基于公式的冷却系统控制策略/方法与流程

本公开涉及用于基于燃料电池电路的多个致动器(actuator)的前馈和反馈控制来控制流过燃料电池电路的燃料电池堆(fuelcellstack)的流体(fluid)的温度的系统和方法。

背景技术：

随着对保护自然资源和减小污染的推动发展，已发现了各种构思来实现这样的目标。这些构思的范围从收获基于风和太阳的能量到车辆设计的各种改进。车辆改进包括被设计为改进燃料经济性的新发动机(engine)、使用发动机和马达-发电机(motor-generator)的组合进行操作以进一步改进燃料经济性的混合型车辆、基于蓄电池(battery)中存储的电力操作的完全电动车辆，以及通过促进化学反应来生成电的燃料电池车辆。

许多燃料电池车辆包括燃料电池堆，该燃料电池堆包括多个燃料电池。燃料电池可以接收燃料，其通常包括氢气，连同氧气或另一氧化剂。燃料电池堆可以促进氢气和氧气之间的化学反应。这种化学反应生成电和作为副产物的水。由燃料电池堆生成的电可以存储在蓄电池中或直接提供给马达-发电机以生成机械动力来推进车辆。虽然燃料电池车辆是汽车产业中令人兴奋的发展，但是该技术相对新，从而为该技术的改进提供了空间。

期望燃料电池在预定的温度范围内操作。如果温度太低，那么由燃料电池输出的电力同样可能相对低。如果温度太高，那么燃料电池可能变干(dryout)，从而损坏或破坏燃料电池。

因此，本领域中需要用于准确地控制车辆中使用的燃料电池堆的温度的系统和方法。

技术实现要素：

本文描述的是用于加热或冷却车辆的燃料电池电路的系统。所述系统包括燃料电池堆，该燃料电池堆具有多个燃料电池并且被设计为接收流体和加热流体。所述系统还包括温度传感器，该温度传感器被设计为检测流体的流体温度。所述系统还包括泵，该泵被设计为泵送流体通过燃料电池电路。所述系统还包括电子控制单元(ecu)，该电子控制单元(ecu)耦合到温度传感器和泵。ecu被设计为基于流体的流体温度确定温度控制信号。ecu还被设计为基于温度控制信号来计算通过燃料电池堆的流体的期望的质量流率(massflowrate)。ecu还被设计为基于通过燃料电池堆的流体的期望的质量流率来计算泵的期望的泵速度。ecu还被设计为控制泵以期望的泵速度泵送流体，以增加或降低流体的流体温度。

还描述了用于加热或冷却车辆的燃料电池电路的系统。所述系统包括燃料电池堆，该燃料电池堆具有多个燃料电池并且被设计为接收流体和加热流体。所述系统还包括温度传感器，该温度传感器被设计为检测流体的流体温度。所述系统还包括散热器，该散热器被设计为从流体中的至少一些移除热能。所述系统还包括风扇，该风扇被设计为迫使气体朝着散热器，以增加从流体到气体的热传递。所述系统还包括电子控制单元(ecu)，该电子控制单元(ecu)耦合到温度传感器和泵。ecu被设计为基于流体的流体温度确定温度控制信号。ecu还被设计为基于温度控制信号计算要由风扇从散热器移除的热能的期望量。ecu还被设计为基于要由风扇从散热器移除的热能的期望量来计算风扇的期望的风扇速度，以实现要由风扇从散热器移除的热能的期望量。ecu还被设计为控制风扇以期望的风扇速度操作。

还描述了用于加热或冷却车辆的燃料电池电路的方法。所述方法包括由具有多个燃料电池的燃料电池堆接收和加热流体。所述方法还包括由温度传感器检测流体的流体温度。所述方法还包括由电子控制单元(ecu)基于流体的流体温度确定温度控制信号。所述方法还包括由ecu基于温度控制信号计算对应于由燃料电池电路的散热器接收的流体的流与通过散热器和通过绕过散热器的旁通(bypass)支路的流体的总流的期望百分比的期望的流体比率。所述方法还包括由ecu基于期望的流体比率确定三通阀的期望的阀位置。所述方法还包括由ecu控制三通阀具有期望的阀位置，使得三通阀实现期望的流体比率。

附图说明

本发明的其它系统、方法、特征和优点在以下附图和详细描述的研究上对于本领域普通技术人员将是或将变得清楚。意图所有这样的附加系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内，本发明的范围内，并受所附权利要求保护。附图中所示出的组件不一定按比例绘制，并且可能被夸大以更好地图示本发明的重要特征。在附图中，同样的附图标记贯穿不同的示图指明同样的部分，其中：

图1是图示根据本发明的实施例的、具有能够基于化学反应生成电的燃料电池电路的车辆的各种组件的框图；

图2是图示根据本发明的实施例的、图1的燃料电池电路的各种特征的框图；

图3是图示根据本发明的实施例的、用于增加或降低燃料电池电路中的流体的温度的图1的车辆的电子控制单元(ecu)的各种逻辑组件的框图；

图4是图示根据本发明的实施例的、用于确定燃料电池电路的期望的温度变化率以便使流体的温度达到流体的期望温度的方法的流程图；

图5是图示根据本发明的实施例的、图4的方法的示例性实现的曲线图；

图6图示了根据本发明的实施例的、将目标燃料电池出口温度映射到温度差分(differential)的查找表；

图7是图示根据本发明的实施例的、使用与图4的方法类似的方法控制的燃料电池电路的流体的请求的和实际的温度的曲线图；

图8a和8b是图示根据本发明的实施例的、对燃料电池电路的一个或多个致动器进行前馈控制以加热或冷却燃料电池电路的方法的流程图；

图9a和9b是图示根据本发明的实施例的、用于估计可用于控制燃料电池电路的一个或多个致动器的参数的方法的流程图；

图10是图示根据本发明的实施例的、由图9a和9b的方法使用以估计参数的燃料电池电路的模型的框图；

图11是图示根据本发明的实施例的燃料电池电路的示例性分流元件的框图；

图12a和12b是图示根据本发明的实施例的、用于燃料电池电路的基于反馈的加热或冷却的方法的流程图；

图13是图示根据本发明的实施例的、用于燃料电池电路的三通阀的基于反馈的控制的三通阀控制器的框图；

图14是图示根据本发明的实施例的、用于燃料电池电路的泵的基于反馈的控制的泵控制器的框图；

图15a和15b是图示根据本发明的实施例的、用于校正用于控制燃料电池电路的致动器的估计参数的方法的流程图；以及

图16是图示根据本发明的实施例的、用于校正用于控制燃料电池电路的风扇的估计参数的估计参数控制器的框图。

具体实施方式

本公开描述了用于加热和冷却燃料电池电路的燃料电池的系统和方法。特别地，本公开描述了用于致动器的前馈控制以增加或降低燃料电池电路内的流体的流体温度的系统和方法。所述系统有利地包括多个致动器，该多个致动器的包括有助于流体温度的相对精细的调谐。基于建模的温度和压力值来控制致动器，该温度和压力值近实时地被有益更新，从而相对于具有延迟读取的传感器提供更高准确度的益处。此外，使用建模的温度和压力值减小了燃料电池电路的成本，因为需要较少的传感器硬件来进行准确的温度控制。

