燃料电池汽车全状态氢安全监控方法与流程

本发明涉及燃料电池，更为具体地说是指燃料电池汽车全状态氢安全监控方法。

背景技术：

1、燃料电池系统利用高纯度氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能的一种发电装置，将燃料电池系统应用在汽车等交通领域应用具有效率高、零排放、加氢时间短等特点，被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源，并得到国家及地方示范推广与应用。

2、氢气作为一种清洁能源，也存在一些不足之处，比如无色无味、易燃、易爆、易发生氢脆等安全问题。这些安全危害的出现都是在一定环境条件产生的，如氢气与空气混合的爆炸极限范围为4.0％～75.6％(体积浓度)，且存在一定的点火能量即可能产生爆炸。因此在使用过程中及时监控可能产生危害的必要条件，并采取相应的监控措施，可避免使用氢气造成的危害和安全事故。

3、为解决以上问题，申请公布号为cn 114992509a的中国专利公开了一种燃料电池汽车加氢安全控制方法，包括加氢模块、供氢模块、储氢模块、氢管理系统控制器以及整车控制器，加氢模块的加氢口附近增设一个加氢比例阀，整车控制器在加氢过程中对气瓶温度、气瓶压力、管路压力、氢气浓度等信号进行判断，当储氢气瓶压力接近额定公称压力或储氢气瓶温度即将超限时，控制该加氢比例阀关闭，中断加氢过程，从而避免因加氢过程中出现储氢气瓶温度过高、氢气泄露、车辆移动等异常造成设备损坏或引发安全事故。

4、然而，车辆不仅在外部加氢过程中，因氢气气体处于高速被压缩状态，气瓶温度急剧升高，在气体压力达到额定公称压力前，可能出现车载氢系统因气体高温或压力过高损坏阀组件及储氢气瓶的安全隐患，引起氢气自然泄露的安全风险；而且在夏天车辆处于长时间停车状态，特别对于车载氢气瓶布置在车顶极容易受到太阳暴晒，引起氢气阀组件或储氢气瓶表面温度急剧升高，导致气体密封性能降低，甚至损坏阀组件及储氢气瓶，缩短车载氢系统使用寿命，提前出现氢气泄露的安全风险；另外，在车辆正常使用燃料电池过程中，也存在氢气发生氢脆导致管路或阀组件漏氢的安全风险。

5、而以上专利的控制方法仅能控制加氢过程中的故障问题。不能在车辆处于断电状态以及行车状态下的氢安全进行监控，无法实现整车全状态氢安全的安全监控。而且，在加氢过程中仅通过整车控制器对加氢比例阀的控制，不能监测到加氢站端的故障问题，无法及时进行主动安全防控。

技术实现思路

1、本发明提供一种燃料电池汽车全状态氢安全监控方法，以解决现有的氢安全监控方法不能在车辆处于断电状态、加氢状态以及行车状态下的全状态氢安全进行全天监控等缺点。

2、本发明采用如下技术方案：

3、燃料电池汽车全状态氢安全监控方法，基于全状态氢安全监控自唤醒车载电控系统，所述全状态氢安全监控自唤醒车载电控系统由车载氢系统、动力电池管理系统bms、低压电源变频器dcl、整车控制器vcu、氢管理系统hms、燃料电池控制系统fcu和远程监控系统tbox组成，并通过整车can网络实时通讯，共享各个单元的运行及诊断参数；监控方法如下：

4、s1、在燃料电池断电状态，全状态氢安全监控自唤醒车载电控系统周期性唤醒整车控制器vcu，实时获取车辆状态信息，判断整车的故障信息，故障信息分为一级故障、二级故障和三级故障，通过通讯将重要参数及故障信息传输到企业监控平台并通知相关人员，解决车辆可能存在的安全风险；

5、s2、在燃料电池加氢状态，氢管理系统hms与加氢站内部加氢机进行蓝牙无线数据通讯，若氢管理系统hms检测到车载氢系统或加氢站端存在故障，整车控制器vcu将故障信息通过远程监控系统tbox传输到企业监控平台，通知相关人员并及时进行停止加氢操作；若检测到氢管理系统hms故障，分为hms一级故障、hms二级故障和hms三级故障，整车控制器vcu根据hms故障等级采取延迟滤波处理、发出报警或者强制停止加氢操作；

6、s3、在燃料电池行车状态，全状态氢安全监控自唤醒车载电控系统实时监测车辆用氢安全的故障等级，故障等级分为一级故障、二级故障和三级故障；整车控制器vcu同步转发相同的故障等级到远程监控系统tbox，通过远程监控系统tbox传输到企业监控平台，并及时通知相关人员。

7、上述步骤s1的具体过程如下：

8、s11、判断整车控制器vcu是否收到钥匙信号从acc切换到off档位，且车速为0，若是则车辆处于断电状态，车辆即将进入休眠前夕；

9、s12、整车控制器vcu通过can网络向低压电源变频器dcl发送下一次启动唤醒时间周期，输出唤醒电源驱动整车控制器vcu工作，按照上次停止休眠时间开始计算下一轮时间间隔；

