用於加燃料期間的無源控制器喚醒的電氣結構的製作方法
2023-11-10 13:14:37 3
專利名稱：用於加燃料期間的無源控制器喚醒的電氣結構的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及一種用於在氫氣儲存罐的加燃料過程期間喚醒控制器的系統和方法，更具體地涉及一種用於當控制器先前已被停止以保存電池功率時、通過監測再充填埠處氫氣的溫度和儲存罐的溫度而在氫氣儲存罐的加燃料過程期間喚醒控制器的系統和方法。
背景技術：
氫由於其清潔並且可用於在燃料電池中有效地產生電，所以是非常有吸引力的燃料。汽車工業在開發氫燃料電池系統作為用於車輛的功率源方面消耗了相當大的資源。這樣的車輛比現今採用內燃機的車輛更高效並且產生更少的排放。典型地，氫氣在高壓下儲存在車輛上的一個或多個壓縮氣體罐中，以提供燃料電池系統所需的氫氣。罐中的壓力可為700巴以上。在一種已知的罐設計中，罐包括內部塑料襯，其為氫氣提供氣密密封；和·外部碳纖維複合層，其提供罐的結構整體性。由於氫氣是非常輕的擴散性氣體，所以內襯與罐連接器部件必須小心地設計，以便防止洩漏。氫氣通過導管從罐取出。典型地提供至少一個壓力調節器，其將罐內的氫氣的壓力降至適於燃料電池系統的壓力。燃料電池車輛上的氫氣儲存罐在合適的燃料加注站加燃料，在所述合適的燃料加注站處，提供合適的容器、配管、閥等等，以將罐耦聯至較大的氫氣源。經常地，這些燃料加注站的類型通過以明顯較高的壓力提供氫氣的快速流動，能夠非常迅速地再充填車輛上的氫氣儲存罐。如果氫氣儲存罐差不多是空的並且處於低的壓力，則進入罐的快速流動的氫氣迅速膨脹，使得其溫度明顯並且迅速地升高。典型地，如果在加燃料過程期間罐內存在足夠高的壓力，則罐內的溫度不會明顯升高。由於提供氣密密封的罐的內襯為聚合體,所以罐內的高溫對襯裡具有降解效應，這隨著時間和大量加燃料事件可最終導緻密封整體性喪失。由於此，在本領域中已知的是在罐上設置溫度傳感器，其在加燃料事件期間監測氫氣的溫度，其中隨著時間的過去在加燃料期間記錄溫度。提供算法，以基於溫度每隔多久超過預定溫度和持續多久來確定襯的耐久壽命。有些燃料加注站是被SAE認可的，並且在加燃料過程期間從車輛接收通信信號。對於被SAE認可的燃料加注站，由車輛觀察各種溫度與壓力信號。其他的燃料加注站可能不被SAE認可，其中車輛獨立地需要利用溫度傳感器在加燃料過程期間監測罐的溫度。在一種已知的燃料電池系統設計中，在加燃料過程期間打開以使連接至燃料加注站的加燃料容器暴露的加燃料門或活門(flap)具有開關，所述開關在活門打開時閉合，以向車輛控制器提供加燃料事件即將開始的信號。如果車輛不工作，則當開關閉合以預期加燃料不久將開始時，控制器將醒來，以便當監測到氫氣到罐的流動時記錄來自溫度傳感器的溫度信號。還存在罐壓力和氫濃度的觀察。在有些情形下，車輛駕駛員可打開加燃料活門，但不立即開始加燃料過程。由於車輛上的低電壓電池的電池荷電狀態具有有限的電荷，並且當車輛不工作時不再充電，所以提供算法，以減少或控制從電池的功率提取。在一種設計中，監測活門開關的控制器在開關閉合之後僅保持喚醒一定時間，並且如果加燃料過程在該時間期間不啟動，則即使活門開關閉合，所述控制也將停止，以節省電池功率。如果駕駛員然後在控制器停止之後進行加燃料過程，則控制器在該加燃料事件期間不能夠監測溫度與壓力，這可具有確定罐的可用壽命的後果。
發明內容
根據本發明的教導，公開了一種用於在對於燃料電池車輛上的高壓力氫儲存罐的氫氣加燃料過程期間喚醒車輛控制器的系統和方法。系統包括第一溫度開關，其安裝至高壓力罐並封裝在絕緣殼體內以便監測罐內的溫度；和第二溫度開關，其用於監測加燃料容器處的氫氣的溫度，其中第二溫度開關也封裝在絕緣殼體內。如果罐內的溫度升至高於預定溫度，則第一開關閉合，並且如果加燃料容器處的溫度降至低於預定溫度，則第二開關閉合，這使得向控制器提供喚醒信號，以允許控制器監測罐的溫度。結合附圖，本發明附加的特徵將從以下的說明和所附的權利要求變得明顯。本發明還提供如下方案1. 一種系統，包括
高壓力氣體儲存罐；
與所述罐流體連通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦聯至所述加燃料管道的與所述罐相對的端部，並適合於接納加燃料裝置，從而允許氣體流過所述加燃料管道並流入所述罐；
溫度傳感器，其安裝在所述罐上或靠近所述罐安裝，以便測量所述罐的溫度並提供表示所述罐的溫度的溫度信號；
