阅读说明：本技术 一种燃料电池商用车储氢管理方法 (Fuel cell commercial vehicle hydrogen storage management method ) 是由 乐煜 于文俊 钱韬 刘强 于 2019-08-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种燃料电池商用车储氢管理方法,方法包括：传感器的供电电压采集；并根据所采集的传感器的供电电压判断传感器是否出现故障；采集瓶阀压力值、管路压力值,并根据所采集的压力值,判断压力是否正常；检测瓶阀温度,并根据所采集的瓶阀温度值,判断管道是否出现故障；检测氢气浓度值,并根据所采集的瓶氢气浓度值,判断管道是否出现故障；根据瓶阀温度、氢瓶压力、当前氢气浓度以及任意两个瓶阀之间的温差,确定是否关闭瓶阀；根据管路压力值的大小,执行燃料电池系统关机、依次关闭瓶阀,停机停车。应用本发明实施例,自动进行瓶阀驱动、氢气压力检测,通过控制器能够及时检测在工作时出现的氢气存在过压、过流、欠压问题。(The invention discloses a hydrogen storage management method for a fuel cell commercial vehicle, which comprises the following steps: collecting power supply voltage of a sensor; judging whether the sensor has a fault according to the acquired power supply voltage of the sensor; collecting a cylinder valve pressure value and a pipeline pressure value, and judging whether the pressure is normal or not according to the collected pressure values; detecting the temperature of the cylinder valve, and judging whether the pipeline has a fault or not according to the collected temperature value of the cylinder valve; detecting a hydrogen concentration value, and judging whether the pipeline breaks down or not according to the collected hydrogen concentration value of the bottle; determining whether to close the cylinder valve according to the temperature of the cylinder valve, the pressure of the hydrogen cylinder, the current hydrogen concentration and the temperature difference between any two cylinder valves; and (4) according to the pressure value of the pipeline, executing shutdown of the fuel cell system, closing the cylinder valves in sequence, and stopping the engine. By applying the embodiment of the invention, the cylinder valve driving and the hydrogen pressure detection are automatically carried out, and the problems of overpressure, overcurrent and underpressure of hydrogen during working can be detected in time through the controller.)

一种燃料电池商用车储氢管理方法

技术领域

本发明涉及加氢站安全防护技术领域，尤其涉及一种燃料电池商用车储氢管理方法。

背景技术

与锂电池电动车相比，氢燃料电池车车身自重更轻，能源补给时间大大缩短，从而几乎不受续航里程的限制，解决了锂电池续航里程焦虑和快速补充能源的问题，为真正实现零排放汽车的大规模应用奠定了基础。规划从氢燃料电池的发展技术路线、核心技术攻关、全产业链产业化突破及燃料电池汽车商业化示范等方面指明了发展方向。

氢燃料电池汽车由于使用氢气，氢气具有易燃易爆及氢脆等特性，因此针对储氢控制系统的控制及安全防护要求尤为突出，控制的好坏将直接影响整车的安全。同时由于燃料电池的特性，在工作时如果供给的氢气存在过压、过流、欠压等问题都会直接到影响燃料电池的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池商用车储氢管理方法，旨在自动进行瓶阀驱动、氢气压力检测，通过控制器能够及时检测在工作时出现的氢气存在过压、过流、欠压问题。

