一种运行控制方法、交通设备、计算设备和存储介质与流程

本发明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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

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控制方法。

该方法包括以下步骤：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。

对于确定的合金储氢装置，其温度、当前氢气量和氢气释放压力之间存在唯一对应关系。氢气释放压力又是氢气释放速率的一种表征方式。当前温度和当前剩余氢气量确定后，就可以确定当前氢气释放速率，即当前供氢速率。当前供氢速率又决定了平衡状态下允许燃料电池消耗氢气的最大速率，或者说，决定了允许当前燃料电池运转的最大功率。平衡状态，是指氢气供给与消耗相平衡，使得所述交通设备能够持久运转而不发生燃料电池停机的情况。由于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，所以，确定了允许燃料电池运转的功率，或者说，确定了供氢速率即可确定所述交通设备所处的工况区域。因此，根据合金储氢装置的当前温度和当前氢气量可以确定所述交通设备当前的工况区域。

在不同工况区域下，可以通过不同方式调整所述合金储氢系统和所述燃料电池系统的工作状态，使得所述合金储氢系统的供氢速率能够满足所述燃料电池系统的耗氢速率。

一种可选实施方式中，当所述合金储氢装置的当前温度和当前氢气量所确定的供氢速率不满足所述燃料电池系统的最小功率时，记所述交通设备当前工况区域为第一工况区域。此时，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的指令。

在此工况区域，存在合金储氢系统向燃料电池系统提供的氢气压力满足燃料电池启动阈值条件的情况。现有技术中，燃料电池采用根据低压侧氢气压力是否达到阈值来判断是否启动的启动方案。该方案可能导致燃料电池启动后突然停机的情况。本实施方式根据所述合金储氢装置的当前温度和当前氢气量确定供氢速率，在确定供氢速率不满足燃料电池以最小功率运转的条件时，禁止燃料电池的启动，从而避免了燃料电池启动后突然停机的技术问题。

一种可选实施方式中，当由所述合金储氢装置的当前温度和当前氢气量所确定的供氢速率所确定的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时，记所述交通设备当前工况区域为第二工况区域。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。

在平衡状态下，燃料电池系统所被允许的最大功率，即允许功率，受到供氢速率的限制，供氢速率又由所述合金储氢装置的当前温度和当前氢气量所确定。因此，所述允许功率由所述合金储氢装置的当前温度和当前氢气量所确定。

在此工况区域，燃料电池可以启动并且可以持续以最小功率运转而不会发生停机。现有技术可以将燃料电池产生的废热提供给合金储氢装置以加快合金储氢装置温度的提升。但是，如果仅限定燃料电池以最小功率运转，则会使燃料电池产热维持在最低的标准上，减少了其在单位时间内向合金储氢装置提供的热量，使得合金储氢装置升温进一步变慢，所述交通设备在较长时间内无法达到满足燃料电池以最高功率运转的条件，影响所述交通设备性能的发挥和驾驶员的驾驶体验。如果允许燃料电池以任一功率运转，则当燃料电池运转功率超出允许功率时，可能再次导致燃料电池停机。本实施方式限定燃料电池运转功率不大于允许功率，在保证燃料电池持续正常运转的基础上，最大程度上解放了燃料电池的功率，缩短了所述交通设备到达满足燃料电池最大功率运转条件的时间。

该可选实施方式缩短所述交通设备到达满足燃料电池最大功率运转条件的方式是根据所述合金储氢装置供氢速率的提升，实时增加允许功率。其中，供氢速率根据所述合金储氢装置当前的温度和当前的氢气量确定。由于所测得的当前的温度和当前的氢气量相较于实际的当前的温度和当前的氢气量存在一定的滞后，因此所确定的允许功率相较于实际允许功率存在一定的滞后。

可以通过对该可选实施方式的改进，进一步提升反馈速度，使得所确定的允许功率更加接近实际允许功率，从而进一步缩短所述交通设备到达满足燃料电池最大功率运转条件的时间。即，在该可选实施方式中，根据所述当前温度和所述当前氢气量确定所述允许功率，可以进一步包括以下内容：根据所述当前温度和所述当前氢气量确定初始的允许功率；实时检测低压侧氢气压力；所述低压侧氢气压力为所述燃料电池系统的氢气进口处的氢气压力；根据实时检测的低压侧氢气压力的变化量通过比例积分微分算法修正所述初始允许功率。

