CN207225105U - 燃料电池汽车及其燃料气体保压和置换控制系统 - Google Patents

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李贺
李振山
王永秋
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Abstract

本实用新型涉及燃料电池汽车及其燃料气体保压和置换控制系统,控制系统包括控制信号输出模块,控制模块以及第一驱动模块和第二驱动模块,当需要保压实验时,通过控制信号输出模块输出保压控制信号,那么,控制模块就控制第一驱动模块和第二驱动模块进行相应动作,实现系统的保压控制;当需要将系统中的其他气体置换为燃料气体时,通过控制信号输出模块输出置换控制信号,那么,控制模块就控制第一驱动模块和第二驱动模块进行相应动作,实现系统的置换控制。因此,通过该控制系统能够方便快捷地进行燃料气体的保压和置换控制,保障供气系统的安全可靠运行,进行保证燃料电池汽车的正常运行。

Description

燃料电池汽车及其燃料气体保压和置换控制系统
技术领域
本实用新型涉及燃料电池汽车及其燃料气体保压和置换控制系统,属于燃料电池汽车中燃料气体保压和置换控制技术领域。
背景技术
随着化石能源的存储量越来越少,对于汽车行业来说,其他类型的动力越来越受到重视,其中就有燃料电池。目前,燃料电池汽车的应用越来越广泛,尤其是氢燃料电池汽车。如图1所示,为我公司设计的氢燃料电池汽车的供氢系统的管路连接图,包括至少一个储气瓶管路,所有的储气瓶管路连接一个供气主管路,各储气瓶管路上,且储气瓶的输出端均设置有瓶口组合阀3,包含瓶口电磁阀3(1),供气主管路上设置有一个电磁阀,称为主电磁阀6。该供氢系统中的其他组成部分为:瓶尾PRD1、气瓶2、溢流阀4、过滤器5、减压阀7、球阀8、单向阀9、高压表10和加氢口11,球阀8输出连接燃料电池12。
不管是什么燃料气体的燃料电池汽车,必须确保燃料气体在整个系统运行中不泄漏。就拿氢燃料电池客车来说,必须确保氢气在整个系统运行中不泄漏,因此在新车系统测试前、车辆年检过程或者需要检测的时候均要进行“保压测漏”实验,将不可燃也不助燃的氮气氦气混合气注入进氢系统中进行保压;确定系统不会发生泄漏后,再用氢气把系统中的氮气氦气混合气体予以“置换”,从而才能正式开始整个系统的运行测试或车辆运营。而对整车而言,在未启动燃料电池、车辆发生严重故障或事故时,要求整车切断氢气燃料供应;仅在燃料电池运行过程中或关机吹扫过程中才正常供应氢气。上述氢系统保压、置换与氢气燃料的供应、切断功能,均涉及到瓶口电磁阀和主电磁阀的供电控制问题。由于电磁阀的工作原理是:电磁阀得电,对应电磁阀导通;电磁阀失电,对应电磁阀关断。那么,瓶口电磁阀和主电磁阀的供电情况如表1所示,其中,“√”代表供电,表示电磁阀导通,“×”代表不供电,表示电磁阀关断。
表1
但是,目前并没有针对供氢系统保压和置换方面的控制设备,目前国内氢燃料电池客车尚处于研究、示范运营阶段,如何便捷地解决燃料气体,尤其是氢气的保压、置换过程的电磁阀控制问题迫在眉睫。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种燃料电池汽车及其燃料气体保压和置换控制系统。
本实用新型的方案包括一种燃料电池汽车燃料气体保压和置换控制系统,包括用于输出保压控制信号或置换控制信号的控制信号输出模块,控制模块以及用于驱动设置在储气瓶口的瓶口电磁阀的第一驱动模块和用于驱动设置在供气主管路上的主电磁阀的第二驱动模块,所述控制模块采样连接所述控制信号输出模块,控制连接所述第一驱动模块和第二驱动模块,用于根据保压控制信号或置换控制信号控制所述第一驱动模块和第二驱动模块进行相应动作,实现燃料气体保压或置换。
所述控制信号输出模块为一个翘板开关,所述翘板开关上布置有保压档位、置换档位以及空档位。
