一种检测储氢气瓶的方法及设备
文献发布时间：2023-06-19 13:27:45
本申请要求在2021年6月10日提交中华人民共和国国家知识产权局、申请号为202110648050.0、发明名称为“一种检测储氢气瓶的方法及设备”的中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
本发明涉及燃料电池车检测技术领域，特别涉及一种检测储氢气瓶的方法及设备。
背景技术
目前，燃料电池车采用的储氢方式为高压气态储氢，车载储氢气瓶作为燃料电池汽车的重要部件之一，其储存的气态氢是整车动力的来源，车载储氢气瓶能否正常工作直接关系到整车性能和运行安全。
现有的车载储氢气瓶检测方法，均要求将车载储氢气瓶从车辆上拆卸后再进行，检测技术手段要求较高，必须要专业的检测机构才能实施完成，并且该方法不能实时监测气瓶在使用及充装过程的状态，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明提供一种检测储氢气瓶的方法及设备，利用储氢气瓶的体积膨胀量来实时监测储氢气瓶的工作状态，有效提高了储氢气瓶在使用过程中的安全性。
第一方面，本发明实施例提供的一种检测储氢气瓶的方法，包括：
确定加注氢气后储氢气瓶的体积和储氢参数；
根据所述体积以及与所述储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量；
根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态，其中所述膨胀量区间为体积膨胀量范围中与所述储氢参数对应的范围，所述体积膨胀量范围是根据处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同储氢参数下测得的体积膨胀量确定的。
本实施例基于加注氢气前和加注氢气后的储氢气瓶的体积膨胀量的变化，来实时检测储氢气瓶的工作状态。能够实时高效地监测储氢气瓶在工作过程中的安全性。
作为一种可选的实施方式，所述确定加注氢气后储氢气瓶的体积，包括：
确定加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量；
根据获取的加氢量以及所述剩余氢气质量，确定加注氢气后的总氢气质量；
根据加注氢气后所述储氢气瓶的储氢参数以及所述总氢气质量，确定所述体积。
作为一种可选的实施方式，确定加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量，包括：
确定所述加注氢气前所述储氢气瓶的加注前储氢参数；
根据所述加注前储氢参数以及与所述加注前储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定所述加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量。
作为一种可选的实施方式，所述根据所述体积以及与所述储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量，包括：
根据所述体积和所述额定容积的差值，以及与所述储氢参数对应的预设体积膨胀量，确定所述加注后储氢气瓶的体积膨胀量。
作为一种可选的实施方式，所述根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态，包括：
若所述体积膨胀量属于所述膨胀量区间，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述体积膨胀量低于所述膨胀量区间的最小值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为正常状态；
若所述体积膨胀量高于所述膨胀量区间的最大值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为失效状态。
作为一种可选的实施方式，所述确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态之后，还包括：
若所述工作状态为非失效状态，则记录所述体积膨胀量、所述储氢参数以及所述加注氢气后储氢气瓶累计充装氢气的充装次数；
确定预设时段内记录的与不同储氢参数、不同充装次数对应的所述储氢气瓶的体积膨胀量的变化趋势曲面；
根据所述变化趋势曲面与额定曲面空间之间的关系，预测所述储氢气瓶的工作状态，其中所述额定曲面空间是处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同充装次数和不同储氢参数下测得的额定体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述根据所述变化趋势曲面与额定曲面空间之间的关系，预测所述储氢气瓶的工作状态，包括：
若所述变化趋势曲面位于所述额定曲面空间内，则预测所述储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述变化趋势曲面高于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为失效状态；
若所述变化趋势曲面低于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为正常状态。
作为一种可选的实施方式，所述预测所述储氢气瓶的工作状态之后，还包括：
若预测的所述工作状态临界失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶为即将达到临界失效状态；或，