控制器，其響應於來自所述溫度傳感器的溫度信號；
功率源，其在第一電氣線路上向所述控制器提供電源電壓；以及第一溫度開關，其安裝至所述罐並電耦聯至所述第一電氣線路，所述第一溫度開關具有第一溫度設定點，使得如果所述第一溫度開關檢測到高於所述第一溫度設定點的溫度，則所述第一溫度開關將閉合併允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓。2.根據方案I所述的系統，其特徵在於，還包括圍繞所述第一溫度開關並使所述第一溫度開關與周圍絕緣的熱殼體。3.根據方案I所述的系統，其特徵在於，還包括電耦聯至所述第一電氣線路的第二溫度開關，所述第二溫度開關安裝至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安裝，所述第二溫度開關具有第二溫度設定點，使得如果所述第二溫度開關檢測到由通過所述容器和所述加燃料管道的氣體流動所引起的低於所述第二溫度設定點的溫度，則所述第二溫度開關將閉合併允許電源電壓提供到所述功率源到所述控制器。4.根據方案3所述的系統，其特徵在於，還包括封裝所述第二溫度開關並使所述第二溫度開關與周圍絕緣的熱殼體。5.根據方案I所述的系統，其特徵在於，還包括電耦聯至所述控制器和所述功率源的第二電氣線路，所述第二電氣線路包括加燃料開關，所述加燃料開關閉合，以允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓。6.根據方案5所述的系統，其特徵在於，所述加燃料開關是安裝至車輛上的加燃料門的活門開關，所述加燃料開關在所述加燃料門打開時閉合。7.根據方案I所述的系統，其特徵在於，所述罐包括外部複合結構層和內部氣密密封層。8.根據方案I所述的系統，其特徵在於，所述罐是氫氣儲存罐。9.根據方案8所述的系統，其特徵在於，還包括從所述氫氣儲存罐接收氫氣的燃料電池組。10.根據方案9所述的系統，其特徵在於，所述系統在燃料電池車輛上。11. 一種燃料電池車輛上的系統，所述系統包括
高壓力氫氣儲存罐；
與所述罐流體連通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦聯至所述加燃料管道的與所述罐相對的端部，並適合於接納加燃料裝置，從而允許氫氣流過所述加燃料管道並流入所述罐；
溫度傳感器，其安裝在所述罐上或靠近所述罐安裝，以便測量所述罐的溫度並提供表示所述罐的溫度的溫度信號；
控制器，其響應於來自所述溫度傳感器的溫度信號；
電池，其在第一電氣線路上向所述控制器提供電源電壓；` 第一溫度開關，其安裝至所述罐並電耦聯至所述第一電氣線路，所述第一溫度開關具有第一溫度設定點，使得如果所述第一溫度開關檢測到高於所述第一溫度設定點的溫度，則所述第一溫度開關閉合併允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓；
第一熱殼體，其圍繞所述第一溫度開關並使所述第一溫度開關與周圍絕緣；
第二溫度開關，其安裝至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安裝並電耦聯至所述第一電氣線路，所述第二溫度開關具有第二溫度設定點，使得如果所述第二溫度開關檢測到低於所述第二溫度設定點的溫度，則所述第二溫度開關閉合併允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓；以及
第二熱殼體，其封裝所述第二溫度開關並使所述第二溫度開關與周圍絕緣。12.根據方案11所述的系統，其特徵在於，還包括電耦聯至所述控制器和所述功率源的第二電氣線路，所述第二電氣線路包括加燃料開關，所述加燃料開關閉合，以允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓。13.根據方案12所述的系統，其特徵在於，所述加燃料開關是安裝至車輛上的加燃料門的活門開關，所述加燃料開關在所述加燃料門打開時閉合。14.根據方案11所述的系統，其特徵在於，所述罐包括外部複合結構層和內部氣密密封層。15. 一種系統，包括
高壓力氣體儲存罐；
與所述罐流體連通的加燃料管道；
加燃料容器，其耦聯至所述加燃料管道的與所述罐相對的端部，並適合於接納加燃料裝置，從而允許氣體流過所述加燃料管道並流入所述罐；
溫度傳感器，其安裝在所述罐上或靠近所述罐安裝，以便測量所述罐的溫度並提供表示所述罐的溫度的溫度信號；控制器，其響應於來自所述溫度傳感器的溫度信號；
