一种运行控制方法、交通设备、计算设备和存储介质技术

本发明专利技术公开了一种运行控制方法、交通设备、计算设备和存储介质。运行控制方法适用于通过合金储氢系统输出的氢气经燃料电池系统产生电能的交通设备，包括：合金储氢系统获取合金储氢系统中合金储氢装置的当前温度和当前氢气量；合金储氢系统根据当前温度和当前氢气量，确定交通设备当前的工况区域；合金储氢系统根据当前的工况区域，调整合金储氢系统和燃料电池系统的工作状态，使合金储氢系统的供氢速率能够满足燃料电池系统的耗氢速率。其中，交通设备的各工况区域按照所述燃料电池系统的工作功率进行划分。

An operation control method, traffic equipment, computing equipment and storage medium

【技术实现步骤摘要】
一种运行控制方法、交通设备、计算设备和存储介质
本专利技术涉及一种适用于通过合金储氢系统输出的氢气经燃料电池系统产生电能的交通设备的运行方法，尤其涉及所述交通设备在低温环境下启动阶段的控制方法，以及相应的交通设备、计算设备和存储介质。
技术介绍
使用氢燃料电池的交通设备摆脱了常规交通设备对于化石燃料的依赖，在使用过程中无污染，有利于缓解全球面临的石油资源枯竭、温室效应加剧等问题。同时，氢燃料电池的能量转换过程不受卡诺循环的限制，能量转换效率高，因而有着光明的发展前景。氢气的存储是氢燃料电池交通设备的研究重点。目前，主流的存储技术是高压气态存储。相比之下，合金储氢技术具有更高的能量密度和更低的储氢压力，并且更加安全。相同体积下，合金储氢装置存储的氢气质量则可以增加至高压储氢罐的3倍，压力则可以降低至1/7，而压力的降低又提升了加氢装置和储氢装置的安全性。同时，与高压气态存储技术相匹配的高压加氢站建设成本高昂，提升了氢气终端使用价格，并且，压缩机技术、高压阀体等部件被国外企业垄断。因此，合金储氢技术被认为是最具发展前景的技术之一。通过合金储氢系统输出的氢气经燃料电池系统产生电能的交通设备通常是合金储氢燃料电池汽车，以下以氢燃料电池汽车为例作出说明。对于以高压储氢罐存储氢气的氢燃料电池汽车而言，其在低温环境下运行所面临的主要问题是：燃料电池自身的低温启动问题。解决该问题的思路是向燃料电池提供热量提升其温度。具体而言，有以下三类方案：一是，通过提高反应热来提升燃料电池内部产热量；二是，通过氢气与氧化剂在阴极的反应提供热量；三是，通过外部加热辅助燃料电池升温。将高压储氢罐替换为合金储氢装置为氢燃料电池汽车低温下的启动带来了新的技术问题。合金储氢装置在释放氢气时需要吸收热量，氢气的释放速率表现为压力同时受到合金储氢装置当前的温度和剩余氢气量的影响。因此，在温度或剩余氢气量较低时，可能出现合金储氢装置所释放的氢气的压力不足以达到燃料电池启动阈值条件的情形。此时，即使能够通过现有技术解决燃料电池自身的低温启动问题，也无法完成燃料电池的启动。现有技术中存在合金储氢燃料电池的热管理系统，可以将燃料电池产生的热量通过换热器提供给合金储氢装置；也可以通过增加车载加热器在燃料电池在冷却液温度较低时向合金储氢装置提供额外的热量。该现有技术在一定程度上能够实现氢燃料电池汽车平稳运行阶段氢气量的稳定供给，但是，在外界温度较低的启动阶段却时常发生故障，面临一系列技术问题。
技术实现思路
虽然现有技术提供了利用燃料电池所产生的热量和/或加热器为合金储氢装置提供热量的思路。但是，在合金储氢装置的剩余氢气量和/或温度较低的情况下，实施该现有技术会面临新的技术问题：1.燃料电池启动后，在短时间内突然发生停机；2.停车预热时，部分情况下，车辆启动时间会远超预计的车辆启动时间，或者燃料电池发生停机；3.车辆完成启动后，在较长时间内无法满功率运行。申请人经过详细的实验，锁定了产生这些技术问题产生的原因，并综合分析这些原因，针对性的提出了一种分区控制的运行方法。第一，燃料电池启动后，在短时间内突然发生停机。现有技术通过燃料电池和/或加热器向合金储氢装置提供热量，合金储氢装置释放的氢气在低压侧累积。随着时间的增加，低压侧氢气量增多，氢气压力增大，使得氢气压力达到燃料电池的启动条件，此时，燃料电池启动。但是，在燃料电池启动后，随着燃料电池的运转，将会迅速消耗大量的氢气。