CN111483319A - 供氢系统加氢安全唤醒控制装置，供氢系统加氢控制系统和方法 - Google Patents

供氢系统加氢安全唤醒控制装置，供氢系统加氢控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种供氢系统加氢安全唤醒控制装置，供氢系统加氢控制系统和方法。它是获取加氢请求触发信号后，判断储氢系统安全数据，判断整车状态和/或动力电池高压状态，在储氢系统安全数据，整车状态和/或动力电池高压状态满足条件后，通过交互，发出加氢指令实施加氢。本发明方法在加氢起始时，通过交互，确定整车状态和/或动力电池高压状态满足条件，以及储氢系统安全数据满足条件后，实施加氢动作。在此过程中，加氢请求触发信号触发唤醒车辆中的整车控制器和动力电池管理系统控制器，以及储氢系统控制单元，避免可能将车辆上所有的控制器唤醒的风险。

Description

供氢系统加氢安全唤醒控制装置，供氢系统加氢控制系统和 方法
技术领域
本发明属于氢能源汽车技术，具体涉及氢能源车辆供氢系统加氢过程的控制技术。
背景技术
氢能源车辆的加氢安全问题是该种车辆关键技术之一。目前国家只发布了35MPa储氢系统技术规范，而35Mpa储氢系统中加氢过程属于强制性加氢，基本处于盲加状态，即在加氢过程中对氢浓度、整车状态、加氢口状态、氢瓶状态均无监控，有些甚至上低压电状态下进行加氢，这样会存在诸多氢安全隐患问题，如氢气泄露导致的爆炸风险，加氢过程误上高压。
CN110043794A公开一种基于红外数传的快速安全加氢系统及方法，解决了加氢过程中氢气流量控制问题。没有涉及加氢与整车之间的安全控制问题。
CN106876749A公开的一种车载燃料电池氢气管理系统，它解决是燃料电池氢气管理系统内部加氢过程的安全管理问题，同样没有涉及加氢过程与整车之间的的安全控制问题。
对于传统的混合动力车辆而言，车辆上电启动如图1所示，它是通过一个继电器(整车ON挡上电唤醒继电器)在接收到上电信号后，将车辆上的所有控制器均唤醒，这里的上电信号可以是钥匙信号，也可以是一键启动上电的按钮信号。这种结构会导致，在加氢信号唤醒控制器时，不仅唤醒与加氢有关的控制器，同时也唤醒其他与加氢没有关系的控制器。在加氢控制过程中，这不被允许的。
发明内容
本发明的目的提供的是一种供氢系统加氢安全唤醒控制装置、供氢系统加氢控制系统和方法，实现加氢过程与整车其他控制器交互的安全控制。
本发明的技术方案之一是：供氢系统加氢控制系统，它包括：
储氢系统控制单元，用于检测判断加氢的安全数据，与整车控制器交互，输出加氢操作指令；
加氢唤醒控制单元，用于提供加氢请求触发信号，唤醒储氢系统控制单元，整车控制器和动力电池管理系统控制器。
进一步优选的技术方案是：所述加氢唤醒控制单元还包括信号单向隔离装置，用于单向隔离加氢唤醒控制单元与整车ON档唤醒信号。
进一步优选的技术方案是：它还包括并联的第一整车ON唤醒继电器，第二整车ON唤醒继电器；第二整车ON唤醒继电器唤醒信号分别输出连接整车控制器，动力电池管理系统控制器，HMS储氢系统控制器；第一整车ON唤醒继电器的输出端不连接整车控制器，动力电池管理系统控制器和HMS储氢系统控制器，第一整车ON唤醒继电器和第二整车ON唤醒继电器接收车辆上电信号。
进一步优选的技术方案是：加氢唤醒控制单元包括加氢按钮，加氢按钮的输出端与第二整车ON唤醒继电器的输出端之间连接信号单向隔离装置。
