CN113013452B - 储气罐电磁阀的控制方法和装置、燃料电池及交通工具 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种储气罐电磁阀的控制方法，包括：设置所述电磁阀的保持电流为预设保持电流；重复检测所述电磁阀的开闭状态；根据所述开闭状态，调整所述电磁阀的保持电流。采用本公开所述方法，使燃料电池氢气电磁阀保持打开，并降低电磁阀阀门的散热量，提高效率。

Description

储气罐电磁阀的控制方法和装置、燃料电池及交通工具
技术领域
本公开涉及燃料电池技术领域，具体涉及储气罐电磁阀的控制方法和装置、燃料电池及交通工具。
背景技术
燃料电池是一种可以把燃料化学能直接转成电能的化学装置，又称电化学发电器。燃料电池用燃料(例如氢气)和氧气作为原料，没有机械传动部件，故没有造成污染。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术之一。
氢氧燃料电池是目前应用最为广泛的一种燃料电池。在氢氧燃料电池系统中，氢在高压下储存在储气罐中，并通过螺线管操纵的电磁阀向燃料电池提供燃料。电磁阀是储气系统中控制氢气从储气罐流向燃料电池的关键部件。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开提供一种储气罐电磁阀的控制方法，能够识别故障并动态的调整保持电流，以确保电磁阀处于打开状态。
根据本公开的一方面，所述储气罐中电磁阀的控制方法包括：设置所述电磁阀的保持电流为预设保持电流；重复检测所述电磁阀的开闭状态；根据所述开闭状态，调整所述电磁阀的保持电流。
根据本公开的一些实施例，在上述控制方法中，所述检测电磁阀的开闭状态，包括：检测所述电磁阀下游的气压。
根据本公开的一些实施例，所述检测电磁阀下游的气压，包括：当检测所述电磁阀下游的气压低于阈值时，判定所述电磁阀为关闭状态。
根据本公开的一些实施例，所述的控制方法中，所述重复检测所述电磁阀的开闭状态，包括：当所述开闭状态为关闭状态时，增加所述关闭状态的计数。
根据本公开的一些实施例，在所述电磁阀的控制方法中，调整的所述电磁阀的保持电流，包括：当所述电磁阀处于闭合状态时，所述保持电流根据所述闭合状态的计数和所述保持电流之间预定的函数关系进行调整。
另外，根据本公开一些实施例，所述的控制方法，在调整电磁阀的保持电流之前，还包括：将所述现有电磁阀的保持电流与最大保持电流作比较；如果所述现有电磁阀的保持电流大于最大保持电流，则停止调整所述电磁阀的保持电流。
按照本公开的另一方面，提供了一种储气罐电磁阀的控制装置，包括：预设模块，用于设置所述电磁阀的预设保持电流；检测模块，用于检测所述的电磁阀的开关状态，并输出检测结果；调整模块，用于调整所述电磁阀上的保持电流。
根据本公开一些实施例，在所述的燃料电池电磁阀的控制装置中，还包括：计数模块，用于记录所述电磁阀关闭次数。
根据本公开的另一方面，还提供一种燃料电池系统，该系统包括：燃料电池；氢气储气罐，用于储存氢气；氢气电磁阀，位于氢气储气罐上，用于控制氢气从所述的氢气储气罐流向所述燃料电池；压力传感器，位于电磁阀的下游，用于检测氢气压；控制装置，与所述氢气罐电磁阀和所述压力传感器信号连接，用于实现所述电磁阀的控制方法。
另外，本公开还提出一种带有燃料电池的交通工具，其包括上述的燃料电池系统。
如此，在使用上述本公开的燃料电池或交通工具时，用户根据氢气罐内残余压力设定预设保持电流，电磁阀的保持电流通过增加的关闭状态计数逐步的进行调整。可以确保电磁阀处于打开状态，同时，防止了因保持电流过高而产生的废热，提高燃料电池效率。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
在附图中：
图1示出根据本公开一个示例实施例的储气罐电磁阀的控制方法流程；
图2示出根据本公开一个示例实施例的储气罐电磁阀的控制方法流程；
