一种氢气置换控制系统及氢燃料电池车的制作方法

1.本实用新型属于氢燃料电池车技术领域，具体涉及一种氢气置换控制系统及具有该氢气置换控制系统的氢燃料电池车。


背景技术：

2.燃料电池车清洁无污染，近几年在国内开始推广。氢燃料电池车在调试之前，需要进行车载氢系统惰性气体保压、氢气置换以及加氢。氢气置换是将一定压力的氢气注入经惰性气体保压的储氢瓶中，将原有的惰性气体经供氢管路中的放气阀排出车外。为了保证进入到燃料电池系统内参与电化学反应的氢气浓度满足要求（一般要求99.999%），需要多次进行氢气注入到放气的过程，这一过程中瓶口阀需要开启很长时间，在氢气注入的过程中整车不允许存在高低压电，而瓶口阀供电电源（一般使用整车24v或12v蓄电池）在没有高压充电的情况下能量消耗很快，存在馈电风险。另外置换过程中可能存在某个瓶口阀未供电而无法打开，若操作人员忽略这种情况，会导致加氢后储氢瓶中氢气纯度不够，影响燃料电池系统寿命。


技术实现要素：

3.针对上述存在的技术问题，本实用新型目的是：提供一种氢气置换控制系统及氢燃料电池车，通过氢气置换控制系统使得整车在进行氢气置换时，确保瓶口阀供电电源不会出现馈电的情况，以及确保氢气纯度满足燃料电池系统的需求。
4.本实用新型的技术方案是：
5.本实用新型的其中一个目的在于提供一种氢气置换控制系统，包括模式开关、氢系统控制器、储氢瓶、瓶口阀、整车控制器、蓄电瓶、dcdc器件和高压继电器；
6.所述模式开关与所述整车控制器的输入端连接，其具有置换模式、正常模式和下电模式，在所述置换模式下进行氢气置换，在所述下电模式时进行加氢；
7.所述整车控制器与所述高压继电器的输入端连接，所述高压继电器的输出端与所述dcdc器件的输入端连接，所述dcdc器件的输出端与所述蓄电瓶的输入端连接，在所述置换模式下，所述整车控制器控制所述高压继电器吸合，所述dcdc器件发送工作指令给所述蓄电瓶充电；
8.所述氢系统控制器的输入端和输出端分别与所述整车控制器及设于所述储氢瓶的瓶口处的所述瓶口阀连接，在所述置换模式下，所述氢系统控制器将每个瓶口阀的状态反馈给所述整车控制器判断，在判断为正常时，所述氢系统控制器控制所述瓶口阀打开，且所述整车控制器持续给所述氢系统控制器高电平，在判断为异常时，所述氢系统控制器控制所述瓶口阀关闭且所述整车控制器将异常信号反馈至仪表显示故障。
9.可选的，所述储氢瓶的放气口还设有放气阀，在所有的瓶口阀正常工作时，所述放气阀被打开以排出所述储氢瓶内的气体且所述整车控制器控制所述dcdc器件继续给所述蓄电瓶充电。
10.可选的，在所述瓶口阀与所述放气阀之间还依次设有限流阀、过滤器、减压阀和安全阀；和/或
11.在所述放气阀与燃料电池之间还设有手动截止阀。
12.可选的，所述储氢瓶的瓶口还设有加氢口，所述加氢口用于外接加氢枪以向所述储氢瓶加注氢气。
13.可选的，所述储氢瓶的瓶口还设有单向阀，所述单向阀设于所述加氢口与所述瓶口阀之间，加氢时通过所述单向阀向所述储氢瓶内加注氢气。
14.可选的，还包括can网络，在所述置换模式下，所述氢系统控制器通过所述can网络将每个瓶口阀的状态反馈给所述整车控制器判断。
15.可选的，所述模式开关包括模式切换按钮。
16.本实用新型的另一个目的在于提供一种氢燃料电池车，包括上述的氢气置换控制系统。
17.与现有技术相比，本实用新型的优点是：
18.本实用新型的氢气置换控制系统，通过氢气置换控制系统使得整车在进行氢气置换时，确保瓶口阀供电电源不会出现馈电的情况，以及确保氢气纯度满足燃料电池系统的需求。
附图说明
19.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
20.图1为本实用新型实施例的氢气置换控制系统的结构示意图。
21.其中：1、蓄电瓶；2、钥匙；3、整车控制器；4、氢系统控制器；5、模式开关；6、dcdc器件；7、高压柜；8、储氢瓶；9、瓶口阀；10、限流阀；11、过滤器；12、减压阀；13、安全阀；14、放气阀；15、手动截止阀；16、单向阀；17、加氢口。
具体实施方式
22.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
23.实施例：
24.参见图1所示，本实施例的一种氢气置换控制系统，包括模式开关5、氢系统控制器4（hcu）、整车控制器3（vcu）、储氢瓶8、瓶口阀9、蓄电瓶1、dcdc器件6、高压继电器、can网络、放气阀14、限流阀10、过滤器11、减压阀12、安全阀13、手动截止阀15、加氢口17和单向阀16。其中高压继电器设置在高压柜7内。
