CN111928908B - 一种氢能汽车的工况实时监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种氢能汽车的工况实时监控方法及系统

技术领域

本发明涉及氢能汽车技术领域，尤其涉及一种氢能汽车的工况实时监控方法、系统及装置。

背景技术

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。

氢燃料汽车普遍采用重容比小、承压能力高的复合材料储氢瓶进行储氢。为满足氢燃料汽车的高续航能力，复合材料储氢瓶内的填充氢气压力高达 70 MPa或者更高。由于氢气的高压、自燃性和易爆性以及复合材料的可燃性等问题，载有高压复合材料储氢瓶的氢燃料汽车一定的安全隐患，特别是在各种复杂工况下，容易因材料老化及交通事故等造成泄漏，进而引发火灾、爆炸等严重事故。

氢燃料电池汽车使用的氢气分子很小,在生产、储存、运输和使用的过程中易泄漏,由于氢气不利于呼吸,无色无味,不能被人鼻所发觉,且着火点仅为 585 ℃,空气中含量在 4%～75%范围内 ,遇明火即发生爆炸 ,故在氢气的使用过程中，必须对其存储容器、使用环境中氢气的含量进行监测并对其是否出现泄漏进行实时监测，如发生泄漏必须及时采取对应的防护措施。

在氢燃料电池汽车研发制造和使用过程中，车载的复合材料高压储氢瓶（存储氢气的高压容器）是必不可少的核心部件。但是由于其内部是高压氢气（70MPa或更高），因各种汽车行驶中各种复杂工况及容器自身材料性能的影响，其存在着瓶体泄漏、瓶体渗漏和瓶口泄漏的风险。

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。

同时，由于氢气浓度的监测技术虽然有多种，但是一般都存在着感应速度慢、效率低、准确性差以及传感器寿命短等问题；现有的压力传感器，由于其与被监测对象连接不稳定，而容易造成各种误报。而对于各种不明原因而造成的传感器误报，则更是传感器技术领域的传统难题之一。上述问题导致氢燃料汽车整体制造技术中，不能直接采用常用的监控及处置技术，一方面要提高传感速度和传感准确性，另一方面还要避免误报、快速处置，才能保证汽车的正常使用和安全。

此外，现有车企大多数均是将高压储氢瓶的瓶口（及瓶口的电磁通断阀、管路）直接裸露在外，由于该部位承受的气体压力和内应力较大，一旦遇到强烈振动和碰撞，则容易破坏密封结构、发生氢气泄漏、引发火灾或者爆炸等安全事故，因此其危险性和安全隐患十分明显。虽然也有少数厂商采用了电磁通断阀罩的方式进行保护，但是该电磁通断阀罩在储气瓶正常使用时，必须取下，仅可以在整车组装之前使用，而不能在整车组装中和组装后使用，特别是不能在整车制造、交付、行驶等状态下使用。也有部分厂商对于多个储氢瓶提供笼式进行保护，但是在汽车行驶及发生交通意外时，并不能确保该瓶口部位避免碰撞等接触性破坏。

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，亟需研究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。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术上述的不足，提供一种氢能汽车的实时工况监控方法，通过设置前端PID控制器、瓶口及瓶身工况实时监控传感系单元，以及独特的算法、流程和传感数据交互验证设计，可准确判断出汽车当前处于正常工况还是异常工况，并进一步对异常工况给予针对性快速处置。

本发明的目的还在于，提供实施上述方法的氢能汽车的实时工况监控系统，通过软硬件协同配合，使氢能汽车能够在正常行驶和交通意外事故等多种工况下，均可对其工况状态进行准确识别并针对性快速处置，避免氢气泄漏造成事故，或降低事故损害，从而大幅提高汽车工作的安全性和可靠性。

为实现上述目的，其提供的技术方案如下：

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。

其步骤3），所述的正常工况包括：怠速、匀速、加速、减速、驻车五种；所述的异常工况包括：翻车、失火、储氢瓶发生碰撞或变形四种；

所述的前端PID控制器内置控制程序判断正常工况或异常工况的步骤为：

31）在前端PID控制器内置控制程序中，预先设定各处瓶身压力传感器的预压力压强值范围和变化速率设定值；

32）在实时监测过程中，如各瓶身压力传感器的感应数据均在预压力压强值范围内或变化速率小于设定值时，判断汽车处于正常工况状态，此时前端PID控制器及各传感器处于常规监控状态；

33）在实时监测过程中，如任一瓶身压力传感器的感应数据偏移出预压力压强值范围或变化速率大于设定值时，判断汽车处于异常工况状态，此时前端PID控制器及各传感器处于异常工况监控状态。

判断汽车处于异常工况状态，此时前端PID控制器及各传感器处于异常工况监控状态。

所述的各处瓶身压力传感器均为陶瓷压力传感器，其中顶部压力传感器A及侧部压力传感器B、C预先设定的预压力压强值P_ABC范围为：绝对压强 400KPa≤P_ABC≤1000 KPa；底部压力传感器D预先设定的预压力压强值P_D范围为：绝对压强 500KPa≤P_D≤2500 KPa；压强变化速率设定值为200kPa/s；

所述环抱式橡胶紧固带为具有回弹力的硫化橡胶或者热塑性橡胶制成，其为带状，环绕设置在储氢瓶的外侧表面上，将压力传感器A、B、C包覆在其与储氢瓶的外侧表面的间隙内，并保持预先设定的预压力。

所述氢能汽车的工况实时监控方法，其特征在于，其所述的步骤1），还包括以下步骤：

11）在氢能汽车上设置一整车控制器，其内置有控制程序及工况识别模型库；同时在氢能汽车上分别设置与该整车控制器连接的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器，各控制器均内置有控制程序；所述的电机控制器连接驱动电机，动力电池控制器连接动力电池组，所述的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器分别连接前端PID控制器，将前端PID控制器发出的指令进一步发送给执行驱动电机或动力电池组执行；

12）在所述的高压储氢瓶瓶体的前端设有一瓶口，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，设置一防护装置，以保护该瓶口部位、瓶口工况实时监控传感单元免受外部碰撞并协同监控瓶口处的环境工况；所述防护装置包括夹持机构、围护支架，所述围护支架与所述夹持机构形成保护框架，所述夹持机构包括第一夹持块、第二夹持块，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，所述第一凹弧面与所述第二凹弧面形成储氢瓶瓶口的箍紧圈，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，所述储氢瓶瓶口的侧面上具有二个凹槽口；所述围护支架、夹持机构均为金属导电材料制成；所述围护支架包括四个支撑杆、盖板，各二个所述支撑杆的下端分别与所述第一夹持块、第二夹持块的顶面连接，四个所述支撑杆的上端分别与所述盖板连接；

13）将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；将该多个传感组件分别设置在防护装置及瓶体上，分别感知储氢瓶的实时工况及其工作环境：在所述盖板朝向支撑杆的一侧面上，设置热电型氢气浓度传感器、光纤复合传感器，以感知电磁通断阀位外部的实时工况变化；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，并分别与前端PID控制器电性连接；

所述的光纤复合传感器，包括LED宽带光源、连接光纤、设置在光纤上的传感部、耦合器及光谱仪；所述的传感部包括压力传感部、振动传感部和温度传感部，各传感部分别连接宽带光源、均利用光纤布拉格光栅进行外部环境监测，再经耦合器汇合后连接到光谱仪；

14）将所述第一凸齿、第二凸齿分别卡进储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口上，所述储氢瓶的瓶口穿过所述箍紧圈，并伸进保护框架内，使电磁通断阀位于该保护框架内；

15）将所述第一夹持块与所述第二夹持块锁紧，使所述箍紧圈的第一凹弧面、第二凹弧面夹紧在所述储氢瓶瓶口的侧面上，并使所述第一凸齿、第二凸齿分别与所述储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合，从而使所述夹持机构夹紧啮合在所述储氢瓶瓶口上，形成一个环绕包覆该储氢瓶瓶口及电磁通断阀位的立体保护空间，防止异物从任意方向接触该储氢瓶瓶口，同时形成感知储氢瓶口部位实时工况及其工作环境变化的半封闭局部空间。

