CN103712055B - 用于燃料电池车的氢充装的安全控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于燃料电池车的氢充装的安全控制系统和方法，该氢充装安全控制系统包括：燃料充装开关，设置在燃料电池车中以便在充装氢期间被操作；车速检测器，被配置为检测当前车速；以及控制器，被配置为接收与燃料充装开关的通/断操作相对应的信号以及由车速检测器检测的当前车速，并相应地控制车辆的点火装置，其中该控制器被配置为：在接收到来自燃料充装开关的接通操作信号时，以及在基于由车速检测器检测的当前车速而确定车辆停止时，关闭车辆的点火装置。

Description

用于燃料电池车的氢充装的安全控制系统和方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池车，更具体涉及一种用于燃料电池车的氢充装的安全控制系统和方法，其可以通过在燃料电池车的氢充装过程中关闭燃料电池车的点火装置来改善氢充装过程中燃料电池车的安全性。
背景技术
与利用内燃机旋转动力(该动力由通过矿物燃料与空气中氧气的燃烧所获得的爆炸动力而产生)驱动的内燃机车不同，燃料电池车通过利用由燃料电池堆产生的电能驱动的电动机的旋转动力来驱动。燃料电池堆，作为燃料电池车的主动力源，通过由包括氢气罐或车辆中的转化器的氢气供应装置所提供的氢气，与由诸如鼓风机或压缩机等空气供应装置提供的空气中的氧气之间的电化学反应产生电能。因此，在燃料电池车中，重要的是以安全且压缩方式存储燃料或气体形式的氢。为此，人们已经开发出多种氢存储技术，从而使车辆的行驶距离和车辆的安全性能都得到改善。
在这些技术中，氢可以作为液态氢存储在车辆中或者可被吸藏在包藏合金(occlusion alloy)中，但是这种方案存在因自然蒸发或吸附量等目前技术尚不能解决的问题。因此，通常在轻质、高强度且耐高压的氢燃料罐中充装氢并使用。为了保证足够的舱空间以及足够的行驶距离，广泛使用能够利用诸如359巴(bar)或700巴的高压在其中充装氢的氢燃料罐。
在普通汽油车辆或柴油车辆的情况下，通常没有法律或法规要求在燃料被泵入油箱时关闭点火装置或者防止驾驶者启动点火装置，即使为了安全因素，在泵入气体时强烈建议驾驶者关闭点火装置。
然而，对于燃料电池车而言，在加油期间限制推进系统操作和车辆移动的法规和规则实际上已经颁布。因此，在仍然遵守新的法律和法规时通常需要应用于汽油车辆或柴油车辆的点火控制逻辑不能应用于燃料电池车。
具体地，在过去，在控制燃料电池车的点火装置时，不包括用于感测燃料充装的装置，因而在燃料充装期间不能系统地限制车辆的点火装置，因而在该处理中可能会违反法律和法规。
因此，燃料电池车应该满足在燃料充装过程中规定的相关法律和法规，燃料电池车的推进系统不能运转且不允许车辆运动。然而，用于感应氢充装进程的逻辑目前还没有被应用到传统的燃料电池车中，因此不能满足相关法律、法规的要求。
发明内容
因此，本发明为解决上述问题而提供一种用于燃料电池车的燃料充装安全控制系统和方法，其中在燃料电池车的氢充装期间，关闭车辆的点火装置以改善正在进行氢充装的车辆的安全性。
根据本发明的一方面，提供一种用于燃料电池车的燃料充装的安全控制系统，该燃料充装安全控制系统包括：燃料充装开关，设置在燃料电池车中以便在充装氢期间被操作；车速检测器，被配置为检测当前车速；以及控制器(包括处理器和存储器)，被配置为接收与燃料充装开关的通/断操作相对应的信号以及由车速检测器检测的当前车速，并相应地控制车辆的点火装置，其中该控制器被配置为：在接收到燃料充装开关的接通操作信号时，以及在基于由车速检测器检测的当前车速而确定车辆处于停止状态时，关闭车辆的点火装置。
该燃料充装安全控制系统还包括通信装置，所述通信装置设置在燃料车辆中以实现控制器与燃料充装站侧控制器之间的通信，其中该控制器被配置为：当燃料电池车的控制器根据由车速检测器检测到的当前车速确定燃料充装开关关断的同时车辆处于停止状态，通过通信装置将燃料充装停止信号传送给燃料充装站侧控制器。
