CN110397847A - 一种燃料电池商用车储氢控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池商用车储氢控制系统，包括：加氢管路，其一端与加氢口相连，另一端与储氢装置的一端相连，供氢管路，其一端与燃料电池入口相连，另一端与储氢装置的一端相连；排空管路，其一端与减压阀相连，另一端与储氢装置的另一端、排空口相连；控制器，分别与加氢管路中的压力采集装置、第一温度采集装置、第一管路开关装置相连；第一管路开关装置包括一电磁阀，以在控制器发送关闭信号时做断开加氢管路的动作；第二管路开关装置包括另一电磁阀，以在控制器发送关闭信号时做断开供氢管路的动作。应用本发明实施例，自动进行瓶阀驱动、氢气压力检测，通过控制器能够及时检测在工作时出现的氢气存在过压、过流、欠压问题。

Description

一种燃料电池商用车储氢控制系统及方法

技术领域

本发明涉及加氢站安全防护技术领域，尤其涉及一种燃料电池商用车储氢控制系统及方法。

背景技术

与锂电池电动车相比，氢燃料电池车车身自重更轻，能源补给时间大大缩短，从而几乎不受续航里程的限制，解决了锂电池续航里程焦虑和快速补充能源的问题，为真正实现零排放汽车的大规模应用奠定了基础。2017年4月25日，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合印发《汽车产业中长期发展规划》，氢燃料电池汽车作为新能源汽车产业发展的战略作用、发展思路、规划目标和政策导向被再次明确。规划从氢燃料电池的发展技术路线、核心技术攻关、全产业链产业化突破及燃料电池汽车商业化示范等方面指明了发展方向。

氢燃料电池汽车由于使用氢气，氢气具有易燃易爆及氢脆等特性，因此针对储氢控制系统的控制及安全防护要求尤为突出，控制的好坏将直接影响整车的安全。同时由于燃料电池的特性，在工作时如果供给的氢气存在过压、过流、欠压等问题都会直接到影响燃料电池的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池商用车储氢控制系统及方法，旨在自动进行瓶阀驱动、氢气压力检测，通过控制器能够及时检测在工作时出现的氢气存在过压、过流、欠压问题。

为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池商用车储氢控制系统，所述系统包括：

加氢管路，其一端与加氢口相连，另一端与储氢装置的一端相连，其中，所述加氢管路中设置有压力采集装置、第一温度采集装置、第一管路开关装置；

供氢管路，其一端与燃料电池入口相连，另一端与所述储氢装置的一端相连，所述供氢管路中设置有多个压力采集装置、第二温度采集装置、第二管路开关装置、减压阀，所述多个压力采集装置中的一个压力采集装置设置于所述减压阀的和燃料电池入口之间；

排空管路，其一端与所述减压阀相连，另一端与所述所述储氢装置的另一端、排空口相连；

控制器，分别与所述加氢管路中的压力采集装置、第一温度采集装置、第一管路开关装置相连；以及与所述供氢管路中的多个压力采集装置、第二温度采集装置、第二管路开关装置相连；

其中，所述第一管路开关装置包括一电磁阀，以在所述控制器发送关闭信号时做断开所述加氢管路的动作；所述第二管路开关装置包括另一电磁阀，以在所述控制器发送关闭信号时做断开所述供氢管路的动作。

本发明的可选实施方式中，所述加氢管路，包括：依次相连的第一过滤器、单向阀、第一压力传感器、第一电磁阀、温度传感器、溶栓阀；所述溶栓阀的另一端与所述储氢装置的一端相连；

