1.本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种储氢系统容量计算方法、装置、设备、车机及车辆。
背景技术：
2.随着氢能产业的发展并逐渐实现商业化，氢燃料汽车正在成为人们出行的主要交通工具之一。氢燃料汽车主要以储氢系统作为动力源，储氢系统的容量直接影响着车辆的续航里程。储氢系统是指用于储存和输送氢气的一套设备，其中最重要的部分是储氢容器。常用的车用储氢容器最大压力为35mpa，在这种极高的压力状态下，理想气体状态方程不再适用。
3.现有一种储氢容器的储氢量自校正方法，其采用温度和压力拟合的压缩因子，对每个储气容器的质量分别计算然后求和作为分子，以一个固定的储气系统容量值作为分母，计算储气系统soc(state of charge)来对氢气剩余量的计算进行修正，储气系统soc是指储气系统中剩余可用氢气量与满载时可用氢气量之比。然而，储气系统在加氢时，由于瓶内温度会急剧上升，每个储气容器内的温度不等，瓶内气体通过对流换热传到储气容器壁，再通过热传导以及对流换热的方式散到外界环境中。这导致靠近容器壁的气体温度较低，导致测量温度不准确。在加满后静置到室温时，由于容器内部温度会降低，此时储气系统soc会低于100％，甚至不能达到90％。另外，由于储气容器存在不可用压力，即当容器内压力低于该值时无法输出足够动力，这部分压力下的气体为不可用容量。
4.因此，上述方法所计算出来的储气系统soc值会存在精度低、不准确的问题。
技术实现要素：
5.本发明为克服现有技术存在的储气系统soc值计算低且不准确的缺陷，提出如下技术方案：
6.第一个方面，本发明提出一种储氢系统容量计算方法，包括：
7.获取储氢系统在不同加氢工况下的第一工况数据，并根据所述第一工况数据，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量修正值。
8.获取储氢系统在目标加氢工况下加满氢的第二工况数据，并根据所述第二工况数据，计算储氢系统在目标加氢工况下的第一储氢容量。
9.利用所述储氢容量修正值对所述第一储氢容量进行补偿修正，得到第二储氢容量。
10.获取储氢系统在实时运作时的第三工况数据，并根据所述第三工况数据，计算储氢系统在实时运作时的第三储氢容量。
11.获取储氢系统在目标加氢工况下的不可用压力，并根据所述不可用压力，计算当储氢系统的当前压力低于不可用压力时的第四储氢容量。
12.根据所述第二储氢容量、第三储氢容量和第四储氢容量，计算储氢系统的soc值。
13.第二个方面，本发明还提出一种储氢系统容量计算装置，包括：
14.第一计算模块，用于获取储氢系统在不同加氢工况下的第一工况数据，并根据所述第一工况数据，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量修正值。
15.第二计算模块，用于获取储氢系统在目标加氢工况下加满氢的第二工况数据，并根据所述第二工况数据，计算储氢系统在目标加氢工况下的第一储氢容量。
16.补偿修正模块，用于利用所述储氢容量修正值对所述第一储氢容量进行补偿修正，得到第二储氢容量。
17.第三计算模块，用于获取储氢系统在实时运作时的第三工况数据，并根据所述第三工况数据，计算储氢系统在实时运作时的第三储氢容量。
18.第四计算模块，用于获取储氢系统在目标加氢工况下的不可用压力，并根据所述不可用压力，计算当储氢系统的当前压力低于不可用压力时的第四储氢容量。
19.第五计算模块，用于根据所述第二储氢容量、第三储氢容量和第四储氢容量，计算储氢系统的soc值。
20.第三个方面，本发明还提出一种控制设备，所述控制设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现如第一个方面中所述的储氢系统容量计算方法所执行的操作。
21.第四个方面，本发明还提出一种车机，所述车机包括如第三个方面所述的控制设备和用于显示储氢系统的soc值、瞬时百公里氢耗和百公里氢耗的显示模块。
22.第五个方面，本发明还提出一种车辆，所述车辆配置有如第四个方面所述的车机。
23.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明通过获取多条储氢系统在不同加氢工况下的工况数据，确定不同工况下储氢系统容量的修正值，从而可以在各种工况下准确地计算储氢系统容量的基准值。另外，根据实际需求，设定当前工况下的一个不可用压力值，计算出第四储氢容量作为不可用容量，并在计算储氢系统soc值时排除这部分不可用容量，能够大大提升储氢系统soc值的计算精度，使得计算出来的储氢系统soc值更加准确，提高了氢燃料汽车的性能和用户体验。
附图说明
