CN114212003B - 燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统及方法，包括所述车辆端子系统包括燃料电池控制单元、氢气管理单元、车载储氢瓶、红外模块控制器和加氢口总成；所述加氢机端子系统包括加氢枪和加氢机；所述氢气管理单元与燃料电池控制单元连接，所述车载储氢瓶与氢气管理单元连接；所述红外模块控制器分别与燃料电池控制单元、加氢口总成和加氢枪连接；所述加氢口总成与车载储氢瓶相连接；所述加氢枪分别与加氢口总成和燃料电池控制单元相连接；所述加氢机与加氢枪相连接。本发明实现了汽车与加氢枪之间的双向通信和交互控制。

Description

燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统及方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统及方法。
背景技术
传统的燃油车没有储氢系统，因此也就没有汽车和加氢枪的交互控制。而关于具有储氢系统的燃料电池汽车，近年来国内对其加氢过程中与加氢枪之间的交互控制还处于单向通信阶段，主机厂对这部分的控制方法也比较欠缺，目前加氢过程中汽车和加氢枪通信的主流方法为车载红外模块根据整车控制指令将氢瓶压力和温度信号传输给加氢枪，然后加氢枪进行加氢操作，期间燃料电池汽车一直处于单向信息输出状态，无法感知加氢枪的工作情况。这种控制方法单一，只有加氢枪单方面接受信号，汽车不能主动判断加氢过程状态，存在一定的安全隐患。
因此，有必要开发一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统及方法，能实现燃料电池汽车和加氢机之间的双向通信。
第一方面，本发明所述的一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统，包括车辆端子系统和加氢机端子系统；
所述车辆端子系统包括燃料电池控制单元、氢气管理单元、车载储氢瓶、红外模块控制器和加氢口总成；
所述加氢机端子系统包括加氢枪和加氢机；
所述燃料电池控制单元用于判断系统工作模式，在需要进行加氢操作时，发送加氢模式请求给氢气管理单元和红外模块控制器，做好加氢前的整车准备工作，并在加氢过程中实时接收加氢枪端的工作状态参数以进行校核和加氢过程判断；
所述氢气管理单元与燃料电池控制单元连接，用于在接收到燃料电池控制单元发送的加氢模式请求信号后切换氢管理系统工作模式，停止氢气供应，并将采集到的车载储氢瓶温度、压力信息发送给燃料电池控制单元；
所述车载储氢瓶与氢气管理单元连接，受氢气管理单元的控制和监测，用于在加氢工作模式下存储从加氢机端过来的氢气，在正常工作模式下提供氢气以满足燃料电池正常工作的需求；
所述红外模块控制器分别与燃料电池控制单元、加氢口总成和加氢枪连接，用于发送车载储氢瓶状态信息给加氢枪，同时根据燃料电池控制单元的指令控制加氢口总成的打开和关闭；
所述加氢口总成与车载储氢瓶相连接，由红外模块控制器进行控制，在准备加氢时打开，与加氢枪相连实现加氢，在加氢结束后关闭；
所述加氢枪分别与燃料电池控制单元和加氢口总成相连接，接收红外模块控制器发出的车载储氢瓶状态参数并进行加氢参数配置，同时向燃料电池控制单元发送加氢状态参数并为车载储氢瓶加氢；
所述加氢机与加氢枪相连接，用于给加氢枪提供充足的氢气。
可选地，所述车辆端子系统还包括网关、仪表和移动终端。
所述网关与燃料电池控制单元相连，用于接收、转换和传递加氢相关指令、加氢过程信息以及车辆状态信息；
所述仪表与网关相连，用于接收移动终端的加氢指令，显示加氢过程信息，设置加氢操作参数和向移动终端发送加氢过程信息；
所述移动终端与仪表相连，用于向仪表发送加氢相关指令、显示接收到的车辆状态信息和控制整车加氢过程。
