高質量發明(míng)專利、快速授權，成功案例系列之三：

     2.5個月發證：一(yī)種氫能(néng)汽車的(de)工(gōng)況實時監控方法及系統

  一(yī)、發明(míng)專利案件(jiàn)基本信息

專利号： CN202011098884.0

專利名稱：一(yī)種氫能(néng)汽車的(de)工(gōng)況實時監控方法及系統

專利申請日：2020.10.14

專利授權日：2021.01.01

專利申請人(rén)：華南理工(gōng)大學(xué)

發明(míng)人(rén)：朱國瑜 付名利 葉代啓

  二、發明(míng)專利申請文件(jiàn)信息

申請文件(jiàn)：50頁，3.122萬字

授權權利要求：10，其中(zhōng)獨立權利要求：2

權項結構：

三、發明(míng)內(nèi)容摘要：

本發明(míng)公開了一(yī)種氫能(néng)汽車的(de)工(gōng)況實時監控方法，包括以下步驟：1）在(zài)氫能(néng)汽車上分(fēn)别設置氫氣供給系統、空氣供給系統及氮氣供給系統及前端PID控制(zhì)器；2）設置橡膠緊固帶及瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感單元；3）通(tōng)電(diàn)使前端PID控制(zhì)器、各處壓力傳感器工(gōng)作(zuò)，前端PID控制(zhì)器判斷汽車當前處于正常或異常工(gōng)況；4）汽車處于異常工(gōng)況時直接發出指令并執行(xíng)相(xiàng)應的(de)操作(zuò)；5）前端PID控制(zhì)器持續監測、判斷汽車所處的(de)工(gōng)況狀态，并作(zuò)出對(duì)應的(de)的(de)處理，以實現汽車的(de)安全運行(xíng)。本發明(míng)還公開實施上述方法的(de)氫能(néng)汽車的(de)工(gōng)況實時監控系統。本發明(míng)能(néng)夠快速、準确判斷正常或異常等多(duō)種工(gōng)況，實時監控壓力、溫度、氫氣濃度等，避免誤報(bào)，大幅提高氫能(néng)汽車運行(xíng)的(de)安全性和(hé)可(kě)靠性。

四、發明(míng)摘要附圖：

五、獨立權利要求1：

1、一(yī)種氫能(néng)汽車的(de)工(gōng)況實時監控方法，其特征在(zài)于，包括以下步驟：

1）在(zài)氫能(néng)汽車上分(fēn)别設置一(yī)氫氣供給系統、空氣供給系統及氮氣供給系統，同時設置一(yī)控制(zhì)該三個供給系統的(de)前端PID控制(zhì)器；該氫氣供給系統包括至少(shǎo)一(yī)個高壓儲氫瓶，該高壓儲氫瓶固定在(zài)一(yī)托架上；

2）在(zài)高壓儲氫瓶上設置有至少(shǎo)包括一(yī)環抱式橡膠緊固帶及瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感單元，該瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感單元至少(shǎo)包括四處瓶身(shēn)壓力傳感器；其中(zhōng)的(de)三處瓶身(shēn)壓力傳感器設置在(zài)橡膠緊固帶內(nèi)側面與儲氫瓶外(wài)側面之間(jiān)，用以感知(zhī)瓶身(shēn)局部位置的(de)壓力及變化速率，并可(kě)進一(yī)步運算得(de)知(zhī)瓶身(shēn)重心與瓶壁應力的(de)變化；其以儲氫瓶橫截面圓心爲中(zhōng)心、呈中(zhōng)心對(duì)稱設置，分(fēn)别記爲A、B、C；其中(zhōng)A爲頂部壓力傳感器、設置在(zài)高壓儲氫瓶圓心位置的(de)正上方, B、C爲側部壓力傳感器，分(fēn)别設置在(zài)儲氫瓶橫截面圓心位置的(de)左、右側下方；該環抱式橡膠緊固帶與儲氫瓶外(wài)側面、各處壓力傳感器之間(jiān)，均保持有設定的(de)預壓力；該瓶身(shēn)壓力傳感器還包括一(yī)設置在(zài)儲氫瓶底部外(wài)側面與托架之間(jiān)的(de)底部壓力傳感器D，用以感知(zhī)儲氫瓶底部位置的(de)壓力及變化，并可(kě)進一(yī)步運算得(de)知(zhī)瓶身(shēn)重量的(de)變化；