示例性系统包括具有接收流体的多个燃料电池的燃料电池堆。所述系统还包括检测流体温度的温度传感器。所述系统还包括泵送流体的泵、冷却流体的散热器、增加散热器冷却的散热器风扇、以及引导流体通过或者散热器或者绕过散热器的旁通支路的三通阀。所述系统还包括电子控制单元(ecu)，该电子控制单元(ecu)接收检测到的流体温度并且基于检测到的流体温度确定温度控制信号。ecu还计算沿着燃料电池电路的各个位置处的压力、温度和其它值，并且基于流体温度和计算出的值控制致动器。

转到图1，车辆100包括用于控制车辆的燃料电池的温度的系统101的组件。特别地，车辆100和系统101包括ecu102、存储器104、速度传感器106和温度传感器108。车辆100还包括动力源110，该动力源110可以包括发动机112、马达-发电机114、蓄电池116或燃料电池电路118中的至少一个。

ecu102可以耦合到车辆100的组件中的每一个，并且可以包括可以专门设计用于汽车系统的一个或多个处理器或控制器。ecu102的功能可以在单个ecu中或在多个ecu中实现。ecu102可以从车辆100的组件接收数据、可以基于接收到的数据做出确定、并且可以基于确定来控制组件的操作。

在一些实施例中，车辆100可以是完全自主的或半自主的。在这方面，ecu102可以从起始位置到目的地控制车辆100的各个方面(诸如转向、制动、加速等)以操纵车辆100。

存储器104可以包括本领域中已知的任何非暂时性存储器。在这方面，存储器104可以存储ecu102可使用的机器可读指令，并且可以存储ecu102所请求的其它数据。

速度传感器106可以是能够检测可用于确定车辆100的速度的数据的任何速度传感器。例如，速度传感器128可以包括gps传感器或imu传感器。速度传感器128可以还或替代地包括被配置为检测发动机或车辆100的车轮的角速度的角速度传感器、速度计等。

温度传感器108可以包括能够检测可用于确定车辆100的一部分内或车辆100外部的环境温度的数据的一个或多个温度传感器。例如，温度传感器108可以包括热电偶、温度计、红外温度传感器、热敏电阻等。

发动机112可以将燃料转换成机械动力。在这方面，发动机112可以是汽油发动机、柴油发动机等。

蓄电池116可以存储电能。在一些实施例中，蓄电池116可以包括任何一个或多个能量存储设备(包括蓄电池、飞轮、超级电容器、热存储设备等)。

燃料电池电路118可以包括促进化学反应以生成电能的多个燃料电池。在这方面，由燃料电池电路118生成的电能可以存储在蓄电池116中。在一些实施例中，车辆100可以包括多个燃料电池电路(包括燃料电池电路118)。

马达-发电机114可以将存储在蓄电池中的电能(或直接从燃料电池电路118接收的电能)转换成可用于推进车辆100的机械动力。马达-发电机114还可以将从车辆100的车轮或发动机112接收的机械动力转换成电，其可以作为能量存储在蓄电池116中和/或由车辆100的其它组件使用。在一些实施例中，马达-发电机114可以还或替代地包括涡轮机或能够生成推力的其它设备。

车辆100的车身可以包括位于车辆前部的格栅120。格栅120可以接收气流122。气流122的速度可以直接与车辆100的速度对应。例如，如果在车辆100外部存在5英里每小时(mph)的逆风，并且车辆以50mph行进，那么气流122的速度将是近似55mph。

现在转到图2，图示了燃料电池电路118的附加细节。燃料电池电路118包括具有多个燃料电池的燃料电池堆200。燃料电池可以各自促进化学反应以生成电。反应可以生成热。此外，流体可以流过燃料电池堆200并且可以将热的至少一些从燃料电池堆200传递走。在这方面，燃料电池堆200可以包括用于接收流体的入口228和流体通过其离开燃料电池堆200的出口230。

可能期望燃料电池堆200在预定温度范围内操作。例如，可能期望燃料电池堆200的燃料电池在50摄氏度(50℃，122华氏度(122°f))和80℃(176°f)之间操作。

燃料电池堆200在相对高的温度下(即，当温度更接近80℃而不是50℃时)可以生成更多的电能。然而，当在这些相对高的温度下操作时，燃料电池堆200可能不期望地失去水分(即，可能变干)。在这方面，可能期望燃料电池堆200在请求相对大量的电能时更接近80℃操作，并且在请求相对小量的电能时更接近50℃操作。燃料电池电路118包括用于增加或降低燃料电池堆200的温度的各种特征。

燃料电池电路118还可以包括中间冷却器202。中间冷却器202可以与燃料电池堆200并行地定向。中间冷却器202可以接收热气流203(即，具有比中间冷却器202内的流体的温度大的温度的气流)并且可以将热从热气流203传递到流体。因而，燃料电池堆200和中间冷却器202可以被认为是燃料电池电路118的加热元件，因为它们都增加了流体的温度。如箭头205所示，燃料电池电路118内的所有流体最终流过燃料电池堆200和中间冷却器202的组合。

燃料电池电路118还可以包括三通阀204。燃料电池电路118还可以包括一个或多个散热器210，连同绕过一个或多个散热器210的旁通(bypass)支路206。三通阀204可以基于三通阀204的阀位置在散热器210和旁通支路206之间分割(divide)流体。三通阀204可以具有多个阀位置，每个阀位置在旁通支路206和散热器210之间以不同的比率分割流。

