CN104006292B - 车载液化气气瓶质量安全监控装置及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气瓶质量安全监控装置及其监控方法，具体为车载液化气气瓶质量安全监控装置及其监控方法，通过单片机对车载液化气气瓶液位、压力、温度、车辆行驶状态等检测，在车辆行驶和停驶的不同状态采用不同的方法进行测量、记录，并用实时数据与历史数据进行计算比对的方法，从而实现对车载液化气气瓶系统中重要参数如气瓶蒸发率，加气余量或液位、实时与历史气耗、安全保护等各种经济、质量、安全指标进行全面数据分析和管理功能，并能根据液化气的量和车辆使用需要精确方便调整控制气瓶工作压力，为气瓶使用者提供明确的加气指导、设备维修指导和有效维权证据，并极大优化提高车载液化气气瓶使用经济性和安全性。

Description

车载液化气气瓶质量安全监控装置及其监控方法

技术领域

本发明涉及一种气瓶质量安全监控装置及其监控方法，具体为车载液化气气瓶质量安全监控装置及其监控方法。

背景技术

低温液化天然气是气态天然气经净化冷却、体积缩小约620倍变成-162℃液体，存储在专用绝热保温瓶内，使用时再经换热变成气态应用。由于其储运效率高、清洁、价格低等诸多优点近年来被迅速推广使用，也被用于代替传统的汽、柴油给汽车动力，车用气瓶称为车载液化气气瓶，目前该车载液化气气瓶的应用存在着以下问题：

（1）车载液化气气瓶，在汽车停用期间会因漏热使内部液体温度升高而部分气化，压力升高，为了确保安全，只能被动通过瓶上的安全阀排放出去。车载液化气气瓶衡量这种性能的质量指标叫‘日蒸发率’，其越低越好吗，目前实际使用中，使用者难以鉴别和考核该指标。

（2）在车载液化气气瓶使用过程中，还存在着气源质量的困扰。因为液化的天然气是在常压下-162度以下存在或者在低温有压状态下存在，其成分复杂，人们又难以用常规方法识别，气源质量因成分不同差异很大，使得使用者无法察觉情况下造成很大损失。

（3）车载液化气气瓶的容量或液位，因现有传感器技术的局限性，对于测量这种超低温、成分复杂、密闭压力容器中的液位，往往因成分、温度等条件的变化测量出现较大误差，甚至出现因液位测量错误，发生使司机误判导致车辆断气抛锚的事故。

（4）车载液化气气瓶的稳压装置的阀件因工作条件极端、导致容易故障影响瓶内压力变化大影响发动机效率，而且调整及其不便难以适应实际需要。

（5）现有车载液化气气瓶虽然配套了气瓶液位或载液量检测和瓶内压力检测装置，并提供液位压力显示仪表，但这些均只是单纯的液位液量和压力显示，在车辆停车后也不再测量，更没有数据记录和系统分析管理能力，影响着车载液化气气瓶在车辆上应用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种可以实时监控车载液化气气瓶质量安全监控装置及其监控方法，具体技术方案为：

车载液化气气瓶质量安全监控装置，包括供电电源、节能控制模块、单片机、记录模块、显示与键盘模块、车速与车载电瓶检测模块和现场单片机；

现场单片机由SMT32F103CB单片机及辅助电路通讯芯片构成，完成采集气瓶的液位、压力信号和环境温度信号，经数据滤波、平均及量程工程化转换基本处理，通过485总线发送给单片机。单片机由SMT32F103RC单片机及辅助器件组成；