所述温度传感器、所述第一压力传感器分别与所述控制器相连。

本发明的可选实施方式中，所述排空管路包括：与所述减压阀相连的管道、所述排空阀、以及连接于所述排空阀和所述排空口之间的卸荷阀。

本发明的可选实施方式中，还包括与所述温度传感器相连的比较器，

本发明的可选实施方式中，还包括限流阀，其中，所述限流阀设置于所述单向阀和所述第一压力传感器之间。

本发明的可选实施方式中，还包括多个氢气浓度传感器，所述多个氢气浓度传感器分别与所述控制器相连。

本发明的可选实施方式中，还包括手动阀，所述手动阀接入所述供氢管路管路。

此外，本发明还公开了一种燃料电池商用车储氢控制方法，所述方法包括：

接收加氢的启动信号，获取加氢管路的第一压力值、第一温度值；

判断所述第一压力值、所述第一温度值是否均在第一预设范围内，如果是，通过第一管路开关装置启动加氢管路所对应的第一电磁阀开启；如果否，则控制第一电磁阀关闭加氢管路；

接收供氢的启动信号，获取供氢管路的第二压力、第二温度值，其中，第二压力值包括经过减压后的压力值；

判断所述第二压力值、所述第二温度值是否均在第二预设范围内，如果是，通过第二管路开关装置启动供氢管路所对应的第二电磁阀开启；如果否，则控制第二电磁阀关闭供氢管路。

应用本发明实施例提供的一种燃料电池商用车储氢控制系统及方法，自动进行瓶阀驱动、氢气压力检测，通过控制器能够及时检测在工作时出现的氢气存在过压、过流、欠压问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的第一种结构示意图。

图2是本发明实施例提供的第二种电路连接示意图。

图3是本发明实施例提供的第三种电路连接示意图。

图4是本发明实施例提供的第四种电路连接示意图。

图5是本发明实施例提供的燃料电池商用车储氢控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-5，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1-4所示，本发明实施例提供了一种燃料电池商用车储氢控制系统，包括：加氢管路101，其一端与加氢口1相连，另一端与储氢装置12的一端相连，其中，加氢管路101中设置有压力采集装置21、第一温度采集装置22、第一管路开关装置23；供氢管路102，其一端与燃料电池入口14相连，另一端与储氢装置12的一端相连，供氢管路102中设置有多个压力采集装置24、第二温度采集装置25、第二管路开关装置26、减压阀5，其中的一个压力采集装置24设置于减压阀5的和燃料电池入口14之间；排空管路103，其一端与减压阀5相连，另一端与储氢装置12的另一端、排空口13相连。

在加氢的时候，通过加氢口1经过加氢管路101上的管道以及管道上的压力采集装置21、第一温度采集装置22、第一管路开关装置23，到达储氢装置12。压力采集装置21、第一温度采集装置22用来采集加氢过程中的管道压力值和加氢过程的温度值，第一管路开关装置23能够通过状态的改变来控制加氢管路101的通断，实现开启加氢通路或者阻断加氢通路。

在供氢的时候，通过储氢装置12的一端与燃料电池入口14相连相连，实现供氢，此外，在供氢管路102中设置有多个压力采集装置24、第二温度采集装置25、第二管路开关装置26、减压阀5，通过减压阀5实现对储氢装置12出来气体的减压，降低至能够输入至燃料电池入口14的压力值，另外，为了便于对减压阀5的压力控制，通过压力采集装置24对降压后的氢气压力值进行采集，第二管路开关装置26能够通过状态的改变来控制供氢管路102的通断，实现开启供氢通路或者阻断供氢通路，通过第二温度采集装置25采集供氢过程的温度值。

在氢气执行排空的时候，通过排空管路103的一端与减压阀5相连，另一端与储氢装置12的另一端和排空口13相连形成两个排空道路，实现与减压阀5相连的管道排空。

在温度、管道压力的采集过程中，需要用到控制器，分别与加氢管路101中的压力采集装置21、第一温度采集装置22、第一管路开关装置23相连；以及与供氢管路102中的多个压力采集装置24、第二温度采集装置25、第二管路开关装置26相连；具体实现中，控制器根据采集到的压力值和温度值可以进行报警或者显示，例如温度值不在预设范围内可以进行报警，可以实时进行压力值的显示等等。

另外，为了实现自动化对管路的控制，第一管路开关装置包括第一电磁阀9，以在控制器发送关闭信号时做断开加氢管路101的动作；第二管路开关装置包括第二电磁阀7，以在控制器发送关闭信号时做断开供氢管路102的动作。

本发明中通过自动实现对电磁阀的控制而实现对加氢管道或者供氢管道的通断控制。

如图2所示，本发明的具体实现中，加氢管路101，包括：依次相连的第一过滤器2、单向阀3、第一压力传感器8、第一电磁阀9、温度传感器10、溶栓阀11；溶栓阀11的另一端与储氢装置12的一端相连；温度传感器10、第一压力传感器8分别与控制器相连。