功率源，其在第一電氣線路上向所述控制器提供電源電壓；以及溫度開關，其安裝至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安裝並電耦聯至所述第一電氣線路，所述溫度開關具有溫度設定點，使得如果所述溫度開關檢測到低於所述溫度設定點的溫度，則所述溫度開關閉合併允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓。16.根據方案15所述的系統，其特徵在於，還包括封裝所述溫度開關並使所述溫度開關與周圍絕緣的熱殼體。17.根據方案15所述的系統，其特徵在於，還包括電耦聯至所述控制器和所述功率源的第二電氣線路，所述第二電氣線路包括加燃料開關，所述加燃料開關閉合，以允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓。18.根據方案17所述的系統，其特徵在於，所述加燃料開關是安裝至車輛上的加燃料門的活門開關，所述加燃料開關在所述加燃料門打開時閉合。19.根據方案15所述的系統，其特徵在於，所述罐包括外部複合結構層和內部氣密密封層。20.根據方案15所述的系統，其特徵在於，所述罐是氫氣儲存罐，所述系統還包括從所述氫氣儲存罐接收氫氣的燃料電池組。
圖1是燃料電池系統的簡化示意圖，示出用於在氫儲存罐加燃料過程期間喚醒控制器的電氣結構。
具體實施例方式涉及用於在氫儲存罐的加燃料事件期間喚醒控制器的系統和方法的本發明的實施例的以下討論本質上僅是示例性的，並且不意於以任何方式限制本發明或者其應用或使用。例如，本發明具有用於監測燃料電池車輛上的高壓力氫氣儲存罐的加燃料的應用。然而，如本領域的技術人員所意識到地，本發明的系統和方法可具有用於其他系統的應用。圖1是系統10的示意圖，示出用於在高壓力氫氣儲存罐14的加燃料過程開始時喚醒電子控制單元(ECU) 12的電氣結構。高壓力罐14是涉及以上的類型，具有提供結構整體性的外部複合層16和提供氣密密封的內部氣密襯裡層18。系統10可在燃料電池車輛上，其中可提供多個氣體儲存罐。罐14還包括適配器20，所述適配器20包括本領域的技術人員眾所周知的各種閥和密封裝置，所述適配器20允許罐14內的氫氣通過導管22以受控方式離開罐14並且允許來自燃料加注站(未示出)的氫氣通過導管22以受控方式進入罐14。在該非限制性實施例中，儲存在罐14內的氫氣通過導管26為燃料電池組24提供燃料。罐14通過將容器28連接至合適的加燃料埠(未示出)加燃料，所述合適的加燃料埠允許氫氣通過導管30流入罐14。止回閥34設置在導管30中，以防止流向容器28。閥32以本領域的技術人員很好地理解的方式切換通過導管22的流動。如以上所討論，期望在加燃料事件期間監測罐14內的溫度，以提供知識，所述知識可用於確定溫度對襯裡層18是否具有降解效應、和倘若具有降解效應則為了罐整體性目的具有多大降解效應。電氣線路38電耦聯至車輛上的E⑶12和低電壓電池40的正端子。活門開關36設置在電氣線路38中，所述活門開關36當車輛上的加燃料埠蓋活門(未示出)在加燃料過程期間打開以使容器28暴露時閉合。當開關36閉合時，向ECU12提供來自電氣線路38上的電池的電壓信號，從而喚醒並通知E⑶12加燃料事件即將發生，並且E⑶12應在加燃料過程期間監測溫度。溫度傳感器42設置在罐上合適的位置，在此設置在適配器20中，所述溫度傳感器42測量流過導管22並進入罐14的氫氣的溫度。向ECU12提供來自溫度傳感器42的溫度信號，所述溫度信號隨後用於算法，以便以本領域的技術人員很好地理解的方式監測襯裡層18的整體性。二極體44設置在電氣線路38內，從而防止信號傳播回電池40。如以上所討論，可能存在的情形是車輛操作者預期加燃料事件，將打開加燃料活門，從而使開關36閉合和ECU12醒來，但操作者可能不立即啟動加燃料過程。由於當車輛不工作時需要保存電池40的功率，所以ECU12在開關36閉合之後僅保持處於導通狀態持續某一時間段、諸如半小時，之後，E⑶12將停止以保存電池功率。仍存在電池功率以在加燃料期間進行溫度監測過程，但無論如何算法都停止ECU12，使得存在用於下次車輛起動過程的足夠電池功率。由於基於電氣狀態變化諸如電壓信號的上升沿來喚醒ECU12，所以即使開關36可保持在閉合位置，除非另一狀態變化出現，否則ECU12將不會醒來。