3）通(tōng)電(diàn)使前端PID控制(zhì)器、瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感單元的(de)各處壓力傳感器工(gōng)作(zuò)；各壓力傳感器将高壓儲氫瓶在(zài)重力、慣性和(hé)車體(tǐ)運動(dòng)共同作(zuò)用下的(de)壓力變化數據，傳輸給前端PID控制(zhì)器，該前端PID控制(zhì)器通(tōng)過內(nèi)置控制(zhì)程序運算，判斷出汽車當前處于正常工(gōng)況還是異常工(gōng)況；

4）前端PID控制(zhì)器判斷汽車處于異常工(gōng)況時，直接向氫氣供給系統、空氣供給系統及氮氣供給系統發出指令，由其執行(xíng)相(xiàng)應的(de)操作(zuò)，避免或者降低異常工(gōng)況下可(kě)能(néng)發生的(de)損害，直至排除異常工(gōng)況；

5）重複步驟3）～ 4），前端PID控制(zhì)器通(tōng)過各處壓力傳感器持續監測、判斷汽車所處的(de)工(gōng)況狀态，并作(zuò)出對(duì)應的(de)的(de)處理，以實現汽車的(de)安全運行(xíng)。

獨立權利要求2：

7.一(yī)種實施權利要求1至6任一(yī)項所述方法的(de)氫能(néng)汽車工(gōng)況實時監控系統，其特征在(zài)于，其包括一(yī)前端PID控制(zhì)器，及該前端PID控制(zhì)器連接的(de)氫氣供給系統、空氣供給系統及氮氣供給系統，該氫氣供給系統包括至少(shǎo)一(yī)個高壓儲氫瓶；該在(zài)高壓儲氫瓶上至少(shǎo)包括一(yī)環抱式橡膠緊固帶及瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感單元，該瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感單元至少(shǎo)包括三處瓶身(shēn)壓力傳感器；所述的(de)三處瓶身(shēn)壓力傳感器設置在(zài)橡膠緊固帶內(nèi)側面與儲氫瓶外(wài)側面之間(jiān)，其以儲氫瓶橫截面圓心爲中(zhōng)心、呈中(zhōng)心對(duì)稱設置，分(fēn)别記爲A、B、C；其中(zhōng)A爲設置在(zài)高壓儲氫瓶圓心位置的(de)正上方,而另外(wài)兩處則分(fēn)别設置在(zài)該圓心位置的(de)左、右側下方；該環抱式橡膠緊固帶與儲氫瓶外(wài)側面、各處瓶身(shēn)壓力傳感器之間(jiān)，均保持有設定的(de)預壓力；該瓶身(shēn)壓力傳感器還包括一(yī)設置在(zài)儲氫瓶底部外(wài)側面與托架之間(jiān)的(de)底部壓力傳感器D，用以感知(zhī)儲氫瓶底部位置的(de)壓力及變化，并進一(yī)步運算得(de)知(zhī)瓶身(shēn)重量的(de)變化；所述的(de)前端PID控制(zhì)器與各瓶身(shēn)壓力傳感器連接；各瓶身(shēn)壓力傳感器将高壓儲氫瓶在(zài)自(zì)身(shēn)材料理化作(zuò)用，重力、慣性和(hé)車體(tǐ)運動(dòng)共同作(zuò)用下的(de)壓力變化數據，傳輸給前端PID控制(zhì)器，該前端PID控制(zhì)器通(tōng)過內(nèi)置控制(zhì)程序運算，判斷出汽車當前處于正常工(gōng)況還是異常工(gōng)況；其還包括設置在(zài)高壓儲氫瓶瓶體(tǐ)的(de)前端的(de)瓶口，該瓶口處設有一(yī)電(diàn)磁通(tōng)斷閥及一(yī)瓶口工(gōng)況實時監控傳感單元，所述瓶口工(gōng)況實時監控傳感單元包括多(duō)個傳感組件(jiàn)；在(zài)瓶頸上、環繞該電(diàn)磁通(tōng)斷閥及瓶