所述的夹持机构，包括二个夹持锁紧螺栓，所述第一夹持块的侧面上设有二个第一锁紧通孔，所述第二夹持块的侧面上设有二个第二锁紧通孔；

所述的步骤15）其还包括如下步骤：

151）在所述箍紧圈的第一凹弧面、第二凹弧面与储氢瓶瓶口的侧面之间，还设有一环形的抗静电硅胶套，该抗静电硅胶套在所述并使所述第一凸齿、第二凸齿分别与所述储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合时发生弹性形变，使所述夹持机构紧密夹紧啮合在所述储氢瓶瓶口上，由其将二者之间的刚性缝隙填满，避免二者接触面的直接摩擦，同时缓冲和吸收二者之间的振动、并消除二者所产生的静电，防止储氢瓶瓶口处的静电聚集、产生火花；

152）使二个所述夹持锁紧螺栓分别穿过二个第一锁紧通孔与二个所述第一锁紧螺孔锁紧连接，从而将所述第一夹持块与所述第二夹持块锁紧。

所述的步骤4）还包括：

41）前端PID控制器判断汽车处于正常工况时，将瓶身工况实时监控传感单元的各处瓶身压力传感器数据传输给该整车控制器，由其根据内置控制程序并调用工况识别模型库，对工况进一步准确识别，并且根据识别出的该工况及工况变化，向燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器发出执行指令，由其分别执行。

所述的整车控制器内置控制程序，包括如下流程及算法：

A、启动自检后进入正常工况监控状态，将前端PID控制器、氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器设置为全时工作，将光纤复合传感器设置为保持待机、仅在收到异常触发信号时才开始工作；B、预先设定各传感器的异常触发阀值区间，当任一传感器感应到的环境或工况数值进入该阀值区间时，即进入异常工况监控状态、触发设定的后续步骤，此时热电型氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器、光纤复合传感器全部工作；C、当各传感器感应到的环境或工况数值离开异常工况阀值区间时，即停止异常工况监控状态、恢复正常工况监控状态，光纤复合传感器恢复为待机；

该内置控制程序的控制流程包括如下步骤：E、启动前端PID控制器及各传感器组件自检；F、进入正常工况监控状态，此时氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器工作，光纤复合传感器待机，并根据接收到的感应数据对照内置的工况识别模型库，进行快速的工况识别；G、当前端PID控制器接收到瓶身压力传感器ABCD之一感应的工况或环境数据进入设定的异常触发阀值区间时，前端PID控制器自动进入异常工况监控状态，直接切断电磁通断阀、并发出报警信息，提醒系统或者人员进行故障监测、验证，关闭燃料电池发动机，切换为动力电池为汽车供电，待排除故障后恢复正常工况监控状态，此时整车控制器不干预；H、当前端PID控制器接收到各处瓶身压力传感器正常而氢气浓度传感器感应的工况或环境数据进入设定的异常触发阀值区间时，整车控制器介入，指令前端PID控制器及各传感器组件进入异常工况监控状态，触发光纤复合传感器工作，暂不发出报警或切断电磁通断阀的指令；在接收到光纤复合传感器的信号后、进一步验证电磁通断阀位及储氢瓶身各处压力的实时工况变化；I、整车控制器持续比较热电型氢气浓度传感器、瓶身压力传感器与光纤复合传感器的数据并作出判断和处理：如仅有热电型氢气浓度传感器监测的数据进入设定的异常触发阀值区间，而瓶身压力传感器、光纤复合传感器监测的数据未进入设定的异常触发阀值区间，则发出报警信息，提醒系统或者人员进行进一步监测、验证；J、此时如光纤复合传感器监测的数据也进入设定的异常触发阀值区间，或者压力传感器ABCD中至少有一个监测的数据同时进入设定的异常触发阀值区间，整车控制器均指令前端PID控制器直接切断电磁通断阀、停止氢气供给系统及空气供给系统工作，指令氮气供给系统释放低温氮气、避免氢气燃烧，并发出报警信息，提醒系统或者人员进行故障监测、验证，排除故障后恢复正常工况监控状态。

所述的高压储氢瓶为两个或两个以上的瓶体组成，每个瓶体上均设有一组瓶身工况实时监控传感单元及瓶口工况实时监控传感单元，所述的前端PID控制器内置控制程序，还包括如下流程及算法：

将所述瓶身及瓶口工况实时监控传感单元中的多个传感器编为可独立工作的两组，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，各组在控制器的控制下分时交替、独立工作；

前端PID控制器根据设定的时间使两组传感器交替工作，以准确感知电磁通断阀位的实时工况变化，同时避免各组传感器因长时间不间断工作而加速老化而引发误报。

一种实施权前述方法的氢能汽车工况实时监控系统，其特征在于，其还包括：一整车控制器，其内置有控制程序及工况识别模型库；与该整车控制器连接的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器，各控制器均内置有控制程序；所述的电机控制器连接驱动电机，动力电池控制器连接动力电池组；所述的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器分别连接一前端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；处于正常工况进一步将数据传输给整机控制器，处于异常工况时直接向燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器发出指令，进行异常工况紧急处置。

所述的氢能汽车工况实时监控系统，其特征在于，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，所述夹持机构包括第一夹持块、第二夹持块，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。

所述箍紧圈的第一凹弧面、第二凹弧面与储氢瓶瓶口的侧面之间，还设有一环形的抗静电硅胶套，该抗静电硅胶套在所述并使所述第一凸齿、第二凸齿分别与所述储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合时发生弹性形变，使所述夹持机构紧密夹紧啮合在所述储氢瓶瓶口上。

所述夹持机构还包括二个夹持锁紧螺栓，所述第一夹持块的侧面上设有二个第一锁紧通孔，所述第二夹持块的侧面上设有二个第二锁紧通孔，所述第一锁紧通孔、第一锁紧螺孔与所述夹持锁紧螺栓相匹配，二个所述第一锁紧通孔分别位于所述第一凹弧面的两侧，二个所述第一锁紧螺孔分别位于所述第二凹弧面的两侧，所述夹持锁紧螺栓穿过所述第一锁紧通孔与所述第一锁紧螺孔锁紧连接；所述夹持锁紧螺栓包括螺杆、螺帽，所述螺帽大于所述第一锁紧通孔，所述螺杆穿过所述第一锁紧通孔与所述第一锁紧螺孔锁紧连接；所述第一夹持块的侧面具有第一侧面，所述第二夹持块的侧面具有第二侧面，所述第一凹弧面设在所述第一侧面上，所述第二凹弧面设在所述第二侧面上，所述第一侧面与所述第二侧面之间具有间隙；所述夹持锁紧螺栓为内六角圆头螺钉，所述第一夹持块还具有第三侧面，所述第三侧面与所述第一侧面分别为所述第一夹持块的两相反侧面，所述第一锁紧通孔在位于所述第三侧面的一端设有沉孔，所述沉孔呈圆柱形，所述内六角圆头螺钉的螺帽为圆头螺帽，所述圆头螺帽相适应沉进所述沉孔。

本发明相比现有技术的优点及有益效果是：

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。

4、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，二者通过的传感组件均为非介入式设置，其安装使用无需改变高压储氢瓶及其管路的原有结构，因而避免了因结构改变而增加的强度降低、密闭性下降等不利影响；通过瓶身与瓶口工况实时监控传感单元的配合，可以方便、快捷、准确的得到汽车整体工况及高压储氢瓶所处局部位置工况的关键参数数据，而无需再在高压储氢瓶壁、瓶口以及高压管路内额外安装介入式的传感器，简化了结构并且提高了汽车整体的安全性。

5、本发明提供的方法及系统，通过设置环抱式橡胶紧固带以及防护装置，使大部分传感组件均设置在全包围的橡胶紧固带或者半包围式防护装置内，使该传感组件不容易被干扰，同时又能在最容易发生故障的位置，快速、准确监控氢气浓度等工况、避免误报，使高压储氢瓶能够在正常行驶和交通意外事故等多种工况下，避免氢气泄漏，从而大幅提高汽车与储氢瓶工作的安全性和可靠性。

6、本发明提供的方法及系统，通过设置瓶口工况实时监控传感单元及半包围式的瓶口防护装置，将高压储氢瓶的瓶口及电磁通断阀穿过夹持机构的箍紧圈伸进保护框架内，使瓶口、电磁通断阀均位于保护框架内，使该部位不被碰撞，重点应对瓶口泄漏的风险；利用夹持机构的第一凸齿、第二凸齿分别与储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合，避免夹持机构相对于储氢瓶瓶口旋转滑动，再利用由夹持机构的第一凹弧面与第二凹弧面形成的箍紧圈与储氢瓶瓶口的侧面夹紧，避免夹持机构相对于储氢瓶瓶口松动，从而啮合夹紧储氢瓶瓶口，该储氢电磁通断阀保护方法既能保护储氢电磁通断阀不被碰撞，又能与储氢电磁通断阀口啮合夹紧，避免滑动、松动及静电聚集，大幅提高储氢瓶工作的安全性和可靠性。

