高質(zhì)量發(fā)明專利、快速授權(quán)，成功案例系列之三：

     2.5個(gè)月發(fā)證：一種氫能汽車的工況實(shí)時(shí)監(jiān)控方法及系統(tǒng)

  一、發(fā)明專利案件基本信息

專利號(hào)： CN202011098884.0

專利名稱：一種氫能汽車的工況實(shí)時(shí)監(jiān)控方法及系統(tǒng)

專利申請日：2020.10.14

專利授權(quán)日：2021.01.01

專利申請人：華南理工大學(xué)

發(fā)明人：朱國瑜 付名利 葉代啟

  二、發(fā)明專利申請文件信息

申請文件：50頁，3.122萬字

授權(quán)權(quán)利要求：10，其中獨(dú)立權(quán)利要求：2

權(quán)項(xiàng)結(jié)構(gòu)：

三、發(fā)明內(nèi)容摘要：

本發(fā)明公開了一種氫能汽車的工況實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，包括以下步驟：1）在氫能汽車上分別設(shè)置氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)及氮?dú)夤┙o系統(tǒng)及前端PID控制器；2）設(shè)置橡膠緊固帶及瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元；3）通電使前端PID控制器、各處壓力傳感器工作，前端PID控制器判斷汽車當(dāng)前處于正?；虍惓９r；4）汽車處于異常工況時(shí)直接發(fā)出指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作；5）前端PID控制器持續(xù)監(jiān)測、判斷汽車所處的工況狀態(tài)，并作出對應(yīng)的的處理，以實(shí)現(xiàn)汽車的安全運(yùn)行。本發(fā)明還公開實(shí)施上述方法的氫能汽車的工況實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明能夠快速、準(zhǔn)確判斷正常或異常等多種工況，實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力、溫度、氫氣濃度等，避免誤報(bào)，大幅提高氫能汽車運(yùn)行的安全性和可靠性。

四、發(fā)明摘要附圖：

五、獨(dú)立權(quán)利要求1：

1、一種氫能汽車的工況實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）在氫能汽車上分別設(shè)置一氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)及氮?dú)夤┙o系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置一控制該三個(gè)供給系統(tǒng)的前端PID控制器；該氫氣供給系統(tǒng)包括至少一個(gè)高壓儲(chǔ)氫瓶，該高壓儲(chǔ)氫瓶固定在一托架上；

2）在高壓儲(chǔ)氫瓶上設(shè)置有至少包括一環(huán)抱式橡膠緊固帶及瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元，該瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元至少包括四處瓶身壓力傳感器；其中的三處瓶身壓力傳感器設(shè)置在橡膠緊固帶內(nèi)側(cè)面與儲(chǔ)氫瓶外側(cè)面之間，用以感知瓶身局部位置的壓力及變化速率，并可進(jìn)一步運(yùn)算得知瓶身重心與瓶壁應(yīng)力的變化；其以儲(chǔ)氫瓶橫截面圓心為中心、呈中心對稱設(shè)置，分別記為A、B、C；其中A為頂部壓力傳感器、設(shè)置在高壓儲(chǔ)氫瓶圓心位置的正上方, B、C為側(cè)部壓力傳感器，分別設(shè)置在儲(chǔ)氫瓶橫截面圓心位置的左、右側(cè)下方；該環(huán)抱式橡膠緊固帶與儲(chǔ)氫瓶外側(cè)面、各處壓力傳感器之間，均保持有設(shè)定的預(yù)壓力；該瓶身壓力傳感器還包括一設(shè)置在儲(chǔ)氫瓶底部外側(cè)面與托架之間的底部壓力傳感器D，用以感知儲(chǔ)氫瓶底部位置的壓力及變化，并可進(jìn)一步運(yùn)算得知瓶身重量的變化；

3）通電使前端PID控制器、瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元的各處壓力傳感器工作；各壓力傳感器將高壓儲(chǔ)氫瓶在重力、慣性和車體運(yùn)動(dòng)共同作用下的壓力變化數(shù)據(jù)，傳輸給前端PID控制器，該前端PID控制器通過內(nèi)置控制程序運(yùn)算，判斷出汽車當(dāng)前處于正常工況還是異常工況；