第二方面，本发明所述的一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制方法，采用如本发明所述的燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统，其方法包括以下步骤：
步骤S101：燃料电池控制单元发送工作模式请求；
步骤S102：判断燃料电池控制单元发送的工作请求是否为加氢工作请求，如果是，执行加氢准备工作，如果否，继续执行本步骤；
步骤S103：红外模块控制器使能，控制加氢口总成打开；
步骤S104：汽车加氢口总成与加氢枪进行握手连接；
步骤S105：燃料电池控制单元根据收到的加氢枪加氢参数判断加氢口总成是否与加氢枪握手成功，如果成功，进入步骤S106，若不成功，继续执行本步骤；
步骤S106：加氢枪根据接收到的车载储氢瓶状态参数进行加氢参数配置；
步骤S107：加氢枪开始加氢，同时向燃料电池控制单元实时发送加氢参数；
步骤S108：燃料电池控制单元通过红外模块控制器控制加氢枪给车载储氢瓶加氢，并实时进行加氢监控和控制。
可选地，所述加氢准备工作包括：
第一步，通过移动终端或者仪表设置加氢请求，燃料电池控制单元接到加氢请求后，根据汽车当前运行状态发出整车加氢请求信号和握手请求信号；
第二步，氢气管理单元检测到整车加氢请求信号后将氢气系统工作模式切换为加氢工作模式，停止车载储氢瓶中的氢气输出，并将车载储氢瓶状态参数发送给燃料电池控制单元；
第三步，红外模块控制器检测到整车加氢请求信号后使能，并将燃料电池控制单元的握手请求以预设的频率发送给加氢枪。
可选地，所述加氢参数配置包括：
第一步，加氢枪接收到燃料电池控制单元的握手请求并进行握手操作，握手成功后每ams发送一次握手成功的报文给燃料电池控制单元；
第二步，燃料电池控制单元接收到加氢枪握手成功报文后将车载储氢瓶的状态参数通过红外模块控制器发送给加氢枪，所述状态参数包括压力和温度；
第三步，加氢枪接收到车载储氢瓶的状态参数后进行加氢参数配置，加氢参数包括加氢压力和流速，然后按配置好的参数进行加氢操作，同时实时将加氢压力、流速、温度以及加氢时间发送给燃料电池控制单元。
可选地，所述加氢监控和控制包括：
第一步，燃料电池控制单元根据收到的车载储氢瓶状态参数对加氢状态进行校核，判断是否出现禁止加氢故障，若出现，则结束加氢过程，并将故障储存下来；
第二步，燃料电池控制单元对加氢过程进行判断，当接收到加氢枪终止加氢的报文，且预设时间内未收到加氢枪握手成功的报文，则判断加氢过程结束；
第三步，加氢结束后，燃料电池控制单元控制红外模块控制器不使能，同时发送加氢结束信息到仪表和移动终端。
本发明具有以下优点：本发明实现了汽车与加氢枪之间的双向通信和交互控制，在不增加单车成本的情况下，并行增加一套控制方法，有效提高了车辆加氢过程的安全性，且加氢流程简单，能够实现汽车与加氢机之间的快速加氢。
附图说明
图1为本实施例的结构示意图之一；
图2为本实施例的结构示意图之二；
图3为本实施例的控制流程图之一；
图4为本实施例的控制流程图之二；
图中，1-燃料电池控制单元、2-氢气管理单元、3-车载储氢瓶、4-加氢口总成、5-红外模块控制器、6-加氢枪、7-加氢机、8-网关、9-仪表、10-移动终端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例中，一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统，由车辆端子系统和加氢机端子系统组成。车辆端子系统包括燃料电池控制单元1（即FCU）、氢气管理单元2（即HMS）、车载储氢瓶3、加氢口总成4和红外模块控制器5；所述加氢机端子系统包括加氢枪6和加氢机7。