7、本发明通过在防护装置以及瓶体上设置工况实时监控传感单元，大部分传感组件均设置在半包围式防护装置内，使该部分传感组件不被碰撞，同时又能在最容易发生氢气泄漏的瓶口处，快速、准确监控氢气浓度等工况、避免误报，使高压储氢瓶能够在正常行驶和交通意外事故等多种工况下，常规状态下可避免氢气泄漏，遇到意外事件或其他非常规状态下可实时发现瓶口泄漏并进行处置，从而大幅提高储氢瓶工作的安全性和可靠性。

8、本发明提供的工况实时监控传感单元，采用部分传感器全时工作、其他传感器待机等待触发，一方面可降低功耗、降低通电传感器数量，另一方面全部传感器工作后、采集的多项工况数据相互对照，避免传感器误报，提高传感系统工作的可靠性和准确性。

9、本发明设置的工况实时监控传感单元分为独立工作的两组，在控制器的控制下，根据设定的时间（3-8小时）间隔交替工作，一方面可提高传感准确性和传感速度，另一方面还可以避免误报，以保证汽车的正常使用和安全；此外，还可以延长各传感器的寿命，降低汽车的维护维修成本。本发明针对现有技术中对氢气浓度的传感速度慢、效率低、准确性差以及传感器寿命短等问题，采用热电型氢气浓度传感器与光纤复合传感器及陶瓷压力传感器相互配合的传感监测方式；同时，采用上述多种传感器协同工作的方式，相互印证下由控制器做出准确的判断，因此可以克服传感器误报的传统难题。

10、本发明采用的热电型氢气浓度传感器、LED宽带光源等，均为电信号，有可能产生静电和火花，因此，本发明将其设置在金属材质的保护框架内，避免其产生静电和火花；其他的传感器均采用多种光纤传感器，其使用的是光信号，适用于易爆炸的危险环境。

11、本发明通过二个夹持锁紧螺栓将二个夹持块锁紧，从而使二个夹持块的第一凹弧面、第二凹弧面夹紧在储氢瓶瓶口的侧面上，方便操作。

12、本发明提供的高压储氢电磁通断阀工况实时监控与防护装置，包括夹持机构、围护支架，围护支架的下端与夹持机构顶面的四周连接，将储氢电磁通断阀伸进围护支架与夹持机构形成的保护框架内，使储氢电磁通断阀不被碰撞；夹持机构包括第一夹持块、第二夹持块，夹持机构利用二个夹持块的凹弧面与储氢瓶瓶口的两侧面夹紧，避免松动，并利用凹弧面内的凸齿与储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合，从而避免夹持机构相对于储氢瓶瓶口旋转滑动，保证夹持机构装配的可靠性与紧密性，从而避免该储氢电磁通断阀工况实时监控与防护装置的滑动或松动，提高对储氢电磁通断阀保护的安全性和可靠性。

13、本发明提供的夹持机构利用二个夹持锁紧螺栓将二个夹持块夹持锁紧在储氢瓶瓶口的两侧面上，操作简单，使用方便，当然，将夹持机构锁紧夹持在储氢瓶瓶口的两侧面上还有其它实施方式，例如，利用二个U型螺栓，也能实现二个夹持块与储氢瓶瓶口的夹持锁紧，只要能将二个夹持块之间的距离拉近，并夹紧在储氢瓶瓶口的两侧面上，都可实现夹持机构与储氢瓶瓶口的夹持锁紧。

14、本发明提供的夹持锁紧螺栓包括螺杆、螺帽，夹持锁紧螺栓利用螺帽与第一夹持块的一侧限位，再利用螺杆拉近二个夹持块之间的距离，实现二个夹持块与储氢瓶瓶口的夹持锁紧，使用简单，操作方便。

15、本发明第一夹持块的第一侧面与第二夹持块的第二侧面之间具有间隙，方便利用螺杆拉近二个夹持块之间的距离。

16、本发明的夹持锁紧螺栓采用内六角圆头螺钉，并在第一夹持块的第一锁紧通孔的一端设沉孔，使用时，将内六角圆头螺钉的圆头螺帽沉进沉孔内，使其不会外露，不会发生人不小心碰撞到螺钉而受伤的事故，并使整体造型简洁美观。

17、本发明的围护支架包括四个支撑杆、盖板，利用四个支撑杆和盖板组成的围护支架，既能很好的保护储氢电磁通断阀，又方便使用者通过两相邻支撑杆之间留下的空间对储氢电磁通断阀进行操作，在充装气体时，可不用卸掉储氢电磁通断阀工况实时监控与防护装置，提高工作效率。

18、本发明设置的抗静电硅胶套，其设置在箍紧圈与储氢瓶瓶口的侧面之间，该抗静电硅胶套厚度为0.5-2mm，其第一凸齿、第二凸齿分别与所述储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合时发生弹性形变，使所述夹持机构紧密夹紧啮合在所述储氢瓶瓶口上，为本储氢电磁通断阀工况实时监控与防护装置受碰撞时，提供缓冲和消除静电的功能，能更好的保护储氢电磁通断阀以及本保护装置自身结构免受损害。

19、本发明提供的抗静电硅胶套，是采用高聚物吸振材料制成，其是一种能吸收振动波，防止或减轻机械振动对部件破坏的材料，高聚物吸振材料是阻尼材料的一种，其吸振原理是利用其粘弹性中的粘性阻尼部分，把吸收的能量以热的形式散失，从而提高对储氢电磁通断阀（二通或者三通电磁通断阀）保护的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例氢能汽车工况实时监控系统的整体模块组成结构示意图。

图2是本发明实施例氢能汽车工况实时监控系统的部分模块组成结构示意图。

图3是本发明氢能汽车工况实时监控方法的部分控制流程示意图。

图4是本发明实施例氢能汽车工况实时监控系统的整体机械结构示意图。

图5是本发明实施例氢能汽车工况实时监控系统中防护装置的立体外形结构示意图。

图6是本发明实施例高压储氢瓶工况实时监控与防护装置的侧视图。

图7是本发明实施例防护装置的夹持机构的剖面结构示意图。

图8是本发明实施例防护装置的仰视方向的立体结构示意图。

图9是本发明实施例的高压储氢瓶瓶口的立体结构示意图。

附图标记说明：

10、夹持机构，11、第一夹持块，111、第一凹弧面，112、第一凸齿，113、第一锁紧通孔，114、沉孔， 12、第二夹持块，121、第二凹弧面，122、第二凸齿，123、第一锁紧螺孔，13、夹持锁紧螺栓，131、螺杆，132、螺帽，14、间隙，20、围护支架，21、支撑杆，22、盖板，30、高压储氢瓶，31、瓶口，311、凹槽口，40、抗静电硅胶套，51、氢气浓度传感器，52、光纤复合传感器，53、底部压力传感器D，60、托架；80、环抱式橡胶紧固带；81、顶部压力传感器A,82、侧部压力传感器B或C。

具体实施方式

请参见说明书附图1-9，下面对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

本实施例为前端PID控制器与瓶身工况实时监控传感单元协同工作，进行氢能汽车的工况实时监控和判断。

本实施例采用的氢能汽车，是采用质子交换膜燃料电池(PEMFC)+动力电池组的混合动力客车或小轿车，通过引入辅助动力电池组以减少质子交换膜燃料电池的功率，便于能量动态输出、易于驾驶控制及减少制造成本。

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一个高压储氢瓶30，该高压储氢瓶30固定在一托架60上；

本实施例中采用的高压储氢瓶30瓶体，为复合材料制成的70MPa或以上的高压储氢瓶，具体为IV型或V型瓶，本实施例具体采用的是型号为φ400-62L-1050-70MPa的IV型高压储氢瓶；

2）在高压储氢瓶上设置有包括一环抱式橡胶紧固带80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包括四处瓶身压力传感器81、82、53；其中的三处瓶身压力传感器81、82设置在橡胶紧固带80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，并进一步运算得知瓶身重心与瓶壁应力的变化；三处压力传感器81、82是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81、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82，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80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 53，用以感知储氢瓶80底部位置的压力及变化，并进一步运算得知瓶身重量及姿态的变化；

