一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的装置及其控制方法与流程

本发明涉及车载供氢系统氢气泄露检测领域，尤其涉及到一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的控制方法。

背景技术：

1、燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车，车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得的高含氢重整气。其中，氢气作为氢燃料电池汽车的燃料，由于其密度小、扩散能力强，所以极易发生泄漏，而且氢气具有易燃、易爆等特性，因此氢气泄漏的检测是保证燃料电池汽车安全运营的关键步骤。

2、现有技术中在燃料电池汽车上布置氢气浓度传感器构成的氢气泄露检测系统进行氢气泄漏检测。其中氢气浓度传感器安装在燃料电池汽车的驾驶舱内，其通过信号连接线连接控制器，控制器通过控制线连接蜂鸣器，并控制蜂鸣器发出报警声。当氢气泄漏到驾驶舱并达到一定浓度后，氢气浓度传感器才会发出电子信号给控制器，控制控制蜂鸣器进行报警。

3、上述方案适用于氢气泄漏程度较高且易于聚集被监测到的场景，由于氢气扩散能力强，逃逸性极好，若供氢系统发生微量泄漏，氢气会很快逃逸，而不能及时、准确的被氢气浓度传感器检测到。

4、为了解决上述问题，专利号为201911410762.8的专利文件公开了一种检测车载供氢系统氢气泄露的方法、装置及燃料电池汽车，所述方法包括：确定所述燃料电池汽车的当前工况；根据所述当前工况确定检测时间段；获取所述检测时间段内所述车载供氢系统的氢气泄露质量；根据所述氢气泄露质量和所述检测时间段计算氢气泄露率；判断所述氢气泄露率大于预设值时，确定所述车载供氢系统存在氢气泄露情况。

5、上述技术方案通过对比车辆熄火至再次启动前后供氢系统中氢气的质量或运行过程中供氢系统输出的氢气质量与燃料电池系统消耗的氢气总质量是否守恒判断不同工况下车载供氢系统氢气是否泄漏。

6、但是，由于当前主流氢系统没有安装流量计的设计方案，无法准确计算出运行过程中供氢系统输出的氢气质量。同时由于储氢系统微量泄露多发生于高压压力管路。根据专利号为201911410762.8的专利文件描述的方案-“在自检过程中预设时刻获取所述供氢系统中氢气压力”，在实际的储氢系统自检过程中，气瓶的瓶阀开启后会将气瓶内压力平衡到高压压力管路内，此时读取到的压力数据为气瓶内高压数值，无法计算出有明显的氢泄漏。上述技术方案仅从理论计算氢瓶氢气总质量是否守恒来判断是否存在泄漏，不符合储氢系统的实际运行原理。

7、因此，有必要设计一种供氢系统微量泄漏的检测控制方法，旨在实现氢气微量泄漏情况的提前预警，降低行车安全风险和氢气浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的控制方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的控制方法，包括如下步骤：

4、1)氢系统控制器在休眠前读取高压压力传感器的读数作为历史高压压力数值p1；氢系统控制器在被唤醒时，读取高压压力传感器的读数作为当前高压压力数值p2；

5、2)将历史高压压力数值p1与当前高压压力数值p2进行差值运算，得到两者的差值△p1，并将△p1与预设的阈值进行比较；

6、3)若△p1大于预设的阈值，则判定车载供氢系统存在微量泄漏。

7、一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的控制方法，包括如下步骤：

8、1)氢系统控制器在休眠前读取高压压力传感器的读数和温度读数，作为历史高压压力数值p1和历史温度读数t1；氢系统控制器在被唤醒时，读取当前高压压力数值p2和当前温度读数t2；

9、2)根据历史温度读数t1和当前温度读数t2，将历史高压压力数值p1等效换算当前状态预期高压读数p2’，再将预期高压读数p2’与当前高压读数p2进行差值运算，得到两者的差值△p1，并将△p1与预设的阈值进行比较；

10、3)若△p1大于预设的阈值，则判定车载供氢系统存在微量泄漏。

11、进一步的，所述当前状态预期高压读数p2’包括温度变化因素，其计算公式为：p1/t1＝p2'/t2。

12、一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的控制方法，包括如下步骤：

13、1)氢系统控制器在休眠前读取高压压力传感器读数、温度读数和时间信号作为历史高压压力数值p1、历史温度数值t1和历史时间记录c1；氢系统控制器在被唤醒时，读取当前高压压力数值p2、当前温度数值t2和当前时间记录c2；