单片机分别与现场单片机、节能控制模块、记录模块、显示与键盘模块、车速与车载电瓶检测模块相连；

现场单片机分别与测量模块和气瓶稳压阀组连接，所述的测量模块包括，液位测量模块、压力测量模块、气温测量模块；

现场单片机控制测量模块和气瓶稳压阀组，并将测量模块采样数据发送给单片机；

节能控制模块控制供电电源，在车辆行驶状态时为记录模块、显示与键盘模块、车速与车载电瓶检测模块、现场单片机、测量模块、气瓶稳压阀组供电；节能控制模块同时控制供电测量和数据记录，并将数据传输给单片机；在定时关闭时间内停止所有供电，单片机由节能模块内部的电池DCH供电，单片机进入休眠模式；

记录模块用于记录所有数据；

显示与键盘模块，包括显示器和键盘，显示器用于显示数据，键盘至少一个按键是与单片机使用同一电源，用于将单片机从休眠模式中唤醒；

车速与车载电瓶检测模块检测车辆是处于不耗气停止状态还是处于耗气行驶状态，并将车速、电瓶检测信息传输给单片机；

单片机控制现场单片机；根据测量模块、车速与车载电瓶检测模块输送的数据进行计算，获得气瓶的质量安全状态。

节能控制模块包括内部光耦M，内部光耦M的2脚接单片机的一个PA，供电时该脚置低电平，光耦开关被接通、相连的三极管G饱和导通，车载的供电电源分为两路，一路给现场单片机供电，另一路通过DC/DC变换降压，降压后的电源分为两路，一路通过二极管D3、二极管D4再次降压为显示与键盘模块、记录模块、车速与车载电瓶检测模块、测量模块、气瓶稳压阀组供电，另一路通过连接的二极管D2及电阻R2给电池DCH充电，电池DCH连接二极管D1降压后为单片机供电；在定时状态进入节能模式，关闭供电电源时，单片机控制内部光耦M的2脚为高电平或阻断状态，光耦开关及三极管G关断，电池DCH给单片机供电。

车载液化气气瓶质量安全监控装置监控方法，包括以下步骤：

（1）初始上电启动：单片机控制节能控制模块给记录模块、显示与键盘模块、车速与车载电瓶检测模块、现场单片机、测量模块、气瓶稳压阀组供电，单片机开始记录车辆的行驶时间；

（2）判断发动机是否发动，或车辆是否在行驶状态中，车辆行驶状态中执行步骤（3），如车辆未行驶则进入步骤（8）；

(3) 单片机控制节能控制模块连续供电和测量，现场单片机将测量模块采样取得的数据传给单片机；单片机如有需要更改的命令传给现场单片机，同时单片机获得车速与车载电瓶检测模块采集的电瓶电压、行驶里程及气耗数据，所有数据传输完成后执行步骤（4）；

(4) 单片机根据采集的数据和记录的行驶里程、历史气耗和历史液位数据，进行以下判断：本次采样液位与车辆连续行驶前10-60分钟的数据相比，是增大还是变小了，如果增大或者不变，均表示液位测量模块出现故障，出现故障了执行步骤（5），没有故障执行步骤（6）；

(5)将液位测量模块设置报警标志、发出报警提示；并根据历史记录的平均气耗数据、根据本次加气时初始液位和本次已经行驶的里程数，计算出剩余的液化天然气液体余量，将该余量值与测量的液位值进行同时显示，供司机参考，而后执行步骤（7）；

(6)根据已经行驶的里程和已经消耗的气量计算本次气耗后暂存，每5-60分钟存储一次平均值后执行步骤（7）；

(7)根据设置或键盘设置将计算和采样后的参数进行显示，然后执行步骤（1）；

(8)在车辆停驶状态下，单片机根据定时状态决定是否开启供电和测量，定时开机时间到了，则执行步骤（9），否则到执行步骤（10）。

(9)命令节能控制模块开启所有供电和测量，现场单片机将测量模块采样取得的数据传给单片机；单片机如有需要更改的命令传给现场单片机，同时单片机获得车速与车载电瓶检测模块采集的电瓶电压、停机时间、停机时压力数据，所有数据传输完成后执行步骤（10）；