该环抱式橡胶紧固带80对压力传感器A、B、C提供定位、固定、保护、给予预压力、防止外部干扰和避免误报的作用；

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A、B、C、D工作；各压力传感器A、B、C、D将高压储氢瓶30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；

所述的正常工况包括：怠速、匀速、加速、减速、驻车五种，也可以根据实际情况补充；

所述的异常工况包括：翻车、失火、储氢瓶发生碰撞或变形四种，也可以根据实际情况补充；

所述的前端PID控制器内置控制程序判断正常工况或异常工况的步骤为：

31）在前端PID控制器内置控制程序中，预先设定各处瓶身压力传感器ABCD的预压力压强值范围和变化速率设定值；

本实施例中，所述的各处瓶身压力传感器均采用陶瓷压力传感器，其中顶部压力传感器A 81及侧部压力传感器B、C 82预先设定的预压力压强值范围为：绝对压强 400KPa≤P_ABC≤1000 KPa；底部压力传感器D 53预先设定的预压力压强值范围为：绝对压强500KPa≤P_Ｄ≤2500 KPa；压强变化速率设定值为200kPa/s；

32）在实时监测过程中，如各瓶身压力传感器的感应数据均在预压力压强值范围内或变化速率小于设定值时，判断汽车处于正常工况状态，此时前端PID控制器及各传感器处于常规监控状态；

33）在实时监测过程中，如任一瓶身压力传感器的感应数据偏移出预压力压强值范围或变化速率大于设定值时，判断汽车处于异常工况状态，此时前端PID控制器及各传感器处于异常工况监控状态；

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，其监测频率可以根据实际需要设定，例如每秒刷新监测一次，并作出对应的的处理，以实现汽车的安全运行。

本实施例具体采用HY型厚膜陶瓷压力传感器等采用厚膜及陶瓷材料生产的力敏元件。主要技术参数：外形尺寸：φ18㎜～φ40㎜，高5.5～10.5㎜，量程范围：0.25～25MPa，满量程输出：2～2.5mV/V，响应时间：<1mS，综合精度：0.2，0.5%FS，长期可靠性：0.2，0.5%FS/年，零点温漂：±0.03%FS/℃，灵敏度温漂：±0.03%FS/℃，工作电压：6～36V。其他实施例中，也可采用E+H 陶瓷电容压力传感器 CCPS18/UC2（干式电容陶瓷传感器）。

所述环抱式橡胶紧固带80为具有回弹力的硫化橡胶或者热塑性橡胶制成，其为带状，环绕包覆套设在储氢瓶80的外侧表面上，将压力传感器A、B、C包覆在其与储氢瓶80的外侧表面的间隙内，并利用其回弹力使压力传感器A、B、C保持预先设定的预压力，该预压力随外部温度逐步接近或达到环抱式橡胶紧固带80的玻璃化温度时快速减小、直至消失，使压力传感器A、B、C除了具备感应压强的变化外，还可以间接感应其所处的异常环境温度；压力传感器D则是利用瓶身重量使其与之间保持设定的预压力。

一种实施前述方法的氢能汽车工况实时监控系统，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一个高压储氢瓶30；该在高压储氢瓶上包括一环抱式橡胶紧固带80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包括四处瓶身压力传感器；所述的四处瓶身压力传感器设置在橡胶紧固带80内侧面与储氢瓶30外侧面之间，其以储氢瓶80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80底部外侧面与托架60之间的底部压力传感器D 53，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。

本实施例中环抱式橡胶紧固带80采用的是宽100-150mm、厚度1-2mm的玻璃化温度为80-120℃的阻燃型固态橡胶带，如聚氯乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶等，当其工作环境温度超过80-120℃时，其回弹力迅速下降，并且其回弹力随着温度的上升进一步下降、直至完全消失，从而使压力传感器A、B、C的预压力快速降低、直至完全消失，使传感器感应数据快速变化，并快速向前端PID控制器传输。

该设定的预压力，在储氢瓶80受到内部或者外部作用的时候即发生变化，当变化程度偏离设定的预压力压强值范围时，即说明储氢瓶80及汽车自身的工况出现了需要干预的异常变化。

上述的压力传感器A、B、C、D在正常工况下，包括：怠速、匀速、加速、减速、驻车五种，其感应数据仍然保持在预压力压强值范围内；而在异常工况下翻车、失火、储氢瓶发生碰撞或变形，其感应的数据则会偏离预压力压强值范围，同时其压强变化速率会大于200kPa/s。

具体而言，当汽车翻车时，由于储氢瓶80重心发生变化，压力传感器D的感应的数据则会偏离预压力压强值范围（小于最小预压力压强），压力传感器A、B、C基本维持原预压力；

当汽车失火时，温度升高使环抱式橡胶紧固带80的回弹力的迅速下降，达到玻璃化温度时其回弹力完全消失，压力传感器A、B、C靠近着火点的那一个的预压力压强值会快速下降，当小于最小预压力压强、或达到设定的变化速率时即触发报警。

当汽车内的储氢瓶发生碰撞时，随着储氢瓶的姿态或重心发生变化，压力传感器D的受力必然会发生变化，而当储氢瓶的复合材料因瓶壁发生脆变等原因向内侧变形时，压力传感器A、B、C受到的预压力必然减小，而如果复合材料瓶壁在外力挤压等作用发生向外侧变形时，则压力传感器A、B、C受到的预压力必然减小；当小于最小预压力压强、或达到设定的变化速率时即触发报警。

本实施例中，前端PID控制器设置在靠近高压储氢瓶的汽车底盘位置，当其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，而无需整车控制器的干预，提高了反应速度，同时可避免交通事故中因整车控制器或其连接线路损坏而导致的失控。

实施例2：

本实施例为在实施例1的前端PID控制器与瓶身工况实时监控传感单元的基础上，引入整车控制器和瓶身工况实时监控传感单元协同工作，进行氢能汽车的工况实时监控、判断及处置。

前述的氢能汽车的工况实时监控方法，其所述的步骤1），还包括以下步骤：

11）在氢能汽车上设置一整车控制器，其内置有控制程序及工况识别模型库；同时在氢能汽车上分别设置与该整车控制器连接的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器，各控制器均内置有控制程序；所述的电机控制器连接驱动电机，动力电池控制器连接动力电池组，所述的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器分别连接前端PID控制器，将前端PID控制器发出的指令进一步发送给执行驱动电机或动力电池组执行；

12）在所述的高压储氢瓶30瓶体的前端设有一瓶口31，该瓶口31处设有一电磁通断阀（三通或者二通电控高压气体通断阀）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；该电磁通断阀设置在瓶口31的开口内、并且将该瓶口31的开口封闭；在瓶颈上、环绕该电磁通断阀及瓶口31外侧，设置一防护装置，以保护该瓶口部位、瓶口工况实时监控传感单元免受外部碰撞并协同监控瓶口处的环境工况；所述防护装置包括夹持机构10、围护支架20，所述围护支架20与所述夹持机构10形成保护框架，所述夹持机构10包括第一夹持块11、第二夹持块12，所述第一夹持块11与所述第二夹持块12相对的一侧侧面上设有第一凹弧面111，所述第二夹持块12与所述第一夹持块11相对的一侧侧面上设有第二凹弧面121，所述第一凹弧面111与所述第二凹弧面121形成储氢瓶瓶口的箍紧圈，所述第一凹弧面111内设有第一凸齿112，所述第二凹弧面121内设有第二凸齿122，所述储氢瓶瓶口的侧面上具有二个凹槽口311；所述围护支架20、夹持机构10均为金属导电材料制成；所述围护支架20包括四个支撑杆21、盖板22，各二个所述支撑杆的下端分别与所述第一夹持块、第二夹持块的顶面连接，四个所述支撑杆21的上端分别与所述盖板22连接；

13）将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；将该多个传感组件分别设置在防护装置及瓶体上，分别感知储氢瓶的实时工况及其工作环境：在所述盖板朝向支撑杆的一侧面上，设置热电型氢气浓度传感器51、光纤复合传感器52，以感知电磁通断阀位外部的实时工况变化；各传感组件的电源线、信号线或光纤，均沿盖板22朝向支撑杆21的一侧延伸，并且各处分别固定在盖板22、支撑杆21或储氢瓶30的外侧表面上，并分别与前端PID控制器电性连接；

