专利名称：一种燃料补充控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料补充控制装置。
背景技术：
燃料电池是通过燃料和氧化剂产生电能。在燃料电池中，以高分子电介 质膜为中心，其两侧设置有阳极和阴极，通过燃料在上述阳极发生还原反应 和氧化剂在上述阴极上发生氧化反应而产生电子移动，从而获得电能。
通常情况下，燃料电池中的燃料为氢气或富氢物质并存储在燃料储存容 器中。对于气态氢，最常见的存储方式有两种高压钢瓶气态储氢和金属氢 化物储固态储氢。当对高压钢瓶补充氢气时，由于补充过程中会使氢气的体 积受到压縮，从而会在燃料储存容器中释放大量的热量；当采用金属氢化物 固态储氢时，金属氢化物吸收氢气为放热反应，也会释放大量的热量。因此 无论使用高压钢瓶气态储氢还是金属氢化物储固态储氢，在对燃料储存容器 补充气体燃料时都会由于压縮气体或放热反应在燃料储存容器中释放大量 的热能。
现有的燃料补充控制装置通常包括燃料补充容器、气路和压力阀，在给 燃料储存容器补充燃料时，先通过气路连接燃料补充容器和燃料储存容器， 然后通过人工调节压力阀的补充燃料压力而向燃料储存容器补充燃料。但通 过这种方式补充燃料由于没有考虑到燃料存储容装置中燃料的实时状态，从 而很容易使燃料储存容器过热而造成危险。
发明内容
为了克服上述向燃料储存容器补充燃料时可能使燃料储存容器过热而
造成危险的缺陷，本发明提供了一种不会发生上述危险的燃料补充控制装置。
本发明提供了一种燃料补充控制装置，其中，该装置包括压力调节装置、
控制装置、压力传感器，压力调节装置和压力传感器分别与控制装置连接； 压力传感器用于测定燃料储存容器中的压力，并将表示压力的数据发送给控 制装置；控制装置用于接收表示燃料储存容器的压力的数据，并根据该表示 燃料储存容器的压力的数据，控制压力调节装置输出压力的值。
本发明还提供了一种燃料补充控制方法，其中，该方法包括压力测定步 骤和控制压力输出步骤；压力测定步骤用于测定燃料储存容器中的压力；控 制压力输出步骤用于根据压力测定步骤中测定的表示燃料储存容器的压力 的数据，控制输入燃料储存容器的燃料的压力的值。
通过使用本发明提供的燃料补充控制装置以及燃料补充控制方法，可以 根据燃料储存容器中燃料的实时压力状态确定对应于该状态的科学的补充 燃料压力。而且根据本发明的优选实施方式，在补充燃料的过程中，还可以 实时检测燃料储存容器的温度，如果温度过高，则对压力调节装置的输出压 力值做出调整，这样可以在保证补充燃料最高效率的同时，避免因燃料储存 容器过热而造成危险。本发明提供的燃料补充控制装置的优点在于结构简 单、操作简便，能够很安全而高效地给燃料储存容器补充燃料。
图1为本发明的燃料补充控制装置的框图2为本发明的燃料补充控制装置的在具有温度传感器时的框图； 图3为本发明的燃料补充控制装置的在具有通信接口时的框图； 图4为本发明的燃料补充控制装置的在具有接口转换器时的框图； 图5为本发明的燃料补充控制装置的在具有第二通信接口时的框图;图6为本发明的燃料补充控制装置的在具有电磁阀时的框图7为本发明提供的燃料补充控制方法的流程图8为本发明提供的包括温度测定步骤的燃料补充控制方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图详细描述本发明。
如图1所示，本发明提供了一种燃料补充控制装置，其特征在于，该装 置包括压力调节装置1、控制装置2、压力传感器3，压力调节装置1和压力 传感器3分别与控制装置2连接；压力传感器3用于测定燃料储存容器4中 的压力，并将表示压力的数据发送给控制装置2;控制装置2用于接收表示 燃料储存容器4的压力的数据，并根据该表示燃料储存容器4的压力的数据， 控制压力调节装置1输出压力的值，以控制燃料补充装置11给燃料储存容 器4补充气体时，燃料补充装置11输出到燃料储存容器4的压力值。