(10)根据测得的气瓶压力高低及车辆电瓶电压高低计算下次再次测量的时间间隔，压力越高越，气瓶稳压阀组再次开启时间越间隔越短，压力越低间隔时间越长，设置范围在120-7200秒；在供电时段内采样时间间隔，是根据是气瓶稳压阀组是否开启，或者是否有按键操作进行修改设置决定；无按键操作并不开启气瓶稳压阀组11时，采样时间间隔为1秒，其它情况为最长300秒；

(11)计算气瓶质量核心指标，日蒸发率：

Vx = V2－V1

V= Vx×k

A=(V÷620) ÷气瓶额定容积*24÷H×100%

其中，V2为停车经过间隔时间后气瓶内气体体积；

V1停车时气瓶内气体体积；

Vx为气体蒸发量；

K为环境温度修正系数；

V为修正后蒸发体积量；

A为日蒸发率；

H为停机间隔时间，小时；

其中K= 1+（248K－T0－T1）/T2；

其中， 248K为瓶设计时计算蒸发率的环境标态温度；

T0为气瓶内实测环境温度，K；

T1为气瓶内气体从停车时到间隔时间后的平均温度，K；

T2为气瓶间隔时间后的标准瓶内温度，K。

计算后存储记录到记录模块4中后执行步骤（12）；

(12)判断有是否有键盘设置需要显示处理，有则执行步骤（7），无则执行步骤（13）；

(13)测控完毕关闭节能控制模块，单片机进行进入休眠状态，等待定时设置、键盘操作或发动机启动中断发生。

本发明提供的车载液化气气瓶质量安全监控装置及其监控方法，通过单片机对车载液化气气瓶液位、压力、温度、车辆行驶状态等检测，在车辆行驶和停驶的不同状态采用不同的方法进行测量、记录，并用实时数据与历史数据进行计算比对的方法，从而实现对车载液化气气瓶系统中重要参数如气瓶蒸发率，加气余量或液位、实时与历史气耗、安全保护等各种经济、质量、安全指标进行全面数据分析和管理功能，并能根据液化气的量和车辆使用需要精确方便调整控制气瓶工作压力，为气瓶使用者提供明确的加气指导、设备维修指导和有效维权证据，并极大优化提高车载液化气气瓶使用经济性和安全性。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为发明的节能控制模块结构示意图；

图3为本发明的监控方法流程示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式，如图1所示，车载液化气气瓶质量安全监控装置，包括供电电源1、节能控制模块2、单片机3、记录模块4、显示与键盘模块5、车速与车载电瓶检测模块6和现场单片机7；

现场单片机7由SMT32F103CB单片机及辅助电路通讯芯片构成，完成采集气瓶的液位、压力信号和环境温度信号，经数据滤波、平均及量程工程化转换基本处理，通过485总线发送给单片机3。单片机3由SMT32F103RC单片机及辅助器件组成；

单片机3分别与现场单片机7、节能控制模块2、记录模块4、显示与键盘模块5、车速与车载电瓶检测模块6相连；

现场单片机7分别与测量模块和气瓶稳压阀组11连接，所述的测量模块包括，液位测量模块8、压力测量模块9、气温测量模块10；

现场单片机7控制测量模块和气瓶稳压阀组11，并将测量模块采样数据发送给单片机3；

节能控制模块2控制供电电源1，在车辆行驶状态时为记录模块4、显示与键盘模块5、车速与车载电瓶检测模块6、现场单片机7、测量模块、气瓶稳压阀组11供电；节能控制模块2同时控制供电测量和数据记录，并将数据传输给单片机3；在定时关闭时间内停止所有供电，单片机3由节能模块2内部的电池DCH供电，单片机3进入休眠模式；