所述的光纤复合传感器52，包括LED宽带光源、连接光纤、设置在光纤上的传感部、耦合器及光谱仪；所述的传感部包括压力传感部、振动传感部和温度传感部，各传感部分别连接宽带光源、均利用光纤布拉格光栅进行外部环境监测，再经耦合器汇合后连接到光谱仪。

本发明采用的热电型氢气浓度传感器51、LED宽带光源等，均为电信号，有可能产生静电和火花，因此，本发明将其设置在金属材质的保护框架内，避免其产生静电和火花；其他的传感器均采用多种光纤传感器，其使用的是光信号，适用于易爆炸的危险环境。

14）将所述第一凸齿112、第二凸齿122分别卡进储氢瓶30瓶口31侧面上的二个凹槽口311上，所述储氢瓶30的瓶口31穿过所述箍紧圈，并伸进保护框架内，使电磁通断阀位于该保护框架内；

15）将所述第一夹持块11与所述第二夹持块12锁紧，使所述箍紧圈的第一凹弧面111、第二凹弧面121夹紧在所述储氢瓶30瓶口31的侧面上，并使所述第一凸齿112、第二凸齿122分别与所述储氢瓶30瓶口31侧面上的二个凹槽口311啮合，从而使所述夹持机构10夹紧啮合在所述储氢瓶30瓶口31上，形成一个环绕包覆该储氢瓶30瓶口31及电磁通断阀位的立体保护空间，防止异物从任意方向接触该储氢瓶30瓶口31，同时形成感知储氢瓶30的实时工况及其工作环境变化的半封闭局部空间。

152）所述的夹持机构10，包括二个夹持锁紧螺栓13，所述第一夹持块11、第二夹持块12的侧面上分别设有二个第一锁紧通孔113、第一锁紧螺孔123；使二个所述夹持锁紧螺栓13分别穿过二个第一锁紧通孔113与二个所述第一锁紧螺孔123锁紧连接，从而将所述第一夹持块11与所述第二夹持块12锁紧。

本发明通过二个夹持锁紧螺栓13将二个夹持块锁紧，从而使二个夹持块的第一凹弧面111、第二凹弧面121夹紧在储氢瓶30瓶口31的侧面上，方便操作。

其中，在所述箍紧圈的第一凹弧面111、第二凹弧面121与储氢瓶30瓶口31的侧面之间，还设有一环形的抗静电硅胶套40，该抗静电硅胶套40在所述并使所述第一凸齿112、第二凸齿122分别与所述储氢瓶30瓶口31侧面上的二个凹槽口311啮合时发生弹性形变，使所述夹持机构10紧密夹紧啮合在所述储氢瓶30瓶口31上，由其将二者之间的刚性缝隙填满，避免二者接触面的直接摩擦，同时缓冲和吸收二者之间的振动、并消除二者所产生的静电，防止储氢瓶30瓶口31处的静电聚集、产生火花。

所述的步骤4）还包括如下步骤：

41）前端PID控制器判断汽车处于正常工况时，将瓶身工况实时监控传感单元的各处瓶身压力传感器数据传输给该整车控制器，由其根据内置控制程序并调用工况识别模型库，对工况进一步准确识别，并且根据识别出的该工况及工况变化，向燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器发出执行指令，用来随着工况的变化而合理调节混合动力输出功率等运行参数，由其分别执行，达到安全、节能、延长续航能力等目的。

所述的整车控制器内置控制程序，其包括如下流程及算法：

A、启动自检后进入正常工况监控状态，将前端PID控制器、氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器设置为全时工作，将光纤复合传感器设置为保持待机、仅在收到异常触发信号时才开始工作；B、预先设定各传感器的异常触发阀值区间，当任一传感器感应到的环境或工况数值进入该阀值区间时，即进入异常工况监控状态、触发设定的后续步骤，此时热电型氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器、光纤复合传感器全部工作；本实施例中，预先设定氢气浓度触发阀值区间为大于1000ppm（体积浓度）；压力传感器的触发阀值区间为：绝对压强 400KPa≤P_Ｄ≤2500 KPa；压强变化速率设定值为200kPa/s；振动传感器的触发阀值区间为大于设定量程的5%；温度传感器的触发阀值区间为：被测对象温度随时间变化的速率为大于0.5℃/s；C、当各传感器感应到的环境或工况数值离开异常工况阀值区间时，即停止异常工况监控状态、恢复正常工况监控状态，光纤复合传感器恢复为待机。

该内置控制程序的控制流程包括如下步骤：E、启动前端PID控制器及各传感器组件自检；F、进入正常工况监控状态，此时氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器工作，光纤复合传感器待机，并根据接收到的感应数据对照内置的工况识别模型库，进行快速的工况识别；G、当前端PID控制器接收到瓶身压力传感器ABCD之一感应的工况或环境数据进入设定的异常触发阀值区间时，前端PID控制器自动进入异常工况监控状态，直接切断电磁通断阀、并发出报警信息，提醒系统或者人员进行故障监测、验证，关闭燃料电池发动机，切换为动力电池为汽车供电，待排除故障后恢复正常工况监控状态，此时整车控制器不干预；H、当前端PID控制器接收到各处瓶身压力传感器正常而氢气浓度传感器感应的工况或环境数据进入设定的异常触发阀值区间时，整车控制器介入，指令前端PID控制器及各传感器组件进入异常工况监控状态，触发光纤复合传感器工作，暂不发出报警或切断电磁通断阀的指令；在接收到光纤复合传感器的信号后、进一步验证电磁通断阀位及储氢瓶身各处压力的实时工况变化；I、整车控制器持续比较热电型氢气浓度传感器、瓶身压力传感器与光纤复合传感器的数据并作出判断和处理：如仅有热电型氢气浓度传感器监测的数据进入设定的异常触发阀值区间，而瓶身压力传感器、光纤复合传感器监测的数据未进入设定的异常触发阀值区间，则发出报警信息，提醒系统或者人员进行进一步监测、验证；J、此时如光纤复合传感器监测的数据也进入设定的异常触发阀值区间，或者压力传感器ABCD中至少有一个监测的数据同时进入设定的异常触发阀值区间，整车控制器均指令前端PID控制器直接切断电磁通断阀、停止氢气供给系统及空气供给系统工作，指令氮气供给系统释放低温氮气、避免氢气燃烧，并发出报警信息，提醒系统或者人员进行故障监测、验证，排除故障后恢复正常工况监控状态。

一种实施上述方法的氢能汽车工况实时监控系统，其还包括一整车控制器，其内置有控制程序及工况识别模型库；本实施例中的整车控制器，采用的是以freescale的16位微处理器为核心，根据整车控制的控制需求搭配适当的外围芯片和信号调理电路而构成。与该整车控制器连接的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器，各控制器均内置有控制程序；所述的电机控制器连接驱动电机，动力电池控制器连接动力电池组；本实施例采用的动力电池组为三元锂电池组。所述的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器分别连接该前端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；处于正常工况进一步将数据传输给整机控制器，处于异常工况时直接向燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器发出指令，进行异常工况紧急处置。

所述的氢能汽车工况实时监控系统，其还包括：设置在高压储氢瓶30瓶体的前端的瓶口31（其后端没有瓶口），该瓶口31处设有一电磁通断阀及一瓶口工况实时监控传感单元，以保护该瓶口31部位免受外部碰撞并监控瓶口31处的环境和工况；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31外侧，设有一防护装置，该防护装置包括夹持机构10、围护支架20、盖板22及支撑杆21；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30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。

所述的防护装置，其包括夹持机构10、围护支架20，所述围护支架20的下端与所述夹持机构10顶面的四周连接，所述夹持机构10包括第一夹持块11、第二夹持块12，所述储氢瓶30瓶口31的侧面上具有二个凹槽口311；所述围护支架20、夹持机构10均为金属导电材料制成；所述第一夹持块11与所述第二夹持块12相对的一侧侧面上设有第一凹弧面111，所述第二夹持块12与所述第一夹持块11相对的一侧侧面上设有第二凹弧面121，所述第一凹弧面111内设有第一凸齿112，所述第二凹弧面121内设有第二凸齿122，所述第一凸齿112、第二凸齿122分别与储氢瓶30瓶口31侧面上的二个凹槽口311相匹配，所述夹持机构10通过所述第一凹弧面111、第二凹弧面121夹持在所述储氢瓶瓶口31侧面上，并且所述第一凸齿112、第二凸齿122分别啮合在二个所述凹槽口311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22朝向支撑杆21的一侧面上，以感知电磁通断阀31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22朝向支撑杆21的一侧延伸，并且各处分别固定在盖板22、支撑杆21或储氢瓶30的外侧表面上。