进一步优选的技术方案是：所述信号单向隔离装置设置在储氢系统控制单元的加氢请求引脚与唤醒引脚之间。
所述信号单向隔离装置可选择隔离二极管，继电器，光电隔离开关。
本发明系统的加氢唤醒控制单元在加氢起始时，只唤醒与加氢控制有关联的车辆上的其他控制器，车辆上其他与加氢没有关系的控制器不被唤醒，避免现有技术存在加氢请求触发信号可能将车辆上所有的控制器唤醒的风险。该系统还将车辆的启动上电信号(ON档信号)与加氢请求信号隔开，避免由于车辆的启动上电信号导致的加氢信号的误动作，同时加氢请求信号的确定是基于检测判断加氢的安全数据，所述的数据包括氢能源管理系统的数据以及整车数据，实现加氢的全面安全控制。
本发明的技术方案之二是氢系统加氢安全唤醒控制装置，它包括加氢按钮，其特征在于它还包括并联的第一整车ON唤醒继电器，第二整车ON唤醒继电器；所述第二整车ON唤醒继电器唤醒信号分别输出连接整车控制器唤醒信号端，动力电池管理系统控制器信号端唤醒和储氢系统控制单元唤醒信号端，加氢按钮的输出端分别连接储氢系统控制单元唤醒信号端，整车控制器唤醒信号端和动力电池管理系统控制器唤醒信号端。
进一步优选的技术方案是：加氢按钮的输出端还连接储氢系统控制单元的加氢请求信号端，在储氢系统控制单元的加氢请求信号端与储氢系统控制单元唤醒信号端之间的加氢按钮的输出线路上连接有信号单向隔离装置。
进一步优选的技术方案是：信号单向隔离装置为隔离二极管，继电器，光电隔离开关中的一种。
该唤醒装置只唤醒与加氢控制有关联的车辆上的其他控制器，车辆上其他与加氢没有关系的控制器不被唤醒，避免现有技术存在加氢请求触发信号可能将车辆上所有的控制器唤醒的风险。该系统还将车辆的启动上电信号(ON档信号)与加氢请求信号隔开，避免由于车辆的启动上电信号导致的加氢信号的误动作
本发明的技术方案之三是：供氢系统加氢控制方法，获取加氢请求触发信号后，判断储氢系统安全数据，判断整车状态和/或动力电池高压输出状态，在储氢系统安全数据，整车状态和/或动力电池高压状态满足条件后，通过交互，发出加氢指令实施加氢。
所述交互是储氢系统控制单元与整车控制器之间的交互。
进一步优选的技术方案是：获取加氢请求触发信号后，唤醒储氢系统控制单元，整车控制器和动力电池管理系统控制器。
进一步优选的技术方案是：判断储氢系统安全数据满足条件后，储氢系统控制单元向整车控制器发送加氢请求。
进一步优选的技术方案是：所述储氢系统安全数据包括氢气浓度数据，氢气压力数据和氢气温度数据中一种或多种。
进一步优选的技术方案是：所述整车状态包括车辆档位状态和/或车速状态。
进一步优选的技术方案是：车辆上的控制器上电信号分两部分，第一控制器组上电信号包括整车控制器上电信号、动力电池管理系统控制器上电信号和储氢系统控制器上电信号，第二控制器组上电信号包括非整车控制器上电信号、动力电池管理系统控制器上电信号和储氢系统控制器上电信号；其中整车控制器、动力电池管理系统控制器和储氢系统控制器接收加氢请求触发信号后被唤醒。
进一步优选的技术方案是：加氢通道开启后，触发整车高压上电锁止和/或车辆启动锁止。
本发明方法在加氢起始时，通过交互，确定整车状态和/或动力电池高压状态满足条件，以及储氢系统安全数据满足条件后，方可实施加氢动作。在此过程中，加氢请求触发信号触发唤醒车辆中的整车控制器和动力电池管理系统控制器，以及储氢系统控制单元，避免可能将车辆上所有的控制器唤醒的风险；在加氢通道开启后对整车进行高压和/或车辆启动锁止，避免加氢请求信号的误动作导致车辆被锁止的问题。