第一过滤器2用于滤除加氢过程中的杂质，单向阀3可以防止氢气的逆流，第一压力传感器8采集加氢过程的氢气压力，通过第一管路开关装置23控制第一电磁阀9的通断，通过温度传感器10采集加氢过程和管道的压力。

如图3所示，第一管路开关装置包括：第一电磁阀9、三极管Q1、指示灯LED1、第三电阻R1、第四电阻R2、第五电阻R3、二极管D1；控制器的控制引脚与第三电阻R1的一端、第四电阻R2的一端分别相连，第三电阻R1的另一端接地，第四电阻R2的另一端与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与二极管D1的阳极相连，二极管D1的阴极与工作电压相连，第五电阻R3和指示灯LED1串联后与二极管D1并联，且第一电磁阀9的一输入端与工作电压相连相连、另一输入端与三极管Q1的集电极相连。

此外，所述装置还包括报警装置，其中，报警装置为声光报警器

当三极管Q1的基极为高电平则基极导通后，第五电阻R3和所述指示灯LED1串联电路由电流通过，从而点亮LED1。与此同时，电压VDD流经第一电磁阀9所对应的继电器磁铁K2，从而将开关触头吸附，改变其状态。例如，所述第一电磁阀9开关接入电源电路，且为常开开关，常开开关与电源电路VCC和报警装置串联。如图3所示，当开关为12状态，则表示第一电磁阀9没有处于工作状态，也即三极管Q1的没有导通，例如，控制器接收到各个传感器的值都是正常的，则不发送至三极管Q1基极的为低电平，否则，则发送的为高电平，启动主控器的动作，实现加氢通路断开。同样，应用本发明的实施例可以实现供氢管道的通断。

如图2所示，供氢管路102包括依次相连的溶栓阀11、温度传感器10、第一电磁阀9、第一压力传感器8、第二过滤器4、减压阀5、第二压力传感器6、排空阀15、第二电磁阀7；其中，第二电磁阀7的另一端与燃料电池入口14相连。

本发明中，通过供氢管路102和加氢管路101共用溶栓阀11、温度传感器10、第一电磁阀9、第一压力传感器8起到减少设备冗余，且实现在加氢设备端减少体积的目的，提高设备的重复利用。

图2中，排空管路103包括：与减压阀5相连的管道、排空阀15、以及连接于排空阀15和排空口13之间的卸荷阀。当减压阀5失效的时候，为了进一步保障设备的稳定性，设置有卸荷阀15用于减压阀减压失效使用，实现排空管道内的氢气荷载，实现整体系统的稳定性。

以及，本发明的可选实施方式中，还包括手动阀17，所述手动阀17接入所述供氢管路管路102。通过手动实现供氢管路管路102的状态改变，在氢气压力异常或者电磁阀失效的时候，通过人为介入，以及在管道排空的过程中配合使用。

如图4所示，还包括与温度传感器10相连的比较器，温度传感器的另一端通过与第六电阻R118的一端、第七电阻R116的一端相连，第六电阻R118的另一端接地；第七电阻R116的另一端与比较器的正向输入端相连，且第七电阻R116的另一端通过电容C99接地；比较器，其反向输入端通过电阻与其输出端相连，比较器的输出端与控制器相连。

如图2中，还包括限流阀16，其中，限流阀设置于单向阀3和第一压力传感器8之间。限流阀是一种安全保护阀，使用于油品等非腐蚀性介质。在管道内介质流速超过设定值时即时关闭，在管道或附件损坏流速过大自动关闭，防止事故的发生或扩大。实现保护整体系统的安全性。

本发明中，还包括多个氢气浓度传感器，分别设置于多个采集点，多个氢气浓度传感器分别与控制器相连。实际应用中，可以设置氢气高压、中压压力一级报警值、氢气高压、中压压力二级报警值，通过控制器可实现在线标定及存储。