图3示出根据本公开一个示例实施例的储气罐电磁阀的控制方法流程；
图4示出根据本公开另一个示例实施例的储气罐电磁阀的控制方法流程；
图5示出根据一示例实施例的储气罐电磁阀控制装置；
图6示出根据一示例实施例的一种燃料电池系统。
附图标记说明：
510 预设模块
520 检测模块
530 计数模块
540 调整模块
601 储气罐
603 电磁阀
605 压力传感器
607 燃料电池
609 控制装置
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装，或一体地安装:可以是机械安装连接，也可以是电安装连接或可以相互通讯；可以是直接安装在一起，也可以通过中间媒介间接安装相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"控制"、"开启"、"关闭"应做广义理解，例如，可以是直接控制开启或关闭，也可以是可间接的控制，可以是机械控制，也可以是电控制或相互通讯控制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
此外，上下文中术语“第一”、“第二”、“首先”、“其次”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“首先”、“其次”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者多个所述特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。
以下结合附图对本公开的示例实施例进行说明，应当理解，此处所描述的示例实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
在燃料电池系统中，氢气作为燃料储存在储气罐中，并通过螺线管操纵的电磁阀向燃料电池提供燃料。电磁阀是储气系统中控制氢气从储气罐流向燃料电池的关键部件。该电磁阀阀门常闭，如有电流通过，阀门打开。
当启动燃料电池时，在预定时间内会有浪涌电流通过电磁阀，从而，将电磁阀阀门打开。经过一段时间后，电流将减小为保持电流。这时因为储气罐中压力差，也有助于保持电磁阀处于打开状态。较小的保持电流有助于通过最小化废热来提高电磁阀的效率和耐久性。但是，如果保持电流太小，则会导致电磁阀意外关闭。
通常来讲，原始设备制造商会提供一个恒定的保持电流。但是，这个保持电流是任意配置的，以保持电磁阀打开，而不考虑储气罐中的压力。当储气罐中的压力过于低时，恒定的保持电流可能不足以保持电磁阀的打开状态。电磁阀有可能意外关闭。
另一方面，当罐内的压力较高的时候，恒定的保持电流可能仍然高于所需的电流，这虽然可以确保阀门保持打开状态，但会降低电磁阀的效率，并导致产生较高的废热。这样恒定的保持电流不应该被使用。
有鉴于此，本公开提供一种更为优化的电磁阀的控制方法。在本公开示例实施例中，上述控制方法应用于燃料电池氢气高压储气罐的电磁阀上。需要说明的是，电磁阀是储气罐中常见的部分，所以本公开所提供的电磁阀控制方法，也可以适用于其他种类气体或其他类型系统中储气罐的电磁阀上。
下面结合附图详细描述根据本公开实施例的燃料电池氢气电磁阀的控制方法。
图1示出根据本公开示例实施例的燃料电池氢气电磁阀的控制方法。根据本实施例的方法不仅可以用于氢气燃料电池，也可以用于甲烷燃料电池以及天然气燃料电池等。
参见图1，在S101中，启动燃料电池。
根据示例实施例，通过浪涌电流打开电磁阀，向燃料电池提供氢气，从而启动燃料电池。
例如，在打开燃料电池系统后，先将电磁阀的控制模式改为手动模式。随后，预先配置一个浪涌电流，值为1安培。接下来，所配置的浪涌电流会通过电磁阀。因电磁阀的工作原理，当浪涌电流的通过时，电磁阀将打开。预设的浪涌电流一般是供给电磁阀的最大电流。
在S103中，在启动所述燃料电池之后，设置所述电磁阀的保持电流为预设保持电流。
