CN107917935A - 控制车辆的充氢的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制车辆的充氢的系统，该系统包括：氢气传感器，所述氢气传感器被配置成检测氢气罐中的泄漏；和控制器，所述控制器被配置成当利用所述氢气传感器检测的氢浓度值等于或大于基准值时，停止氢气流入所述氢气罐；其中，所述氢气传感器为旁热式结构，包括陶瓷管，在陶瓷管外表面设有敏感材料层，在敏感材料层的两边设有一对金电极，在陶瓷管的内部设有加热元件；其中，所述敏感材料层为SnO2/MnO2复合空心球和Ni纳米粉体的混合物。

Description

控制车辆的充氢的系统
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种控制车辆的充氢的系统。
背景技术
环境友好的车辆包括混合动力汽车、利用氢燃料电池的汽车、靠电池和电动机运转的电动汽车等等。具体地，在各种环境友好的车辆之中，由于和电动汽车不同，所需资源不受限制，不会发生环境污染，并且充氢时间不是什么问题，利用氢燃料电池的车辆的发展正在获得更多的关注。
然而，众所周知，氢是一种易燃易爆的气体，其难以以压缩状态保持氢燃料电池的燃料。于是，必须使用压力容器，同时，必须配备检测从压力容器泄漏的氢气的装置，以保证使用安全。
然而，相关领域中，该气体检测装置并不能很好的对氢气进行选择检测。
发明内容
本发明旨在提供一种控制车辆的充氢的系统，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种控制车辆的充氢的系统，所述系统可利用氢气传感器检测氢气泄漏，当氢气的检测浓度等于或大于某个值时，可向充氢器发送氢气输送停止信号，以停止向车辆供氢。
一种控制车辆的充氢的系统，该系统包括：氢气传感器，所述氢气传感器被配置成检测氢气罐中的泄漏；和控制器，所述控制器被配置成当利用所述氢气传感器检测的氢浓度值等于或大于基准值时，停止氢气流入所述氢气罐；其中，所述氢气传感器为旁热式结构，包括陶瓷管，在陶瓷管外表面设有敏感材料层，在敏感材料层的两边设有一对金电极，在陶瓷管的内部设有加热元件；其中，所述敏感材料层为SnO2/MnO2复合空心球和Ni纳米粉体的混合物。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明的控制车辆的充氢的系统可自动检测氢气泄漏，并通过向充氢器发送信号，停止充氢，而不需要驾驶员的操作，同时，该氢气传感器对氢气选择性强，能够避免其它气体对检测结果的干扰，实用性强。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明控制车辆的充氢的系统的结构图示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是表示按照本发明实施例的控制车辆的充氢的系统的结构图。参照图1，所述系统包括氢气传感器200和控制器100，氢气传感器200被配置成检测氢气罐300中的泄漏，控制器100被配置成当利用氢气传感器200检测的氢浓度值等于或大于基准值时，停止氢气流入氢气罐300中。具体地，氢气传感器200可被布置在连接氢气入口600和氢气罐300的加压管500上，或者被布置在氢气罐300周围，可被配置成通过检测空气中的氢气，检测在连接到氢气罐300的电磁阀，接头或者各种阀门中发生的氢气泄漏。
当检测的氢浓度值等于或大于基准值时，控制器100可被配置成操作充氢器，以停止氢气流入氢气罐300。具体地，当检测的氢浓度值等于或大于基准值时，控制器100可被配置成借助红外辐射(IR)通信或者另外的无线通信手段，向充氢器发送控制信号。当收到控制信号时，充氢器可被配置成停止向氢气罐300的氢气输送。于是，当控制器100确定氢气泄漏时，可以操纵充氢器的操作，以防止氢气被供给车辆，从而防止氢气在充氢期间额外地泄漏，确保车辆和乘客安全。
除了控制充氢器的上述结构之外，在连接氢气入口600和氢气罐300的加压管500上，可安装截止阀400。
具体的，所述的氢气传感器200为旁热式结构，包括陶瓷管，在陶瓷管外表面设有敏感材料层，在敏感材料层的两边设有一对金电极，在陶瓷管的内部设有加热元件；其中，所述敏感材料层为SnO2/MnO2复合空心球和Ni纳米粉体的混合物。
在所述敏感材料层与陶瓷管之间还设有一层锡膜，该锡膜采用冷喷涂的方法制备在所述陶瓷管上，该锡膜厚度为500μm。
SnO2纳米材料广泛应用于锂离子电池、气体传感器、染料敏化太阳能电池以及催化等领域，目前，已经制备了各种形貌的SnO2纳米结构，如零维纳米粒子，一维纳米棒、纳米带、纳米线，二维纳米片及三维分等级结构等。作为一种传统的气敏材料，SnO2纳米材料在不同的气体中都能表现出气敏特性，其电阻在不同的气氛条件下，会形成不同的变化趋势。
