CN114252124A - 压缩气体存储容器容积计算方法、装置、计算机和介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压缩气体存储容器容积计算方法、装置、计算机和介质，该方法通过三个已知体积和初始压力的试验容器依次与压缩气体存储***建立气压平衡，并且分别检测得到三个平衡状态下的气压值，根据三个气压值以及已知体积和初始压力，即可能够快速、精准地计算获得压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值，而不受流量计精度、控制***响应速度和软管容积的影响，通过精确获得的压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值，在保障安全加气的情况下尽可能地提高加气速率。

Description

压缩气体存储容器容积计算方法、装置、计算机和介质
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月21日提交美国商标专利局、申请号为US17/027,697、申请名称为“METHOD AND APPARATUS FOR CALCULATING VOLUME OF COMPRESSED GAS STORAGEVESSEL,COMPUTER,AND MEDIUM”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及气体燃料汽车技术领域，特别涉及一种压缩气体存储容器容积计算方法、装置、计算机和介质。
背景技术
在缺乏电子通信手段(通常称为非通信加气)的情况下进行加氢，需要一种方法来确定未知车辆的车载气体存储***，也称为压缩氢存储***或CHSS(compressed hydrogenstorage system，压缩氢存储***)的容积和初始加气状态，即车载气体存储容器的容积和初始压力。特别是，准确估算出CHSS的容积，可以使得CHSS的加气的压力提高率处于安全的压力爬升率，使CHSS的温度保持在允许的范围内。此外，当处于通信状态下加气(也称为通信加气)时，处理来自车辆通信***的完整的数据时，美国专利US20180356270A1公开的内容指出，在这种情况下，车辆的传感器可能会出现故障，多容器的压缩氢存储***可能存在某一个阀门由于某个***的分段的故障而错误关闭。这样导致的结果是，从通信链路中获得的数据可能不可靠，因此，从通信链路中获得的数据来测量车载气体存储***的存储容器的容积和初始压力并不可取。
根据现有技术可知，从加气站这一侧进行单独的测量是非常重要的。其中一种测量方法是使用流量计来估算CHSS的容积，并将计算出的容积与报告值进行比较。这需要选择评估时段。在评估时段开始和结束时分别记录CHSS内气体的密度。在此评估时段内增加的氢气的质量通过对流量计的积分计算得出。随后，CHSS的容积通过增加的氢气的质量除以评估时段结束和开始之间的密度差即可计算得到。需要注意的是，这种方法计算得到的CHSS的容积的精度取决于流量计精度、控制阀的特性和管道的配置，因此需要对每个***分别进行自定义调整。
美国专利US9982842公开了大压力的冲击对***内的部件如流量计、阀门和输气管的影响，其中，大压力的冲击指的是峰值压力高达CHSS标称工作压力的130％的气压，35兆帕至70兆帕的气压。这里说的大压力脉冲是标准SAE J2601中所说初始连接冲击。为了减少冲击，可在***中增加了一个旁路，该旁路具有一个自动控制阀和一个节流孔。节流孔能够限制最大流量，自动控制阀能够调整冲击的持续时间。很明显，自动控制阀所调整的冲击的持续时间和节流孔的大小需要针对每个加气站分别进行调整，以达到可接受的影响，因此在每个***内分别进行自定义调整。还应注意的是，本专利并未教导如何独立测量CHSS的容积或加气状态。
美国专利US10082247B1公开了一种用控制阀测量CHSS容积和加气状态的方法，这种方法利用历史加气数据中记录的典型的1秒脉冲。随后，容积和加气状态由车辆储罐的测量得到的压力和温度确定。由于每个***的控制阀特性、脉冲持续时间、管道网络和流量计精度都是不同的，因此需要分别对每个***进行单独调整。
美国专利US7059364详细记载了一种基于用控制阀产生脉冲的控制方法的实现方式。同样的，由于每个***的控制阀特性、脉冲持续时间、管道网络和流量计精度都是不同的，因此需要分别对每个***进行单独调整。
利用脉冲来估计CHSS的容积和加气状态的现有技术很多，但由于流量测量装置的精度、控制阀的响应时间和管道网络等变量的影响，目前现有技术中均不能独立于加气站进行CHSS的容积和加气状态的测量和计算。因此需要分别对每个***进行单独调整。这里所引用的三件现有技术专利只是代表性的例子。
本发明的目的是设计一种在不受诸如流量计精度、控制***响应、控制阀特性和输送管容积等变量影响的情况下，计算压缩氢存储***的体积和加气状态的方法。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种压缩气体存储容器容积计算方法、装置、计算机和介质。
一种压缩气体存储容器容积计算方法，包括：
在压缩气体存储***和加气机之间建立连接，所述加气机包括输气管和至少三个已知体积和初始压力的试验容器，三个所述试验容器均通过所述输气管与所述压缩气体存储***连通，其中，三个所述试验容器包括第一容器、第二容器和第三容器，所述第一容器通过第一阀门与所述输气管连通，所述第二容器通过第二阀门与所述输气管连通，所述第三容器通过第三阀门与所述输气管连通，在初始状态下，所述第一阀门、所述第二阀门以及所述第三阀门处于关断状态；