本發明提出一種對於如下時間喚醒ECU12的技術，使得在加燃料事件期間可監控罐14的溫度與壓力信號和氫觀察當開關36已閉合，但由於電池功率保存目的的時間，所以在ECU12停止之前，加燃料過程沒有啟動。具體地，與線路38並聯的第二電氣線路46電耦聯至電池40的正端子和E⑶12。如上，二極體52設置在電氣線路46中，以防止電信號傳播回線路46。常開溫度開關48安裝至罐14的外壁，以監測罐14的溫度，其中如果罐14的溫度升至高於開關48的溫度設定點，則開關48閉合。開關48的溫度設定點被校準並且可以是適於在此討論的目的的基於諸如開關的類型、開關48的位置、罐14的尺寸等的許多因素的任何溫度。溫度開關48封裝在合適的熱絕緣殼體50內，使得由開關48感測的溫度不受周圍影響。殼體50的厚度和材料可以是適於在此討論的目的的任何輕重量、便宜的絕緣材料。如果開關48是電 氣線路46中唯一的開關，則使開關48閉合將向ECU12提供狀態變化電壓信號。由於在燃料電池車輛的操作期間可能存在罐14中和周圍的溫度由於其相對於燃料電池組12的位置和/或環境溫度引起升至高於開關48的溫度設定點的某些時間，所以即使開關36打開，開關48也可能閉合，這可以另外的方式使向ECU12施加的電壓信號錯誤地開始從溫度傳感器42進行溫度測量。為了防止這種情況出現，第二溫度開關56設置在容器28處或靠近容器28設置，其在加燃料事件期間監測容器28的溫度。開關56可以是常閉開關，其中除非所述開關56感測到低於預定溫度設定點的溫度，否則其處於打開位置。如以上所討論地，由於氫氣在其於罐14內膨脹時明顯變熱，所以燃料加注站典型地以諸如_30°C或更低的非常低的溫度提供氫氣，這是對於SAE應允燃料加注站的要求。因此，溫度開關56具有校準成氣體加燃料溫度的溫度設定點，使得如果溫度降至低於設定點，則開關56閉合。如果開關48與56同時閉合，則在電氣線路46上向ECU12提供來自電池40的電壓信號。溫度開關56也封裝在熱絕緣殼體58內，使得環境或周圍溫度不會明顯影響開關56的切換。因此，如果溫度開關48指示高的罐溫度，但溫度開關56不指示低溫燃料流動，則ECU12不會從溫度傳感器42進行溫度測量。由於可能出現環境溫度低到足以使開關56閉合，所以開關56典型地不能單獨使用。因此，通過提供僅在高溫下切換的開關48和僅在低溫下閉合的開關56，僅在加燃料過程期間提供線路46上到ECU12的信號。如果燃料電池系統10包括具有不同體積的多個高壓力氣體儲存罐，則開關48將安裝至最關鍵的罐。如果需要觀察所有的罐，則用於罐14中的每個罐的開關48並聯地電耦聯。如由本領域的技術人員很好地理解地，在此討論以描述本發明的多個不同的步驟和過程可涉及由計算機、處理器或利用電現象處理和/或變換數據的其他電子計算裝置進行的操作。那些計算機和電子裝置可採用各種易失性的和/或非易失性的存儲器，包括具有存儲在其上的可執行程序的非瞬時的計算機可讀介質，所述可執行程序包括能夠由計算機或處理器執行的各種代碼或可執行指令，其中存儲器和/或計算機可讀介質可包括存儲器及其他計算機可讀介質的所 有形式和類型。前述討論僅公開並描述了本發明的示例性實施例。本領域的技術人員從這樣的討論並從附圖及權利要求容易認識到的是，在不偏離如在所附的權利要求中所限定的本發明的精神和範圍的情況下可在其中作出各種變化、變形和變體。
權利要求
1.一種系統，包括高壓力氣體儲存罐；與所述罐流體連通的加燃料管道；加燃料容器，其耦聯至所述加燃料管道的與所述罐相對的端部，並適合於接納加燃料裝置，從而允許氣體流過所述加燃料管道並流入所述罐；溫度傳感器，其安裝在所述罐上或靠近所述罐安裝，以便測量所述罐的溫度並提供表示所述罐的溫度的溫度信號；控制器，其響應於來自所述溫度傳感器的溫度信號；功率源，其在第一電氣線路上向所述控制器提供電源電壓；以及第一溫度開關，其安裝至所述罐並電耦聯至所述第一電氣線路，所述第一溫度開關具有第一溫度設定點，使得如果所述第一溫度開關檢測到高於所述第一溫度設定點的溫度，則所述第一溫度開關將閉合併允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括圍繞所述第一溫度開關並使所述第一溫度開關與周圍絕緣的熱殼體。