专利名称：气体全自动置换系统及方法
技术领域：
本发明属于燃料电池汽车领域，具体说涉及一种气体全自动置换系统及方法。
背景技术：
燃料电池汽车是以氢气代替传统石油作为动力能源的车辆，利用氢氧反应在催化剂的推动下高效地放出能量和产出大量的水，对环境实现零污染、零排放，是一种非常符合可持续发展理念的理想交通工具，但是氢气分子小，渗透性强，极易扩散，而且具有较强的易燃、易爆性(空气中爆炸范围在4% 74% ),—旦出现泄露,极易造成爆炸危险,造成无可挽回的后果。所以在平时需要用惰性气体代替氢气以及及时将氢气置换成惰性气体。因此，在燃料电池汽车日常的测试和运行过程中，燃料电池汽车中的气体需要频繁的更换。目前燃料电池汽车的氢气置换都是采用手工置换的方式。每一次置换都需要专业技术人员全程参与操作，占用专业人员大量时间，大幅提高置换成本。人工置换需要消耗大量的人力和物力等资源，与此同时，对操作人员的素质和场地都提出了较高的要求，增加了置换的难度，制约了置换的频率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种气体全自动置换系统，能实现全自动控制。本发明采用以下技术方案:一种气体全自动置换系统，包括气体泄压管路和气体增压管路，所述气体泄压管路包括第一管路控制阀、和排空口，所述第一管路控制阀的入口与车内需置换气体的容器连接，所述第一管路控制阀的出口与排空口连接；所述气体增压管路包括气源、第二管路控制阀、压力传感器、和增压装置，所述第二管路控制阀的入口与气源连接，所述第二管路控制阀的出口与增压装置连接；还包括控制单元，该控制单元分别与第一、第二管路控制阀连接，所述第二管路控制阀与增压装置连接的管路上设所述压力传感器，用于感知需置换气体的容器内的气体体积，并将压力值信号传给所述控制单元，所述控制单元根据压力值信号控制第二管路控制阀的开度。进一步地，控制单元为PLC控制单元。优选地，所述第一、第二管路控制阀均为电磁控制阀。作为本发明的一种优选方案，所述气体泄压管路上还设有第一手动阀，所述第一手动阀与所述第一管路控制阀并联设置；所述气体增压管路上还设有第二手动阀，所述第二手动阀与所述第二管路控制阀并联设置。在人工手动控制过程中，由操作人员代替电信号来控制电磁阀的开度，以完成整个置换循环过程。优选地，所述第一、第二手动阀为手动截止阀。本发明能充分考虑到在实际中燃料电池汽车的气体置换情况，置换过程可以采用手动或者电动PLC控制，以满足不同场合下的置换需求。与此同时，还能通过相应管路设计实现自身置换和带车置换两种主要功能。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种气体全自动置换方法，用于上述气体全自动系统中。本发明采用以下技术方案:一种用于气体全自动置换系统的方法，所述气体全自动置换系统包括气体泄压管路和气体增压管路，所述气体泄压管路包括第一管路控制阀、和排空口，所述第一管路控制阀的入口与车内需置换气体的容器连接，所述第一管路控制阀的出口与排空口连接；所述气体增压管路包括气源、第二管路控制阀、压力传感器、和增压装置，所述第二管路控制阀的入口与气源连接，所述第二管路控制阀的出口与增压装置连接；还包括控制单元，该控制单元分别与第一、第二管路控制阀连接，所述第二管路控制阀与增压装置连接的管路上设所述压力传感器，包括以下步骤:(I)所述需置换气体的容器释放被置换气体，此时第一管路控制阀关闭；(2)所述控制单元控制打开第一管路控制阀，被置换气体经过所述第一管路控制阀从排空口排出；(3)气源释放置换气体，此时第二管路控制阀关闭；(4)所述控制单元控制打开第二管路控制阀，置换气体经过第二管路控制阀、增压装置进入需置换气体的容器进行充气，此时压力传感器感知需置换气体的容器内气体的体积，并把压力值信号发送给控制单元；(5)所述控制单元根据压力值信号控制第二管路控制阀的开度，直到压力值达到控制单元内预设的压力值；(6)所述需置换气体的容器再次释放容器内气体，所述容器内的气体经第一管路控制阀从排空口排出，完成一次置换；(7)重复步骤I)至6)，直至需置换气体的容器内气体浓度达到要求。先释放或者回收所需置换容器中的气体，然后在PLC沿电磁阀不同开度所形成的路线将置换气体充入容器中，达到一定的压力之后，经一段时间的保压，再次释放，完成了一次置换。根据所需置换气体的浓度，设定所需置换的次数。完成整个的气体置换过程。