该燃料充装安全控制系统还包括燃料罐压力检测器，其设置在燃料电池车上以检测氢燃料罐内的压力，其中燃料电池车的控制器被配置为：当控制器在传送燃料充装停止信号之后根据由燃料罐压力检测器检测的氢燃料罐的压力确定氢罐内的压力变化已经超过预定参考值时，关闭车辆的点火装置。
根据本发明的另一方面，提供一种用于燃料电池车的燃料充装安全控制方法，该燃料充装安全控制方法包括：将燃料充装开关操作到接通状态以向燃料电池车中的氢燃料罐充装氢；通过控制器接收燃料充装开关的接通操作信号和来自用于检测车辆的当前车速的车速检测器的检测信号；以及通过控制器响应于基于当前车速而确定车辆当前处于停止状态而关闭车辆的点火装置。
该控制器可被配置为：响应于基于接收到的车速确定车辆当前处于停止状态且燃料充装开关被关断，通过通信装置将燃料充装停止信号传送给燃料充装站侧控制器。
该控制器还可被配置为：在传送燃料充装停止信号之后，在从用于检测氢燃料罐的压力的燃料罐压力检测器接收到检测信号并确定氢燃料罐内的压力变化超过预定参考值时，关闭车辆的点火装置。
该控制器还可被配置为：在车辆处于停止状态时车辆的点火装置已被关闭之后接收到来自燃料充装开关的关断操作信号时，允许根据驾驶者的车辆点火操作来对车辆进行重新点火，并且可被配置为在燃料充装开关的接通操作状态被保持时，该控制器禁止启动车辆的点火装置。
附图说明
本发明的以上和其他特征、目的和优点将仅仅通过示例的方式参考以下给出的具体实施例及其附图详细地描述，因此其不是对本发明的限制，且其中：
图1是根据本发明示例性实施例的燃料充装安全控制系统的框图；以及
图2是根据本发明示例性实施例的燃料充装安全控制方法的流程图。
附图标记说明
11：燃料充装开关
12：车速检测器
13：燃料罐压力检测器
20：控制器(车辆侧)
21：通信装置(车辆侧)
30：控制器(燃料充装站侧)
31：通信装置(燃料充装站侧)
具体实施方式
下面将参考附图详细地描述本发明，以允许本领域普通技术人员可以容易地实施本发明。
本文中使用的术语仅仅是为了说明具体实施例的目的且不是对本发明进行限制。除非上下文中明确指出，否则如本文所述的单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式。还可以理解的是术语“包括”和/或“由......组成”，当使用在说明书中时，指定限定的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在和添加。如这里所述，术语“和/或”包括任意和所有一个或多个相关列表术语的组合。
可以理解的是此使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它相似术语包括通常如乘用车的机动车辆，包括运动型多用途汽车(SUV)、公交车、卡车、各种商用车、包括各种艇和船的船只，航行器等等，并包括混合动力燃料电池车、电动燃料电池车、插入式混合电动燃料电池车、氢动力燃料电池车和其它可替代燃料电池车。如这里所指，混合动力车辆是具有两个或多个动力源的车辆，例如燃料电池动力和电/气动力均有的车辆。
尽管以上具体实施例被描述为利用多个单元来执行具体过程，然而可以理解的是具体过程还可以通过一个或多个模块来实现。此外，可以理解的是，术语控制器是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，而处理器具体被配置为执行所述模块以执行以下将要描述的一个或多个处理。
此外，本发明的控制逻辑可被实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括，但不局限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、闪存盘、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在连接计算机系统的网络中，以使计算机可读介质可以以分布式方式，例如，通过电信息通信服务器或控制器区域网(CAN)，被存储和执行。
