CN110014881A - 用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的系统和方法。该系统包括红外发射单元，该红外发射单元发射用于感测在充氢时打开的燃料门的燃料门感测红外信号以及用于感测连接到车辆的充氢入口的充氢站侧充氢喷嘴的喷嘴感测红外信号。红外接收单元接收然后在燃料门上反射的燃料门感测红外信号，并且接收从红外发射单元发射然后在充氢喷嘴上反射的喷嘴感测红外信号。控制器在感测到燃料门的打开状态和充氢喷嘴的充氢入口连接状态时确定车辆正在充氢。

Description

用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的系统和方法，并且更具体地涉及用于感测充氢状态的系统和方法，所述系统和方法更精确地感测氢是否被充入燃料电池电动车辆。
背景技术
通常，燃料电池电动车辆是使用燃料电池堆作为车辆的主要动力源的车辆，并且通过利用在燃料电池堆中产生的电能驱动电动机来驱动。燃料电池堆使氢(其是由包括氢罐的氢气供应装置供应的燃料气体)与空气中的氧(其是由包括鼓风机或压缩机的空气供应装置供应的氧化剂气体)发生电化学反应以产生电能。
在燃料电池电动车辆中，氢以安全和紧凑的方式作为燃料储存。已经开发了各种储氢技术，以满足车辆里程和安全性的增加。在各种储氢技术中，通常在重量轻、高强度并且能够承受高压的氢罐中充氢，确保乘车空间并确保足够的行驶距离，氢罐被广泛使用，其可以在350巴或700巴规格的高压下进行充氢。
如上所述，由于燃料电池电动车辆使用氢作为燃料，所以需要安装用于储存氢的储氢系统，并且目前经常安装的是在当前商业化水平上最高的700巴的高压储氢系统。燃料电池电动车辆在充氢站周期性地充氢，在这种情况下，氢在高压状态下被加压，以被充入车辆的氢罐中。特别是在700巴的高压储氢系统中，充氢时氢压力上升直至875巴，允许温度高至85℃。
为了确保充氢时的安全性，需要调整充氢速度，相应地，充氢站与车辆在关闭充氢的情况下彼此通信，并且诸如储氢系统中的压力或温度的数据(其是在车辆中测量的)经由其间的通信而被提供至充氢站。特别地，尽管可以在充氢站和车辆之间执行有线或无线通信，但是近来已经使用了由作为无线通信协议的SAE J2799建立的红外线通信。
在进行充氢时，车辆的起动受到限制以保护驾驶员、乘客和充氢站的工作人员，因此需要用于感测车辆中的充氢情况的技术。更具体地说，作为目前商用燃料电池电动车辆的储氢技术，高压储氢是独特的，并且通过使用充氢站和车辆的储氢系统之间的压差来进行高压充氢。
为了在高压下进行充氢，提供了在充氢站和车辆之间传输高压氢气的路径。在充氢过程中，作为车辆的充氢入口的插座与充氢站的喷嘴彼此接合，并且当实现精确接合时，高压氢气从充氢站的分配器通过高压软管、喷嘴和插座流向车辆的储氢系统。特别地，在由于驾驶员的误操作或驾驶员的疏忽而使车辆发生闯动(rushing)的情况下，喷嘴破损或高压软管与车辆之间的连接器分离，从而导致可能的高压氢气泄漏。
因此，在燃料电池电动车辆中，需要通过确定当前是否在车辆中充氢然后在充氢时限制车辆起动来防止这种危险，并且因此，需要能够准确感测燃料电池电动车辆中是否充氢的技术。
本部分公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明背景的理解，因此其中可能包含不构成本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种用于感测充氢状态的系统和方法，其更准确地感测氢是否被充入燃料电池电动车辆。
在一个方面，本发明提供了一种用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的系统，该系统可以包括：红外发射单元，被配置为发射用于感测在充氢时打开的燃料门的燃料门感测红外信号以及用于感测连接到车辆的充氢入口的充氢站侧充氢喷嘴的喷嘴感测红外信号；红外接收单元，被配置为接收从所述红外发射单元发射然后在燃料门上反射的所述燃料门感测红外信号，并且接收从所述红外发射单元发射然后在充氢喷嘴上反射的所述喷嘴感测红外信号；和控制器，被配置为响应于通过所述红外接收单元感测到所述燃料门的打开状态和所述充氢喷嘴的充氢入口连接状态，确定所述车辆正在充氢。
另一方面，本发明提供了一种用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的方法，该方法可以包括：通过红外发射单元发射燃料门感测红外信号以在充氢时感测燃料门是否打开；由红外发射单元发射喷嘴感测红外信号以感测连接到车辆的充氢入口的充氢站侧充氢喷嘴；通过红外接收单元接收红外信号；以及响应于基于由红外接收单元接收的红外信号感测到燃料门的打开状态和充氢喷嘴的充氢入口连接状态，由控制器确定车辆正在充氢。
