CN103050722B - 用于加燃料期间的无源控制器唤醒的电气结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于加燃料期间的无源控制器唤醒的电气结构，具体地，用于在对于燃料电池车辆上的高压氢储存罐的氢气加燃料过程期间唤醒车辆控制器的系统和方法。系统包括：第一温度开关，其安装至高压罐并封装在绝缘壳体内以便监测罐内的温度；和第二温度开关，其用于监测加燃料容器处的氢气的温度，其中第二温度开关也封装在绝缘壳体内。如果罐内温度升至高于预定温度，则第一开关闭合，并且如果加燃料容器处的温度降至低于预定温度，则第二开关闭合，这使得向控制器提供唤醒信号以允许控制器监测罐的温度。

Description

用于加燃料期间的无源控制器唤醒的电气结构
技术领域
本发明总体涉及一种用于在氢气储存罐的加燃料过程期间唤醒控制器的系统和方法，更具体地涉及一种用于当控制器先前已被停止以保存电池功率时、通过监测再充填端口处氢气的温度和储存罐的温度而在氢气储存罐的加燃料过程期间唤醒控制器的系统和方法。
背景技术
氢由于其清洁并且可用于在燃料电池中有效地产生电，所以是非常有吸引力的燃料。汽车工业在开发氢燃料电池系统作为用于车辆的功率源方面消耗了相当大的资源。这样的车辆比现今采用内燃机的车辆更高效并且产生更少的排放。
典型地，氢气在高压下储存在车辆上的一个或多个压缩气体罐中，以提供燃料电池系统所需的氢气。罐中的压力可为700巴以上。在一种已知的罐设计中，罐包括：内部塑料衬，其为氢气提供气密密封；和外部碳纤维复合层，其提供罐的结构整体性。由于氢气是非常轻的扩散性气体，所以内衬与罐连接器部件必须小心地设计，以便防止泄漏。氢气通过导管从罐取出。典型地提供至少一个压力调节器，其将罐内的氢气的压力降至适于燃料电池系统的压力。
燃料电池车辆上的氢气储存罐在合适的燃料加注站加燃料，在所述合适的燃料加注站处，提供合适的容器、配管、阀等等，以将罐耦联至较大的氢气源。经常地，这些燃料加注站的类型通过以明显较高的压力提供氢气的快速流动，能够非常迅速地再充填车辆上的氢气储存罐。如果氢气储存罐差不多是空的并且处于低的压力，则进入罐的快速流动的氢气迅速膨胀，使得其温度明显并且迅速地升高。典型地，如果在加燃料过程期间罐内存在足够高的压力，则罐内的温度不会明显升高。由于提供气密密封的罐的内衬为聚合体，所以罐内的高温对衬里具有降解效应，这随着时间和大量加燃料事件可最终导致密封整体性丧失。由于此，在本领域中已知的是在罐上设置温度传感器，其在加燃料事件期间监测氢气的温度，其中随着时间的过去在加燃料期间记录温度。提供算法，以基于温度每隔多久超过预定温度和持续多久来确定衬的耐久寿命。
有些燃料加注站是被SAE认可的，并且在加燃料过程期间从车辆接收通信信号。对于被SAE认可的燃料加注站，由车辆观察各种温度与压力信号。其他的燃料加注站可能不被SAE认可，其中车辆独立地需要利用温度传感器在加燃料过程期间监测罐的温度。
在一种已知的燃料电池系统设计中，在加燃料过程期间打开以使连接至燃料加注站的加燃料容器暴露的加燃料门或活门（flap）具有开关，所述开关在活门打开时闭合，以向车辆控制器提供加燃料事件即将开始的信号。如果车辆不工作，则当开关闭合以预期加燃料不久将开始时，控制器将醒来，以便当监测到氢气到罐的流动时记录来自温度传感器的温度信号。还存在罐压力和氢浓度的观察。在有些情形下，车辆驾驶员可打开加燃料活门，但不立即开始加燃料过程。由于车辆上的低电压电池的电池荷电状态具有有限的电荷，并且当车辆不工作时不再充电，所以提供算法，以减少或控制从电池的功率提取。在一种设计中，监测活门开关的控制器在开关闭合之后仅保持唤醒一定时间，并且如果加燃料过程在该时间期间不启动，则即使活门开关闭合，所述控制也将停止，以节省电池功率。如果驾驶员然后在控制器停止之后进行加燃料过程，则控制器在该加燃料事件期间不能够监测温度与压力，这可具有确定罐的可用寿命的后果。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种用于在对于燃料电池车辆上的高压力氢储存罐的氢气加燃料过程期间唤醒车辆控制器的系统和方法。系统包括：第一温度开关，其安装至高压力罐并封装在绝缘壳体内以便监测罐内的温度；和第二温度开关，其用于监测加燃料容器处的氢气的温度，其中第二温度开关也封装在绝缘壳体内。如果罐内的温度升至高于预定温度，则第一开关闭合，并且如果加燃料容器处的温度降至低于预定温度，则第二开关闭合，这使得向控制器提供唤醒信号，以允许控制器监测罐的温度。
结合附图，本发明附加的特征将从以下的说明和所附的权利要求变得明显。
本发明还提供如下方案：
1. 一种系统，包括：
高压力气体储存罐；
与所述罐流体连通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦联至所述加燃料管道的与所述罐相对的端部，并适合于接纳加燃料装置，从而允许气体流过所述加燃料管道并流入所述罐；