上述装置，系统及方法适用于70MPa供氢系统。
附图说明
图1现有技术中整车上电控制结构示意图。
图2本发明整车上电控制结构示意图。
图3本发明系统示意图。
图4本发明控制方法示意图。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
以下具体实施方式是用于但不限于70MPa供氢系统的氢燃料电池，动力电池电电混合动力车辆。
供氢系统加氢安全唤醒控制装置实施例之一如图2所示，设有两个并联的车辆上电启动控制器，分别是，第一整车ON唤醒继电器K1，第二整车ON唤醒继电器K2；第二整车ON唤醒继电器K2包括有四个引脚：控制端正极、控制端负极、输出端和输出端，该继电器控制端正极和第一整车ON唤醒继电器K1控制端正极接到一起，连接到钥匙信号，第二整车ON唤醒继电器K2控制端负极接地，第一整车ON唤醒继电器K1和第二整车ON唤醒继电器K2输入端接到整车12V蓄电池。
第二整车ON唤醒继电器唤醒信号分别输出连接整车控制器，动力电池管理系统控制器以及储氢系统控制器；第一整车ON唤醒继电器的输出端不连接整车控制器，动力电池管理系统控制器，储氢系统控制器，第一整车ON唤醒继电器和第二整车ON唤醒继电器接收车辆上电信号，这里的上电信号可以是钥匙信号，也可以是一键启动上电的按钮信号。
第一整车ON唤醒继电器的输出端连接车辆上的其他控制器的唤醒引脚，包括但不限于如车身控制器BCU500，电机控制器MCU600，燃料电池系统FCU控制器400等。
第二整车ON唤醒继电器的输出端连接VCU整车控制器以及BMS动力电池控制器的唤醒引脚。
上述利用两个继电器将车辆上的控制器分两组，在接收到上电信号(ON挡信号)后，确保所有控制器被唤醒；同时，为加氢唤醒部分控制器提供技术支持。
如图2所示，HMS储氢系统控制器100的加氢请求引脚连接加氢按钮K，加氢按钮K的输出端通过单向隔离装置还分别连接到储氢管理系统控制器100的唤醒引脚，VCU整车控制器200的唤醒引脚，BMS动力电池控制器300的唤醒引脚。加氢按钮K的输入端连接到整车12V蓄电池。
加氢按钮K的输出端线路中HMS储氢系统控制器100的加氢请求引脚与储氢管理系统控制器100的唤醒引脚之间连接有单向隔离器件，本实施例采用二极管D。当然具有相同作用的器件可以是但不限于如光电隔离开关，继电器也可以选择。
上述结构实现在产生加氢请求触发信号后，即将加氢按钮闭合启动后，加氢请求触发信号只唤醒储氢管理系统控制器100，VCU整车控制器200，BMS动力电池控制器300。该信号不会唤醒车辆上的其他控制器，确定其他控制器产生不必要的动作。
单向隔离器件可以将第二整车ON唤醒继电器的输出信号与HMS储氢系统控制器100的加氢请求引脚之间隔离，避免车辆上电信号(ON挡信号)产生加氢请求触发信号，造成错误的加氢请求。
上述加氢按钮产生的加氢请求触发信号，仅唤醒VCU整车控制器200，BMS动力电池控制器300，储氢管理系统控制器唤醒，给予唤醒后，整车控制器检测获取车辆状态，动力电池管理系统控制器检测获取车辆是否在高压状态，并将获取的信号输出给储氢管理系统控制器；储氢管理系统控制器唤醒后，检测获取括氢气浓度数据，氢气压力数据和氢气温度数据。
如图3所示，供氢系统加氢控制系统，包括HMS储氢系统控制器100，VCU整车控制器200，BMS动力电池控制器300；HMS储氢系统控制器100，VCU整车控制器200，BMS动力电池控制器300，之间通过CAN实现数据交互。