24.图1为本技术实施例所提供的储氢系统容量计算方法的流程示意图。
25.图2为本技术实施例中储氢系统在加氢过程中压力与时间的关系曲线示意图。
26.图3为本技术实施例中储氢系统在加氢过程中温度与时间的关系曲线示意图。
27.图4为本技术实施例的储氢系统容量计算装置的架构图。
28.图5为本技术实施例提供的控制设备的结构示意图。
具体实施方式
29.以下将参照附图和优选的技术方案来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选的技术方案仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
30.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
31.在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。
32.具体而言，图1为本技术实施例所提供的储氢系统容量计算方法的流程示意图。
33.如图1所示，该储氢系统容量计算方法包括以下步骤：
34.s10：获取储氢系统在不同加氢工况下的第一工况数据，并根据所述第一工况数据，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量修正值。
35.可以理解的是，储氢系统是为使用氢气作为动力源的车辆等装置提供氢气的系统。在加氢过程中，储氢系统的温度会升高，这受到多种因素的影响，例如环境温度、氢气预冷温度、加氢方式、气源压力、储氢系统内部压力等。如果要综合考虑这些参数的相关性和影响程度，会非常复杂。而且，目前燃料电池汽车多用于示范性运营场景，加氢工况较为单一。
36.本实施例中针对特定的加氢工况提出数据需求。具体来说，环境温度选择-15℃～40℃之间的十个挡位，每隔5℃一个挡位，根据实际环境温度取最接近的较低挡位，例如实际环境温度为8℃时，则取5℃的挡位。氢气预冷温度假设为-10℃。氢气加注方式选择三级加注，即先用20mpa的低压氢气瓶组加注到18mpa，再用30mpa的中压氢气瓶组加注到28mpa，最后用40mpa的高压氢气瓶组加注到35mpa。根据这些上述条件，获取储氢系统的多条不同的第一工况数据。
37.可选地，在本技术的一个实施例中，根据所述第一工况数据，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量修正值，具体包括：
38.s101：根据所述第一工况数据，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量。
39.本实施例中，所述第一工况数据包括储氢系统加氢前后的质量、压力和温度。所述根据所述第一工况数据，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量，具体包括：
40.根据储氢系统加氢前后的质量，计算第一加氢容量o1，其表达式如下所示：
41.o1＝m
2-m142.其中，m1为加氢前的储氢系统质量，m2为加氢后的储氢系统质量。
43.根据储氢系统加氢前后的压力和温度，计算第二加氢容量o1，其表达式如下所示：
[0044][0045]
其中，m为氢元素分子的摩尔质量，v为储氢系统中的气体体积，r为普适气体常量，p1和t1分别为储氢系统加氢前的压力和温度，p2和t2为储氢系统加氢后的压力和温度，z1为在p1和t1条件下的氢气压缩分子，z2为在p2、t2条件下的拟合的氢气压缩分子。
[0046]
本实施例中，对于一组确定的温度t和压力p，其对应的压缩因子z的表达式如下所示：
[0047][0048]
其中，ai、bi和ci分别表示不同的常系数，优选的取值为：a1＝5.88846e-2,a2＝-6.13611e-2,a3＝-2.650473e-3,a4＝2.731125e-3,a5＝1.802374e-3,a6＝-1.150707e-3,a7＝0.9588528e-4,a8＝-0.1109040e-6,a9＝0.1264403e-9,b1＝1.325,b2＝1.87,b3＝2.5,b4＝2.8,b5＝2.938,b6＝3.14,b7＝3.37,b8＝3.75,b9＝4,c1＝1,c2＝1,c3＝2,c4＝2,c5＝2.42,c6＝2.63,c7＝3,c8＝4,c9＝5。
[0049]
s102：根据储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量修正值。
[0050]