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括電耦聯至所述第一電氣線路的第二溫度開關，所述第二溫度開關安裝至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安裝，所述第二溫度開關具有第二溫度設定點，使得如果所述第二溫度開關檢測到由通過所述容器和所述加燃料管道的氣體流動所引起的低於所述第二溫度設定點的溫度，則所述第二溫度開關將閉合併允許電源電壓提供到所述功率源到所述控制器。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，還包括封裝所述第二溫度開關並使所述第二溫度開關與周圍絕緣的熱殼體。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括電耦聯至所述控制器和所述功率源的第二電氣線路，所述第二電氣線路包括加燃料開關，所述加燃料開關閉合，以允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述加燃料開關是安裝至車輛上的加燃料門的活門開關，所述加燃料開關在所述加燃料門打開時閉合。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述罐包括外部複合結構層和內部氣密密封層。
8.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述罐是氫氣儲存罐。
9.一種燃料電池車輛上的系統，所述系統包括高壓力氫氣儲存罐；與所述罐流體連通的加燃料管道；加燃料容器，其耦聯至所述加燃料管道的與所述罐相對的端部，並適合於接納加燃料裝置，從而允許氫氣流過所述加燃料管道並流入所述罐；溫度傳感器，其安裝在所述罐上或靠近所述罐安裝，以便測量所述罐的溫度並提供表示所述罐的溫度的溫度信號；控制器，其響應於來自所述溫度傳感器的溫度信號；電池，其在第一電氣線路上向所述控制器提供電源電壓；第一溫度開關，其安裝至所述罐並電耦聯至所述第一電氣線路，所述第一溫度開關具有第一溫度設定點，使得如果所述第一溫度開關檢測到高於所述第一溫度設定點的溫度，則所述第一溫度開關閉合併允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓；第一熱殼體，其圍繞所述第一溫度開關並使所述第一溫度開關與周圍絕緣；第二溫度開關，其安裝至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安裝並電耦聯至所述第一電氣線路，所述第二溫度開關具有第二溫度設定點，使得如果所述第二溫度開關檢測到低於所述第二溫度設定點的溫度，則所述第二溫度開關閉合併允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓；以及第二熱殼體，其封裝所述第二溫度開關並使所述第二溫度開關與周圍絕緣。
10.一種系統,包括高壓力氣體儲存罐；與所述罐流體連通的加燃料管道；加燃料容器，其耦聯至所述加燃料管道的與所述罐相對的端部，並適合於接納加燃料裝置，從而允許氣體流過所述加燃料管道並流入所述罐；溫度傳感器，其安裝在所述罐上或靠近所述罐安裝，以便測量所述罐的溫度並提供表示所述罐的溫度的溫度信號；控制器，其響應於來自所述溫度傳感器的溫度信號；功率源，其在第一電氣線路上向所述控制器提供電源電壓；以及溫度開關，其安裝至所述加燃料容器或靠近所述加燃料容器安裝並電耦聯至所述第一電氣線路，所述溫度開關具有溫度設定點，使得如果所述溫度開關檢測到低於所述溫度設定點的溫度，則所述溫度開關閉合併允許向所述控制器提供來自所述功率源的電源電壓。
全文摘要
本發明涉及用於加燃料期間的無源控制器喚醒的電氣結構，具體地，用於在對於燃料電池車輛上的高壓氫儲存罐的氫氣加燃料過程期間喚醒車輛控制器的系統和方法。系統包括第一溫度開關，其安裝至高壓罐並封裝在絕緣殼體內以便監測罐內的溫度；和第二溫度開關，其用於監測加燃料容器處的氫氣的溫度，其中第二溫度開關也封裝在絕緣殼體內。如果罐內溫度升至高於預定溫度，則第一開關閉合，並且如果加燃料容器處的溫度降至低於預定溫度，則第二開關閉合，這使得向控制器提供喚醒信號以允許控制器監測罐的溫度。
文檔編號H01M8/04GK103050722SQ20121038344
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月11日 優先權日2011年10月11日
發明者O.邁爾 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司