图1是根据本发明的燃料充装安全控制系统的框图，图2是根据本发明的燃料充装安全控制方法的流程图。根据本发明具体实施例的燃料充装安全控制系统，可以包括由驾驶者操作的用于为燃料电池车充装氢的燃料充装开关11。即当氢正在被充入到燃料电池车中时，驾驶者应当接通燃料充装开关11，该开关11安装在车辆内驾驶者座椅周围，由驾驶者操控。更具体地，燃料充装开关11可以安装在驾驶者易于操控的位置上，例如仪表板中。
在本发明中，燃料充装开关11还可以安装在车辆内驾驶者座椅周围允许驾驶者容易操控的位置，例如仪表群、车门内侧、驾驶者座椅与乘客座椅之间的储物盘、或控制箱、以及仪表板。由于在充装氢时驾驶者操控燃料充装开关11，因此燃料充装开关11应当被安装在车辆内允许驾驶者容易操控的位置。
考虑到燃料充装开关11必须用于充装氢的操作，因此燃料充装开关11可被安装在车辆外，例如车辆的燃料填充装置的燃料门内，且在这种情况下，当燃料门打开时驾驶者或者充装氢的人(注入燃料的人，对应于汽油车辆或柴油车辆的加油站的工作人员)操控燃料充装开关11，与通常的冰箱照明开关更像。
在以下说明中，可以假定将燃料充装开关11被操作以充装氢等燃料的状态称为接通状态(on-state)；将在车辆行驶之后充装氢之前没有操作燃料充装开关11的状态或对处于接通状态的燃料充装开关11进行继续操作以释放接通状态的状态称为关断状态。
不管怎样，可以利用车辆的控制器20通过输入开关操作信号来识别燃料充装开关11的通/断状态。车辆控制器20负责车辆的点火控制，且根据燃料充装开关11的操作状态(接通/关断状态)来控制车辆的点火装置，后面会进一步描述。也就是说，控制器20基于燃料充装开关11的接通/关断状态来确定车辆是否正在充装氢或者车辆没有在充装氢，并且当燃料充装开关11处于接通和充装氢期间，控制器20控制车辆使其点火装置关闭。
例如，在燃料充装开关11处于接通状态且在充装氢期间，当车辆的点火装置处于接通状态时，控制器20关闭车辆的点火装置，并防止车辆的点火装置返回到接通状态，直到燃料充装开关11被操作成关断状态。另一方面，当燃料充装开关11关断时，控制器20不执行单独的控制操作。当车辆移动时(车速＞0)，在燃料充装开关11关断时获得正常的车辆操作。
当车辆停止时(车速＝0)且燃料充装开关11关断时，假定存在充装氢的可能性，使得燃料充装停止信号可以通过通信装置21传送给氢充装站以便即使正在执行氢充装操作时也不允许充装氢。因此，在驾驶者没有接通燃料充装开关11即当燃料充装开关11关断时，即使燃料充装停止信号被传送给氢充装站而仍然进行充装氢时，控制器20会自动关闭车辆的点火装置。
在本发明中，在充装氢期间通过控制器20关闭车辆的点火装置包括燃料电池系统的断开状态，意味着燃料电池车中诸如切断操作的点火切断状态。然而，即使在车辆的点火装置因燃料充装开关的接通状态以及充装氢操作而关断时，依然保持控制器20的电力供给。
尽管在本发明中，控制器20被描述成包含在车辆侧中的单一集成控制器，然而车辆侧控制器20可被实现为多个控制器，例如燃料电池系统控制器和氢存储系统控制器，并且本发明的控制过程由这些如上所述的具有处理器和存储器的控制器的帮助来完成。
根据本发明的燃料充装安全控制系统可以包括：车速检测器12，布置在燃料电池车中以检测当前车速；和燃料罐压力检测器13，被配置为检测氢燃料罐的压力，以及车辆侧通信装置21，用于在燃料电池车中的车辆侧控制器20之间进行通信，并且还可包括氢充装站侧控制器30，特别用于将从车辆侧控制器20输出的燃料充装停止信号，经由氢充装站侧通信装置31传送到氢充装站侧控制器30。
在此，车速检测器12可以例如是在传统车辆中使用的车轮速度传感器，且控制器20可以被配置为接收来自车轮速度传感器的信号，车轮速度传感器可被用来计算当前车速，并将所计算的当前车速用作车辆点火控制的参数。
燃料罐压力检测器13可以是安装在普通燃料电池车内的氢燃料罐中的压力传感器，并且控制器20可被配置为接收来自燃料罐压力检测器13的信号并基于氢燃料罐的压力状态来控制车辆的点火装置。
