氢气置换装置、方法和车辆与流程

1.本发明涉及氢气置换技术领域，具体涉及一种氢气置换装置、方法和车辆。


背景技术：

2.目前，燃料电池技术中，氢系统及氢气瓶在出厂检测过程中一般采用氦气或者氮气进行保压测试，测试合格后才能进行车辆装备，然后进行氮气保压，从而确保整套系统气密性，但测试完成后进行氮气释放后氢气瓶及氢系统管路一般残留部分氮气，因此燃料电池车辆在进行调试之前需要对氢系统进行氢气置换，将残余氮气置换成氢气，保证后续燃料电池系统调试氢气品质要求。
3.相关技术中，在氢气置换时需要外接电源，但是该外接电源不可控，所以会存在氢电安全风险问题，且会造成氢气置换的过程不可控。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种氢气置换装置，以实现氢气置换过程的精准控制，并能够有效提高氢气置换操作的便利性。
5.本发明的第二个目的在于提出一种车辆。
6.本发明的第三个目的在于提出一种氢气置换方法。
7.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种氢气置换装置，包括：
8.燃料电池控制器，用于从整车控制器获取整车高压连接状态；置换开关，所述置换开关与所述燃料电池控制器连接，所述燃料电池控制器还用于在整车高压未连接且所述置换开关被按下时，向氢系统控制器发送瓶口阀第一开启指令，以及在整车高压未连接且所述置换开关弹起时，向所述氢系统控制器发送瓶口阀第一关闭指令；氢系统控制器，用于根据所述瓶口阀第一开启指令控制瓶口阀开启，以进行氢气置换，并根据所述瓶口阀第一关闭指令控制瓶口阀关闭，以停止氢气置换。
9.根据本发明实施例的氢气置换装置，通过获取整车高压连接状态，并在整车高压处于未连接状态时，一键操作置换开关以实现氢气置换，从而可保障氢气置换操作的安全性，并且通过置换开关的一键操作可提升氢气置换的便利性。
10.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种车辆，所述车辆包括上述的氢气置换装置。
11.根据本发明实施例的车辆，通过其上的氢气置换装置可实现氢气置换过程的精准控制，并能够有效提高氢气置换操作的便利性，并且可保障氢气置换操作的便利性。
12.为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种氢气置换方法，所述方法包括：从整车控制器获取整车高压连接状态；在整车高压未连接且接收到置换指令时，向氢系统控制器发送瓶口阀第一开启指令，以及在整车高压未连接且接收到置换停止指令时，向所述氢系统控制器发送瓶口阀第一关闭指令；根据所述瓶口阀第一开启指令控制瓶口阀开
启，以进行氢气置换，并根据所述瓶口阀第一关闭指令控制瓶口阀关闭，以停止氢气置换。
13.根据本发明实施例的氢气置换方法，通过获取整车高压连接状态，并在整车高压处于未连接状态时，接收置换指令以实现氢气置换，从而可保障氢气置换操作的安全性。
14.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
15.图1为现有氢气置换装置的外接原理图；
16.图2为本发明实施例的氢气置换装置的结构框图；
17.图3为本发明实施例的氢气置换装置的工作流程图；
18.图4为本发明实施例的氢气置换装置的外接原理图；
19.图5为本发明实施例的车辆的结构框图；
20.图6为本发明实施例的氢气置换方法的流程图。
具体实施方式
21.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
