高质量发明专利、快速授权，成功案例系列之三：

     2.5个月发证：一种氢能汽车的工况实时监控方法及系统

  一、发明专利案件基本信息

专利号： CN202011098884.0

专利名称：一种氢能汽车的工况实时监控方法及系统

专利申请日：2020.10.14

专利授权日：2021.01.01

专利申请人：华南理工大学

发明人：朱国瑜 付名利 叶代启

  二、发明专利申请文件信息

申请文件：50页，3.122万字

授权权利要求：10，其中独立权利要求：2

权项结构：

三、发明内容摘要：

本发明公开了一种氢能汽车的工况实时监控方法，包括以下步骤：1）在氢能汽车上分别设置氢气供给系统、空气供给系统及氮气供给系统及前端PID控制器；2）设置橡胶紧固带及瓶身工况实时监控传感单元；3）通电使前端PID控制器、各处压力传感器工作，前端PID控制器判断汽车当前处于正常或异常工况；4）汽车处于异常工况时直接发出指令并执行相应的操作；5）前端PID控制器持续监测、判断汽车所处的工况状态，并作出对应的的处理，以实现汽车的安全运行。本发明还公开实施上述方法的氢能汽车的工况实时监控系统。本发明能够快速、准确判断正常或异常等多种工况，实时监控压力、温度、氢气浓度等，避免误报，大幅提高氢能汽车运行的安全性和可靠性。

四、发明摘要附图：

五、独立权利要求1：

1、一种氢能汽车的工况实时监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在氢能汽车上分别设置一氢气供给系统、空气供给系统及氮气供给系统，同时设置一控制该三个供给系统的前端PID控制器；该氢气供给系统包括至少一个高压储氢瓶，该高压储氢瓶固定在一托架上；

2）在高压储氢瓶上设置有至少包括一环抱式橡胶紧固带及瓶身工况实时监控传感单元，该瓶身工况实时监控传感单元至少包括四处瓶身压力传感器；其中的三处瓶身压力传感器设置在橡胶紧固带内侧面与储氢瓶外侧面之间，用以感知瓶身局部位置的压力及变化速率，并可进一步运算得知瓶身重心与瓶壁应力的变化；其以储氢瓶横截面圆心为中心、呈中心对称设置，分别记为A、B、C；其中A为顶部压力传感器、设置在高压储氢瓶圆心位置的正上方, B、C为侧部压力传感器，分别设置在储氢瓶横截面圆心位置的左、右侧下方；该环抱式橡胶紧固带与储氢瓶外侧面、各处压力传感器之间，均保持有设定的预压力；该瓶身压力传感器还包括一设置在储氢瓶底部外侧面与托架之间的底部压力传感器D，用以感知储氢瓶底部位置的压力及变化，并可进一步运算得知瓶身重量的变化；

3）通电使前端PID控制器、瓶身工况实时监控传感单元的各处压力传感器工作；各压力传感器将高压储氢瓶在重力、惯性和车体运动共同作用下的压力变化数据，传输给前端PID控制器，该前端PID控制器通过内置控制程序运算，判断出汽车当前处于正常工况还是异常工况；

4）前端PID控制器判断汽车处于异常工况时，直接向氢气供给系统、空气供给系统及氮气供给系统发出指令，由其执行相应的操作，避免或者降低异常工况下可能发生的损害，直至排除异常工况；