若预测的所述工作状态为失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶即将达到失效状态。
第二方面，本发明实施例提供的一种检测储氢气瓶的设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储所述处理器可执行的程序，所述处理器用于读取所述存储器中的程序并执行如下步骤：
确定加注氢气后储氢气瓶的体积和储氢参数；
根据所述体积以及与所述储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量；
根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态，其中所述膨胀量区间为体积膨胀量范围中与所述储氢参数对应的范围，所述体积膨胀量范围是根据处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同储氢参数下测得的体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
确定加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量；
根据获取的加氢量以及所述剩余氢气质量，确定加注氢气后的总氢气质量；
根据加注氢气后所述储氢气瓶的储氢参数以及所述总氢气质量，确定所述体积。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
确定所述加注氢气前所述储氢气瓶的加注前储氢参数；
根据所述加注前储氢参数以及与所述加注前储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定所述加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
根据所述体积和所述额定容积的差值，以及与所述储氢参数对应的预设体积膨胀量，确定所述加注后储氢气瓶的体积膨胀量。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
若所述体积膨胀量属于所述膨胀量区间，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述体积膨胀量低于所述膨胀量区间的最小值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为正常状态；
若所述体积膨胀量高于所述膨胀量区间的最大值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为失效状态。
作为一种可选的实施方式，所述确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态之后，所述处理器具体还被配置为执行：
若所述工作状态为非失效状态，则记录所述体积膨胀量、所述储氢参数以及所述加注氢气后储氢气瓶累计充装氢气的充装次数；
确定预设时段内记录的与不同储氢参数、不同充装次数对应的所述储氢气瓶的体积膨胀量的变化趋势曲面；
根据所述变化趋势曲面与额定曲面空间之间的关系，预测所述储氢气瓶的工作状态，其中所述额定曲面空间是处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同充装次数和不同储氢参数下测得的额定体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
若所述变化趋势曲面位于所述额定曲面空间内，则预测所述储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述变化趋势曲面高于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为失效状态；
若所述变化趋势曲面低于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为正常状态。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体还被配置为执行：
若预测的所述工作状态临界失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶为即将达到临界失效状态；或，
若预测的所述工作状态为失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶即将达到失效状态。
第三方面，本发明实施例还提供一种检测储氢气瓶的装置，包括：
确定体积参数单元，用于确定加注氢气后储氢气瓶的体积和储氢参数；
确定体积膨胀单元，用于根据所述体积以及与所述储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量；
确定工作状态单元，用于根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态，其中所述膨胀量区间为体积膨胀量范围中与所述储氢参数对应的范围，所述体积膨胀量范围是根据处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同储氢参数下测得的体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述确定体积参数单元具体用于：
确定加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量；