口外(wài)側，設有一(yī)防護裝置，該防護裝置包括蓋闆及支撐杆；所述的(de)瓶口工(gōng)況實時監控傳感單元的(de)多(duō)個傳感組件(jiàn)設置在(zài)該防護裝置及儲氫瓶體(tǐ)上：所述的(de)傳感組件(jiàn)包括熱電(diàn)型氫氣濃度傳感器及光(guāng)纖複合傳感器；所述光(guāng)纖複合傳感器包括光(guāng)纖氣體(tǐ)壓力傳感器、光(guāng)纖氫氣濃度傳感器、光(guāng)纖振動(dòng)傳感器、光(guāng)纖溫度傳感器；各傳感組件(jiàn)的(de)電(diàn)源線、信号線或光(guāng)纖，均沿蓋闆朝向支撐杆的(de)一(yī)側延伸，并且各處傳感器分(fēn)别固定在(zài)蓋闆、支撐杆或儲氫瓶的(de)外(wài)側表面上，并分(fēn)别與前端PID控制(zhì)器電(diàn)性連接；所述前端PID控制(zhì)器将瓶口及瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感系單元的(de)多(duō)個傳感器，設置爲獨立工(gōng)作(zuò)的(de)兩組，各組至少(shǎo)包括一(yī)個熱電(diàn)型氫氣濃度傳感器、光(guāng)纖複合傳感器、瓶身(shēn)壓力傳感器，各組在(zài)前端PID控制(zhì)器的(de)控制(zhì)下分(fēn)時交替、獨立工(gōng)作(zuò)；所述的(de)防護裝置，其包括夾持機構、圍護支架，所述圍護支架的(de)下端與所述夾持機構頂面的(de)四周連接，所述第一(yī)夾持塊與所述第二夾持塊相(xiàng)對(duì)的(de)一(yī)側側面上設有第一(yī)凹弧面，所述第二夾持塊與所述第一(yī)夾持塊相(xiàng)對(duì)的(de)一(yī)側側面上設有第二凹弧面，所述第一(yī)凹弧面內(nèi)設有第一(yī)凸齒，所述第二凹弧面內(nèi)設有第二凸齒，所述第一(yī)凸齒、第二凸齒分(fēn)别與儲氫瓶瓶口側面上的(de)二個凹槽口相(xiàng)匹配，所述夾持機構通(tōng)過所述第一(yī)凹弧面、第二凹弧面夾持在(zài)所述儲氫瓶瓶口側面上，并且所述第一(yī)凸齒、第二凸齒分(fēn)别齧合在(zài)二個所述凹槽口上；所述的(de)熱電(diàn)型氫氣濃度傳感器、光(guāng)纖複合傳感器設置在(zài)所述蓋闆朝向支撐杆的(de)一(yī)側面上，以感知(zhī)電(diàn)磁通(tōng)斷閥部位的(de)實時工(gōng)況變化；各傳感組件(jiàn)的(de)電(diàn)源線、信号線或光(guāng)纖，均沿蓋闆朝向支撐杆的(de)一(yī)側延伸，并且各處分(fēn)别固定在(zài)蓋闆、支撐杆或儲氫瓶的(de)外(wài)側表面上。

七、本發明(míng)主要的(de)有益效果：

1、本發明(míng)提供的(de)方法及系統，通(tōng)過設置獨立工(gōng)作(zuò)的(de)前端PID控制(zhì)器（一(yī)般設置在(zài)汽車底盤上、較爲靠近高壓儲氫瓶的(de)部位），并設置及與其短(duǎn)距離連接的(de)瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感系單元的(de)多(duō)個壓力傳感器，可(kě)準确、快速的(de)判斷高壓儲氫瓶的(de)工(gōng)況，并對(duì)異常工(gōng)況快速做出處置，而無需将各傳感器數據上傳到整車控制(zhì)器、待其運算後再進行(xíng)處置，避免耗時長(cháng)、處置速度慢，同時還可(kě)以避免在(zài)交通(tōng)事(shì)故等情況下，整車控制(zhì)器與壓力傳感器之間(jiān)出現線路故障或整車控制(zhì)器故障而導緻的(de)控制(zhì)失效。

