一种燃料电池汽车加氢控制方法、FCCU控制器及汽车

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池汽车加氢控制方法及FCCU控制器。

背景技术

燃料电池汽车是利用氢气作为“燃料”，目前通常采用高压气瓶储氢的方式，外部机构对高压气瓶补给燃料时，通过加氢机向燃料电池汽车内部的高压气瓶输入氢气，加氢机的常用压力范围是35Mpa和70Mpa。由于加氢机对高压气瓶的加氢补能时间通常可以在5分钟内完成，正因为这个特点，各种以氢能为基础的动力系统成为了研究热点。

氢燃料电池汽车加氢过程是最基本的环节，由于氢气性质及其活跃，目前的高压气瓶储氢及管路传送过程会存在泄露的可能性。因此，保证燃料电池汽车在氢气补能过程中的安全，监测补能过程的状态，实现加氢机的加氢压力切换可控，对于主动保护系统及整车系统的正常运行具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池汽车加氢控制方法及FCCU控制器，用于解决现有技术中在加氢过程中无法对车辆的燃料电池加氢系统进行状态监测，以及无法实现对加氢过程中的加氢压力进行可控切换的问题。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种燃料电池汽车加氢控制方法，包括：

在接收到加氢请求时，进行加氢请求有效性判断；

若加氢请求有效，对车辆的燃料电池加氢系统进行状态检测；

若车辆的燃料电池加氢系统状态满足加氢要求，则确定外部供氢装置的初始加氢压力，并开启加氢；

加氢过程中，判断是否存在加氢异常；

若存在加氢异常，则进行加氢异常推送，并进一步判断是否需要调整外部供氢装置的加氢压力；

若需要调整加氢压力，则向外部供氢装置发出包含有目标加氢压力的调整请求，使外部供氢装置调整对车辆的燃料电池加氢系统的加氢压力。

优选地，加氢请求来源于用户向车辆下发，基于整车车速进行加氢请求有效性判断；

若整车车速小于或等于预设车速，认定加氢请求有效；

若整车车速在预定时长内均大于预设车速，认定加氢请求无效。

优选地，对燃料电池系统进行状态检测的步骤包括：

对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测；

判断氢泄漏量是否小于预设的最大允许泄漏量；

若氢泄漏量小于预设的最大允许泄漏量，则对车辆的燃料电池加氢系统进行自检；

若自检通过，则确定车辆的燃料电池加氢系统状态满足加氢要求；

若自检不通过，则确定车辆的燃料电池加氢系统状态不满足加氢要求。

优选地，判断是否存在加氢异常是通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的高压压力传感器和中压压力传感器所采集到的压力的差值变化率确定；

若高压压力传感器和中压压力传感器各自对应的持续m个差值变化率的导数均不为零，则确定加氢异常；一个差值变化率为一个压力传感器在相邻两个时刻的压力差值与相邻两个时刻的时间差值的比值，压力差值为相邻两个时刻中上一采集时刻的压力与下一采集时刻的压力的差值。

优选地，判断是否需要调整外部供氢装置的加氢压力的步骤包括：

对车辆的燃料电池加氢系统进行实时氢泄露量检测；

通过将所检测到的实时氢泄漏量和加氢压力的预定对应关系查表，确定实时氢泄漏量对应的加氢压力；

若所检测到的实时氢泄露量对应的加氢压力不再为初始加氢压力，则确定需要调整外部供氢装置的加氢压力，并将实时氢泄漏量此时对应的加氢压力确定为目标加氢压力。

优选地，所述方法还包括：

通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的高压压力传感器和中压压力传感器所采集到的压力的差值确定是否开始加氢；

若高压压力传感器和中压压力传感器各自对应的持续n个压力差值均大于第一预设差值，则确定外部供氢装置开始对车辆的燃料电池加氢系统加氢；一个压力差值为一个压力传感器在相邻两个时刻中下一采集时刻的压力与上一采集时刻的压力的差值；