若此时合金储氢装置释放氢气速率不足以填补燃料电池对氢气的消耗，则会使得低压侧累积的氢气量因消耗而降低。这会导致低压侧氢气压力迅速下降，再次低于燃料电池的启动条件。此时，燃料电池会突然发生停机。因此，保证燃料电池启动后不发生突然停机的条件是，供氢速率不低于燃料电池最小功率下的耗氢速率。燃料电池启动或关闭所依据并非供氢速率而是低压侧氢气压力。对于固定型号的燃料电池，有着确定的压力阈值。当低压侧氢气压力小于该阈值时，燃料电池关闭；当低压侧氢气压力大于等于该阈值时，燃料电池启动。在高压储氢燃料电池汽车中，罐内压力通常远高于低压侧氢气压力，其供氢速率能够满足燃料电池满功率运转下的氢气消耗。因此，在高压储氢燃料电池汽车中，燃料电池根据低压侧氢气压力是否达到压力阈值来启动或关闭的技术方案不会带来任何技术问题。但是，将之应用到合金储氢燃料电池汽车中则会带来燃料电池启动后短时间内停机的技术问题。因此，在合金储氢燃料电池汽车中，判断燃料电池能否启动不能直接依据低压侧氢气压力，需要另寻解决路径。本申请通过测量合金储氢装置的当前温度和当前剩余氢气量确定合金储氢装置的供氢速率从而间接确定燃料电池能否启动。若，合金储氢装置提供氢气的速率低于燃料电池消耗氢气的速率，即便当前低压侧氢气压力满足燃料电池启动条件，之后低压侧氢气压力也会因氢气量的减少而迅速失压，使得燃料电池停机。所以，在判断燃料电池的启动条件时，不能再以低压侧氢气压力作为表征数据，而是需要根据合金储氢装置的温度和剩余氢气量对燃料电池的功率作出限制。第二，停车预热时，部分情况下，车辆启动时间会远超预计的车辆启动时间，或者燃料电池发生停机。当环境温度较低时，车辆在停车状态下进行预热是常见情形。对于高压储氢燃料电池汽车而言，只要燃料电池完成启动，车辆即可正常行驶。而在合金储氢燃料电池汽车中，存在如下反馈过程：当动力电池电量较多时，燃料电池启动后很快会将动力电池充满电或充至电量较满。为了防止动力电池过充电，在动力电池在满电或电量较满时，根据燃料电池型号的不同，燃料电池系统将会向燃料电池发送低功率运转或停机的指令。燃料电池的低功率运转或停机进一步影响了燃料电池能够向合金储氢装置提供的热量，从而导致冷启动时间变长或者冷启动失败。因此，在合金储氢燃料电池汽车中，针对该阶段可以通过设置一定功率的加热模块消耗动力电池的电量，从而防止燃料电池系统发送燃料电池低功率运转或停机的指令。第三，车辆完成启动后，在较长时间内无法满功率运行。现有技术中，未对车辆的启动的阶段进行区分。当燃料电池能够正常启动后，加热模块就会停止向合金储氢装置提供热量。实践中发现，为了防止燃料电池停机，需要限制燃料电池的运转功率。燃料电池刚刚启动时，功率较低。燃料电池在低功率运转时，产生的热量较低，影响了合金储氢装置温度的提升。合金储氢装置温度提升较慢反过来影响了燃料电池运转功率的提升。因此，在低温环境下，车辆在启动后的较长时间段内燃料电池都无法以满功率运转。这影响了车辆在运行过程中所表现出的性能和驾驶员的驾驶体验。因此，在合金储氢燃料电池汽车中，需要在燃料电池能够正常启动后继续维持对合金储氢装置的热量供应，以缩短燃料电池到达能够满功率运转状态的时间。同时，又要确定在某个合适的阶段停止该热量供应，以免造成能源的浪费。为了解决上述技术问题，需要根据燃料电池系统的工作功率划分合金储氢燃料电池汽车的工况区域，根据合金储氢燃料电池汽车所处的工况区域并分别采取不同的控制措施。第一方面，本申请提供了一种适用于通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运行控制方法，其特征在于，适用于通过合金储氢系统输出的氢气经燃料电池系统产生电能的交通设备，所述方法包括以下步骤：/n所述合金储氢系统获取所述合金储氢系统中合金储氢装置的当前温度和当前氢气量；/n所述合金储氢系统根据所述当前温度和所述当前氢气量，确定所述交通设备当前的工况区域；所述交通设备的各工况区域是按照所述燃料电池系统的工作功率进行划分的；/n所述合金储氢系统根据所述当前的工况区域，调整所述合金储氢系统和所述燃料电池系统的工作状态，使所述合金储氢系统供氢速率能够满足所述燃料电池系统耗氢速率。/n