初始的允许功率需要根据当前温度和当前氢气量确定，在此基础上，可以根据低压侧氢气压力的变化对允许功率进行修正。低压侧氢气压力增加意味着可供燃料电池消耗的氢气供给量/供给速率的增加。当低压侧氢气压力增加时，可以相应增加允许功率，若所设定的允许功率大于实际允许功率，则将导致氢气消耗速率大于供给速率，从而导致低压侧氢气压力下降。因此，低压侧氢气压力与允许功率之间存在反馈关系。比例积分微分控制方法原理简单、使用方便、适应性强、鲁棒性好，被广泛的运用于控制回路。通过比例积分微分控制方式修正允许功率，可以使得修正后的允许功率更接近于实际允许功率。

一种可选实施方式中，当所述合金储氢装置的当前温度和当前氢气量所确定的供氢速率满足所述燃料电池系统的最大功率时，记所述交通设备当前工况区域为第三工况区域。此时，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。

在此工况区域，由于所述合金储氢装置的当前温度和当前氢气量条件较好，供氢速率足以满足所述燃料电池系统的最大功率，相当于所述交通设备正常平稳行驶状态下的工况。此时，燃料电池在运转中产生的废热足以使合金储氢装置的供氢速率满足燃料系统的最大功率。为了减少不必要的能量损耗，所述加热装置不工作。

一种可选实施方式中，可以在前述提到的第一、第二个可选实施方式的基础上进一步增加：若所述交通设备处于启动过程中，则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。

所述“启动状态”只是对该状态的一种描述方式，也可以用“预热状态”或其他文字对该状态进行描述。

当所述交通设备处于第一工况区域时，一方面，将该状态提示给驾驶员可以使驾驶员能够了解到燃料电池不启动的原因，避免作出所述交通设备故障的误判断和基于误判断的误操作。另一方面，又为驾驶员主动寻找外部加热模块、实现快速启动提供了可能。当所述交通设备处于第二工况区域时，将该状态提示给驾驶员可以使驾驶员了解到燃料电池运转功率受限的原因，避免作出所述交通设备故障的误判断和基于误判断的误操作。

在该实施方式的基础上可以做如下改进：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电量不足以支持所述合金储氢系统中的车载加热装置进行加热使得所述交通设备达到第二工况区域，则提示接入所述合金储氢系统的非车载加热装置。

这里的车载加热装置是指，安装在所述交通设备上，在所述交通设备发生位移时，跟随交通设备一起发生位移的加热装置。这里的非车载加热装置是指，位于所述交通设备外部的加热装置。典型的非车载加热装置有两类，一类是安装在固定站点，通常是加氢站的加热装置；另一类是安装在救援交通设备上的加热装置。对于第二类非车载加热装置，虽然被安装在救援交通设备上，但是相较于所述交通设备而言，依然属于非车载加热装置。

判断动力电池电量是否足以支持所述合金储氢系统中的车载加热装置进行加热使得所述交通设备达到第二工况区域属于现有技术能够实现的内容。具体的，对于确定功率的加热装置，其能量转化效率确定。所述车载加热装置的能量由所述动力电池提供，在动力电池电量确定时，加热装置所能转化的热量是确定的。对于确定的合金储氢装置，其储氢合金类型是确定的，而不同氢气量、不同温度条件下的热容可以通过计算得出或者通过实验测定。因此，现有技术可以判断当前动力电池电量是否足以支持所述合金储氢系统中的车载加热装置进行加热使得所述交通设备达到第二工况区域。

若所述动力电池电量不足以使所述交通设备达到第二工况区域，则会导致所述交通设备启动失败。此时，动力电池由于电量被车载加热装置消耗完毕，无法再支持所述交通设备短距离行驶到设置有非车载加热装置的站点。所述交通设备将被困在原地无法移动。因此，改进的技术方案预先判断动力电池电量是否足以支持交通设备到达第二工况区域，并且在不足以到达时，给驾驶员相应的提示，便于驾驶员预先作出决策。

需要指出的是，前述所有技术方案中所提到的加热装置并未对车载与非车载作出区分。驾驶员在动力电池电量足以支持车载加热装置加热使得所述交通设备达到第二工况区域时，也可以选择使用非车载加热装置。由于非车载加热装置功率通常大于车载加热装置，因此能进一步缩短加热时间。在车辆距离设置有非车载加热装置的站点很近时，使用非车载加热装置往往更便捷。