结果，根据本发明的用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的系统和方法可以更准确地感测实际上在燃料电池电动车辆中充氢，并且防止由于车辆在高压充氢时发生闯动而导致的安全问题。根据本发明，由于使用了使用光的非接触式感测方案，可以满足防爆标准，并且容易解决高压充氢中的防爆相关问题。
换句话说，通过发射红外线并根据接收的红外线检测是否在充氢，可以实现非接触式燃料门开启和喷嘴感测功能。因此，可以防止使用相关技术中的接触式感测系统时出现的火花生成，并且防止所产生的氢气点火和爆炸风险。然而，在现有技术中，仅通过接触式可以感测到燃料门的打开状态，但是在本发明中，除了燃料门之外，由于实际上连接到车辆充氢入口(插座)以用于充氢的充氢喷嘴(充氢站侧喷嘴)也被感测，可以防止应用非接触型感测方案时的检测错误。
由于燃料门和喷嘴都被感测，所以当充氢站的喷嘴实际上连接到车辆以用于充氢时(而不是仅在燃料门打开的状态)，可以防止车辆的起动和闯动，与仅感测燃料门的打开的简单配置相比，可以防止车辆的故障和不必要的起动限制。换句话说，只有在充氢站的喷嘴连接到车辆的同时实际充氢时，车辆的起动才可能受到限制，并且可以防止车辆的闯动。
附图说明
现在将参照附图中所示的某些示例性实施例来详细描述本发明的上述和其它特征，这些附图仅在下文中仅以示例的方式给出，并且因此不限制本发明，其中：
图1是示出根据本发明示例性实施例的用于感测充氢状态的系统的配置的框图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的用于感测充氢状态的系统和方法中的红外发射和接收状态的图；
图3是示出根据本发明示例性实施例的用于感测充氢状态的方法的流程图；和
图4是示出根据本发明示例性实施例的用于感测充氢状态的系统中的红外发射单元和红外接收单元的安装状态的图。
附图中给出的附图标记包括对如下进一步讨论的以下元件的引用：
1：燃料门
2：充氢入口
10：控制器
20a：红外发射单元
20b：红外接收单元
21：第一发射器
22：第二发射器
23：第一接收器
24：第二接收器
30：充氢站接收器
应当理解的是，附图不一定按比例绘制，其呈现了说明本发明的基本原理的各种示例性特征的稍微简化的表示。这里公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体的尺寸，取向，位置和形状将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。在附图中，附图标记在附图的几个附图中指的是本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
可以理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)的客车，公共车辆，卡车，各种商用车辆，包括包括混合动力车辆，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，来源于石油以外的资源的燃料)的各种船只和船舶，飞机等。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动车辆。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或多个模块执行。此外，可以理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个处理。
此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器，控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。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，智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分布式的方式被存储和执行。
这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征，整数，步骤，操作，元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征，整数，步骤，操作，元件，组件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
除非特别说明或从上下文中明显看出，如本文所用，术语“约”应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”可以理解为在所述值的10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，0.5％，0.1％，0.05％或0.01％内的值。除非上下文另外明确，否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。