在确定开始加氢后，推送开始加氢的提示信息。

优选地，所述方法还包括：

通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的高压压力传感器所采集到的真实压力与外部供氢装置的当前加氢压力的大小关系确定是否停止加氢；

若高压压力传感器所采集到的真实压力小于外部供氢装置的当前加氢压力且差值的绝对值超过第二预设差值，则确定停止加氢；

在确定停止加氢后，推送停止加氢的提示信息。

优选地，对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测是通过在车辆的燃料电池加氢系统的一个或多个预设位置分别进行氢泄漏量检测。

本发明还提供了一种FCCU控制器，包括：

第一判断模块，用于在接收到加氢请求时，进行加氢请求有效性判断；

状态检测模块，用于若加氢请求有效，对车辆的燃料电池加氢系统进行状态检测；

加氢模块，用于若车辆的燃料电池加氢系统状态满足加氢要求，则确定外部供氢装置的初始加氢压力，并开启加氢；

氢泄露检测模块，用于加氢过程中，对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测；

第二判断模块，用于基于所检测到的氢泄露量，判断是否存在加氢异常；

第三判断模块，用于若存在加氢异常，则进行加氢异常推送，并进一步判断是否需要调整外部供氢装置的加氢压力；

调整模块，用于若需要调整加氢压力，则向外部供氢装置发出包含有目标加氢压力的调整请求，使外部供氢装置调整对车辆的燃料电池加氢系统的加氢压力。

优选地，第一判断模块中，加氢请求来源于用户向车辆下发，基于整车车速进行加氢请求有效性判断；

若整车车速小于或等于预设车速，认定加氢请求有效；

若整车车速在预定时长内均大于预设车速，认定加氢请求无效。

优选地，状态检测模块包括：

第一检测单元，用于对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测；

判断单元，用于判断氢泄漏量是否小于预设的最大允许泄漏量；

自检单元，用于若氢泄漏量小于预设的最大允许泄漏量，则对车辆的燃料电池加氢系统进行自检；

第一确定单元，用于若自检通过，则确定车辆的燃料电池加氢系统状态满足加氢要求；

第二确定单元，用于若自检不通过，则确定车辆的燃料电池加氢系统状态不满足加氢要求。

优选地，第二判断模块中，判断是否存在加氢异常是通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的高压压力传感器和中压压力传感器所采集到的压力的差值变化率确定；

若持续m个差值变化率的导数均不为零，则确定加氢异常；一个差值变化率为一个压力传感器在相邻两个时刻的压力差值与相邻两个时刻的时间差值的比值，压力差值为相邻两个时刻中上一采集时刻的压力与下一采集时刻的压力的差值。

优选地，第三判断模块包括：

第二检测单元，用于对车辆的燃料电池加氢系统进行实时氢泄露量检测；

第三确定单元，用于通过将所检测到的实时氢泄漏量和加氢压力的预定对应关系查表，确定实时氢泄漏量对应的加氢压力；

第四确定单元，用于若所检测到的实时氢泄露量对应的加氢压力不再为初始加氢压力，则确定需要调整外部供氢装置的加氢压力，并将实时氢泄漏量此时对应的加氢压力确定为目标加氢压力。

优选地，所述装置还包括：

第四判断模块，用于通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的中压压力传感器所采集到的压力的差值确定是否开始加氢；

第一确定模块，用于若持续n个压力差值均大于第一预设差值，则确定外部供氢装置开始对车辆的燃料电池加氢系统加氢；一个压力差值为中压压力传感器在相邻两个时刻中下一采集时刻的压力与上一采集时刻的压力的差值；

第一推送模块，用于在确定开始加氢后，推送开始加氢的提示信息。

优选地，所述装置还包括：

第五判断模块，用于通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的高压压力传感器所采集到的真实压力与外部供氢装置的当前加氢压力的大小关系确定是否停止加氢；