围护支架20的下端与夹持机构10顶面的四周连接，将储氢电磁通断阀伸进围护支架20与夹持机构10形成的保护框架内，使储氢电磁通断阀不被碰撞；夹持机构10包括第一夹持块11、第二夹持块12，夹持机构10利用二个夹持块的凹弧面与储氢瓶30瓶口31的两侧面夹紧，避免松动，并利用凹弧面内的凸齿与储氢瓶30瓶口31侧面上的二个凹槽口311啮合，从而避免夹持机构10相对于储氢瓶30瓶口31旋转滑动，保证夹持机构10装配的可靠性与紧密性，从而避免该储氢电磁通断阀工况实时监控与防护装置的滑动或松动，提高对储氢电磁通断阀保护的安全性和可靠性。

所述箍紧圈的第一凹弧面111、第二凹弧面121与储氢瓶30瓶口31的侧面之间，还设有一环形的抗静电硅胶套40，该抗静电硅胶套40在所述并使所述第一凸齿112、第二凸齿122分别与所述储氢瓶30瓶口31侧面上的二个凹槽口311啮合时发生弹性形变，使所述夹持机构10紧密夹紧啮合在所述储氢瓶30瓶口31上。

其中，所述夹持机构10还包括二个夹持锁紧螺栓13，所述第一夹持块11的侧面上设有二个第一锁紧通孔113，所述第二夹持块12的侧面上设有二个第二锁紧通孔123，所述第一锁紧通孔113、第一锁紧螺孔123与所述夹持锁紧螺栓13相匹配，二个所述第一锁紧通孔113分别位于所述第一凹弧面111的两侧，二个所述第一锁紧螺孔123分别位于所述第二凹弧面121的两侧，所述夹持锁紧螺栓13穿过所述第一锁紧通孔113与所述第一锁紧螺孔123锁紧连接；本发明提供的夹持机构10利用二个夹持锁紧螺栓13将二个夹持块夹持锁紧在储氢瓶30瓶口31的两侧面上，操作简单，使用方便，当然，将夹持机构10锁紧夹持在储氢瓶30瓶口31的两侧面上还有其它实施方式，例如，利用二个U型螺栓，也能实现二个夹持块与储氢瓶30瓶口31的夹持锁紧，只要能将二个夹持块之间的距离拉近，并夹紧在储氢瓶30瓶口31的两侧面上，都可实现夹持机构10与储氢瓶30瓶口31的夹持锁紧。

所述夹持锁紧螺栓13包括螺杆131、螺帽132，所述螺帽132大于所述第一锁紧通孔113，所述螺杆131穿过所述第一锁紧通孔113与所述第一锁紧螺孔123锁紧连接；夹持锁紧螺栓13利用螺帽132与第一夹持块11的一侧限位，再利用螺杆131拉近二个夹持块之间的距离，实现二个夹持块与储氢瓶30瓶口31的夹持锁紧，使用简单，操作方便。

所述第一夹持块11的侧面具有第一侧面，所述第二夹持块12的侧面具有第二侧面，所述第一凹弧面111设在所述第一侧面上，所述第二凹弧面121设在所述第二侧面上，所述第一侧面与所述第二侧面之间具有间隙14。方便利用螺杆131拉近二个夹持块之间的距离。

本实施例中，第一凹弧面111、第二凹弧面121的圆弧直径为70-80mm，第一凸齿112、第二凸齿122的突起高度为4-6mm。

优选的，所述夹持锁紧螺栓13为内六角圆头螺钉，所述第一夹持块11还具有第三侧面，所述第三侧面与所述第一侧面分别为所述第一夹持块11的两相反侧面，所述第一锁紧通孔113在位于所述第三侧面的一端设有沉孔114，所述沉孔114呈圆柱形，所述内六角圆头螺钉的螺帽132为圆头螺帽132，所述圆头螺帽132相适应沉进所述沉孔114。本发明的夹持锁紧螺栓13采用内六角圆头螺钉，并在第一夹持块11的第一锁紧通孔113的一端设沉孔114，使用时，将内六角圆头螺钉的圆头螺帽132沉进沉孔114内，使其不会外露，不会发生人不小心碰撞到螺钉而受伤的事故，并使整体造型简洁美观。

围护支架20包括四个支撑杆21、盖板22，各二个支撑杆21的下端分别与第一夹持块11、第二夹持块12的顶面连接，四个支撑杆21的上端分别与盖板22连接。利用四个支撑杆21和盖板22组成的围护支架20，既能很好的保护储氢电磁通断阀，又方便使用者通过两相邻支撑杆21之间留下的空间对储氢电磁通断阀进行操作，在充装气体时，可不用卸掉储氢电磁通断阀工况实时监控与防护装置，提高工作效率。

该抗静电硅胶套40，其设置在箍紧圈与储氢瓶30瓶口31的侧面之间，该抗静电硅胶套40厚度为0.5-2mm，其第一凸齿112、第二凸齿122分别与储氢瓶30瓶口31侧面上的二个凹槽口311啮合时发生弹性形变，使夹持机构10紧密夹紧啮合在储氢瓶30瓶口31上，为本储氢电磁通断阀工况实时监控与防护装置受碰撞时，提供缓冲和消除静电的功能，能更好的保护储氢电磁通断阀以及本保护装置自身结构免受损害。

所述的抗静电硅胶套40，是采用高聚物吸振材料制成，其是一种能吸收振动波，防止或减轻机械振动对部件破坏的材料，高聚物吸振材料是阻尼材料的一种，其吸振原理是利用其粘弹性中的粘性阻尼部分，把吸收的能量以热的形式散失，同时避免相对应的金属部件表面之间的刚性摩擦和静电聚集，从而提高对储氢电磁通断阀保护的可靠性。

上述抗静电硅胶套40，其由如下以重量比例的组分制成：硅橡胶100份，通式为［R₂SiO］m,其中R为 Me、Ph、Vi或Et有机取代基，包括二甲基硅橡胶（MQ)、甲基乙烯基硅橡胶（VMQ)、甲基苯基乙烯基硅橡胶（PVMQ)中的一种或多种；白炭黑5-10份；导电填料40-80份，导电填料包括：导电炭黑、碳纳米管、铜粉、银粉中的一种或多种；羟基硅油2-10份；含氢硅油1-5份；硫化剂1-5份，硫化剂包括：铂金催化加成型硫化剂、过氧化物类硫化剂，其中过氧化物类硫化剂包括2，5-双（叔丁基过氧基）己烷、2，4-双氯过氧化苯甲酰中的一种或多种。

该抗静电硅胶套40包括以下制备步骤：（1）硅橡胶混炼胶的制备：将上述配方的硅橡胶、白炭黑、羟基硅油、含氢硅油及可选性的硬脂酸锌加入真空捏合机中，在常温混炼均匀，然后在150℃抽真空0.5-4小时制成硅橡胶混炼胶； （2）导电胶制备：在第一步骤中制成的混炼胶中加入导电填料、偶联剂，然后在真空捏合机中混炼均匀；（3）加硫混炼：在第二步骤中制成的导电胶加入硫化剂，然后在开炼机上混炼均匀；（4）挤出硫化：将步骤（3）中制成的片状混炼胶切成小条后在挤出机上挤出，再经热空气烘道中硫化定型或在模压设备中硫化定型，由此制成吸振、抗静电硅橡胶套管。

实施例3：

本实施例是在前两个实施例的基础上，进一步针对高压储氢瓶为两个或两个以上的瓶体组成时，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，进行氢能汽车实时工况的监控、判断及处置。

所述的高压储氢瓶为两个或两个以上的瓶体组成，每个瓶体上均设有一组瓶身工况实时监控传感单元及瓶口工况实时监控传感单元，所述的前端PID控制器内置控制程序，还包括如下流程及算法：

将所述瓶身及瓶口工况实时监控传感单元中的多个传感器编为可独立工作的两组，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，各组在控制器的控制下分时交替、独立工作。

