一种氢管理系统及其氢气瓶阀状态检测方法与流程

1.本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种氢管理系统及其氢气瓶阀状态检测方法。


背景技术：

2.随着国家新能源战略的实施，氢燃料电池汽车也越来越普及。目前，氢燃料电池汽车中主要通过氢管理系统(hydrogen management system，hms)控制氢气瓶阀的通断，实现氢气的充放，并检测其压力，温度及泄露等参数，以实现合理利用氢气及保证氢气安全。
3.现有的氢管理系统由氢气瓶提供氢气，系统中一般由4个或8个等不等个数的氢气瓶并联使用，每个氢气瓶都安装有相应的氢气瓶阀。但是，为了节省成本，并不是每个氢气瓶都装有压力传感器，而是多个氢气瓶共用一个压力传感器。当多个氢气瓶共用同一个压力传感器的情况下，氢管理系统无法检测出各个氢气瓶阀是否出现卡滞或者无法打开。


技术实现要素：

4.对此，本技术提供一种氢管理系统及其氢气瓶阀状态检测方法，能够在多个氢气瓶共用一个压力传感器的情况下，检测出各个氢气瓶阀是否出现卡滞或者无法打开的问题。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.本技术第一方面公开了一种氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法，应用于所述氢管理系统中的控制器，所述方法包括：
7.确定出所述氢管理系统的有效储氢体积；其中，所述有效储氢体积为所述氢管理系统中各个氢气瓶实际能够存储氢气的总有效体积；
8.判断所述氢管理系统的总储氢体积与所述有效储氢体积是否满足预设储氢故障条件；
9.若判断结果为是，则判定出所述氢管理系统中所述氢气瓶阀存在故障。
10.可选地，上述的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法中，所述确定出所述氢管理系统的有效储氢体积，包括：
11.确定出加注氢气前所述氢管理系统内剩余的第一氢气剩余量；
12.在结束氢气加注后，获取所述氢管理系统的实际氢气加注量，并确定出加注氢气后所述氢管理系统内剩余的第二氢气剩余量；其中，所述氢气剩余量为所述氢管理系统中各个所述氢气瓶中剩余氢气的总量；
13.基于所述第一氢气剩余量、所述实际氢气加注量及所述第二氢气剩余量，计算得到所述氢管理系统的有效储氢体积。
14.可选地，上述的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法中，所述确定出所述氢管理系统的有效储氢体积，包括：
15.确定出驾驶循环开始前所述氢管理系统内剩余的第三氢气剩余量；
16.在驾驶循环结束后，获取所述氢管理系统的实际氢气消耗量，并确定出驾驶循环结束后所述氢管理系统内剩余的第四氢气剩余量；其中，所述氢气剩余量为所述氢管理系统中各个所述氢气瓶中剩余氢气的总量；
17.基于所述第三氢气剩余量、所述实际氢气消耗量及所述第四氢气剩余量，计算得到所述氢管理系统的有效储氢体积。
18.可选地，上述的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法中，判断所述氢管理系统的总储氢体积与所述有效储氢体积是否满足预设储氢故障条件，包括：
19.确定出所述总储氢体积与所述有效储氢体积的差值；
20.判断所述差值与所述氢管理系统中单个所述氢气瓶的体积之间的比值是否大于预设故障阈值；
21.若判断结果为是，则判定出所述氢管理系统的总储氢体积与所述有效储氢体积满足预设储氢故障条件；
22.若判断结果为否，则判定出所述氢管理系统的总储氢体积与所述有效储氢体积不满足预设储氢故障条件。
23.可选地，上述的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法中，在判断所述氢管理系统的总储氢体积与所述有效储氢体积是否满足预设储氢故障条件之后，若判断结果为否，则还包括：
24.判定出所述氢管理系统中所述氢气瓶阀不存在故障。
25.可选地，上述的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法中，在判定出所述氢管理系统中所述氢气瓶的瓶阀存在故障之后，还包括：
26.生成故障告警；其中，所述故障告警用于提示检修所述氢气瓶阀。
27.本技术第二方面公开了一种氢管理系统，包括：加氢模块、供氢模块、控制器及氢气瓶组；
28.其中，所述氢气瓶组包括n个氢气瓶；n为正整数；
29.各个所述氢气瓶设置有相应的氢气瓶阀及温度传感器；
30.各个所述氢气瓶并联，共用同一个压力传感器；