在下文中，现在将详细参考本发明的各种示例性实施例，其示例在附图中示出并在下面进行描述。虽然本发明将结合示例性实施例进行描述，但是应该理解的是，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换，修改，等同和其它实施例。
本发明致力于提供用于感测充氢状态的系统和方法，其更精确地感测氢气是否被充入燃料电池电动车辆。在本发明中，响应于感测到车辆的充氢被执行，车辆的起动可以被限制为不接通，并且因此可以防止在充氢期间的无意车辆闯动，并且防止在充氢时由于喷嘴分离或损坏而造成人身事故。
如已知的那样，在燃料电池电动车辆的充氢期间在车辆和充氢站之间执行的已知红外(IR)通信旨在针对发射和接收车辆的充氢控制所需的数据的数据通信。在燃料电池电动车辆与充氢站之间执行的已知的红外(IR)通信是将数据从车辆传输到充氢站的单向通信。为了执行车辆的充氢控制，例如，可以执行已知的红外线(IR)通信，以优化在高压充氢时发生的车辆的储氢系统(氢罐)中的温度升高，以控制车辆中的充氢。
通过红外(IR)通信在充氢期间由车辆中的传感器测量的储氢系统中的压力和温度数据被提供给充氢站，结果，可以执行充氢控制(例如控制充氢速度等)以根据规则在车辆和充氢站中实现安全充氢。
如上所述，经由燃料电池电动车辆与充氢站之间的红外(IR)通信来执行数据发射和接收，这是在充氢站的充氢标准SAE J2601中定义的。在许多充氢站中，根据SAE J2601的规则，目前正在进行与车辆的红外通信。SAE J2601是在约3分钟内在700巴下充氢的规则，同时在燃料电池电动车辆的充氢期间防止储氢系统(氢罐)的温度超过约85℃，并且是保证在充氢之前充氢站的高压软管和充氢喷嘴与车辆和储氢系统准确连接的规则。
目前，车辆与充氢站之间的红外(IR)通信采用单向通信方案，其中车辆发射数据并且充氢站接收数据。相应地，普通燃料电池电动车辆配备有用于数据发射的红外发射器(图1中的“第一发射器”)，并且用于充氢的充氢站配备有用于数据接收的红外接收器(图1中的“充氢站接收器”)。
考虑到上述情况，根据本发明的用于感测充氢状态的系统和方法可以被配置为使用先前在车辆中提供的用于数据通信的红外发射器来感测是否充氢。在本发明中，除了安装用于数据通信的红外发射器之外，红外接收器(其可以包括稍后描述的第一接收器和第二接收器)被配置为接收从燃料门反射的红外信号并且可以在车辆中另外提供充氢喷嘴。
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于感测充氢状态的系统的配置的框图，图2是示出根据本发明示例性实施例的用于感测充氢状态的系统和方法中的红外发射和接收状态的图。图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于感测充氢状态的方法的流程图，以及图4是示出根据本发明示例性实施例的用于感测充氢状态的系统中的红外发射单元和红外接收单元的安装状态的图。
首先，根据本发明的用于感测充氢状态的系统可以包括：红外发射单元20a和红外接收单元20b，红外发射单元20a配置为选择性地发射燃料门感测红外信号以感测在充氢时安装在车辆中的燃料门1是否打开，以及选择性地发射喷嘴感测红外信号以感测连接到车辆的充氢入口的充氢站侧充氢喷嘴(未示出)，红外接收单元20b安装在车辆中并且配置为接收从红外发射单元20a发射然后在连接到燃料门1和充氢入口的充氢喷嘴(以下简称“喷嘴”)上反射的红外信号。
特别地，由红外发射单元20a发射的燃料门感测红外信号可以被发射以感测和确定燃料门的状态，并且可以仅在燃料门1被关闭以覆盖充氢入口2时被反射。当燃料门1打开时，燃料门感测红外信号不可能到达燃料门1(反射是不可能的)，或者即使燃料门感测红外信号到达燃料门1并在燃料门1上反射，反射信号也不可能到达红外接收单元20b。
当喷嘴没有连接到充氢入口2时，由红外发射单元20a发射的喷嘴感测红外信号不可能到达喷嘴，结果，喷嘴感测红外信号不可能在喷嘴上反射，喷嘴感测红外信号不可能被红外接收单元20b接收。根据本发明的充氢状态感测系统还可以包括控制器10，该控制器10被配置为执行红外发射单元20a的驱动和输出，并基于由红外接收单元20b接收的红外信号来确定车辆当前是否正在充氢。
在本发明中，被提供以输出两种类型的区分红外信号(即，燃料门感测红外信号和喷嘴感测红外信号)的红外发射单元20a可以包括具有不同输出的多个红外发射器21和22，或者可以是配置为在不同时间输出两种类型的不同红外信号的一个集成红外发射器。当红外发射单元20a包括多个红外发射器时，红外发射单元20a可以进一步包括配置为输出燃料门感测红外信号的红外发射器21和配置为输出喷嘴感测红外信号的红外发射器22。