22.承如背景技术中所述，目前氢系统及氢气瓶在出厂检测过程中一般采用氦气或者氮气进行保压测试，测试合格后才能进行车辆装备，然后进行氮气保压，从而确保整套系统气密性，但测试完成后进行氮气释放后氢气瓶及氢系统管路一般残留部分氮气，因此燃料电池车辆在进行调试之前需要对氢系统进行氢气置换，将残余气体置换成氢气，保证后续燃料电池系统调试氢气品质要求。
23.目前车辆在进行氢气相关置换操作时，主要通过外接24v电源开启瓶口阀进行，其主要外接原理图如图1所示。图1中燃料电池控制器fcu的通信端口pin_1和pin_2分别与氢系统控制器hms的通信端口pin_1和pin_2连接，燃料电池控制器通过上述端口与氢系统控制器进行通信，如发送瓶口阀开启/关闭指令。燃料电池控制器的pin_3和pin_4端口分别在整车上电后与整车电源连接，燃料电池控制器通过整车电源进行供电。氢系统控制器与外接电源连接，其中，该外接电源电压为24v。该氢气置换装置在进行氢气置换时，主要操作步骤如下：首先将保压后的氮气进行释放，释放至压力为0.2mpa时停止释放，然后进行氢气充装，在充装到3mpa后，瓶口阀外接24v低压电进行氢气释放，当释放至0.2mpa时，停止释放，并重复上述氢气充装的步骤，在重复上述步骤两次后，完成氢气置换。
24.然而，该方法存在下述问题：瓶口阀在进行氢气释放时，需要外接24v低压电，由于需要外接电源，会容易产生氢电安全风险问题；其次，在氢气置换过程中，在释放至预设气压如0.2mpa时，需要依据气体释放噪声判断瓶内压力大小，存在较大误差，容易导致气体置换不充分，瓶内气体品质不纯，从而容易对后续燃料电池系统调试造成不必要的干扰，甚至影响燃料电池系统性能。
25.为此，本发明提出了一种氢气置换装置、方法和车辆，其中，该氢气置换装置或方法无需外接电源，并通过压力传感器可对瓶内气压进行精准检测，从而实现氢气置换的精
准控制，使得氢气置换更加充分，并且还通过获取整车高压连接状态，以在整车高压未连接时进行氢气置换操作，可防止产生氢电安全风险问题，以及通过置换开关的一键操作，可提升氢气置换的便利性。
26.下面参考附图2-6描述本发明实施例的氢气置换装置、方法和车辆。
27.参考图2，本发明实施例的氢气置换装置100可包括燃料电池控制器10、置换开关20和氢系统控制器30。其中，燃料电池控制器10用于从整车控制器获取整车高压连接状态；置换开关20与燃料电池控制器10连接，燃料电池控制器10还用于在整车高压未连接且置换开关20被按下时，向氢系统控制器30发送瓶口阀第一开启指令，以及在整车高压未连接且置换开关20弹起时，向氢系统控制器30发送瓶口阀第一关闭指令；氢系统控制器30根据瓶口阀第一开启指令控制瓶口阀开启，以进行氢气置换，并根据瓶口阀第一关闭指令控制瓶口阀关闭，以停止氢气置换。
28.在本发明的一个实施例中，本发明实施例的氢气置换装置100还包括所述整车控制器，该整车控制器用于在车辆启动后上电自检，并在自检无故障后，使能燃料电池控制器10上电自检。
29.具体的，如图3所示，在整车钥匙处于on档位时，整车控制器进行上电自检，整车控制器检测无低压自检故障后，使能燃料电池控制器10，燃料电池控制器10使能后进行上电自检。
30.如图4所示，燃料电池控制器10还外接一置换开关20以实现氢气置换一键操作。具体而言，如图3所示，燃料电池控制器10在上电自检无故障后，可从整车控制器获取整车高压连接状态，并在获取到整车高压连接状态为未连接状态的条件下，检测到用户按下置换开关时，向氢系统控制器30发送瓶口阀第一开启指令。当然，燃料电池控制器10也可在获取到整车高压连接状态为未连接状态的条件下，检测到置换开关弹起时，向氢系统控制器30发送瓶口阀第一关闭指令。当氢系统控制器30接收到瓶口阀第一开启指令时，控制开启氢气置换，当氢系统控制器30接收到瓶口阀第一关闭指令时，控制停止氢气置换。