记录模块4用于记录所有数据；

显示与键盘模块5，包括显示器和键盘，显示器用于显示数据，键盘至少一个按键是与单片机3使用同一电源，用于将单片机3从休眠模式中唤醒；

车速与车载电瓶检测模块6检测车辆是处于不耗气停止状态还是处于耗气行驶状态，并将车速、电瓶检测信息传输给单片机3；

单片机3控制现场单片机7；根据测量模块、车速与车载电瓶检测模块6输送的数据进行计算，获得气瓶的质量安全状态。

如图2所示，节能控制模块2包括内部光耦M，内部光耦M的2脚（12）接单片机3的一个PI脚，供电时该脚置低电平，光耦开关被接通、相连的三极管G饱和导通，车载的供电电源1分为两路，一路给现场单片机7供电，另一路通过DC/DC变换降压，降压后的电源分为两路，一路通过二极管D3、二极管D4再次降压为显示与键盘模块5、记录模块4、车速与车载电瓶检测模块6、测量模块、气瓶稳压阀组11供电，另一路通过连接的二极管D2及电阻R2给电池DCH充电，电池DCH连接二极管D1降压后为单片机3供电；在定时状态进入节能模式，关闭供电电源1时，单片机3控制内部光耦M的2脚（12）为高电平或阻断状态，光耦开关及三极管G关断，电池DCH给单片机3供电。

如图3所示，车载液化气气瓶质量安全监控装置监控方法，包括以下步骤：

（1）初始上电启动：单片机3控制节能控制模块2给记录模块4、显示与键盘模块5、车速与车载电瓶检测模块6、现场单片机7、测量模块、气瓶稳压阀组11供电供电，单片机3开始记录车辆的行驶时间；

（2）判断发动机是否发动，或车辆是否在行驶状态中，车辆行驶状态中执行步骤（3），如车辆未行驶则进入步骤（8）；

(3) 单片机3控制节能控制模块2连续供电和测量，现场单片机7将测量模块采样取得的数据传给单片机3；单片机3如有需要更改的命令传给现场单片机7，同时单片机3获得车速与车载电瓶检测模块6采集的电瓶电压、行驶里程及气耗数据，所有数据传输完成后执行步骤（4）；

(4) 单片机3根据采集的数据和记录的行驶里程、历史气耗和历史液位数据，进行以下判断：本次采样液位与车辆连续行驶前10-60分钟的数据相比，是增大还是变小了，如果增大活着不变均，表示液位测量模块8出现故障，出现故障了执行步骤（5），没有故障执行步骤（6）；

(5)将液位测量模块8设置报警标志、发出报警提示；并根据历史记录的平均气耗数据、根据本次加气时初始液位和本次已经行驶的里程数，计算出剩余的液化天然气液体余量，将该余量值与测量的液位值进行同时显示，供司机参考，而后执行步骤（7）；

(6)根据已经行驶的里程和已经消耗的气量计算本次气耗后暂存，每5-60分钟存储一次平均值后执行步骤（7）；

(7)根据存储设置或键盘设置将计算和采样后的参数进行显示，然后执行步骤（1）；

(8)在车辆停驶状态下，单片机3根据定时状态决定是否开启供电和测量，定时开机时间到了，则执行步骤（9），否则到执行步骤（10）。

(9)命令节能控制模块2开启所有供电和测量，现场单片机7将测量模块采样取得的数据传给单片机3；单片机3如有需要更改的命令传给现场单片机7，同时单片机3获得车速与车载电瓶检测模块6采集的电瓶电压、停机时间、停机时压力数据，所有数据传输完成后执行步骤（10）；

(10)根据测得的气瓶压力高低及车辆电瓶电压高低计算下次再次测量的时间间隔，压力越高越，气瓶稳压阀组11再次开启时间越间隔越短，压力越低间隔时间越长，设置范围在120-7200秒；在供电时段内采样时间间隔，是根据是气瓶稳压阀组11是否开启，或者是否有按键操作进行修改设置决定；无按键操作并不开启气瓶稳压阀组11时，采样时间间隔为1秒，其它情况为最长300秒；