在车辆端子系统中，所述燃料电池控制单元1用于判断系统工作模式，在需要进行加氢操作时，发送加氢模式请求给氢气管理单元2和红外模块控制器5，做好加氢前的整车准备工作，并在加氢过程中实时接收加氢枪6端的工作状态参数，以进行校核和加氢过程判断。
所述氢气管理单元2与燃料电池控制单元1连接，用于在接收到燃料电池控制单元1发送的加氢模式请求信号后切换氢管理系统工作模式，停止氢气供应，并将采集到的车载储氢瓶3温度、压力信息发送给燃料电池控制单元1。
所述车载储氢瓶3与氢气管理单元2连接，受氢气管理单元2的监测和控制，用于在加氢工作模式下存储从加氢机端子系统过来的氢气，在正常工作模式下提供氢气以满足燃料电池正常工作的需求。
所述红外模块控制器5分别与红外模块控制器5分别与燃料电池控制单元1、加氢口总成4和加氢枪6连接，用于发送车载储氢瓶3状态信息给加氢枪6，同时根据燃料电池控制单元1的指令控制加氢口总成4的打开和关闭。
所述加氢口总成4与车载储氢瓶3相连接，由红外模块控制器5进行控制，在准备加氢时打开，与加氢枪6相连实现加氢，在加氢结束后关闭，避免车内氢气泄露，提高系统的安全性。
在加氢机端子系统中，所述加氢枪6分别与燃料电池控制单元1和加氢口总成4相连接，接收红外模块控制器5发出的车载储氢瓶3状态参数并进行加氢参数配置，同时向燃料电池控制单元1发送加氢状态参数并通过加氢口总成4给车载储氢瓶3加氢。所述加氢机7与加氢枪6相连接，用于给加氢枪6提供充足的氢气，确保加氢枪6顺利开展加氢工作。
如图2所示，本实施例中，所述车辆端子系统还包括有网关8、仪表9和移动终端10。其中，网关8与燃料电池控制单元1相连，用于接收、转换和传递加氢相关指令、加氢过程信息以及车辆状态信息；仪表9与网关8相连，用于接收移动终端10的加氢指令，显示加氢过程信息，设置加氢操作参数和向移动终端10发送加氢过程信息；移动终端10与仪表9相连，用于向仪表9发送加氢相关指令、显示接收到的车辆状态信息和控制加氢过程。
本实施例是基于Vehicle to Grid技术，使汽车在在受控状态下实现与加氢枪之间的双向互动和通信，移动终端10与仪表9通过无线技术耦合，驾驶员可通过移动终端10发送相关指令给仪表9，也可以在车内直接对仪表9进行设置，从而实现对整车加氢过程的控制。
如图3所示，本实施例中，一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制方法，采用如本发明所述的燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统，其方法包括以下步骤：
步骤S101：燃料电池控制单元1发送工作模式请求。
步骤S102：判断燃料电池控制单元1发送的工作请求是否为加氢工作请求，如果是，执行加氢准备工作，如果否，继续执行本步骤。
步骤S103：红外模块控制器使能，控制加氢口总成打开。
步骤S104：汽车加氢口总成与加氢枪进行握手连接。
步骤S105：燃料电池控制单元1根据收到的加氢枪加氢参数判断加氢口总成是否与加氢枪握手成功，如果成功，进入步骤S106，若不成功，继续执行本步骤。
步骤S106：加氢枪根据接收到的车载储氢瓶状态参数进行加氢参数配置。
步骤S107：加氢枪开始加氢，同时向燃料电池控制单元1实时发送加氢参数。
步骤S108：燃料电池控制单元1通过红外模块控制加氢枪给车载储氢瓶加氢。
应用本实施例提供的燃料电池汽车与加氢枪双向交互控制方法，当车载储氢瓶中氢气量较低时，燃料电池控制单元1根据车载储氢瓶实际情况，通过红外模块控制器5与加氢枪6进行实时通信，从而实时监测和控制整车加氢过程，使得燃料电池汽车的加氢操作更安全、更可靠。
如图4所示，本实施例中，加氢前的准备包括以下步骤：