根据示例实施例，在启动所述燃料电池之后，使所述电磁阀的电流为预设保持电流，例如0.1安培，从而保持电磁阀处于打开状态。
例如，在配置浪涌电流时，也会配置一个预设保持电流，例如0.1安培。在当浪涌电流持续供给电磁阀一段时间(例如，一般这个持续时间配置为1至3秒钟)之后，通过电磁阀的电流会降低到上述提到的预设保持电流，例如值为0.1安培，即为保证电磁阀处于打开状态所需的最小电流。该保持电流的大小可基于初始状态下的燃料电池氢气罐中残余氢气压力。当储气罐中氢气刚刚充满时，预设保持电流可以设置的较低，而当储气罐剩余氢气不足时，预设保持电流可以设置的较高。因为储气罐中的压力差部分有助于保持电磁阀处于打开状态，所以适当的保持电流有助于通过最小化废热来提高电磁阀的效率和耐久性。
此处需要说明的是，通常情况下，这里配置的预设保持电流，小于制造商所提供的保持电流。
此时，可以将电磁阀的控制模式调整到自动模式。
在S105中，重复检测所述电磁阀的开闭状态。
如前所述，如果保持电流太小，则会导致电磁阀意外关闭，无法供应氢气，使燃料电池无法正常工作。
根据一些实施例，通过检测所述燃料电磁阀下游的氢气压来检测电磁阀的开闭状态。例如，当检测到的氢气压9bar，低于阈值10bar时，判定，电磁阀为关闭状态。
在S107中，根据所述开闭状态，调整所述电磁阀的保持电流。
根据一些实施例，当检测所述燃料电池电磁阀为关闭状态时，例如，当电磁阀下游的氢气压为9bar而阈值为10bar时，动态的增加保持电流，例如预设保持电流为0.1安培，增加到0.15安培。调整电磁阀的保持电流之后，如果再次检测燃料电池电磁阀的开闭状态依然为关闭状态时，继续动态增加保持电流。例如，当前的保持电流为0.15安培，增加电磁阀的保持电流到0.18安培。调整保持电流之后，重复检测电磁阀的开闭状态，直至电磁阀的开闭状态为打开，即停止调整保持电流。
图2示出根据本公开另一示例实施例的燃料电池氢气电磁阀的控制方法。
参见图2，在S201中，检测电磁阀下游的氢气压。
根据示例实施例，通过检测所述燃料电池电磁阀下游的氢气压来检测出电磁阀的开闭状态。例如当检测到的氢气压，为9bar。
通过检测压力判定所述电磁阀是否开闭，具有成本低、易获得、安装简便等优点。
在S203中，根据所述检测电磁阀下游的氢气压，判定电磁阀是否处于关闭状态。如果S203判定电磁阀为关闭状态，则由S203转到S205；如果电磁阀为打开状态则转到S201。
如前所述实施例，当检测到电磁阀下游的氢气压为9bar，而氢气压阈值为10bar时，判定电磁阀此时处于关闭状态。
在S205中，本公开所述的控制方法中，在检测所述电磁阀的开闭状态，当所述的开闭状态为关闭状态时，增加所述关闭状态的计数。
根据示例实施例，配置浪涌电流，同时也可配置一个预设保持电流，同时复位电磁阀关闭状态计数。
例如，启动燃料电池之后，配置的浪涌电流为1安培，一个预设保持电流为0.1安培，同时将电磁阀关闭状态调整计数为0次。当燃料电池工作之后，通过电磁阀的电流已为预设的保持电流。随后检测到电磁阀下游的氢气压低于阈值，判定此时电磁阀为关闭状态。则此时的关闭状态计数调整为1。
在S207中，本公开所述控制方法中，当电磁阀处于闭合状态时，保持电流根据闭合状态的计数和保持电流之间预定的函数关系进行调整。其中所述的预设函数关系为：
COTV＝Cinitial holding+t×k；
COTV为电磁阀的保持电流；
Cinitial holding为电磁阀的预设保持电流；
t为电磁阀关闭次数；
k为预定步进值。