打开所述第一阀门，以使所述第一容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第一气压值，随后关闭所述第一阀门；
打开所述第二阀门，以使所述第二容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第二气压值，随后关闭所述第二阀门；
打开所述第三阀门，以使所述第三容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第三气压值；
基于气体的气压体积和压缩因子的关系方程以及质量守恒原理，根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
在一个实施例中，所述压缩气体包括气态氢、汽化液态氢、天然气、汽化液化天然气和气态丙烷中的一种。
在一个实施例中，所述加气机还包括喷嘴和控制阀，所述输气管通过所述喷嘴与所述压缩气体存储***连通，所述控制阀设置于所述输气管上。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力被配置为：
所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力相等；
或者
所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力不相等；
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积被配置为：
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积相等；
或者
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积不相等。
在一个实施例中，三个所述试验容器的所能容纳的燃料总质量小于或等于行业标准规定的燃料质量。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的30％到130％。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的80％到125％。
一种压缩气体存储容器容积计算装置，包括：
连接模块，用于在压缩气体存储***和加气机之间建立连接，所述加气机包括输气管和至少三个已知体积和初始压力的试验容器，三个所述试验容器均通过所述输气管与所述压缩气体存储***连通，其中，三个所述试验容器包括第一容器、第二容器和第三容器，所述第一容器通过第一阀门与所述输气管连通，所述第二容器通过第二阀门与所述输气管连通，所述第三容器通过第三阀门与所述输气管连通，在初始状态下，所述第一阀门、所述第二阀门以及所述第三阀门处于关断状态；
第一气压值获得模块，用于打开所述第一阀门，以使所述第一容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第一气压值，随后关闭所述第一阀门；
第二气压值获得模块，用于打开所述第二阀门，以使所述第二容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第二气压值，随后关闭所述第二阀门；
第三气压值获得模块，用于打开所述第三阀门，以使所述第三容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第三气压值；
容积和压力计算模块，用于基于气体的气压体积和压缩因子的关系方程以及质量守恒原理，根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例中所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例中所述的方法的步骤。
上述压缩气体存储容器容积计算方法、装置、计算机和介质，通过三个已知体积和初始压力的试验容器依次与压缩气体存储***建立气压平衡，并且分别检测得到三个平衡状态下的气压值，根据三个气压值以及已知体积和初始压力，即可能够快速、精准地计算获得压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值，而不受流量计精度、控制***响应速度和软管容积的影响，通过精确获得的压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值，在保障安全加气的情况下尽可能地提高加气速率。
附图说明
图1为一个实施例中压缩气体存储容器容积计算方法的流程示意图；
图2为一个实施例中压缩气体存储容器容积计算装置的结构框图；
图3为一个实施例中计算机设备的内部结构图；
图4为一个实施例中加气站与缩气体存储***连接结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
应该理解的是，下面实施例中以加氢作为例子进行产生，但本申请公开的方法和***适用于任何气体燃料车辆，并不限于氢燃料汽车。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种压缩气体存储容器容积计算方法，其包括：
步骤110，在压缩气体存储***和加气机之间建立连接，所述加气机包括输气管和至少三个已知体积和初始压力的试验容器，三个所述试验容器均通过所述输气管与所述压缩气体存储***连通，其中，三个所述试验容器包括第一容器、第二容器和第三容器，所述第一容器通过第一阀门与所述输气管连通，所述第二容器通过第二阀门与所述输气管连通，所述第三容器通过第三阀门与所述输气管连通，在初始状态下，所述第一阀门、所述第二阀门以及所述第三阀门处于关断状态。