例如，三通阀204可以具有第一位置，其中百分之80(80％)的流体流过旁通支路206(如箭头207所示)，并且20％的流体流过散热器210(如箭头209所示)。三通阀204还可以具有第二位置，其中70％的流体流过旁通支路206，并且30％的流体流过散热器210。三通阀204可以具有多个离散的阀位置或者可以具有无限连续的阀位置(即，可以引导0％和100％之间的任何值的流体通过旁通支路206或辐射器210中的每一个)。

流过旁通支路206的流体可以避开散热器210，从而允许流体内的大部分热保留在流体中。离子发生器208可以接收流过旁通支路206的流体中的一些。离子发生器208可以用作离子交换器并且可以从流体移除离子以减小导电性。在这方面，离子发生器可以被称为去离子器。

散热器210可以将热从流体传递到在散热器210上方或经过散热器210流动的气体(诸如空气)。在这方面，散热器210可以被称为燃料电池电路118的冷却元件。

在一些实施例中，散热器210可以包括主散热器212和两个辅助散热器214、216。风扇218可以以将气体219的流引导在散热器210上方的这样的方式定向。在一些实施例中，风扇218可以仅将气体219的流引导在主散热器212上方。主散热器212具有流体流入主散热器212的流体入口232和流体流出主散热器212的流体出口234。主散热器212还可以包括接收来自风扇218的气体219(即，气流)的空气入口236以及气流离开主散热器212的空气出口238。

简要地参考图1和2，散热器210中的一个或多个还可以接收经由车辆100的格栅120接收的气流122。如上面所提到的，气流122的速度与车辆100的速度对应。随着车辆100的速度增加，气流122的速度进一步增加，从而增加了热从流体的传递。

返回参考图2，燃料电池电路118还可以包括泵220。泵220可以包括能够迫使流体通过燃料电池电路118的任何泵。例如，泵220可以包括液压泵、隔膜泵、活塞泵、旋转齿轮泵等。

燃料电池电路118还可以包括贮存器240。贮存器可以包括存储诸如冷却剂的流体的体积。流体可以从贮存器240提供给燃料电池电路118。在一些实施例中，贮存器240可以包括端口，车辆的使用者可以通过该端口将流体提供给贮存器240。

燃料电池电路118还可以包括两个温度传感器(包括第一温度传感器224和第二温度传感器226)。第一温度传感器224可以检测在出口230处离开燃料电池堆200的流体的温度。第二温度传感器226可以检测离开散热器210的组合流体的温度。在一些实施例中，可以使用更多或更少的温度传感器，并且温度传感器可以定位在附加的或替代的位置。

再次参考图1和2，ecu102可以基于接收到的车辆100的电力请求来确定燃料电池堆200的目标温度。如上所述，可能期望燃料电池堆200的温度在从燃料电池堆200请求相对大量的电力时增加。这是因为增加的温度与燃料电池堆200的增加的电力输出对应。同样，可能期望燃料电池堆200的温度在从燃料电池堆200请求相对小量的电力时降低以便保持燃料电池堆200中的水分。

ecu102还可以从第一温度传感器224和第二温度传感器226接收检测到的温度。然后，ecu102可以控制燃料电池电路118的致动器(三通阀204、风扇218和泵220)，以使燃料电池堆200的温度(诸如出口230处流体的温度)增加或降低。ecu102可以基于目标温度和检测到的温度使温度朝着目标温度增加或降低。

三通阀204可以用于通过引导更多的流体通过旁通支路206或通过散热器210来调整流体的温度。例如，如果三通阀204增加通过旁通支路206的流体的流，那么流体的整体温度可以增加，因为它被引导回到加热元件而没有显著的热损失。类似地，如果三通阀204增加通过散热器210的流体的流，那么流体的整体温度可以降低，因为更多的流体被引导通过散热器210，在那里热能可以从流体移除。

风扇218同样可以用于通过增加或降低主散热器212上方的气体219的流来调整流体的温度。例如，如果风扇218的速度增加(导致更大量的气体219在主散热器212上方流动)，那么，随着较多的热能从流体中传递出来，流体的温度可以降低。类似地，如果风扇218的速度降低，那么，随着较少的热能从流体传递出来，流体的温度可以增加。

泵220还可以用于通过增加或降低通过燃料电池电路118的流体的诸如质量流率(massflowrate)的流率来间接地调整流体的温度。随着流率增加，流体和各种组件之间的热传递增加，这可以导致基于多少流体流过旁通支路206或散热器210以及基于燃料电池堆200的温度的温度的增加或降低。因此，流体的温度可以与流体的流率对应。

现在参考图2和3，ecu102可以包括控制燃料电池电路118的温度的温度控制系统303。温度控制系统303可以使用ecu102的专门指定的硬件来实现，或者可以使用ecu102的通用硬件来实现。

温度控制系统303可以包括上层控制器300、状态中介器(mediator)304、状态管控器(governor)308、前馈控制312、反馈控制316、状态估计器320、观察器322和致动器控制330。温度控制系统303可以接收输入(诸如电力请求301)，并且可以生成输出(诸如致动器控制信号334)。

上层控制器300可以接收电力请求301。然后，上层控制器300可以基于电力请求301识别燃料电池堆200的目标温度。例如，如果电力请求相对大，那么上层控制器300可以将目标温度设置为相对高，诸如75℃(167°f)。同样，如果电力请求相对小，那么上层控制器300可以将目标温度设置为相对低，诸如55℃(131°f)。然后，上层控制器300可以输出未经过滤的目标燃料电池温度302。

状态中介器304可以接收未经过滤的目标燃料电池温度302。状态中介器304可以过滤接收到的信号并输出目标燃料电池温度306。状态中介器304可以出于各种原因过滤未经过滤的目标燃料电池温度302。例如，过滤可以移除信号上的噪声，可以用作带通过滤器以确保目标燃料电池温度306在安全的温度范围内等。安全的温度范围可以与温度不太可能损坏燃料电池电路118的组件(即，诸如因过热或变干)并且燃料电池电路118能够生成电力的温度范围对应。

状态管控器308可以接收目标燃料电池温度306。状态管控器308一般可以指示燃料电池电路118中的流体的温度应当多快地响应温度变化请求(即，温度应当多快地增加或降低)。状态管控器308可以输出与流体(诸如燃料电池堆200的入口228或出口230处)的期望的温度变化率对应的温度变化率310。例如，温度变化率310可以以每秒的度数(例如，℃)来测量。