温度传感器，其安装在所述罐上或靠近所述罐安装，以便测量所述罐的温度并提供表示所述罐的温度的温度信号；
控制器，其响应于来自所述温度传感器的温度信号；
功率源，其在第一电气线路上向所述控制器提供电源电压；以及
第一温度开关，其安装至所述罐并电耦联至所述第一电气线路，所述第一温度开关具有第一温度设定点，使得：如果所述第一温度开关检测到高于所述第一温度设定点的温度，则所述第一温度开关将闭合并允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
2. 根据方案1所述的系统，其特征在于，还包括围绕所述第一温度开关并使所述第一温度开关与周围绝缘的热壳体。
3. 根据方案1所述的系统，其特征在于，还包括电耦联至所述第一电气线路的第二温度开关，所述第二温度开关安装至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安装，所述第二温度开关具有第二温度设定点，使得：如果所述第二温度开关检测到由通过所述容器和所述加燃料管道的气体流动所引起的低于所述第二温度设定点的温度，则所述第二温度开关将闭合并允许电源电压提供到所述功率源到所述控制器。
4. 根据方案3所述的系统，其特征在于，还包括封装所述第二温度开关并使所述第二温度开关与周围绝缘的热壳体。
5. 根据方案1所述的系统，其特征在于，还包括电耦联至所述控制器和所述功率源的第二电气线路，所述第二电气线路包括加燃料开关，所述加燃料开关闭合，以允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
6. 根据方案5所述的系统，其特征在于，所述加燃料开关是安装至车辆上的加燃料门的活门开关，所述加燃料开关在所述加燃料门打开时闭合。
7. 根据方案1所述的系统，其特征在于，所述罐包括外部复合结构层和内部气密密封层。
8. 根据方案1所述的系统，其特征在于，所述罐是氢气储存罐。
9. 根据方案8所述的系统，其特征在于，还包括从所述氢气储存罐接收氢气的燃料电池组。
10. 根据方案9所述的系统，其特征在于，所述系统在燃料电池车辆上。
11. 一种燃料电池车辆上的系统，所述系统包括：
高压力氢气储存罐；
与所述罐流体连通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦联至所述加燃料管道的与所述罐相对的端部，并适合于接纳加燃料装置，从而允许氢气流过所述加燃料管道并流入所述罐；
温度传感器，其安装在所述罐上或靠近所述罐安装，以便测量所述罐的温度并提供表示所述罐的温度的温度信号；
控制器，其响应于来自所述温度传感器的温度信号；
电池，其在第一电气线路上向所述控制器提供电源电压；
第一温度开关，其安装至所述罐并电耦联至所述第一电气线路，所述第一温度开关具有第一温度设定点，使得：如果所述第一温度开关检测到高于所述第一温度设定点的温度，则所述第一温度开关闭合并允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压；
第一热壳体，其围绕所述第一温度开关并使所述第一温度开关与周围绝缘；
第二温度开关，其安装至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安装并电耦联至所述第一电气线路，所述第二温度开关具有第二温度设定点，使得：如果所述第二温度开关检测到低于所述第二温度设定点的温度，则所述第二温度开关闭合并允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压；以及
第二热壳体，其封装所述第二温度开关并使所述第二温度开关与周围绝缘。
12. 根据方案11所述的系统，其特征在于，还包括电耦联至所述控制器和所述功率源的第二电气线路，所述第二电气线路包括加燃料开关，所述加燃料开关闭合，以允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
13. 根据方案12所述的系统，其特征在于，所述加燃料开关是安装至车辆上的加燃料门的活门开关，所述加燃料开关在所述加燃料门打开时闭合。
14. 根据方案11所述的系统，其特征在于，所述罐包括外部复合结构层和内部气密密封层。
15. 一种系统，包括：
高压力气体储存罐；
与所述罐流体连通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦联至所述加燃料管道的与所述罐相对的端部，并适合于接纳加燃料装置，从而允许气体流过所述加燃料管道并流入所述罐；
温度传感器，其安装在所述罐上或靠近所述罐安装，以便测量所述罐的温度并提供表示所述罐的温度的温度信号；
控制器，其响应于来自所述温度传感器的温度信号；
功率源，其在第一电气线路上向所述控制器提供电源电压；以及
