CN111086360A - 一种燃料电池汽车用胎压控制系统及方法 - Google Patents

一种燃料电池汽车用胎压控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种燃料电池汽车用胎压控制系统及方法。该系统包括：电子控制单元；输入模块，用于接收轮胎的胎压信号，并将所述胎压信号发送至电子控制单元；燃料电池控制单元，接收所述电子控制单元的指令，控制燃料电池的空气系统提供高压气源；气动管道，连通于所述高压气源和多个轮胎之间。本发明在保障燃料电池汽车整体结构框架不变的条件下，在燃料电池汽车上实现了中央轮胎充气系统的搭载，轮胎中原有的高压空气被替换成高压氮气，提高了轮胎的耐久性，优化了整车的安全性和舒适性。

Description

一种燃料电池汽车用胎压控制系统及方法
技术领域
本发明属于汽车领域，涉及汽车胎压控制技术，具体涉及一种燃料电池汽车用胎压控制系统及方法。
背景技术
汽车轮胎的压力对汽车行驶的安全性、舒适性、动力性以及经济性都有极大的影响，而不同的行驶工况所需的最佳汽车轮胎压力不同。当车辆在公路上行驶时，如果轮胎在遇到充气不足或充气过度，且充气不足或充气过度持续得不到改善的情况下，轮胎的寿命和/或性能会显著地降低，而且在长距离和/或长时间行驶的车辆中，胎压不正常也增大了爆胎的风险，影响行车安全。
因此，如果能根据汽车行驶工况的不同对车胎压力进行动态调节，将极大地优化汽车的性能。目前这种车胎动态调节系统(中央轮胎充气系统：CTIS)已经在一些大型的高端SUV上进行了应用。这类系统使用的高压气源是空压机压缩的高压空气，而空气会氧化轮胎，对轮圈产生腐蚀，缩短轮胎的使用寿命。同时空气在轮胎中渗透量较大，易产生爆胎的危险。
因此，有必要设计一种中央轮胎充气系统，尤其是用于燃料电池汽车的中央轮胎充气系统。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种燃料电池汽车用胎压控制系统，该系统包括：
电子控制单元；
输入模块，用于接收轮胎的胎压信号，并将所述胎压信号发送至电子控制单元；
燃料电池控制单元，接收所述电子控制单元的指令，控制燃料电池的空气系统提供高压气源；
气动管道，连通于所述高压气源和多个轮胎之间。
进一步地，所述气动管道的高压气源接口设置在燃料电池空气系统中。
进一步地，所述气动管道的高压气源接口设置在燃料电池的空气系统中的空压机。
进一步地，高压气源由燃料电池阴极出口排出的高纯度高压氮气提供。
进一步地，所述气动管道上设置有除湿装置。
进一步地，所述气动管道上安装有隔离导向阀，用于控制所述高压气源和所述轮胎之间的流体连通。
进一步地，所述输入模块还用于接收道路工况和/或驾驶员指令，所述电子控制单元根据道路工况和/或驾驶员指令控制轮胎充放气。
根据本发明的另一方面，提供一种燃料电池汽车用胎压控制方法，该方法包括：
根据轮胎的胎压信号，控制燃料电池的空气系统提供高压气源；
利用所述高压气源为一个或多个轮胎充气。
进一步地，所述电子控制单元根据道路工况和/或驾驶员指令控制轮胎充放气。
进一步地，所述高压气源由燃料电池阴极出口排出的高纯度高压氮气提供。
本发明是将中央轮胎充气系统集成在现有的燃料电池汽车上，其高压气源由燃料电池电堆出口排出的高纯度高压氮气提供，由于氮气是惰性气体，不会对轮胎产生氧化作用，也不会对轮圈产生腐蚀，可以延长轮胎使用寿命；另外氮气相比于空气渗透率低，有益于轮胎的保压；同时氮气低的音量传导率有助于降低汽车噪音，提高驾驶舒适感。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为根据本发明实施例的燃料电池汽车用胎压控制方法的流程图。
图2为根据本发明实施例的燃料电池汽车用胎压控制系统的方框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。与通常的电动汽车比较，其动力方面的不同在于燃料电池汽车用的电力来自车载燃料电池装置，电动汽车所用的电力来自由电网充电的蓄电池。燃料电池是一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。质子交换膜燃料电池是一种将燃料(氢气和空气)的化学能转化为电能的发电装置，因其具有高效率、零排放、低噪音等优势而被认为是未来汽车工业可持续发展的重要方向。