例如，根据一些实施例，当启动燃料电池之后，配置的预设保持电流为0.1安培，预设函数关系式中，预设进步值k为0.05。当第一次检测到电磁阀为关闭状态，并将电磁阀的关闭状态计数调整为1。随后将计数1带入函数公式，计算得出应该调整的电磁阀的保持电流为COTV＝Cinitial holding+t×k＝0.1+1×0.05＝0.15安培。随后调整电磁阀上的保持电流为0.15安培，再次检测电磁阀的开闭状态。如果再次检测到的氢气压低于阈值，则判定电磁阀为关闭状态，此时，将计数调整为2。并根据此时的关闭状态计数，计算出应该调整的电磁阀的保持电流为COTV＝Cinitial holding+t×k＝0.1+2×0.05＝0.20安培。调整电磁阀上的保持电流为0.20安培，再次重复检测电磁阀的开闭状态，调整保持电流，以此类推，直至检测到的电磁阀为打开状态。
本公开所述方法中，通过记录电磁阀关闭次数(整数)，可以达到简单、快速准确地调整保持电流的目的，具有高效低成本的优点。
图3示出了本公开另一示例实施例中电磁阀的控制方法。
参见图3，在S301中，通过上述电磁阀的关闭次数与保持电流函数关系得到的现有调整电磁阀的保持电流。
在S303中，将所述现有保持电流与最大保持电流进行比较，如果所述现有保持电流大于最大保持电流，则转至S305停止调整电磁阀的保持电流。
在S305中，为停止调整所述储气罐保持电流。
例如通过函数关系得到的现有保持电流为1.05安培，而制造商提供的最大保持电流为1安培，此时，停止调整保持电流，将通过电磁阀的电流仅设为制造商所提供最大保持电流1安培。
在S303中，将所述现有保持电流与最大保持电流进行比较，如果现有保持电流小于最大保持电流，则转至S307，调整电磁阀的保持电流为通过函数关系获得的保持电流。
在S307中，为继续调整电磁阀的保持电流。
本公开所涉及控制方法中的此项比较机制，可以保证燃料电池处于安全工作状态，放置因电流过大导致电磁阀硬件损坏。
图4示出了根据本公开另一个示例实施例的燃料电池氢气电磁阀的控制方法流程图。
参见图4，在S401中，启动燃料电池。
在S403中，系统确定是否需要打开电磁阀，如果确定需要，则转至S405。如果系统确定暂时不需要打开电磁阀，则返回S401启动燃料电池步骤。
在本实施例中，S403中，系统确定需要打开电磁阀。
在S405中，如前所述，与S103同理，配置的浪涌电流为1安培，同时设置所述电磁阀的预设保持电流，例如0.1安培，并将电磁阀关闭次数设为0次。
在本实施例中，不同于上述实施例的是：增加了浪涌电流通过时间，此处设为1秒钟，并计时，计时的起始时间为0秒。
在S407中，浪涌电流通过电磁阀，并有计时器计时，如果浪涌电流通过时间达到一秒则进行下一步骤，如果没有通过满一秒钟，则系统反馈，继续以浪涌电流大小通过电磁阀。
浪涌电流将电磁阀打开。
在S411中，此时通过电磁阀的电流大小为预设保持电流0.1安培。
在S413中于电磁阀下游处检测氢气压。在本实施例中，能够保证燃料电池工作的氢气压阈值为10bar，如果检测的氢气压大于阈值，判定电磁阀处于打开状态，在S415中，如果系统有其他关闭电磁阀的指令执行，然后重复检测氢气压力即可，不需要调整所述保持电流。
在S417中，本实施例的另外一种情况下，检测的氢气压为5bar，小于阈值。判定电磁阀关闭，同时增加电磁阀关闭计数为1。
同理于S207，根据预设函数关系式，并配置预定进步值k为0.05，计算得到需要调整的储气罐保持电流,0.15安培。
是电磁阀通过的电流增加到0.15安培。
重复检测氢气压力，判定电磁阀是否关闭，在本实施例一种情况下，第21次测定氢气压依旧低于阈值，继续判定电磁阀为关闭状态，此时增加关闭状态计数达到21，根据函数关系，计算得到的调整保持电流为1.05安培，而如前所述，制造商给出的最大保持电流为1安培，根据S411中，调整保持电流与最大保持电流中取最小值，所以，此时通过电磁阀的电流为1安培。
如上所述，通过优化保持电流，可以确保保持电流通过的电磁阀保持打开状态，从而降低电磁阀阀门的散热量，提高燃料电池效率。
下面描述本公开的装置实施例，其可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置实施例中未披露的细节，可参照本公开方法实施例。
图5示出根据一示例实施例的燃料电池氢气电磁阀控制装置的框图。