状态估计器320可以接收包括传感器值326和当前的致动器位置328(或命令的致动器位置)的输入，并且可以估计燃料电池电路118的各个位置处的状况。传感器值可以包括例如从第一温度传感器224和第二温度传感器226检测到的温度。可以从致动器332自身(泵220、三通阀204和风扇218)或从致动器控制信号334接收致动器位置328。

燃料电池电路118包括相对少的传感器。附加数据是期望的，以便提供致动器332的最佳控制。在这方面，状态估计器320可以基于传感器值326和致动器位置328来计算或预测附加数据(即，当前状况)。例如，状态估计器320可以计算或预测其中不存在温度传感器的燃料电池电路118的位置处的温度。作为另一个示例，状态估计器320可以计算或预测燃料电池电路118的各个位置处的流体的压力。作为又另一个示例，状态估计器320还可以计算或预测由燃料电池电路118的各种元件添加到流体或从流体减去的热的量。状态估计器320可以输出与燃料电池电路118的当前状况对应的计算或预测的值324。

前馈控制312可以从状态管控器308接收温度变化率310连同从状态估计器320接收计算或预测的值324。在一些实施例中，前馈控制312还可以从温度传感器接收检测到的温度。前馈控制312可以确定致动器332的期望位置，以实现燃料电池电路118的流体的期望的温度变化率310。前馈控制312可以基于接收到的温度变化率310和计算或预测的值324来确定这些期望位置。前馈控制312可以输出与所确定的致动器332的期望位置对应的前馈控制信号314。

反馈控制316还可以从状态管控器308接收温度变化率310连同从状态估计器320接收计算或预测的值324。在一些实施例中，反馈控制316还可以从温度传感器接收检测到的温度。反馈控制316可以识别致动器332是否正在实现期望的温度变化率310。反馈控制316还可以生成反馈控制信号318，该反馈控制信号318与为了缩小测量的温度变化率与期望的温度变化率310之间的差距而对致动器332的调整对应。

观察器322可以作为对散热器210的反馈控制来操作。在这方面，观察器可以确定散热器210的出口227处的检测到的温度与出口227处的估计的温度(如由状态估计器320确定)之间的差。然后，观察器322可以改变由状态估计器320确定的值，以使估计的温度在值上更接近检测到的温度。

致动器控制330可以接收前馈控制信号314和反馈控制信号318，并基于前馈控制信号314和反馈控制信号318的组合生成致动器控制信号338。致动器控制信号334中的一个或多个可以被发送到致动器332中的每一个。例如，致动器控制信号334可以包括控制三通阀204的阀位置的第一信号、控制风扇218的风扇速度的第二信号、以及控制泵220的泵速度的第三信号。在一些实施例中，致动器控制330可以通过将前馈控制信号314和反馈控制信号318相加来生成致动器控制信号334。

现在参考图4，示出了用于确定燃料电池电路(诸如图2的燃料电池电路118)的期望的温度变化率的方法400。方法400可以由状态管控器(诸如图3的状态管控器308)执行。

在方框402中，燃料电池电路的一个或多个温度传感器可以检测与燃料电池电路内的流体的温度对应的当前温度。例如，第一温度传感器224可以检测燃料电池堆200的出口230处的流体的温度，并且第二温度传感器226可以检测散热器的出口227处的流体的温度。

在方框404中，车辆的ecu可以估计或计算与燃料电池电路对应的附加值。例如，图3的状态估计器320可以基于检测到的温度和当前致动器位置来估计或计算值。附加值可以包括，例如，除温度传感器的位置外的位置处的燃料电池电路的温度、沿着燃料电池电路的各个位置处的压力等。

在方框406中，如果车辆或燃料电池堆从冷起动预热(即，诸如当车辆最初发动时)，那么ecu可以确定燃料电池入口温度命令值。ecu可以基于在方框402中检测到的温度和在方框404中计算的值来确定目标燃料电池入口温度。例如，可以使用下面的公式1来确定目标燃料电池入口温度。

公式1：

在公式1中，与目标燃料电池入口温度对应。与目标燃料电池出口温度对应，它被设置为等于预热期间检测到的燃料电池堆的燃料电池出口温度。与燃料电池入口温度和燃料电池出口温度之间的目标温度差对应，并且由上层控制器确定。与在公式1的前一次计算期间确定的目标燃料电池入口温度对应。与最终目标燃料电池入口温度对应，它是入口处的流体的最终期望的操作温度。

在燃料电池电路已预热之后，最终目标燃料电池入口温度保持相对恒定，因此在燃料电池电路的操作期间是稳定的(即，不变的)值。换句话说，在初始预热之后的整个车辆操作中，最终目标燃料电池入口温度保持相对不变。

简要地参考图5，曲线图500图示了由ecu实现的公式1以设置目标燃料电池入口温度。特别地，曲线图500图示了当前燃料电池出口温度502、目标燃料电池出口温度504、当前燃料电池入口温度506和目标燃料电池入口温度508。曲线图500还图示了燃料电池入口温度与燃料电池出口温度之间的目标温度差510，以及当前温度差512。

在初始预热的第一段514期间，目标燃料电池入口温度508与当前燃料电池出口温度502同时增加。目标燃料电池入口温度508被计算为当前燃料电池出口温度502与目标温度差510之间的差。

在第二段516的开始，上层控制器已增加目标温度差510。因为目标燃料电池入口温度508被计算为当前燃料电池出口温度502与目标温度差510之间的差，所以目标燃料电池入口温度508在一段时间518内保持恒定，直到当前温度差512等于目标温度差510。当当前温度差512等于或超过目标温度差510时，目标燃料电池入口温度508再次开始增加。

在预热的第三段520的开始，目标温度差510降低。因而，目标燃料电池入口温度508增加，以再次等于当前燃料电池出口温度502与减小的目标温度差510之间的差。

通过将目标燃料电池入口温度508设置为等于最终目标燃料电池入口温度或计算出的值的最小值，公式1确保目标燃料电池入口温度508不超过最终目标燃料电池入口温度。

现在参考图4和5并且在方框408中，ecu可以控制燃料电池电路的一个或多个致动器增加流体的温度，以使当前燃料电池入口温度等于目标燃料电池入口温度。例如，ecu可以控制三通阀、散热器风扇或泵中的一个或多个，以增加流体的温度。如曲线图500中所示，当前燃料电池入口温度506在整个预热期间保持与目标燃料电池入口温度508相对类似。