本实施例中，为了弥补一种储氢系统的储氢系统容量计算方法偏差，本实施例选用两种储氢容量确认方法对每条加氢工况数据进行容量确定，得到每种容量确定方法对应的储氢容量。根据储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量修正值e，其表达式如下所示：
[0051][0052]
在具体实施过程中，为提高修正值e的准确度，可在同一个工况下做重复加氢操作，进行数据测量，对求出的多个偏差值求平均值，最终确定目标工况下的储氢容量修正值。
[0053]
s20：获取储氢系统在目标加氢工况下加满氢的第二工况数据，并根据所述第二工况数据，计算储氢系统在目标加氢工况下的第一储氢容量。
[0054]
可选地，在本技术的一个实施例中，根据所述第二工况数据，计算第一储氢容量e1，其表达式如下所示：
[0055][0056]
其中，m为氢元素分子的摩尔质量，取0.002016kg/mol；p0为在目标加氢工况下储氢系统的压力，v为储氢系统中的气体体积，z0为在目标加氢工况下的氢气压缩分子，r为普适气体常量，t0为在目标加氢工况下储氢系统的温度。
[0057]
可以理解的是，获取储氢系统的第一储氢容量的数据需要满足两个前提条件，如图2所示，图2为本技术实施例中储氢系统在加氢过程中压力与时间的关系曲线示意图。第一个条件是储氢系统内部压力达到标称压力。例如，加氢结束后，控制器接收到目标储氢系统瓶阀反馈的所有储氢容器的气压≥35mpa，就认为满足了第一个条件；第二个条件是储氢系统内部温度达到标定的温度。例如，加氢结束后，控制器接收到目标储氢系统瓶阀反馈的储氢容器内温度≥358k，就认为满足了第二个条件。当同时满足这两个条件后，就可以对获取的数据进行处理，得出第一储氢容量。此外，控制器还应具有自动校正第一储氢容量的功能，即每次在满足两个条件的工况下，都会把当前计数结果设为目标储氢系统的第一储氢容量。
[0058]
另外，在加氢过程中，由于三个原因(快速流动的氢气动能转化为内能产生热；氢气的快速压缩产生热；焦耳-汤普逊效应导致的温度变化)，储氢系统瓶内的温度会持续升
高。现有的技术有对氢气进行预冷的装置，但即使经过预冷，瓶内的温度仍会升高到远高于环境温度的值。如图3所示，图3为本技术实施例中储氢系统在加氢过程中温度与时间的关系曲线示意图，当加氢结束后，此时压力p0为35mpa，t0大于环境温度。当通过热对流、热传递等方式使储氢系统恢复到环境温度后，由于t0减小，氢气压缩分子随着温度升高而减小，除p0以为其他参数不变，此时会导致压力p0减小。因此在实际使用35mpa作为基准的储氢系统soc计算过程中，会导致soc远远小于100％，甚至会到82％。
[0059]
s30：利用所述储氢容量修正值对所述第一储氢容量进行补偿修正，得到第二储氢容量。
[0060]
可以理解的是，利用所述储氢容量修正值，根据环境温度，对储氢系统在目标工况下的参数进行调整，即对第一储氢容量进行补偿，得出第二储氢容量。第二储氢容量是计算储氢系统soc的分母，其准确性非常重要，它应随着第一储氢容量的变化而相应变化。
[0061]
s40：获取储氢系统在实时运作时的第三工况数据，并根据所述第三工况数据，计算储氢系统在实时运作时的第三储氢容量。
[0062]
可以理解的是，第三储氢容量是根据目标储氢系统实时运作时的第三工况数据计算得出的，它反映了储氢系统的实际容量，会随着储氢容器的输出和加氢而变化，其计算方式与计算第一储氢容量e1相似，如下所示：
[0063][0064]
其中，e3为第三储氢容量，m为氢元素分子的摩尔质量，取0.002016kg/mol；p
′
为在实时运作时储氢系统的压力，v为储氢系统中的气体体积，z
′
为在实时运作时的氢气压缩分子，r为普适气体常量，t
′
为在实时运作时储氢系统的温度。
[0065]
s50：获取储氢系统在目标加氢工况下的不可用压力，并根据所述不可用压力，计算当储氢系统的当前压力低于不可用压力时的第四储氢容量。
[0066]
可以理解的是，储氢系统与油箱或其他燃料系统不同，它有一个不可用压力的概念。不可用压力是指当储氢系统压力低于这个值时，储氢系统的容量就不能被正常使用。例如，目前的加氢站要求来加氢的氢燃料汽车储氢系统的最低压力为2mpa。另外，部分燃料电池系统厂家要求氢气回路入口的最低压力为1.8mpa。因此，根据使用场景，可以确定一个不可用压力的值。
[0067]
s60：根据所述第二储氢容量、第三储氢容量和第四储氢容量，计算储氢系统在目标时间段的soc值。所述目标时间段为目标储氢系统在全生命使用周期的任意一个时间点。
[0068]
本实施例中，计算储氢系统的soc值的表达式如下所示：
[0069][0070]
可选地，在本技术的一个实施例中，计算储氢系统输出的氢气质量流量总量，并其表达式如下所示：
[0071][0072]
其中，t为测量时间，q0为储氢系统的当前氢气质量流量。