第二确定模块，用于若高压压力传感器所采集到的真实压力小于外部供氢装置的当前加氢压力且差值的绝对值超过第二预设差值，则确定停止加氢；

第二推送模块，用于在确定停止加氢后，推送停止加氢的提示信息。

优选地，对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测是通过在车辆的燃料电池加氢系统的一个或多个预设位置分别进行氢泄漏量检测。

本发明还提供了一种汽车，包括上述的FCCU控制器。

本发明的有益效果为：

在加氢过程中，能够根据车辆的燃料电池加氢系统中的加氢压力来判断是否出现加氢异常，在加氢异常时根据车辆的燃料电池加氢系统中的实时氢泄漏量来判断外部供氢装置的加氢压力是否需要调整，即可以实现对在加氢过程中对车辆的燃料电池加氢系统进行状态监测；并在确定需要调整时通过实时氢泄漏量来调整外部供氢装置的加氢压力，实现在加氢过程中的加氢压力的调整。

附图说明

图1为本发明实施例提供的加氢控制系统的结构示意图；

图2为本发明提供的加氢控制方法的流程图；

图3为本发明实施例中的FCCU控制器的原理框图；

附图标记：

1-受气头；2-单向阀；3-高压多通道转换装置；4-高压压力传感器；5-入口过滤器；6-手动阀；7-电磁阀；8-止回阀；9-溢流阀；10-热泄压装置；11-温度传感器；12-高压气瓶；13-中压减压阀；14-中压压力传感器；15-燃料电池系统；16-漏氢传感器；17-FCCU控制器。

具体实施方式

下面结合实施例及附图说明对本发明方法做进一步阐述。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式及具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参照图1，本实施例中车辆的燃料电池加氢系统为现有系统，对于组成该系统的各构件之间的连接关系为现有技术。具体来说，受气头1为连接外部供氢装置的初始机构，受气头1上设置附属红外使能模块，红外使能模块主要功能是实现外部供氢装置和FCCU控制器17之间的信息通讯。红外使能模块和外部供氢装置之间的主要通讯信息包含当前物质的物性状态，包括当前流通介质压力信息、温度信息、红外使能模块当前状态信息，包括握手请求信号、使能状态信号。其中，红外使能模块和外部供氢装置之间的通信过程为现有技术。

受气头1后通过氢气专用管路连接单向阀2，确保氢气在高压状态下沿着氢气管路的单向流动；单向阀2后依次通过氢气球专用管路连接高压多通道转换装置3；高压压力传感器4安装在高压多通道转换装置3上，用以监测高压段压力；高压多通道转化装置3能根据高压气瓶12的充放气状态实现开闭，在外部供氢装置提供的氢气介质沿着管路到达高压气瓶12的路径中，高压多通道转换装置3依次连接用以杂质的滤除的入口过滤器5、实现进入高压气瓶12内的氢气介质的截止释放的手动阀6，防止氢气的过压和过冲的止回阀8、溢流阀9和热泄压装置10。

在高压气瓶12处设置有温度传感器11，主要目的是监测氢气充放气过程中的温度变化情况，燃料电池系统16在运行时，高压气瓶12提供的氢气通过中压减压阀13减压向其供应。

在中压减压阀13上还设置有中压压力传感器14用以监测压力的变化，在整个系统中还设置有相应漏氢传感器16，用以监测氢气的泄露量。

本实施例中，上述的该FCCU控制器17分别和受气头1、高压压力传感器4、漏氢传感器16和中压压力传感器14连接。

参照图2，本实施例中，利用上述系统实现燃料电池汽车加氢控制的方法包括：

当FCCU控制器17收到用户通过汽车下发的加氢请求后(S101),FCCU控制器17基于整车车速进行加氢请求有效性判断(S102)，当整车车速小于或等于预设车速时，优选地，此预设车速的阈值为5km/h，认为加氢请求有效；当整车车速大于预设车速内，对此加氢请求内部等待一预定时长，优选地，预定时长的范围为1s-5s；在此预定时长内，当FCCU控制器17判断整车车速小于或等于预设车速，即进行下一步骤，否则输出加氢禁止的指令，并向用户输出加氢禁止的提示信息(S114)。