10、s13、当低压电源变频器dcl休眠0.5小时后，若整车均处于未发生故障状态或可能出现风险，整车控制器vcu将进入休眠状态，同时告知低压电源变频器dcl下一次唤醒时刻；若整车出现一级故障，单次监控时间延长10min；若整车出现二级故障，单次监控时间延长20min；若整车出现三级故障，全状态氢安全监控自唤醒车载电控系统将不退出，直至动力电池出现单体欠压一级或soc过低二级故障，期间将利用企业监控服务平台，通过移动网络信号将相关车辆及故障信息传输到企业监控平台，及时短信通知驾驶员、服务站维修人员、专职人员和监管平台，通过人为进行干预，及时发现并解决车辆可能存在的安全风险。

11、进一步地，上述步骤s1中车辆断电的故障信息包括氢气瓶气体压力过高、氢气瓶气体温度过高、氢气泄露值过大、动力电池单体电压过压、动力电池温度过高、整车绝缘值过低、车辆发生碰撞、车辆发生火灾，每一种故障内容根据危险程度设置不同的判断阈值，依次分为一级故障、二级故障及三级故障。

12、上述步骤s2的具体过程如下：

13、s21、通过车辆加氢舱门状态变换，由关闭到打开信号，且持续处于打开状态，并结合气瓶单位时间t0内的温升超过阈值δt0、单位时间t0内氢气压力变化率超过阈值δp0、且车速持续为0，判断车辆处于在加氢站端进行加氢操作；

14、s22、开启车辆加氢状态氢安全监控，由低压电源变频器dcl向整车控制器输出唤醒信号，整车控制器vcu根据断电模式选择性唤醒氢管理系统hms、燃料电池控制系统fcu和远程监控系统tbox；

15、s23、整车控制器vcu实时获取车辆状态信息，并将关键信息及车辆故障信息通过车载远程监控系统tbox传输到企业监控平台；

16、s24、若氢管理系统hms检测到车载氢系统或加氢站端存在故障，整车控制器将故障信息通过远程监控系统tbox传输到企业监控平台，并通知相关人员，通过人为进行干预及时停止加氢操作；

17、s25、若整车检测氢管理系统hms一级故障，整车控制器采取延迟10s时间滤波处理，整车仪表发出加氢报警声音提醒；若整车检测氢管理系统hms二级次严重故障，整车控制器采取延迟5s时间滤波处理，然后通过整车控制器vcu发送蓝牙停止加氢指令，并声光报警，整车主动结束加氢操作；若整车检测氢管理系统hms三级严重故障，立即通过整车控制器vcu发送蓝牙停止加氢指令，并紧急声光报警，整车强制结束加氢操作。

18、进一步地，若车辆检测加氢舱门由打开到关闭信号，且持续处于关闭状态，车辆将进入加氢结束状态时，但此时若超过单位时间t1，车辆仍未检测钥匙acc档上电信号，则启动低压电源变频器dcl进行加氢后的监控，持续60min下电持续数据监控氢气瓶压力、温度与泄露值。

19、上述步骤s3的具体过程如下：

20、s31、若检测车辆钥匙处于acc或on或start档位，则判断车辆处于行车状态，开启车辆形状状态安全监控；

21、s32、dcl进入休眠状态，而整车控制器vcu、氢管理系统hms、燃料电池控制系统fcu和远程监控系统tbox均处于在线状态；

22、s33、实时监测车辆是否出现用氢安全故障，用氢安全故障分为一级故障、二级故障及三级故障，整车控制器vcu同步转发相同的故障级别到远程监控系统tbox，通过远程监控系统tbox传输到企业监控平台，且通知相关人员。

23、上述用氢安全故障包括氢气瓶气体压力过高、氢气瓶气体温度过高、氢气泄露值过大、动力电池单体电压过压、动力电池温度过高、整车绝缘值过低、车辆发生碰撞、车辆发生火灾。

24、由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

25、1、本发明的全状态氢安全监控方法，车辆无论处于断电状态、加氢状态、还是行车状态，全状态氢安全监控自唤醒车载电控系统在24小时全天侯全状态氢安全监控车辆用氢安全，建立故障三级风险分级方法，基于车联网平台的云端数据驱动风险预警机制并实时推送干预措施，并构建“站端-车端-云端”的全状态氢电安全防控体系，实现燃料电池汽车全天候车辆用氢安全。本发明方法具有覆盖面广、时间周期长、环境适应性强等优点，可以有效预防车辆用氢引起安全事故的发生，实时监测车辆全过程用氢安全，有效提升燃料电池汽车主动安全控制技术。

26、2、本发明在车辆处于加氢状态时，氢管理系统hms将通过车载蓝牙系统与加氢站内部加氢机进行无线数据通讯，共享车上气体压力、温度及故障等加氢状态信号，旨在通过加氢机主动停止氢气加注，避免车上氢气压力过高或温度过高，提升车辆在加氢过程中的安全性。