具体地，第一阀门、第二阀门以及第三阀门分别用于控制第一容器、第二容器以及第三容器和压缩气体存储***之间的通断，该输气管即为软管或硬管，第一容器、第二容器以及第三容器通过该输气管与压缩气体存储***的存储容器连通，在初始状态下，第一阀门、第二阀门以及第三阀门处于关断状态，以使得第一容器、第二容器以及第三容器分别与输气管以及压缩气体存储***的存储容器隔离。应该理解的是，本实施例中，压缩气体存储***为压缩氢存储***(CHSS，compressed hydrogen storage system)，在初始状态下，三个试验容器的容积和三个试验容器内的气压是已知的，该试验容器的初始状态的气压即为初始压力。本实施例中，将第一容器、第二容器以及第三容器的容积分别记为Va、Vb和Vc，第一容器、第二容器以及第三容器的初始压力分别记为Pa、Pb和Pc。
步骤120，打开所述第一阀门，以使所述第一容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第一气压值，随后关闭所述第一阀门。
本步骤中，打开第一阀门，使得第一容器和压缩气体存储***的存储容器连通，以使得第一容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器之间是连通的，这样，在第一容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器之间的气压能够达到平衡，使得第一容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器内的气压相等，此时，检测第一容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器的气压，获得第一气压值，该第一气压值为P1，随后，关闭第一阀门，使得第一容器与输气管以及压缩气体存储***的存储容器之间隔离。
步骤130，打开所述第二阀门，以使所述第二容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第二气压值，随后关闭所述第二阀门。
本步骤中，打开第二阀门，使得第二容器和压缩气体存储***的存储容器连通，以使得第二容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器之间是连通的，这样，在第二容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器之间的气压能够再次达到平衡，使得第二容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器内的气压相等，此时，检测第二容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器的气压，获得第二气压值，该第二气压值为P2，随后，关闭第二阀门，使得第二容器与输气管以及压缩气体存储***的存储容器之间隔离。
步骤140，打开所述第三阀门，以使所述第三容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第三气压值。
本步骤中，打开第三阀门，使得第三容器和压缩气体存储***的存储容器连通，以使得第三容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器之间是连通的，这样，在第三容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器之间的气压能够再次达到平衡，使得第三容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器内的气压相等，此时，检测第三容器、输气管和压缩气体存储***的存储容器的气压，获得第三气压值，该第三气压值为P3，随后，关闭第三阀门，使得第三容器与输气管以及压缩气体存储***的存储容器之间隔离。
步骤150，基于气体的气压体积和压缩因子的关系方程以及质量守恒原理，根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
具体地，该气体的气压体积和压缩因子的关系方程用于反映气体的气压、体积和压缩因子之间的关系，该压缩因子可通过特性数据库或曲线拟合方程计算得到，比如，可通过美国专利US7059364中公开的方程计算得到。
应该理解的是，在每次试验容器与压缩气体存储***连通前后，都满足质量守恒定律，即每一试验容器连通前的气体的质量与压缩气体存储***的气体质量之和，等于连通后的试验容器与压缩气体存储***的气体质量之和。本实施例中，基于气体的气压体积和压缩因子的关系方程，根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的存储容器的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
上述实施例中，通过三个已知体积和初始压力的试验容器依次与压缩气体存储***建立气压平衡，并且分别检测得到三个平衡状态下的气压值，根据三个气压值以及三个试验容器的已知体积和初始压力，即可能够快速、精准地计算获得压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值，而不受流量计精度、控制***响应速度和输气管容积的影响，通过精确获得的压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值，在保障安全加气的情况下尽可能地提高加气速率。