前端PID控制器根据设定的时间（如3-8小时）使两组传感器交替工作，以准确感知电磁通断阀位的实时工况变化，同时避免各组传感器因长时间不间断工作而加速老化而引发误报。

本实施例中，整车控制器及前端PID控制器同步控制工况实时监控传感单元的各传感组件工作。首先使各实时监控传感单元先进入正常监控状态，其中的热电型氢气浓度传感器51、陶瓷压力传感器53为全时工作，实时检测瓶口31处氢气浓度及储氢瓶30整体的重量及姿态变化，光纤复合传感器52为待机；当氢气浓度传感器51或陶瓷压力传感器53之一或二者感应的数据进入预先设定的异常工况触发阀值区间时，各传感单元均进入触发监控状态；此时触发光纤复合传感器52工作，进一步检测氢气浓度、压力、振动与温度数据，并与氢气浓度传感器51或陶瓷压力传感器53的数据进行持续验证，并根据整机控制器或前端PID控制器的内置控制程序的控制算法和流程进行处理；当氢气浓度传感器51或陶瓷压力传感器53退出设定的触发阀值区间时，再恢复正常监控状态；如此循环往复，对氢能汽车及其车载高压储氢瓶30的工况进行实时监控与处置。

同时，本实施例所述的储氢瓶为箱体式全密封结构，其将多个依次排列的高压储氢瓶、储氮瓶分别或同时密封在其内部密闭空间内，一方面为储氢瓶提供支撑、缓冲和保护，同时为工况实时监控传感单元的传感器提供固定、有限的感应空间，以提高其感应的速度和准确性，避免其误报。

本发明采用部分传感器全时工作、其他传感器待机等待触发，一方面可降低功耗、降低通电传感器数量，另一方面全部传感器工作后、采集的多项工况数据相互对照，避免传感器误报，提高传感组件工作的可靠性和准确性。

本发明实施例将工况实时监控传感单元分为独立工作的两组，在前端PID控制器或整机控制器的控制下，根据设定的时间（一般为3-8小时，或者其他时间）间隔交替工作，一方面可提高传感准确性和传感速度，另一方面还可以避免误报，以保证汽车的正常使用和安全；此外，还可以延长各传感器的寿命，降低汽车的维护维修成本。本实施例发明针对现有技术中对氢气浓度的传感速度慢、效率低、准确性差以及传感器寿命短等问题，采用热电型氢气浓度传感器51与光纤复合传感器52及陶瓷压力传感器53、81、82相互配合的传感监测方式；同时，采用上述多种传感器协同工作的方式，相互印证下由控制器做出准确的判断，因此可以较好的克服传感器误报的传统难题。

本发明上述各实施例中，传感器的数据采样周期一般设定为1s，也可以根据实际需要设定为其他的周期。

本发明通过前端PID控制器进行紧急的异常工况识别和处置，结合整车控制器对正常工况和非紧急异常工况进行精准识别和处置；通过收到的传感数据及内置的工况模型库，可快速运算、判断出当前正常工况和异常工况，并针对性做出控制措施，避免或者减轻损害的发生；同时也可以避免传感器误报、影响汽车的正常运行。

本发明通过设置全包覆的环抱式橡胶紧固带，半包围式的防护装置，对传感器组件进行固定和保护，同时还可以较好的防止外部干扰、避免其误报。其中，储氢瓶30的瓶口31及电磁通断阀穿过夹持机构10的箍紧圈伸进保护框架内，使储氢电磁通断阀位于保护框架内，使储氢电磁通断阀不被碰撞；利用夹持机构10的第一凸齿112、第二凸齿122分别与储氢瓶30瓶口31侧面上的二个凹槽口311啮合，避免夹持机构10相对于储氢瓶30瓶口31旋转滑动，再利用由夹持机构10的第一凹弧面111与第二凹弧面121形成的箍紧圈与储氢瓶30瓶口31的侧面夹紧，避免夹持机构10相对于储氢瓶30瓶口31松动，从而啮合夹紧储氢瓶30瓶口31，该储氢电磁通断阀保护方法既能保护储氢电磁通断阀不被碰撞，又能与储氢瓶30阀口啮合夹紧，避免滑动、松动及静电聚集，大幅提高氢能汽车、高压储氢瓶30工作的安全性和可靠性。

本发明通过设置防护装置、控制器、传感器及内置控制程序，配合设置半包围式防护装置和工况实时监控传感单元，使高压储氢瓶既能保护电磁通断阀部位不被碰撞，又能准确监控氢气浓度等工况、避免误报，还可避免金属表面的直接摩擦和静电聚集，使高压储氢瓶能够在正常行驶和交通意外事故等多种工况下，避免氢气泄漏，从而大幅提高储氢瓶工作的安全性和可靠性，特别是提高了瓶口电磁通断阀部位的安全性和对该部位工况监测的准确性，可实时发现并处置瓶口氢气的泄漏，提高氢能汽车运行的安全性和可靠性。

需要说明的是，本发明各处记载的“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

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；

11）在氢能汽车上设置一整车控制器，其内置有控制程序及工况识别模型库；同时在氢能汽车上分别设置与该整车控制器连接的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器，各控制器均内置有控制程序；所述的电机控制器连接驱动电机，动力电池控制器连接动力电池组，所述的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器分别连接前端PID控制器，将前端PID控制器发出的指令进一步发送给执行驱动电机或动力电池组执行；

12）在所述的高压储氢瓶瓶体的前端设有一瓶口，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，设置一防护装置，以保护该瓶口部位、瓶口工况实时监控传感单元免受外部碰撞并协同监控瓶口处的环境工况；所述防护装置包括夹持机构、围护支架，所述围护支架与所述夹持机构形成保护框架，所述夹持机构包括第一夹持块、第二夹持块，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，所述第一凹弧面与所述第二凹弧面形成储氢瓶瓶口的箍紧圈，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，所述储氢瓶瓶口的侧面上具有二个凹槽口；所述围护支架、夹持机构均为金属导电材料制成；所述围护支架包括四个支撑杆、盖板，其中二个所述支撑杆的下端与所述第一夹持块的顶面连接，另外二个所述支撑杆的下端与所述第二夹持块的顶面连接，四个所述支撑杆的上端与所述盖板连接；

13）将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；将该多个传感组件分别设置在防护装置及瓶体上，分别感知储氢瓶的实时工况及其工作环境：在所述盖板朝向支撑杆的一侧面上，设置热电型氢气浓度传感器、光纤复合传感器，以感知电磁通断阀位外部的实时工况变化；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，并分别与前端PID控制器电性连接；

所述的光纤复合传感器，包括LED宽带光源、连接光纤、设置在光纤上的传感部、耦合器及光谱仪；所述的传感部包括压力传感部、振动传感部和温度传感部，各传感部分别连接宽带光源、均利用光纤布拉格光栅进行外部环境监测，再经耦合器汇合后连接到光谱仪；

14）将所述第一凸齿、第二凸齿分别卡进储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口上，所述储氢瓶的瓶口穿过所述箍紧圈，并伸进保护框架内，使电磁通断阀位于该保护框架内；

15）将所述第一夹持块与所述第二夹持块锁紧，使所述箍紧圈的第一凹弧面、第二凹弧面夹紧在所述储氢瓶瓶口的侧面上，并使所述第一凸齿、第二凸齿分别与所述储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合，从而使所述夹持机构夹紧啮合在所述储氢瓶瓶口上，形成一个环绕包覆该储氢瓶瓶口及电磁通断阀位的立体保护空间，防止异物从任意方向接触该储氢瓶瓶口，同时形成感知储氢瓶口部位实时工况及其工作环境变化的半封闭局部空间；

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；

41）前端PID控制器判断汽车处于正常工况时，将瓶身工况实时监控传感单元的各处瓶身压力传感器数据传输给该整车控制器，由其根据内置控制程序并调用工况识别模型库，对工况进一步准确识别，并且根据识别出的该工况及工况变化，向燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器发出执行指令，由其分别执行；

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。

2.根据权利要求1所述氢能汽车的工况实时监控方法，其特征在于，其步骤3），所述的正常工况包括：怠速、匀速、加速、减速、驻车五种；所述的异常工况包括：翻车、失火、储氢瓶发生碰撞或变形四种；所述的前端PID控制器内置控制程序判断正常工况或异常工况的步骤为：