具体的，当控制器的系统下电后，当车辆进行氢气加注时，收到加氢信号后，可以激活储氢控制系统控制器，进行氢浓度实时检测与外发。控制器进入powerlatch断电延时状态，此时会检测燃料电池的工作状态，当燃料电池完成吹扫关机后，再关闭氢系统。

如图5所示，本发明实施例提供了一种燃料电池商用车储氢控制方法，所述方法包括步骤如下：

S501，接收加氢的启动信号，获取加氢管路的第一压力值、第一温度值。

S502，判断所述第一压力值、所述第一温度值是否均在第一预设范围内，如果是，通过第一管路开关装置启动加氢管路所对应的第一电磁阀开启；如果否，则控制第一电磁阀关闭加氢管路。

S503，接收供氢的启动信号，获取供氢管路的第二压力、第二温度值，其中，第二压力值包括经过减压后的压力值。

S504，判断所述第二压力值、所述第二温度值是否均在第二预设范围内，如果是，通过第二管路开关装置启动供氢管路所对应的第二电磁阀开启；如果否，则控制第二电磁阀关闭供氢管路。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种燃料电池商用车储氢控制系统，其特征在于，所述系统包括：

加氢管路，其一端与加氢口相连，另一端与储氢装置的一端相连，其中，所述加氢管路中设置有压力采集装置、第一温度采集装置、第一管路开关装置；

供氢管路，其一端与燃料电池入口相连，另一端与所述储氢装置的一端相连，所述供氢管路中设置有多个压力采集装置、第二温度采集装置、第二管路开关装置、减压阀，所述多个压力采集装置中的一个压力采集装置设置于所述减压阀的和燃料电池入口之间；

排空管路，其一端与所述减压阀相连，另一端与所述所述储氢装置的另一端、排空口相连；

控制器，分别与所述加氢管路中的压力采集装置、第一温度采集装置、第一管路开关装置相连；以及与所述供氢管路中的多个压力采集装置、第二温度采集装置、第二管路开关装置相连；

其中，所述第一管路开关装置包括一电磁阀，以在所述控制器发送关闭信号时做断开所述加氢管路的动作；所述第二管路开关装置包括另一电磁阀，以在所述控制器发送关闭信号时做断开所述供氢管路的动作。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池商用车储氢控制系统，其特征在于，所述加氢管路，包括：依次相连的第一过滤器(2)、单向阀(3)、第一压力传感器(8)、第一电磁阀(9)、温度传感器(10)、溶栓阀(11)；所述溶栓阀(11)的另一端与所述储氢装置的一端相连；

所述温度传感器(10)、所述第一压力传感器(8)分别与所述控制器相连。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池商用车储氢控制系统，其特征在于，所述供氢管路包括依次相连的所述溶栓阀(11)、所述温度传感器(10)、所述第一电磁阀(9)、所述第一压力传感器(8)、第二过滤器(4)、减压阀(5)、第二压力传感器(6)、排空阀(15)、第二电磁阀(7)；

其中，所述第二电磁阀(7)的另一端与燃料电池入口(14)相连。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池商用车储氢控制系统，其特征在于，所述排空管路包括：与所述减压阀(5)相连的管道、所述排空阀(15)、以及连接于所述排空阀(15)和所述排空口(13)之间的卸荷阀。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池商用车储氢控制系统，其特征在于，还包括限流阀，其中，所述限流阀设置于所述单向阀(3)和所述第一压力传感器(8)之间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种燃料电池商用车储氢控制系统，其特征在于，还包括多个氢气浓度传感器，所述多个氢气浓度传感器分别与所述控制器相连。

7.一种燃料电池商用车储氢控制方法，其特征在于，所述方法包括：

接收加氢的启动信号，获取加氢管路的第一压力值、第一温度值；

判断所述第一压力值、所述第一温度值是否均在第一预设范围内，如果是，通过第一管路开关装置启动加氢管路所对应的第一电磁阀开启；如果否，则控制第一电磁阀关闭加氢管路；

接收供氢的启动信号，获取供氢管路的第二压力、第二温度值，其中，第二压力值包括经过减压后的压力值；

判断所述第二压力值、所述第二温度值是否均在第二预设范围内，如果是，通过第二管路开关装置启动供氢管路所对应的第二电磁阀开启；如果否，则控制第二电磁阀关闭供氢管路。