CN109148914A - 一种燃料电池汽车氢气管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池汽车氢气管理系统，包括氢气控制单元(HCU)、车载氢气检测与控制模块和氢气安全模块，所述氢气控制单元(HCU)用于对车载氢气系统进行管理、整车氢气安全检测及报警、接收燃料电池控制单元(FCU)的控制指令及向FCU发送氢气系统检测信号，所述车载氢气检测与控制模块包括氢气瓶安全检测、瓶口阀控制和调压系统检测，将氢气瓶内的氢气经减压阀减压后送至燃料电池电堆，所述氢气安全模块用于整车氢气泄漏检测。本发明的有益效果：本发明所提出的燃料电池汽车氢气管理系统与燃料电池系统及整车控制、仪表系统的接口清晰，实现了车载氢气相关信号的统一采集与处理，系统安全可靠，适合推广应用。

Description

一种燃料电池汽车氢气管理系统
技术领域
本发明属于氢能燃料电池汽车领域，涉及一种氢气管理技术，具体是一种燃料电池汽车氢气管理系统。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高，燃料电池是最有发展前途的发电技术。氢气作为燃料电池汽车的动力源，由于其本身的易燃易爆性、分子小难密封以及氢脆等问题，使得燃料电池汽车氢气系统存在一定的安全隐患，燃料电池汽车氢气系统使用不够可靠，而燃料电池汽车氢气系统的安全性是人们首先关心的问题，现有的燃料电池汽车氢气管理系统与燃料电池系统、整车控制和仪表系统之间的接口不够清晰，没有实现车载氢气相关信号的统一采集与处理。为解决上述缺陷，现提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池汽车氢气管理系统。
本发明所要解决的技术问题为：
(1)如何使燃料电池汽车氢气系统在使用时更加安全、可靠；
(2)如何实现燃料电池汽车氢气管理系统与燃料电池系统及整车控制、仪表系统的接口清晰；
(3)如何实现燃料电池汽车车载氢气相关信号的统一采集与处理。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现；
一种燃料电池汽车氢气管理系统，包括氢气控制单元(HCU)、车载氢气检测与控制模块和氢气安全模块，所述氢气控制单元与氢气控制单元、车载氢气检测与控制模块和氢气安全模块均通信连接，所述车载氢气检测与控制模块包括氢气瓶安全检测、瓶口阀控制和调压系统检测，且所述车载氢气检测与控制模块，所述氢气控制单元通信连接有燃料电池控制单元(FCU)，且所述燃料电池控制单元通信连接有整车控制器、电池管理单元和组合仪表。所述氢气控制单元(HCU)用于对车载氢气系统进行管理、整车氢气安全检测及报警、接收燃料电池控制单元(FCU)的控制指令及向FCU发送氢气系统检测信号，所述车载氢气检测与控制模块包括氢气瓶安全检测、瓶口阀控制和调压系统检测，且所述车载氢气检测与控制模块用于控制瓶口阀开关，将氢气瓶内的氢气经减压阀减压后送至燃料电池电堆，所述氢气安全模块用于整车氢气泄漏检测，所述燃料电池控制单元(FCU)负责与整车控制器、组合仪表及电池管理单元(BMU)之间的通讯。
进一步的，所述氢气控制单元(HCU)采用车用32位控制器，24V供电，具备10路以上12位精度温度AD采样口、6路以上12位精度电压AD采样口、5路以上PWM输入口、10路以上低边驱动口和1路以上12V传感器供电口，且氢气控制单元(HCU)还具备通信CAN接口及接地口，12位精度温度AD采样口用于采集氢气瓶温度信号，6路以上12位精度电压AD采样口用于采集氢气瓶压力信号，多余的采样口可用来采集电压输出的氢气浓度信号，5路以上PWM输入口，负责采集PWM输出的氢气浓度信号，10路以上低边驱动口负责控制瓶口阀开关，1路以上12V传感器供电口负责为氢气浓度传感器供电。