返回参考图4，ecu在方框410中可以接收或计算目标燃料电池出口温度。目标燃料电池出口温度可以与燃料电池堆的出口处的流体的期望温度对应，并且可以由ecu的上层控制器或状态中介器中的一个或多个确定。如所示的，ecu在初始预热期间可以使用目标燃料电池入口温度来控制燃料电池电路的流体的温度，并且在初始预热之后的正常操作期间可以使用目标燃料电池出口温度来控制燃料电池电路的流体的温度。

在方框412中，ecu可以计算温度差分。温度差分可以与目标燃料电池出口温度和当前燃料电池出口温度之间的差对应。

在方框414中，ecu可以确定温度变化率。温度变化率可以与特定位置处(诸如燃料电池堆的出口处)流体的温度的期望增加或降低率对应。温度变化率可以表示为dt/dt(“t”表示温度，并且“t”表示时间)，并且可以具有每秒度数的单位(诸如℃/秒)。

ecu可以基于从上层控制器接收的目标燃料电池出口温度、在方框412中计算出的温度差分以及保存能量的期望来确定温度变化率。例如，如果温度差分相对低，那么可能期望使用相对少的能量来预热燃料电池堆，以便增加车辆的能量效率。

在一些实施例中，ecu可以通过将目标燃料电池出口温度和温度差分与存储在存储器中的查找表进行比较来确定温度变化率。

现在参考图6，示出了示例性查找表600。查找表600的y轴与目标燃料电池出口温度对应，并且x轴与温度差分对应。负温度差分指示期望当前燃料电池出口温度降低，并且正温度差分指示期望当前燃料电池出口温度增加。同样，负温度变化率与降低温度率对应，并且正温度变化率与增加温度率对应。

如所示的，查找表600包括多个区域。这些区域包括快速温度降低区域602、减小的能量温度降低区域604、误差校正区域606、减小的能量温度增加区域610和快速温度增加区域610。快速温度降低区域602和快速温度增加区域612各自与相对高的温度变化率对应。

可以基于系统的能力来选择相对高的温度变化率。例如，快速温度降低区域602可以具有每秒1℃的温度变化率，这可以是燃料电池电路能够实现的最大温度降低率。同样，快速温度增加区域612可以具有每秒4.3℃的最大温度变化率，这可以是燃料电池电路能够实现的最大温度增加率。

当要显著降低燃料电池出口温度时，快速温度降低区域602中的温度变化率可能是期望的。在这方面，快速温度降低区域602中相对高的温度降低率可以减小燃料电池堆变干的可能性。同样，当要显著增加燃料电池出口温度时，快速温度增加区域610中的温度变化率可能是期望的。在这方面，快速温度增加区域610中相对高的温度增加率可以允许燃料电池堆在接收到相对大的电力请求时提供相对大量的电力。

相对高的温度变化率可能相对低能效，因此对于相对小的温度变化可能是不期望的。在这方面，减小的能量变化率可以与相对能量高效的温度增加和降低率对应。因而，减小的能量变化率可以小于相对高的温度变化率，但是还可以比相对高的温度变化率更能量高效。

误差校正变化率可以小于减小的能量变化率，并且可以比减小的能量变化率更能量高效。在这方面，可以利用误差校正变化率来校正目标燃料电池出口温度和实际燃料电池出口温度之间的相对小的差。

返回参考图4，ecu可以基于在方框414中确定的温度变化率来控制燃料电池电路的一个或多个致动器以增加或降低流体的温度。

现在参考图7，曲线图700图示了与车辆的电力请求对应的电力请求信号702。曲线图700还图示了当前燃料电池出口温度704和目标燃料电池出口温度706，连同当前燃料电池入口温度708和目标燃料电池入口温度710。如上所述并且如图7中所示，目标燃料电池入口温度710在整个车辆操作中保持恒定。在这方面，当前燃料电池入口温度708也保持相对恒定。

ecu可以基于先前确定的温度变化率来控制当前燃料电池出口温度。在第一时间窗口712期间，电力请求信号702为低，这与缺少电力请求对应。因而，目标燃料电池出口温度706在整个第一时间窗口712中保持在相对低的值，并且当前燃料电池出口温度704保持与目标燃料电池出口温度706相对相同。

在第二时间窗口714的开始，电力请求信号702增加到相对低的值，这与从燃料电池堆请求相对低量的能量对应。因而，目标燃料电池出口温度706增加相对小的量。因而，温度差分可以相对小，使得温度变化率落入减小的能量温度增加区域内，因为快速的温度增加是不必要的。因为ecu控制致动器以减小的能量温度变化率增加温度，所以当前燃料电池出口温度704可以在第二时间窗口714期间逐渐地增加。

在第三时间窗口716的开始，电力请求信号702增加到节气门全开(wot)电力请求，这与从燃料电池堆请求相对大量的能量对应。因而，目标燃料电池出口温度706增加相对大的量。结果，温度差分可以相对大，使得温度变化率落入快速温度增加区域内，以促进燃料电池堆的所请求的相对大量的能量。

因为ecu控制致动器以快速温度变化率增加温度，所以在第三时间窗口716的开始当前燃料电池出口温度704可以相对快速地增加。因而，当前燃料电池出口温度704可以相对快地达到目标燃料电池出口温度706。

在第四时间窗口718的开始，电力请求信号702降低到低电力请求，这与从燃料电池堆请求相对小量的能量对应。因而，目标燃料电池出口温度706降低相对大的量。与目标燃料电池出口温度706的这种快速降低对应的温度差分可以相对大，使得温度变化率落入快速温度降低区域内，以防止燃料电池堆的变干。因为ecu控制致动器以快速温度变化率降低温度，所以在第四时间窗口718的开始当前燃料电池出口温度704可以相对快速地降低。

在相对短的时间段720之后，ecu可以确定当前燃料电池出口温度704足够小，以至于不太可能发生燃料电池堆的变干。此外，由于降低的当前燃料电池出口温度704，温度差分在时间段720之后已降低。因此，温度变化率可以改变到减小的能量温度降低区域，以便保存能量。因此，在已经过时间段720之后，由于新减小的温度变化率，当前燃料电池出口温度704可以更多逐渐地降低。

现在参考图8a和8b，示出了用于燃料电池电路的一个或多个致动器的前馈控制以加热或冷却燃料电池电路的方法800。方法800可以例如通过ecu的前馈控制(诸如图3的ecu102的前馈控制312)来执行。