14、2)根据历史高压压力数值p1、历史温度数值t1、历史时间记录c1、前高压压力数值p2、当前温度数值t2和当前时间记录c2，计算泄漏值k，并将泄漏值k与预设的阈值进行比较；

15、3)若泄漏值k大于预设的阈值，则判定车载供氢系统存在微量泄漏。

16、进一步的，所述泄漏值k的计算过程如下：

17、△p＝p1-p2，若△p为负值，则△p＝0；

18、△c＝c1-c2；

19、k＝△p/△c。

20、进一步的，包含管路中气体泄漏质量的计算方法，其过程如下：

21、设管路内氢气压力值p，管路内温度值t(单位℃)，管路内总体积v则有如下氢气质量计算公式：

22、

23、ρ′＝-0.0027(p′)2+0.75p′+0.5789

24、m＝ρ′v

25、按照上述公式根据p1、t1和p2、t2计算出对应的历史存储管路内气体质量m1和当前管路内气体质量m2，然后将m1与m2作差计算车辆停运后减少的质量值k；

26、将c1与c2作差得到停放时长△c，引入泄漏率y，系统高压管路漏点数量s，三者相乘，最终计算得出停放时长△c该储氢系统符合理论标准的泄漏质量ml；

27、将所有公式通过simulink建模，输入当前供氢系统的所有物理量，即可快速计算得出实际泄漏质量k，和停放后的理论泄漏质量ml；

28、若停放前后结算的到高压管路内的泄漏质量k大于理论泄漏质量ml，则判定车载供氢系统存在较明显的泄漏点。

29、一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的控制方法，其特征在于，用于纯电运行模式下的微量泄漏，包括如下步骤：

30、1)氢系统控制器启动后进行自检流程，在自检流程中氢系统控制器强制打开瓶阀，释放氢气充满高压和中压管路，此时高压压力传感器读到的数值p1’为气瓶内部真实压力数值。

31、2)当自检流程结束且瓶阀关闭后，若氢系统控制器未收到外部发送的开阀指令报文时，瓶阀始终保持关闭状态，此时高压压力传感器读到的数值p2’为高压管路内的压力数值，实时更新p2’，计算△p’＝p1'-p2'，同步更新瓶阀关闭后到当前时刻耗时△c’，计算压力下降率k’＝△p’/△c’，若k’大于设定阈值则触发微漏故障报警；

32、每次经过一次打开瓶阀和关闭瓶阀的流程后更新p1’数值，并重新开始计算△p’，重置微漏故障报警判定。

33、一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的装置，包括氢系统控制器、以及与氢系统控制器通讯连接的高压压力传感器、中压压力传感器、氢气浓度传感器、主阀、第一集成式瓶阀和第二集成式瓶阀；

34、所述氢系统控制器还通过can接口分别与整车控制器和外部燃料电池控制器通讯连接，在整车控制器给氢系统控制器正常供电时，氢系统控制器从休眠状态被唤醒，根据外部燃料电池控制器的指令打开和关闭主阀5、第一集成式瓶阀和第二集成式瓶阀；

35、所述高压压力传感器设置在高压管路段，中压压力传感器设置在减压阀后端的中压管路段，高压压力传感器和中压压力传感器用于检测各自管路段的压力并转为电压信号上传到氢系统控制器，以实现氢系统控制器对车载供氢系统压力的监控读取和数值计算；

36、所述氢浓度传感器设置在氢系统气瓶舱内部集成式瓶阀安装位置的上方最高点，氢浓度传感器用于检测设定位置的氢气泄漏聚集浓度量并转为电压值上传到氢系统控制器，以实现氢系统控制器对氢气泄漏的监控和安全报警提示；

37、所述第一集成式瓶阀和第二集成式瓶阀内置温度传感器，其用于将气瓶内的温度数值转换为对应的电压数值信号，氢系统控制器通过接线读取电压数值逆向解析，得到实时的瓶内温度数据。

38、综上所述，本发明具有以下有益效果：

39、氢系统控制器通过高压压力传感器、中压压力传感器、氢气浓度传感器和温度传感器获取其对应的数据，兼顾了系统压力、氢气质量、温度和时间等因素，使得车载供氢系统微量泄漏的检测更精确。