(11)计算气瓶质量核心指标，日蒸发率：

Vx = V2－V1

V= Vx×k

A=(V÷620) ÷气瓶额定容积*24÷H×100%

其中，V2为停车经过间隔时间后气瓶内气体体积；

V1停车时气瓶内气体体积；

Vx为气体蒸发量；

K为环境温度修正系数；

V为修正后蒸发体积量；

A为日蒸发率；

H为停机间隔时间，小时；

其中K= 1+（248K－T0－T1）/T2；

其中， 248K为瓶设计时计算蒸发率的环境标态温度；

T0为气瓶内实测环境温度，K；

T1为气瓶内气体从停车时到间隔时间后的平均温度，K；

T2为气瓶间隔时间后的标准瓶内温度，K。

计算后存储记录到记录模块4中后执行步骤（12）；

(12)判断有是否有键盘设置需要显示处理，有则执行步骤（7），无则执行步骤（13）；

(13)测控完毕关闭节能控制模块2，单片机3进行进入休眠状态，等待定时设置、键盘操作或发动机启动中断发生。

Claims (3)

1.车载液化气气瓶质量安全监控装置，包括供电电源（1)，其特征在于：还包括节能控制模块（2)、单片机（3)、记录模块（4)、显示与键盘模块（5)、车速与车载电瓶检测模块（6)和现场单片机（7)；

单片机（3)分别与现场单片机（7)、节能控制模块（2)、记录模块（4)、显示与键盘模块（5)、车速与车载电瓶检测模块（6)相连；

现场单片机（7)分别与测量模块和气瓶稳压阀组（11)连接，所述的测量模块包括，液位测量模块（8)、压力测量模块（9)、气温测量模块（10)；

现场单片机（7)控制测量模块和气瓶稳压阀组（11)，并将测量模块采样数据发送给单片机（3)；

节能控制模块（2)控制供电电源（1)，在车辆行驶状态时为记录模块（4)、显示与键盘模块（5)、车速与车载电瓶检测模块（6)、现场单片机（7)、测量模块、气瓶稳压阀组（11)供电；节能控制模块（2)同时控制供电测量和数据记录，并将数据传输给单片机（3)；在定时关闭时间内停止所有供电，单片机（3)由节能控制模块（2）内部的电池DCH供电，单片机（3)进入休眠模式；

记录模块（4)用于记录所有数据；

显示与键盘模块（5)，包括显示器和键盘，显示器用于显示数据，键盘至少一个按键是与单片机（3)使用同一电源，用于将单片机（3)从休眠模式中唤醒；

车速与车载电瓶检测模块（6)检测车辆是处于不耗气停止状态还是处于耗气行驶状态，并将车速、电瓶检测信息传输给单片机（3)；

单片机（3)控制现场单片机（7)；根据测量模块、车速与车载电瓶检测模块（6)输送的数据进行计算，获得气瓶的质量安全状态。

2.根据权利要求1所述的车载液化气气瓶质量安全监控装置，其特征在于：所述的节能控制模块（2)包括内部光耦M，内部光耦M的2脚（12）接单片机（3)的一个PI脚，供电时单片机（3)的这个PI脚置低电平，光耦开关被接通、相连的三极管G饱和导通，车载的供电电源（1)分为两路，一路给现场单片机（7)供电，另一路通过DC/DC变换降压，降压后的电源分为两路，一路通过二极管D3、二极管D4再次降压为显示与键盘模块（5)、记录模块（4)、车速与车载电瓶检测模块（6)、测量模块、气瓶稳压阀组（11)供电，另一路通过连接的二极管D2及电阻R2给电池DCH充电，电池DCH连接二极管D1降压后为单片机（3)供电；在定时节能模式，关闭供电电源（1)时，单片机（3)控制内部光耦M的2脚（12）为高电平或阻断状态，光耦开关及三极管G关断，电池DCH给单片机（3)供电。