在该改进后的技术方案的基础上，还可以向以下两个方向进行改进：

一方面，当该技术方案中的加热装置为非车载加热装置时，在接入所述非车载加热装置进行加热的过程中，控制所述交通设备的动力系统停止工作。

在接入非车载加热装置进行加热时，所述交通设备与非车载加热装置通过管道连接，所述交通设备应当处于静止状态。在加热过程中，若动力电池存在剩余电量，或者加热至燃料电池启动后，所述交通设备可以正常行驶。此时，若驾驶员出现误操作使得所述交通设备与所述非车载加热装置出现相对位移，则可能对车辆和非车载加热装置造成损害。因此，在接入所述非车载加热装置进行加热的过程中，可以控制所述交通设备的动力系统停止工作，避免驾驶员误操作导致损害。

另一方面，在提示接入所述合金储氢系统的非车载加热装置后，还可以根据动力电池电量判断所述交通设备能否到达设置有非车载加热装置的站点，包括：根据所述动力电池电量计算所述交通设备能够行驶的距离；判断所述距离内是否存在设置有非车载加热装置的站点；若没有，则通过显示模块显示需要救援车。

对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，其合金储氢系统为燃料电池系统提供氢气，燃料电池系统消耗氢气产生电能，所产生的电能存储至动力电池，动力电池消耗电能驱动电机运转，电机带动所述交通设备行驶。当燃料电池未启动而动力电池还存在电量时，动力电池可以驱动电机运转，使得所述交通设备发生位移。因此，所述交通设备在燃料电池不工作时，可以凭借动力电池中的电量进行短距离行驶。

当所述动力电池电量不足以支持所述合金储氢系统中的车载加热装置进行加热使得所述交通设备达到第二工况区域时，所述交通设备会提示驾驶员接入非车载加热装置。驾驶员可以利用动力电池中所存有的电量行驶至附近的设置有非车载加热装置的站点。此时，若所述动力电池电量又不足以使所述交通设备行驶到设置有非车载加热装置的站点，则会造成所述交通设备半路抛锚。由于所述交通设备中的燃料电池系统依然无法启动，平白浪费了驾驶员驾驶所述交通设备前往所述站点的时间。若预先根据所述动力电池电量，计算其能否驱动所述交通设备到达所属站点，并对驾驶员进行提示，则可以避免上述情况的发生。

其中，确定型号的所述交通设备，在不同所述动力电池电量下能够行驶的距离是确定的。判断所述距离内是否存在设置有非车载加热装置的站点，是通过现有技术实现的。

第二方面，本申请提供了一种交通设备，包括：合金储氢系统、燃料电池系统和控制系统。

其中，所述控制系统用于执行第一方面及第一方面各实施例的方法。所述合金储氢系统包括合金储氢装置、加热装置、温度传感器，所述温度传感器设置在所述合金储氢装置上；所述燃料电池系统包括氢燃料电池装置；所述加热装置包括加热器、换热器、第一循环水泵、第一循环管道，所述第一循环管道连通所述合金储氢装置的进液口和出液口，所述第一循环管道上设置有所述第一循环水泵、所述加热器，所述换热器的一端设置在所述第一循环管道上；所述氢燃料电池装置的进液口和出液口之间通过第二循环管道连通，所述第二循环管道上设置有所述第二循环水泵，所述换热器的另一端设置在所述第二循环管道上；所述合金储氢系统与所述燃料电池系统通过供氢管道连通，所述供氢管道上设置有减压阀。

合金储氢装置通过供氢管道向燃料电池系统提供氢气。在加热器工作时，第一循环管道将加热器产生的热量传输给合金储氢装置。在燃料电池工作时，燃料电池产生的废热经过第二循环管道由换热器交换至第一循环管道，并经第一循环管道传输给合金储氢装置。

一种可选的实施方式是，在前一个技术方案的供氢管道上设置低压侧压力传感器，所述低压侧压力传感器位于减压阀和氢燃料电池装置之间。在供氢管道上还与减压阀并联地设置有高压通中压电磁阀。