在下文中，在本发明中被配置为输出燃料门感测红外信号的红外发射器21将被称为第一发射器，并且被配置为输出喷嘴感测红外信号的红外发射器22将被称为第二发射器。即使当如上所述提供第一发射器21和第二发射器22时，两个发射器也可以由控制器10操作以输出具有时间差的红外线，并且当提供一个集成红外发射器时，集成红外发射器的输出可以调节，其中控制器10可以被配置为交替地输出具有时间差的两种类型的信号。
可以以软件或硬件的方式操作集成的红外发射器以输出如上所述分类的两种类型的红外信号。由于调节红外发射器的输出使得一个红外发射器选择性地并具有时间差地交替输出两种类型的红外信号的软件和电路配置是已知的技术，所以将省略详细描述。
作为本发明的示例性实施例，图1图示了示例性实施例的配置，其中红外发射单元20a包括配置成输出燃料门感测红外信号的第一发射器21和配置成输出喷嘴感测红外信号的第二发射器22。红外接收单元20b可以包括多个红外接收器23和24，其被配置为分离地接收以一定时间差的反射和接收的两种类型的信号，或者可以是接收具有时间差的两种类型的区别红外信号的一个集成红外接收器。
红外接收单元20b可以是被配置为感测指示正在充氢的信号的传感器的类型，并且可以包括两个红外接收器23和24或者可以是一个集成的红外接收器。当红外接收单元20b包括两个红外接收器23和24时，两个接收器中的一个可以被配置为接收在燃料门1上反射后返回的燃料门感测红外信号，另一个接收器可以配置为感测从结合到车辆的充氢入口(插座)的充氢站侧喷嘴反射和返回的喷嘴感测红外信号。
在本发明中，喷嘴可以设置在高压软管的端部，用于将氢供应到车辆以在充氢站中进行充氢，并且可以结合到车辆的充氢入口并且可以被配置在结合到车辆的充氢入口的同时将通过高压软管供应的氢气注入车辆的充氢入口。
在下文中，在本发明中，配置为接收在燃料门1上反射的燃料门感测红外信号的红外接收器23将被称为第一接收器，被配置为接收在连接到车辆的充氢入口的喷嘴上反射的喷嘴感测红外信号的红外接收器24将被称为第二接收器。作为本发明的示例性实施例，图1图示了示例性实施例的配置，其中红外接收单元20b包括接收燃料门感测红外信号的第一接收器23和接收喷嘴感测红外信号的第二接收器24。
另外，虽然图中没有示出，但是在燃料电池电动车辆中，由于第一发射器21和第二发射器22以及第一接收器23和第二接收器24需要能够针对车辆的燃料门1和结合至车辆的充氢入口的充氢站侧喷嘴发射红外线并接收从其反射的红外线，第一发射器21和第二发射器22以及第一接收器23和第二接收器24都可以安装在车辆的充氢入口附近。
具体地，尽管在附图中没有示出，但是即使在充氢入口附近，第一发射器21也可以处于朝向关闭的燃料门1发射红外线的位置，并且第一接收器23可以设置在接收在关闭的燃料门1上反射的红外线的位置。由于当燃料门1关闭时，通过覆盖充氢入口2而不允许充氢入口2暴露，所以红外发射单元20a和红外接收单元20b可以在燃料门1关闭时从关闭的燃料门向内定位于充氢入口2附近(例如，接近充氢入口2)。
同时，在本发明的示例性实施例中，第一发射器21可以是安装在车辆内用于燃料电池电动车辆和充氢站之间的数据通信的已知红外发射器。换句话说，第一发射器21可以是已知的红外发射器，其被配置为在车辆中将用于数据通信的红外信号朝向充氢站侧红外接收器31(在下文中，被称为“充氢站接收器”)发射，在这种情况下，由第一发射器21发射的红外信号变成用于感测燃料门1的状态的燃料门感测红外信号，用于与充氢站侧进行数据通信。
如上所述，第一发射器21可以是用于燃料电池电动车辆中的数据通信(即，红外通信)和燃料门感测两者的红外发射器。在本发明中，安装在燃料电池电动车辆中的用于数据通信的红外发射器也可以用作用于感测燃料门1的状态的燃料门感测红外发射器，即第一发射器21，以实现红外发射器的通信和集成以及部件数量的减少。
图1示出了其中第一发射器21用于数据通信(IR通信)和燃料门感测两者的示例性实施例的配置，如图所示，第一发射器21可以被配置为发射红外信号至充氢站接收器31以用于数据通信。在图1中，作为仅用于燃料电池电动车辆与充氢站之间的数据通信的接收器的充氢站接收器31可以被配置为接收由第一发射器21发射的红外信号并且可以设置在充氢站侧喷嘴的一侧。
在图1的示例性实施例中，第一发射器21可以是被配置为发射用于感测燃料门1的状态的燃料门感测红外信号的发射器，但是由于第一发射器21的输出信号也是用于数据通信的红外信号，第一发射器21可以是符合用于数据通信(例如，IR通信)的现有红外发射器的规格的发射器。例如，第一发射器21可以是用于如SAE J2799中规定的能够输出频率为38kHz的红外信号的燃料电池电动车辆的数据通信的红外发射器。
具体地，由于第一接收器23需要分离地接收从第一发射器21发射之后在关闭状态下的燃料门1上反射之后返回的红外信号，配置为接收38kHz频率的红外信号的接收器可以使用。由于用于燃料电池电动车辆中的数据通信(IR通信)的已知红外发射器(例如第一发射器21)被配置为输出具有较大光强度的红外线，并且特别地基于最小协议强度标准输出具有较大强度的红外线，可以感测位于比喷嘴更远的车辆的燃料门1。