通信装置21可以是有线或无线通信装置，其可以是设置在普通燃料车辆中用于与氢充装站侧控制器30进行通信的红外线(IR)通信模块。
在本发明中，当控制器20与用于控制车辆点火装置的燃料电池系统控制器以及用于控制车辆充装氢的氢存储系统控制器一同执行，而不是单个集成控制器时，由燃料电池系统控制器接收燃料充装开关11的接通/关断操作信号和车速检测器12的检测信号，然后燃料电池系统控制器基于接收到的信号对车辆的点火装置进行控制。
燃料充装开关11的接通/关断操作信号还被输入氢存储系统控制器，且燃料罐压力检测器13的信号被输入氢存储系统控制器，但是由于氢燃料罐的压力状态还涉及车辆的点火装置，因此由燃料罐压力检测器13检测到的氢燃料罐的压力信息还可被传递到燃料电池系统控制器。在基于来自氢燃料罐的压力信息而确定出压力变化超过车辆的氢燃料罐中的参考值时，燃料电池系统控制器关闭车辆的点火装置。
车速检测器12的检测信号被输入燃料电池系统控制器，还可被直接输入氢存储系统控制器或者也可以从燃料电池系统控制器传送到氢存储系统控制器。
氢存储系统控制器通过通信装置21将用于停止充装氢的信号也就是燃料充装停止信号传送给氢充装站侧控制器30，而氢充装站侧控制器30在通过通信装置31接收到燃料充装停止信号之后，停止对车辆进行充装氢直到燃料充装开关11已经接通。
在下文中将参考图2描述根据本发明的用于燃料电池车的氢充装安全控制过程。
首先，一旦驾驶者通过按压或轻击燃料充装开关11来接通燃料充装开关11从而向车辆的氢燃料罐中充装氢时，控制器(例如燃料电池系统控制器和氢存储系统控制器)接收燃料充装开关11的接通操作信号。在步骤S11、S12和S16中，在控制器(例如燃料电池系统控制器)确认燃料充装开关11接通之后，当车辆正在停止时(例如控制器接收车速检测器的检测信号并确定出车速为零)，如果车辆的点火装置还没有关闭则控制器关闭车辆的点火装置。
另一方面，在步骤S11、S13和S14中，当燃料充装开关11当前关断时(即在驾驶者还没有接通燃料充装开关11且车速为零(即，车辆处于停止状态))，则车辆的控制器20(例如，氢存储系统控制器)通过通信装置21将燃料充装停止信号传送给氢充装站侧控制器30，这样即使驾驶者试图向燃料罐充装氢，如果燃料充装开关还没有接通也不允许充装氢。
因而，氢充装站侧控制器30控制驾驶者是否能够向燃料罐充装氢，以便即使驾驶者在还没有接通燃料充装开关11时试图重新向燃料罐内充装氢时，根据本发明的燃料充装安全控制系统防止驾驶者在燃料充装开关11还没有被操作为接通状态时启动充装氢，从而确保车辆安全。
然而，当燃料充装停止信号由于错误或者车辆侧控制器20与氢充装站侧控制器30之间的通信失败而没有从车辆侧控制器20正常地传递到氢充装站侧控制器30时，或者在氢充装站侧控制器30出现故障时，车辆可能非正常地充装氢。在此情况下，车辆的氢燃料罐中的压力因为充装氢而增大，并且车辆侧控制器20，在根据燃料罐压力检测器13的信号感测到压力变化超过氢燃料罐中的参考值(例如，5MPa)的情况下，在步骤S15和S16中确定是否处于非正常地充装氢并自动关闭车辆的点火装置。因此，在本发明的具体实施例中，即使在非正常充装氢的情况下，也能通过关闭车辆的点火装置来确保安全再充装氢环境。
表1示出以上描述的总结，其中车辆侧控制状态包括在充装氢之前的点火控制。
[表1]
在步骤S17和S18中，仅仅在充装氢结束之后驾驶者关断燃料充装开关11时，才可以通过驾驶者的点火钥匙操作(车辆点火操作)来关闭车辆的点火装置，且当燃料充装开关11不被操控为关断状态时，即，燃料充装开关11保持接通状态时，在步骤S19中禁止开启车辆的点火装置。
表2示出在燃料充装之后的车辆点火控制，其中仅仅在燃料充装开关11关断之后重新点火是可能的。
[表2]
燃料充装开关 车速 车辆控制
情况1 接通 0 禁止启动
情况2 关断 0 允许启动