在方框802中，ecu可以确定温度变化率。可以使用类似于图4的方法400的方法来确定温度变化率。在一些实施例中，ecu可以还或替代地确定或接收与沿着燃料电池电路的各个位置处的期望压力对应的另一个温度控制信号等。

在方框806中，ecu可以计算与温度变化率对应的流体的期望的质量流率。ecu可以基于在方框802中确定的温度变化率以及在方框804中确定的估计或计算的值来计算期望的质量流率。例如，ecu可以使用类似于下面的公式2的公式计算期望的质量流率：

公式2：

在公式2中，表示通过燃料电池堆(诸如图2的燃料电池堆200)的流体的期望的质量流率，veq表示流体(包括冷却剂和水)和燃料电池堆的等效体积，并且是流体和燃料电池堆的物理特性。ρeq表示流体和燃料电池堆的等效密度，并且可以在方框804中从状态估计器接收。ceq表示燃料电池堆中的流体的等效比热，并且也可以在方框804中从状态估计器接收。表示在方框802中计算的温度变化率。qfc表示由燃料电池堆生成的热的量，并且可以在方框804中从状态估计器接收。c表示流体的比热，并且可以在方框804中从状态估计器接收。δt表示目标燃料电池入口温度与目标燃料电池出口温度之间的差并且可以从状态管控器(诸如图3的状态管控器308)或者在方框804中从状态估计器接收。ρ表示流体的密度，并且可以在方框804中从状态估计器接收。表示在燃料电池堆的入口处的流体的当前压力，并且表示在燃料电池堆的出口处的流体的当前压力，这两者可以在方框804中从状态估计器接收。

参考图2并如上所述，表示通过燃料电池堆200的流体的期望的质量流率。然而，由泵220输出的流体由燃料电池堆200和中间冷却器202两者接收。在这方面，期望ecu还计算通过泵220的流体的期望的质量流率(即，通过燃料电池堆200与中间冷却器202的质量流率的和)，其也称为总的期望质量流率。ecu可以利用状态估计器(诸如图3的状态估计器320)来计算通过泵220的总的期望质量流率。

返回参考图8a和8b，ecu可以基于在方框808中计算出的总的期望质量流率来确定泵的期望的泵速度。在一些实施例中，车辆的存储器可以存储将期望的质量流率映射到对应的泵速度的查找表。在这些实施例中，ecu可以将在方框806中计算出的期望的质量流率与查找表进行比较，并检索与期望的质量流率对应的泵速度。

在一些实施例中，ecu可以基于在方框806中计算出的总的期望质量流率与通过反馈控制(诸如图3的反馈控制316)计算出的对总的期望质量流率的调整的和来确定期望的泵速度。在这方面，期望的泵速度可以是总的期望质量流率、对总的期望质量流率的调整以及泵的出口与泵的入口之间的压力的差的函数。泵的出口与泵的入口之间的压力的差可以与燃料电池电路上的总压力降(pressuredrop)对应。ecu可以将该函数的结果与查找表进行比较，并基于比较从查找表中检索期望的泵速度。

在方框810中，ecu可以控制泵以在方框808中确定的期望的泵速度将流体泵送通过燃料电池电路。

在方框812中，ecu可以计算由三通阀(诸如图2的三通阀204)输出的流体的期望的流体分流比(fluidsplitratio)。简要地参考图2，期望的流体分流比可以与朝着散热器210引导的流体与被引导通过旁通支路206的流体的比率对应。在一些实施例中，期望的流体分流比可以表示由三通阀204输出的、朝着散热器210引导的总流体的百分比，或者可以表示由三通阀204输出的、被引导通过旁通支路206的总流体的百分比。

返回参考图8a和8b，ecu可以使用类似于下面的公式3的公式来计算期望的流体分流比。

公式3：

在公式3中，zff表示通过前馈控制计算出的期望的流体分流比，并且与由三通泵输出的、被引导通过散热器的总流体的百分比对应。tpumpin表示泵的入口的温度并且可以在方框804中由状态估计器计算。tbypass表示被引导通过旁通支路的流体的温度，其可以在将流体输出到旁通支路的三通阀的出口处计算，并且可以在方框804中由状态估计器计算。tradout与散热器的出口处的流体的温度对应，并且可以使用温度传感器(诸如图2的第二温度传感器226)来检测。

在方框814中，ecu可以基于在方框812中计算的期望的流体分流比来确定三通阀的期望的阀位置。在一些实施例中，车辆的存储器可以存储将期望的流体分流比映射到对应的阀位置的查找表。在这些实施例中，ecu可以将在方框812中计算出的期望的流体分流比与查找表进行比较，并检索与期望的流体分流比对应的期望的阀位置。

在一些实施例中，ecu可以基于在方框812中计算出的期望的流体分流比与由反馈控制计算出的对期望的流体分流比的调整的和来确定期望的阀位置。在这方面，期望的阀位置可以是期望的流体分流比和对期望的流体分流比的调整的函数。ecu可以将该函数的结果与查找表进行比较，并基于比较来检索期望的阀位置。

在方框816中，ecu可以控制三通阀具有在方框814中确定的期望的阀位置。

在方框818中，ecu可以计算要由燃料电池电路的散热器(包括主散热器和辅助散热器，诸如图2的主散热器216以及辅助散热器214和216)移除的热能(即，热)的期望量。ecu可以使用类似于下面的公式4的公式计算要由散热器移除的热能的期望量。

公式4：

在公式4中，表示要由燃料电池电路的所有散热器移除的热能(即，热)的期望量。veq表示流体(包括冷却剂和水)和燃料电池堆的等效体积，并且是流体和燃料电池堆的物理特性。ρeq表示流体和燃料电池堆的等效密度，并且可以在方框804中从状态估计器接收。ceq表示流体和燃料电池堆的等效比热，并且也可以在方框804中从状态估计器接收。表示在方框802中计算出的温度变化率。qfc表示由燃料电池堆生成的热的量(即，堆发热量)，并且可以在方框804中从状态估计器接收。qic表示由中间冷却器生成的热的量(即，中间冷却器发热量)，并且可以在方框804中从状态估计器接收。

在方框820中，ecu可以计算要由风扇从主散热器移除的热能的期望量。ecu可以使用在方框818中计算出的、要由所有散热器移除的热能的期望量来进行这个计算。ecu可以使用类似于下面的公式5的公式来计算要由风扇从主散热器移除的热能的期望量。