应该理解的是，在上述实施例中，在各试验容器在每次达到压力平衡后保持与压缩氢存储***的连通状态，以使得压力平衡状态保持，以提高第一气压值、第二气压值和第三气压值的测量准确性。
在一个实施例中，所述压缩气体包括气态氢、汽化液态氢、天然气、汽化液化天然气和气态丙烷中的一种。本实施例中，所述压缩气体为气体燃料，所述气体燃料包括气态氢、汽化液态氢、天然气、汽化液化天然气和气态丙烷中的一种。应该理解的是，本申请中所述的方法适应于各种气体燃料的压力检测和加气状态的检测，这些其他燃料包括但不限于气态氢、汽化液态氢、天然气、汽化液化天然气和气态丙烷。
在一个实施例中，所述加气机还包括喷嘴和控制阀，所述输气管通过所述喷嘴与所述压缩气体存储***连通，所述控制阀设置于所述输气管上。具体地，所述控制阀包括止回阀和截止阀。止回阀和截止阀均设置于输气管上，用于控制输气管的通断。这样，在初始状态下，通过控制止回阀和截止阀将输气管关断，使得三个试验容器能够与压缩气体存储***隔离，这样，初始状态下，在第一阀门、第二阀门以及第三阀门的其中一个打开时，输气管能够与其中一个试验容器连通，使得输气管的压力与其中一个试验容器的压力相等。
在一个实施例中，所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积相等。
在一个实施例中，所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积不相等。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力相等。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力不相等。
在一个实施例中，三个所述试验容器的所能容纳的燃料总质量小于或等于行业标准规定的燃料质量。该行业标准为行业标准SAE J2601，三个所述试验容器的所能容纳的燃料总质量小于或等于行业标准SAE J2601规定的燃料总质量。这样，能够有效提高测量精确度和安全性。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的30％到130％。通过将所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别配置为压缩气体存储***的正常工作压力的30％到130％，能够有效提高测量计算的精度。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的80％到125％。通过将所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别配置为压缩气体存储***的正常工作压力的80％到125％，能够有效提高测量计算的精度。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的90％到125％。通过将所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别配置为压缩气体存储***的正常工作压力的90％到125％，能够进一步有效提高测量计算的精度。
下面是一个具体的实施例：
在本发明中，使用至少三个已知容积、压力和温度的试验容器来确定车载的压缩气体存储***的存储容器的容积和气压。根据行业标准SAE J2601的规定，这些试验容器的容积必须受到限制，比如，其中各试验容器中储存的氢气总量小于200克。例如，在45Mpa的气压和300K的温度下，200克氢气的体积为7.1升，因此所需的试验容器的总容积为7.1升，其中，压缩因子为1.28。本文公开的方法通过每次释放一个已知体积的试验容器的气体，并测量由此产生试验容器与压缩气体存储***的存储容器之间的平衡状态的压力。通过适当的状态方程以及质量守恒方程来获得已知的容积和气压和未知压缩气体存储***的容积、气压值之间的关系。通过三个试验容器，三个平衡方程即可计算出车辆的压缩气体存储***的压力、容积和输气管的容积。这样做的好处是去除了与充气站相关的变量，避免计算得到的车辆的压缩气体存储***的压力、容积和输气管的容积被这些变量所影响，这些变量包括：输气管的容积、阀门响应速度和流量计精度，并且无需自定义整定即可使用该方法。
本实施例中，车辆的压缩气体存储***为压缩氢存储***，以下简称CHSS。
请参阅图4，本实施例中，第一容器A、第二容器B以及第三容器C均通过输气管Hose连接CHSS的存储容器Vehicle Tank。存储容器Vehicle Tank的初始压力为PV和存储容器Vehicle Tank的容积为Vv，输气管Hose的容积为Vhose。
首先检测获得三个试验容器的容积和初始压力，第一容器、第二容器以及第三容器的容积分别为Va、Vb和Vc，初始状态下，第一容器、第二容器以及第三容器的初始压力分别为Pa、Pb和Pc。初始状态下，第一阀门V1、第二阀门V2以及第三阀门V3处于关断状态，第一容器、第二容器以及第三容器分别与CHSS隔离。
