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高質量發(fā)明專利、快速授權，成功案例系列之三：
2.5個月發(fā)證：一種氫能汽車的工況實時監(jiān)控方法及系統(tǒng)
一、發(fā)明專利案件基本信息
專利號： CN202011098884.0
專利名稱：一種氫能汽車的工況實時監(jiān)控方法及系統(tǒng)
專利申請日：2020.10.14
專利授權日：2021.01.01
專利申請人：華南理工大學
發(fā)明人：朱國瑜 付名利 葉代啟
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二、發(fā)明專利申請文件信息
申請文件：50頁，3.122萬字
授權權利要求：10，其中獨立權利要求：2
權項結構：
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三、發(fā)明內容摘要：
本發(fā)明公開了一種氫能汽車的工況實時監(jiān)控方法，包括以下步驟：1）在氫能汽車上分別設置氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)及氮氣供給系統(tǒng)及前端PID控制器；2）設置橡膠緊固帶及瓶身工況實時監(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控制器判斷汽車當前處于正?；虍惓９r；4）汽車處于異常工況時直接發(fā)出指令并執(zhí)行相應的操作；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)，并作出對應的的處理，以實現(xiàn)汽車的安全運行。本發(fā)明還公開實施上述方法的氫能汽車的工況實時監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明能夠快速、準確判斷正常或異常等多種工況，實時監(jiān)控壓力、溫度、氫氣濃度等，避免誤報，大幅提高氫能汽車運行的安全性和可靠性。
四、發(fā)明摘要附圖：
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五、獨立權利要求1：
1、一種氫能汽車的工況實時監(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置一氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)及氮氣供給系統(tǒng)，同時設置一控制該三個供給系統(tǒng)的前端PID控制器；該氫氣供給系統(tǒng)包括至少一個高壓儲氫瓶，該高壓儲氫瓶固定在一托架上；
2）在高壓儲氫瓶上設置有至少包括一環(huán)抱式橡膠緊固帶及瓶身工況實時監(jiān)控傳感單元，該瓶身工況實時監(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置在橡膠緊固帶內側面與儲氫瓶外側面之間，用以感知瓶身局部位置的壓力及變化速率，并可進一步運算得知瓶身重心與瓶壁應力的變化；其以儲氫瓶橫截面圓心為中心、呈中心對稱設置，分別記為A、B、C；其中A為頂部壓力傳感器、設置在高壓儲氫瓶圓心位置的正上方, B、C為側部壓力傳感器，分別設置在儲氫瓶橫截面圓心位置的左、右側下方；該環(huán)抱式橡膠緊固帶與儲氫瓶外側面、各處壓力傳感器之間，均保持有設定的預壓力；該瓶身壓力傳感器還包括一設置在儲氫瓶底部外側面與托架之間的底部壓力傳感器D，用以感知儲氫瓶底部位置的壓力及變化，并可進一步運算得知瓶身重量的變化；
3）通電使前端PID控制器、瓶身工況實時監(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氫瓶在重力、慣性和車體運動共同作用下的壓力變化數(shù)據，傳輸給前端PID控制器，該前端PID控制器通過內置控制程序運算，判斷出汽車當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，直接向氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)及氮氣供給系統(tǒng)發(fā)出指令，由其執(zhí)行相應的操作，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)，并作出對應的的處理，以實現(xiàn)汽車的安全運行。