设置低压侧压力传感器用以收集低压侧压力。高压通中压电磁阀可以在合金储氢装置所释放出的氢气的压力适合燃料电池的工作时直接导通，使得该压力条件下的氢气不通过减压阀直接提供给燃料电池，以保证输入燃料电池的氢气的压力和需求量。

第三方面，本申请提供了一种计算设备，包括：用于存储程序指令的存储器；用于调用和执行所述存储器中存储的程序指令的处理器，当所述程序或指令被执行时，用以执行上述第一方面及第一方面各个实施例的方法。

第四方面，本申请提供了一种计算机可读非易失性存储介质，包括计算机可读指令，当所述可读指令被计算机读取并执行时，可以使计算机执行上述第一方面及第一方面各个实施例的方法。

附图说明

图1为本申请提供的一种运行控制方法的流程图一；

图2为本申请提供的一种运行控制方法的流程图二；

图3为合金储氢装置的氢气量与压力的等温线示意图；

图4为交通设备的工况分区示意图；

图5为交通设备的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

实施例1

图1为本申请提供的一种运行控制方法的流程图一，本实施例以合金储氢燃料电池汽车的运行控制方法为例，对流程图中的步骤s10～s30进行说明。

首先，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s10。

合金储氢装置的当前温度可以通过设置在合金储氢装置中的温度传感器测得。当前氢气量可以通过安装质量流量计的传统方法测得，也存在无需安装流量计即可测量氢气量的技术方案。当车辆上电后，即可得到合金储氢装置的当前温度和当前氢气量。

然后，合金储氢系统根据所获取的当前温度、氢气量，确定合金储氢燃料电池汽车当前的工况区域s20。

对于确定型号的合金储氢燃料电池汽车，其合金储氢系统和燃料电池系统都是确定的。合金储氢装置的温度、氢气量和所释放的氢气的压力(高压侧氢气压力)之间存在唯一对应关系，通过测量其中两个物理量，即可确定第三个物理量。

图3为合金储氢装置的氢气量与压力的等温线示意图。横坐标所标注的容量表征合金储氢装置中的氢气量，纵坐标所标注的压力表征合金储氢装置在释放氢气时的氢气压力。

合金储氢装置所释放的氢气的压力，实际表现为向燃料电池提供氢气的速率。当合金储氢装置剩余氢气量和/或温度较低时，供氢速率低于燃料电池满功率状态下消耗氢气的速率。当供氢速率低于燃料电池最小功率状态下的耗氢速率时，无法满足燃料电池以最小功率持续运转的需求；当供氢速率大于等于燃料电池最小功率、小于最大功率时，可以维持燃料电池以与供氢速率相等的耗氢速率所对应的功率运转；当供氢速率大于等于燃料电池最大功率时，可以维持燃料电池以最大功率运转。

最后，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s30。

当供氢速率低于燃料电池最小功率状态下的耗氢速率时，一方面，通过调整合金储氢系统，提升合金储氢系统的供氢速率，使之满足燃料电池系统以最小功率运转时的耗氢速率；另一方面，在供氢速率满足燃料电池系统以最小功率运转时的耗氢速率前，通过调整燃料电池系统，使之耗氢速率为零。当供氢速率大于等于燃料电池最小功率、小于最大功率时，一方面，通过调整合金储氢系统，提升合金储氢系统的供氢速率，使之尽快满足燃料电池系统以最大功率运转时的耗氢速率。另一方面，通过调整燃料电池系统，使燃料电池的耗氢速率随供氢速率同步提升。当供氢速率大于燃料电池最大功率时，供氢速率一定能够满足燃料电池系统的耗氢速率。最终，使得上述过程中，供氢速率均能够满足所述燃料电池系统耗氢速率。

实施例2

图2为本申请提供的一种运行控制方法的流程图二，本实施例对图2中的步骤s10、s20、s31进行说明。

图2对应实施例1中合金储氢系统的供氢速率不满足燃料电池系统的最小功率时的情形。其中，步骤s10、s20与图1相同，不再赘述。步骤s31对应于图1中步骤s30中某一具体情况下，对合金储氢系统和燃料电池系统的工作状态的具体控制方案。