4）前端PID控制器判斷汽車處于異常工況時(shí)，直接向氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)及氮?dú)夤┙o系統(tǒng)發(fā)出指令，由其執(zhí)行相應(yīng)的操作，避免或者降低異常工況下可能發(fā)生的損害，直至排除異常工況；

5）重復(fù)步驟3）～ 4），前端PID控制器通過各處壓力傳感器持續(xù)監(jiān)測、判斷汽車所處的工況狀態(tài)，并作出對應(yīng)的的處理，以實(shí)現(xiàn)汽車的安全運(yùn)行。

獨(dú)立權(quán)利要求2：

7.一種實(shí)施權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述方法的氫能汽車工況實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，其包括一前端PID控制器，及該前端PID控制器連接的氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)及氮?dú)夤┙o系統(tǒng)，該氫氣供給系統(tǒng)包括至少一個(gè)高壓儲(chǔ)氫瓶；該在高壓儲(chǔ)氫瓶上至少包括一環(huán)抱式橡膠緊固帶及瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元，該瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元至少包括三處瓶身壓力傳感器；所述的三處瓶身壓力傳感器設(shè)置在橡膠緊固帶內(nèi)側(cè)面與儲(chǔ)氫瓶外側(cè)面之間，其以儲(chǔ)氫瓶橫截面圓心為中心、呈中心對稱設(shè)置，分別記為A、B、C；其中A為設(shè)置在高壓儲(chǔ)氫瓶圓心位置的正上方,而另外兩處則分別設(shè)置在該圓心位置的左、右側(cè)下方；該環(huán)抱式橡膠緊固帶與儲(chǔ)氫瓶外側(cè)面、各處瓶身壓力傳感器之間，均保持有設(shè)定的預(yù)壓力；該瓶身壓力傳感器還包括一設(shè)置在儲(chǔ)氫瓶底部外側(cè)面與托架之間的底部壓力傳感器D，用以感知儲(chǔ)氫瓶底部位置的壓力及變化，并進(jìn)一步運(yùn)算得知瓶身重量的變化；所述的前端PID控制器與各瓶身壓力傳感器連接；各瓶身壓力傳感器將高壓儲(chǔ)氫瓶在自身材料理化作用，重力、慣性和車體運(yùn)動(dòng)共同作用下的壓力變化數(shù)據(jù)，傳輸給前端PID控制器，該前端PID控制器通過內(nèi)置控制程序運(yùn)算，判斷出汽車當(dāng)前處于正常工況還是異常工況；其還包括設(shè)置在高壓儲(chǔ)氫瓶瓶體的前端的瓶口，該瓶口處設(shè)有一電磁通斷閥及一瓶口工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元，所述瓶口工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元包括多個(gè)傳感組件；在瓶頸上、環(huán)繞該電磁通斷閥及瓶口外側(cè)，設(shè)有一防護(hù)裝置，該防護(hù)裝置包括蓋板及支撐桿；所述的瓶口工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元的多個(gè)傳感組件設(shè)置在該防護(hù)裝置及儲(chǔ)氫瓶體上：所述的傳感組件包括熱電型氫氣濃度傳感器及光纖復(fù)合傳感器；所述光纖復(fù)合傳感器包括光纖氣體壓力傳感器、光纖氫氣濃度傳感器、光纖振動(dòng)傳感器、光纖溫度傳感器；各傳感組件的電源線、信號(hào)線或光纖，均沿蓋板朝向支撐桿的一側(cè)延伸，并且各處傳感器分別固定在蓋板、支撐桿或儲(chǔ)氫瓶的外側(cè)表面上，并分別與前端PID控制器電性連接；所述前端PID控制器將瓶口及瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感系單元的多個(gè)傳感器，設(shè)置為獨(dú)立工作的兩組，各組至少包括一個(gè)熱電型氫氣濃度傳感器、光纖復(fù)合傳感器、瓶身壓力傳感器，各組在前端PID控制器的控制下分時(shí)交替、獨(dú)立工作；所述的防護(hù)裝置，其包括夾持機(jī)構(gòu)、圍護(hù)支架，所述圍護(hù)支架的下端與所述夾持機(jī)構(gòu)頂面的四周連接，所述第一夾持塊與所述第二夾持塊相對的一側(cè)側(cè)面上設(shè)有第一凹弧面，所述第二夾持塊與所述第一夾持塊相對的一側(cè)側(cè)面上設(shè)有第二凹弧面，所述第一凹弧面內(nèi)設(shè)有第一凸齒，所述第二凹弧面內(nèi)設(shè)有第二凸齒，所述第一凸齒、第二凸齒分別與儲(chǔ)氫瓶瓶口側(cè)面上的二個(gè)凹槽口相匹配，所述夾持機(jī)構(gòu)通過所述第一凹弧面、第二凹弧面夾持在所述儲(chǔ)氫瓶瓶口側(cè)面上，并且所述第一凸齒、第二凸齒分別嚙合在二個(gè)所述凹槽口上；所述的熱電型氫氣濃度傳感器、光纖復(fù)合傳感器設(shè)置在所述蓋板朝向支撐桿的一側(cè)面上，以感知電磁通斷閥部位的實(shí)時(shí)工況變化；各傳感組件的電源線、信號(hào)線或光纖，均沿蓋板朝向支撐桿的一側(cè)延伸，并且各處分別固定在蓋板、支撐桿或儲(chǔ)氫瓶的外側(cè)表面上。