2、本發明(míng)提供的(de)方法及系統，其提供的(de)四處瓶身(shēn)壓力傳感器，其中(zhōng)頂部和(hé)側部壓力傳感器被專門設計的(de)環抱式橡膠緊固帶固定在(zài)其與儲氫瓶外(wài)側面之間(jiān)，底部壓力傳感器D設置在(zài)儲氫瓶底部外(wài)側面與托架之間(jiān)，一(yī)方面将各傳感器穩定的(de)固定在(zài)特定的(de)位置、避免因車況的(de)變化發生位移，另一(yī)方面可(kě)使各壓力傳感器均保持有設定的(de)預壓力，使各壓力傳感器處于快速和(hé)準确感應的(de)壓強區間(jiān)，提高傳感器工(gōng)作(zuò)的(de)速度和(hé)準确性，避免因傳感器位移及零壓力起始感應而造成的(de)誤報(bào)；同時，各壓力傳感器設定預壓力壓強值範圍爲一(yī)個具有大小絕對(duì)壓強值的(de)區間(jiān)，處于該區間(jiān)內(nèi)爲正常工(gōng)況，而低于最小值或大于其最大值時則爲異常工(gōng)況，再結合壓強變化速率的(de)設定值的(de)判斷，更爲符合工(gōng)況監控需求，也(yě)易于将正常工(gōng)況和(hé)異常工(gōng)況進行(xíng)準确判斷的(de)定義，從而爲精準感應和(hé)控制(zhì)工(gōng)況變化提供了基礎方法和(hé)參數。

3、本發明(míng)提供的(de)方法及系統，通(tōng)過提供相(xiàng)互配合的(de)瓶身(shēn)與瓶口工(gōng)況實時監控傳感單元，以及前端PID控制(zhì)器與整車控制(zhì)器，一(yī)方面可(kě)以采用前端PID控制(zhì)器+瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感單元進行(xíng)安全威脅大的(de)異常工(gōng)況的(de)快速判斷和(hé)處置，另一(yī)方面采用前端PID控制(zhì)器+瓶身(shēn)工(gōng)況實時監控傳感單元+整車控制(zhì)器+瓶口工(gōng)況實時監控傳感單元，對(duì)情況不明(míng)的(de)異常工(gōng)況進行(xíng)交互驗證、避免誤報(bào)，同時由整車控制(zhì)器對(duì)正常工(gōng)況進行(xíng)精準識别，爲整車運行(xíng)中(zhōng)的(de)安全、供能(néng)等提供完整的(de)綜合決策，對(duì)整車各部分(fēn)進行(xíng)整體(tǐ)協同和(hé)控制(zhì)。

八、本案專利代理師經驗分(fēn)享：

氫能(néng)（氫燃料電(diàn)池）汽車是以氫燃料電(diàn)池爲驅動(dòng)能(néng)量的(de)汽車。目前，國內(nèi)研發的(de)燃料電(diàn)池汽車在(zài)整車操控性能(néng)、行(xíng)駛性能(néng)、安全性能(néng)、燃料利用率等方面相(xiàng)比過去(qù)已經得(de)到了較大提高，但是仍然存在(zài)諸多(duō)的(de)不足，制(zhì)約了其大範圍的(de)推廣應用。目前大多(duō)數汽車氫燃料電(diàn)池汽車在(zài)設計和(hé)制(zhì)造過程中(zhōng)，并未考慮對(duì)瓶身(shēn)及瓶口進行(xíng)實時工(gōng)況監控和(hé)應急處置。現有技術中(zhōng)，即使部分(fēn)車企設置了氫氣濃度傳感器等監控單元，也(yě)是将其連接到整車控制(zhì)器上，判斷及反應速度較慢，而且容易發生誤報(bào)。由于因交通(tōng)事(shì)故、容器結構受損、複合材料老(lǎo)化等原因造成的(de)高壓儲氫瓶氫氣洩漏事(shì)故，在(zài)極短(duǎn)的(de)時間(jiān)內(nèi)就(jiù)可(kě)能(néng)引發火(huǒ)災或者爆炸等安全事(shì)故，必須快速發現、快速處置，而目前的(de)設計無法達到此要求。現有技術中(zhōng)的(de)高壓儲氫瓶的(de)防護罩、等保護裝置，多(duō)數均采用金屬構件(jiàn)制(zhì)成。在(zài)車載的(de)高壓儲氫瓶的(de)工(gōng)作(zuò)過程中(zhōng)，随着車輛的(de)颠簸、轉彎等運動(dòng)，各金屬構件(jiàn)相(xiàng)互之間(jiān)會(huì)産生表面摩擦，一(yī)方面會(huì)損傷金屬表面，另一(yī)方面也(yě)會(huì)形成靜電(diàn)聚集，威脅車載的(de)儲氫瓶的(de)安全。而現有技術中(zhōng)均未考慮如(rú)何解決這(zhè)些安全威脅。