5）重复步骤3）～ 4），前端PID控制器通过各处压力传感器持续监测、判断汽车所处的工况状态，并作出对应的的处理，以实现汽车的安全运行。

独立权利要求2：

7.一种实施权利要求1至6任一项所述方法的氢能汽车工况实时监控系统，其特征在于，其包括一前端PID控制器，及该前端PID控制器连接的氢气供给系统、空气供给系统及氮气供给系统，该氢气供给系统包括至少一个高压储氢瓶；该在高压储氢瓶上至少包括一环抱式橡胶紧固带及瓶身工况实时监控传感单元，该瓶身工况实时监控传感单元至少包括三处瓶身压力传感器；所述的三处瓶身压力传感器设置在橡胶紧固带内侧面与储氢瓶外侧面之间，其以储氢瓶横截面圆心为中心、呈中心对称设置，分别记为A、B、C；其中A为设置在高压储氢瓶圆心位置的正上方,而另外两处则分别设置在该圆心位置的左、右侧下方；该环抱式橡胶紧固带与储氢瓶外侧面、各处瓶身压力传感器之间，均保持有设定的预压力；该瓶身压力传感器还包括一设置在储氢瓶底部外侧面与托架之间的底部压力传感器D，用以感知储氢瓶底部位置的压力及变化，并进一步运算得知瓶身重量的变化；所述的前端PID控制器与各瓶身压力传感器连接；各瓶身压力传感器将高压储氢瓶在自身材料理化作用，重力、惯性和车体运动共同作用下的压力变化数据，传输给前端PID控制器，该前端PID控制器通过内置控制程序运算，判断出汽车当前处于正常工况还是异常工况；其还包括设置在高压储氢瓶瓶体的前端的瓶口，该瓶口处设有一电磁通断阀及一瓶口工况实时监控传感单元，所述瓶口工况实时监控传感单元包括多个传感组件；在瓶颈上、环绕该电磁通断阀及瓶口外侧，设有一防护装置，该防护装置包括盖板及支撑杆；所述的瓶口工况实时监控传感单元的多个传感组件设置在该防护装置及储氢瓶体上：所述的传感组件包括热电型氢气浓度传感器及光纤复合传感器；所述光纤复合传感器包括光纤气体压力传感器、光纤氢气浓度传感器、光纤振动传感器、光纤温度传感器；各传感组件的电源线、信号线或光纤，均沿盖板朝向支撑杆的一侧延伸，并且各处传感器分别固定在盖板、支撑杆或储氢瓶的外侧表面上，并分别与前端PID控制器电性连接；所述前端PID控制器将瓶口及瓶身工况实时监控传感系单元的多个传感器，设置为独立工作的两组，各组至少包括一个热电型氢气浓度传感器、光纤复合传感器、瓶身压力传感器，各组在前端PID控制器的控制下分时交替、独立工作；所述的防护装置，其包括夹持机构、围护支架，所述围护支架的下端与所述夹持机构顶面的四周连接，所述第一夹持块与所述第二夹持块相对的一侧侧面上设有第一凹弧面，所述第二夹持块与所述第一夹持块相对的一侧侧面上设有第二凹弧面，所述第一凹弧面内设有第一凸齿，所述第二凹弧面内设有第二凸齿，所述第一凸齿、第二凸齿分别与储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口相匹配，所述夹持机构通过所述第一凹弧面、第二凹弧面夹持在所述储氢瓶瓶口侧面上，并且所述第一凸齿、第二凸齿分别啮合在二个所述凹槽口上；所述的热电型氢气浓度传感器、光纤复合传感器设置在所述盖板朝向支撑杆的一侧面上，以感知电磁通断阀部位的实时工况变化；各传感组件的电源线、信号线或光纤，均沿盖板朝向支撑杆的一侧延伸，并且各处分别固定在盖板、支撑杆或储氢瓶的外侧表面上。

七、本发明主要的有益效果：

1、本发明提供的方法及系统，通过设置独立工作的前端PID控制器（一般设置在汽车底盘上、较为靠近高压储氢瓶的部位），并设置及与其短距离连接的瓶身工况实时监控传感系单元的多个压力传感器，可准确、快速的判断高压储氢瓶的工况，并对异常工况快速做出处置，而无需将各传感器数据上传到整车控制器、待其运算后再进行处置，避免耗时长、处置速度慢，同时还可以避免在交通事故等情况下，整车控制器与压力传感器之间出现线路故障或整车控制器故障而导致的控制失效。

2、本发明提供的方法及系统，其提供的四处瓶身压力传感器，其中顶部和侧部压力传感器被专门设计的环抱式橡胶紧固带固定在其与储氢瓶外侧面之间，底部压力传感器D设置在储氢瓶底部外侧面与托架之间，一方面将各传感器稳定的固定在特定的位置、避免因车况的变化发生位移，另一方面可使各压力传感器均保持有设定的预压力，使各压力传感器处于快速和准确感应的压强区间，提高传感器工作的速度和准确性，避免因传感器位移及零压力起始感应而造成的误报；同时，各压力传感器设定预压力压强值范围为一个具有大小绝对压强值的区间，处于该区间内为正常工况，而低于最小值或大于其最大值时则为异常工况，再结合压强变化速率的设定值的判断，更为符合工况监控需求，也易于将正常工况和异常工况进行准确判断的定义，从而为精准感应和控制工况变化提供了基础方法和参数。