根据获取的加氢量以及所述剩余氢气质量，确定加注氢气后的总氢气质量；
根据加注氢气后所述储氢气瓶的储氢参数以及所述总氢气质量，确定所述体积。
作为一种可选的实施方式，所述确定体积参数单元具体用于：
确定所述加注氢气前所述储氢气瓶的加注前储氢参数；
根据所述加注前储氢参数以及与所述加注前储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定所述加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量。
作为一种可选的实施方式，所述确定体积膨胀单元具体用于：
根据所述体积和所述额定容积的差值，以及与所述储氢参数对应的预设体积膨胀量，确定所述加注后储氢气瓶的体积膨胀量。
作为一种可选的实施方式，所述确定工作状态单元具体用于：
若所述体积膨胀量属于所述膨胀量区间，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述体积膨胀量低于所述膨胀量区间的最小值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为正常状态；
若所述体积膨胀量高于所述膨胀量区间的最大值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为失效状态。
作为一种可选的实施方式，所述确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态之后，还包括预测单元具体用于：
若所述工作状态为非失效状态，则记录所述体积膨胀量、所述储氢参数以及所述加注氢气后储氢气瓶累计充装氢气的充装次数；
确定预设时段内记录的与不同储氢参数、不同充装次数对应的所述储氢气瓶的体积膨胀量的变化趋势曲面；
根据所述变化趋势曲面与额定曲面空间之间的关系，预测所述储氢气瓶的工作状态，其中所述额定曲面空间是处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同充装次数和不同储氢参数下测得的额定体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述预测单元具体用于：
若所述变化趋势曲面位于所述额定曲面空间内，则预测所述储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述变化趋势曲面高于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为失效状态；
若所述变化趋势曲面低于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为正常状态。
作为一种可选的实施方式，所述预测所述储氢气瓶的工作状态之后，所述预测单元具体还用于：
若预测的所述工作状态临界失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶为即将达到临界失效状态；或，
若预测的所述工作状态为失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶即将达到失效状态。
第四方面，本发明实施例还提供计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于实现上述第一方面所述方法的步骤。
本申请的这些方面或其他方面在以下的实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种检测储氢气瓶的方法实施流程图；
图2为本发明实施例提供的一种储氢气瓶的体积膨胀量范围的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种体积膨胀量变化趋势曲面的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种检测储氢气瓶的具体实施方法流程图；
图5为本发明实施例提供的一种检测储氢气瓶的设备示意图；
图6为本发明实施例提供的一种检测储氢气瓶的装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以车载储氢气瓶为例，对本实施例中涉及到的储氢气瓶的相关术语进行解释：
本发明实施例中术语“车载储氢系统”，是指从氢气加注口至燃料电池进口，与氢气加注、储存、输送、供给和控制有关的装置。
本发明实施例中术语“车载储氢气瓶”，简称储氢气瓶或气瓶，车载氢系统中用于氢气的充装、存的专用气瓶。
本发明实施例中术语“加注过程”，是利用加氢站或其他增压设施，将氢气进行压缩增压，加注至储氢气瓶的过程。
本发明实施例中术语“放气过程”，是通过控制车载储氢气瓶的阀门，实现氢气以稳态形式向燃料电池供氢的工作过程。
本发明实施例中术语“压力循环试验”，是储氢气瓶内压力按预设程序，升压至规定循环压力上限、保压、保压一定时间、降低至规定循环压力下限的顺序完成一个过程，称为一个压力循环。
本发明实施例中术语“循环寿命”，指按规定使储氢气瓶满容量或规定的部分量程偏移而不改变其性能的最多循环次数。
本发明实施例中术语“氢管理系统(Hydrogen Management System，HMS)，用于控制氢系统供氢，收集系统各项参数(温度、压力等)，同时保证系统用氢安全的管理系统。”。
本发明实施例中术语“车-站红外通讯”，通过在加氢枪和燃料电池车加氢口配置红外通讯模块，实现车-站间的实时状态交互。车-站间交互信息包括储氢系统各参数状态(实时温度与压力、气瓶数量、公称工作压力、氢气加注质量等)、车辆状态等。