其中，所述压力调节装置l可以根据需要采用各种能够调节压力的装置， 这里优选为电子控制式减压阀，该减压阀可以接收电子信号并根据电子信号 调整输出压力的大小。
所述控制装置2可以为计算机、单片机或汽车的电子控制单元。
所述压力传感器3可以为各种类型的压力传感器，如压电式传感器、压 阻式传感器以及应变式传感器等。当给燃料电池电动汽车中的燃料储存容器 4补充燃料时，由于燃料储存容器4中的燃料储存容器监测系统可以实时地 获取燃料储存容器中4燃料的状态参数(包括压力)，这时所述压力传感器3 为现有的在汽车上普遍使用的燃料储存容器监测系统。
优选情况下，所述控制装置2包括数据接收单元和数据处理单元，数据 接收单元的输出端和数据处理单元的输入端连接，并且数据接收单元的输入 端与压力传感器3的输出端连接，数据处理单元的输出端与压力调节装置1
的输入端连接；数据接收单元用于实时接收燃料储存容器4中的压力数据， 并将压力数据发送给数据处理单元；数据处理单元用于将燃料储存容器4中 的压力数据与压力预定值P进行实时比较，根据比较结果，控制压力调节装 置1输出压力的值。所述压力预定值P为燃料储存容器4中充满燃料时的压 力值，该压力预定值P预先存储在数据处理单元中。
按照本发明，可以有多种方式控制压力调节装置1输出压力的值，使燃 料储存容器4中的温度不超过预定值。
按照本发明一个优选的实施方案，所述数据处理单元接收燃料储存容器 4中初始状态的压力，计算压力预定值P与燃料储存容器4的初始压力值Ps 的差值AP;根据差值AP是否为零作出不同的操作，当APK)时，表示燃料 储存容器4尚为充满，数据处理单元控制压力调节装置1分n段输出不同的 压力值，并且第i段的输出压力的值Pi为Pi., + AP/n，在压力调节装置l输 出该压力补充燃料的过程，数据处理单元同时实时比较补充燃料过程中燃料 储存容器4中的实际压力^是否与当前段的压力值Pi相等，当Pi二^时，当 前段结束，进入第i+l段，控制压力调节装置l的第i+l段的输出压力的 值Pi+1为Pi+AP/n;数据处理单元同时实时比较补充燃料过程中燃料储存容 器4中的实际压力Pr是否与压力预定值P相等，当&二P时，控制压力调节 装置l停止输出压力，其中，n至少为2， i《n，第一段的输出压力的值P, 为P,+AP/n;当AP:0时，表示燃料储存容器4已满，不需要补充燃料，控 制压力调节装置l不输出压力。
其中，所述n值越大，补充燃料的速度越慢，燃料补充过程发生危险的 机率越小；而n值越小，补充燃料的速度越快，但燃料补充过程发生危险的 机率越大。为了不使燃料储存容器4的温度超过预定值，并兼顾补充燃料的 效率，优选情况下，n为5-10。
采用本发明上述技术方案，基本可以防止在对燃料储存容器4补充燃料时，燃料储存容器4中的温度过高(即超过预定的温度值)。为了进一步防 止在补充燃料过程中，因燃料储存容器4温度过高而引发事故，优选情况下， 如图2所示，所述燃料补充控制装置还包括温度传感器5，温度传感器5与 数据接收单元连接，当AP卡0时，实时接收温度传感器5测定的燃料储存容 器中的温度，并将表示温度的数据发送给数据处理单元；数据处理单元将接 收到的温度数据Tr与温度预定值T进行比较，根据比较结果，调节压力调 节装置1输出压力的值的变化。所述温度预定值T为燃料储存容器4的安全 温度值，该温度预定值T预先存储在数据处理单元中。