因此，在本发明中，用于氢充装操作的单个燃料充装开关安装在车辆中，使得可以仅仅在驾驶者操作燃料充装开关之后，来进行氢充装且可以自动关闭车辆的点火装置，从而实现安全充装氢。此外，当驾驶者没有操作燃料充装开关时，该系统不允许进行氢充装，甚至在燃料充装开关无操作(例如由于控制站故障等)而进行异常充装氢时，车辆的点火装置也会自动关闭，从而确保车辆的安全。
因此，在根据本发明具体实施例的用于燃料电池车的燃料充装安全控制系统和方法中，用于承担充装氢操作的燃料充装开关设置在燃料电池车中，并且当车辆停止且燃料充装开关接通时，车辆的点火装置自动关闭，因此还改善了在氢充装时的车辆安全性。
上面已经参考本发明的示例性实施方式对其进行了详细描述。然而，本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，还可以对这些实施方式进行修改，本发明的范围被限定在所附的权利要求及其等价形式中。

Claims (8)

1.一种用于燃料电池车的燃料充装安全控制系统，所述燃料充装安全控制系统包括：
燃料充装开关，设置在所述燃料电池车中以便在充装氢期间被操作；
车速检测器，被配置为检测当前车速；以及
控制器，被配置为接收与所述燃料充装开关的通/断操作相对应的信号以及由所述车速检测器检测的当前车速，并相应地控制车辆的点火装置，
其中所述控制器被配置为：在接收到来自所述燃料充装开关的接通操作信号时并且在基于由所述车速检测器检测的所述当前车速而确定所述车辆停止时，关闭所述车辆的点火装置。
2.如权利要求1所述的燃料充装安全控制系统，还包括通信装置，所述通信装置设置在所述燃料电池车中以实现所述控制器与燃料充装站侧控制器之间的通信，
其中所述燃料电池车的所述控制器被配置为：当所述燃料电池车的所述控制器根据所述当前车速确定所述车辆停止且所述燃料充装开关仍旧关断时，通过所述通信装置将燃料充装停止信号传送给所述燃料充装站侧控制器。
3.如权利要求2所述的燃料充装安全控制系统，还包括燃料罐压力检测器，所述燃料罐压力检测器设置在所述燃料电池车上以检测氢燃料罐的压力，
其中所述燃料电池车的所述控制器被配置为：当所述燃料电池车的所述控制器在传送所述燃料充装停止信号之后根据在所述氢燃料罐内检测到的压力确定压力变化超过预定参考值时，关闭所述车辆的点火装置。
4.如权利要求1所述的燃料充装安全控制系统，其中所述控制器被配置为：在所述车辆停止时所述车辆的点火装置已被关闭之后接收到来自所述燃料充装开关的关断操作信号时，允许根据驾驶者的车辆点火操作来对所述车辆进行重新点火，并且在所述燃料充装开关的接通操作状态被保持时，所述控制器禁止所述车辆的点火装置重新启动。
5.一种用于燃料电池车的燃料充装安全控制方法，所述燃料充装安全控制方法包括：
将燃料充装开关操作到接通状态以向所述燃料电池车中的氢燃料罐充装氢；
通过控制器接收所述燃料充装开关的接通操作信号和来自用于检测车辆的当前车速的车速检测器的检测信号；以及
通过所述控制器响应于确定所述车辆当前被停止且已经接收到接通操作信号而关闭所述车辆的点火装置。
6.如权利要求5所述的燃料充装安全控制方法，其中所述控制器被配置为：在根据所述车速检测器的检测信号确定所述车辆当前被停止且所述燃料充装开关处于关断时，通过所述车辆中的通信装置将燃料充装停止信号传送给燃料充装站侧控制器。
7.如权利要求6所述的燃料充装安全控制方法，其中所述燃料电池车的所述控制器被配置为：在传送所述燃料充装停止信号之后，在从用于检测所述氢燃料罐的压力的燃料罐压力检测器接收到检测信号并确定氢燃料罐内的压力变化超过预定参考值时，关闭所述车辆的点火装置。
8.如权利要求5所述的燃料充装安全控制方法，其中所述控制器还被配置为：在所述车辆停止时所述车辆的点火装置已被关闭之后接收到来自所述燃料充装开关的关断操作信号时，允许根据驾驶者的车辆点火操作来对所述车辆进行重新点火，并且在保持所述燃料充装开关的接通操作状态时，所述控制器禁止所述车辆的点火装置被重新启动。
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