所述具体情况为：合金储氢系统的供氢速率小于燃料电池系统以最小功率运转时的耗氢速率，即供氢速率不满足燃料电池的最小功率，记为第一工况区域。此时，供氢速率不足以维持燃料电池以最小功率持续运转，但是，由于燃料电池未运转时，低压侧氢气以该耗氢速率在低压侧累积，将使得低压侧氢气压力随着时间的推移而提升。因此，该供氢速率下，随着时间的推移，是有可能达到燃料电池的启动条件的。然而，燃料电池启动后，耗氢速率会大于供氢速率，可能导致燃料电池启动后短时间内突然停机。由于供氢速率不满足耗氢速率，需要对合金储氢系统和燃料电池系统进行调整。

对于确定型号的合金储氢燃料电池汽车，其燃料电池系统是确定的。对于确定的燃料电池系统，燃料电池的最小和最大功率是确定的；可以由实验测得，也可以由燃料电池生产厂家直接提供。

所述具体控制方案为：合金储氢系统控制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s31。

此时，合金储氢系统中的控制器发送指令，加热装置对合金储氢装置进行加热。当该加热装置为车载时，加热装置能量由车辆中的动力电池提供；当该加热装置为非车载加热装置时，加热装置的能量由设置有该非车载加热装置的站点或救援车提供。

采取上述控制方案后，供氢速率随着合金储氢装置温度的提升而提升。同时，在供氢速率满足燃料电池以最小功率运转之前，禁止燃料电池启动，避免了耗氢速率大于供氢速率，也避免了燃料电池启动后突然停机的情况的发生。

实施例3

结合本实施例对图2中的步骤s10、s20、s32进行说明。其中，步骤s10、s20与图1相同，不再赘述。步骤s32对应于图1中步骤s30中某一具体情况下，对合金储氢系统和燃料电池系统的工作状态的具体控制方案。

所述具体情况为：合金储氢系统的供氢速率大于等于燃料电池系统以最小功率运转时的耗氢速率、小于燃料电池系统以最大功率运转时的耗氢速率。即，供氢速率满足燃料电池系统按照允许功率进行工作，其中，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，记为第二工况区域。

此时，供氢速率不足以维持燃料电池以允许功率持续运转。由于燃料电池能否启动的判断标准是低压侧氢气压力是否达到启动阈值，因此，燃料电池启动后，可以以高于允许功率的功率运转。以高于允许功率的功率运转的后果是，耗氢速率大于供氢速率，累积在低压侧的氢气被大量消耗，使得低压侧氢气压力随着氢气量的减少而降低。当低压侧压力低于燃料电池的启动阈值时，燃料电池停机。因此，需要对合金储氢系统和燃料电池系统进行调整。

所述具体控制方案为：合金储氢系统控制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s32。

此时，合金储氢系统中的控制器向热管理系统发送指令，燃料电池通过热循环回路将其产生的热量提供给合金储氢装置。同时，合金储氢系统中的控制器通过汽车通讯总线，如can总线，发送指令给燃料电池系统，控制燃料电池功率不大于允许功率。能够使燃料电池的启动氢气压力约为0.7-1mpa，当燃料电池刚刚满足启动条件并且启动后，如果不对燃料电池的功率进行限制，由于氢气的消耗速率大于供给速率，将导致氢气压力迅速回落，低于燃料电池启动条件，导致燃料电池停机。控制燃料电池功率不大于允许功率则可以避免该情况的出现。

采取上述控制方案，可以保持供氢速率满足耗氢速率，避免燃料电池启动后突然停机的情况的发生。

此外，燃料电池系统产生的废热通过热量循环系统交换给合金储氢装置属于现有技术。在实施该控制方法的同时，实施该现有技术可以进一步提升合金储氢装置温度的提升速率。在此基础上，本控制方案通过给予燃料电池当前条件下尽可能高的允许功率，进一步提升了燃料电池在单位时间内的产热速率，从而缩短了合金储氢装置供氢速率到达满足燃料电池以最高功率运转条件的时间。

实施例4

结合本实施例对图2中的步骤s10、s20、s33进行说明。其中，步骤s10、s20与图1相同，不再赘述。步骤s33对应于图1中步骤s30中某一具体情况下，对合金储氢系统和燃料电池系统的工作状态的具体控制方案。

