统。

Claims (11)

1、储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：包括至少2个储气瓶及安装在其上的气瓶阀、及带有单向阀的充气阀、至少2个充气并组管、高压压力传感器、至少2个供气并组管、供气主管路、复位压力传感器、至少2个带单向阀的电磁阀、及电子控制模块ECM；带有单向阀的充气阀的输出气路通道经过管路接至各充气并组管的一端，各充气并组管的另一端与带单向阀的电磁阀一端的单向阀的气路通道相连，各供气并组管的一端与带单向阀的电磁阀一端的电磁阀气路通道相连，带单向阀的电磁阀的另一端通过管路与气瓶阀相连，各供气并组管的另一端则与供气主管路相连，ECM输出的控制信号接至每个带单向阀的电磁阀上；复位压力传感器安装在带单向阀电磁阀与带压力释放装置的气瓶阀之间的气路上，其输出接至ECM；高压压力传感器安装在供气并组管后的供气主管路上，其输出接到ECM，ECM根据高压压力传感器的输出使带单向阀的电磁阀按顺序依次开启，储气瓶顺序供气，直至最后一个储气瓶供气结束；同时ECM根据复位压力传感器的输出将供气的储气瓶的序号自动复位并记忆，以便系统上电后从该储气瓶开始供气。
2、根据权利要求1所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：在所述的高压压力传感器后的供气主管路上接有减压调节器，将高压气体减压为低压气体。
3、根据权利要求2所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：在所述的减压调节器后的供气主管路上设有低压压力传感器，低压压力传感器的输出接于ECM，用以监测减压调节器是否正常工作及关断保护。
4、根据权利要求3所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：当所述的减压调节器的输出压力超出设计范围并在±10％之内，低压压力传感器输出信号至ECM，ECM发出报警信号；当减压调节器的输出压力超出设计范围±10％，ECM将切断气路上所有带单向阀的电磁阀激磁线圈信号并报警，使所有储气瓶均处关闭状态。
5、根据权利要求1或2所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：在所述带有单向阀的充气阀之后管路上和气体进入减压调节器之前的管路上均设有气体过滤器，用于过滤气体，防止充气管路和供气管路上的各类阀件失效。
6、根据权利要求1或2所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：在所述的供气主管路上设置有过流保护装置，当供气主管路中气体的流量超过设计值时，气体有可能大量泄漏，此时过流保护阀立即启动，输出信号至ECM，ECM控制正在供气的储气瓶管路中的带单向阀的电磁阀关闭，起到进一步安全保护作用。
7、根据权利要求1或2所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：在所述的供气主管路上还包括设置在减压调节器后的低压电磁阀，低压电磁阀的输出接到ECM。
8、根据权利要求1或2所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：在所述的带单向阀的电磁阀中，取其中的一个电磁阀，该电磁阀一端与供气并组管的连接的气路上安装有温度传感器，温度传感器的输出接至ECM，ECM根据温度传感器得到的储气瓶组及管路的气体温度，修正剩余储气瓶气量，使系统计量剩余气量更加准确。
9、根据权利要求1或2所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：所述的电子控制模块ECM包括：微处理器电路、激磁线圈驱动电路和稳压电路；上电时，微处理器电路依据记忆，判断出当前使用的是至少2个储气瓶中的哪一个储气瓶，并将对应该储气瓶带单向阀的电磁阀的激磁线圈驱动电路上电，使电磁阀打开，相应的储气瓶供气；在供气过程中，微处理器电路将接收高压压力传感器的检测信号，根据逻辑判断关闭供气储气瓶，启动下一储气瓶，并将新的储气瓶号保存下来；当各储气瓶充气后，微处理器电路将复位储气瓶号，并记忆下复位后的储气瓶号；稳压电路为ECM各电路提供稳定和可靠的电源。
10、根据权利要求9所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：所述的微处理器电路还具有自检功能，逐个打开储气瓶，检查压力传感器信号，如不符合设定要求，则报警。
11、根据权利要求9所述的储气瓶组安全低耗智能供气系统，其特征在于：所述的微处理器电路还具有CAN通信功能及修正气量显示功能，微处理器电路通过CAN收发器向本系统外的其他具有CAN通讯功能的电路发出报警信号、储气瓶关断信号、当前剩余气体总量信息，以及接收来自其他CAN电路发出的储气瓶全部开启指令、储气瓶全部关断指令和自检指令。
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