31）在前端PID控制器内置控制程序中，预先设定各处瓶身压力传感器的预压力压强值范围和变化速率设定值；

32）在实时监测过程中，如各瓶身压力传感器的感应数据均在预压力压强值范围内或变化速率小于设定值时，判断汽车处于正常工况状态，此时前端PID控制器及各传感器处于常规监控状态；

33）在实时监测过程中，如任一瓶身压力传感器的感应数据偏移出预压力压强值范围或变化速率大于设定值时，判断汽车处于异常工况状态，此时前端PID控制器及各传感器处于异常工况监控状态。

3.根据权利要求2所述氢能汽车的工况实时监控方法，其特征在于，其中顶部压力传感器A及侧部压力传感器B、C预先设定的预压力压强值P_ABC范围为：绝对压强 400KPa≤P_ABC≤1000 KPa；底部压力传感器D预先设定的预压力压强值P_D范围为：绝对压强 500KPa≤P_D≤2500 KPa；压强变化速率设定值为200kPa/s；

所述步骤2）中的环抱式橡胶紧固带为具有回弹力的硫化橡胶或者热塑性橡胶制成，其为带状，环绕设置在储氢瓶的外侧表面上，将压力传感器A、B、C包覆在其与储氢瓶的外侧表面的间隙内，并保持预先设定的预压力。

4.根据权利要求1所述氢能汽车的工况实时监控方法，其特征在于，所述的夹持机构，包括二个夹持锁紧螺栓，所述第一夹持块的侧面上设有二个第一锁紧通孔，所述第二夹持块的侧面上设有二个第二锁紧通孔；

所述的步骤15）其还包括如下步骤：

151）在所述箍紧圈的第一凹弧面、第二凹弧面与储氢瓶瓶口的侧面之间，还设有一环形的抗静电硅胶套，该抗静电硅胶套在所述并使所述第一凸齿、第二凸齿分别与所述储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合时发生弹性形变，使所述夹持机构紧密夹紧啮合在所述储氢瓶瓶口上，由其将二者之间的刚性缝隙填满，避免二者接触面的直接摩擦，同时缓冲和吸收二者之间的振动、并消除二者所产生的静电，防止储氢瓶瓶口处的静电聚集、产生火花；

152）使二个所述夹持锁紧螺栓分别穿过二个第一锁紧通孔与二个所述第一锁紧螺孔锁紧连接，从而将所述第一夹持块与所述第二夹持块锁紧。

5.根据权利要求1所述氢能汽车的工况实时监控方法，其特征在于，所述的整车控制器内置控制程序，包括如下流程及算法：

A、启动自检后进入正常工况监控状态，将前端PID控制器、热电型氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器设置为全时工作，将光纤复合传感器设置为保持待机、仅在收到异常触发信号时才开始工作；B、预先设定各传感器的异常触发阀值区间，当任一传感器感应到的环境或工况数值进入该阀值区间时，即进入异常工况监控状态、触发设定的后续步骤，此时热电型氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器、光纤复合传感器全部工作；C、当各传感器感应到的环境或工况数值离开异常工况阀值区间时，即停止异常工况监控状态、恢复正常工况监控状态，光纤复合传感器恢复为待机；

该内置控制程序的控制流程包括如下步骤：E、启动前端PID控制器及各传感器组件自检；F、进入正常工况监控状态，此时热电型氢气浓度传感器、各处瓶身压力传感器工作，光纤复合传感器待机，并根据接收到的感应数据对照内置的工况识别模型库，进行快速的工况识别；G、当前端PID控制器接收到瓶身压力传感器ABCD之一感应的工况或环境数据进入设定的异常触发阀值区间时，前端PID控制器自动进入异常工况监控状态，直接切断电磁通断阀、并发出报警信息，提醒系统或者人员进行故障监测、验证，关闭燃料电池发动机，切换为动力电池为汽车供电，待排除故障后恢复正常工况监控状态，此时整车控制器不干预；H、当前端PID控制器接收到各处瓶身压力传感器正常而热电型氢气浓度传感器感应的工况或环境数据进入设定的异常触发阀值区间时，整车控制器介入，指令前端PID控制器及各传感器组件进入异常工况监控状态，触发光纤复合传感器工作，暂不发出报警或切断电磁通断阀的指令；在接收到光纤复合传感器的信号后、进一步验证电磁通断阀位及储氢瓶身各处压力的实时工况变化；I、整车控制器持续比较热电型氢气浓度传感器、瓶身压力传感器与光纤复合传感器的数据并作出判断和处理：如仅有热电型氢气浓度传感器监测的数据进入设定的异常触发阀值区间，而瓶身压力传感器、光纤复合传感器监测的数据未进入设定的异常触发阀值区间，则发出报警信息，提醒系统或者人员进行进一步监测、验证；J、此时如光纤复合传感器监测的数据也进入设定的异常触发阀值区间，或者压力传感器ABCD中至少有一个监测的数据同时进入设定的异常触发阀值区间，整车控制器均指令前端PID控制器直接切断电磁通断阀、停止氢气供给系统及空气供给系统工作，指令氮气供给系统释放低温氮气、避免氢气燃烧，并发出报警信息，提醒系统或者人员进行故障监测、验证，排除故障后恢复正常工况监控状态。

6.根据权利要求5所述氢能汽车的工况实时监控方法，其特征在于，所述的高压储氢瓶为两个或两个以上的瓶体组成，每个瓶体上均设有一组瓶身工况实时监控传感单元及瓶口工况实时监控传感单元，所述的前端PID控制器内置控制程序，还包括如下流程及算法：

将所述瓶身工况实时监控传感单元及瓶口工况实时监控传感单元中的多个传感器编为可独立工作的两组，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，各组在控制器的控制下分时交替、独立工作；

前端PID控制器根据设定的时间使两组传感器交替工作，以准确感知电磁通断阀位的实时工况变化，同时避免各组传感器因长时间不间断工作而加速老化而引发误报。

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。

8.根据权利要求7所述的氢能汽车工况实时监控系统，其特征在于，其还包括：一整车控制器，其内置有控制程序及工况识别模型库；与该整车控制器连接的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器，各控制器均内置有控制程序；所述的电机控制器连接驱动电机，动力电池控制器连接动力电池组；所述的燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器分别连接该前端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；处于正常工况进一步将数据传输给整机控制器，处于异常工况时直接向燃料电池发动机控制器、动力电池控制器、电机控制器发出指令，进行异常工况紧急处置。

9.根据权利要求7所述的氢能汽车工况实时监控系统，其特征在于，所述第一凹弧面、第二凹弧面与储氢瓶瓶口的侧面之间，还设有一环形的抗静电硅胶套，该抗静电硅胶套在所述并使所述第一凸齿、第二凸齿分别与所述储氢瓶瓶口侧面上的二个凹槽口啮合时发生弹性形变，使所述夹持机构紧密夹紧啮合在所述储氢瓶瓶口上。

10.根据权利要求9所述的氢能汽车工况实时监控系统，其特征在于，所述夹持机构还包括二个夹持锁紧螺栓，所述第一夹持块的侧面上设有二个第一锁紧通孔，所述第二夹持块的侧面上设有二个第二锁紧通孔，所述第一锁紧通孔、第一锁紧螺孔与所述夹持锁紧螺栓相匹配，二个所述第一锁紧通孔分别位于所述第一凹弧面的两侧，二个所述第一锁紧螺孔分别位于所述第二凹弧面的两侧，所述夹持锁紧螺栓穿过所述第一锁紧通孔与所述第一锁紧螺孔锁紧连接；所述夹持锁紧螺栓包括螺杆、螺帽，所述螺帽大于所述第一锁紧通孔，所述螺杆穿过所述第一锁紧通孔与所述第一锁紧螺孔锁紧连接；所述第一夹持块的侧面具有第一侧面，所述第二夹持块的侧面具有第二侧面，所述第一凹弧面设在所述第一侧面上，所述第二凹弧面设在所述第二侧面上，所述第一侧面与所述第二侧面之间具有间隙；所述夹持锁紧螺栓为内六角圆头螺钉，所述第一夹持块还具有第三侧面，所述第三侧面与所述第一侧面分别为所述第一夹持块的两相反侧面，所述第一锁紧通孔在位于所述第三侧面的一端设有沉孔，所述沉孔呈圆柱形，所述内六角圆头螺钉的螺帽为圆头螺帽，所述圆头螺帽相适应沉进所述沉孔。

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