3、本发明提供的方法及系统，通过提供相互配合的瓶身与瓶口工况实时监控传感单元，以及前端PID控制器与整车控制器，一方面可以采用前端PID控制器+瓶身工况实时监控传感单元进行安全威胁大的异常工况的快速判断和处置，另一方面采用前端PID控制器+瓶身工况实时监控传感单元+整车控制器+瓶口工况实时监控传感单元，对情况不明的异常工况进行交互验证、避免误报，同时由整车控制器对正常工况进行精准识别，为整车运行中的安全、供能等提供完整的综合决策，对整车各部分进行整体协同和控制。

八、本案专利代理师经验分享：

氢能（氢燃料电池）汽车是以氢燃料电池为驱动能量的汽车。目前，国内研发的燃料电池汽车在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面相比过去已经得到了较大提高，但是仍然存在诸多的不足，制约了其大范围的推广应用。目前大多数汽车氢燃料电池汽车在设计和制造过程中，并未考虑对瓶身及瓶口进行实时工况监控和应急处置。现有技术中，即使部分车企设置了氢气浓度传感器等监控单元，也是将其连接到整车控制器上，判断及反应速度较慢，而且容易发生误报。由于因交通事故、容器结构受损、复合材料老化等原因造成的高压储氢瓶氢气泄漏事故，在极短的时间内就可能引发火灾或者爆炸等安全事故，必须快速发现、快速处置，而目前的设计无法达到此要求。现有技术中的高压储氢瓶的防护罩、等保护装置，多数均采用金属构件制成。在车载的高压储氢瓶的工作过程中，随着车辆的颠簸、转弯等运动，各金属构件相互之间会产生表面摩擦，一方面会损伤金属表面，另一方面也会形成静电聚集，威胁车载的储氢瓶的安全。而现有技术中均未考虑如何解决这些安全威胁。

因此，华南理工大学环境与能源学院研发团队，提出一种氢能汽车的实时工况监控方法及系统，通过设置连接可靠、感应迅速的传感单元，以及合理的判断、处置步骤，以实现对氢能汽车的实时工况监控并快速对异常工况进行处置，保障车辆使用安全。

本专利涉及多个学科和技术领域，包括机械、自动化控制、电子、计算机软硬件、材料、结构及工艺等，对专利代理师的跨领域的专业能力、综合水平，对新能源汽车技术领域的经验要求较高。我公司派出了两位专利代理师共同分析、检索和撰写完成了本项发明专利的申请文件，其中自动化控制、电子、计算机软硬件部分相关内容由专利代理师孙明科撰写，机械、结构部分相关内容由专利代理师程文斌撰写；两位专利代理师与研发团队成员密切沟通，并且到研发团队现场访问、了解，认真听取发明人的构思和方案，并且给出合理化的建议，由发明人对技术方案进行完善，从而形成了本发明呈现的较为完善的技术方案。

本案件由于涉及新能源和新一代电子信息领域，专利代理师根据相关规定，为申请人办理了加快审查的相关手续，并且在后续的缴费、审查意见答复等多个环节均做加急处理，最终使本发明能够在2.5个月的时间内颁发了发明证书，创下我公司自成立以来最快的发明发证时间记录（我国发明专利的通常授权发证时间为24-36个月）。

   本专利是专利代理师与发明人团队深入沟通、反复完善，两位专利代理师协同撰写，修改了多稿、历时二个多月才最终定稿，发明人及代理师对本发明均付出了辛苦的劳动。

    最后，高质量的发明专利，可以考虑采用加快的申请和审查方法，以缩短审查时间，有利于发明人尽早获得成果确权，进行该成果的后续转化、实施、维权等活动，使专利价值能够更快的得到实现。

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