本发明实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。其中，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1、目前，燃料电池车采用的储氢方式为高压气态储氢，在燃料电池车工作过程中，需要频繁地将储氢气瓶从低容量加注至高容量甚至满容量，这种频繁加注的过程会导致储氢气瓶出现一定程度的损耗，包括但不限于外观损耗、储氢气瓶内、外表面损耗，储氢气瓶的形变等。这种损耗都可能导致储氢气瓶的失效，当储氢气瓶处于失效状态时，则需要立即更换储氢气瓶或进行维修，而由于目前的检测手段都是需要将燃料电池车上的储氢气瓶进行拆卸后，利用专业的检测机构进行检测，不能在燃料电池车运行的过程中，实时监测储氢气瓶的工作状态，检测的时效性较差，仍存在一定的安全隐患。
本发明实施例提出一种能够实时检测储氢气瓶工作状态的方法，本实施例的核心原理是，依据预先测量得到的不同工作状态的储氢气瓶在不同储氢参数下的体积膨胀量的变化曲线，与当前储氢气瓶的体积膨胀量进行对比，从而确定储氢气瓶的劣化程度。由于储氢气瓶的体积膨胀量可以实时进行获取，因此可以本实施例的方法能够实时对储氢气瓶的工作状态进行监测，有效提高了储氢气瓶在使用过程中的安全性。
如图1所示，本发明实施例提供的一种检测储氢气瓶的方法，该方法的具体实施流程如下所示：
步骤100、确定加注氢气后储氢气瓶的体积和储氢参数；
本实施例中的储氢参数用于表征对储氢气瓶的体积膨胀量产生变化的各项工作参数，包括但不限于储氢气瓶的瓶口平均温度即储氢气瓶的温度T、储氢气瓶的压力P中的部分或全部。
实施中，可以实时获取车载储氢系统在氢气加注之前和氢气加注之后的各项工作参数，即能够实时获取车载储氢系统在氢气加注之前储氢气瓶的储氢参数，以及，在氢气加注之后储氢气瓶的储氢参数，其中储氢参数包括但不限于储氢气瓶的温度T(也可称为绝对温度T)、储氢气瓶的压力P、储氢气瓶的公称体积(也称额定容积)V
利用获取的各项工作参数计算加注氢气前储氢气瓶内的剩余氢气质量，其中，本实施例中的剩余氢气质量也表示储氢气瓶内的氢气质量，根据检测得到的加注氢气的质量和剩余氢气质量，能够得到加注氢气后的体积。
在一些实施例中，本实施例可以通过如下任一方法确定加注氢气前储氢气瓶内的剩余氢气质量，以及加注氢气后的体积：
方法1、通过公式(1)～公式(2)计算加注氢气前储氢气瓶内的剩余氢气质量，具体的，根据获取的在氢气加注之前储氢气瓶的储氢参数(包括储氢瓶的温度、压力、额定容积)，确定加注氢气前储氢气瓶内的剩余氢气质量：
其中，公式(1)中的各个参数的定义如下：
m
ρ
V
M表示氢气摩尔质量，M为常数，M＝2.015 88×10
P
Z
R表示摩尔气体常量，R为常数，R＝8.314 472×10
T
其中，公式(2)中的各个参数的定义如下：
P
T
v
Z
实施中，根据获取的加注氢气前储氢气瓶储氢参数(包括加注氢气前获取的储氢气瓶的温度T
其中，储氢气瓶的温度T
实施中，通过上述公式(1)～公式(2)确定加注氢气前储氢气瓶内的剩余氢气质量m
m
其中，公式(3)中的各个参数定义如下：
V
Z
R表示摩尔气体常量，R＝8.314 472×10
T
M表示氢气摩尔质量，M为常量，M＝2.015 88×10
P
m
其中，公式(4)中的各个参数定义如下：
m
m
m
其中，公式(5)中的各个参数定义如下：
Z
P
T
v
实施中，根据加注氢气后的储氢气瓶的储氢参数(包括)T
方法2、通过公式(6)确定加注氢气前储氢气瓶内的剩余氢气质量。
其中，公式(6)中的各个参数定义如下：
m
ρ
V
M表示氢气摩尔质量，M为常数，M＝2.015 88×10
P
T
α表示拟合系数，α为常数，α＝1.915 5[K/MPa]；
R表示摩尔气体常量，R为常数，R＝8.314 472×10
其中储氢气瓶的温度和压力(即储氢参数)可实时获取，额定容积基于储氢气瓶而定，不同储氢气瓶的额定容积不同，同一储氢气瓶的额定容积是固定不变的。额定容积也是可以通过测量得到的。本实施例对如何获取储氢气瓶的温度、压力以及额定容积不作过多限定。
通过上述公式(6)得到加注氢气前储氢气瓶内的剩余氢气质量之后，根据公式(7)～公式(8)计算得到加注氢气后储氢气瓶的体积，即利用加注氢气后储氢气瓶的储氢参数和加注氢气后的储氢气瓶内的总氢气质量，来计算出加注氢气后的储氢气瓶的体积。
m
其中，公式(7)中的各个参数定义如下：
V
T
α表示拟合系数，α为常数，α＝1.9155[K/MPa]；
P
R表示摩尔气体常量，R＝8.314 472×10
M表示氢气摩尔质量，M为常量，M＝2.015 88×10
m
其中，公式(8)中的各个参数定义如下：
m
m
实施中，通过上述公式(7)～公式(8)，根据加注氢气后的储氢气瓶的储氢参数T
在一些示例中，具体通过如下方式确定加注氢气后储氢气瓶的体积：
1)确定加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量；
实施中，可以利用公式(1)～公式(2)，或者，公式(6)，根据实时监测的加注氢气前的储氢参数和额定容积来确定加注氢气前储氢气瓶内的剩余氢气质量，具体步骤如下：
11)确定所述加注氢气前所述储氢气瓶的加注前储氢参数(包括V
12)根据所述加注前储氢参数以及与所述加注前储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定所述加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量。
实施中，可以利用上述公式(1)～公式(2)，将额定容积和加注前储氢参数代入公式(1)～公式(2)，得到加注前储氢气瓶内的剩余氢气质量。还可以利用公式(6)，将额定容积和加注前储氢参数代入公式(6)，得到加注前储氢气瓶内的剩余氢气质量。