为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池商用车储氢管理方法，所述方法包括：

传感器的供电电压采集，其中，所述传感器包括瓶阀温度传感器、管路压力传感器、氢气浓度传感器；

并根据所采集的传感器的供电电压判断传感器是否出现故障，如果是，确定当前故障等级和代码；

采集瓶阀压力值、管路压力值，并根据所采集的压力值，判断压力是否正常，如果是，根据当前压力值确定故障等级和代码；

检测瓶阀温度，并根据所采集的瓶阀温度值，判断管道是否出现故障，如果是，根据当前瓶阀温度值确定故障等级和代码；

检测氢气浓度值，并根据所采集的瓶氢气浓度值，判断管道是否出现故障，如果是，根据当前氢气浓度值确定故障动作；

根据瓶阀温度、氢瓶压力、当前氢气浓度以及任意两个瓶阀之间的温差，确定是否关闭瓶阀；

根据管路压力值的大小，执行燃料电池系统关机、依次关闭瓶阀，停机停车。

一种可选实现方式中，所述根据管路压力值的大小，执行燃料电池系统关机、依次关闭瓶阀，停机停车的步骤，包括：

根据管道压力值，执行：

在中压压力为：中压高于TBDbarg持续5s、或中压低于TBDbarg持续5s、或传感器故障的情况下，执行燃料电池系统关机；

高压压力为：高压超过720barg、或高压小于20barg、或传感器故障时的情况下，执行依次关闭瓶阀，停机停车。

一种可选实现方式中，所述检测氢气浓度值，并根据所采集的瓶氢气浓度值，判断管道是否出现故障，如果是，根据当前氢气浓度值确定故障动作的步骤，包括：

检测氢气浓度值，根据氢气浓度值，执行：在3000ppm＜氢气浓度值＜＝8000ppm持续5s情况下，仪表开始报警；在8000ppm＜氢气浓度值＜＝10000ppm 持续5s的情况下，燃料电池系统关机，关闭瓶阀并停机；在10000ppm＜氢气浓度值持续5s的情况下，关闭瓶阀，停机停车；在传感器故障的情况下，燃料电池系统关机依次关闭瓶阀，停机。

一种可选实现方式中，所述根据瓶阀温度、氢瓶压力、当前氢气浓度以及任意两个瓶阀之间的温差，确定是否关闭瓶阀的步骤，包括：

当任意一个瓶阀产生过温报警、短路时，关闭该瓶阀；

当瓶阀的温度在75℃＜温度＜＝85℃之间时，启动仪表报警，当瓶阀的温度＞85℃时，关闭瓶阀，停机停车，当瓶阀温度温度＜-40℃，关闭瓶阀；当瓶阀传感器故障时，关闭瓶阀；

当任意两个氢瓶之间的温差大于20℃时，启动仪表报警。

一种可选实现方式中，所述方法还包括：

整车控制器VCU通过向氢系统管理单元HMS发送模式请求信号，并接收工作模式选择，其中工作模式分为自动模式、手动模式、维护模式；

其中，自动模式下，整车控制器VCU向氢系统管理单元HMS发送启动指令，氢系统管理单元HMS收到“启动”指令后，满足启动条件后，依次开启瓶阀，开启时间间隔为200ms,并向整车控制器VCU反馈工作模式，同时反馈瓶阀状；

手动模式下，由整车控制器VCU直接控制瓶阀的开启，整车控制器VCU向氢系统管理单元HMS发送氢瓶阀门请求指令，氢系统管理单元HMS收到打开阀门指令后，在满足开启条件下，打开瓶阀，并向整车控制器VCU反馈工作模式，同时反馈瓶阀状态；

维护模式下，由整车控制器VCU直接控制瓶阀的开启，整车控制器VCU向氢系统管理单元HMS发送氢瓶阀门请求指令，氢系统管理单元HMS收到打开阀门指令后，直接打开瓶阀，并向整车控制器VCU反馈工作模式，同时反馈瓶阀状态。

一种可选实现方式中，还包括启动指令的处理：CAN输入处理模块将启动指令的总线值转换为实际物理值；并当有瞬时故障时，启动指令输出为前一周期的值；当整车控制器VCU的CAN消息传输存在确认故障时，启动指令输出预设故障代码；

氢瓶阀门请求的处理包括：CAN输入处理模块将氢瓶阀门请求的总线值转换为实际物理值；当有瞬时故障时，氢瓶阀门请求输出为前一周期的值；当整车控制器VCU的CAN消息传输存在确认故障时，氢瓶阀门请求输出预设故障代码；

氢系统管理单元HMS模式请求的处理包括：CAN输入处理模块将HMS模式请求的总线值转换为实际物理值；当有瞬时故障时，HMS模式请求输出为前一周期的值；当整车控制器VCU的CAN消息传输存在确认故障时，HMS模式请求输出故障代码；