31.所述控制器分别与所述温度传感器及所述压力传感器相连，用于实现如权利要求1-6任一项所述的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法。
32.可选地，上述的氢管理系统中，n为4。
33.可选地，上述的氢管理系统中，n为8。
34.可选地，上述的氢管理系统中，所述加氢模块用于通过加注口为各个所述氢气瓶加注氢气；
35.所述供氢模块用于将氢气进行减压后，供给用氢设备。
36.基于上述本发明提供的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法，应用于氢管理系统中的控制器，该方法在确定出氢管理系统的有效储氢体积之后；其中，有效储氢体积为氢管理系统中各个氢气瓶实际能够存储氢气的总有效体积；判断氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积是否满足预设储氢故障条件；若判断结果为是，则判定出氢管理系统中氢气瓶的瓶阀存在故障，也即本技术能够在多个瓶阀共用一个压力传感器的情况下，通过比较氢管理系统的有效储氢体积与总储氢体积是否满足预设储氢故障条件，确定出氢管理系统中
氢气瓶阀是否存在故障，解决了多个氢气瓶阀共用一个压力传感器的情况下，无法检测出各个氢气瓶阀是否出现卡滞或者无法打开的问题。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
38.图1为本技术实施例提供的一种氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法的流程图；
39.图2和图3为本技术实施例提供的两种确定氢管理系统的有效储氢体积的流程图；
40.图4为本技术实施例提供的一种判断是否满足预设储氢故障条件的流程图；
41.图5至图7为本技术实施例提供的另三种氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法的流程图；
42.图8和图9为本技术实施例提供的两种氢管理系统的结构示意图。
具体实施方式
43.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，本领域普通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。
44.本技术实施例提供一种氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法，能够在多个氢气瓶共用一个压力传感器的情况下，检测出各个氢气瓶阀是否出现卡滞或者无法打开的问题。
45.该氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法可以应用于氢管理系统中的控制器，请参见图1，该方法可以包括如下步骤：
46.s100、确定出氢管理系统的有效储氢体积。
47.其中，有效储氢体积为氢管理系统中各个氢气瓶实际能够存储氢气的总有效体积。
48.实际应用中，可以通加注氢气前后氢管理系统内剩余的氢气剩余量计算得到有效储氢体积，也可以通过驾驶循环开始前结束后消耗的氢气量计算得到有效储氢体积；当然，并不仅限于此，还可以通过其他现有的方式，确定出氢管理系统的有效储氢体积，本技术对确定有效储氢体积的具体方式不作具体限定，无论采用何种方式，均属于本技术的保护范围。
49.实际应用中，若通过加注氢气前后氢管理系统内剩余的氢气剩余量计算得到有效储氢体积，则执行步骤s100、确定出氢管理系统的有效储氢体积的具体过程可如图2所示，可以包括如下步骤：
50.s200、确定出加注氢气前氢管理系统内剩余的第一氢气剩余量。
51.其中，氢气剩余量为氢管理系统中各个氢气瓶中剩余氢气的总量。
52.实际应用中，氢管理系统内剩余氢气量的计算公式可以如下：
[0053][0054]
p＝-0.0027(ρ)2+0.75ρ+0.5789；
[0055]
m＝ρv；
[0056]
其中，p为氢气瓶当前的压力测量值，单位可以为mpa；t为氢气瓶的温度测量值，单位可以为℃；v表示氢气瓶容积；288表示15℃环境下对应的卡尔文温度，0.0027、0.75及0.5789分别表示拟合曲线所得到的公式的系数。
[0057]
若加注氢气前，氢管理系统内各个氢气瓶的压力测量值为p0，温度测量值为t0，氢气瓶容积为v0，加注氢气前氢管理系统内剩余的第一氢气剩余量m0可通过下式计算得到：
[0058][0059]
s202、在结束氢气加注后，获取氢管理系统的实际氢气加注量，并确定出加注氢气后氢管理系统内剩余的第二氢气剩余量。