公式5：

在公式5中，表示要由风扇从主散热器移除的热能的期望量。表示在方框818中计算出的、要由所有散热器移除的热能的期望量。表示由第一辅助散热器耗散的热能的量，并且qradsub2表示由第二辅助散热器耗散的热能的量(即，热能的辅助量)。和qradsub2可以在方框804中从状态估计器接收，并且可以使用基于在辅助散热器上方流动的环境空气的速度和温度的公式来计算。表示由于环境空气(即，除由风扇生成的气流外的气流)而由主散热器耗散的热能的量。

因为风扇不将空气吹到辅助散热器上方，所以辅助散热器可以拒绝热进入通过车辆的格栅接收的气流中，该气流可以基于车辆的速度而变化。此外，主散热器可以接收通过格栅的气流，其可以影响的值。在这方面，qradsub2和的值可以基于经由格栅接收的气流的量(其基于车辆的速度)、气流的温度以及流过散热器中的每一个的流体的量。因此，ecu可以接收车辆速度并且可以基于接收到的车辆速度来计算qradsub2和的值。ecu还可以基于位于车辆中或车辆上的温度传感器来估计环境空气的温度。

在方框822中，ecu可以计算风扇的期望的风扇速度，以实现要由风扇从主散热器移除的热能的期望量。ecu可以使用类似于下面的公式6的公式来计算期望的风扇速度。

公式6：

在公式6中，表示散热器热传递系数。这个系数是流体的流率和通过散热器的空气的速度的函数，并且可以通过实验确定。可以使用这个系数(连同流体的当前流率)来求解风扇的角速度(即，风扇速度)，其与风扇的期望的电压电平对应。表示在方框820中计算出的、要由风扇从主散热器移除的热能的期望量。tradmain表示主散热器的流体入口处的流体的温度，并且可以在方框804中从状态估计器接收。tair_in表示主散热器的空气入口处的空气的温度，并且同样可以在方框804中从状态估计器接收。

在计算散热器热传递系数之后，ecu然后可以确定期望的风扇速度。ecu可以使用查找表确定期望的风扇速度。特别地，ecu可以将散热器热传递系数与查找表进行比较，并检索对应的期望的风扇速度。

在一些实施例中，ecu可以基于通过主散热器的入口的流体的体积流率和散热器热传递系数的函数来确定期望的风扇速度。在一些实施例中，ecu可以将该函数的结果与查找表进行比较，并基于比较来检索期望的风扇速度。

在方框824中，ecu可以确定要提供给风扇的期望的电力信号。期望的电力信号可以基于散热器热传递系数或期望的风扇速度中的一个或两个。例如，ecu可以将期望的风扇速度与查找表进行比较，并检索要提供给风扇的对应的期望的电力信号。在一些实施例中，期望的电力信号可以与具有特定电压的直流(dc)电力信号对应。在一些实施例中，期望的电力信号可以与具有特定均方根(rms)电压或特定占空比的交流(ac)电力信号对应。在这方面，期望的电力信号可以包括特定电压(dc或rms)或特定占空比中的一个或多个的电力信号。

在方框826中，ecu可以向风扇提供期望的电力信号，以使风扇以期望的速度操作，以以期望的空气速度将空气吹向主散热器。

在一些实施例中，ecu可以以与方框818至826中所示的方式不同的方式控制散热器的风扇。特别地，ecu可以将散热器出口温度(其与散热器的出口处的流体的温度对应)与目标燃料电池入口温度进行比较。例如，ecu可以确定散热器出口温度是否大于或等于目标燃料电池入口温度与阈值温度(诸如3℃、5℃、7℃等)的和。如果散热器出口温度大于或等于该和，那么ecu可以发起风扇开启事件。当散热器出口温度变得小于该和时，那么ecu可以取消风扇开启事件。ecu在风扇开启事件被初始化时可以控制风扇打开，并且在风扇开启事件被取消时控制风扇关断。

在一些实施例中，ecu可以锁存风扇开启事件。例如，ecu可以在发起风扇开启事件之后、取消风扇开启事件之前控制风扇开启事件保持在原位长达预定的时间段。该预定的时间段可以与足够的时间段对应，以减小风扇在“开”状态和“关”状态之间频繁地振荡足以激怒驾驶员的可能性。在这方面，锁存可以减小风扇在“开”和“关”之间振荡(这可能是不期望的)的可能性。

在一些实施例中，ecu可以通过基于ecu是正在发起风扇开启事件还是正在取消风扇开启事件调整阈值温度来锁存风扇开启事件。例如，ecu在发起风扇开启事件时可以将阈值温度设置为6℃，并且在取消风扇开启事件时可以将阈值温度设置为8℃。在这方面，ecu在温度达到第一值(诸如48℃)时可以发起风扇开启事件，并且在温度达到第二值(例如46℃)时可以取消风扇开启事件。

现在参考图9a和9b，示出了用于通过估计燃料电池电路的当前状况来加热或冷却燃料电池电路的方法900。该方法可以例如由ecu的状态估计器(诸如图3的ecu102的状态估计器320)执行。

在方框902中，可以创建并存储燃料电池电路的模型。该模型可以由燃料电池电路的设计者创建，并且可以存储在ecu可访问的车辆的存储器中。ecu可以使用燃料电池电路的模型来估计整个燃料电池电路的各种组件的各种温度、压力等。

简要地参考图10，示出了燃料电池电路(诸如图2的燃料电池电路118)的模型1000。模型1000可以包括主要组件1002的表示(由大方块表示)、连接主要组件1002的管道1004的表示(由小方块表示)、以及流体的流在其中被分成两个或更多个流的分流器1006的表示(由三角形表示)。

返回参考图9a和9b，ecu可以在方框904中接收多个输入。输入可以包括检测到的温度值(包括由温度传感器检测到的温度)连同致动器控制信号。致动器控制信号可以与致动器(包括泵、三通阀和散热器风扇)的命令的致动器值对应。

在方框906中，ecu可以确定与流体的期望温度对应的温度控制信号。例如，温度控制信号可以与由状态管控器确定的温度变化率对应。

在方框908中，ecu可以计算燃料电池电路的组件的流阻值，并且在方框910中，ecu可以计算通过燃料电池电路的组件的流体的质量流量(massflow)值。可以针对包括主要组件和管道的每个组件计算流阻值和质量流量值。