首先，打开第一阀门，使得第一容器A与CHSS建立流体连通。这样，第一容器的容积Va是已知量，CHSS的初始压力和容积是未知量，当第一容器与CHSS建立流体连通后，第一容器的容积Va与CHSS的初始压力PV和容积Vv建立关系。输气管的容积为Vhose，初始状态下输气管内的气压与试验容器的内的气压相等。假定CHSS、试验容器和输气管所处的环境温度为Tamb。在第一容器与CHSS连通后，检测并记录此时第一容器与CHSS达到压力平衡状态时的第一压力值P1。假设CHSS所增加的质量可以忽略不计，则该初始脉冲类似于标准SAE J2601中描述的“连接脉冲”。此假设仅用于近似CHSS初始压力，以确定车辆是否应继续加气。具体来说，如果测量的第一压力值P1在车辆的标称工作压力(35MPa或70MPa)的±0.5MPa范围内，则该第一压力值P1可用于CHSS的泄漏检查，并且确认可以进行加气。
由质量守恒原理可知，在第一容器与CHSS建立流体连通前后，第一容器与CHSS内的气体的总质量是相等的，由于第一容器与CHSS建立流体连通后，第一容器将释放气体至CHSS的存储容器中，因此，可通过质量守恒原理描述第一容器与CHSS建立流体连通前后的状态，即第一容器释放气体前和释放气体后的状态。第一容器释放气体前，假设气体为理想气体，气体的气压体积和压缩因子的关系式为：
Figure BDA0002735652310000121
第一容器释放气体后的气体的气压体积和压缩因子的关系式为：
Figure BDA0002735652310000122
其中，在式子(1)和式子(2)中，M是氢气的分子量，Ru是通用气体常数，Za是在Pa下计算得到的压缩因子，Zv是在Pv下计算得到的压缩因子，Z1是在P1下计算得到的压缩因子，Tamb为环境温度，上述这些参数均为在环境温度Tamb下测得或者计算得到的。压缩因子可通过特性数据库或曲线拟合方程计算获得，比如采用美国专利US7059364中公开的特性数据库或曲线拟合方程计算获得。根据质量守恒可知，式子(1)和式子(2)相等，因此，将式子(1)和式子(2)关联并简化得到：
Figure BDA0002735652310000123
接下来，关闭第一阀门，隔离第一容器A，打开第二阀门，使得第二容器B与输气管、CHSS之间建立流体连通。在第二容器与CHSS连通，且压力平衡后，检测并记录此时第二容器与CHSS达到压力平衡状态时的第二压力值P2。由于此时CHSS增加的气体的总质量有限，因此，可以假设CHSS、试验容器和输气管的温度在当前环境温度下保持不变。第二容器B释放气体前后的质量守恒，可通过下述方程表示：
Figure BDA0002735652310000131
随后，关闭第二阀门，隔离第二容器B，打开第三阀门，使得第三容器C与输气管、CHSS之间建立流体连通。在第三容器与CHSS连通，且压力平衡后，检测并记录此时第三容器与CHSS达到压力平衡状态时的第三压力值P3。由于此时CHSS增加的气体的总质量有限，因此，同样可以假设CHSS、试验容器和输气管的温度在当前环境温度下保持不变。第三容器C释放气体前后的质量守恒，可通过下述方程表示：
Figure BDA0002735652310000132
基于上述方程式(3)、(4)和(5)，根据已知的Va、Vb、Vc、Pa、Pb和Pc以及测量得到的P1、P2和P3即可精准地计算得到CHSS的初始压力PV和容积Vv以及输气管的容积Vhose。为了提高数据质量和冗余度，可以通过增加的试验容器来提供进一步的测量，并且在最小二乘意义下获得解。增加的试验容器也可用于确定其他变量，并放宽一些假设的条件，如CHSS的初始温度。
为了更好地提高测量的精度，每个试验容器应释放的气体质量应相异，以此来改善由于非线性而带来的影响。这种影响是由于不同的试验容器的容积的大小和/或初始状态(如初始压力和初始温度)下导致的。
实施例1：
假设三个试验容器的容积为1L、2L和3L，三个试验容器的初始压力为450bar。环境温度为300K。CHSS容积为1200升，初始压为50barg。输气管容积为0.5L。为数学简单起见，假设所有条件下的压缩因子为1.0。根据方程式3-5，按上述顺序释放试验体积对应的计算平衡压力分别为50.50barg、51.16barg和52.16barg。
实施例2：
假设三个试验容器的容积分别为2L、2L和3L，三个试验容器的初始压力为450bar。环境温度为300K。按上述顺序释放试验体积对应的测量平衡压力分别为63.0barg、63.7barg、64.5barg。同样，为了简化数学计算过程性，假设所有条件下的压缩因子为1.0。计算出的CHSS容积为1296.8L，计算出的输送管容积为0.51L，CHSS初始压力为62.25bar。
本申请具有以下几方面的主要优点：
1.能够重复、准确地计算到车辆的压缩气体存储***的存储容器的容积。
2.对于每个***都可能存在的控制阀响应速度的问题，本申请避免了计算结果受控制阀响应速度的影响。
3.对于每个***都可能存在的流量计精度的问题，本申请避免了计算结果受流量计精度的影响。
4.对于连接加气站与CHSS的管道和输气管的总容积的这个每个***都可能存在的影响计算精度的未知变量，本申请避免了计算结果受该未知变量的影响。
5.通过准确计算CHSS的存储容器的容积，提高了加气过程中的气压提升率的可信水平和可靠性。
6.安全加气的情况下，能够最大限度增加加气率。
7.减少因设备老化而需要定期重新校准的频率。
8.可灵活设置连接至车辆的压缩气体存储***的不同容积的压缩气体储存容器。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种压缩气体存储容器容积计算装置，包括：