燃料电池工作状态的处理过程包括：CAN输入处理模块将燃料电池工作状态的总线值转换为实际物理值；当有瞬时故障时，燃料电池工作状态输出为前一周期的值；当整车控制器VCU的CAN消息传输存在确认故障时，燃料电池工作状态请求输出为预设故障代码。

应用本发明实施例提供的一种燃料电池商用车储氢管理方法，自动进行瓶阀驱动、氢气压力检测，通过控制器能够及时检测在工作时出现的氢气存在过压、过流、欠压问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的燃料电池商用车储氢管理方法的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明实施例提供了一种燃料电池商用车储氢管理方法，所述方法包括步骤如下：

S101，传感器的供电电压采集，其中，所述传感器包括瓶阀温度传感器、管路压力传感器、氢气浓度传感器；根据所采集的传感器的供电电压判断传感器是否出现故障，如果是，确定当前故障等级和代码。

监测传感器供电电压是否正常，监测的过程中会产生一个瞬时故障和一个确定的故障。供电电压是通过传感器供电电压信号ADC值转换得到，所以监测传感器供电电压信号ADC值效果一样。传感器供电电压信号ADC值范围是 500-530，当然这两个数值是标定量。当下述任一条件满足时，便会出现传感器供电电压瞬时故障：传感器供电电压信号ADC值小于一个阀值；传感器供电电压信号ADC值大于一个阀值；当传感器供电电压瞬时故障连续出现一段时间后，便会出现传感器供电电压确定的故障。

S102，采集瓶阀压力值、管路压力值，并根据所采集的压力值，判断压力是否正常，如果是，根据当前压力值确定故障等级和代码。

BV700瓶阀上所用的线圈具有大约3Ω的低阻抗，它是专为脉冲宽度调制 (PWM)控制而设计的。通过调节线圈电流，以便最大优化性能、降低功耗。目前瓶阀由HMS采用PWM信号控制，当满足瓶阀开启条件后，HMS以2A电流开启瓶阀，当瓶阀开启后，降低电流至维持电流1A。在瓶阀开启后当下述任一条件满足时，便会关闭瓶阀：收到瓶阀关闭指令、瓶阀温度≥85℃、瓶阀温度≤-40℃、氢瓶压力≥72Mpa、氢气浓度≥10000ppm、瓶阀温差≥20℃、CAN通讯丢失故障≥2S。

检测压力信号是否有短路/断路故障；通过判断压力信号当前电压值。计算当前压力；通过公式Y＝kX+b，该公式由传感器厂家提供。

当下述任一条件满足时，便会出现压力信号短路/断路瞬时故障：

压力信号电压值小于一个阀值；

压力信号电压值大于一个阀值。

当下述条件同时满足时，便会出现压力信号短路/断路确定的故障：

压力信号短路/断路瞬时故障连续发生一段时间；

没有发生传感器供电电压瞬时故障；

没有发生传感器供电电压确定的故障；

当没有任何瞬时和确定的故障发生时，压力值与压力电压值之间的转换公式为：P＝(U+offset)*scaling。该公式为压力传感器输出电压特性与实际物理特性之间的关系，具体的scaling、offset参数由传感器厂家提供，不同类型的传感器，那两个参数有所不同。其中P为压力，单位kPa；U为压力信号电压，单位V。

当下述任一条件满足时，当前压力的值等于上一周期压力的值：

传感器供电电压瞬时故障发生；

压力信号短路/断路瞬时故障发生；

当下述任一条件满足时，当前压力的值等于0；

软件运行的第一周期有压力信号短路/断路瞬时故障发生；

压力信号短路/断路确定的故障发生。

S103，检测瓶阀温度，并根据所采集的瓶阀温度值，判断管道是否出现故障，如果是，根据当前瓶阀温度值确定故障等级和代码。

当瓶阀温度信号ADC值转换为瓶阀温度用的是查表，且对查表后的温度值进行了一阶滞后滤波，滤波时间常数为标定量。同时，还能检测瓶阀温度传感器故障。瓶阀温度是通过瓶阀器温度信号ADC值查表得到。对查表得到的温度值进行一阶滤波，滤波时间常数可标定,目前设定为200ms。当下述任一条件满足时，便会出现瓶阀温度传感器故障：瓶阀温度信号ADC值小于一个阀值；瓶阀温度信号ADC值大于一个阀值；当瓶阀温度传感器瞬时故障连续持续一段时候后，便会出现瓶阀温度传感器确定的故障，当发生瓶阀温度传感器确定的故障时，瓶阀温度被覆写0℃。