因此，用于感测燃料门的第一发射器21可以是用于燃料电池电动车辆中的数据通信的红外发射器，并且在本发明中可以是单独的红外发射器，其降低光的强度，即，其中输出的红外线的强度减小的第二发射器22可以被安装并用于喷嘴感测。如上所述，第二发射器22可以被配置为发射具有比第一发射器21低的强度的红外信号，并且例如可以被配置为发射频率范围为大约100至200kHz的红外信号，以及特别地，红外信号可以具有大约50％的占空比。
第二接收器24可以被配置为分离地接收在从第二发射器22发射之后在喷嘴上被反射之后返回的红外信号，并且例如可以包括被配置为接收频率范围为大约100到200kHz，占空比约为50％的红外信号的接收器。第一发射器21可以是红外发射器，其通过接收比第二发射器22更高的电流来操作，以输出具有比来自第二发射器22的光更强的强度的光。例如，第一发射器21可以是配置成以大约100mA以内的驱动电流工作的发射器，并且第二发射器22可以是被配置成以大约20mA以内的驱动电流工作的发射器。
在本发明中，发射器和接收器的具体规格是说明性的，本发明不限于此。第一发射器21和第一接收器23可以被配置为发射和接收能够感测燃料门1的状态的燃料门感测红外信号，并且此外，只要第一发射器21和第一接收器23能够发射和接收用于数据通信的红外信号，第一发射器21和第一接收器23的频率、占空比或驱动电流就没有特别的限制。
此外，只要第二发射器22和第二接收器24能够发射和接收用于感测连接到车辆的充氢入口的喷嘴的喷嘴感测红外信号，第二发射器22和第二接收器24的频率、占空比或驱动电流就没有特别的限制。然而，与第二发射器22和第二接收器24相比，第一发射器21和第一接收器23可以具有更小的红外输出频率规格，可以具有更大的红外输出强度规格，或者可以具有用于操作的更大规格的驱动电流。
参考图4，红外发射单元20a和红外接收单元20b可以安装为靠近充氢入口2的周边(例如，可以接近或邻接)。如上所述，红外发射单元20a可以包括两个红外发射器(即，第一发射器和第二发射器)，但是可以仅具有一个集成红外发射器。类似地，红外接收单元20b可以具有两个红外接收器(即，第一接收器和第二接收器)，但是可以仅具有一个集成的红外接收器。
在本发明中，燃料门1可以布置成覆盖车辆中的充氢入口(插座)2。为了进行充氢，可以打开覆盖充氢入口2的燃料门1以暴露充氢入口，但是当充氢完成时，可以关闭燃料门1以隐藏充氢入口2。特别地，由于燃料电池电动车辆的燃料门1、充氢入口2和充氢站侧喷嘴的详细结构和构造以及充氢入口和喷嘴之间的连接或紧固结构是已知的技术特征，其详细描述将被省略。
同时，在本发明中，从第一发射器21输出的用于燃料门感测和数据通信的红外信号需要是可以与从第二发射器22输出的用于喷嘴感测的红外信号区分开的信号。控制器10可以被配置为区分控制器10通过第一接收器23和第二接收器24接收的红外信号是从第一发射器21还是从第二发射器22输出。
因此，用于感测燃料门的红外信号和用于感测喷嘴的红外信号在频率和占空比方面可以是完全不同的红外信号。另外，控制器10可以被配置为操作第一发射器21和第二发射器22以在不同的时间输出相应的红外信号。换句话说，控制器10可以被配置为调整第一发射器21和第二发射器22的操作定时或者调整第一接收器23和第二接收器24以及发射器21和22的操作定时，以防止在发射和接收两种类型的红外信号时具有时间差的发射和接收中的干扰。
在示例性实施例中，第一发射器21和第一接收器23是用于燃料门感测和数据通信两者的共同且组合的发射器和接收器，并且在正常数据通信期间，通信区间(红外发射和接收)和非通信区间(空闲时段)是预定的并且在时间上被区分。因此，控制器10可以被配置为驱动或操作第一发射器21和第一接收器23以在数据通信的通信区间中发射和接收用于燃料门感测和数据通信的红外门信号。此外，控制器10可以被配置为操作第二发射器22和第二接收器24，以在作为数据通信的空闲时段的非通信区间中发射和接收用于喷嘴感测的红外信号。
图2示出了本发明中的发射器和接收器操作的定时控制状态，并且是示出红外发射和接收状态的图。如图所示，第一发射器21可以被配置为在预定时间段(例如，大约100ms的时间段)发射用于燃料门感测和数据通信的红外信号，用于数据通信(即IR通信)和燃料门感测，特别地，第一发射器21可以被配置为发射红外信号持续100ms中的约30ms的时间。同时，第一接收器23可以被配置为接收从第一发射器21输出的红外信号，并且控制器10可以被配置为操作第一接收器23以基于第一发射器21输出红外线的时间区间(第一接收器是“On”)来接收信号。
100ms中除了的30ms以外的剩余时间是第一发射器21不输出用于数据通信和燃料门感测的红外信号的通信空闲时段，并且控制器10可以被配置为操作第二发射器22在中间在空闲时段输出用于喷嘴感测的红外信号，并操作第二接收器24以接收信号(第二接收器为“On”)。