2)根据获取的加氢量以及所述剩余氢气质量，确定加注氢气后的总氢气质量；
实施中，加氢量(m
3)根据加注氢气后所述储氢气瓶的储氢参数(T
实施中，利用上述公式(3)～公式(5)计算得到加注氢气后的储氢气瓶的体积。将加注后的储氢参数(储氢气瓶的温度T
步骤101、根据所述体积以及与所述储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量；
本实施例确定加注后的储氢气瓶的体积后，根据加注氢气后储氢气瓶的体积和额定容积来确定加注后的储氢气瓶的体积膨胀量。但是由于储氢气瓶的体积会随着储氢参数的不同而变化，为了得到的体积膨胀量更加准确，本实施例利用加注氢气前储氢气瓶的储氢参数对应的额定容积，和加注氢气后储氢气瓶的体积(V
在一些示例中，为了更加准确地计算出加注后储氢气瓶的体积膨胀量，还可以将预先测量的在所述储氢参数下的预设体积膨胀量作为一个参考因素，通过拟合方式，根据加注氢气后的储氢气瓶的体积和所述额定容积的差值，以及与加注氢气后测得的储氢参数对应的预设体积膨胀量，最终确定出所述加注后储氢气瓶的体积膨胀量。
步骤102、根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态；
其中，所述膨胀量区间为体积膨胀量范围中与所述储氢参数对应的范围，所述体积膨胀量范围是根据处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同储氢参数下测得的体积膨胀量确定的。
实施中，得到的体积膨胀量对应此时储氢气瓶的储氢参数是已知的，在相同储氢参数下，从体积膨胀量范围中能够确定该储氢气参数对应的体积膨胀量区间，从而比较该体积膨胀量是否在所述体积膨胀量区间内，以确定储氢气瓶的工作状态。
其中体积膨胀量范围包括但不限于正常状态区间、临界失效状态区间、失效状态区间；若测量的储氢气瓶的体积膨胀量在正常状态区间，说明该储氢气瓶可以继续工作，若测量的储氢气瓶的体积膨胀量在临界失效状态区间，说明该储氢气瓶即将失效，若测量的储氢气瓶的体积膨胀量在失效状态区间，说明该储氢气瓶已经失效。
在一些示例中，本实施例利用不同工作状态的储氢气瓶进行测量的结果，确定体积膨胀量范围。由于储氢气瓶在加注氢气的过程中，随着压力的增加，储氢气瓶的轴向和径向均会增加，宏观表现为储氢气瓶的体积发生膨胀。实施中，分别对合格储氢气瓶(正常工作状态下的储氢气瓶)、接近极限循环次数的储氢气瓶(临界失效状态下的储氢气瓶)和超限失效气瓶(失效状态下的储氢气瓶)进行氢气加注试验，获取不同工作状态下的储氢气瓶的压力-膨胀量曲线(P-ΔV曲线)，和/或温度-膨胀量曲线(T-ΔV曲线)，通过大量的试验数据构建储氢气瓶的体积膨胀量范围。如图2所示，以压力-膨胀量曲线为例，本实施例的储氢气瓶的体积膨胀量范围的示意图，其中，黑色区域表示体积膨胀量范围，即根据处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同压力下测得的体积膨胀量确定的；黑色区域的下方区域表示正常范围，即正常状态下的储氢气瓶在不同压力下测得的体积膨胀量的范围；黑色区域的上方区域表示失效范围，即失效状态下的储氢气瓶在不同压力下测得的体积膨胀量的范围。
在一些实施例中，本实施例能够用于对储氢气瓶的在线监测，通过每次对储氢气瓶进行加氢之后，都会测算此时加氢后的储氢气瓶的体积膨胀量，并与体积膨胀量范围中的膨胀量区间进行比对，从而实现对储氢气瓶的在线监测，监测的具体实施步骤如下所示：
步骤1)监测之前，先将储氢气瓶的氢气泄放至常压(0MPa)；
步骤2)按照梯度5MPa，对储氢气瓶进行加氢操作，例如加氢压力分别为5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa等，并通过加氢站端记录每个加氢梯度结束后储氢气瓶内的总加氢量，即储氢气瓶内的总氢气质量(m
步骤3)按照如下公式(9)或者，公式(10)，计算每个加氢梯度结束后，储氢气瓶的体积V
V
Z
R表示摩尔气体常量，R＝8.314 472×10
T
M表示氢气摩尔质量，M为常量，M＝2.015 88×10
P
m
其中，公式(10)中的各个参数定义如下：
V
T
α表示拟合系数，α为常数，α＝1.9155[K/MPa]；
P
R表示摩尔气体常量，R＝8.314 472×10
M表示氢气摩尔质量，M为常量，M＝2.015 88×10
m
步骤4)通过如下公式(11)计算储氢气瓶在不同压力下的体积膨胀量。
ΔV
其中，ΔV
步骤5)获取储氢气瓶在不同压力下的膨胀量曲线(P-ΔV曲线)，与实验环境测量得到的膨胀量范围的膨胀量区间进行比对，判定该膨胀量曲线符合的膨胀量区间(包括正常状态区间、临界失效状态区间、失效状态区间)，以此判定储氢气瓶继续/停止服役。
在一些示例中，根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，本实施例确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态包括如下状态：
若所述体积膨胀量属于所述膨胀量区间，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；实施中，若确定储氢气瓶处于临界失效状态，则需要对气瓶进行检修，例如发送提醒信号，提醒用户进行检修。
若所述体积膨胀量低于所述膨胀量区间的最小值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为正常状态；实施中，若确定储氢气瓶处于正常状态，则可以继续对所述储氢气瓶加注氢气。