S104，检测氢气浓度值，并根据所采集的瓶氢气浓度值，判断管道是否出现故障，如果是，根据当前氢气浓度值确定故障动作。

检测浓度信号是否有短路/断路故障；通过判断浓度信号当前占空比值。

计算当前浓度；通过公式Y＝kX+b，该公式由传感器厂家提供。

当下述任一条件满足时，便会出现浓度信号短路/断路瞬时故障：

浓度信号占空比值小于一个阀值；

浓度信号占空比值大于一个阀值；

当下述条件同时满足时，便会出现浓度信号短路/断路确定的故障：

浓度信号短路/断路瞬时故障连续发生一段时间；当没有任何瞬时和确定的故障发生时，浓度值与浓度占空比值之间的转换公式为：C＝(U+offset) *scaling。

该公式为传感器输出电压特性与实际物理特性之间的关系，具体的 scaling、offset参数由传感器厂家提供，不同类型的传感器，那两个参数有所不同。其中C为浓度，单位PPM；U为浓度信号占空比，单位％。

当下述任一条件满足时，当前的值等于上一周期浓度的值：浓度信号短路/ 断路瞬时故障发生。

当下述任一条件满足时，当前压力的值等于10000ppm，软件运行的第一周期有压力信号短路/断路瞬时故障发生；浓度信号短路/断路确定的故障发生。

具体的，检测氢气浓度值，根据氢气浓度值，执行：在3000ppm＜氢气浓度值＜＝8000ppm持续5s情况下，仪表开始报警；在8000ppm＜氢气浓度值＜＝10000ppm持续5s的情况下，燃料电池系统关机，关闭瓶阀并停机；在10000ppm ＜氢气浓度值持续5s的情况下，关闭瓶阀，停机停车；在传感器故障的情况下，燃料电池系统关机依次关闭瓶阀，停机。

根据当前的氢气浓度的大小来控制打开和关闭氢气瓶阀，所以，当氢浓度传感器工作出现故障时，应该尽可能的不释放氢气工作，而给定的10000ppm恰好是浓度最高等级故障值，所以就能保证后面的控制策略能够一直关闭氢气瓶阀。如表1所示。

表1

S105，根据瓶阀温度、氢瓶压力、当前氢气浓度以及任意两个瓶阀之间的温差，确定是否关闭瓶阀。

当任意一个瓶阀产生过温报警、短路时，关闭该瓶阀；

当瓶阀的温度在75℃＜温度＜＝85℃之间时，启动仪表报警，当瓶阀的温度＞85℃时，关闭瓶阀，停机停车，当瓶阀温度温度＜-40℃，关闭瓶阀；当瓶阀传感器故障时，关闭瓶阀；

当任意两个氢瓶之间的温差大于20℃时，启动仪表报警。

示例性的，如表2所示，在包含两个瓶阀的情况下，对瓶阀的温度进行对应操作和故障代码及等级的显示。

表2

S106，根据管路压力值的大小，执行燃料电池系统关机、依次关闭瓶阀，停机停车。

具体的，根据管道压力值，执行如下判断过程：

在中压压力为：中压高于TBDbarg持续5s、或中压低于TBDbarg持续5s、或传感器故障的情况下，执行燃料电池系统关机；

高压压力为：高压超过720barg、或高压小于20barg、或传感器故障时的情况下，执行依次关闭瓶阀，停机停车。示例性的，如表3所示，根据管道压力的不同执行对应的操作，以及显示对应的故障代码和故障等级。