虽然各种SnO2纳米材料具有大的比表面积、更多活性中心和气体吸附位置，但是SnO2气敏材料对气体的选择性较差，此外，其作为敏感材料的利用率并不是很高，比如气体分子很难扩散并进入SnO2纳米材料的深层区域，并不能很好提高敏感体的利用效率，这也是限制其应用的实际问题。
基于此，而本发明所公开的系统中，该氢气传感器中敏感材料基于SnO2/MnO2复合空心球结构，该空心球结构是以碳质多糖微球为模板、水热法制备的，其能够保证敏感材料与目标气体充分接触并使得气体能够扩散进敏感材料的更深区域，从而提高了敏感材料的利用效率。
优选地，所述SnO2/MnO2复合空心球是采用水热法、以碳质多糖微球为模板制备的，该SnO2/MnO2复合空心球的粒径为100nm，SnO2与MnO2的质量比为5:2。
本领域技术人员能够理解，基于SnO2纳米材料的敏感材料，其在不同的气体中都可表现出气敏特性，其电阻值在不同的气体气氛中会形成不同的变化趋势，因此，SnO2基气体传感器往往对目标气体的选择性较差。
针对这一问题，本发明所述敏感材料中，采用了SnO2/MnO2复合空心球，其能够使得还原性气体H2更容易在敏感材料表面发生反应，而抑制其它种类气体与敏感材料的反应，从而实现选择性；本发明所公开的技术方案揭露，在敏感材料工作温度为180℃的情况下，当SnO2与MnO2的质量比例不同时，其对H2的选择性表现不同，通过不同比例的测试，发现，当该质量比例为5:2时，其对H2具有很高的灵敏度，而同时，对其它被测气体灵敏度较低，具有意料不到的技术效果；当偏离这一比例时，该敏感材料对H2和其它被测气体所表现出的灵敏度差别不大，具有意料不到的技术效果。
在上述敏感材料层中，该Ni纳米粉体与所述SnO2/MnO2复合空心球的质量比为1:12，该Ni纳米粉体的粒径为300nm。
所述敏感材料中，还包括Ni纳米粉体，该Ni纳米粉体的作用是起到催化作用，从而对传感器的选择性起到意料不到的有益效果；所述Ni纳米粉体的粒径优选为300nm，当粒径偏离这一数值时，其起到的作用有限。
实施例
本发明所述系统中，该气体传感器的制备过程为：
步骤1、制备SnO2/MnO2复合空心球
首先，在40ml去例子水中加入6g葡萄糖，形成澄清溶液，然后将其放入水热釜中，将该水热釜在190℃下保持10h，将所得的前驱液用乙醇和去例子水反复清洗5次，之后在80℃烘干13h，得到碳质多糖微球；其次，在10ml的二甲基甲酰胺中加入0.2mmol MnCl2·4H2O，形成0.02mol/L的溶液A；将0.4mmol SnCl4·5H2O溶于10ml的二甲基甲酰胺中形成0.04mol/L的溶液B；将0.3g的碳质多糖微球超声溶于50ml的二甲基甲酰胺中形成溶液C；然后将溶液A、B缓慢滴加到溶液C中，同时不断磁力搅拌；然后超声30min后，将混合溶液在室温下放置1天，然后用乙醇和去离子水交替离心清洗，将固体混合物在70℃烘干10h；
步骤2、制备敏感材料
将Ni纳米粉体与上述离心干燥后的固体混合物混合、研磨均匀，
步骤3、高温煅烧
将上述敏感材料高温煅烧；所述高温煅烧过程为：分别在260℃下煅烧5h、530℃下煅烧5h；
步骤4、制备气体传感器：
在陶瓷管的两个相互平行的金电极之间表面冷喷涂锡膜，然后将上述高温煅烧后的产物与去例子水混合均匀并形成浆糊状，将其涂覆在锡膜表面，厚度为500μm，在红外灯下干燥30min后，将该陶瓷管置于马弗炉中400℃烧结2h，然后将Pt加热丝插入到陶瓷管中，用以提供传感器的工作温度，焊接导线后即得到所述气体传感器。
对照例1
相比实施例，不同之处在于，SnO2与MnO2的质量比为5:4。
对照例2
相比实施例，不同之处在于，SnO2与MnO2的质量比为7:2。
对照例3
相比实施例，不同之处在于，Ni纳米粉体与所述SnO2/MnO2复合空心球的质量比为5:12。
优选地，本发明所述气体传感器的气敏测试是采用静态测试系统在测试箱中，测试过程中，环境温度为25℃；将一定量的待测气体注入到测试箱中，待测气体与腔中的空气混合均匀后将本发明所述气体传感器放入测试箱中。
本发明中灵敏度(S)定义为：S＝Ra/Rg，其中，Ra和Rg分别为气体传感器在空气中和待测气体中的电阻值；响应时间规定为气体传感器从进入待测气体开始到响应度变化达到总变化值的90％时所需的时间，恢复时间规定为气体传感器从脱离待测气体开始到响应度变化达到总变化值的90％时所需的时间。
针对所述气体传感器的选择性，首先测试了实施例中所述传感器分别在100ppm的H2、NH3、NO2、CO2中的灵敏度，如下表1：
表1实施例中所述传感器分别在100ppm的H2、NH3、NO2、CO2中的灵敏度
实施例 H2 NH3 NO2 CO2
150℃ 22 17 13 11
180℃ 38 5 3 1
210℃ 27 26 19 13
从表中可以看到，当传感器的工作温度为180℃时，其在H2中的灵敏度最高，并且其在其它气体(NH3、NO2、CO2)中灵敏度与在H2中灵敏度相差较大；当传感器工作温度为150℃或210℃时，其在其它气体(NH3、NO2、CO2)中灵敏度与在H2中灵敏度相当，表明其对H2并不具备选择性，因此，本发明所述气体传感器工作温度为180℃。
