CN105257983B - 车辆着火时指示氢罐状态的设备和方法 - Google Patents

车辆着火时指示氢罐状态的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在车辆着火时指示氢罐安全性的设备和方法。该设备包括设置在氢储存罐的阀内的热压释放装置(TPRD)。另外，控制器被配置成使用传感器检测从氢储存罐排放的氢的流量，从而确定所检测的排放的氢的流量是否在预定参考流量范围内。控制器还被配置成，在所检测的排放的氢的流量被包括在预定参考流量范围内时传输警告信号。

Description

车辆着火时指示氢罐状态的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种在车辆着火时指示氢罐状态的设备和方法，更具体地，涉及这样一种指示氢罐状态的设备和方法，其在燃料电池车辆内着火时告知驾驶员，从而有助于灭火以及生命救援活动。
背景技术
氢燃料电池车辆是使用氢作为燃料利用氢和氧反应所产生的电荷来驱动电动机的车辆。氢储存系统被设置在氢燃料电池车辆内，并且已使用700巴(bar)的高压氢储存系统，该系统在目前具有最高的商业性能。氢储存系统将氧和氢供应至电池堆以产生电力，并且供应至电池堆的氢的压力是约0.3巴。
通常，约0.3巴的氢利用两步解压过程供应至电池堆。也就是，高压氢储存罐的约700巴压力的氢使用高压调节器被减压至约10巴的压力，然后通过设置在电池堆前端的低压调节器将氢再减压至0.3巴，最后，将减压氢供应至电池堆。然而，储存在氢储存罐内的具有约700巴高压的氢会非常危险。
具体地，主要问题在于，在燃料电池车辆着火时氢会造成火灾或爆炸。例如，在燃料电池车辆内部和外部着火时因温度增加导致罐内压力增加、并且压力增加到规定的内部压力(regulated internal pressure)或更大压力时，罐会爆炸。因此，在燃料电池车辆着火、并且灭火人员试图抑制(例如，扑灭)火情，或者第三者试图救援车辆内的驾驶员乘客时，无法获得关于氢罐的准确信息，因此增大了二次事故的可能性。
在本背景技术部分所公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能包含并不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于解决上述与现有技术关联的问题，并且通过视觉地和/或听觉地告知氢储存罐内的氢是否耗尽(例如，消散)而实现安全灭火和生命救援活动。
本发明提供一种在车辆着火时指示氢罐状态的设备，该设备可包括：氢储存罐；热压释放装置(TPRD)，其被设置在氢储存罐的阀内；传感器，其被配置成用于检测从氢储存罐中排放的氢的流量；以及控制器，其被配置成用于确定传感器所检测的排放的氢的流量是否在预定参考流量范围内，并且在传感器所检测的排放的氢的流量在预定参考流量范围内时传输警告信号。参考流量范围可被设定成约30克/秒(g/sec)至约70g/sec的范围。
控制器还可被配置成，在所检测的排放的氢的流量在预定参考流量范围内时，传输警告信号并且操作报警装置。另外，报警装置可以是选自喇叭、防盗报警装置、紧急警告灯以及车前灯中的一个或多个的装置。当传感器所检测的排放的氢的流量超过预定参考流量范围时，控制器可被配置成用于传输禁止进入信号(access prohibition signal)。另外，传感器可以是安装在氢储存罐的出口处的流量传感器或压力传感器。
本发明还提供一种在车辆着火时指示氢罐状态的方法。该方法可包括：通过控制器在燃料电池车辆着火时使用传感器检测从氢储存罐排放的氢的流量；通过控制器比较所检测的排放的氢的流量与预定的参考流量范围；以及在所检测的排放的氢的流量在预定参考流量范围内时通过控制器传输警告信号。参考流量范围可以是约30克/秒(g/sec)至约70g/sec的范围。
该方法还可包括通过控制器操作报警装置。报警装置可包括选自喇叭、防盗报警装置、紧急警告灯以及车前灯中的一个或多个的装置。此外，该方法可包括通过控制器，作为比较排放的氢的流量与参考流量范围的结果，当所检测的排放的氢的流量超过(例如，大于)参考流量范围时，传输禁止进入信号。另外，传感器可包括被配置成用于检测氢储存罐内的压力的压力传感器，并且氢的流量的检测可包括：通过控制器使用由压力传感器所检测的罐内压力值来检测排放的氢的流量。
根据本发明的示例性实施例，用于指示氢罐状态的设备和方法基于氢储存罐阀一侧的流量，可更简单地确定TPRD是否膨胀，基于TPRD膨胀的确定来确定罐内是否存在压力，并且在着火时告知车辆外的用户和灭火人员(例如，消防员)罐内是否存在压力，这可确保灭火和生命救援活动期间的安全性。因此，根据本发明的用于警告氢罐的安全性的设备和方法可以防止因车辆着火导致的二次事故的发生。
附图说明
现在将参考附图所示的本发明的某些示例性实施例详细描述本发明的以上和其他特征，其中附图仅以例示的方式给出，因此并非限制本发明，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例示出当车辆着火时用于警告氢罐的安全性的设备的示意性配置的示例性图解；以及