[0073]
根据所述氢气质量流量总量，计算储氢系统的瞬时百公里氢耗和百公里氢耗。
[0074]
可以理解的是，根据当前储氢系统状态，用流量法测量储氢系统对外输出的储氢容量，准确地向车机输出瞬时百公里氢耗和百公里氢耗，让用户对整车的经济性和续航能力有更好的掌握。
[0075]
其次参照附图描述根据本技术实施例提出的储氢系统容量计算装置。
[0076]
图4是本技术实施例的储氢系统容量计算装置的架构图。
[0077]
如图4所示，该通信装置包括：第一计算模块100、第二计算模块200、补偿修正模块300、第三计算模块400、第四计算模块500和第五计算模块600。
[0078]
其中，第一计算模块100用于获取储氢系统在不同加氢工况下的第一工况数据，并根据所述第一工况数据，计算储氢系统在不同加氢工况下的加氢容量修正值。第二计算模块200用于获取储氢系统在目标加氢工况下加满氢的第二工况数据，并根据所述第二工况数据，计算储氢系统在目标加氢工况下的第一储氢容量。补偿修正模块300用于利用所述储氢容量修正值对所述第一储氢容量进行补偿修正，得到第二储氢容量。第三计算模块400用于获取储氢系统在实时运作时的第三工况数据，并根据所述第三工况数据，计算储氢系统在实时运作时的第三储氢容量。第四计算模块500用于获取储氢系统在目标加氢工况下的不可用压力，并根据所述不可用压力，计算当储氢系统的当前压力低于不可用压力时的第四储氢容量。第五计算模块600用于根据所述第二储氢容量、第三储氢容量和第四储氢容量，计算储氢系统的soc值。
[0079]
需要说明的是，前述对储氢系统容量计算方法实施例的解释说明也适用于该实施例的储氢系统容量计算装置，此处不再赘述。
[0080]
图5为本技术实施例提供的控制设备700的结构示意图。该控制设备700包括：存储器701、处理器702及存储在存储器701上并可在处理器702上运行的计算机程序。处理器702执行程序时实现上述实施例中提供的储氢系统容量计算方法。
[0081]
进一步地，控制设备700还包括：通信接口703，用于存储器701和处理器702之间的通信。
[0082]
存储器701可能包含高速ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器。
[0083]
如果存储器701、处理器702和通信接口703独立实现，则通信接口703、存储器701和处理器702可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是isa(industry standard architecture，工业标准体系结构)总线、pci(peripheral component，外部设备互连)总线或eisa(extended industry standard architecture，扩展工业标准体系结构)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0084]
可选的，在具体实现上，如果存储器701、处理器702及通信接口703，集成在一块芯片上实现，则存储器701、处理器702及通信接口703可以通过内部接口完成相互间的通信。
[0085]
处理器702可能是一个cpu(centralprocessingunit，中央处理器)，或者是asic(applicationspecificintegratedcircuit，特定集成电路)，或者是被配置成实施本技术实施例的一个或多个集成电路。
[0086]
本技术实施例还提供一种车机，所述车机包括上述控制设备和用于显示储氢系统的soc值、瞬时百公里氢耗和百公里氢耗的显示模块。
[0087]
本技术实施例还提供一种车辆，所述车辆配置有上述车机。
[0088]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0089]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0090]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0091]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，n个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列等。
[0092]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0093]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。