3.根据权利要求1所述的车载液化气气瓶质量安全监控装置的监控方法，包括以下步骤：

（1）初始上电启动：单片机（3)控制节能控制模块（2)给记录模块（4)、显示与键盘模块（5)、车速与车载电瓶检测模块（6)、现场单片机（7)、测量模块、气瓶稳压阀组（11)供电，单片机（3)开始记录车辆的行驶时间；

（2）判断发动机是否发动，或车辆是否在行驶状态中，车辆行驶状态中执行步骤（3），如车辆未行驶则进入步骤（8）；

(3) 单片机（3)控制节能控制模块（2)连续供电和测量，现场单片机（7)将测量模块采样取得的数据传给单片机（3)；单片机（3)如有需要更改的命令传给现场单片机（7)，同时单片机（3)获得车速与车载电瓶检测模块（6)采集的电瓶电压、行驶里程及气耗数据，所有数据传输完成后执行步骤（4）；

(4) 单片机（3)根据采集的数据和记录的行驶里程、历史气耗和历史液位数据，进行以下判断：本次采样液位与车辆连续行驶前10-60分钟的数据相比，是增大还是变小了，如果增大或不变均表示液位测量模块（8)出现故障，出现故障了执行步骤（5），没有故障执行步骤（6）；

(5)将液位测量模块（8)设置报警标志、发出报警提示；并根据历史记录的平均气耗数据、根据本次加气时初始液位和本次已经行驶的里程数，计算出剩余的液化天然气液体余量，将该余量值与测量的液位值进行同时显示，供司机参考，而后执行步骤（7）；

(6)根据已经行驶的里程和已经消耗的气量计算本次气耗后暂存，每5-60分钟存储一次平均值后执行步骤（7）；

(7)根据设置或键盘设置将计算和采样后的参数进行显示，然后执行步骤（1）；

(8)在车辆停驶状态下，单片机（3)根据定时状态决定是否开启供电和测量，定时开机时间到了，则执行步骤（9），否则到执行步骤（2）；

(9)命令节能控制模块（2)开启所有供电和测量，现场单片机（7)将测量模块采样取得的数据传给单片机（3)；单片机（3)如有需要更改的命令传给现场单片机（7)，同时单片机（3)获得车速与车载电瓶检测模块（6)采集的电瓶电压、停机时间、停机时压力数据，所有数据传输完成后执行步骤（10）；

(10)根据测得的气瓶压力高低及车辆电瓶电压高低计算下次再次测量的时间间隔，压力越高，气瓶稳压阀组（11)再次开启时间间隔越短，压力越低间隔时间越长，设置范围在120-7200秒；在供电时段内采样时间间隔，是根据气瓶稳压阀组（11)是否开启，或者是否有按键操作进行修改设置决定；无按键操作并不开启气瓶稳压阀组（11)时，采样时间间隔为1秒左右，其它情况为最长300秒；

(11)计算气瓶质量核心指标，日蒸发率：

Vx = V2－V1

V= Vx×k

A=(V÷620) ÷气瓶额定容积*24÷H×100%

其中，V2为停车经过间隔时间后气瓶内气体体积；

V1停车时气瓶内气体体积；

Vx为气体蒸发量；

K为环境温度修正系数；

V为修正后蒸发体积量；

A为日蒸发率；

H为停机间隔时间，小时；

其中，K= 1+（248－T0－T1）/T2；

248K为瓶设计时计算蒸发率的环境标态温度；

T0为气瓶内实测环境温度，K；

T1为气瓶内气体从停车时到间隔时间后的平均温度，K；

T2为气瓶间隔时间后的标准瓶内温度，K；

计算后存储记录到记录模块（4)中后执行步骤（12）；

(12)判断是否有键盘设置需要显示处理，有则执行步骤（7），无则执行步骤（13）；

(13)测控完毕关闭节能控制模块（2)，单片机（3)进入休眠状态，等待定时设置、键盘操作或发动机启动中断发生。