一种车辆氢气低压管路的压力保持装置、方法及电动汽车

技术领域

本发明涉及燃料电池整车技术领域，尤其涉及一种车辆氢气低压管路的压力保持装置、方法及电动汽车。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，燃料电池汽车凭借零排放、长续航、加氢快等优势，开始进入产业化初期，解决氢气在燃料电池汽车各使用环节中的安全问题已经成为当务之急，车载氢系统和燃料电池之间的氢气供给，主要由车载氢系统控制器根据燃料电池的运行需求进行控制，通过控制瓶口组合阀以及减压阀等实现氢气的供给与通断；燃料电池系统氢气进气端设置有电磁阀，作为燃料电池系统切断氢气的控制装置，车载氢系统瓶口阀关闭后，高压管路残留有高压氢气，由于现有减压阀以及氢气的特性，高压管路中残留的高压氢气会从减压阀的高压侧向低压侧泄露渗透，若车辆长时间停放或燃料电池系统长时间不运行，随着氢气渗透量的积累，减压阀和燃料电池系统之间的低压管路中的氢气压力会逐渐增大，并达到燃料电池控制器的报警阈值，引发管压高报警；由于氢气低压管路连接的一致性，随着燃料车辆长时间的停放或不运行，部分车辆减压阀后端氢气低压管路也会存在一定程度的氢气泄漏现象，进而引发管压低报警。

目前，在车载氢系统至燃料电池系统之间的低压氢气供给管路，引起管压高或低的报警时，会触发燃料电池系统的保护机制，无法启动燃料电池系统，只能现场手动进行排气泄压消除故障，故障消除后燃料电池才能正常启动运行，极其不便，因此亟待设计出一种可以保持燃料电池车辆氢气低压管路压力不变的装置及方法。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种车辆氢气低压管路的压力保持装置、方法及电动汽车，用以解决车辆氢气低压管路因管压高或管压低导致燃料电池不能正常启动的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种车辆氢气低压管路的压力保持装置，包括车载氢系统控制器、燃料电池系统控制器、氢气压力传感器、氢气排气阀和高压储氢瓶的瓶口阀；

所述氢气压力传感器用于对车辆氢气低压管路的氢气压力进行监测，并将监测得到的管路压力数值通过所述车载氢系统控制器传输至所述燃料电池系统控制器；

所述燃料电池系统控制器用于接收所述管路压力数值，并当所述管路压力数值小于预设压力最小阈值时，生成增压信号，当所述管路压力数据大于预设压力最大阈值时，生成减压信号；