图2是根据本发明的示例性实施例示出当车辆着火时用于警告氢罐的安全性的方法的示意性操作的示例性流程图。
应该理解，附图不一定按比例绘制，其展示例示本发明基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如在此所公开的本发明的具体设计特征，包括，例如具体尺寸、方向、位置和形状，将由特定的预期应用和使用环境部分确定。在附图中，附图标记贯穿所有附图指代本发明的相同或等同零件。
具体实施方式
应该理解，如在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语总体上包括机动车辆，诸如包括运动型多功能汽车(SUV)、公共汽车、货车、各种商用车辆的乘用车，包括各种船只和舰船的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如源自石油之外的资源的燃料)。如在此所提到的，混合动力车辆为具有两种或两种以上动力源的车辆，例如由汽油和电力两者提供动力的车辆。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元执行示例性程序，但应该理解的是，可还通过一个或多个模块执行示例性程序。另外，应该理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成用于储存模块，并且处理器被具体地配置成用于执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或多个程序。
此外，本发明的控制逻辑可实施为在计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，其中计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储器设备。计算机可读存储介质也可分布在联网的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式储存并且执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。
在此使用的术语仅是为描述特定实施例的目的，并非旨在限制本发明。如在此使用的单数形式“一种/个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚说明。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”，指所述特征、整数、步骤、操作、要素，和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件，和/或其组合的存在或添加。如在此使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列术语的任何或全部组合。
除非特别说明或明显来自文本，否则如本文所用的术语“约”应被理解为在本领域的正常公差范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。“约”可理解成在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另从上下文中清楚得知，否则本文所提供的所有数字值由术语“约”修饰。
在下文中，将详细参考本发明的各种示例性实施例，本发明的示例在附图中示出并且在以下描述。尽管本发明将结合示例性实施例进行描述，但应该理解，本说明书并非旨在将本发明限定到那些示例性实施例。相反，本发明不仅旨在覆盖示例性实施例，而且旨在覆盖可包括在如权利要求所限定的精神和范围内的各种替换、修改、等同物和其他实施例。
本发明提供在车辆着火时用于指示氢罐的状态的设备和方法，以及通过监控安装在氢储存罐的电磁阀内的热压释放装置(TPRD)是否膨胀并且确定罐内是否存在压力而将氢罐的状态告知外部的方法。
目前，规制燃料电池车辆的车辆法规，诸如EC79/2009、全球性技术法规(GTR)以及韩国汽车管理法认为，燃料电池车辆内着火时为相当危险的情况，并且明确规定，当着火时应当经TPRD连续不中断地排放罐内的压力。因此，TPRD被安装在附接至罐的电磁阀内，并且当TPRD检测到预定温度或较大时，TPRD被配置成将罐的压力机械地排放至罐的外部。
具体地，当排放罐的压力时，可以输出基于车辆的最外侧约4厘米至约6厘米的火焰，并且即便罐内的氢因TPRD膨胀而被排放，外部用户或灭火人员也无法确定罐内侧的氢是否被排放。因此，本发明提供用于识别罐内的氢是否被异常排放(例如，不充分地排放)并警告和告知外部用户或灭火人员在氢排放前罐内是否存在氢或在氢排放后罐内的氢是否耗尽的技术。
以下将参考附图详细地描述根据本发明示例性实施例的在车辆着火时用于警告氢罐的安全性的设备和方法。