在补充燃料的过程中，数据处理单元实时地将接收到的温度数据Tr与温 度预定值T进行比较，当TV大于或等于T时，表示燃料储存容器4的温度 达到或超过了安全温度，数据处理单元控制压力调节装置1第i段的输出压 力的值减小至Pi.,+AP/mn，其中，m至少为1.5;当i;小于T时，数据处理 单元控制压力调节装置1输出压力的值为Pw + AP/n。如果压力调节装置1 当前段的输出压力值被减小过，则数据处理单元控制压力调节装置1将输出 压力的值恢复到Pw+AP/n;如果压力调节装置l当前段的输出压力值没有 被减小过，则压力调节装置l继续输出Pi.,+AP/ii的压力值。这样可以在燃 料储存容器4的温度超过安全温度的时候控制压力调节装置1降低输出压力 值，使燃料储存容器4的温度降低，当降至低于安全温度时，数据处理单元 控制压力调节装置1的输出压力值恢复到当前段的正常压力值。
其中，所述m值过大可能会影响到补充燃料的速度，过小则可能起不 到降低燃料储存容器4温度的作用，优选情况下，m为2-10。
其中，所述压力预定值P指补充燃料后燃料储存容器4应该达到的压力 值，该压力预定值P应该小于燃料储存容器4的耐压值。当燃料储存容器为 高压氢气瓶时，该压力预定值P设为120- 140个大气压；当燃料储存容器 为储氢合金瓶时，该压力预定值P设为2-3个大气压。所述温度预定值T根据不同的燃料储存容器4和不同的燃料设定，原则 是在该温度和该温度以下，不会发生爆炸危险。优选情况下，该温度预定值
T设为40-60 x:之间的一个数。
所述温度传感器5可以根据需要选择各种类型的温度传感器。当给燃料 电池电动汽车中的燃料储存容器4补充燃料时，由于燃料储存容器4中的燃 料储存容器监测系统可以实时地获取燃料储存容器中4燃料的状态参数(包 括温度)，这时所述温度传感器5为燃料储存容器监测系统。
如图3所示，该燃料补充控制装置还包括通信接口 6，所述通信接口6 包括数据接收接口 7和数据发送接口 8，压力传感器3和温度传感器5分别 与所述数据接收接口7、数据发送接口 8和控制装置2依次连接，所述压力 传感器3和温度传感器5测定的表示压力和温度的数据通过通信接口 6发送 给控制装置2。所述数据发送接口 7和数据接收接口 8可以是各种类型的接 口 ，只要可以将从压力传感器3和温度传感器5中接收数据并将所接收的数 据发送到控制装置2即可。
当数据接收接口 7从压力传感器3和温度传感器5中接收的数据的数据 格式不能被控制装置2识别时，即数据接收接口 7和数据发送接口 8基于不 同的接口标准。如图4所示，所述通信接口6还包括接口转换器9，接口转 换器9连接在数据接收接口 7和数据发送接口 8之间，用于将基于一种接口 标准的压力和温度数据转化为基于另一种接口标准的压力和温度数据。这样 当数据接收接口 7和数据发送接口 8基于不同接口标准时，可以通过转换数 据格式实现数据接收接口 7和数据发送接口 8之间的数据传递。所述接口转 换器9的类型由数据接受接口 7和数据发送接口 8基于的接口标准而定。
当对燃料电池电动汽车补充燃料时，为了简化线路连接，可以利用汽车 上现有的CAN总线接口。如图5所示，所述燃料补充控制装置还可以包括 第二个通信接口 10，第二个通信接口 IO连接在数据接收接口 7及压力传感
器3和温度传感器5之间，用于将压力传感器3和温度传感器5测定的表示 压力和温度的数据发送给数据接收接口7。对于燃料电池电动汽车而言，所 述第二通信接口 IO即为CAN总线接口。 一般情况下，控制装置2使用基于 并行接口标准的数据，所述接口转换器9用于将基于CAN总线接口标准的 压力和温度数据转化为基于并行接口标准的压力和温度数据。
所述燃料补充控制装置还可以包括燃料补充容器11、燃料储存容器4 和管路12，管路12连接燃料补充容器11和燃料储存容器4，压力传感器3 和温度传感器5位于燃料储存容器4中，压力调节装置1与燃料补充容器4 连接用于调节燃料补充容器ll内的压力。
所述燃料补充容器11和燃料储存容器4可以为各种耐压容器，如储氢 合金容器或不锈钢容器。所述管路12根据需要采用各种形式，如各种金属 管道、合金管道或塑料管道，只要能够实现输送气体并耐受其中气体的压力 即可。