若所述体积膨胀量高于所述膨胀量区间的最大值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为失效状态。实施中，若确定储氢气瓶处于失效状态，则应立即停止使用所述储氢气瓶，还可以发送告警信号，指示用户停止使用储氢气瓶。
在一些示例中，在确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态之后，本发明实施例还可以基于储氢气瓶工作状态的变化趋势，提供一种预测储氢气瓶是否即将失效或是否即将临界失效的方法，该方法的具体实施步骤如下所示：
步骤1、若所述工作状态为非失效状态，则记录所述体积膨胀量、所述储氢参数以及所述加注氢气后储氢气瓶累计充装氢气的充装次数；
实施中，记录的体积膨胀量、储氢参数和充装次数，是一一对应的。其中充装次数具体是指储氢气瓶从出厂后安装于车辆上之后总共充装氢气的次数，即从第一次充装氢气(即加注氢气)后，对充装次数进行累加，得到当前加注氢气的充装次数。其中加注氢气的累计次数可以通过加氢站获取。
步骤2、确定预设时段内记录的与不同储氢参数、不同充装次数对应的所述储氢气瓶的体积膨胀量的变化趋势曲面；
实施中，本实施例将一段时间内记录的有关该储氢气瓶所有的体积膨胀量、储氢参数和充装次数的数据，绘制成充装次数-储氢参数-体积膨胀量之间的关系变化图，根据该关系变化图，来构建预设时段内记录的所述体积膨胀量的变化趋势曲面。
步骤3、根据所述变化趋势曲面与额定曲面空间之间的关系，预测所述储氢气瓶的工作状态；
其中所述额定曲面空间是处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同充装次数和不同储氢参数下测得的额定体积膨胀量确定的。
实施中，预测储氢气瓶的工作状态的预测示意图如图3所示，本实施例从充装次数和储氢参数两个维度预测储氢气瓶的体积膨胀量，图中两个灰度曲面之间构成的空间为额定曲面空间，预测方式如下：
1)若所述变化趋势曲面位于所述额定曲面空间内，则预测所述储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
2)若所述变化趋势曲面高于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为失效状态；
3)若所述变化趋势曲面低于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为正常状态。
在一些示例中，不同储氢参数下对应的额定体积膨胀量是不同的，并且，储氢气瓶的充装次数的多少，也会对储氢气瓶的额定体积膨胀量产生一定的影响，因此，根据储氢气瓶的充装次数和储氢参数，可以确定与充装次数和储氢参数对应的额定体积膨胀量的额定曲面空间，比较该额定曲面空间和当前体积膨胀量的变化趋势曲面，来预测储氢气瓶即将到达的工作状态。能够预测储氢气瓶即将处于失效状态的充装次数和储氢参数，从而提前提醒用户对储氢气瓶进行检验。
在一些示例中，若预测的所述工作状态临界失效状态，则发送提醒信号和 /或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶为即将达到临界失效状态，从而提醒用户尽快对储氢气瓶进行检验或更换；或，
若预测的所述工作状态为失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶即将达到失效状态，从而提醒用户尽快对储氢气瓶进行检验或更换。
在一些示例中，本实施例还提供一种检测储氢气瓶的实施方法，如图4所示，该实施方法的实施流程如下所示：
步骤400、确定加注氢气前储氢气瓶的加注前储氢参数和所述储氢气瓶的额定容积；
步骤401、根据加注前储氢参数和额定容积，确定加注氢气前储氢气瓶内剩余氢气质量；
步骤402、获取储氢气瓶加注氢气的加氢量；
步骤403、根据加氢量和剩余氢气质量，确定加注氢气后的总氢气质量；
步骤404、获取加注氢气后储氢气瓶的储氢参数；
步骤405、根据加注氢气后储氢气瓶的储氢参数和总氢气质量，确定加注氢气后储氢气瓶的体积；
步骤406、根据体积以及与储氢参数对应的储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量；
具体的，根据所述体积和所述额定容积的差值，以及与所述储氢参数对应的预设体积膨胀量，确定所述加注后储氢气瓶的体积膨胀量。
步骤407、根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态；
实施中，步骤407a、若体积膨胀量属于膨胀量区间，则确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
步骤407b、若体积膨胀量低于膨胀量区间的最小值，则确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态为正常状态；
步骤407c、若体积膨胀量高于膨胀量区间的最大值，则确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态为失效状态。
步骤408、若工作状态为非失效状态，则记录所述体积膨胀量、所述储氢参数以及加注氢气后储氢气瓶累计充装氢气的充装次数；
步骤409、确定预设时段内记录的与不同储氢参数、不同充装次数对应的所述储氢气瓶的体积膨胀量的变化趋势曲面；
步骤410、根据所述变化趋势曲面与额定曲面空间之间的关系，预测所述储氢气瓶的工作状态；