所述具体情况为：合金储氢系统的供氢速率大于等于燃料电池系统以最大功率运转时的耗氢速率，即，供氢速率满足燃料电池系统的最大功率，记为第三工况区域。

此时，供氢速率足以维持燃料电池以最大功率持续运转。如果加热装置工作则会造成能量的浪费，也需要对合金储氢系统和燃料电池系统进行调整。

所述具体控制方案为：合金储氢系统控制合金储氢系统中的加热装置不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最大功率的功率进行工作s33。

燃料电池的最大功率受到多种因素的限制，供氢速率是其中之一。该情况下，供氢速率不再对燃料电池的最大功率构成限制。即，根据合金储氢装置的当前温度和剩余氢气量所确定的供氢速率所允许的燃料电池功率实际上超过了燃料电池的最大功率。实践中，一种可行的操作方法是，合金储氢系统控制器发送该超过燃料电池最大功率的允许功率到燃料电池系统，燃料电池系统将该允许功率数值与设定的燃料电池最大功率数值进行比较，取二者中较小的数值，限制燃料电池实际功率不得超过该数值。

图4为交通设备的工况分区示意图。横坐标为合金储氢装置的温度，纵坐标为合金储氢装置的氢气量。9kw燃料电池的功率和30kw燃料电池的功率分别代表燃料电池的最小功率和最大功率。

合金储氢系统的供氢速率不满足燃料电池系统的最小功率时，对应于图中的第一工况区域；合金储氢系统的供氢速率满足所述燃料电池系统按允许功率工作，而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时，对应于图中的第二工况区域；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时，对应于图中的第三工况区域。

由于允许功率是根据供氢速率所确定，当合金储氢系统的供氢速率不满足燃料电池系统的最小功率时，即便燃料电池未启动，也可以根据合金储氢装置对应的当前温度和当前氢气量确定一个允许功率，该允许功率小于燃料电池系统的最小功率。同理，当合金储氢系统的供氢速率满足燃料电池系统的最大功率时，即便燃料电池的最大功率是确定的，也可以根据合金储氢装置对应的当前温度和当前氢气量确定一个允许功率，该允许功率大于燃料电池系统的最大功率。可见，允许功率、供氢速率、合金储氢装置的当前温度和当前氢气量是对同一对象的不同描述方式。

因此，图4也可以理解为，根据合金储氢装置对应的当前温度和当前氢气量确定的允许功率落入哪一工况区域。第一工况区域中，允许功率小于燃料电池系统的最小功率；第二工况区域中，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；第三工况区域中，允许功率大于等于燃料电池系统的最大功率。

上述实施例2-4中，步骤s20，合金储氢系统根据所获取的当前温度、氢气量确定合金储氢燃料电池汽车当前的工况区域，可以通过如下方式实现：将合金储氢合金储氢装置的温度、剩余氢气量与对应的燃料电池的允许功率制表。将表格中的数据和燃料电池的最小、最大功率输入合金储氢装置控制系统。合金储氢系统根据所获取的当前温度、氢气量查表确定允许功率，比较该允许功率与燃料电池最小、最大功率的大小关系，确定车辆所属工况区域。

实施例5

在实施例2或3的基础上，当车辆处于启动过程中，可以通过车辆的显示模块显示车辆处于启动状态。

当车辆处于实施例2所对应的第一工况区域，将出现燃料电池不能启动的情况；当车辆处于实施例3所对应的第二工况区域，将出现燃料电池功率受限的情况。此时，通过车辆的显示模块显示车辆处于启动状态，可以使驾驶员了解到车辆的实际状态及出现上述情况的原因，防止作出车辆出现启动故障的误判断。同时，对于实施例2所对应的情形，显示车辆处于启动状态可以使驾驶员提前选择是否通过非车载加热装置对合金储氢装置进行加热。

车载加热装置与非车载加热装置各有优劣。车载加热装置设置在车辆内部，可以随时启动，较为方便。但是，车载加热装置功率较低，这使得其加热时间要长于非车载加热装置。高功率的车载加热装置往往占用空间更大，车载加热装置只能在功率与占用空间中寻求平衡。采用9kw功率的加热装置可以将极恶劣启动条件下的启动时间控制在30分钟左右。相同条件下，采用非车载加热装置则只需要2-3分钟。

