一种车载高压储氢系统健康度诊断方法、控制方法及装置与流程

本发明涉及一种车载高压储氢系统健康度诊断方法、控制方法及装置，属于氢能车辆以及车载高压储氢系统。

背景技术：

1、氢能汽车作为氢能在交通领域的应用方式备受热捧，氢能汽车有氢燃料电池汽车、氢内燃机汽车两种形式。因较高的能源利用效率，目前行业内以研究和开发氢燃料电池汽车为主，但氢燃料电池汽车成本较高；而氢内燃机成本较低，对氢气品质要求不高，可通过现有的天然气内燃机平台改造，使其在氢能行业内占有一席之地。

2、无论何种形式的氢能汽车，都需要配备车载高压储氢系统，车载高压储氢系统的功能主要有加注、存储和供应氢气。车载高压储氢系统行业内主要有车载高压储氢系统和车载液氢储氢系统两种方式，前者为目前主要的应用形式，后者具有更高的储氢密度，在长续航和重载应用场景具有很好的应用前景，但因为民用液氢基础设施匮乏，民用液氢法规和标准体系尚未健全，所以车载液氢系统目前还处于工程样机阶段，尚未规模化应用。

3、《cn202310501439.1一种用于检测车载供氢系统微量泄漏的装置及其控制方法》仅针对减压阀上游的高压系统，未考虑减压阀下游管路系统压力较大且减压阀存在一点内漏会影响减压阀上游的高压系统的压力降、泄漏率等参数的情况，从而使得对高压管路的泄漏诊断存在一定的误判可能性。

4、《cn202310681754.7一种燃料电池车氢安全控制方法》仅通过减压阀上游、下游的高压、中压压力作为判据，未考虑温度对定容空间压力的影响，亦未考虑前述上一专利未考虑之情况，所以此专利的方法也存在一定的不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种车载高压储氢系统健康度诊断方法、控制方法及装置，能准确判断车载高压储氢系统的健康度，增加氢能车辆日常运营的安全性，并为精准制定每台氢能车辆车载高压储氢系统管路和减压阀的维护策略的提供技术支撑。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种车载高压储氢系统健康度诊断方法，基于一种车载高压储氢系统，所述车载高压储氢系统包括多个氢瓶、高压管路、中压管路和减压阀，每个氢瓶上安装有瓶阀；所述高压管路依次设于瓶阀、加氢口、减压阀三者之间；所述中压管路设于减压阀与待充氢的燃料电池系统；

4、所述方法包括以下步骤：

5、获取车载高压储氢系统非供氢状态时的平均温度以及高压管路和中压管路的压力；

6、根据所述车载高压储氢系统非供氢状态时的平均温度以及高压管路和中压管路的压力，计算高压、中压管路的氢气泄漏率；

7、根据高压、中压管路的氢气泄漏率，计算高压管路、中压管路以及减压阀健康度。

8、进一步的，获取车载高压储氢系统非供氢状态时的平均温度以及高压管路和中压管路的压力，包括：

9、获取车载高压储氢系统非供氢状态起始时刻t1以及车载高压储氢系统非供氢状态实时时刻或者终止时刻t2；

10、计算车载高压储氢系统非供氢状态时长为t，t=t2-t1；

11、获取车载氢气系统的平均温度tavg；

12、获取高压管路的压力为v1和中压管路的压力v2；

13、获取高压管路的压力p1，包括t1时刻的高压管路的压力p1-1，t2时刻的高压管路的压力p1-2；

14、获取中压管路的压力p2,包括t1时刻的中压管路的压力p2-1，t2时刻的中压管路的压力p2-2；

15、获取减压阀的静态锁止压力plock；

16、获取高压管路内的氢气质量m1，包括t1时刻的氢气质量m1-1，t2时刻的氢气质量m1-2；

17、获取中压管路内的氢气质量m2，包括t1时刻的氢气质量m2-1，t2时刻的氢气质量m2-2。

18、进一步的，获取车载氢气系统的平均温度tavg，包括：

19、在每个瓶阀上集成配置有一个温度传感器，使用车载高压储氢系统内各个温度传感器的平均温度作为平均温度：

20、tavg=t1+...+tn/n

21、其中，tn表示第n个温度传感器采集的温度，n为温度传感器总数；

22、获取高压管路的压力p1，包括：通过高压压力传感器实时测得；

23、获取中压管路的压力p2，包括：通过中压压力传感器实时测得。

24、进一步的，获取高压管路内的氢气质量m1，包括：

25、以下式计算t1时刻的氢气质量m1-1，t2时刻的氢气质量m1-2：

26、m1-1=v1*ρh2@(p1-1,tavg-1)，m1-2=v1*ρh2@(p1-2,tavg-2)，

27、其中，ρh2@(p1-1,tavg-1)表示在p1-1、tavg-1下氢气的密度，ρh2@(p1-2,tavg-2)表示在p1-2、tavg-2下氢气的密度，可通过表1查得；