25.模式开关5与整车控制器3的输入端连接，模式开关5具有置换模式、正常模式和下电模式，在置换模式下进行氢气置换，在下电模式时进行加氢。整车控制器3与高压继电器的输入端连接，高压继电器的输出端与dcdc器件6的输入端连接，dcdc器件6的输出端与蓄电瓶1的输入端连接，在置换模式下，整车控制器3控制高压继电器吸合，dcdc器件6发送工作指令给蓄电瓶1充电。氢系统控制器4的输入端和输出端分别与整车控制器3及设于储氢
瓶8的瓶口处的瓶口阀9连接，在置换模式下，氢系统控制器4通过can网络将每个瓶口阀9的状态反馈给整车控制器3判断，在判断为正常时，氢系统控制器4控制瓶口阀9打开，且整车控制器3持续给氢系统控制器4高电平，在判断为异常时，氢系统控制器4控制瓶口阀9关闭且整车控制器3将异常信号反馈至仪表显示故障。需要说明的是，上述中的连接包括直接连接也包括网络通信连接等非直接连接，图1中实线表示的是直接连接，虚线表示的是非直接连接，具体连接方式为本领域技术人员所公知的连接方式，本领域技术人员知晓，在此不做详细描述和限定。
26.上述的氢气置换控制系统，使得整车在进行氢气置换时，瓶口阀9若正常工作时则瓶口阀9开启进行氢气置换且整车控制器3持续给氢系统控制器4高电平，异常时则整车控制器3给氢系统控制器4低电平使得瓶口阀9关闭，可以确保瓶口阀9供电电源不会出现馈电的情况，避免了因瓶口阀故障导致气瓶内原有氮气无法被置换出来而形成氢氮混合气，确保氢气纯度满足燃料电池系统需求。
27.如图1所示，由储氢瓶8至燃料电池的方向上依次设置有瓶口阀9、限流阀10、过滤器11、减压阀12、安全阀13、放气阀14和手动截止阀15。在每个瓶口阀9被整车控制器3判断为均正常工作且进行氢气置换前，先手动打开放气阀14，使得储氢瓶8内的气体经瓶口阀9、限流阀10、过滤器11、减压阀12、安全阀13、放气阀14从放气口放出。
28.如图1所示，在瓶口阀9与加氢口17之间还设有一个分支管路，分支管路上设有单向阀16，加氢口17用于外接加氢枪，加氢时通过单向阀16向储氢瓶8内加注氢气。
29.对于本实用新型实施例的模式开关5而言，包括模式切换按钮，具有三个切换档位，分别对应正常模式、置换模式和下电模式。对于模式切换按钮的具体结构和工作原理在此不做详细描述和限定，为现有常规的本领域技术人员容易想到的可实现切换功能的按钮。
30.需要说明的是，正常模式为整车正常工作时的状态，置换模式为整车氢气置换时应用，下电模式起到一键断整车高低压电的作用。钥匙2上“on”档电时，置换模式通过vcu（整车控制器3）控制高压继电器吸合， dcdc器件6工作给蓄电瓶1充电，同时vcu给予hcu（氢系统控制器4）高电平控制瓶口阀9打开，并通过can网络判断hcu反馈的瓶口阀9状态，通过仪表提示置换情况。而加氢时则切换到下电模式，也就是说在下电模式下，保证在加氢枪插入加氢口时整车处于完全断电状态。
31.整车氢气置换过程：
32.步骤1:打开整车蓄电瓶1手阀，钥匙2上“on”档电，手动截止阀1515关闭；
33.步骤2:切换模式开关5至置换模式，此时vcu控制高压继电器吸合，给dcdc器件6发送工作指令，给蓄电瓶1充电，同时vcu给hcu一个高电平信号，hcu接收到高电平信号后控制瓶口阀9以及减压阀12的电磁阀打开，并通过can网络将每个瓶口阀9状态反馈给vcu进行判断，若每个瓶口阀9均正常打开，vcu持续给hcu高电平，否则vcu给hcu低电平控制瓶口阀9关闭，同时反馈到仪表显示置换故障；
34.步骤3: 当确定每个瓶口阀9均正常工作，手动打开车载氢系统放气阀14，储氢瓶8内的气体经瓶口阀9、限流阀10、过滤器11、减压阀12、安全阀13、放气阀14，从放气口排出；
35.步骤4:模式开关5切换到下电模式，此时加氢口17外接加氢枪加注氢气，经单向阀16进入储氢瓶8，至规定压力后拔掉加氢枪；
36.步骤5:按照置换流程多次重复步骤2～步骤4，直到将氮气置换干净；
37.步骤6:完成氢气置换，切换模式开关5到正常模式。
38.根据本实用新型的一些实施例，放气过程中，整车控制器3控制高压继电器继续吸合给蓄电瓶1充电，保证安全的前提下，避免供电不足导致置换失败的情况。
39.根据本实用新型的一些实施例，在置换模式下，燃料电池不应工作。
40.根据本实用新型的一些实施例，当模式开关5在正常模式下且瓶口阀9打开时，若切换至置换模式，整车控制器3应不给氢系统控制器4高电平信号从而进入置换模式。
41.本实用新型实施例还提供了一种氢燃料电池车，包括上述实施例的氢气置换控制系统。
42.应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。