因此，華南理工(gōng)大學(xué)環境與能(néng)源學(xué)院研發團隊，提出一(yī)種氫能(néng)汽車的(de)實時工(gōng)況監控方法及系統，通(tōng)過設置連接可(kě)靠、感應迅速的(de)傳感單元，以及合理的(de)判斷、處置步驟，以實現對(duì)氫能(néng)汽車的(de)實時工(gōng)況監控并快速對(duì)異常工(gōng)況進行(xíng)處置，保障車輛使用安全。

本專利涉及多(duō)個學(xué)科和(hé)技術領域，包括機械、自(zì)動(dòng)化控制(zhì)、電(diàn)子(zǐ)、計算機軟硬件(jiàn)、材料、結構及工(gōng)藝等，對(duì)專利代理師的(de)跨領域的(de)專業能(néng)力、綜合水平，對(duì)新能(néng)源汽車技術領域的(de)經驗要求較高。我(wǒ)公司派出了兩位專利代理師共同分(fēn)析、檢索和(hé)撰寫完成了本項發明(míng)專利的(de)申請文件(jiàn)，其中(zhōng)自(zì)動(dòng)化控制(zhì)、電(diàn)子(zǐ)、計算機軟硬件(jiàn)部分(fēn)相(xiàng)關內(nèi)容由專利代理師孫明(míng)科撰寫，機械、結構部分(fēn)相(xiàng)關內(nèi)容由專利代理師程文斌撰寫；兩位專利代理師與研發團隊成員密切溝通(tōng)，并且到研發團隊現場訪問(wèn)、了解，認真聽取發明(míng)人(rén)的(de)構思和(hé)方案，并且給出合理化的(de)建議，由發明(míng)人(rén)對(duì)技術方案進行(xíng)完善，從而形成了本發明(míng)呈現的(de)較爲完善的(de)技術方案。

本案件(jiàn)由于涉及新能(néng)源和(hé)新一(yī)代電(diàn)子(zǐ)信息領域，專利代理師根據相(xiàng)關規定，爲申請人(rén)辦理了加快審查的(de)相(xiàng)關手續，并且在(zài)後續的(de)繳費、審查意見(jiàn)答(dá)複等多(duō)個環節均做加急處理，最終使本發明(míng)能(néng)夠在(zài)2.5個月的(de)時間(jiān)內(nèi)頒發了發明(míng)證書，創下我(wǒ)公司自(zì)成立以來最快的(de)發明(míng)發證時間(jiān)記錄（我(wǒ)國發明(míng)專利的(de)通(tōng)常授權發證時間(jiān)爲24-36個月）。

   本專利是專利代理師與發明(míng)人(rén)團隊深入溝通(tōng)、反複完善，兩位專利代理師協同撰寫，修改了多(duō)稿、曆時二個多(duō)月才最終定稿，發明(míng)人(rén)及代理師對(duì)本發明(míng)均付出了辛苦的(de)勞動(dòng)。

    最後，高質量的(de)發明(míng)專利，可(kě)以考慮采用加快的(de)申請和(hé)審查方法，以縮短(duǎn)審查時間(jiān)，有利于發明(míng)人(rén)盡早獲得(de)成果确權，進行(xíng)該成果的(de)後續轉化、實施、維權等活動(dòng)，使專利價值能(néng)夠更快的(de)得(de)到實現。

  發明(míng)加急授權業務(wù)咨詢電(diàn)話：13560038528,020-31132360