獨立權利要求2：
7.一種實施權利要求1至6任一項所述方法的氫能汽車工況實時監(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)及氮氣供給系統(tǒng)，該氫氣供給系統(tǒng)包括至少一個高壓儲氫瓶；該在高壓儲氫瓶上至少包括一環(huán)抱式橡膠緊固帶及瓶身工況實時監(jiān)控傳感單元，該瓶身工況實時監(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置在橡膠緊固帶內側面與儲氫瓶外側面之間，其以儲氫瓶橫截面圓心為中心、呈中心對稱設置，分別記為A、B、C；其中A為設置在高壓儲氫瓶圓心位置的正上方,而另外兩處則分別設置在該圓心位置的左、右側下方；該環(huán)抱式橡膠緊固帶與儲氫瓶外側面、各處瓶身壓力傳感器之間，均保持有設定的預壓力；該瓶身壓力傳感器還包括一設置在儲氫瓶底部外側面與托架之間的底部壓力傳感器D，用以感知儲氫瓶底部位置的壓力及變化，并進一步運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氫瓶在自身材料理化作用，重力、慣性和車體運動共同作用下的壓力變化數(shù)據，傳輸給前端PID控制器，該前端PID控制器通過內置控制程序運算，判斷出汽車當前處于正常工況還是異常工況；其還包括設置在高壓儲氫瓶瓶體的前端的瓶口，該瓶口處設有一電磁通斷閥及一瓶口工況實時監(jiān)控傳感單元，所述瓶口工況實時監(jiān)控傳感單元包括多個傳感組件；在瓶頸上、環(huán)繞該電磁通斷閥及瓶口外側，設有一防護裝置，該防護裝置包括蓋板及支撐桿；所述的瓶口工況實時監(jiān)控傳感單元的多個傳感組件設置在該防護裝置及儲氫瓶體上：所述的傳感組件包括熱電型氫氣濃度傳感器及光纖復合傳感器；所述光纖復合傳感器包括光纖氣體壓力傳感器、光纖氫氣濃度傳感器、光纖振動傳感器、光纖溫度傳感器；各傳感組件的電源線、信號線或光纖，均沿蓋板朝向支撐桿的一側延伸，并且各處傳感器分別固定在蓋板、支撐桿或儲氫瓶的外側表面上，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時監(jiān)控傳感系單元的多個傳感器，設置為獨立工作的兩組，各組至少包括一個熱電型氫氣濃度傳感器、光纖復合傳感器、瓶身壓力傳感器，各組在前端PID控制器的控制下分時交替、獨立工作；所述的防護裝置，其包括夾持機構、圍護支架，所述圍護支架的下端與所述夾持機構頂面的四周連接，所述第一夾持塊與所述第二夾持塊相對的一側側面上設有第一凹弧面，所述第二夾持塊與所述第一夾持塊相對的一側側面上設有第二凹弧面，所述第一凹弧面內設有第一凸齒，所述第二凹弧面內設有第二凸齒，所述第一凸齒、第二凸齒分別與儲氫瓶瓶口側面上的二個凹槽口相匹配，所述夾持機構通過所述第一凹弧面、第二凹弧面夾持在所述儲氫瓶瓶口側面上，并且所述第一凸齒、第二凸齒分別嚙合在二個所述凹槽口上；所述的熱電型氫氣濃度傳感器、光纖復合傳感器設置在所述蓋板朝向支撐桿的一側面上，以感知電磁通斷閥部位的實時工況變化；各傳感組件的電源線、信號線或光纖，均沿蓋板朝向支撐桿的一側延伸，并且各處分別固定在蓋板、支撐桿或儲氫瓶的外側表面上。
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)，通過設置獨立工作的前端PID控制器（一般設置在汽車底盤上、較為靠近高壓儲氫瓶的部位），并設置及與其短距離連接的瓶身工況實時監(jiān)控傳感系單元的多個壓力傳感器，可準確、快速的判斷高壓儲氫瓶的工況，并對異常工況快速做出處置，而無需將各傳感器數(shù)據上傳到整車控制器、待其運算后再進行處置，避免耗時長、處置速度慢，同時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，其中頂部和側部壓力傳感器被專門設計的環(huán)抱式橡膠緊固帶固定在其與儲氫瓶外側面之間，底部壓力傳感器D設置在儲氫瓶底部外側面與托架之間，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定的預壓力，使各壓力傳感器處于快速和準確感應的壓強區(qū)間，提高傳感器工作的速度和準確性，避免因傳感器位移及零壓力起始感應而造成的誤報；同時，各壓力傳感器設定預壓力壓強值范圍為一個具有大小絕對壓強值