对于使用合金储氢装置储氢的氢燃料电池公交车，本实施例非常实用。公交车作为公共交通工具对到站准时性的要求较高。在由于海拔、纬度或季节因素导致环境温度较低时，尤其是，公交车每天凌晨出车时，环境温度在一天中处于较低的位置，可能出现实施例2或3所对应的情形。为了避免公交车每天凌晨启动后抛锚或行驶缓慢，需要使用加热装置为合金储氢装置加热以提高供氢速率。接到车辆所反馈的处于“启动状态”信息的公交车驾驶员可以立即选择使用非合金储氢加热装置进行加热，大大缩短启动时间。由于加氢站往往设置在公交车始发站附近，加氢站中可以设置非车载加热装置，这使得公交车在当天始发前用非车载加热装置加热非常方便。即便公交车始发站附近没有设置加氢站，也可以单独在始发站中设置非车载加热装置。非车载加热装置成本低、占地小，在公交车始发站中设置非车载加热装置十分便捷。

实施例6

实施例5中存在一种比较极端的情况，即，当车辆处于第一工况区域时，动力电池的电量不足以支持合金储氢系统中的车载加热装置加热使得车辆达到第二工况区域。在这种情况下，必须使用非车载加热装置才能确保车辆正常运行。

因此，在实施例5的基础上，若车辆处于上述情况，则提示接入合金储氢系统的非车载加热装置。

对于合金储氢燃料电池汽车，合金储氢装置提供的氢气中的化学能经燃料电池转化为电能，电能被储存在动力电池中。动力电池放电驱动电机从而带动车辆行驶。当驾驶员接到车辆提示后，可以直接选择使用非车载加热装置加热，利用动力电池中存有的电量驱动车辆到达最近的设置有非车载加热装置的站点。从而避免适用车载加热装置加热导致车辆启动失败。

实施例7

实施例6在车辆接入非车载加热装置加热时，若动力电池存在剩余电量，或者加热至燃料电池启动时，则车辆可以被驱动。此时，驾驶员可能出现在加热过程中将车辆驶离的误操作，可能对车辆和非车载加热装置造成损坏。

因此，实施例7在实施例6的基础上增加了：当接入所述非车载加热装置进行加热时，控制所述交通设备的动力系统停止工作。实践中，一种可行的方案是，当检测到车辆与外接车载加热装置接通时，合金储氢装置控制器发送禁止电机启动的指令。

实施例8

实施例6中还存在一种极端情形，即，动力电池的电量不足以支持车辆行驶到设置有非车载加热装置的站点。为了避免该情形的发生，可以预先对动力电池电量能够驱动车辆行驶的距离和车辆与设置有非车载加热装置的站点的距离进行判断。

因此，实施例8在实施例6的基础上，在提示接入所述合金储氢系统的非车载加热装置后：根据动力电池电量计算所述交通设备能够行驶的距离；判断所述距离内是否存在设置有非车载加热装置的站点；若没有，则通过显示模块显示需要救援车。

对于确定型号的合金储氢燃料电池汽车，不同动力电池电量能够行驶的距离是确定的。判断所述距离内是否存在设置有非车载加热装置的站点，以及在没有时，通过显示模块显示需要救援车均属于现有技术能够实现的内容，不再赘述。

实施例9

实施例3中，根据合金储氢装置当前温度和当前氢气量确定允许功率。但是，由于所测得的当前的温度和当前的氢气量相较于实际的当前的温度和当前的氢气量存在一定的滞后，因此，所确定的允许功率相较于实际允许功率存在一定的滞后。相比之下，低压侧氢气压力的反馈要比当前温度和当前氢气量的反馈更加灵敏。低压侧氢气压力与允许功率之间通过如下方式调节：当低压侧氢气压力增加时，增加允许功率；当低压侧压力降低时，降低允许功率。具体调节方式采用比例积分微分算法，使得允许功率尽量接近实际允许功率。低压侧氢气压力对于允许功率的调节可以看做对于允许功率的修正。

因此，实施例9在实施例3的基础上增加：根据所述当前温度和所述当前氢气量确定初始的允许功率；实时检测低压侧氢气压力；所述低压侧氢气压力为所述燃料电池系统的氢气进口处的氢气压力；根据实时检测的低压侧氢气压力的变化量通过比例积分微分算法修正所述初始允许功率。