FCCU控制器17对该加氢请求有效性进行判定完成后，为保证安全性，需要将燃料电池系统15设置为待机状态。在此过程中，漏氢传感器16持续将检测到的车辆的燃料电池加氢系统中的氢泄漏量发送给FCCU控制器17，具体来说，漏氢传感器16主要监测燃料电池系统15周围和特定设置位置的氢泄漏量，优选地，漏氢传感器16安装于燃料电池系统15上和高压气瓶12连接管路中。

FCCU控制器17根据该漏氢传感器16检测到的氢泄漏量来判断车辆当前是否满足加氢条件，其中，在漏氢传感器16检测到的氢泄漏量超过预设的最大允许泄漏量时，则认定车辆的燃料电池加氢系统出现较为严重的氢泄露，此时，不应当为车辆加氢。此时，FCCU控制器17的程序将70Mpa禁止加氢功能标志位和35Mpa禁止加氢功能标志位均置1；在漏氢传感器16检测到的氢泄漏量小于预设的最大允许泄漏量但大于或等于预设的第一运行泄漏量时，FCCU控制器17的程序将70Mpa禁止加氢功能标志位置1；在漏氢传感器16检测到的氢泄漏量小于预设的第一允许泄漏量但大于或等于预设的第二运行泄漏量时，FCCU控制器17的程序将35Mpa禁止加氢功能标志位置1。在在漏氢传感器16检测到的氢泄漏量小于预设的第二运行泄漏量时，FCCU控制器17的程序将70Mpa禁止加氢功能标志位和35Mpa禁止加氢功能标志位均置0。

当FCCU控制器17未检测到70Mpa加氢功能禁止标志位时，表明当前外部供氢装置的最高加氢压力目标为70Mpa；若仅检测到70Mpa加氢功能禁止标志位但未检测到35Mpa加氢功能禁止标志位，则表明当前外部供氢装置的最高加氢压力目标为35Mpa。

当无70Mpa禁止加氢功能标志位时，FCCU控制器17向受气头1中设置的红外使能模块发送握手请求使红外使能模块进行自检，若受气头1的红外使能模块自检无故障，红外使能模块发出以35Mpa作为初始加氢压力的使能信号给外部供氢装置，至此加氢准备过程控制完成。

外部供氢装置在接收到红外使能模块发出的使能信号后，按照该使能信号中所携带的初始加氢压力为车辆的燃料电池加氢系统进行供氢。

其中，FCCU控制器17对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测和进行自检的步骤共同作为在加氢之前对燃料电池系统进行状态检测的步骤S103，该步骤的实施，能够实现对外部供氢装置对车辆的燃料电池加氢系统的初始加氢压力进行确定，以选择合适的加氢压力为车辆的燃料电池加氢系统进行加氢(S104)。

其中，上述的70Mpa禁止加氢功能标志位和35Mpa禁止加氢功能标志位是由FCCU控制器17根据漏氢传感器16的位置数量进行仲裁处理后得出的，例如根据多个漏氢传感器16所检测到的漏氢量的均值，来选择是否满足按照70Mpa或35Mpa的加氢压力为车辆的燃料电池加氢系统进行加氢。

在进入加氢过程后，FCCU控制器17对高压压力传感器4和中压压力传感器14采集到的值进行处理，以判断加氢是否开始，如下公式所示：

Δk＝P(i)-P(i-1)