所述控制系统还包括用于检测车辆是否处于高压上电状态的状态检测模块,所述控制模块采样连接所述状态检测模块。
所述第一驱动模块包括第一继电器,所述控制模块控制连接所述第一继电器的控制线圈,所述第一继电器的触点串设在所述瓶口电磁阀的供电回路上;所述第二驱动模块包括第二继电器,所述控制模块控制连接所述第二继电器的控制线圈,所述第二继电器的触点串设在所述主电磁阀的供电回路上。
一种燃料电池汽车,包括一种燃料气体保压和置换控制系统,所述控制系统包括用于输出保压控制信号或置换控制信号的控制信号输出模块,控制模块以及用于驱动设置在储气瓶口的瓶口电磁阀的第一驱动模块和用于驱动设置在供气主管路上的主电磁阀的第二驱动模块,所述控制模块采样连接所述控制信号输出模块,控制连接所述第一驱动模块和第二驱动模块,用于根据保压控制信号或置换控制信号控制所述第一驱动模块和第二驱动模块进行相应动作,实现燃料气体保压或置换。
所述控制信号输出模块为一个翘板开关,所述翘板开关上布置有保压档位、置换档位以及空档位。
所述控制系统还包括用于检测车辆是否处于高压上电状态的状态检测模块,所述控制模块采样连接所述状态检测模块。
所述第一驱动模块包括第一继电器,所述控制模块控制连接所述第一继电器的控制线圈,所述第一继电器的触点串设在所述瓶口电磁阀的供电回路上;所述第二驱动模块包括第二继电器,所述控制模块控制连接所述第二继电器的控制线圈,所述第二继电器的触点串设在所述主电磁阀的供电回路上。
本实用新型提供一种燃料气体保压和置换控制系统,其中,控制信号输出模块用于输出保压控制信号或置换控制信号,当需要保压实验时,通过控制信号输出模块输出保压控制信号,那么,控制模块就控制第一驱动模块和第二驱动模块进行相应动作,比如控制瓶口电磁阀关断,主电磁阀导通,实现系统的保压控制;当需要将系统中的其他气体置换为燃料气体时,通过控制信号输出模块输出置换控制信号,那么,控制模块就控制第一驱动模块和第二驱动模块进行相应动作,比如控制瓶口电磁阀和主电磁阀导通,实现系统的置换控制。因此,通过该控制系统能够方便快捷地进行燃料气体的保压和置换控制,保障供气系统的安全可靠运行,进而保证燃料电池汽车的正常运行。
附图说明
图1是氢燃料电池汽车供氢系统管路连接图;
图2是燃料气体保压和置换控制系统整体组成框图;
图3是氢气保压和置换控制系统的一种实施方式的控制原理示意图;
图4是氢气保压和置换控制策略流程图。
具体实施方式
燃料电池汽车实施例
本实施例提供一种燃料电池汽车,该燃料电池汽车中设置有一种燃料气体保压和置换控制系统,用于对车辆进行保压和燃料气体的置换。由于通常情况下,燃料电池中的燃料气体为氢气,所以,本实施例中,燃料电池以氢燃料电池为例。当然,本实用新型提供的燃料气体保压和置换控制系统并不局限于燃料气体的种类,所以,不管什么样的燃料气体,均在本实用新型的保护范围内。
如图2所示,燃料气体保压和置换控制系统主要包括以下部分:控制信号输出模块、控制模块、第一驱动模块和第二驱动模块,控制模块采样连接控制信号输出模块,控制连接第一驱动模块和第二驱动模块,其中:
控制信号输出模块用于输出保压控制信号或置换控制信号,也就是说,该模块能够输出保压控制信号和置换控制信号,通过切换实现输出保压控制信号或者置换控制信号,因此,该模块可以是切换开关或者是选择开关之类的器件,本实施例中,控制信号输出模块为一个翘板开关,该翘板开关有三个档位,分别是保压档位、置换档位以及空档位,通过切换到某一个档位实现输出相应的控制信号,比如:将翘板开关切换到保压档位,翘板开关就会输出保压控制信号。
控制模块是系统的控制核心,通过内部加载的软件程序实现保压和置换的控制。该控制模块可以采用专门设置的控制芯片,也可以采用车辆中本身就存在的控制设备,比如整车控制器。本实施例中,控制模块由整车控制器(HCU)和氢系统控制器(HMS)构成,通过这两个控制器的配合作用实现保压和置换控制。