[0060]
若结束氢气加注后，氢管理系统内各个氢气瓶的压力测量值为p1，温度测量值为t1，氢气瓶容积为v1，加注氢气后氢管理系统内剩余的第二氢气剩余量m1可通过下式计算得到：
[0061][0062]
根据第一氢气剩余量m0和第二氢气剩余量m1进行计算，可以得到氢气加注量m
inj
。其中，m
inj
＝m
1-m0。
[0063]
实际应用中，氢管理系统的实际氢气加注量m
injrea
可以通过加氢站的加氢设备获取到。其中，可以通过司机与整车仪表盘配合，从整车仪表盘读取到本次实际氢气加注量，然后将实际氢气加注量m
injrea
传输给控制器；或者，在控制器预先增设编码开关，通过编码开关将实际氢气加注量m
injrea
传输给控制器。
[0064]
s204、基于第一氢气剩余量、实际氢气加注量及第二氢气剩余量，计算得到氢管理系统的有效储氢体积。
[0065]
其中，m
inj
＝m
injreal
＝m
1-m0，由于压力测量值为p0，温度测量值t0，压力测量值为p1，温度测量值t1，均为控制器通过传感器可测得的已知参数，实际氢气加注量m
injrea
也可以通过整车仪表盘或输入获得，代入以下公式(1)至(4)可求解得到氢管理系统的有效储氢体积v
real1
。
[0066]minj
＝m
injreal
——公式(1)；
[0067]minj
＝m
1-m0——公式(2)；
[0068][0069][0070]
若通过驾驶循环开始前结束后消耗的氢气量计算得到有效储氢体积，则执行步骤
s100、确定出氢管理系统的有效储氢体积的具体过程可如图3所示，可以包括如下步骤：
[0071]
s300、确定出驾驶循环开始前氢管理系统内剩余的第三氢气剩余量。
[0072]
其中，氢气剩余量为氢管理系统中各个氢气瓶中剩余氢气的总量。
[0073]
若驾驶循环开始前，氢管理系统内各个氢气瓶的压力测量值为p3，温度测量值为t3，驾驶循环前氢管理系统内剩余的第三氢气剩余量m3可通过下式计算得到：
[0074][0075]
s302、在驾驶循环结束后，获取氢管理系统的实际氢气消耗量，并确定出驾驶循环结束后氢管理系统内剩余的第四氢气剩余量。
[0076]
若驾驶循环结束后，氢管理系统内各个氢气瓶的压力测量值为p4，温度测量值为t4，驾驶循环结束后氢管理系统内剩余的第四氢气剩余量m4可通过下式计算得到：
[0077][0078]
实际应用中，氢管理系统的实际氢气消耗量m
consun
，可以通过用氢设备进行统计计算得到。其中，可以将计算得到的实际氢气消耗量m
consun
通过can协议报文传递给控制器。
[0079]
s304、基于第三氢气剩余量、实际氢气消耗量及第四氢气剩余量，计算得到氢管理系统的有效储氢体积。
[0080]
其中，m
inj
＝m
consum
＝m
3-m4，由于压力测量值为p3，温度测量值t3，压力测量值为p4，温度测量值t4，均为控制器通过传感器可测得的已知参数，实际氢气消耗量m
consun
也可以通过用氢设备进行统计计算得到，代入以下公式(5)至(8)可求解得到氢管理系统的有效储氢体积v
real2
。
[0081]minj
＝m
consum
——公式(5)；
[0082]minj
＝m
3-m4——公式(6)；
[0083][0084][0085]
需要说明的是，实际应用中，在根据驾驶循环开始前结束后的氢气剩余量及实际氢气消耗量确定出氢管理系统的有效储氢体积之前，还可以先判断实际氢气消耗量是否超过预设阈值；当判断出实际氢气消耗量超过预设阈值之后，再根据驾驶循环开始前结束后的氢气剩余量级实际氢气消耗量确定出氢管理系统的有效储氢体积。
[0086]
其中，判断实际氢气消耗量是否超过预设阈值的目的是为了防止氢气消耗量过低情况下，计算误差精度不够，测量和计算误差大于实际氢气消耗量时的误判。
[0087]
需要说明的是，计算氢管理系统的有效储氢体积所使用的温度测量值可以是氢管理系统中某个氢气瓶上温度传感器所测得的温度测量值，也可以是氢管理系统中各个氢气瓶上温度传感器所测得温度测量值的平均值；实际应用中，也可以每个氢气瓶单独计算。
[0088]
s102、判断氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积是否满足预设储氢故障条
件。
[0089]
其中，氢管理系统的总储氢体积是氢管理系统中各个储氢瓶的总体积。假设氢管理系统中单个氢气瓶体积为v
one
，氢气瓶数为n，则氢管理系统中的总储氢体积为vn＝n
×vone
。
[0090]
需要说明的是，单个氢气瓶体积和氢气瓶数n均可以通过预先标定的方式获得，也可以通过现有其他方式测量后获得，本技术不作具体限定，均属于本技术的保护范围。