所述车载氢系统控制器用于接收所述增压信号，并控制所述瓶口阀开启直至所述管路压力数值达到预设压力目标阈值；

所述燃料电池系统控制器还用于基于所述减压信号控制所述氢气排气阀开启直至所述管路压力数值达到所述预设压力目标阈值。

可选的，所述燃料电池系统控制器具体用于根据所述管路压力数值和所述预设压力目标阈值控制所述氢气排气阀的开度和开启时间。

可选的，还包括设置在所述车辆氢气低压管路的氢气入口端的减压阀；

所述减压阀用于将输入所述车辆氢气低压管路的氢气压力值调整至所述预设压力目标阈值。

可选的，还包括用于将氢气输送至车辆外部的排气管道；

其中，所述排气管道的入口与所述车辆氢气低压管路的出口通过所述氢气排气阀连接，所述氢气排气阀用于控制所述排气管道与所述车辆氢气低压管路之间的通断。

进一步的，本发明还提供一种车辆氢气低压管路的压力保持方法，应用于上述的车辆氢气低压管路的压力保持装置，包括：

采用氢气压力传感器对车辆氢气低压管路的氢气压力进行实时监测，得到管路压力数值；

对所述管路压力数值进行判断，在所述管路压力数值小于预设压力最小阈值时，通过车载氢系统控制器控制瓶口阀开启直至所述管路压力数值达到预设压力目标阈值；

在所述管路压力数值大于预设压力最大阈值时，通过燃料电池系统控制器控制氢气排气阀开启直至所述管路压力数值达到所述预设压力目标阈值。

可选的，所述采用氢气压力传感器对车辆氢气低压管路的氢气压力进行实时监测，得到管路压力数值之后，还包括：

根据所述管路压力数值和所述预设压力目标阈值进行计算，得到氢气排出量或氢气输入量；

获取开度计算模型和所述管路压力数值对应的排出时间或输入时间；

在所述管路压力数值小于预设压力最小阈值时，将所述氢气输入量和所述输入时间输入所述开度计算模型，得到瓶口阀开度值；

在所述管路压力数值大于预设压力最大阈值时，将所述氢气排出量和所述排出时间输入所述开度计算模型，得到氢气排气阀开度值。

可选的，所述对所述管路压力数值进行判断，在所述管路压力数值小于预设压力最小阈值时，通过车载氢系统控制器控制瓶口阀开启直至所述管路压力数值达到预设压力目标阈值，包括：

对所述管路压力数值进行判断，在所述管路压力数值小于所述预设压力最小阈值时，通过所述车载氢系统控制器控制所述瓶口阀以所述瓶口阀开度值开启；

在所述管路压力数值达到所述预设压力目标阈值时，控制所述瓶口阀关闭。

可选的，所述在所述管路压力数值大于预设压力最大阈值时，通过燃料电池系统控制器控制氢气排气阀开启直至所述管路压力数值达到所述预设压力目标阈值，包括：

在所述管路压力数值大于所述预设压力最大阈值时，通过所述燃料电池系统控制器控制所述氢气排气阀以所述氢气排气阀开度值开启；

在所述管路压力数值达到所述预设压力目标阈值时，控制所述氢气排气阀关闭。

可选的，所述采用氢气压力传感器对车辆氢气低压管路的氢气压力进行实时监测，得到管路压力数值之前，还包括：

获取所述氢气排气阀和所述瓶口阀对应的阀门特性；

根据所述阀门特性对所述氢气排气阀和所述瓶口阀进行标定测试，得到所述氢气排气阀和所述瓶口阀各自对应开度与氢气排量之间的时间关系式；

根据所述时间关系式构建所述开度计算模型。

进一步地，本发明还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括上述的车辆氢气低压管路的压力保持装置。

本发明的有益效果是：本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持装置包括车载氢系统控制器、燃料电池系统控制器、氢气压力传感器、氢气排气阀和高压储氢瓶的瓶口阀；通过氢气压力传感器对车辆氢气低压管路的氢气压力进行监测，并将监测得到的管路压力数值通过车载氢系统控制器传输至燃料电池系统控制器，采用燃料电池系统控制器接收管路压力数值，并当管路压力数值小于预设压力最小阈值时，生成增压信号，当管路压力数据大于预设压力最大阈值时，生成减压信号，基于车载氢系统控制器接收所述增压信号，并控制瓶口阀开启直至管路压力数值达到预设压力目标阈值，燃料电池系统控制器还基于减压信号控制氢气排气阀开启直至管路压力数值达到预设压力目标阈值，本发明通过对瓶口阀和氢气排气阀进行控制，根据低压管路内的氢气压力值进行压力调节，使低压管路内的氢气的压力值始终维持在车辆燃料电池需要的压力范围内，保证了车辆燃料电池的正常启动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持方法一实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持方法中步骤S201之后一实施例的流程示意图；

图4为本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持方法中步骤S201之前一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供了一种车辆氢气低压管路的压力保持装置、方法及电动汽车，以下分别进行说明。

图1为本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持装置一实施例的结构示意图，如图1所示，其包括车载氢系统控制器11、燃料电池系统控制器12、氢气压力传感器13、氢气排气阀14和高压储氢瓶16的瓶口阀15；