第一驱动模块的作用是驱动控制设置在储气瓶口的瓶口电磁阀,当供氢系统中储气瓶不止一个时,第一驱动模块能够同时控制所有的瓶口电磁阀,根据控制模块的控制信号来控制瓶口电磁阀的导通或者关断;同理,第二驱动模块的作用是驱动控制设置在供气主管路上的主电磁阀,根据控制模块的控制信号来控制主电磁阀的导通或者关断。
进一步地,系统还包括状态检测模块,用于检测车辆是否处于高压上电状态,控制模块采样连接该状态检测模块。通常情况下,“保压”或“置换”期间车辆不能上高压电,因此,设置该状态检测模块,实时检测车辆的上电状态,当车辆处于上高压状态时,即便利用控制信号输出模块输出保压控制信号或置换控制信号,控制模块也不会控制输出控制电磁阀导通的控制命令,还可以通过车辆中的仪表提示“保压/置换功能无效,请先下高压”;还有就是,当工作人员在保压和置换结束之后忘记将控制信号输出模块恢复至初始状态,即便司机有行车需求,也不能上高压。
因此,基于各组成部分的具体实施方式,本实施例给出控制系统的一种具体结构,如图3所示。
保压/置换翘板开关通过保压、置换信号传输路径,并且通过硬线输出连接HCU。该翘板开关具有如下特点:位于仪表台,便于司机操作;有三个档位(保压、空、置换),保压、置换开关的对外输出管脚电压为0V时有效,悬空时无效。其中,S1是保压信号、S2是置换信号。
HCU、HMS、仪表、车载终端的通讯方式为CAN 2.0B,HCU负责整个系统的信息交互及控制,具体地:实时采集S1、S2信号,总火、On火供电信号,并根据实车状态与HMS进行控制命令交互,同时接收HMS的状态信息和氢瓶口电磁阀、主电磁阀的状态信息,并同步仪表进行车辆状态显示。另外,车载终端负责检测车辆关键数据,对于系统来说,监控的数据涵盖:S1、S2状态,HCU与HMS之间的命令状态信息,氢瓶口电磁阀、主电磁阀的供电状态等。其中,HCU、仪表的供电由总火和On火共同提供,HMS和车载终端的供电由总火供电。
如图3所示,第一驱动模块和第二驱动模块均为电磁阀控制电路,其中,第一驱动模块包括继电器K1,HMS控制连接继电器K1的控制线圈,继电器K1的常开触点串设在氢瓶口电磁阀的供电回路上;第二驱动模块包括继电器K2,HMS控制连接继电器K2的控制线圈,继电器K2的常开触点串设在主电磁阀的供电回路上。继电器K1和K2的控制线圈分别受HMS输出的高边驱动信号C1、C2控制,当继电器K1和K2的触点闭合后,分别为氢瓶口电磁阀和主电磁阀供电,电磁阀导通。另外,氢瓶口电磁阀和主电磁阀的状态信号K1_Ack和K2_Ack还可通过硬线反馈给HMS,高电平有效、悬空无效。
图4为系统的一种控制策略流程图。HCU实时监测车辆保压/置换翘板开关的状态,车辆保压/置换翘板开关未被按下包含以下两种情况:
(1)车辆从保压或置换状态切换到了初始状态,此时HCU给HMS发送初始化状态命令,HMS发送C1=0,C2=0的控制输出,控制继电器K1和K2的触点断开,氢瓶口电磁阀和主电磁阀供电被切断,电磁阀为关断状态,保证车辆安全。
(2)车辆本处于正常运营状态,HMS的控制输出受整车是否启动燃料电池影响,若启动燃料电池,HCU发送供应氢气命令,HMS发送C1=1,C2=1命令,继电器K1和K2的触点闭合,氢瓶口电磁阀和主电磁阀供电正常,电磁阀为导通状态,氢气能正常供应;反之,关闭燃料电池或整车发生严重故障或事故时,HCU发送切断氢气供应命令,HMS发送C1=0,C2=0命令,控制继电器K1和K2的触点断开,氢瓶口电磁阀和主电磁阀供电被切断,电磁阀为关断状态,保证车辆安全。
当车辆保压/置换翘板开关被按下后,HCU会首先判断车辆高压在线状态,高压上电状态下,HCU不会给HMS发送开启电磁阀的命令,同时仪表会提示保压/置换功能无效,请先下高压,以提醒操作者按正确步骤实施;若高压未上电,HCU会根据S1、S2的不同状态,给HMS发送相应命令,HMS根据收到的命令,输出不同的控制信号。HMS根据收到不同命令而执行相应控制输出,收到保压命令后,控制输出C1=0,C2=1;收到置换命令后,控制输出C1=1,C2=1;HMS实时向HCU反馈K1_Ack、K2_Ack状态。另外,HCU同时实时监测司机驾驶行为,若HMS状态是保压或置换,即使司机有上高压的操作,HCU控制整车禁止上高压,以保证车辆安全。