其中P(i)和P(i-1)表示一个压力传感器的当前压力采集值和上一时刻压力采集值。高压压力传感器4和中压压力传感器14均通过上述公式计算需求的压力差值。

在高压压力传感器4和中压压力传感器14各自对应的持续n个压力差值ΔK均大于第一预设差值时，确定外部供氢装置开始对车辆的燃料电池加氢系统加氢(S105)。

在确定外部供氢装置开始对车辆的燃料电池加氢系统加氢后，FCCU控制器17可以通过车辆的人机交互装置推送提示用户开始加氢的提示信息(S106)。

加氢过程中，通过高压压力传感器4和中压压力传感器14所采集到的压力的差值变化率确定判断是否存在加氢异常(S107)。

具体来说，采用dΔk/dt是否等于0判断是否存在加氢异常。

在高压压力传感器4和中压压力传感器14对应的持续m个dΔk/dt均不为零，则确定加氢异常；反之，则确定加氢不存在异常。

进一步地，FCCU控制器17在判定存在加氢异常后，通过车辆的人机交互装置推送提示用户加氢异常的提示信息(S108)。

在判定加氢异常后，FCCU控制器17基于漏氢传感器16检测到的实时漏氢量来判断是否需要调整外部供氢装置的供氢压力(S109)。

通过将所检测到的实时氢泄漏量和加氢压力的预定对应关系查表，确定实时氢泄漏量对应的加氢压力；若所检测到的实时氢泄露量对应的加氢压力为初始加氢压力，则外部供氢装置按照原有加氢压力进行加氢(S110)；若所检测到的实时氢泄露量对应的加氢压力不再为初始加氢压力，则确定需要调整外部供氢装置的加氢压力，并将实时氢泄漏量此时对应的加氢压力确定为目标加氢压力(S111)。

具体来说，FCCU控制器17通过对漏氢传感器16采集的信号进行仲裁处理，当出现35Mpa加氢功能禁止标志位时，FCCU控制器17对系统输出加氢失败标志位，各子系统调整策略；当无35Mpa加氢功能禁止标志位时但有70Mpa加氢功能禁止标志位时，FCCU控制器17调整目标加氢压力为35Mpa，整个过程完成了对加氢过程中目标加氢压力的合理调整于规划。

FCCU控制器17判断加氢结束则通过目标加氢压力与高压压力传感器4采集到的当前压力的差值进行判断，当差值小于0.1时，则认为加氢结束(S112)，采用以下公式计算：

ΔP＝Pac-Pgoal

其中Pac表示车辆的高压压力传感器4采集到的当前实际压力，Pgoal表示目标加氢压力。

在确定加氢结束后，通过人际交互装置推送加氢结束的提示信息(S113)。

本实施例上述方法，在加氢过程中，能够根据车辆的燃料电池加氢系统中的加氢压力来判断是否出现加氢异常，在加氢异常时根据车辆的燃料电池加氢系统中的实时氢泄漏量来判断外部供氢装置的加氢压力是否需要调整，即可以实现对在加氢过程中对车辆的燃料电池加氢系统进行状态监测；并在确定需要调整时通过实时氢泄漏量来调整外部供氢装置的加氢压力，实现在加氢过程中的加氢压力的调整。并且，FCCU控制器17能够基于氢泄漏量选择最合适的加氢压力，具有主动寻优性。