进一步的，所述瓶口阀集成温度传感器、TPRD和开关电磁阀，并具有高压压力传感器安装接口，所述高压压力传感器数量为1～3个，所述减压阀后设置有中压压力传感器。
进一步的，所述温度传感器测得氢气瓶温度大于85℃或小于-40℃时，关闭瓶口阀，同时向燃料电池控制单元(FCU)反馈故障码，所述高压压力传感器和中压压力传感器的准确度等级不低于1.0级，所述高压压力传感器测得氢气瓶内压力超过43.5MPa时，关闭瓶口阀，并停车检查。
进一步的，所述氢气安全模块包括1～5个氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器测量氢气最大浓度应≥2.5％(空气中氢气的体积浓度)，输出PWM或电压信号，当任一所述氢气浓度传感器测得的氢气浓度为0.5％～1％时，通过坐在驾驶座位的驾驶员能够看到的警报灯或文字显示对驾驶员发出警报，当氢气浓度大于1％时，立即关闭瓶口阀，并停车检查。
本发明的有益效果：本发明所提出的燃料电池汽车氢气管理系统与燃料电池系统及整车控制、仪表系统的接口清晰，实现了车载氢气相关信号的统一采集与处理，系统安全可靠，适合推广应用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的系统功能框图。
图2是氢气瓶压力监控数据图。
图3是氢气瓶温度监控数据图。
图4是减压阀后压力监控数据图。
图5是空气中氢气的浓度监控数据图。
图6是瓶口阀连锁逻辑示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种燃料电池汽车氢气管理系统，包括氢气控制单元(HCU)、车载氢气检测与控制模块和氢气安全模块，所述氢气控制单元与氢气控制单元、车载氢气检测与控制模块和氢气安全模块均通信连接，所述车载氢气检测与控制模块包括氢气瓶安全检测、瓶口阀控制和调压系统检测，且所述车载氢气检测与控制模块，所述氢气控制单元通信连接有燃料电池控制单元(FCU)，且所述燃料电池控制单元通信连接有整车控制器、电池管理单元和组合仪表。所述氢气控制单元(HCU)用于对车载氢气系统进行管理、整车氢气安全检测及报警、接收燃料电池控制单元(FCU)的控制指令及向FCU发送氢气系统检测信号，所述车载氢气检测与控制模块包括氢气瓶安全检测、瓶口阀控制和调压系统检测，且所述车载氢气检测与控制模块用于控制瓶口阀开关，将氢气瓶内的氢气经减压阀减压后送至燃料电池电堆，所述氢气安全模块用于整车氢气泄漏检测，所述燃料电池控制单元(FCU)负责与整车控制器、组合仪表及电池管理单元(BMU)之间的通讯。
所述氢气控制单元(HCU)采用车用32位控制器，24V供电，具备10路以上12位精度温度AD采样口、6路以上12位精度电压AD采样口、5路以上PWM输入口、10路以上低边驱动口和1路以上12V传感器供电口，且氢气控制单元(HCU)还具备通信CAN接口及接地口，12位精度温度AD采样口用于采集氢气瓶温度信号，6路以上12位精度电压AD采样口用于采集氢气瓶压力信号，多余的采样口可用来采集电压输出的氢气浓度信号，5路以上PWM输入口，负责采集PWM输出的氢气浓度信号，10路以上低边驱动口负责控制瓶口阀开关，1路以上12V传感器供电口负责为氢气浓度传感器供电。
所述瓶口阀集成温度传感器、TPRD和开关电磁阀，并具有高压压力传感器安装接口，所述高压压力传感器数量为1～3个，所述减压阀后设置有中压压力传感器。
所述温度传感器测得氢气瓶温度大于85℃或小于-40℃时，关闭瓶口阀，同时向燃料电池控制单元(FCU)反馈故障码，所述高压压力传感器和中压压力传感器的准确度等级不低于1.0级，所述高压压力传感器测得氢气瓶内压力超过43.5MPa时，关闭瓶口阀，并停车检查。