图1为本发明涉及的气体全自动置换系统的线路图。图2为由PLC控制的全自动置换循环过程示意图。
具体实施例方式参见图1，为本发明涉及的气体全自动置换系统的线路图。本发明所指的气体全自动置换系统可用于燃料电池汽车上的供氢系统中的气体置换。所述气体全自动置换系统包括气体泄压管路和气体增压管路两部分。气体泄压部分用于将被置换的气体直接排入空气或重新回收，气体增压部分用于新气体的充入或者旧气体的回收。结合图1，所述气体泄压管路包括第一管路控制阀、和排空口，所述第一管路控制阀的入口通过汽车接口与车内需置换气体的容器连接，所述第一管路控制阀的出口与排空口连接。所述气体增压管路包括气源(即气瓶)、第二管路控制阀、压力传感器、和增压装置，所述第二管路控制阀的入口与气源连接，所述第二管路控制阀的出口与增压装置连接，在本实施例中，增压装置为加氢枪。还包括控制单元，在本实施例中，控制单元为PLC控制单元。该控制单元分别与第一、第二管路控制阀连接，所述第二管路控制阀与增压装置连接的管路上设所述压力传感器，通过管路上的压力信号感知需置换气体的容器内的气体体积，并将压力值信号传给所述控制单元，所述控制单元根据压力值信号控制第二管路控制阀的开度。优选地，所述第一、第二管路控制阀均为电磁控制阀。该电池控制阀与控制单元电信号连接，可以实现全自动控制。当然，本发明还可通过手动控制来实现气体置换。所述气体泄压管路上还设有第一手动阀，所述第一手动阀与所述第一管路控制阀并联设置；所述气体增压管路上还设有第二手动阀，所述第二手动阀与所述第二管路控制阀并联设置。所述第一、第二手动阀为手动截止阀。具体结合图1，整个系统的管路包括氢气瓶1、氮(氦)气瓶2、氢气管路电磁控制阀3、氢气管路手动截止阀4、氮(氦)气管路手动截止阀5、氮(氦)气管路电磁控制阀6、排空电磁控制阀7、排空手动截止阀8、PLC控制柜9、氢气管路压力传感器10、氮(氦)气管路压力传感器11、加氢枪12和汽车接口 13。工作原理为:开启相关阀门之后，利用排空电磁控制阀7(PLC控制)或者排空手动截止阀8 (手动)，将需置换气体的容器内被置换气体直接排入空气，释放一定量气体之后关闭排空电磁控制阀7或排空手动截止阀8的阀门，缓慢开启氮(氦)气瓶2阀门，经过氮(氦)气电磁控制阀6 (PLC控制)或者氮(氦)气管路手动截止阀5 (手动)，对汽车进行预充，大概持续3 5s后关闭氮(氦)气电磁控制阀6 (PLC控制，以氮(氦)气管路压力传感器11的压力信号为控制信号)或者氮(氦)气管路手动截止阀5 (手动)，然后大约3 5s后打开排空电磁控制阀7 (PLC控制)或者排空手动截止阀8 (手动)，将气体直接排入空气，完成一次置换循环。为了置换后汽车内的气体介质纯净度，需要多次置换，直到车内介质浓度达到要求为止。氢气置换工作原理与氮气置换相似,只是将氮(氦)气电磁控制阀6替换为氢气管路电磁控制阀3，氮(氦)气管路手动截止阀5替换为氢气管路手动截止阀4，氮(氦)气管路压力传感器11替换为氢气管路压力传感器10，其余一致。用于气体全自动置换系统的方法，包括以下步骤:(I)所述需置换气体的容器释放被置换气体，此时第一管路控制阀关闭；(2)所述控制单元控制打开第一管路控制阀，被置换气体经过所述第一管路控制阀从排空口排出；(3)气源释放置换气体，此时第二管路控制阀关闭；(4)所述控制单元控制打开第二管路控制阀，置换气体经过第二管路控制阀、加氢装置进入需置换气体的容器进行充气，此时压力传感器感知需置换气体的容器内气体的体积，并把压力值信号发送给控制单元；(5)所述控制单元根据压力值信号控制第二管路控制阀的开度，直到压力值达到控制单元内预设的压力值；(6)所述需置换气体的容器再次释放容器内气体，所述容器内的气体经第一管路控制阀从排空口排出，完成一次置换；(7)重复步骤I)至6)，直至需置换气体的容器内气体浓度达到要求。