优选情况下，如图6所示，所述燃料补充控制装置还包括电磁阀13，安 装在所述管路12上并与控制装置2连接，用于控制管路13的打开和关闭， 处理单元还用于根据压力预定值P与燃料储存容器4的初始压力值Ps的差值 AP和/或实际压力&与压力预定值P的关系，控制电磁阀13的打开和关闭。 当AP^0时，即需要补充燃料时，数据处理单元控制电磁阀13的打开，当 AP二0或&二P时，即燃料储存容器中的燃料己满，数据处理单元控制电磁 阀13的关闭。
本发明还提供了一种燃料补充控制方法，其中，该方法包括压力测定步 骤和控制压力输出步骤；压力测定步骤用于测定燃料储存容器4中的压力； 控制压力输出步骤用于根据压力测定步骤中测定的表示燃料储存容器4的压
力的数据，控制燃料补充容器U中的压力的值。
其中，如图3所示，所述控制压力输出步骤包括数据接收步骤和数据处
理步骤；数据接收步骤用于实时接收燃料储存容器4中的压力数据；数据处 理步骤用于将数据接收步骤中接收到的燃料储存容器4中的压力数据与压力 预定值P进行实时比较，根据比较结果，控制与燃料储存容器4连通的燃料 补充容器11中的压力的值。
其中，所述数据处理步骤包括计算压力预定值P与燃料储存容器4的 初始压力值Ps的差值AP;当AP-0时，分n段控制压力调节装置1输出压 力的值，并且第i段的输出压力的值Pi为Pi., + AP/n，实时比较补充燃料过 程中燃料储存容器4中的实际压力^是否与当前段的压力值&相等，当& -P,时，控制压力调节装置1第i+l段的输出压力的值Pw为Pi+AP/n;同 时实时比较充气过程中燃料储存容器4中的实际压力Pr的压力是否与压力预 定值P相等，当Pr二P时，控制压力调节装置l停止输出压力，其中，n至 少为2， i《n，第一段的输出压力的值P,为P,+AP/n;当AP二0时，控制压 力调节装置l不输出压力。
如图4所示，所述燃料补充控制方法还包括温度测定步骤和温度数据处 理步骤；所述温度测定步骤包括当AP^0时，数据处理单元实时接收温度 传感器5测定的燃料储存容器4中的温度数据Tf;所述温度数据处理步骤包 括将温度测定步骤所测定的温度数据Tr与温度预定值T进行比较，当Tr 大于等于T时，控制压力调节装置1第1段的输出压力的值减小至？1—1 + △P/mn，其中，m至少为1.5;当T,.小于T时，控制压力调节装置1输出压 力的值为Pw + AP/n。
所述数据处理步骤还包括当AP^0时，控制连接燃料补充容器ll和 燃料储存容器4的电磁阀13的打开，当AP二0或^-P时，控制电磁阀13的关闭。
所述燃料补充控制方法还包括数据转换步骤，所述数据转换步骤包括 当数据接收接口 7和数据发送接口 8基于不同的接口标准时，将数据接收接口 7中的数据格式转换为数据发送接口 8中的数据格式。
通过使用本发明提供的燃料补充控制装置以及燃料补充控制方法，可以 根据燃料储存容器4中燃料的实时状态确定对应于该状态的科学的补充燃料
压力。而且在补充燃料的过程中，还可以实时检测燃料储存容器4的温度， 如果温度过高，则对压力调节装置1的输出压力值作出调整，这样可以在保 证补充燃料最高效率的同时，避免因燃料储存容器4过热而造成危险。
本发明提供的系统和方法可以用于向储存容器4中补充各种燃料，如液 体燃料或气体燃料。所述液体燃料例如可以是醇或醇的水溶液，如甲醇或甲 醇的水溶液。本发明提供的系统和方法特别适合用于向储存容器4中补充气 体燃料，如氢气。
权利要求
1. 一种燃料补充控制装置，其特征在于，该装置包括压力调节装置(1)、控制装置(2)、压力传感器(3)，压力调节装置(1)和压力传感器(3)分别与控制装置(2)连接；压力传感器(3)用于测定燃料储存容器(4)中的压力，并将表示压力的数据发送给控制装置(2)；控制装置(2)用于接收表示燃料储存容器(4)的压力的数据，并根据该表示燃料储存容器(4)的压力的数据，控制压力调节装置(1)输出压力的值。