如上所述，在通信区间中，当第一发射器21被操作以允许第一接收器23接收红外信号时，第一接收器23可以被开启并且第二接收器24可以被关闭，具体地，控制器10可以被配置为根据通过第一接收器23接收到的红外信号确定燃料门1的状态。在非通信时段的空闲时段中，当第二发射器22被操作以允许第二接收器24接收红外信号时，第二接收器24可以被开启并且第一接收器23可以被关闭，并且具体地，控制器10可以被配置为根据通过第二接收器24接收到的红外信号确定喷嘴被结合。
如上所述，可以防止用于燃料门感测的红外信号和用于喷嘴感测的红外信号重叠，并且当两个红外信号重叠时，可能发生红外通信连接和充氢感测故障。在本发明中，控制器10可以被配置为仅当燃料门1的打开状态、喷嘴的进入和充氢入口的连接状态被同时感测到时确定执行充氢，结果，错误感测充氢的可能性可以降至最低。
在示例性实施例中，用于燃料门感测的红外信号和用于喷嘴感测的红外信号可以由单独的发射器和单独的接收器发射和接收，但是可以使用一个集成的发射器或一个集成的接收器(例如，红外发射单元包括一个接收器，红外接收单元包括一个接收器)。具体地，用于燃料门感测的红外信号和用于喷嘴感测的红外信号可以以与发射器有时间差的方式被输出，并且通过接收器接收到的信号可以是用于区分燃料门的状态和控制器10中的喷嘴的状态的信号。
特别地，施加到发射器的驱动电流可以通过软件或硬件来操作，或者可以使用其他已知的输出控制方法针对每个时间区间来调整从发射器输出的红外输出电平和频率。如上操作的用于燃料门感测的红外信号和用于喷嘴感测的红外信号可以从发射器顺序地输出。例如，一个发射器(一个光源)可以被配置为以一定时间差选择性地发射大约38kHz频带中的红外信号和大约100kHz频带中的红外信号，并且这些组件的集成实现了组件数量的减少和成本的降低。
当一个集成接收器被配置为顺序地发射两种类型的受控信号时，可以将软件滤波器应用于一个集成接收器，使得通过接收器接收特定接收频带的红外信号，并且特别地，可以分离地接收两种类型的红外信号，结果，通过接收器的集成，可以实现组件数量的减少和成本的降低。
同时，参照图3，下面将描述根据本发明的感测充氢的过程。下面描述的过程可以由总体控制器执行。首先，可以预先设置第一发射器21(或集成发射器)输出的红外信号的频率和占空比，以用于燃料门感测和数据通信，并且可以预先设置由第二发射器22(替代性地，集成发射器)输出的红外信号的频率和占空比，以用于喷嘴感测。
可以设定用于确定燃料门的状态的第一频率范围和第一占空比范围，并且可以设定用于确定喷嘴的进入和连接状态的第二频率范围和第二占空比范围。具体地，第一频率范围可以被定义为包括从第一发射器21输出的用于燃料门感测的红外信号的频率的范围，并且可以被定义为例如：“用于燃料门感测的红外信号的频率+α1”和“用于燃料门感测的红外信号的频率+α2”之间的范围(α1和α2彼此相等或不同，例如，α1＝α2＝2KHz)。
类似地，第二频率范围可以被定义为包括由第二发射器22输出的用于喷嘴感测的红外信号的频率的范围，并且可以被定义为例如：“用于喷嘴感测的红外信号的频率+α3”和“用于喷嘴感测的红外信号的频率+α4”之间的范围(α3和α4彼此相等或不同，例如，α3＝α4＝2KHz)。
类似地，第一占空比范围可以被定义为包括从第一发射器21输出的用于燃料门感测的红外信号的占空比的范围，并且可以被定义为例如：“用于燃料门感测的红外信号的占空比+β1”和“用于燃料门感测的红外信号的占空比+β2”之间的范围(β1和β2彼此相等或不同，例如，β1＝β2＝5％)。
类似地，第二占空比范围可以被定义为包括从第二发射器22输出的用于喷嘴感测的红外信号的占空比的范围，并且可以被定义为例如：“用于喷嘴感测的红外信号的占空比+β3”和“用于喷嘴感测的红外信号的占空比+β4”之间的范围(β3和β4彼此相等或不同，例如，β3＝β4＝5％)。
具体地，第一发射器21(或集成发射器)可以由控制器10操作以发射具有预定频带和预定占空比的用于燃料门感测和数据通信的红外信号(S1)，并且第一接收器23(或集成的接收器)可以由控制器10操作以接收从第一发射器21发射的红外信号。特别地，当通过第一接收器23接收的红外信号的频率和占空比满足第一条件(第一频率范围和占空比分别在第一频率范围和第一占空比范围内)时，控制器10可以被配置为确定燃料门1关闭，或者当不满足第一条件时，控制器10可被配置为确定燃料门1打开(S2)。
第一条件不满足是指第一接收器23没有接收到红外信号。更具体地，第一接收器23可以被配置为接收在从第一发射器21发射之后在燃料门1上反射的用于燃料门感测的红外信号，并且用于燃料门感测的红外信号可以在处于燃料门关闭状态下的燃料门1上反射，其中燃料门1覆盖充氢入口2以防止充氢入口2暴露。