HMS储氢系统控制器连接电源模块105，对HMS储氢系统控制器供电。HMS储氢系统控制器通过PWM方式驱动瓶阀101开启和关闭，同时瓶阀中集成温度传感器监控氢瓶内温度变化状态，上传至HMS控制器。实现对检测氢瓶内温度，以及对瓶阀101控制。
高压压力传感器102位于氢瓶瓶口处，用以检测瓶口压力信号上报给HMS来判断氢瓶储氢量，以便HMS做出正确的决策。
氢气浓度传感器103本实施例中一共使用四个，其中一个位于氢燃料电堆中，另外三个分别位于座舱内驾驶员处、后排以及后备箱中。HMS实时检测氢浓度值，一旦检测出有氢气泄露超标马上上报给FCU以及VCU进行不同等级的泄露处理。实现对氢浓度的检测。
加氢红外模块104通过CAN总线与HMS进行信息交互，通讯内容包含加氢枪安装到位信号、加氢请求、氢瓶容量、压力信息以及瓶温等信号。红外通讯模块再通过控制红外发热器将上述信息传递给加氢设备，同时红外模块使能引脚需要连接到HMS高边驱动引脚，用以激活红外模块。
系统中的加氢安全唤醒控制装置包括加氢按钮K(产生加氢请求触发信号)以及整车ON唤醒继电器等，具体实施例如上所述，不在此累述。
本实施控制方案如图4所示，
启动加氢按钮K，产生加氢请求触发信号后，唤醒HMS储氢系统控制器、VCU整车控制器和BMS动力电池控制器；
HMS储氢系统控制器加氢请求引脚在接收加氢按钮发送的加氢请求信号后，判断加氢信号Fill_Require是否有效，无效则记录加氢次数Fill_Count；
有效则HMS储氢系统控制器进行自检：通过氢气浓度传感器检测整个系统氢气浓度HC_System是否超过阈值，随后检测氢瓶口的压力信号P_TANK和温度信号T_TANK是否正常，如果三个数值均正常，则HMS储氢系统控制器会通过CAN总线向VCU发送加氢请求信号，否则判定为加氢失败。
VCU整车控制器收到加氢请求信号后，进行整车档位状态Pos_Gear、车速检测Veh_speed信息检测，确认整车处于P档静止状态，及车速为零；
BMS动力电池控制器检测获取整车主正和主负继电器状态判定整车是否处于高压上电状态HV_Status；
BMS动力电池控制器向VCU整车控制器反馈的整车主正和主负继电器状态判定整车是否处于高压上电状态HV_Status；
在整车档位处于P档、车速为0以及整车处于高压下电状态，则VCU整车控制器会向HMS反馈加氢允许信号Fill_Perm＝1,如果上述条件不满足，那么VCU会将Fill_Perm置0。
HMS储氢系统控制器接收到加氢允许信号Fill_Perm＝1时会进入加氢程序，否则判定为加氢失败。HMS储氢系统控制器会首先激活加氢红外模块，红外通讯模块进行自检，自检通过后，HMS储氢系统控制器将通过CAN总线发送氢瓶容量HVol_TANK、加注口类型Fill_Type给红外模块，红外模块反馈信息正常后，HMS会再向红外模块发送加注指令Fill_CMD、压力信号P_TANK和温度信号T_TANK信息，红外模块将接收到的信号转换为红外信号发射给加注设备开始加氢。从而保证加氢过程中的安全性。
在加氢整个过程中BMS一直检测整车主正和主负继电器状态(即检测高压输出状态)，VCU检测整个状态实现加氢请求和整车的互锁功能，只要在按下加氢按钮，加氢通道开启(瓶阀开启)后，整车不能上高压和启动(触发整车高压上电锁止和车辆启动锁止)。同时当整车处于上电状态下不允许加氢操作。

Claims (15)

1.一种供氢系统加氢控制系统，其特征在于：它包括：