2、 根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制装置(2)包括数据接 收单元和数据处理单元，数据接收单元的输出端和数据处理单元的输入端连 接，并且数据接收单元的输入端与压力传感器(3)的输出端连接，数据处 理单元的输出端与压力调节装置(1)的输入端连接；数据接收单元用于实时接收燃料储存容器(4)中的压力数据，并将压 力数据发送给数据处理单元；数据处理单元用于将燃料储存容器(4)中的压力数据与压力预定值P 进行实时比较，根据比较结果，控制压力调节装置(1)输出压力的值。
3、 根据权利要求2所述的装置，其中，所述数据处理单元计算压力预 定值P与燃料储存容器(4)的初始压力值Ps的差值AP;当AP^0时，分n段控制压力调节装置(1)输出压力的值，并且第i 段的输出压力的值Pi为Pw + AP/n,数据处理单元实时比较补充燃料过程中 燃料储存容器(4)中的实际压力Pr是否与当前段的压力值Pi相等，当& = Pr时，控制压力调节装置(l)第i+l段的输出压力的值Pi+i为Pi+AP/n;数 据处理单元同时实时比较补充燃料过程中燃料储存容器(4)中的实际压力 Pr是否与压力预定值P相等，当Pr二P时，控制压力调节装置(1)停止输出压力，其中，n至少为2， i ≤n，第一段的输出压力的值P,为Ps+ P/n; 当 P=0时，控制压力调节装置(1)不输出压力。
4、 根据权利要求3所述的装置，其中，该装置还包括温度传感器(5)， 温度传感器(5)与数据接收单元连接，当 P≠O时，实时接收温度传感器(5)测定的燃料储存容器(4)中的温度，并将表示温度的数据发送给数据 处理单元；数据处理单元用于将接收到的温度数据I与温度预定值T进行比较， 根据比较结果，调节压力调节装置(1)输出压力的值的变化。
5、 根据权利要求4所述的装置，其中，当Tr大于等于T时，数据处理 单元控制压力调节装置(1)第i段的输出压力的值减小至Pi-1 + P/mn，其 中，m至少为1.5;当Tr小于T时，数据处理单元控制压力调节装置(1) 输出压力的值为Pi-1+ P/n。
6、 根据权利要求4所述的装置，其中，该装置还包括通信接口 (6)， 所述通信接口 (6)包括数据接收接口 (7)和数据发送接口 (8)，压力传感 器(3)和温度传感器(5)分别与所述数据接收接口 (7)、数据发送接口(8)和控制装置(2)依次连接，所述压力传感器(3)和温度传感器(5) 测定的表示压力和温度的数据通过通信接口 (6)发送给控制装置(2)。
7、 根据权利要求6所述的装置，其中，所述通信接口 (6)还包括接口 转换器(9)，接口转换器(9)连接在数据接收接口 (7)和数据发送接口(8)之间，用于将基于一种接口标准的压力和温度数据转化为基于另一种 接口标准的压力和温度数据。
8、 根据权利要求7所述的装置，其中，该装置还包括第二个通信接口 (10)，第二个通信接口 (10)连接在数据接收接口 (7)及压力传感器(3)和温度传感器(5)之间，用于将压力传感器3)和温度传感器(5)测定的 表示压力和温度的数据发送给数据接收接口 (7)。
9、 根据权利要求7或8所述的装置，其中，接口转换器(9)用于将基 于CAN总线接口标准的压力和温度数据转化为基于并行接口标准的压力和 温度数据。
10、 根据权利要求4所述的装置，其中，所述燃料补充控制装置还包括 燃料补充容器(11)、燃料储存容器(4)和管路(12)，管路(12)连接燃 料补充容器(11)和燃料储存容器(4)，压力传感器(3)和温度传感器(5) 位于燃料储存容器中，压力调节装置(1)与燃料补充容器(11)连接用于 调节燃料补充容器(11)内的压力。