氢气压力传感器13用于对车辆氢气低压管路的氢气压力进行监测，并将监测得到的管路压力数值通过车载氢系统控制器11传输至燃料电池系统控制器12；

燃料电池系统控制器12用于接收管路压力数值，并当管路压力数值小于预设压力最小阈值时，生成增压信号，当管路压力数据大于预设压力最大阈值时，生成减压信号；

车载氢系统控制器11用于接收增压信号，并控制瓶口阀15开启直至管路压力数值达到预设压力目标阈值；

燃料电池系统控制器12还用于基于减压信号控制氢气排气阀14开启直至管路压力数值达到预设压力目标阈值。

需要说明的是，在本发明实施例中，车辆的燃料电池系统一般都存在故障保护机制，在车辆氢气低压管路中的氢气压力过高或过低时，都会触发该故障保护机制，导致燃料电池被静止启动，以免对燃料电池系统造成损伤，因此在该故障保护机制触发时，需要采用本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持装置来消除该故障；由于车辆一般都会配备的车载氢系统控制器11、燃料电池系统控制器12和高压储氢瓶16的瓶口阀15，因此仅需加装氢气传感器和氢气排气阀14即可实现本装置，成本低廉；若车辆的车载氢系统控制器11和燃料电池系统控制器12不便借用，也可自行加装控制器对瓶口阀15和氢气排气阀14进行控制。

可以理解的是，在本发明实施例中，该车辆氢气低压管路的氢气输入端还包括安全阀18，用于对车辆氢气低压管路进行安全防护，燃料电池系统的氢气输入端也设置有电池阀19，用于在燃料电池启动工作时开启，为燃料电池系统输送氢气；该车载氢系统控制器11是对车辆的氢气供应进行控制的系统，可以控制高压储氢瓶16的开启与闭合，实现对高压储氢瓶16的压力进行监测以及根据车辆需求输送氢气等功能；该燃料电池系统控制器12主要用于对车辆的燃料电池进行相应控制，车载氢系统控制器11和燃料电池系统控制器12均只需要低压电即可正常工作，而仅上低压电时，整车及燃料电池不具备运行条件，在此状态下进行故障判断和处理，不会影响燃料电池系统的运行；车载氢系统控制器11和燃料电池系统控制器12又处于同一CAN网络，在整车上低压电状态下，氢气压力传感器13可以将车辆氢气低压管路中的氢气压力值(即管路压力数值)传输至车载氢系统控制器11，车载氢系统控制器11再通过CAN网络将该氢气压力值传输至燃料电池系统控制器12，在车辆氢气低压管路中的氢气压力过低时(即在管路压力数值小于预设压力最小阈值时)燃料电池系统控制器12生成增压信号，车载氢系统控制器11响应该增压信号，控制瓶口阀15开启，向车辆氢气低压管路中输送氢气，以提升管路中的氢气压力，解除车辆氢气低压管路的低压故障；在车辆氢气低压管路中的氢气压力过高时(即在管路压力数值大于预设压力最大阈值时),燃料电池系统控制器12生成减压信号，燃料电池系统控制器12自身根据该减压信号控制氢气排气阀14开启，向外部排出氢气，以降低管路中的氢气压力，解除车辆氢气低压管路的高压故障；预设压力最小阈值、预设压力最大阈值和预设压力目标阈值均可根据燃料电池所需氢气压力值进行确定，从而保证车辆氢气低压管路内的氢气压力均在燃料电池所需氢气压力范围内，确保燃料电池可以正常启动和运行。

与现有技术相比，本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持装置包括车载氢系统控制器11、燃料电池系统控制器12、氢气压力传感器13、氢气排气阀14和高压储氢瓶16的瓶口阀15；通过氢气压力传感器13对车辆氢气低压管路的氢气压力进行监测，并将监测得到的管路压力数值通过车载氢系统控制器11传输至燃料电池系统控制器12，采用燃料电池系统控制器12接收管路压力数值，并当管路压力数值小于预设压力最小阈值时，生成增压信号，当管路压力数据大于预设压力最大阈值时，生成减压信号，基于车载氢系统控制器11接收所述增压信号，并控制瓶口阀15开启直至管路压力数值达到预设压力目标阈值，燃料电池系统控制器12还基于减压信号控制氢气排气阀14开启直至管路压力数值达到预设压力目标阈值，本发明通过对瓶口阀15和氢气排气阀14进行控制，根据低压管路内的氢气压力值进行压力调节，使低压管路内的氢气的压力值始终维持在车辆燃料电池需要的压力范围内，保证了车辆燃料电池的正常启动，解决了车辆氢气低压管路因管压高或管压低导致燃料电池不能正常启动的技术问题。