表3

本发明实施例中，步骤S101-步骤S104用于采集当前的传感器工作状态电压，以及各个传感器的值，在采集到以后根据当前的传感器的值进行管道工作状态、瓶阀工作状态和传感器的工作状态的判断，以提高储氢控制的安全性和可靠性。

一种可选实现方式中，所述方法还包括：基于CAN通讯故障进行代码等级和故障分类，如表4所示。

表4

整车控制器VCU通过向氢系统管理单元HMS发送模式请求信号，并接收工作模式选择，其中工作模式分为自动模式、手动模式、维护模式；

其中，自动模式下，整车控制器VCU向氢系统管理单元HMS发送启动指令，氢系统管理单元HMS收到“启动”指令后，满足启动条件后，依次开启瓶阀，开启时间间隔为200ms,并向整车控制器VCU反馈工作模式，同时反馈瓶阀状；

手动模式下，由整车控制器VCU直接控制瓶阀的开启，整车控制器VCU向氢系统管理单元HMS发送氢瓶阀门请求指令，氢系统管理单元HMS收到打开阀门指令后，在满足开启条件下，打开瓶阀，并向整车控制器VCU反馈工作模式，同时反馈瓶阀状态；

维护模式下，由整车控制器VCU直接控制瓶阀的开启，整车控制器VCU向氢系统管理单元HMS发送氢瓶阀门请求指令，氢系统管理单元HMS收到打开阀门指令后，直接打开瓶阀，并向整车控制器VCU反馈工作模式，同时反馈瓶阀状态。

本发明实施例还包括加氢过程的控制，包括：当HMS收到外部加氢信号后， HMS被激活，此时HMS检测氢浓度、氢瓶温度、氢瓶压力是否满足，满足条件后 HMS通过硬线使能信号至红外通讯模块，激活红外模块。

HMS与红外通讯模块进行握手，HMS将协议类型Proto_Type、车辆红外模块系统版本Ver_IRM、氢瓶容量Tank_VolH、车辆加注类型Receptacle_Type发送至红外通讯模块。此时红外模块会返回协议类型Proto_TypeFB、返回车辆红外模块系统版本Ver_IRMFB、返回红外模块系统程序版本Ver_IRSFBH；当握手成功后，当红外通讯模块无故障信息反馈，HMS依次打开瓶阀。

HMS通过加氢指令Fueling_CMD发送“加注”命令至红外通讯模块，同时将加注压力P_TankH及氢瓶温度温度H实时发送至红外通讯模块，加氢机收到指令后执行加氢动作，同时通过加氢状态Fuelling_state反馈“加氢中”；加氢完成后，HMS通过加氢指令Fueling_CMD发送“停止”命令至红外通讯模块，同时关闭瓶阀，同时通过加氢状态Fuelling_state反馈“停止加氢”；当加氢枪拔掉，进入powerlatch延时断电模式，此时断开红外通讯模块使能信号，记录加注次数及故障信息后，进入休眠模式。

一种可选实现方式中，还包括启动指令的处理：CAN输入处理模块将启动指令的总线值转换为实际物理值；并当有瞬时故障时，启动指令输出为前一周期的值；当整车控制器VCU的CAN消息传输存在确认故障时，启动指令输出预设故障代码；

氢瓶阀门请求的处理包括：CAN输入处理模块将氢瓶阀门请求的总线值转换为实际物理值；当有瞬时故障时，氢瓶阀门请求输出为前一周期的值；当整车控制器VCU的CAN消息传输存在确认故障时，氢瓶阀门请求输出预设故障代码；

氢系统管理单元HMS模式请求的处理包括：CAN输入处理模块将HMS模式请求的总线值转换为实际物理值；当有瞬时故障时，HMS模式请求输出为前一周期的值；当整车控制器VCU的CAN消息传输存在确认故障时，HMS模式请求输出故障代码；

燃料电池工作状态的处理过程包括：CAN输入处理模块将燃料电池工作状态的总线值转换为实际物理值；当有瞬时故障时，燃料电池工作状态输出为前一周期的值；当整车控制器VCU的CAN消息传输存在确认故障时，燃料电池工作状态请求输出为预设故障代码。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。