实施例10

图5为交通设备的结构图示意图，以合金储氢燃料电池汽车为例，结合实施例10对图5加以说明。

实施例10提供了一种合金储氢燃料电池汽车，包括：合金储氢系统、燃料电池系统和控制系统。

其中，控制系统(图中未示出)用于执行实施例1-9中任意一项所述的方法。

合金储氢系统包括合金储氢装置1、加热装置、温度传感器3，温度传感器3设置在合金储氢装置1上。具体的，温度传感器3设置在合金储氢装置1的壳体上，温度探头则位于合金储氢装置1的内侧。

燃料电池系统包括氢燃料电池装置2。

加热装置包括加热器4、换热器5、第一循环水泵6、第一循环管道a1，第一循环管道a1连通合金储氢装置1的进液口10和出液口11，第一循环管道a1上设置有第一循环水泵6、加热器4，换热器5的一端设置在第一循环管道a1上。

氢燃料电池装置2的进液口12和出液口13之间通过第二循环管道a2连通，第二循环管道a2上设置有第二循环水泵。第二循环水泵设置在位于氢燃料电池装置2内部的第二循环管道a2上，因此图中未示出。换热器5的另一端设置在第二循环管道a2上。

合金储氢系统与燃料电池系统通过供氢管道a3连通，供氢管道a3上设置有减压阀7。

合金储氢装置1通过供氢管道a3向氢燃料电池装置2提供氢气。在加热器4工作时，第一循环管道a1将加热器产生的热量传输给合金储氢装置1。在氢燃料电池装置2工作时，燃料电池产生的废热经过第二循环管道a2由换热器5交换至第一循环管道a1，并经第一循环管道a1传输给合金储氢装置1。

实施例11

在实施例10的基础上，可以在供氢管道a3上设置低压侧压力传感器9，低压侧压力传感器9位于减压阀7和氢燃料电池装置2之间。在供氢管道a3上还与减压阀7并联地设置有高压通中压电磁阀8。

低压侧压力传感器9被用来收集低压侧压力。多数情况下合金储氢装置所释放氢气压力高于燃料电池正常工作条件下的氢气压力，因此，需要减压阀将其释放的氢气压力降至符合燃料电池正常工作条件下的氢气压力。当合金储氢装置温度和/或氢气量较低时，其所释放的氢气压力较低，可能刚好符合燃料电池正常工作条件下的氢气压力。此时，高压通中压电磁阀8完全导通，氢气可以直接经高压通中压电磁阀8到达氢燃料电池装置2。该压力条件下的氢气不通过减压阀7，能够更好地保证输入氢燃料电池装置2的氢气的压力和需求量。

本申请所提到的运行控制方法在具体实施时需要控制模块执行。以上实施方式和实施例中，实现上述功能的控制模块集成在合金储氢系统中，由合金储氢系统实现。实践中，由于合金储氢系统与燃料电池系统同为合金储氢燃料电池汽车的两大控制系统，也可将实现上述功能的模块集成在燃料电池控制系统中。此外，还可以将实现上述功能的控制模块集成在其他系统中。但是，由于系统本身被定义为由相互联系、相互作用的若干组成部分组合而成的，具有特定功能的有机整体，因此，根据不同的特定功能，同样的装置和模块可能被划分进不同的系统中，各装置或模块所设置的位置不是确定其所属系统的标准。即便前述控制模块被集成到燃料电池控制系统中的控制器上，在本申请中，也可以根据其实际实现的功能将其划分到合金储氢燃料系统中。

此外，根据本申请所公开的技术问题产生的原因和解决该技术问题的技术手段，所有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，都可能出现本申请提到的技术问题、可以通过本申请提到的技术手段解决该技术问题。这与交通设备的外形、具体用途无关。以合金储氢燃料电池汽车为例进行说明，足以涵盖所有通过合金储氢系统输出的氢气经燃料电池系统产生电能交通设备。

最后应说明的是：本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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、光学存储器等上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照本申请的运行控制方法流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图中的每一流程以及流程图中流程的结合。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中指定的功能的装置。

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装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能。

以上所述，仅为本发明的几种典型实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思，熟悉本技术领域的技术人员可以对合金储氢装置当前温度、当前氢气量的获取方法，每次获取氢气量、温度的间隔时长，加热装置的功率、连接方式等进行替换或改变。上述替换或改变通常出于满足不同地域的环境条件以及调控交通工具运行过程中启动阶段的时长等目的，不影响运行控制方法中控制步骤的实现，都应涵盖在本发明的保护范围之内。