其中，所述额定曲面空间是处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同充装次数和不同储氢参数下测得的额定体积膨胀量确定的。
实施中，若变化趋势曲面位于所述额定曲面空间内，则预测所述储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述变化趋势曲面高于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为失效状态；
若所述变化趋势曲面低于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为正常状态。
步骤411、若预测的所述工作状态临界失效状态或失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号。
本实施例通过获取加氢前、后的工作参数，以及加氢站实际的加氢量，可以实时计算出储氢气瓶在不同储氢参数(如加氢压力)下的体积膨胀量，该实时计算的体积膨胀量更接近气瓶的真实状态，可以实时确定出气瓶的使用状态；当气瓶即将处于或已处于失效状态时，可以及时提醒用户执行相应操作，保障整车安全的同时，使气瓶的检修和更换更有依据。并且，通过气瓶的体积膨胀量的变化趋势，预测气瓶的失效状态，相对定期排查，能够使储氢气瓶的检测更有理论依据，有效提升了储氢气瓶使用的安全性。
实施例2、基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种检测储氢气瓶的设备，由于该设备即是本发明实施例中的方法中的设备，并且该设备解决问题的原理与该方法相似，因此该设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
如图5所示，该设备包括处理器500和存储器501，所述存储器501用于存储所述处理器500可执行的程序，所述处理器500用于读取所述存储器501 中的程序并执行如下步骤：
确定加注氢气后储氢气瓶的体积和储氢参数；
根据所述体积以及与所述储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量；
根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态，其中所述膨胀量区间为体积膨胀量范围中与所述储氢参数对应的范围，所述体积膨胀量范围是根据处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同储氢参数下测得的体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
确定加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量；
根据获取的加氢量以及所述剩余氢气质量，确定加注氢气后的总氢气质量；
根据加注氢气后所述储氢气瓶的储氢参数以及所述总氢气质量，确定所述体积。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
确定所述加注氢气前所述储氢气瓶的加注前储氢参数；
根据所述加注前储氢参数以及与所述加注前储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定所述加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
根据所述体积和所述额定容积的差值，以及与所述储氢参数对应的预设体积膨胀量，确定所述加注后储氢气瓶的体积膨胀量。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
若所述体积膨胀量属于所述膨胀量区间，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述体积膨胀量低于所述膨胀量区间的最小值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为正常状态；
若所述体积膨胀量高于所述膨胀量区间的最大值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为失效状态。
作为一种可选的实施方式，所述确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态之后，所述处理器具体还被配置为执行：
若所述工作状态为非失效状态，则记录所述体积膨胀量、所述储氢参数以及所述加注氢气后储氢气瓶累计充装氢气的充装次数；
确定预设时段内记录的与不同储氢参数、不同充装次数对应的所述储氢气瓶的体积膨胀量的变化趋势曲面；
根据所述变化趋势曲面与额定曲面空间之间的关系，预测所述储氢气瓶的工作状态，其中所述额定曲面空间是处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同充装次数和不同储氢参数下测得的额定体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体被配置为执行：
若所述变化趋势曲面位于所述额定曲面空间内，则预测所述储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述变化趋势曲面高于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为失效状态；
若所述变化趋势曲面低于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为正常状态。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体还被配置为执行：