其次，设定工作温度为180℃，分别测试了对照例中所述传感器分别在100ppm的H2、NH3、NO2、CO2中的灵敏度，如下表2：
表2工作温度为180℃时，对照例中所述传感器分别在100ppm的H2、NH3、NO2、CO2中的灵敏度
H2 NH3 NO2 CO2
对照例1 17 10 9 7
对照例2 1 — — —
对照例3 21 5 3 3
可以看到，对照例1、2、3的灵敏度相比实施例均大幅降低，具体来说，
对照例1的敏感材料中，该SnO2与MnO2的质量比为5:4，相比实施例，MnO2的含量升高，可以看到，在该种情况下，传感器对被测气体的灵敏度均有下降，同时，对氢气的选择性大大降低；
对照例2的敏感材料中，该SnO2与MnO2的质量比为7:2，相比实施例，SnO2的含量升高，可以看到，在该种情况下，传感器对被测气体的灵敏度均有下降，同时，对氢气的选择性大大降低；
对照例3的敏感材料中，该Ni纳米粉体与所述SnO2/MnO2复合空心球的质量比为5:12，Ni纳米粉体的含量升高，可以看到，在该种情况下，传感器对被测气体的灵敏度均有下降，同时，对氢气的选择性大大降低；
通过上述对照试验，可以看到，在本发明所公开的技术方案中，该敏感材料中的SnO2、MnO2、Ni纳米粉体的含量不同，会对传感器的选择性产生很大的影响，从而，上述所披露的含量具有意料不到的技术效果。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种控制车辆的充氢的系统，其特征在于，该系统包括：
氢气传感器，所述氢气传感器被配置成检测氢气罐中的泄漏；和
控制器，所述控制器被配置成当利用所述氢气传感器检测的氢浓度值等于或大于基准值时，停止氢气流入所述氢气罐；
其中，所述氢气传感器为旁热式结构，包括陶瓷管，在陶瓷管外表面设有敏感材料层，在敏感材料层的两边设有一对金电极，在陶瓷管的内部设有加热元件；其中，所述敏感材料层为SnO2/MnO2复合空心球和Ni纳米粉体的混合物。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述氢气传感器的制备过程为：
步骤1、制备SnO2/MnO2复合空心球
首先，在40ml去例子水中加入6g葡萄糖，形成澄清溶液，然后将其放入水热釜中，将该水热釜在190℃下保持10h，将所得的前驱液用乙醇和去例子水反复清洗5次，之后在80℃烘干13h，得到碳质多糖微球；其次，在10ml的二甲基甲酰胺中加入0.2mmol MnCl2·4H2O，形成0.02mol/L的溶液A；将0.4mmol SnCl4·5H2O溶于10ml的二甲基甲酰胺中形成0.04mol/L的溶液B；将0.3g的碳质多糖微球超声溶于50ml的二甲基甲酰胺中形成溶液C；然后将溶液A、B缓慢滴加到溶液C中，同时不断磁力搅拌；然后超声30min后，将混合溶液在室温下放置1天，然后用乙醇和去离子水交替离心清洗，将固体混合物在70℃烘干10h；
步骤2、制备敏感材料
将Ni纳米粉体与上述离心干燥后的固体混合物混合、研磨均匀，
步骤3、高温煅烧
将上述敏感材料高温煅烧；所述高温煅烧过程为：分别在260℃下煅烧5h、530℃下煅烧5h；
步骤4、制备氢气传感器：
在陶瓷管的两个相互平行的金电极之间表面冷喷涂锡膜，然后将上述高温煅烧后的产物与去例子水混合均匀并形成浆糊状，将其涂覆在锡膜表面，厚度为500μm，在红外灯下干燥30min后，将该陶瓷管置于马弗炉中400℃烧结2h，然后将Pt加热丝插入到陶瓷管中，用以提供传感器的工作温度，焊接导线后即得到所述氢气传感器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢气传感器被布置在连接氢气入口和所述氢气罐的加压管上。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述敏感材料层与陶瓷管之间还设有一层锡膜，该锡膜采用冷喷涂的方法制备在所述陶瓷管上，该锡膜厚度为500μm。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述SnO2/MnO2复合空心球是采用水热法、以碳质多糖微球为模板制备的，该SnO2/MnO2复合空心球的粒径为100nm，SnO2与MnO2的质量比为5:2。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，该Ni纳米粉体与所述SnO2/MnO2复合空心球的质量比为1:12，该Ni纳米粉体的粒径为300nm。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述敏感材料工作温度为180℃。
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