储氢系统控制单元，用于检测判断加氢的安全数据，与整车控制器交互，输出加氢操作指令；
加氢唤醒控制单元，用于提供加氢请求触发信号，唤醒储氢系统控制单元，整车控制器和动力电池管理系统控制器。
2.如权利要求1所述供氢系统加氢控制系统，其特征在于：所述加氢唤醒控制单元还包括信号单向隔离装置，用于单向隔离加氢唤醒控制单元与整车ON档唤醒信号。
3.如权利要求1或2所述供氢系统加氢控制系统，其特征在于：它还包括并联的第一整车ON唤醒继电器，第二整车ON唤醒继电器；第二整车ON唤醒继电器唤醒信号分别输出连接整车控制器，动力电池管理系统控制器；第一整车ON唤醒继电器的输出端不连接整车控制器，动力电池管理系统控制器，第一整车ON唤醒继电器和第二整车ON唤醒继电器接收车辆上电信号。
4.如权利要求1或2所述供氢系统加氢控制系统，其特征在于：加氢唤醒控制单元包括加氢按钮，加氢按钮的输出端与第二整车ON唤醒继电器的输出端之间连接信号单向隔离装置。
5.如权利要求2所述供氢系统加氢控制系统，其特征在于：所述信号单向隔离装置设置在储氢系统控制单元的加氢请求引脚与唤醒引脚之间。
6.一种供氢系统加氢安全唤醒控制装置，它包括加氢按钮，其特征在于它还包括并联的第一整车ON唤醒继电器，第二整车ON唤醒继电器；所述第二整车ON唤醒继电器唤醒信号分别输出连接整车控制器唤醒信号端，动力电池管理系统控制器信号端唤醒和储氢系统控制单元唤醒信号端，加氢按钮的输出端分别连接储氢系统控制单元唤醒信号端，整车控制器唤醒信号端和动力电池管理系统控制器唤醒信号端。
7.如权利要求6所述供氢系统加氢安全唤醒控制装置，其特征在于加氢按钮的输出端还连接储氢系统控制单元的加氢请求信号端，在储氢系统控制单元的加氢请求信号端与储氢系统控制单元唤醒信号端之间的加氢按钮的输出线路上连接有信号单向隔离装置。
8.如权利要求7所述供氢系统加氢安全唤醒控制装置，其特征在于所述信号单向隔离装置为隔离二极管，继电器，光电隔离开关中的一种。
9.一种供氢系统加氢控制方法，其特征是：获取加氢请求触发信号后，判断储氢系统安全数据，判断整车状态和/或动力电池高压输出状态，在储氢系统安全数据，整车状态和/或动力电池高压状态满足条件后，发出加氢指令实施加氢。
10.如权利要求9所述供氢系统加氢控制方法，其特征是：获取加氢请求触发信号后，唤醒储氢系统控制单元，整车控制器和动力电池管理系统控制器。
11.如权利要求9所述供氢系统加氢控制方法，其特征是：判断储氢系统安全数据满足条件后，储氢系统控制单元向整车控制器发送加氢请求。
12.如权利要求9或11所述供氢系统加氢控制方法，其特征是：所述储氢系统安全数据包括氢气浓度数据，氢气压力数据和氢气温度数据中一种或多种。
13.如权利要求9所述供氢系统加氢控制方法，其特征是：所述整车状态包括车辆档位状态和/或车速状态。
14.如权利要求9所述供氢系统加氢控制方法，其特征是：车辆上的控制器上电信号分两部分，第一控制器组上电信号包括整车控制器上电信号和动力电池管理系统控制器上电信号和储氢系统控制器上电信号，第二控制器组上电信号包括非整车控制器上电信号、动力电池管理系统控制器上电信号和储氢系统控制器上电信号；其中整车控制器，动力电池管理系统控制器和和储氢系统控制器接收加氢请求触发信号后被唤醒。
15.如权利要求9所述供氢系统加氢控制方法，其特征是：加氢通道开启后，触发整车高压上电锁止和/或车辆启动锁止。
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