的區(qū)間，處于該區(qū)間內為正常工況，而低于最小值或大于其最大值時則為異常工況，再結合壓強變化速率的設定值的判斷，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行準確判斷的定義，從而為精準感應和控制工況變化提供了基礎方法和參數(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時監(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+瓶身工況實時監(jiān)控傳感單元進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+瓶身工況實時監(jiān)控傳感單元+整車控制器+瓶口工況實時監(jiān)控傳感單元，對情況不明的異常工況進行交互驗證、避免誤報，同時由整車控制器對正常工況進行精準識別，為整車運行中的安全、供能等提供完整的綜合決策，對整車各部分進行整體協(xié)同和控制。
八、本案專利代理師經驗分享：
氫能（氫燃料電池）汽車是以氫燃料電池為驅動能量的汽車。目前，國內研發(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用。目前大多數(shù)汽車氫燃料電池汽車在設計和制造過程中，并未考慮對瓶身及瓶口進行實時工況監(jiān)控和應急處置。現(xiàn)有技術中，即使部分車企設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，判斷及反應速度較慢，而且容易發(fā)生誤報。由于因交通事故、容器結構受損、復合材料老化等原因造成的高壓儲氫瓶氫氣泄漏事故，在極短的時間內就可能引發(fā)火災或者爆炸等安全事故，必須快速發(fā)現(xiàn)、快速處置，而目前的設計無法達到此要求?，F(xiàn)有技術中的高壓儲氫瓶的防護罩、等保護裝置，多數(shù)均采用金屬構件制成。在車載的高壓儲氫瓶的工作過程中，隨著車輛的顛簸、轉彎等運動，各金屬構件相互之間會產生表面摩擦，一方面會損傷金屬表面，另一方面也會形成靜電聚集，威脅車載的儲氫瓶的安全。而現(xiàn)有技術中均未考慮如何解決這些安全威脅。
因此，華南理工大學環(huán)境與能源學院研發(fā)團隊，提出一種氫能汽車的實時工況監(jiān)控方法及系統(tǒng)，通過設置連接可靠、感應迅速的傳感單元，以及合理的判斷、處置步驟，以實現(xiàn)對氫能汽車的實時工況監(jiān)控并快速對異常工況進行處置，保障車輛使用安全。
本專利涉及多個學科和技術領域，包括機械、自動化控制、電子、計算機軟硬件、材料、結構及工藝等，對專利代理師的跨領域的專業(yè)能力、綜合水平，對新能源汽車技術領域的經驗要求較高。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發(fā)明專利的申請文件，其中自動化控制、電子、計算機軟硬件部分相關內容由專利代理師孫明科撰寫，機械、結構部分相關內容由專利代理師程文斌撰寫；兩位專利代理師與研發(fā)團隊成員密切溝通，并且到研發(fā)團隊現(xiàn)場訪問、了解，認真聽取發(fā)明人的構思和方案，并且給出合理化的建議，由發(fā)明人對技術方案進行完善，從而形成了本發(fā)明呈現(xiàn)的較為完善的技術方案。
本案件由于涉及新能源和新一代電子信息領域，專利代理師根據相關規(guī)定，為申請人辦理了加快審查的相關手續(xù)，并且在后續(xù)的繳費、審查意見答復等多個環(huán)節(jié)均做加急處理，最終使本發(fā)明能夠在2.5個月的時間內頒發(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)證時間記錄（我國發(fā)明專利的通常授權發(fā)證時間為24-36個月）。
本專利是專利代理師與發(fā)明人團隊深入溝通、反復完善，兩位專利代理師協(xié)同撰寫，修改了多稿、歷時二個多月才最終定稿，發(fā)明人及代理師對本發(fā)明均付出了辛苦的勞動。
最后，高質量的發(fā)明專利，可以考慮采用加快的申請和審查方法，以縮短審查時間，有利于發(fā)明人盡早獲得成果確權，進行該成果的后續(xù)轉化、實施、維權等活動，使專利價值能夠更快的得到實現(xiàn)。
發(fā)明加急授權業(yè)務咨詢電話：13560038528,020-31132360