七、本發(fā)明主要的有益效果：

1、本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)，通過設(shè)置獨(dú)立工作的前端PID控制器（一般設(shè)置在汽車底盤上、較為靠近高壓儲(chǔ)氫瓶的部位），并設(shè)置及與其短距離連接的瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感系單元的多個(gè)壓力傳感器，可準(zhǔn)確、快速的判斷高壓儲(chǔ)氫瓶的工況，并對異常工況快速做出處置，而無需將各傳感器數(shù)據(jù)上傳到整車控制器、待其運(yùn)算后再進(jìn)行處置，避免耗時(shí)長、處置速度慢，同時(shí)還可以避免在交通事故等情況下，整車控制器與壓力傳感器之間出現(xiàn)線路故障或整車控制器故障而導(dǎo)致的控制失效。

2、本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)，其提供的四處瓶身壓力傳感器，其中頂部和側(cè)部壓力傳感器被專門設(shè)計(jì)的環(huán)抱式橡膠緊固帶固定在其與儲(chǔ)氫瓶外側(cè)面之間，底部壓力傳感器D設(shè)置在儲(chǔ)氫瓶底部外側(cè)面與托架之間，一方面將各傳感器穩(wěn)定的固定在特定的位置、避免因車況的變化發(fā)生位移，另一方面可使各壓力傳感器均保持有設(shè)定的預(yù)壓力，使各壓力傳感器處于快速和準(zhǔn)確感應(yīng)的壓強(qiáng)區(qū)間，提高傳感器工作的速度和準(zhǔn)確性，避免因傳感器位移及零壓力起始感應(yīng)而造成的誤報(bào)；同時(shí)，各壓力傳感器設(shè)定預(yù)壓力壓強(qiáng)值范圍為一個(gè)具有大小絕對壓強(qiáng)值的區(qū)間，處于該區(qū)間內(nèi)為正常工況，而低于最小值或大于其最大值時(shí)則為異常工況，再結(jié)合壓強(qiáng)變化速率的設(shè)定值的判斷，更為符合工況監(jiān)控需求，也易于將正常工況和異常工況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷的定義，從而為精準(zhǔn)感應(yīng)和控制工況變化提供了基礎(chǔ)方法和參數(shù)。

3、本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)，通過提供相互配合的瓶身與瓶口工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元，以及前端PID控制器與整車控制器，一方面可以采用前端PID控制器+瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元進(jìn)行安全威脅大的異常工況的快速判斷和處置，另一方面采用前端PID控制器+瓶身工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元+整車控制器+瓶口工況實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感單元，對情況不明的異常工況進(jìn)行交互驗(yàn)證、避免誤報(bào)，同時(shí)由整車控制器對正常工況進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，為整車運(yùn)行中的安全、供能等提供完整的綜合決策，對整車各部分進(jìn)行整體協(xié)同和控制。