图1是示出根据本发明示例性实施例的当车辆着火时用于指示氢罐状态的设备的示意性配置的示例性图示。该设备可包括安装在氢储存罐内并且在特定条件下操作的TPRD。TPRD可被安装在氢储存罐的电磁阀内并且可被配置成在着火时氢储存罐暴露至火焰时用于排放内部气体。例如，TPRD可包括熔断金属，并且可被配置成通过在随着罐被暴露至火焰而金属熔化时打开阀来排放氢储存罐内的氢气。
参考图1，该设备还可包括氢储存罐，在该氢储存罐内可安装电磁阀，并且TPRD可被安装在该电磁阀内。此外，该设备可包括传感器和控制器，该传感器被配置成用于检测从氢储存罐所排放的氢的流量，该控制器被配置成基于传感器单元的检测而传输警告信号。控制器还可被配置成用于操作TPRD和传感器。
传感器可被配置成用于检测从氢储存罐中排放的氢的流量并且允许用户直接/间接确认排放的氢的流量。例如，传感器可包括被安装在氢储存罐的出口管路一侧的流量传感器，从而允许用户直接确认从罐中排放的氢的流量。当压力传感器被安装在氢储存罐的出口一侧时，传感器可包括压力传感器，并且可被配置成根据压力传感器所检测的压力的变化而检测流量。另外，传感器可被配置成使用上述配置连续地监控氢储存罐所排放的氢的流量，并且控制器还可被配置成用于接收所监控的排放的氢的流量值，并且基于所接收的值和预定参考流量范围间的比较的结果来操作报警装置。
具体地，要与所检测的排放的氢的流量相比的参考流量可被预先设定在控制器内。另外，控制器可被配置成通过比较参考流量和所检测的值来确定TPRD是否膨胀。因此，控制器可被配置成基于所检测的由氢储存罐排出的氢的流量的结果来确定TPRD是否膨胀，并且在TPRD膨胀时传输用于操作报警装置的警告信号。
更具体地，当TPRD膨胀时，罐内的氢气可经电磁阀排放，并且，与在车辆运行时被供应至电池堆的氢的流量相比，所排放的氢气可具有相当大的值。例如，当具有约600km(例如，罐的容量是约5.64kg)行车里程的燃料电池车辆在约150km运行直到燃料耗尽时，可以约0.4克/秒(g/sec)的流量供应氢。相反，当TPRD膨胀时，排放的氢的流量可以是几十克/秒，因此，通过观察排放的氢的流量可以确定TPRD是否膨胀。也就是说，当氢储存罐因着火而被火焰局部或总体吞没时，罐内的温度和压力会连续地增加。
当TPRD因温度增加而膨胀并且阀被打开时，罐内的压力可因氢气的排放而实质上减少。当氢排放造成约40升(L)的罐具有约10巴或更少的压力时，会经过约20秒时间。此外，当氢排放造成约104升(L)的罐具有约10巴或更少的压力时，会经过约60秒时间。考虑到排放时间，参考流量范围可被设定为约30g/sec至约70g/sec。
然而，根据各种设计规格，例如阀结构和氢罐内压力，参考流量范围可变，因此参考流量范围并不限制于上述参考流量范围，并且可以基于环境进行适当地改变和应用。因此，在本示例性实施例中，具有适当值的参考流量范围可被预先设定，并且通过比较传感器所检测的流量值和参考流量范围，可以确定TPRD是否膨胀。也就是说，当传感器所检测的排放的氢的流量在预定参考流量范围内时，可以确定TPRD膨胀，控制器可被配置成用于传输警告信号。具体地，控制器可被配置成通过传输警告信号而操作报警装置(例如，喇叭、防盗报警装置、紧急警告灯以及前灯)。
报警装置可被配置成独立地或同步地操作，并且向外部输出听觉和/或视觉报警信号。控制器可被配置成用于传输警告信号，从而在控制器确定TPRD膨胀时提供TPRD膨胀的通知。另外，当TPRD未膨胀时，控制器可被配置成用于传输禁止进入信号，该信号告知用户和乘客TPRD未膨胀。
当TPRD未膨胀时，可存在爆炸的风险，并且火焰基于TPRD的膨胀可被传播至外部，从而造成受伤的风险，所以禁止进入信号可防止二次事故(例如，后续事故)。可由告知TPRD膨胀的警告信号视觉地或听觉地输出禁止进入信号。
图2是示出根据本发明示例性实施例的当车辆着火时用于警告氢罐的安全性的方法的示意性操作的示例性流程图。如图2所示，当车辆着火时指示氢罐的状态的方法可被配置成在燃料电池车辆的TPRD着火时用于确定TPRD是否膨胀，并且传输告知TPRD的膨胀的警告信号。
具体地，根据本发明的示例性实施例，在车辆着火时用于警告氢罐的安全性的方法可包括：通过控制器在燃料电池车辆着火时检测从氢储存罐中排放的氢的流量，通过控制器比较所检测的排放的氢的流量与预定的参考流量范围，以及通过控制器在传感器所检测的排放的氢的流量在预定参考流量范围内时传输警告信号。
在操作期间传输的警告信号可被配置成用于操作报警装置。因此，该方法可还包括通过控制器操作报警装置。如上所述，报警装置可以是选自喇叭、防盗报警装置、紧急警告灯以及车前灯中的一个或多个的装置。参考流量范围可以是确定TPRD膨胀时的范围。具体地，参考流量范围可以是约30g/sec至约70g/sec的范围。
该方法还可包括通过控制器传输禁止进入信号，从而在TPRD未膨胀时禁止进入车辆。也就是说，作为排放的氢的流量与参考流量范围之间比较的结果，当排放的氢的流量超过参考流量范围时，控制器可被配置成用于传输禁止进入信号。禁止进入信号可向用户提供这样的通知，即通过使用警告信号来操作报警装置而使得用户能够通过视觉或听觉识别禁止进入信号，其中警告信号类似于上述用于操作报警装置的警告信号。