第一步，驾驶员通过移动终端10或者仪表设置加氢请求，燃料电池控制单元1接到驾驶员加氢请求后，根据汽车当前运行状态发出整车加氢请求信号和握手请求信号。
第二步，氢气管理单元2检测到整车加氢请求信号后将氢气系统工作模式切换为加氢工作模式，停止车载储氢瓶3中的氢气输出，并将车载储氢瓶3状态参数发送给燃料电池控制单元1。
第三步，红外模块控制器5检测到整车加氢请求信号后使能，并将燃料电池控制单元1的握手请求以预设的频率（比如：100ms/次）发送给加氢枪6。
如图4所示，本实施例中，加氢参数配置包括以下步骤：
第一步，加氢枪6接收到燃料电池控制单元1的握手请求并进行握手操作，握手成功后每ams（比如：100ms）发送一次握手成功的报文给燃料电池控制单元1，从而汽车与加氢枪6开始进行双向通讯。
第二步，燃料电池控制单元1接收到加氢枪6握手成功报文后将车载储氢瓶3压力、温度等状态参数通过红外模块控制器5发送给加氢枪6。
第三步，加氢枪6接收到车载储氢瓶3的状态参数后进行加氢压力、流速等加氢参数配置，然后按配置好的参数进行加氢操作，同时实时将加氢压力、流速、温度以及加氢时间等加氢状态信息发送给燃料电池控制单元1。
如图4所示，本实施例中，加氢监测和控制包括以下步骤：
第一步，燃料电池控制单元1根据收到的车载储氢瓶3状态参数对加氢状态进行校核，判断是否出现禁止加氢故障，若出现，则结束加氢过程，并将故障储存下来。
第二步，燃料电池控制单元1对加氢过程进行判断，当接收到加氢枪6终止加氢的报文，且预设时间内未收到加氢枪握手成功的报文，则判断加氢过程结束。
第三步，加氢结束后，燃料电池控制单元1控制红外模块控制器5不使能，同时发送加氢结束信息到仪表9和移动终端10，提醒驾驶员加氢结束。

Claims (5)

1.一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统，其特征在于：包括车辆端子系统和加氢机端子系统；所述车辆端子系统包括燃料电池控制单元（1）、氢气管理单元（2）、车载储氢瓶（3）、加氢口总成（4）和红外模块控制器（5）；所述加氢机端子系统包括加氢枪（6）和加氢机（7）；
所述燃料电池控制单元（1）用于判断系统工作模式，在判断出需要进行加氢操作时，发送加氢模式请求给氢气管理单元（2）和红外模块控制器（5），做好加氢前的整车准备工作，并在加氢过程中实时接收加氢枪（6）端的工作状态参数，以进行校核和加氢过程判断；
所述氢气管理单元（2）与燃料电池控制单元（1）连接，用于在接收到燃料电池控制单元（1）发送的加氢模式请求信号后切换氢管理系统工作模式，停止氢气供应，并将采集到的车载储氢瓶温度、压力信息发送给燃料电池控制单元（1）；
所述车载储氢瓶（3）与氢气管理单元（2）连接，受氢气管理单元（2）的监测和控制，用于在加氢工作模式下存储从加氢机端子系统过来的氢气，在正常工作模式下提供氢气以满足燃料电池正常工作的需求；
所述红外模块控制器（5）分别与燃料电池控制单元（1）、加氢口总成（4）和加氢枪（6）连接，用于发送车载储氢瓶（3）状态信息给加氢枪（6），同时根据燃料电池控制单元（1）的指令控制加氢口总成（4）的打开和关闭；
所述加氢口总成（4）与车载储氢瓶（3）相连接，由红外模块控制器（5）进行控制，在准备加氢时打开，与加氢枪（6）相连实现加氢，在加氢结束后关闭；
所述加氢枪（6）分别与燃料电池控制单元（1）和加氢口总成（4）相连接，接收红外模块控制器（5）发出的储氢瓶（3）状态参数并进行加氢参数配置，同时向燃料电池控制单元（1）发送加氢状态参数并通过加氢口总成（4）给储氢瓶（3）加氢；
所述加氢机（7）与加氢枪（6）相连接，用于给加氢枪（6）提供充足的氢气；
其中，加氢准备工作包括：通过移动终端（10）或者仪表（9）设置加氢请求，燃料电池控制单元（1）接到加氢请求后，根据汽车当前运行状态发出整车加氢请求信号和握手请求信号；