温度开关，其安装至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安装并电耦联至所述第一电气线路，所述温度开关具有温度设定点，使得：如果所述温度开关检测到低于所述温度设定点的温度，则所述温度开关闭合并允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
16. 根据方案15所述的系统，其特征在于，还包括封装所述温度开关并使所述温度开关与周围绝缘的热壳体。
17. 根据方案15所述的系统，其特征在于，还包括电耦联至所述控制器和所述功率源的第二电气线路，所述第二电气线路包括加燃料开关，所述加燃料开关闭合，以允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
18. 根据方案17所述的系统，其特征在于，所述加燃料开关是安装至车辆上的加燃料门的活门开关，所述加燃料开关在所述加燃料门打开时闭合。
19. 根据方案15所述的系统，其特征在于，所述罐包括外部复合结构层和内部气密密封层。
20. 根据方案15所述的系统，其特征在于，所述罐是氢气储存罐，所述系统还包括从所述氢气储存罐接收氢气的燃料电池组。
附图说明
图1是燃料电池系统的简化示意图，示出用于在氢储存罐加燃料过程期间唤醒控制器的电气结构。
具体实施方式
涉及用于在氢储存罐的加燃料事件期间唤醒控制器的系统和方法的本发明的实施例的以下讨论本质上仅是示例性的，并且不意于以任何方式限制本发明或者其应用或使用。例如，本发明具有用于监测燃料电池车辆上的高压力氢气储存罐的加燃料的应用。然而，如本领域的技术人员所意识到地，本发明的系统和方法可具有用于其他系统的应用。
图1是系统10的示意图，示出用于在高压力氢气储存罐14的加燃料过程开始时唤醒电子控制单元(ECU)12的电气结构。高压力罐14是涉及以上的类型，具有提供结构整体性的外部复合层16和提供气密密封的内部气密衬里层18。系统10可在燃料电池车辆上，其中可提供多个气体储存罐。罐14还包括适配器20，所述适配器20包括本领域的技术人员众所周知的各种阀和密封装置，所述适配器20允许罐14内的氢气通过导管22以受控方式离开罐14并且允许来自燃料加注站(未示出)的氢气通过导管22以受控方式进入罐14。在该非限制性实施例中，储存在罐14内的氢气通过导管26为燃料电池组24提供燃料。罐14通过将容器28连接至合适的加燃料端口(未示出)加燃料，所述合适的加燃料端口允许氢气通过导管30流入罐14。止回阀34设置在导管30中，以防止流向容器28。阀32以本领域的技术人员很好地理解的方式切换通过导管22的流动。
如以上所讨论，期望在加燃料事件期间监测罐14内的温度，以提供知识，所述知识可用于确定温度对衬里层18是否具有降解效应、和倘若具有降解效应则为了罐整体性目的具有多大降解效应。电气线路38电耦联至车辆上的ECU12和低电压电池40的正端子。活门开关36设置在电气线路38中，所述活门开关36当车辆上的加燃料端口盖活门(未示出)在加燃料过程期间打开以使容器28暴露时闭合。当开关36闭合时，向ECU12提供来自电气线路38上的电池的电压信号，从而唤醒并通知ECU12加燃料事件即将发生，并且ECU12应在加燃料过程期间监测温度。温度传感器42设置在罐上合适的位置，在此设置在适配器20中，所述温度传感器42测量流过导管22并进入罐14的氢气的温度。向ECU12提供来自温度传感器42的温度信号，所述温度信号随后用于算法，以便以本领域的技术人员很好地理解的方式监测衬里层18的整体性。二极管44设置在电气线路38内，从而防止信号传播回电池40。
如以上所讨论，可能存在的情形是：车辆操作者预期加燃料事件，将打开加燃料活门，从而使开关36闭合和ECU12醒来，但操作者可能不立即启动加燃料过程。由于当车辆不工作时需要保存电池40的功率，所以ECU12在开关36闭合之后仅保持处于导通状态持续某一时间段、诸如半小时，之后，ECU12将停止以保存电池功率。仍存在电池功率以在加燃料期间进行温度监测过程，但无论如何算法都停止ECU12，使得存在用于下次车辆起动过程的足够电池功率。由于基于电气状态变化诸如电压信号的上升沿来唤醒ECU12，所以即使开关36可保持在闭合位置，除非另一状态变化出现，否则ECU12将不会醒来。
本发明提出一种对于如下时间唤醒ECU12的技术，使得在加燃料事件期间可监控罐14的温度与压力信号和氢观察：当开关36已闭合，但由于电池功率保存目的的时间，所以在ECU12停止之前，加燃料过程没有启动。具体地，与线路38并联的第二电气线路46电耦联至电池40的正端子和ECU12。如上，二极管52设置在电气线路46中，以防止电信号传播回线路46。常开温度开关48安装至罐14的外壁，以监测罐14的温度，其中如果罐14的温度升至高于开关48的温度设定点，则开关48闭合。开关48的温度设定点被校准并且可以是适于在此讨论的目的的基于诸如开关的类型、开关48的位置、罐14的尺寸等的许多因素的任何温度。温度开关48封装在合适的热绝缘壳体50内，使得由开关48感测的温度不受周围影响。壳体50的厚度和材料可以是适于在此讨论的目的的任何轻重量、便宜的绝缘材料。