在本发明一些实施例中，燃料电池系统控制器12具体用于根据管路压力数值和预设压力目标阈值控制氢气排气阀14的开度和开启时间。

可以理解的是，在本发明实施例中，可以在车载氢系统控制器11和燃料电池系统控制器12中设置氢气体积计算程序，根据管路压力数值和预设压力目标阈值进行计算，得到需要排出的氢气体积，再根据氢气体积确定氢气排气阀14需要开启的开度以及时间，实现氢气的精准排放，使车辆氢气低压管路内的氢气压力可以精准的维持在燃料电池所需目标压力范围内，进而使得燃料电池可以更好地工作。

应当理解的是，在本发明实施例中，还可以通过实际氢气排放测试，确定氢气排放至预设压力目标阈值时，氢气排气阀14的开度和时间与管路压力数值之间的关系，进而列出氢气排气阀14开度和时间与管路压力数值的对应关系表，燃料电池系统在获取到管路压力数值时可根据查表法确定氢气排气阀14的开度和开启时间。

需要说明的是，在本发明实施例中，氢气压力值(即管路压力数值)为唯一判断标准，即只要氢气压力值达到预设压力目标阈值，即使氢气排气阀14的开启时间未达到设置的开启时间，也关闭氢气排气阀14；若氢气压力值未达到预设压力目标阈值，即使氢气排气阀14的开启时间超过了设置的开启时间，也保持氢气排气阀14的开启；氢气排气阀14的开度和开启时间的设置，只是为了让车辆氢气低压管路内的氢气可以以适当的速度排出，既不伤害设备，又能较快的排除高压故障，但保持车辆氢气低压管路的氢气压力稳定的才是本发明的最终目的，其优先级最高。

在本发明一些实施例中，还包括设置在车辆氢气低压管路的氢气入口端的减压阀17；

减压阀17用于将输入车辆氢气低压管路的氢气压力值调整至预设压力目标阈值。

需要说明的是，在本发明实施例中，由于车载的高压储氢瓶16中的氢气压力都比较高，而燃料电池实际需要的氢气压力比较低，因此需要减压阀17对输入车辆氢气低压管路的氢气进行降压，使高压储氢瓶16输入车辆氢气低压管路的氢气压力在目标压力范围内。

可以理解的是，在本发明实施例中，氢气压力传感器13设置在减压阀17的后端且位于车辆氢气低压管路内部，氢气压力传感器13与车载氢系统控制器11电连接，减压阀17后端的氢气是直接输送至燃料电池进行使用的，因此将氢气压力传感器13设置在减压阀17后端，监测的氢气压力值是最可靠的数值，而车载氢系统控制器11一般均会采用氢气压力传感器13对高压储氢瓶16的氢气压力以及氢气高压管路的氢气压力进行检测，本身便存在氢气压力传感器13的传输接口，因此将车辆氢气低压管路内部的氢气压力传感器13与车载氢系统控制器11电连接，是最方便简易的方法。

在本发明一些实施例中，还包括用于将氢气输送至车辆外部的排气管道；

其中，排气管道的入口与车辆氢气低压管路的出口通过氢气排气阀14连接，由氢气排气阀14控制排气管道与车辆氢气低压管路之间的通断。

需要说明的是，在本发明实施例中，由于排除的氢气存在一定压力，且氢气是易燃易爆气体，因此不能随意在车辆内部排出，需要采用合适排气管道将氢气排出至车辆外部，而氢气排气阀14可设置在车辆氢气低压管路的末端，即氢气输入燃料电池的端口，以便燃料电池系统控制器12对氢气排气阀14进行控制。

图2为本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持方法一实施例的流程示意图，参照图2，本发明还提出一种车辆氢气低压管路的压力保持方法，应用于车辆氢气低压管路的压力保持装置，包括：

S201、采用氢气压力传感器对车辆氢气低压管路的氢气压力进行实时监测，得到管路压力数值；

S202、对管路压力数值进行判断，在管路压力数值小于预设压力最小阈值时，通过车载氢系统控制器控制瓶口阀开启直至管路压力数值达到预设压力目标阈值；

S203、在管路压力数值大于预设压力最大阈值时，通过燃料电池系统控制器控制氢气排气阀开启直至管路压力数值达到预设压力目标阈值。

需要说明的是，在本发明实施例中，在整车上电后，氢气压力传感器监测到的车辆氢气低压管路的管路压力数值会实时上传至车载氢系统控制，再由车载氢系统控制器将该管路压力数值通过CAN网络传输至燃料电池系统控制器，以使燃料电池控制系统对该管路压力数值进行判断，在该管路压力数值大于预设压力最大阈值时，燃料电池系统控制器会控制氢气排气阀开启，排出氢气，降低管路压力至预设压力目标阈值，在该管路压力值小于预设压力最小阈值时，燃料电池系统控制器则会通过CAN网络发送升压指令至车载氢系统控制器，以使车载氢系统控制器控制高压储氢瓶的瓶口阀开启，向管路内输入氢气，提升管路内的压力至预设压力目标阈值，使管路内的压力值始终维持在预设压力目标阈值附近。