八、本案專利代理師經(jīng)驗(yàn)分享：

氫能（氫燃料電池）汽車是以氫燃料電池為驅(qū)動(dòng)能量的汽車。目前，國內(nèi)研發(fā)的燃料電池汽車在整車操控性能、行駛性能、安全性能、燃料利用率等方面相比過去已經(jīng)得到了較大提高，但是仍然存在諸多的不足，制約了其大范圍的推廣應(yīng)用。目前大多數(shù)汽車氫燃料電池汽車在設(shè)計(jì)和制造過程中，并未考慮對瓶身及瓶口進(jìn)行實(shí)時(shí)工況監(jiān)控和應(yīng)急處置?，F(xiàn)有技術(shù)中，即使部分車企設(shè)置了氫氣濃度傳感器等監(jiān)控單元，也是將其連接到整車控制器上，判斷及反應(yīng)速度較慢，而且容易發(fā)生誤報(bào)。由于因交通事故、容器結(jié)構(gòu)受損、復(fù)合材料老化等原因造成的高壓儲(chǔ)氫瓶氫氣泄漏事故，在極短的時(shí)間內(nèi)就可能引發(fā)火災(zāi)或者爆炸等安全事故，必須快速發(fā)現(xiàn)、快速處置，而目前的設(shè)計(jì)無法達(dá)到此要求?，F(xiàn)有技術(shù)中的高壓儲(chǔ)氫瓶的防護(hù)罩、等保護(hù)裝置，多數(shù)均采用金屬構(gòu)件制成。在車載的高壓儲(chǔ)氫瓶的工作過程中，隨著車輛的顛簸、轉(zhuǎn)彎等運(yùn)動(dòng)，各金屬構(gòu)件相互之間會(huì)產(chǎn)生表面摩擦，一方面會(huì)損傷金屬表面，另一方面也會(huì)形成靜電聚集，威脅車載的儲(chǔ)氫瓶的安全。而現(xiàn)有技術(shù)中均未考慮如何解決這些安全威脅。

因此，華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院研發(fā)團(tuán)隊(duì)，提出一種氫能汽車的實(shí)時(shí)工況監(jiān)控方法及系統(tǒng)，通過設(shè)置連接可靠、感應(yīng)迅速的傳感單元，以及合理的判斷、處置步驟，以實(shí)現(xiàn)對氫能汽車的實(shí)時(shí)工況監(jiān)控并快速對異常工況進(jìn)行處置，保障車輛使用安全。

本專利涉及多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，包括機(jī)械、自動(dòng)化控制、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件、材料、結(jié)構(gòu)及工藝等，對專利代理師的跨領(lǐng)域的專業(yè)能力、綜合水平，對新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)要求較高。我公司派出了兩位專利代理師共同分析、檢索和撰寫完成了本項(xiàng)發(fā)明專利的申請文件，其中自動(dòng)化控制、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件部分相關(guān)內(nèi)容由專利代理師孫明科撰寫，機(jī)械、結(jié)構(gòu)部分相關(guān)內(nèi)容由專利代理師程文斌撰寫；兩位專利代理師與研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員密切溝通，并且到研發(fā)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)場訪問、了解，認(rèn)真聽取發(fā)明人的構(gòu)思和方案，并且給出合理化的建議，由發(fā)明人對技術(shù)方案進(jìn)行完善，從而形成了本發(fā)明呈現(xiàn)的較為完善的技術(shù)方案。

本案件由于涉及新能源和新一代電子信息領(lǐng)域，專利代理師根據(jù)相關(guān)規(guī)定，為申請人辦理了加快審查的相關(guān)手續(xù)，并且在后續(xù)的繳費(fèi)、審查意見答復(fù)等多個(gè)環(huán)節(jié)均做加急處理，最終使本發(fā)明能夠在2.5個(gè)月的時(shí)間內(nèi)頒發(fā)了發(fā)明證書，創(chuàng)下我公司自成立以來最快的發(fā)明發(fā)證時(shí)間記錄（我國發(fā)明專利的通常授權(quán)發(fā)證時(shí)間為24-36個(gè)月）。

   本專利是專利代理師與發(fā)明人團(tuán)隊(duì)深入溝通、反復(fù)完善，兩位專利代理師協(xié)同撰寫，修改了多稿、歷時(shí)二個(gè)多月才最終定稿，發(fā)明人及代理師對本發(fā)明均付出了辛苦的勞動(dòng)。

    最后，高質(zhì)量的發(fā)明專利，可以考慮采用加快的申請和審查方法，以縮短審查時(shí)間，有利于發(fā)明人盡早獲得成果確權(quán)，進(jìn)行該成果的后續(xù)轉(zhuǎn)化、實(shí)施、維權(quán)等活動(dòng)，使專利價(jià)值能夠更快的得到實(shí)現(xiàn)。

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