在燃料电池中，阳极发生氢气的氧化反应，阴极发生氧气的还原反应，因此在燃料电池阴极出口的气体主要是氮气和未反应的氧气，当燃料电池进气口的流量的过量系数为1时，空气中的氧气将会被完全反应，从而除去空气，保留氮气。
为了提高燃料电池汽车的效率(燃料电池的效率和反应气体的压强成正比)，目前商业化的燃料电池的进气压力控制在1.5-3bar，而随着燃料电池密封技术的推进，燃料电池的工作压力也会逐渐的增加。例如，现代汽车公司生产的燃料电池汽车所使用的空压机的最大压比达到了4.2bar。而车用轮胎的压力在2.4-2.9bar之间，根据驾驶工况的不同，胎压的控制范围在0.3bar以内，轮胎的整体调节压力将会在2.1-3.2bar之间。因此，可以利用燃料电池的空气系统为轮胎充放气，完全可以实现轮胎胎压的整体调节。
本发明是在燃料电池汽车上应用这种中央轮胎充气系统，其所使用的高压气源是从燃料电池排出的高压氮气(氮气浓度高于95％)，这种高压氮气的中央轮胎充气系统提高了轮胎的寿命，增强了汽车的安全性，同时减少了整车的噪音，优化了燃料电池汽车的整车性能。
具体地，本发明提供一种燃料电池汽车用胎压控制系统，该系统包括：
电子控制单元；
输入模块，用于接收轮胎的胎压信号，并将所述胎压信号发送至电子控制单元；
燃料电池控制单元，接收所述电子控制单元的指令，控制燃料电池的空气系统提供高压气源；
气动管道，连通于所述高压气源和多个轮胎之间。
电子控制单元可以是汽车现有的控制模块，只需要增加充放气控制的软件功能即可。输入模块，可以用于接收轮胎的胎压信号，也可以用于接收道路工况和/或驾驶员指令，所述电子控制单元根据道路工况和/或驾驶员指令控制轮胎充放气。
胎压传感器将胎压信号传递给输入模块，输入模块将胎压信号发送至车辆的电子控制单元(ECU)，ECU控制燃料电池的空气系统提供高压气源，经过连通于所述高压气源和多个轮胎之间的气动管道为轮胎充气。此外，ECU还可根据胎压信号、驾驶员发出的指令和/或者当前的路况分析结果控制轮胎充放气。
优选地，气动管道的高压气源接口设置在燃料电池空气系统中，例如可以设置在燃料电池空气系统的空压机、中冷器、加湿器、燃料电池、涡轮等的任何一个或多个环节内。通过利用燃料电池的空气系统实现轮胎充气，可以实现现有设备的共用，节约了成本和车内空间。
更优选地，高压气源由燃料电池阴极出口排出的高纯度高压氮气提供。本发明在保障燃料电池汽车整体结构框架不变的条件下，在燃料电池汽车上实现了氮气中央轮胎充气系统的搭载，轮胎中原有的高压空气被替换成高压氮气，提高了轮胎的耐久性，优化了整车的安全性和舒适性。
优选地，所述气动管道上设置有除湿装置。由于燃料电池的产物包括氮气和水，因此利用除湿装置将水过滤掉。优选地，除湿装置可以是干燥盒，里面设置有干燥剂。
优选地，所述气动管道上安装有隔离导向阀，用于控制所述高压气源和所述轮胎之间的流体连通。隔离导向阀与电子控制单元通信连接，接收电子控制单元的指令，可以开启或关闭与轮胎连通的气动管道，也可以实现为轮胎定量充气，进而控制轮胎充气过程。此外，为每个轮胎单独设置放气阀，放气阀接收电子控制单元的指令，为车胎放气泄压。
可选地，所述气动管道的高压气源接口设置在燃料电池的空气系统中的空压机，利用空压机为轮胎充气提供气源。
如图1所示，本发明提供一种燃料电池汽车用胎压控制方法，该方法包括：
根据轮胎的胎压信号，控制燃料电池的空气系统提供高压气源；
利用所述高压气源为一个或多个轮胎充气。
优选地，所述电子控制单元根据道路工况和/或驾驶员指令控制轮胎充放气。
优选地，所述高压气源由燃料电池阴极出口排出的高纯度高压氮气提供。