本发明已参考示例性实施例进行了详细描述。然而，本领域技术人员应该认识到，在不背离本发明的原理和精神的情况下可对这些示例性实施例作出改变，本发明的范围由权利要求及其等效形式限定。

Claims (15)

1.一种在车辆着火时警告氢罐的安全性的设备，其包括：
氢储存罐；
热压释放装置，其被设置在所述氢储存罐的阀内；以及
控制器，其被配置成：
使用传感器检测从所述氢储存罐排放的氢的流量；
确定所检测的排放的氢的流量是否在预定参考流量范围内来确定所述热压释放装置是否膨胀；并且
当所述热压释放装置膨胀时，传输警告信号，
其中所述控制器还被配置成当所检测的排放的氢的流量在所述预定参考流量范围内时，确定所述热压释放装置膨胀，而当所检测的排放的氢的流量超过所述预定参考流量范围时，确定所述热压释放装置没有膨胀，并传输禁止进入信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述预定参考流量范围是30克/秒至70克/秒的范围。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器还被配置成：
传输警告信号；并且
操作报警装置。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述报警装置是选自喇叭、防盗报警装置、紧急警告灯以及车前灯中的一个或多个的装置。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述传感器是安装在所述氢储存罐的出口侧的流量传感器或压力传感器。
6.一种在车辆着火时警告氢罐的安全性的方法，其包括以下步骤：
通过控制器在燃料电池车辆着火时使用传感器检测从氢储存罐排放的氢的流量；
通过所述控制器比较所检测的排放的氢的流量与预定参考流量范围来确定热压释放装置是否膨胀；以及
当所述热压释放装置膨胀时，通过所述控制器传输警告信号，
其中比较的步骤包括：当所检测的排放的氢的流量在所述预定参考流量范围内时，确定所述热压释放装置膨胀，而当所检测的排放的氢的流量超过所述预定参考流量范围时，确定所述热压释放装置没有膨胀，并通过所述控制器传输禁止进入信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述预定参考流量范围是30克/秒至70克/秒的范围。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：在所检测的排放的氢的流量在所述预定参考流量范围内时，通过所述控制器操作报警装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述报警装置包括选自喇叭、防盗报警装置、紧急警告灯以及车前灯中的一个或多个的装置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述传感器包括被配置成用于检测所述氢储存罐内的压力的压力传感器，并且氢的流量的检测包括：通过所述控制器使用由所述压力传感器所检测的罐内压力值来检测所述排放的氢的流量。
11.一种包含由控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：
在燃料电池车辆内着火时使用传感器检测从氢储存罐排放的氢的流量的程序指令；
比较所检测的排放的氢的流量与预定参考流量范围来确定热压释放装置是否膨胀的程序指令；以及
当所述热压释放装置膨胀时，传输警告信号的程序指令，
其中，其中所述比较包括：当所检测的排放的氢的流量在所述预定参考流量范围内时，确定所述热压释放装置膨胀，而当所检测的排放的氢的流量超过所述预定参考流量范围时，确定所述热压释放装置没有膨胀，
所述计算机可读介质还包括：
在所检测的排放的氢的流量超过所述预定参考流量范围时传输禁止进入信号的程序指令。
12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述预定参考流量范围是30克/秒至70克/秒的范围。
13.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，还包括在所检测的排放的氢的流量在所述预定参考流量范围内时操作报警装置的程序指令。
14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述报警装置是选自喇叭、防盗报警装置、紧急警告灯以及车前灯中的一个或多个的装置。
15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述传感器包括被配置成用于检测所述氢储存罐内的压力的压力传感器，并且检测氢的流量的程序指令包括：使用由所述压力传感器所检测的所罐内压力值来检测所述排放的氢的流量的程序指令。
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