然而，当燃料门1打开时，由第一发射器21发射的用于燃料门感测的红外信号不可能在燃料门1上反射，并且特别地，第一接收器23因此不可能接收到红外信号(用于燃料门感测的红外信号)，并且因此不满足第一条件。当控制器10如上所述确定燃料门打开时，控制器10可以被配置为操作第二发射器22(或集成发射器)以发射具有预定频带和预定占空比的用于喷嘴感测的红外信号(S3)。
随后，第二接收器24(或者集成接收器)可以被配置为接收从第二发射器22发射的红外信号，并且具体地，控制器10可以被配置为当满足经由第二接收器24接收的红外信号的频率和占空比分别处于第二频率范围和第二占空比范围内的第二条件时，确定喷嘴连接到车辆的充氢入口(S4)。不满足第二条件是指第二接收器24没有接收到红外信号。更具体地，第二接收器24可以被配置为接收在从第二发射器22发射之后在喷嘴上反射的用于喷嘴感测的红外信号，并且当喷嘴连接到充氢入口2时，用于喷嘴感测的红外信号可以在喷嘴上反射。
然而，当喷嘴与充氢入口分离时(例如，与入口相距一定距离)，由第二发射器22发射的用于喷嘴感测的红外信号不可能在喷嘴上反射，特别地，第二接收器24因此不可能接收到红外信号(用于喷嘴感测的红外信号)，因此不满足第二条件。在如上所述感测到燃料门1的打开和喷嘴连接两者之后，控制器10可以被配置为确定车辆正在充氢以开始起动限制(S5)。当在进行起动限制的同时充氢完成并且未感测到喷嘴连接或燃料门开启，即当喷嘴断开连接或燃料门关闭时，起动限制可被取消，发射器的操作可以停止以停止红外信号的发射(S6，S7和S8)。
图3的流程图中所示的处理是示例性的，本发明不限于此，并且可以适当地改变一些处理的顺序。例如，响应于在图3的流程图中确定燃料门打开，用于喷嘴感测的红外信号可以由第二发射器22发射，但是用于喷嘴感测的红外信号可以由第二发射器22发射，此后，控制器10可以被配置为确定燃料门的打开状态。结果，根据本发明的用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的系统和方法可以更准确地感测到氢实际上充入燃料电池电动车辆，并且防止由于车辆在高压充氢时发生闯动而导致的安全问题。
根据本发明，由于使用了使用光的非接触式感测方案，因此可以满足防爆标准，并且容易解决高压充氢中的防爆相关问题。换句话说，通过发射红外线并根据接收的红外线检测是否在充氢，可以实现非接触式燃料门开启和喷嘴感测功能。因此，可以防止使用相关技术中的接触式感测系统时由于接触而出现的火花生成，并且可以防止所产生的氢气点火和爆炸风险。
然而，在现有技术中，仅通过接触式能够感测到燃料门的打开状态，但是在本发明中，除了燃料门之外，由于实际上连接到车辆充氢入口(插座)以用于充氢的充氢喷嘴(充氢站侧喷嘴)也被感测，可以防止应用非接触型感测方案时的检测错误。
由于燃料门和喷嘴都被感测，所以当充氢站的喷嘴实际上连接到车辆以用于充氢时(而不是仅在燃料门打开的时候)，可以防止车辆的起动和闯动，与仅感测燃料门的打开的简单配置相比，可以防止车辆的故障和不必要的起动限制。换句话说，只有在充氢站的喷嘴连接到车辆的同时实际充氢时，车辆的起动才可能受到限制，并且可以防止车辆的闯动。
已经参照其示例性实施例详细描述了本发明。然而，本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例进行改变，本发明的范围在所附权利要求及其等同物中限定。

Claims (20)

1.一种用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的系统，包括：
红外发射单元，被配置为发射用于感测在充氢时打开的燃料门的燃料门感测红外信号以及用于感测连接到车辆的充氢入口的充氢站侧充氢喷嘴的喷嘴感测红外信号；
红外接收单元，被配置为接收从所述红外发射单元发射然后在燃料门上反射的所述燃料门感测红外信号，并且接收从所述红外发射单元发射然后在充氢喷嘴上反射的所述喷嘴感测红外信号；和
控制器，被配置为当通过所述红外接收单元感测到所述燃料门的打开状态和所述充氢喷嘴的充氢入口连接状态时，确定所述车辆正在充氢。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃料门感测红外信号和所述喷嘴感测红外信号是具有不同频带的信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃料门感测红外信号和所述喷嘴感测红外信号是具有不同频带和占空比的信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述红外发射单元被配置为以时间差顺序地发射所述燃料门感测红外信号和所述喷嘴感测红外信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述红外发射单元包括：
第一发射器，被配置为发射燃料门感测红外信号，以及