本发明的燃料电池汽车用胎压控制方法，首先通过电子控制单元综合路况信息、驾驶员指令以及当前胎压传感器的胎压信号，给燃料电池控制单元下达充气指令，如果系统确定对轮胎进行充气，燃料电池控制单元会向燃料电池的空压机输入压力需求信号，空压机根据信号调节压比和流量(化学计量比调节到1)，气体经过燃料电池反应后，燃料电池阴极出口的气体的氮气含量将超过95％，这些气体随后通过干燥盒后通入车胎中，直到胎压到达设定值时完成车胎的加压。如果系统确定对轮胎进行放气，车轮气门嘴处会进行车胎泄压，直到胎压达到设定值时完成胎压的泄压。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
图2为根据本发明实施例的燃料电池汽车用胎压控制系统的方框图。如图2所示，本实施例的燃料电池汽车用胎压控制系统，包括：输入模块，用于接收道路工况、驾驶员操作指令、轮胎胎压信号等；电子控制单元(ECU)，为车辆原有的ECU，增加部分软件控制功能。燃料电池控制单元和燃料电池空气系统内的空压机，都是燃料电池汽车的现有设备，在空气系统内增设高压气源接口即可，本实施例中高压气源接口设置在燃料电池空气系统内的空压机上。利用燃料电池阴极出口的高纯度高压氮气，通过连通于所述高压气源和多个轮胎之间的气动管道为轮胎充气。
接收模块接收路况信息、驾驶员指令以及当前胎压传感器的胎压信号，并发送给电子控制单元，控制单元根据计算确定是否需要为轮胎充放气。如果需要充气，则给燃料电池控制单元下达充气指令，如果系统确定对轮胎进行充气，燃料电池控制单元会向燃料电池的空压机输入压力需求信号，空压机根据信号调节压比和流量(化学计量比调节到1)，气体经过燃料电池反应后，燃料电池阴极出口的气体的氮气含量将超过95％，这些气体随后通过干燥盒后通入车胎中，直到胎压到达设定值时完成车胎的加压。如果确定对轮胎进行放气，车轮气门嘴处会进行车胎泄压，直到胎压达到设定值时完成胎压的泄压。
本发明在保障燃料电池汽车整体结构框架不变的条件下，在燃料电池汽车上实现了氮气中央轮胎充气系统的搭载，轮胎中原有的高压空气被替换成高压氮气，提高了轮胎的耐久性，优化了整车的安全性和舒适性。
本发明是在燃料电池汽车上应用这种中央轮胎充气系统，其所使用的高压气源是从燃料电池排出的高压氮气(氮气浓度高于95％)，这种高压氮气的中央轮胎充气系统提高了轮胎的寿命，增强了汽车的安全性，同时减少了整车的噪音，优化了燃料电池汽车的整车性能。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种燃料电池汽车用胎压控制系统，其特征在于，该系统包括：
电子控制单元；
输入模块，用于接收轮胎的胎压信号，并将所述胎压信号发送至电子控制单元；
燃料电池控制单元，接收所述电子控制单元的指令，控制燃料电池的空气系统提供高压气源；
气动管道，连通于所述高压气源和多个轮胎之间。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车用胎压控制系统，其特征在于，所述气动管道的高压气源接口设置在燃料电池空气系统中。
3.根据权利要求2所述的燃料电池汽车用胎压控制系统，其特征在于，所述气动管道的高压气源接口设置在燃料电池的空气系统中的空压机。
4.根据权利要求2所述的燃料电池汽车用胎压控制系统，其特征在于，高压气源由燃料电池阴极出口排出的高纯度高压氮气提供。
5.根据权利要求4所述的燃料电池汽车用胎压控制系统，其特征在于，所述气动管道上设置有除湿装置。
6.根据权利要求1所述的燃料电池汽车用胎压控制系统，其特征在于，所述气动管道上安装有隔离导向阀，用于控制所述高压气源和所述轮胎之间的流体连通。
7.根据权利要求1所述的燃料电池汽车用胎压控制系统，其特征在于，所述输入模块还用于接收道路工况和/或驾驶员指令，所述电子控制单元根据道路工况和/或驾驶员指令控制轮胎充放气。
8.一种燃料电池汽车用胎压控制方法，其特征在于，该方法包括：
根据轮胎的胎压信号，控制燃料电池的空气系统提供高压气源；
利用所述高压气源为一个或多个轮胎充气。
9.根据权利要求8所述的燃料电池汽车用胎压控制方法，其特征在于，
所述电子控制单元根据道路工况和/或驾驶员指令控制轮胎充放气。
10.根据权利要求8所述的燃料电池汽车用胎压控制方法，其特征在于，所述高压气源由燃料电池阴极出口排出的高纯度高压氮气提供。
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