11、 根据权利要求10所述的装置，其中，所述燃料补充控制装置还包 括电磁阀(13)，安装在所述管路(12)上并与控制装置(2)连接，用于控 制管路(13)的打开和关闭，处理单元还用于根据压力预定值P与燃料储存 容器(4)的初始压力值Ps的差值AP和/或实际压力Pr与压力预定值P的关 系，控制电磁阀(13)的打开和关闭。
12、 根据权利要求11所述的装置，其中，当AP-0时，数据处理单元 控制电磁阀(13)打开，当AP二O或Pr=P时，数据处理单元控制电磁阀(13)关闭。
13、 一种燃料补充控制方法，其特征在于，该方法包括压力测定步骤和 控制压力输出步骤；压力测定步骤用于测定燃料储存容器(4)中的压力； 控制压力输出步骤用于根据压力测定步骤中测定的表示燃料储存容器 (4)的压力的数据，控制燃料补充容器(11)中的压力的值。
14、 根据权利要求13所述的方法，其中，所述控制压力输出步骤包括数据接收步骤和数据处理步骤；数据接收步骤用于实时接收燃料储存容器(4)中的压力数据； 数据处理步骤用于将燃料储存容器(4)中的压力数据与压力预定值P进行实时比较，根据比较结果，控制与燃料储存容器(4)连通的燃料补充容器(11)中的压力的值。
15、 根据权利要求14所述的方法，其中，数据处理步骤计算压力预定 值P与燃料储存容器的初始压力值Ps的差值AP;当AP^0时，分n段控制压力调节装置(1)输出压力的值，并且第i 段的输出压力的值Pi为Pw+AP/n，实时比较补充燃料过程中燃料储存容器 (4)中的实际压力Pf是否与当前段的压力值Pi相等，当Pi二P』寸，控制压 力调节装置(1)第i+l段的输出压力的值Pi+,为Pi + AP/n;同时实时比较 充气过程中燃料储存容器(4)中的实际压力Pr的压力是否与压力预定值P 相等，当Pr二P时，控制压力调节装置(1)停止输出压力，其中，n至少为 2， i《n，第一段的输出压力的值P,为Ps+AP/n;当AP-0时，控制压力调节装置(1)不输出压力。
16、 根据权利要求15所述的方法，其中，该方法还包括温度测定步骤 和温度数据处理步骤；所述温度测定步骤包括当AP^0时，实时接收温度传感器(5)测定 的燃料储存容器(4)中的温度数据Tr;所述温度数据处理步骤将温度测定步骤所测定的温度数据Tr与温度预 定值T进行比较，当i;大于等于T时，控制压力调节装置(1)第i段的输 出压力的值减小至Pw+AP/mn，其中，m至少为1.5;当T,J、于T时，控制 压力调节装置(1)输出压力的值为Pi」+AP/n。
17、 根据权利要求所述15的方法，其中，所述数据处理步骤还包括 当AP^0时，控制连接燃料补充容器Ol)和燃料储存容器(4)的电磁阀(13)的打开，当ΔP=O或P1=P时，关闭该电磁阀(13)。
18、 根据权利要求14所述的方法，其中，该方法还包括数据转换步骤， 所述数据转换步骤包括当数据接收接口 (7)和数据发送接口 (8)基于不 同的接口标准时，将数据接收接口 (7)中的数据格式转换为数据发送接口(8)中的数据格式。
19、 根据权利要求14-18中任意一项所述的方法，其中，所述燃料为气 体燃料。
全文摘要
一种燃料补充控制装置，其特征在于，该装置包括压力调节装置(1)、控制装置(2)、压力传感器(3)，压力调节装置(1)和压力传感器(3)分别与控制装置(2)连接；压力传感器(3)用于测定燃料储存容器(4)中的压力，并将表示压力的数据发送给控制装置(2)；控制装置(2)用于接收表示燃料储存容器(4)的压力的数据，并根据该表示燃料储存容器(4)的压力的数据，控制压力调节装置(1)输出压力的值。本发明提供的燃料补充控制装置的优点在于结构简单、操作简便，能够很安全而高效地给燃料储存容器(4)补充燃料。
文档编号H01M8/04GK101207216SQ20061017061
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者振 张, 董俊卿, 赵志强 申请人:比亚迪股份有限公司