图5所示装置可以执行前述根据本公开实施例的燃料电池电磁阀的控制方法。参见前面的说明，图5所示的燃料电池电磁阀控制装置可以用于各种燃料电池系统中。
如图5所示，燃料电池电磁阀的控制装置可包括：预设模块510、检测模块520、计数模块530、及调整模块540。参见图5并参照前面的方法描述，预设模块510，用于设置所述电磁阀的预设保持电流。
检测模块520，用于检测所述的电磁阀的开闭状态，并输出检测结果。
计数模块530，用于记录所述电磁阀关闭次数。
调整模块540，用于调整所述电磁阀上的保持电流。
所述装置执行与前面提供的方法类似的功能，其他功能可参见前面的描述，此处不再赘述。
图6示出了根据示例实施例的一种燃料电池系统框图。
下面根据图6来描述根据本公开的这种实施方式的燃料电池系统。图6显示燃料电池仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，燃料电池中氢储存在储气罐601中，并通过螺线管操纵的电磁阀603向燃料电池607提供氢燃料。电磁阀下游设有压力传感器605，以检测氢气压力判定电磁阀开闭状态。并通过控制装置609实现本公开各种示例实施例的电磁阀的控制方法。
该种燃料电池应用于汽车，轮船等交通工具上。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本公开的示例实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种储气罐电磁阀的控制方法，其特征在于，包括：
设置所述电磁阀的保持电流为预设保持电流；
重复检测所述电磁阀的开闭状态，所述检测电磁阀的开闭状态，包括检测所述电磁阀下游的气压；
根据所述开闭状态，调整所述电磁阀的保持电流；
当所述电磁阀处于闭合状态时，所述保持电流根据所述闭合状态的计数和所述保持电流之间预定的函数关系进行调整。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述检测电磁阀下游的气压，包括：
当检测所述电磁阀下游的气压低于阈值时，判定所述电磁阀为关闭状态。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述重复检测所述电磁阀的开闭状态，包括：
当所述开闭状态为关闭状态时，增加所述关闭状态的计数。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在调整电磁阀的保持电流之前，还包括：
将现有电磁阀的保持电流与最大保持电流作比较；
如果所述现有电磁阀的保持电流大于最大保持电流，则停止调整所述电磁阀的保持电流。
5.一种储气罐中电磁阀的控制装置，其特征在于，包括：
预设模块，用于设置所述电磁阀的预设保持电流；
检测模块，用于通过检测所述电磁阀下游的气压来检测所述的电磁阀的开闭状态，并输出检测结果；
调整模块，用于根据所述开闭状态调整所述电磁阀上的保持电流，当所述电磁阀处于闭合状态时，所述保持电流根据所述闭合状态的计数和所述保持电流之间预定的函数关系进行调整。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，还包括：
计数模块，用于记录所述电磁阀关闭次数。
7.一种燃料电池系统，其特征在于，包括
燃料电池；
氢气储气罐，用于储存氢气；
电磁阀，位于氢气储气罐上，用于控制氢气从所述的氢气储气罐流向所述燃料电池；
压力传感器，位于电磁阀的下游，用于检测氢气压；
控制装置，与所述氢气储气罐电磁阀和所述压力传感器信号连接，用于实现如权利要求1-4中任一项所述的控制方法。
8.一种带有燃料电池的交通工具，其特征在于，包括：
如权利要求7所述的燃料电池系统或如权利要求5所述的电磁阀的控制装置。
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