若预测的所述工作状态临界失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶为即将达到临界失效状态；或，
若预测的所述工作状态为失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶即将达到失效状态。
实施例3、基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种检测储氢气瓶的装置，由于该装置即是本发明实施例中的方法中的装置，并且该装置解决问题的原理与该方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
如图6所示，该装置包括：
确定体积参数单元600，用于确定加注氢气后储氢气瓶的体积和储氢参数；
确定体积膨胀单元601，用于根据所述体积以及与所述储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量；
确定工作状态单元602，用于根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态，其中所述膨胀量区间为体积膨胀量范围中与所述储氢参数对应的范围，所述体积膨胀量范围是根据处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同储氢参数下测得的体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述确定体积参数单元具体用于：
确定加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量；
根据获取的加氢量以及所述剩余氢气质量，确定加注氢气后的总氢气质量；
根据加注氢气后所述储氢气瓶的储氢参数以及所述总氢气质量，确定所述体积。
作为一种可选的实施方式，所述确定体积参数单元具体用于：
确定所述加注氢气前所述储氢气瓶的加注前储氢参数；
根据所述加注前储氢参数以及与所述加注前储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定所述加注氢气前所述储氢气瓶内剩余氢气质量。
作为一种可选的实施方式，所述确定体积膨胀单元具体用于：
根据所述体积和所述额定容积的差值，以及与所述储氢参数对应的预设体积膨胀量，确定所述加注后储氢气瓶的体积膨胀量。
作为一种可选的实施方式，所述确定工作状态单元具体用于：
若所述体积膨胀量属于所述膨胀量区间，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述体积膨胀量低于所述膨胀量区间的最小值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为正常状态；
若所述体积膨胀量高于所述膨胀量区间的最大值，则确定所述加注氢气后储氢气瓶的工作状态为失效状态。
作为一种可选的实施方式，所述确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态之后，还包括预测单元具体用于：
若所述工作状态为非失效状态，则记录所述体积膨胀量、所述储氢参数以及所述加注氢气后储氢气瓶累计充装氢气的充装次数；
确定预设时段内记录的与不同储氢参数、不同充装次数对应的所述储氢气瓶的体积膨胀量的变化趋势曲面；
根据所述变化趋势曲面与额定曲面空间之间的关系，预测所述储氢气瓶的工作状态，其中所述额定曲面空间是处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同充装次数和不同储氢参数下测得的额定体积膨胀量确定的。
作为一种可选的实施方式，所述预测单元具体用于：
若所述变化趋势曲面位于所述额定曲面空间内，则预测所述储氢气瓶的工作状态为临界失效状态；
若所述变化趋势曲面高于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为失效状态；
若所述变化趋势曲面低于所述额定曲面空间，则预测所述储氢气瓶的工作状态为正常状态。
作为一种可选的实施方式，所述预测所述储氢气瓶的工作状态之后，所述预测单元具体还用于：
若预测的所述工作状态临界失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶为即将达到临界失效状态；或，
若预测的所述工作状态为失效状态，则发送提醒信号和/或告警信号，以提示用户所述储氢气瓶即将达到失效状态。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如下步骤：
确定加注氢气后储氢气瓶的体积和储氢参数；
根据所述体积以及与所述储氢参数对应的所述储氢气瓶的额定容积，确定加注后储氢气瓶的体积膨胀量；
根据所述体积膨胀量与所述储氢参数对应的膨胀量区间的关系，确定加注氢气后储氢气瓶的工作状态，其中所述膨胀量区间为体积膨胀量范围中与所述储氢参数对应的范围，所述体积膨胀量范围是根据处于临界失效状态下的储氢气瓶在不同储氢参数下测得的体积膨胀量确定的。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的设备。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令设备的制造品，该指令设备实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。