如果开关48是电气线路46中唯一的开关，则使开关48闭合将向ECU12提供状态变化电压信号。由于在燃料电池车辆的操作期间可能存在罐14中和周围的温度由于其相对于燃料电池组12的位置和/或环境温度引起升至高于开关48的温度设定点的某些时间，所以即使开关36打开，开关48也可能闭合，这可以另外的方式使向ECU12施加的电压信号错误地开始从温度传感器42进行温度测量。
为了防止这种情况出现，第二温度开关56设置在容器28处或靠近容器28设置，其在加燃料事件期间监测容器28的温度。开关56可以是常闭开关，其中除非所述开关56感测到低于预定温度设定点的温度，否则其处于打开位置。如以上所讨论地，由于氢气在其于罐14内膨胀时明显变热，所以燃料加注站典型地以诸如-30℃或更低的非常低的温度提供氢气，这是对于SAE应允燃料加注站的要求。因此，温度开关56具有校准成气体加燃料温度的温度设定点，使得如果温度降至低于设定点，则开关56闭合。如果开关48与56同时闭合，则在电气线路46上向ECU12提供来自电池40的电压信号。温度开关56也封装在热绝缘壳体58内，使得环境或周围温度不会明显影响开关56的切换。因此，如果温度开关48指示高的罐温度，但温度开关56不指示低温燃料流动，则ECU12不会从温度传感器42进行温度测量。由于可能出现环境温度低到足以使开关56闭合，所以开关56典型地不能单独使用。因此，通过提供仅在高温下切换的开关48和仅在低温下闭合的开关56，仅在加燃料过程期间提供线路46上到ECU12的信号。
如果燃料电池系统10包括具有不同体积的多个高压力气体储存罐，则开关48将安装至最关键的罐。如果需要观察所有的罐，则用于罐14中的每个罐的开关48并联地电耦联。
如由本领域的技术人员很好地理解地，在此讨论以描述本发明的多个不同的步骤和过程可涉及由计算机、处理器或利用电现象处理和/或变换数据的其他电子计算装置进行的操作。那些计算机和电子装置可采用各种易失性的和/或非易失性的存储器，包括具有存储在其上的可执行程序的非瞬时的计算机可读介质，所述可执行程序包括能够由计算机或处理器执行的各种代码或可执行指令，其中存储器和/或计算机可读介质可包括存储器及其他计算机可读介质的所有形式和类型。
前述讨论仅公开并描述了本发明的示例性实施例。本领域的技术人员从这样的讨论并从附图及权利要求容易认识到的是，在不偏离如在所附的权利要求中所限定的本发明的精神和范围的情况下可在其中作出各种变化、变形和变体。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
高压力气体储存罐；
与所述罐流体连通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦联至所述加燃料管道的与所述罐相对的端部，并适合于接纳加燃料装置，从而允许气体流过所述加燃料管道并流入所述罐；
温度传感器，其安装在所述罐上或靠近所述罐安装，以便测量所述罐的温度并提供表示所述罐的温度的温度信号；
控制器，其响应于来自所述温度传感器的温度信号；
功率源，其在第一电气线路上向所述控制器提供电源电压；以及
第一温度开关，其安装至所述罐并电耦联至所述第一电气线路，所述第一温度开关具有第一温度设定点，使得：如果所述第一温度开关检测到高于所述第一温度设定点的温度，则所述第一温度开关将闭合并允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括围绕所述第一温度开关并使所述第一温度开关与周围绝缘的热壳体。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括电耦联至所述第一电气线路的第二温度开关，所述第二温度开关安装至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安装，所述第二温度开关具有第二温度设定点，使得：如果所述第二温度开关检测到由通过所述容器和所述加燃料管道的气体流动所引起的低于所述第二温度设定点的温度，则所述第二温度开关将闭合并允许来自所述功率源的电源电压提供到所述控制器。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括封装所述第二温度开关并使所述第二温度开关与周围绝缘的热壳体。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括电耦联至所述控制器和所述功率源的第二电气线路，所述第二电气线路包括加燃料开关，所述加燃料开关闭合，以允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述加燃料开关是安装至车辆上的加燃料门的活门开关，所述加燃料开关在所述加燃料门打开时闭合。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述罐包括外部复合结构层和内部气密密封层。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述罐是氢气储存罐。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括从所述氢气储存罐接收氢气的燃料电池组。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统在燃料电池车辆上。