[0091]
实际应用中，执行步骤s102、判断氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积是否满足预设储氢故障条件的具体过程可如图4所示，可以包括如下步骤：
[0092]
s400、确定出总储氢体积与有效储氢体积的差值。
[0093]
其中，可以将总储氢体积减去有效储氢体积，得到两者的差值。
[0094]
s402、判断差值与氢管理系统中单个氢气瓶的体积之间的比值是否大于预设故障阈值。
[0095]
其中，预设故障值可以为百分比的数值，代表一个氢气瓶体积的百分之多少。例如，可取值为50％，也即在有效储氢体积比总储氢体积小半个氢气瓶以上，可认为氢管理系统中某个氢气瓶阀存在故障，反之则认为氢管理系统中氢气瓶阀不存在故障。
[0096]
需要说明的是，预设故障值还可以为60％、80％、100％、120％等等数值，视具体应用环境和用户需求确定即可，本技术对其不作具体限定，均属于本技术的保护范围。
[0097]
若判断结果为是，则执行步骤s404；若判断结果为否，则执行步骤s406。
[0098]
s404、判定出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积满足预设储氢故障条件。
[0099]
能够理解的是，假设总储氢体积为vn，有效储氢体积为v
real
，单个氢气瓶体积为v
one
，预设故障值为fac
thre
，在满足(v
n-v
real
)/v
one
》fac
thre
，则判定出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积满足预设储氢故障条件。
[0100]
s406、判定出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积不满足预设储氢故障条件。
[0101]
能够理解的是，假设总储氢体积为vn，有效储氢体积为v
real
，单个氢气瓶体积为v
one
，预设故障值为fac
thre
，在满足(v
n-v
real
)/v
one
≤fac
thre
，则判定出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积不满足预设储氢故障条件。
[0102]
除上述方式外，实际应用中还可以判断总储氢体积与有效储氢体积的差值是否大于预设值的方式，判断出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积是否满足预设储氢故障条件。其中，预设值的具体取值可视具有应用环境和用户需求确定，本技术不作具体限定，均属于本技术的保护范围。
[0103]
若判断结果为是，也即判断出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积满足预设储氢故障条件，则执行步骤s104。
[0104]
s104、判定出氢管理系统中氢气瓶阀存在故障。
[0105]
实际应用中，当判断出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积满足预设储氢故障条件之后，说明氢管理系统中某个氢气瓶阀存在故障，故障阀所在氢气瓶无法正常的存储氢气和释放氢气。
[0106]
基于上述，本实施例提供的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法，应用于氢管理系统中的控制器，该方法在确定出氢管理系统的有效储氢体积之后；其中，有效储氢体积为
氢管理系统中各个氢气瓶实际能够存储氢气的总有效体积；判断氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积是否满足预设储氢故障条件；若判断结果为是，则判定出氢管理系统中氢气瓶的瓶阀存在故障，也即本技术能够在多个氢气瓶阀共用一个压力传感器的情况下，通过比较氢管理系统的有效储氢体积与总储氢体积是否满足预设储氢故障条件，确定出氢管理系统中氢气瓶阀是否存在故障，解决了多个氢气瓶共用一个压力传感器的情况下，无法检测出各个氢气瓶阀是否出现卡滞或者无法打开的问题。
[0107]
此外，本技术提供的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法能够利用氢管理系统中现有的传感器配置检测氢气瓶阀是否故障，无需额外增设传感器，不仅提高系统稳定性，还节约了成本。
[0108]