28、获取中压管路内的氢气质量m2，包括：

29、以下式计算t1时刻的氢气质量m2-1，t2时刻的氢气质量m2-2：

30、m2-1=v1*ρh2@(p2-1,tavg-1)，m1-2=v1*ρh2@(p2-2,tavg-2)；

31、其中，ρh2@(p2-1,tavg-1)表示在p2-1、tavg-1下氢气的密度，ρh2@(p2-2,tavg-2)表示在p2-2、tavg-2下氢气的密度，可通过查表获得。

32、进一步的，根据所述车载高压储氢系统非供氢状态时的高压、中压管路温度、压力参数的变化计算高压、中压管路氢气泄漏率，包括：

33、根据t1时刻的氢气质量m1-1和t2时刻的氢气质量m1-2，计算车载高压储氢系统非供氢状态，高压管路内的氢气泄漏率lr1，其中

34、lr1=(m1-1-m1-2)/t

35、根据t1时刻的氢气质量m2-1和t2时刻的氢气质量m2-2，计算车载高压储氢系统非供氢状态，中压管路内的氢气泄漏率lr2，其中

36、lr2=(m2-1-m2-2)/t

37、根据下式计算总管路系统总的氢气泄漏率lrtotal，所述总管路系统包括高压管路和中压管路；

38、lrtotal=(m1-1+m2-1-m1-2-m2-2)/t。

39、进一步的，根据高压、中压管路氢气泄漏率，计算高压管路、中压管路以及减压阀健康度，包括：

40、若lrtotal＞lrtotal_a，则总管路系统存在外漏；其中，lrtotal_a为预设总阈值，根据总管路系统的潜在外漏点数量和每个外漏点允许的漏率进行定义；

41、当lrtotal＞lrtotal_a时，若-lr2≥lr2_a1，则说明减压阀存在l2级泄漏，且高压管路存在外漏，中压管路无外漏；其中，lr2_a1为预设第一阈值，根据减压阀的内漏性能参数进行设定；

42、当lrtotal＞lrtotal_a时，若0＜-lr2＜lr2_a1，则说明减压阀存在l1级泄漏，且高压管路存在外漏，中压管路无外漏；

43、当lrtotal＞lrtotal_a时，若lr2＞0，且plock–p2-2≤a，则说明减压阀无内漏，中压管路轻微外漏，高压管路存在外漏；其中，a为预设第二阈值，根据减压阀的流量性能参数进行定义；

44、当lrtotal＞lrtotal_a时，若lr2＞0，且plock–p2-2＞a，则说明中压管路存在严重外漏，高压管路的外漏情况为“是否外漏需另行检查确认”，减压阀的内漏情况为“是否内漏需另行检查确认”；