另外,HCU在执行系统检测及控制的过程中,实时将状态信息通过CAN发送到车载终端,车载终端可进行历史信息查询。当车辆不能正常进行保压、置换时,可以通过分析后台监控数据,定位问题点,进而快速解决。
系统结构简单,设计合理,改善了传统的操作方法造成的软硬件资源及人力资源的浪费问题,且提高了操作过程中人员的人身安全,实用性更强。
燃料气体保压和置换控制系统实施例
本实施例提供一种燃料气体保压和置换控制系统,该系统可以单独保护,由于在上述汽车实施例中已对该控制系统进行了详细地描述,本实施例就不再具体说明。

Claims (8)

1.一种燃料电池汽车燃料气体保压和置换控制系统,其特征在于,包括用于输出保压控制信号或置换控制信号的控制信号输出模块,控制模块以及用于驱动设置在储气瓶口的瓶口电磁阀的第一驱动模块和用于驱动设置在供气主管路上的主电磁阀的第二驱动模块,所述控制模块采样连接所述控制信号输出模块,控制连接所述第一驱动模块和第二驱动模块,用于根据保压控制信号或置换控制信号控制所述第一驱动模块和第二驱动模块进行相应动作,实现燃料气体保压或置换。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车燃料气体保压和置换控制系统,其特征在于,所述控制信号输出模块为一个翘板开关,所述翘板开关上布置有保压档位、置换档位以及空档位。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池汽车燃料气体保压和置换控制系统,其特征在于,所述控制系统还包括用于检测车辆是否处于高压上电状态的状态检测模块,所述控制模块采样连接所述状态检测模块。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池汽车燃料气体保压和置换控制系统,其特征在于,所述第一驱动模块包括第一继电器,所述控制模块控制连接所述第一继电器的控制线圈,所述第一继电器的触点串设在所述瓶口电磁阀的供电回路上;所述第二驱动模块包括第二继电器,所述控制模块控制连接所述第二继电器的控制线圈,所述第二继电器的触点串设在所述主电磁阀的供电回路上。
5.一种燃料电池汽车,其特征在于,包括一种燃料气体保压和置换控制系统,所述控制系统包括用于输出保压控制信号或置换控制信号的控制信号输出模块,控制模块以及用于驱动设置在储气瓶口的瓶口电磁阀的第一驱动模块和用于驱动设置在供气主管路上的主电磁阀的第二驱动模块,所述控制模块采样连接所述控制信号输出模块,控制连接所述第一驱动模块和第二驱动模块,用于根据保压控制信号或置换控制信号控制所述第一驱动模块和第二驱动模块进行相应动作,实现燃料气体保压或置换。
6.根据权利要求5所述的燃料电池汽车,其特征在于,所述控制信号输出模块为一个翘板开关,所述翘板开关上布置有保压档位、置换档位以及空档位。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池汽车,其特征在于,所述控制系统还包括用于检测车辆是否处于高压上电状态的状态检测模块,所述控制模块采样连接所述状态检测模块。
8.根据权利要求5或6所述的燃料电池汽车,其特征在于,所述第一驱动模块包括第一继电器,所述控制模块控制连接所述第一继电器的控制线圈,所述第一继电器的触点串设在所述瓶口电磁阀的供电回路上;所述第二驱动模块包括第二继电器,所述控制模块控制连接所述第二继电器的控制线圈,所述第二继电器的触点串设在所述主电磁阀的供电回路上。
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