可选地，本技术提供的另一实施例，在执行步骤s102、判断氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积是否满足预设储氢故障条件之后，若判断结果为否，也即判断出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积不满足预设储氢故障条件，请参见图5，该方法还可以包括：
[0109]
s500、判定出氢管理系统中氢气瓶阀不存在故障。
[0110]
实际应用中，当判断出氢管理系统的总储氢体积与有效储氢体积不满足预设储氢故障条件之后，可以说明氢管理系统中氢气瓶阀不存在故障。
[0111]
可选地，本技术提供的另一实施例，在执行步骤s104、判定出氢管理系统中氢气瓶阀存在故障之后，请参见图6，该方法还可以包括：
[0112]
s600、生成故障告警。
[0113]
其中，故障告警用于提示检修氢气瓶阀。
[0114]
实际应用中，当判定出氢管理系统中氢气瓶阀存在故障之后，可以生成故障告警，以提示驾驶员对氢气瓶阀进行检修。
[0115]
需要说明的是，实际应用中还可以根据依据氢气加注量计算出的有效储氢体积和依据驾驶循环消耗量计算出的有效储氢体积进行比较判定的结果，综合评估氢管理系统中氢气瓶阀的故障状态。
[0116]
其中，若依据氢气加注量计算出的有效储氢体积进行判定，和依据氢气加注量计算出的有效储氢体积进行判定的结果均为故障，则可以确认出氢管理系统中某一个氢气瓶阀或者多个氢气瓶阀存在问题，生成故障告警提醒驾驶员必须检修。
[0117]
若依据氢气加注量计算出的有效储氢体积进行判定，和依据氢气加注量计算出的有效储氢体积进行判定的结果中存在一个判断结果为未故障，则可以确认出氢管理系统中氢气瓶阀可能存在故障，但是故障程度还不够严重，可以生成告警提醒驾驶员在有条件的情况下进行检查。
[0118]
若依据氢气加注量计算出的有效储氢体积进行判定，和依据氢气加注量计算出的有效储氢体积进行判定的结果均为未故障，则可以确认出氢管理系统中的氢气瓶阀不存在故障问题，可以正常使用。
[0119]
实际应用中，执行依据氢气加注量计算出的有效储氢体积和依据驾驶循环消耗量计算出的有效储氢体积进行比较判定的先后顺序可视具体应用环境和用户需求确定，可以先执行依据驾驶循环消耗量计算出的有效储氢体积，后在执行依据氢气加注量计算出的有效储氢体积进行比较判定；也可以先执行依据氢气加注量计算出的有效储氢体积进行比较
判定，后再执行依据驾驶循环消耗量计算出的有效储氢体积进行比较判定，也即图7示出的情况。
[0120]
结合上述实施例提供的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法，本技术另一实施例还提供了一种氢管理系统，结合图8和图9，该氢管理系统可以包括：加氢模块、供氢模块、控制器(图中未示出)及氢气瓶组；
[0121]
其中，氢气瓶组包括n个氢气瓶；n为正整数；
[0122]
各个氢气瓶设置有相应的氢气瓶阀及温度传感器；
[0123]
各个氢气瓶并联，共用同一个压力传感器；
[0124]
控制器分别与温度传感器及压力传感器相连，用于实现如上述任一实施例所述的氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法。
[0125]
实际应用中，n可以为4(也即图8示出的情况)，也可以为8；当然，并不仅限于此，还可以视具体应用环境和用户需求确定，本技术对n的具体取值不作限定，均属于本技术的保护范围。
[0126]
实际应用中，加氢模块用于通过加氢口为各个氢气瓶加注氢气。其中，如图9所示，该加氢模块可以包括：过滤器fil、压力表pg、加注口fr。
[0127]
供氢模块用于将氢气进行减压后，供给用氢设备。其中，如图9所示，该供氢模块可以包括：过滤器fil、减压器、压力传感器ptl、针阀nv、安全阀prv、低压电磁阀、手动球阀等。
[0128]
需要说明的是，关于氢管理系统的氢气瓶阀状态检测方法的相关说明，可以参见图1至图7对应的实施例，此处不再赘述。
[0129]
还需要说明的是，关于氢管理系统还可以参见现有技术，本技术也不再一一赘述。
[0130]
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0131]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0132]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0133]
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。