连接模块210，用于在压缩气体存储***和加气机之间建立连接，所述加气机包括输气管和至少三个已知体积和初始压力的试验容器，三个所述试验容器均通过所述输气管与所述压缩气体存储***连通，其中，三个所述试验容器包括第一容器、第二容器和第三容器，所述第一容器通过第一阀门与所述输气管连通，所述第二容器通过第二阀门与所述输气管连通，所述第三容器通过第三阀门与所述输气管连通，在初始状态下，所述第一阀门、所述第二阀门以及所述第三阀门处于关断状态。
第一气压值获得模块220，用于打开所述第一阀门，以使所述第一容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第一气压值，随后关闭所述第一阀门。
第二气压值获得模块230，用于打开所述第二阀门，以使所述第二容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第二气压值，随后关闭所述第二阀门。
第三气压值获得模块240，用于打开所述第三阀门，以使所述第三容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第三气压值。
容积和压力计算模块250，用于基于气体的气压体积和压缩因子的关系方程以及质量守恒原理，根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
在一个实施例中，所述压缩气体包括气态氢、汽化液态氢、天然气、汽化液化天然气和气态丙烷中的一种。
在一个实施例中，所述加气机还包括喷嘴和控制阀，所述输气管通过所述喷嘴与所述压缩气体存储***连通，所述控制阀设置于所述输气管上。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力被配置为：
所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力相等；
或者
所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力不相等；
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积被配置为：
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积相等；
或者
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积不相等。
在一个实施例中，三个所述试验容器的所能容纳的燃料总质量小于或等于行业标准规定的燃料质量。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的30％到130％。
在一个实施例中，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的80％到125％。
关于压缩气体存储容器容积计算装置的具体限定可以参见上文中对于压缩气体存储容器容积计算方法的限定，在此不再赘述。上述压缩气体存储容器容积计算装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了计算机设备，该计算机设备为包含OMAP处理器的设备。其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与上位机通过CAN连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种压缩气体存储容器容积计算方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
在压缩气体存储***和加气机之间建立连接，所述加气机包括输气管和至少三个已知体积和初始压力的试验容器，三个所述试验容器均通过所述输气管与所述压缩气体存储***连通，其中，三个所述试验容器包括第一容器、第二容器和第三容器，所述第一容器通过第一阀门与所述输气管连通，所述第二容器通过第二阀门与所述输气管连通，所述第三容器通过第三阀门与所述输气管连通，在初始状态下，所述第一阀门、所述第二阀门以及所述第三阀门处于关断状态；
打开所述第一阀门，以使所述第一容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第一气压值，随后关闭所述第一阀门；
打开所述第二阀门，以使所述第二容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第二气压值，随后关闭所述第二阀门；
打开所述第三阀门，以使所述第三容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第三气压值；
基于气体的气压体积和压缩因子的关系方程以及质量守恒原理，根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
在压缩气体存储***和加气机之间建立连接，所述加气机包括输气管和至少三个已知体积和初始压力的试验容器，三个所述试验容器均通过所述输气管与所述压缩气体存储***连通，其中，三个所述试验容器包括第一容器、第二容器和第三容器，所述第一容器通过第一阀门与所述输气管连通，所述第二容器通过第二阀门与所述输气管连通，所述第三容器通过第三阀门与所述输气管连通，在初始状态下，所述第一阀门、所述第二阀门以及所述第三阀门处于关断状态；
打开所述第一阀门，以使所述第一容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第一气压值，随后关闭所述第一阀门；
打开所述第二阀门，以使所述第二容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第二气压值，随后关闭所述第二阀门；