11.一种燃料电池车辆上的系统，所述系统包括：
高压力氢气储存罐；
与所述罐流体连通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦联至所述加燃料管道的与所述罐相对的端部，并适合于接纳加燃料装置，从而允许氢气流过所述加燃料管道并流入所述罐；
温度传感器，其安装在所述罐上或靠近所述罐安装，以便测量所述罐的温度并提供表示所述罐的温度的温度信号；
控制器，其响应于来自所述温度传感器的温度信号；
功率源，其在第一电气线路上向所述控制器提供电源电压；
第一温度开关，其安装至所述罐并电耦联至所述第一电气线路，所述第一温度开关具有第一温度设定点，使得：如果所述第一温度开关检测到高于所述第一温度设定点的温度，则所述第一温度开关闭合并允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压；
第一热壳体，其围绕所述第一温度开关并使所述第一温度开关与周围绝缘；
第二温度开关，其安装至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安装并电耦联至所述第一电气线路，所述第二温度开关具有第二温度设定点，使得：如果所述第二温度开关检测到低于所述第二温度设定点的温度，则所述第二温度开关闭合并允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压；以及
第二热壳体，其封装所述第二温度开关并使所述第二温度开关与周围绝缘。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括电耦联至所述控制器和所述功率源的第二电气线路，所述第二电气线路包括加燃料开关，所述加燃料开关闭合，以允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述加燃料开关是安装至车辆上的加燃料门的活门开关，所述加燃料开关在所述加燃料门打开时闭合。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述罐包括外部复合结构层和内部气密密封层。
15.一种系统，包括：
高压力气体储存罐；
与所述罐流体连通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦联至所述加燃料管道的与所述罐相对的端部，并适合于接纳加燃料装置，从而允许气体流过所述加燃料管道并流入所述罐；
温度传感器，其安装在所述罐上或靠近所述罐安装，以便测量所述罐的温度并提供表示所述罐的温度的温度信号；
控制器，其响应于来自所述温度传感器的温度信号；
功率源，其在第一电气线路上向所述控制器提供电源电压；以及
温度开关，其安装至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安装并电耦联至所述第一电气线路，所述温度开关具有温度设定点，使得：如果所述温度开关检测到低于所述温度设定点的温度，则所述温度开关闭合并允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括封装所述温度开关并使所述温度开关与周围绝缘的热壳体。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括电耦联至所述控制器和所述功率源的第二电气线路，所述第二电气线路包括加燃料开关，所述加燃料开关闭合，以允许向所述控制器提供来自所述功率源的电源电压。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述加燃料开关是安装至车辆上的加燃料门的活门开关，所述加燃料开关在所述加燃料门打开时闭合。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述罐包括外部复合结构层和内部气密密封层。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述罐是氢气储存罐，所述系统还包括从所述氢气储存罐接收氢气的燃料电池组。
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