45、若lrtotal≤lrtotal_a，则说明整个管路系统无外漏；

46、当lrtotal≤lrtotal_a时，若lr1≤lr1_a1，则说明减压阀无内漏；其中，lr1_a1为预设第三阈值，根据减压阀的内漏性能参数进行设定；

47、当lrtotal≤lrtotal_a时，若lr1＞lr1_a1，则说明整个管路系统无外漏，减压阀存在内漏；

48、当lrtotal≤lrtotal_a，且lr1＞lr1_a1时，若-lr2≤lr2_a2，则说明整个管路系统无外漏，减压阀存在l1级泄漏；

49、当lrtotal≤lrtotal_a，且lr1＞lr1_a1时，若-lr2＞lr2_a2，则说明整个管路系统无外漏，减压阀存在l2级泄漏。

50、第二方面，本发明提供一种车载高压储氢系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

51、执行如第一方面所述的车载高压储氢系统健康度诊断方法，得到高压管路、中压管路和减压阀健康度；

52、根据所述高压管路、中压管路和减压阀健康度，控制进行实施报警和联锁措施。

53、进一步的，根据所述高压管路、中压管路和减压阀健康度，控制进行实施报警和联锁措施，包括：

54、根据所述高压管路、中压管路和减压阀健康度，将情况分类为：

55、情况a：

56、1.中压管路严重外漏；

57、2.高压管路的外漏情况为“是否外漏需另行检查确认”；

58、3.减压阀的内漏情况为“是否内漏需另行检查确认”；

59、情况b：

60、1.中压管路轻微外漏；

61、2.高压管路的外漏情况为“是否外漏需另行检查确认”；

62、3.减压阀无内漏；

63、情况c：

64、1.高压管路外漏；

65、2.中压管路无外漏；

66、3.减压阀l1级泄漏；

67、情况d：

68、1.高压管路外漏；

69、2.减压阀l2级泄漏；

70、3.中压管路无外漏；

71、情况e：

72、1.整个管路系统无外漏；

73、2.减压阀无内漏；

74、情况f：

75、1.整个管路系统无外漏；

76、2.减压阀存在l1级泄漏；

77、情况g：

78、1.整个管路系统无外漏；

79、2.减压阀存在l2级泄漏；

80、根据以上情况，对应执行以下措施：

81、对于e和f两种情况，仅进行记录，不实施报警和联锁措施；

82、对于g情况，进行记录，并进行预警，若t2时刻的中压管路的压力p2-2未大于预设的中压高限联锁阈值，可不实施联锁措施；

83、对于a情况，进行记录，并进行预警，若t2时刻的中压管路的压力p2-2未大于预设的中压高限联锁阈值，可不实施联锁措施；

84、对于b情况，进行记录，并进行预警，获取所在区域的氢气浓度，若t2时刻的高压管路的压力p1-2未小于预设的高压低限联锁阈值，且所在区域的氢气浓度未触发该区域的氢气浓度高限联锁阈值，可不实施联锁措施；

85、对于c和d情况，进行记录，并进行预警，获取所在区域的氢气浓度，若t2时刻的中压管路的压力p2-2未大于预设的中压高限联锁阈值，t2时刻的高压管路的压力p1-2未小于预设的高压低限联锁阈值，所在区域的氢气浓度未大于该区域的氢气浓度高限联锁阈值，可不实施联锁措施。

86、进一步的，所述方法还包括：

87、将高压管路、中压管路以及减压阀的所有健康度信息通过车辆终端上传至远程车辆管理平台，并接收来自所述远程车辆管理平台的维护策略。

88、进一步的，所述来自所述远程车辆管理平台的维护策略包括：

89、对于出现a情况的车载高压储氢系统，进维修站进行维护，进行总管路系统的内外漏检查、修复；

90、对于出现b情况的车载高压储氢系统，进维修站进行维护，进行高压管路的外漏检查、修复；

91、对于出现c情况的车载高压储氢系统，进维修站进行维护，进行高压管路的外漏检查、修复；记录减压阀轻微内漏的情况；

92、对于出现d情况的车载高压储氢系统，进维修站进行维护，进行高压管路外漏、减压阀内漏的检查、修复；

93、对于出现e情况的车载高压储氢系统，无需进行任何维护；

94、对于出现f情况的车载高压储氢系统，无需进行任何维护；记录减压阀轻微内漏的情况；

95、对于出现g情况的车辆，进维修站进行维护，进行减压阀内漏的检查、修复。

96、第三方面，本发明提供一种车载高压储氢系统健康度诊断装置，适用于一种车载高压储氢系统，所述车载高压储氢系统包括多个氢瓶、高压管路、中压管路和减压阀，每个氢瓶上安装有瓶阀；所述高压管路依次设于瓶阀、加氢口、减压阀三者之间；所述中压管路设于减压阀与待充氢的燃料电池系统；

97、所述车载高压储氢系统健康度诊断装置包括：

98、温度传感器，设置于所述瓶阀处，用于采集车载高压储氢系统非供氢状态时的平均温度；

99、高压压力传感器，设置于所述高压管路中，用于采集车载高压储氢系统非供氢状态时的所述高压管路的压力；

100、中压压力传感器，设置于所述中压管路中，用于采集车载高压储氢系统非供氢状态时的所述中压管路的压力；

101、储氢系统控制器，用于根据车载高压储氢系统非供氢状态时的平均温度以及高压管路和中压管路的压力，执行如第一方面所述的车载高压储氢系统健康度诊断方法。

102、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

103、1、本发明根据储氢系统中非供氢状态时的温度和高压、中压管路的压力计算氢气泄漏率，并根据氢气泄漏率确定系统中高压管路、中压管路以及减压阀健康度，提供了一种可行有效的车载高压储氢系统健康度确定方法，考虑了车载高压储氢系统高压、中压管路、减压阀内部密封的客观情况，基于容易获得的温度和压力参数，能够准确的判断高压管路、中压管路和减压阀的健康度。

104、2、本发明针对车载高压储氢系统非供氢状态时的高压管路、中压管路和减压阀的健康度，制定了涵盖高压管路、中压管路、减压阀的控制策略，能增加氢能车辆日常运营的安全性，精准制定每台氢能车辆车载高压储氢系统的管路和减压阀的控制方法。

105、3、本发明针对高压、中压管路的氢气泄漏可能性，考虑多种场景，全面分析各场景的氢气泄漏率，从而得到全面、准确的高压、中压管路以及减压阀的氢气泄漏情况。

106、4、本发明通过远程车辆管理平台对车载高压储氢系统整个生命周期内的健康度实时进行记录、分析，可指导售后专业精准制定每台氢能整机的维护策略，增加安全性的同时，降低维护成本。