31.需要说明的是，本实施例中，燃料电池控制器10只有在获取到整车高压连接状态为未连接状态的情况下，才会判定置换开关20操作的有效性。即，燃料电池控制器10在整车高压连接时，无论置换开关20按下或弹起，都不会触发燃料电池控制器10发送瓶口阀开启指令或关闭指令，以控制开启氢气置换或停止氢气置换。
32.本实施例中，通过获取整车高压连接状态并将其作为氢气置换条件，可提高氢气置换的安全性，并且通过置换开关进行氢气置换控制，可提高氢气置换操作的便利性。
33.在本发明的一个实施例中，所述装置还包括压力传感器，压力传感器与燃料电池控制器10连接，该压力传感器用于对氢气瓶中的气压进行检测。
34.其中，燃料电池控制器10还用于在整车高压未连接且氢气瓶中的气压低于第一预设气压值时，向氢系统控制器30发送所述瓶口阀第一关闭指令。
35.具体的，在氢气置换时，可通过压力传感器对氢气瓶中的气压进行检测，以实现氢气置换的精准控制。如图3所示，在整车高压未连接时，燃料电池控制器10可实时获取压力传感器检测到的氢气瓶中的气压值，并对其进行检测分析。当燃料电池控制器10检测到氢气瓶中的气压低于第一预设气压值(如0.2mpa)时，会向氢系统控制器发送瓶口阀第一关闭指令，以停止氢气置换。
36.在进行保压测试并完成氢气置换操作后，如有燃料电池开启或关闭需求，如需要向燃料电池提供或终止提供反应所需的氢气时，可通过燃料电池控制器和整车控制器进行相应控制。
37.在本发明的一个实施例中，燃料电池控制器10还用于在整车高压连接时，从整车控制器接收燃料电池开机信号，并根据燃料电池开机信号，向氢系统控制器30发送瓶口阀第二开启指令，以使氢系统控制器30根据瓶口阀第二开启指令控制瓶口阀开启，以向燃料电池提供氢气，或者，在整车高压连接时，从整车控制器接收燃料电池关机信号，并根据燃料电池关机信号，向氢系统控制器30发送瓶口阀第二关闭指令，以使氢系统控制器30根据瓶口阀第二关闭指令控制瓶口阀关闭，以停止向燃料电池提供氢气。
38.具体的，当有燃料电池开启需求时，整车高压处于连接状态，整车控制器可向燃料电池控制器10发送燃料电池开机信号，燃料电池控制器10接收该燃料电池开机信号后，向氢系统控制器30发送瓶口阀第二开启指令，以通过该瓶口阀第二开启指令，向燃料电池提供反应所需的氢气。当然，也可随时终止向燃料电池提供反应所需的氢气。具体而言，当有燃料电池关闭需求时，整车高压处于连接状态，整车控制器可向燃料电池控制器10发送燃料电池关闭信号，燃料电池控制器10接收该燃料电池关闭信号后，向氢系统控制器30发送瓶口阀第二关闭指令，以通过该瓶口阀第二关闭指令，终止向燃料电池提供反应所需的氢气。
39.在本发明的一个实施例中，燃料电池控制器10还用于在整车高压连接且氢气瓶中的气压低于第二预设气压值时，向氢系统控制器30发送瓶口阀第三关闭指令，以使氢系统控制器30根据瓶口阀第三关闭指令控制瓶口阀关闭，以停止氢气释放，其中，第二预设气压值大于所述第一预设气压值。
40.具体的，在燃料电池开启之后，在整车高压连接状态下，若燃料电池控制器10检测到氢气瓶中的气压低于第二预设气压值(如2mpa)时，需停止氢气释放，由此，燃料电池控制器10可向氢系统控制器30发送瓶口阀第三关闭指令，以使氢系统控制器30根据瓶口阀第三关闭指令控制瓶口阀关闭，从而停止氢气释放。
41.其中，在氢系统控制器30根据该瓶口阀第一开启指令或第二开启指令控制瓶口阀开启后，整车钥匙切换至off档，整车控制器、燃料电池控制器10和氢系统控制器30处于非使能状态，并进行下电休眠，从而节省了能源。
42.可选的，在氢系统控制器30根据瓶口阀第一关闭指令/第二关闭指令/第三关闭指令控制瓶口阀关闭后，整车钥匙切换至off档，整车控制器、燃料电池控制器10和氢系统控制器30处于非使能状态，并进行下电休眠，从而有效节省了能源。