加氢参数配置包括：
加氢枪（6）接收到燃料电池控制单元（1）的握手请求并进行握手操作，握手成功后每ams发送一次握手成功的报文给燃料电池控制单元（1）；
燃料电池控制单元（1）接收到加氢枪（6）握手成功报文后将车载储氢瓶（3）的状态参数通过红外模块控制器（5）发送给加氢枪（6），所述状态参数包括压力和温度；
加氢枪（6）接收到车载储氢瓶（3）的状态参数后进行加氢参数配置，加氢参数包括加氢压力和流速，然后按配置好的参数进行加氢操作，同时实时将加氢压力、流速、温度以及加氢时间发送给燃料电池控制单元（1）。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统，其特征在于：还包括有网关（8）、仪表（9）和移动终端（10）；
所述网关（8）与燃料电池控制单元（1）相连，用于接收、转换和传递加氢相关指令、加氢过程信息以及车辆状态信息；
所述仪表（9）与网关（8）相连，用于接收移动终端（10）的加氢指令，显示加氢过程信息，设置加氢操作参数和向移动终端（10）发送加氢过程信息；
所述移动终端（10）与仪表（9）相连，用于向仪表（9）发送加氢相关指令、显示接收到的车辆状态信息和控制加氢过程。
3.一种燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制方法，其特征在于：采用如权利要求1或2所述的燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制系统，其方法包括以下步骤：
步骤S101：燃料电池控制单元（1）发送工作模式请求；
步骤S102：判断燃料电池控制单元（1）发送的工作请求是否为加氢工作请求，如果是，执行加氢准备工作，如果否，继续执行本步骤；
步骤S103：红外模块控制器（5）使能，控制加氢口总成（4）打开；
步骤S104：汽车加氢口总成（4）与加氢枪（6）进行握手连接；
步骤S105：燃料电池控制单元（1）根据收到的加氢枪（6）加氢参数判断加氢口总成（4）是否与加氢枪（6）握手成功，如果成功，进入步骤S106，若不成功，继续执行本步骤；
步骤S106：加氢枪（6）根据接收到的车载储氢瓶状态参数进行加氢参数配置；
步骤S107：加氢枪（6）开始加氢，同时向燃料电池控制单元（1）实时发送加氢参数；
步骤S108：燃料电池控制单元（1）通过红外模块控制器（5）控制加氢枪（6）给车载储氢瓶（3）加氢，并实时进行加氢监控和控制。
4.根据权利要求3所述的燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制方法，其特征在于：所述加氢准备工作还包括：
氢气管理单元检测到整车加氢请求信号后将氢气系统工作模式切换为加氢工作模式，停止车载储氢瓶（3）中的氢气输出，并将车载储氢瓶（3）状态参数发送给燃料电池控制单元（1）；
红外模块控制器（5）检测到整车加氢请求信号后使能，并将燃料电池控制单元（1）的握手请求以预设的频率发送给加氢枪（6）。
5.根据权利要求4所述的燃料电池汽车与加氢枪之间的双向交互控制方法，其特征在于：所述加氢监控和控制包括：
第一步，燃料电池控制单元（1）根据收到的车载储氢瓶（3）状态参数对加氢状态进行校核，判断是否出现禁止加氢故障，若出现，则结束加氢过程，并将故障储存下来；
第二步，燃料电池控制单元（1）对加氢过程进行判断，当接收到加氢枪（6）终止加氢的报文，且预设时间内未收到加氢枪（6）握手成功的报文，则判断加氢过程结束；
第三步，加氢结束后，燃料电池控制单元（1）控制红外模块控制器（5）不使能，同时发送加氢结束信息到仪表（9）和移动终端（10）。
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