打开所述第三阀门，以使所述第三容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第三气压值；
基于气体的气压体积和压缩因子的关系方程以及质量守恒原理，根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压缩气体存储容器容积计算方法，其特征在于，包括：
在压缩气体存储***和加气机之间建立连接，所述加气机包括输气管和至少三个已知体积和初始压力的试验容器，三个所述试验容器均通过所述输气管与所述压缩气体存储***连通，其中，三个所述试验容器包括第一容器、第二容器和第三容器，所述第一容器通过第一阀门与所述输气管连通，所述第二容器通过第二阀门与所述输气管连通，所述第三容器通过第三阀门与所述输气管连通，在初始状态下，所述第一阀门、所述第二阀门以及所述第三阀门处于关断状态；
打开所述第一阀门，以使所述第一容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得第一气压值，随后关闭所述第一阀门；
打开所述第二阀门，以使所述第二容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得第二气压值，随后关闭所述第二阀门；
打开所述第三阀门，以使所述第三容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得第三气压值；
根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩气体包括气态氢、汽化液态氢、天然气、汽化液化天然气和气态丙烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加气机还包括喷嘴和控制阀，所述输气管通过所述喷嘴与所述压缩气体存储***连通，所述控制阀设置于所述输气管上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力被配置为：
所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力相等；
或者
所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力不相等；
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积被配置为：
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积相等；或者
所述第一容器的容积、所述第二容器的容积和所述第三容器的容积不相等。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，三个所述试验容器的所能容纳的燃料总质量小于或等于行业标准规定的燃料质量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的30％到130％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一容器的初始压力、所述第二容器的初始压力和所述第三容器的初始压力分别为所述压缩气体存储***的正常工作压力的80％到125％。
8.一种压缩气体存储容器容积计算装置，其特征在于，包括：
连接模块，用于在压缩气体存储***和加气机之间建立连接，所述加气机包括输气管和至少三个已知体积和初始压力的试验容器，三个所述试验容器均通过所述输气管与所述压缩气体存储***连通，其中，三个所述试验容器包括第一容器、第二容器和第三容器，所述第一容器通过第一阀门与所述输气管连通，所述第二容器通过第二阀门与所述输气管连通，所述第三容器通过第三阀门与所述输气管连通，在初始状态下，所述第一阀门、所述第二阀门以及所述第三阀门处于关断状态；
第一气压值获得模块，用于打开所述第一阀门，以使所述第一容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第一容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第一气压值，随后关闭所述第一阀门；
第二气压值获得模块，用于打开所述第二阀门，以使所述第二容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第二容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第二气压值，随后关闭所述第二阀门；
第三气压值获得模块，用于打开所述第三阀门，以使所述第三容器与所述压缩气体存储***连通，在所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***之间达到压力平衡状态时，检测获得所述第三容器、所述输气管与所述压缩气体存储***的第三气压值；
容积和压力计算模块，用于根据所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器的体积和初始压力、第一气压值、第二气压值和第三气压值，计算获得所述压缩气体存储***的容积、输气管的容积以及压缩气体存储***在初始状态下的气压值。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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