图3为本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持方法中步骤S201之后一实施例的流程示意图，如图3所示，在本发明一些实施例中，步骤S201之后，还包括：

S301、根据管路压力数值和预设压力目标阈值进行计算，得到氢气排出量或氢气输入量；

S302、获取开度计算模型和管路压力数值对应的排出时间或输入时间；

S303、在管路压力数值小于预设压力最小阈值时，将氢气输入量和输入时间输入开度计算模型，得到瓶口阀开度值；

S304、在管路压力数值大于预设压力最大阈值时，将氢气排出量和排出时间输入开度计算模型，得到氢气排气阀开度值。

可以理解的是，在本发明实施例中，该氢气排出量是指氢气低压管路压力过高时需要排出的氢气的流量，该氢气输入量是指氢气低压管路压力过低时需要输入管路的氢气的流量，可通过监测的管路压力数值和预设压力目标阈值进行计算得到，该开度计算模型是用于计算瓶口阀和氢气排气阀对应开度的模型，排出时间是指氢气排气阀理想的开启时间，该输入时间是指瓶口阀理想的开启时间；在该氢气低压管路内的压力值过高时，可将氢气排出量和排出时间输入该开度计算模型进行计算，得到氢气排气阀开度值；在该氢气低压管路内的压力值过低时，可将氢气输入量和输入时间输入该开度计算模型进行计算，得到瓶口阀开度值。

在本发明一些实施例中，步骤S202包括：

对管路压力数值进行判断，在管路压力数值小于预设压力最小阈值时，通过车载氢系统控制器控制瓶口阀以瓶口阀开度值开启；

在管路压力数值达到预设压力目标阈值时，控制瓶口阀关闭。

在本发明一些实施例中，步骤S203包括：

在管路压力数值大于预设压力最大阈值时，通过燃料电池系统控制器控制氢气排气阀以氢气排气阀开度值开启；

在管路压力数值达到预设压力目标阈值时，控制氢气排气阀关闭。

图4为本发明提供的车辆氢气低压管路的压力保持方法中步骤S201之前一实施例的流程示意图，如图4所示，在本发明一些实施例中，步骤S201之前，还包括：

S401、获取氢气排气阀和瓶口阀对应的阀门特性；

S402、根据阀门特性对氢气排气阀和瓶口阀进行标定测试，得到氢气排气阀和瓶口阀各自对应开度与氢气排量之间的时间关系式；

S403、根据时间关系式构建开度计算模型。

可以理解的是，在本发明实施例中，可以预先对瓶口阀和氢气排气阀进行标定测试，确定瓶口阀开度与氢气排量对应的时间关系式，即在氢气排量一定的情况下，将瓶口阀的开度逐步增大，以不同的开度值输入相同排量的氢气至氢气低压管路内，并记录各个开度对应的时间，得到瓶口阀开度与氢气排量之间的时间关系式，同理对氢气排气阀进行相同的测试，仅将输入氢气替换为排出氢气低压管路内的氢气，即可得到氢气排气阀开度与氢气排量之间的时间关系式，通过该时间关系式即可构建开度计算模型，该开度计算模型可在已知开启时间和氢气排量的情况下计算出相应的开度值。

应当理解的是，本发明提供的一种车辆氢气低压管路的压力保持方法的其他具体实施例可参照上述的车辆氢气低压管路的压力保持装置的实施例，在此不做赘述。

进一步的，本发明还提供一种电动汽车，该电动汽车包括上述的车辆氢气低压管路的压力保持装置，该电动汽车的具体实施例可参照上述的车辆氢气低压管路的压力保持装置的实施例，在此不做赘述。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。