所述氢气安全模块包括1～5个氢气浓度传感器，布置在安装氢气系统的封闭或半封闭空间上方及其他合适位置，所述氢气浓度传感器测量氢气最大浓度应≥2.5％(空气中氢气的体积浓度)，输出PWM或电压信号，当任一所述氢气浓度传感器测得的氢气浓度为0.5％～1％时，通过坐在驾驶座位的驾驶员能够看到的警报灯或文字显示对驾驶员发出警报，当氢气浓度大于1％时，立即关闭瓶口阀，并停车检查。
如图2～图5所示，为氢气瓶压力、氢气瓶温度、减压阀后压力和空气中氢气的体积浓度监控数据图。氢气瓶工作压力范围为2MPa～35MPa、工作温度范围为-40℃～85℃，减压阀后压力的波动范围应为设定压力的10％以内，空气中氢气的体积浓度不得超过1％。
图6为瓶口阀连锁逻辑示意图，当任一高压压力传感器检测到氢气瓶压力≥43.5MPa，或任一高压压力传感器检测到氢气瓶压力≤1MPa，或任一温度传感器检测到氢气瓶温度≥85℃并持续5秒，或任一温度传感器检测到氢气瓶温度≤-40℃并持续5秒，或中压压力传感器测得减压阀后压力不在设定压力的10％以内，或任一氢气浓度传感器检测到空气中氢气的体积浓度≥1％并持续5秒，或FCU向HCU发送关断瓶口阀命令时，则以0.1秒～0.5秒的间隔依次关闭瓶口阀。
本发明的有益效果：本发明所提出的燃料电池汽车氢气管理系统与燃料电池系统及整车控制、仪表系统的接口清晰，实现了车载氢气相关信号的统一采集与处理，系统安全可靠，适合推广应用。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种燃料电池汽车氢气管理系统，其特征在于，包括氢气控制单元、车载氢气检测与控制模块和氢气安全模块；
所述氢气控制单元与氢气控制单元、车载氢气检测与控制模块和氢气安全模块均通信连接；
所述车载氢气检测与控制模块包括氢气瓶安全检测、瓶口阀控制和调压系统检测，且所述车载氢气检测与控制模块；
所述氢气控制单元通信连接有燃料电池控制单元，且所述燃料电池控制单元通信连接有整车控制器、电池管理单元和组合仪表。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车氢气管理系统，其特征在于，所述氢气控制单元采用车用32位控制器，24V供电，具备10路以上12位精度温度AD采样口、6路以上12位精度电压AD采样口、5路以上PWM输入口、10路以上低边驱动口和1路以上12V传感器供电口，且氢气控制单元还具备通信CAN接口及接地口。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车氢气管理系统，其特征在于，所述瓶口阀集成温度传感器、TPRD和开关电磁阀，并具有高压压力传感器安装接口，所述高压压力传感器数量为1～3个，所述减压阀后设置有中压压力传感器。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池汽车氢气管理系统，其特征在于，所述温度传感器测得氢气瓶温度大于85℃或小于-40℃时，关闭瓶口阀，同时向燃料电池控制单元反馈故障码，所述高压压力传感器和中压压力传感器的准确度等级不低于1.0级，所述高压压力传感器测得氢气瓶内压力超过43.5MPa时，关闭瓶口阀，并停车检查。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车氢气管理系统，其特征在于，所述氢气安全模块包括1～5个氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器测量氢气最大浓度应≥2.5％，输出PWM或电压信号，当任一所述氢气浓度传感器测得的氢气浓度为0.5％～1％时，通过坐在驾驶座位的驾驶员能够看到的警报灯或文字显示对驾驶员发出警报，当氢气浓度大于1％时，立即关闭瓶口阀，并停车检查。
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