【技术特征摘要】
1.一种运行控制方法，其特征在于，适用于通过合金储氢系统输出的氢气经燃料电池系统产生电能的交通设备，所述方法包括以下步骤：
所述合金储氢系统获取所述合金储氢系统中合金储氢装置的当前温度和当前氢气量；
所述合金储氢系统根据所述当前温度和所述当前氢气量，确定所述交通设备当前的工况区域；所述交通设备的各工况区域是按照所述燃料电池系统的工作功率进行划分的；
所述合金储氢系统根据所述当前的工况区域，调整所述合金储氢系统和所述燃料电池系统的工作状态，使所述合金储氢系统供氢速率能够满足所述燃料电池系统耗氢速率。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述合金储氢系统根据所述当前的工况区域，调整所述合金储氢系统和所述燃料电池系统的工作状态，包括：
若所述当前的工况区域为第一工况区域，则所述合金储氢系统控制所述合金储氢系统中的加热装置对所述合金储氢装置进行加热，并向所述燃料电池系统发送禁止启动指令；其中，所述第一工况区域为所述合金储氢系统的供氢速率不满足所述燃料电池系统的最小功率。


3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述合金储氢系统根据所述当前的工况区域，确定所述合金储氢系统和所述燃料电池系统的工作状态，包括：
若所述当前的工况区域为第二工况区域，则所述合金储氢系统控制所述合金储氢系统中的加热装置对所述合金储氢装置进行加热，并指令所述燃料电池系统以不大于允许功率的功率进行工作；所述允许功率根据所述当前温度和所述当前氢气量确定；所述第二工况区域为所述合金储氢系统的供氢速率满足所述燃料电池系统按照所述允许功率进行工作，其中，所述允许功率大于等于所述燃料电池系统的最小功率、小于所述燃料电池系统的最大功率。


4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述合金储氢系统根据所述当前的工况区域，确定所述合金储氢系统和所述燃料电池系统的工作状态，包括：
若所述当前的工况区域为第三工况区域，则所述合金储氢系统控制所述合金储氢系统中的加热装置不对所述合金储氢装置加热，并指令所述燃料电池系统以不大于所述燃料电池系统最大功率的功率进行工作；其中，所述第三工况区域为所述合金储氢系统的供氢速率满足所述燃料电池系统的最大功率。


5.根据权利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，所述交通设备处于启动过程中，并通过所述交通设备的显示模块显示所述交通设备处于启动状态。


6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，若所述当前的工况区域为第一工况区域，则所述合金储氢系统启动所述合金储氢系统中的加热装置从而对所述合金储氢装置进行加热，包括：
若所述当前的工况区域为第一工况区域且所述交通设备的动力电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋成，温建权，梁保全，
申请(专利权)人：深圳市佳华利道新技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44