第二发射器，被配置为发射喷嘴感测红外信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一发射器是通信红外发射器，其被配置为向充氢站侧红外接收器发射红外信号，并且被配置为在所述燃料电池电动车辆与充氢站之间执行数据通信。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述红外接收单元包括
第一接收器，被配置为接收从所述红外发射单元发射然后在燃料门上反射的所述燃料门感测红外信号；以及
第二接收器，被配置为接收从所述红外发射单元发射然后在充氢喷嘴上反射的所述喷嘴感测红外信号。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述红外发射单元包括通信红外发射器，所述通信红外发射器被配置为向充氢站侧红外接收器发射红外信号，并且被配置为在所述燃料电池电动车辆与充氢站之间执行数据通信。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为将通过所述红外接收单元接收到的红外信号的频率和占空比与所设置的第一频率范围和第一占空比范围进行比较，并且当满足相应的频率和占空比分别在第一频率范围和第一占空比范围内的第一条件时，所述控制器被配置为感测到燃料门关闭，并且当不满足所述第一条件时，所述控制器被配置为感测到燃料门打开。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为将通过所述红外接收单元接收到的红外信号的频率和占空比与所设置的第二频率范围和第二占空比范围进行比较，并且当满足相应的频率和占空比分别在第二频率范围和第二占空比范围内的第二条件时，所述控制器被配置为感测到充氢喷嘴连接到充氢入口。
11.一种用于感测燃料电池电动车辆的充氢状态的方法，包括：
由控制器接收来自红外发射单元的用于感测在充氢时打开的燃料门的燃料门感测红外信号；
由所述控制器接收来自所述红外发射单元的用于感测连接到车辆的充氢入口的充氢站侧充氢喷嘴的喷嘴感测红外信号；
由所述控制器从红外接收单元接收红外信号；和
响应于基于由所述红外接收单元接收到的红外信号感测到燃料门的打开状态和充氢喷嘴的充氢入口连接状态，由所述控制器确定车辆正在充氢。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述燃料门感测红外信号和所述喷嘴感测红外信号是具有不同频带的信号。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述燃料门感测红外信号和所述喷嘴感测红外信号是具有不同频带和占空比的信号。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述红外发射单元以时间差顺序地发射所述燃料门感测红外信号和所述喷嘴感测红外信号。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述红外发射单元包括：
第一发射器，被配置为发射燃料门感测红外信号，以及
第二发射器，被配置为发射喷嘴感测红外信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一发射器是通信红外发射器，其被配置为向充氢站侧红外接收器发射红外信号，并且被配置为在所述燃料电池电动车辆与充氢站之间执行数据通信。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述红外接收单元包括：
第一接收器，被配置为接收从所述红外发射单元发射然后在燃料门上反射的所述燃料门感测红外信号；以及
第二接收器，被配置为接收从所述红外发射单元发射然后在充氢喷嘴上反射的所述喷嘴感测红外信号。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述红外发射单元包括通信红外发射器，所述通信红外发射器被配置为向充氢站侧红外接收器发射红外信号，并且被配置为在所述燃料电池电动车辆与充氢站之间执行数据通信。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述控制器被配置为将通过所述红外接收单元接收到的红外信号的频率和占空比与所设置的第一频率范围和第一占空比范围进行比较，并且当满足相应的频率和占空比分别在第一频率范围和第一占空比范围内的第一条件时，所述控制器被配置为感测到燃料门关闭，并且当不满足所述第一条件时，所述控制器被配置为感测到燃料门打开。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述控制器被配置为将通过所述红外接收单元接收到的红外信号的频率和占空比与所设置的第二频率范围和第二占空比范围进行比较，并且当满足相应的频率和占空比分别在第二频率范围和第二占空比范围内的第二条件时，所述控制器被配置为感测到充氢喷嘴连接到充氢入口。
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