电动PLC控制情况下，先释放被置换气体，打开需置换气体的容器，所需被置换气体通过截止阀，根据截止阀的开闭从而选择直接排入大气中或者重新回收的排放路线，短暂暂停之后，需置换气体的容器充入置换气体，打开气瓶，利用管路上压力传感器的压力信号控制电磁阀的开度，将置换气体充入需置换气体的容器中，完成一次置换循环。根据操作人员所设定的置换循环次数以及其他参数，自动完成整个置换过程。图2为由PLC控制的全自动置换循环过程示意图。当人工手动控制过程时，由操作人员代替电信号来控制电磁阀的开度，以完成整个置换循环过程。
权利要求
1.一种气体全自动置换系统，其特征是:包括气体泄压管路和气体增压管路，所述气体泄压管路包括第一管路控制阀、和排空口，所述第一管路控制阀的入口与车内需置换气体的容器连接，所述第一管路控制阀的出口与排空口连接；所述气体增压管路包括气源、第二管路控制阀、压力传感器、和增压装置，所述第二管路控制阀的入口与气源连接，所述第二管路控制阀的出口与增压装置连接；还包括控制单元，该控制单元分别与第一、第二管路控制阀连接，所述第二管路控制阀与增压装置连接的管路上设所述压力传感器，用于感知需置换气体的容器内的气体体积，并将压力值信号传给所述控制单元，所述控制单元根据压力值信号控制第二管路控制阀的开度。
2.根据权利要求1所述的气体全自动置换系统，其特征是:控制单元为PLC控制单元。
3.根据权利要求1所述的气体全自动置换系统，其特征是:所述第一、第二管路控制阀均为电磁控制阀。
4.根据权利要求1所述的气体全自动置换系统，其特征是:所述气体泄压管路上还设有第一手动阀，所述第一手动阀与所述第一管路控制阀并联设置；所述气体增压管路上还设有第二手动阀，所述第二手动阀与所述第二管路控制阀并联设置。
5.根据权利要求4所述的气体全自动置换系统，其特征是:所述第一、第二手动阀为手动截止阀。
6.一种用于气体全自动置换系统的方法，所述气体全自动置换系统包括气体泄压管路和气体增压管路，所述气体泄压管路包括第一管路控制阀、和排空口，所述第一管路控制阀的入口与车内需置换气体的容器连接，所述第一管路控制阀的出口与排空口连接；所述气体增压管路包括气源、第二管路控制阀、压力传感器、和增压装置，所述第二管路控制阀的入口与气源连接，所述第二管路控制阀的出口与增压装置连接；还包括控制单元，该控制单元分别与第一、第二管路控制阀连接，所述第二管路控制阀与增压装置连接的管路上设所述压力传感器，其特征是包括以下步骤: (1)所述需置换气体的容器释放被置换气体，此时第一管路控制阀关闭； (2)所述控制单元控制打开第一管路控制阀，被置换气体经过所述第一管路控制阀从排空口排出； (3)气源释放置换气体，此时第二管路控制阀关闭； (4)所述控制单元控制打开第二管路控制阀，置换气体经过第二管路控制阀、增压装置进入需置换气体的容器进行充气，此时压力传感器感知需置换气体的容器内气体的体积，并把压力值信号发送给控制单元； (5)所述控制单元根据压力值信号控制第二管路控制阀的开度，直到压力值达到控制单元内预设的压力值； (6)所述需置换气体的容器再次释放容器内气体，所述容器内的气体经第一管路控制阀从排空口排出，完成一次置换； (7)重复步骤I)至6)，直至需置换气体的容器内气体浓度达到要求。
全文摘要
本发明公开了一种气体全自动置换系统及方法。所述气体全自动置换系统包括气体泄压管路和气体增压管路，所述气体泄压管路包括第一管路控制阀、和排空口，所述第一管路控制阀的入口与车内需置换气体的容器连接，所述第一管路控制阀的出口与排空口连接；所述气体增压管路包括气源、第二管路控制阀、压力传感器、和增压装置，所述第二管路控制阀的入口与气源连接，所述第二管路控制阀的出口与增压装置连接；还包括控制单元，该控制单元分别与第一、第二管路控制阀连接，所述第二管路控制阀与增压装置连接的管路上设所述压力传感器，用于感知需置换气体的容器内的气体体积，并将压力值信号传给所述控制单元，所述控制单元根据压力值信号控制第二管路控制阀的开度。
文档编号H01M8/04GK103178277SQ20111043574
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者何雍, 吴兵, 王丙龙, 王鸿鹄, 张晨 申请人:上海汽车集团股份有限公司