此外，在加氢过程中，止回阀8、溢流阀9和热泄压装置10等结构能够主动进行过压和过冲保护。

参照图3，本发明还提供了一种FCCU控制器，包括：

第一判断模块201，用于在接收到加氢请求时，进行加氢请求有效性判断；

状态检测模块202，用于若加氢请求有效，对车辆的燃料电池加氢系统进行状态检测；

加氢模块203，用于若车辆的燃料电池加氢系统状态满足加氢要求，则确定外部供氢装置的初始加氢压力，并开启加氢；

氢泄露检测模块204，用于加氢过程中，对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测；

第二判断模块205，用于基于所检测到的氢泄露量，判断是否存在加氢异常；

第三判断模块206，用于若存在加氢异常，则进行加氢异常推送，并进一步判断是否需要调整外部供氢装置的加氢压力；

调整模块207，用于若需要调整加氢压力，则向外部供氢装置发出包含有目标加氢压力的调整请求，使外部供氢装置调整对车辆的燃料电池加氢系统的加氢压力。

优选地，第一判断模块中，加氢请求来源于用户向车辆下发，基于整车车速进行加氢请求有效性判断；

若整车车速小于或等于预设车速，认定加氢请求有效；

若整车车速在预定时长内均大于预设车速，认定加氢请求无效。

优选地，状态检测模块202包括：

第一检测单元，用于对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测；

判断单元，用于判断氢泄漏量是否小于预设的最大允许泄漏量；

自检单元，用于若氢泄漏量小于预设的最大允许泄漏量，则对车辆的燃料电池加氢系统进行自检；

第一确定单元，用于若自检通过，则确定车辆的燃料电池加氢系统状态满足加氢要求；

第二确定单元，用于若自检不通过，则确定车辆的燃料电池加氢系统状态不满足加氢要求。

优选地，第二判断模块205中，判断是否存在加氢异常是通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的高压压力传感器和中压压力传感器所采集到的压力的差值变化率确定；

若高压压力传感器和中压压力传感器各自对应的持续m个差值变化率的导数均不为零，则确定加氢异常；一个差值变化率为一个压力传感器在相邻两个时刻的压力差值与相邻两个时刻的时间差值的比值，压力差值为相邻两个时刻中上一采集时刻的压力与下一采集时刻的压力的差值。

优选地，第三判断模块206包括：

第二检测单元，用于对车辆的燃料电池加氢系统进行实时氢泄露量检测；

第三确定单元，用于通过将所检测到的实时氢泄漏量和加氢压力的预定对应关系查表，确定实时氢泄漏量对应的加氢压力；

第四确定单元，用于若所检测到的实时氢泄露量对应的加氢压力不再为初始加氢压力，则确定需要调整外部供氢装置的加氢压力，并将实时氢泄漏量此时对应的加氢压力确定为目标加氢压力。

优选地，所述装置还包括：

第四判断模块，用于通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的高压压力传感器和中压压力传感器所采集到的压力的差值确定是否开始加氢；

第一确定模块，用于若高压压力传感器和中压压力传感器各自对应的持续n个压力差值均大于第一预设差值，则确定外部供氢装置开始对车辆的燃料电池加氢系统加氢；一个压力差值为一个压力传感器在相邻两个时刻中下一采集时刻的压力与上一采集时刻的压力的差值；

第一推送模块，用于在确定开始加氢后，推送开始加氢的提示信息。

优选地，所述装置还包括：

第五判断模块，用于通过在车辆的燃料电池加氢系统中布置的高压压力传感器所采集到的真实压力与外部供氢装置的当前加氢压力的大小关系确定是否停止加氢；

第二确定模块，用于若高压压力传感器所采集到的真实压力小于外部供氢装置的当前加氢压力且差值的绝对值超过第二预设差值，则确定停止加氢；

第二推送模块，用于在确定停止加氢后，推送停止加氢的提示信息。

优选地，对车辆的燃料电池加氢系统进行氢泄露检测是通过在车辆的燃料电池加氢系统的一个或多个预设位置分别进行氢泄漏量检测。

本实施例上述FCCU控制器，具有与上述方法相同的技术效果。即在加氢过程中，能够根据车辆的燃料电池加氢系统中的加氢压力来判断是否出现加氢异常，在加氢异常时根据车辆的燃料电池加氢系统中的实时氢泄漏量来判断外部供氢装置的加氢压力是否需要调整，即可以实现对在加氢过程中对车辆的燃料电池加氢系统进行状态监测；并在确定需要调整时通过实时氢泄漏量来调整外部供氢装置的加氢压力，实现在加氢过程中的加氢压力的调整。并且，FCCU控制器17能够基于氢泄漏量选择最合适的加氢压力，具有主动寻优性。

本发明还提供了一种汽车，包括上述的FCCU控制器。