43.在本发明的一个实施例中，所述装置还包括：供电单元，该供电单元与氢系统控制器30和瓶口阀分别连接，该供电单元用于向氢系统控制器30和瓶口阀供电。
44.具体的，本实施例中的瓶口阀电源无需通过外接电源进行供电，仅需通过车辆内的原有24v供电电源进行供电即可。本实施例中的原有24v供电电源可向氢系统控制器30供电，也可向瓶口阀进行供电。本实施例中，瓶口阀和氢系统控制器30通过原有24v供电电源进行供电可防止氢电安全风险的产生。
45.综上所述，本发明实施例的氢气置换装置无需外接电源，并通过获取整车高压连接状态，以在整车高压未连接时进行氢气置换操作，可防止产生氢电安全风险问题，并通过
压力传感器对瓶内气压进行精准检测，从而可实现氢气置换的精准控制，使得氢气置换更加充分，以及通过置换开关的一键操作，可实现氢气置换的便利性。
46.进一步的，如图5所示，本发明实施例的车辆1000可包括上述的氢气置换装置100。
47.根据本发明实施例的车辆，通过其上的氢气置换装置可实现氢气置换过程的精准控制，并能够有效提高氢气置换操作的便利性，且能够防止氢电安全风险问题的产生。
48.进一步的，本发明还提出了一种氢气置换方法，如图6所示，该氢气置换方法可包括如下步骤：
49.s1，从整车控制器获取整车高压连接状态。
50.s2，在整车高压未连接且接收到置换指令时，向氢系统控制器发送瓶口阀第一开启指令，以及在整车高压未连接且接收到置换停止指令时，向氢系统控制器发送瓶口阀第一关闭指令。
51.s3，根据瓶口阀第一开启指令控制瓶口阀开启，以进行氢气置换，并根据瓶口阀第一关闭指令控制瓶口阀关闭，以停止氢气置换。
52.在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：获取氢气瓶中的气压；在整车高压未连接且氢气瓶中的气压低于第一预设气压值时，向氢系统控制器发送瓶口阀第一关闭指令。
53.可选的，所述方法还包括：在整车高压连接时，从整车控制器接收燃料电池开机信号，并根据燃料电池开机信号，向氢系统控制器发送瓶口阀第二开启指令，以使氢系统控制器根据瓶口阀第二开启指令控制瓶口阀开启，以向燃料电池提供氢气；或者，在整车高压连接时，从整车控制器接收燃料电池关机信号，并根据燃料电池关机信号，向氢系统控制器发送瓶口阀第二关闭指令，以使氢系统控制器根据瓶口阀第二关闭指令控制瓶口阀关闭，以停止向燃料电池提供氢气；或者，在整车高压连接且氢气瓶中的气压低于第二预设气压值时，向氢系统控制器发送瓶口阀第三关闭指令，以使氢系统控制器根据瓶口阀第三关闭指令控制瓶口阀关闭，以停止氢气释放，其中，第二预设气压值大于第一预设气压值。
54.需要说明的是，本发明实施例的氢气置换方法的具体实施方式可参见上述氢气置换装置的具体实施方式，此处不再赘述。
55.综上所述，本发明实施例的氢气置换方法无需外接电源，并通过获取整车高压连接状态，以在整车高压未连接时进行氢气置换操作，可防止产生氢电安全风险问题，并且还通过压力传感器可实现瓶内气压的精准检测，从而实现氢气置换的精准控制，使得氢气置换更加充分。
56.需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光
盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
57.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
61.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
62.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
63.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。