可以使用类似于下面的公式7的公式计算每个组件的流阻值。

公式7：

在公式7中，z表示流阻。fd与组件的darcy摩擦因子对应，其可以从与相关流型(诸如流是否是湍流、层流等)对应的实验相关性来计算，其可以由对应的reynolds数决定。darcy摩擦因子可以指示通过组件的摩擦损失的量。length表示组件的长度。lengthadd与调谐参数对应，该调谐参数可以在燃料电池电路的操作期间由ecu调整，或者由ecu的设计者调整，以增加对于流阻的计算的准确度。可以调整lengthadd参数，直到流阻曲线基本上等于经验曲线。d表示组件的水力直径，并且a表示组件的截面面积。ρ表示组件内的流体的密度。在公式7中，fd和ρ是可变参数，并且其余参数随时间保持恒定。

可以使用类似于上述公式2的公式计算给定组件的质量流量。

再次参考图10，由于质量守恒定律，通过串行相邻地连接的组件的流体的质量流量将是相同的。例如，燃料电池堆1008和管道1010串行连接。因此，流过燃料电池堆1008的所有流体随后将流过管道1010而不变得分离。在这方面，通过燃料电池堆1008的流体的质量流量将等于通过管道1010的流体的质量流量。类似地，通过中间冷却器1012的流体的质量流量将等于通过另一个管道1014的流体的质量流量。

当来自多个组件的流体诸如在汇合点1016处会合在一起时，在汇合点之后(即，通过后续组件，诸如管道1018)的质量流量将等于通过组件的质量流量的和。在这方面，通过管道1018的流体的质量流量将等于通过第一管道1010的质量流量与通过第二管道1014的质量流量的和。

然而，对于流体的流被划分(split)的位置(即，组件并行连接的位置)，质量流量的计算变得更有挑战性。例如并参考图10和11，图1100图示了示例性的流划分情况。图1100包括在分流器1108处被分成第一流路1104和第二流路1106的主流路1102。第一流路1104在与第二流路1106在汇合点1114处重新会合之前流过第一组件1110和第二组件1112。第二流路1106在与第一流路1104在汇合点1114处重新会合之前流过第三组件1116和第四组件1118。

图1100可以宽松地表示包括分流器1020(由分流器1108表示)、第一流路1022和第二流路1024的模型1000的一部分。第一流路1022包括两个管道1026、1028和主散热器1030，并且第二流路1024包括两个管道1032、1034和辅助散热器1036。如所示的，燃料电池电路的模型1000包括多个复合流划分和并行支路，其包括串行连接的多个组件。

当求解模型1000的质量流量和流阻时，一个或多个组件的流阻可以是已知的，并且对于至少一个组件(诸如泵1038)质量流量可以是已知的。因为对于一个组件质量流量是已知的，所以在到达分流器之前质量流量对于每个后续组件将保持相同。在这方面，通过另一个管道1040的流体的质量流量将等于通过泵1038的流体的质量流量。

当流体到达分流器时，可以执行附加的计算，以计算组件的组合的等效流阻以及通过每个支路的质量流量。主流路1102的质量流量可以是已知的(即，它可以被设置为等于通过先前的串行组件的质量流量)。同样，组件1110、1112、1116、1118的流阻可以是已知的。

为了计算等效流阻，可以使用下面的公式8和9。

公式8：zeqseries＝z1+z2

公式9：

公式8可以用于计算串行连接的组件的等效流阻。在这方面，通过第一流路1104的等效流阻可以等于第一组件1110的流阻(z1)与第二组件1112的流阻(z2)的和。

公式9可以用于计算并行连接的组件的等效流阻。例如，通过第一流路1104(z3)和通过第二流路1106(z4)的等效流阻可以是已知的。在这方面，可以使用公式9计算与通过所有组件1110、1112、1116、1118的流阻对应的等效流阻。

为了计算通过第一流路1104的质量流量和通过第二流路1106的质量流量可以使用下面的公式10和11。

公式10：

公式11：

可以计算公式10，以确定通过第一流路1104的流体的质量流量z3表示第一流路1104的组件1110、1112的等效流阻，并且z4表示第二流路1106的组件1116、1118的等效流阻。然而，在当前时间步(timestep)，z3和z4是未知的值。在这方面，公式10要使用来自前一时间段的z3和z4来求解。因为计算以相对短的间隔(诸如在1毫秒(ms)和1秒之间，或者在5ms和50ms之间，或者大约16ms)执行，所以等效流阻不太可能在后续时间段之间显著变化。在这方面，使用来自前一时间段的等效流阻求解公式10可能提供相对准确的质量流量值。由于既不已知当前流阻也不已知当前质量流量值的事实，以及质量流量值对于求解等效流阻是必要的(反之亦然，根据公式7)事实，期望使用来自前一时间步的等效流阻。使用来自前一时间步的等效流阻提供了允许ecu实时地动态求解任何支路中的流划分的优点。在一些实施例中，可以使用称为“实时迭代求解器”的工具来实时地求解该公式集。

一旦使用公式10计算出通过第一流路1104的质量流就可以使用公式11通过从总质量流量减去通过第一流路1104的质量流量来计算通过第二流路1106的质量流量

在计算质量流量值之后，可以再次计算公式8至11，以确定当前时间段的流阻。可以使用基于前一时间段的流阻计算的质量流量值来进行这些计算。

返回参考图9a、9b和10，ecu可以在方框912中确定燃料电池电路的贮存器1042内的流体的贮存器压力。贮存器1042可以是容纳要添加到燃料电池电路的流体的贮存器。在一些实施例中，贮存器1042可以包括允许对应车辆的使用者提供流体(诸如冷却剂)的端口。贮存器压力可以基于传感器数据确定，或者可以由ecu计算。

在方框914中，ecu可以基于贮存器压力和在方框910中计算出的质量流量值来计算燃料电池电路的组件中的每一个的压力值。特别地，跨燃料电池电路的每个组件的压力降可以使用下面的公式12来计算。

公式12：

在公式12中，δp表示给定组件(诸如管道1040)上的压力降。表示通过给定组件的流体的质量流量，并且z表示组件的流阻。在这方面，公式12可以用于计算燃料电池电路的每个组件上的压力降。

泵1038可以作为压力源和质量流量源两者操作。在一些实施例中，泵1038可以是涡轮式泵，这意味着泵速度、通过泵1038的质量流量和压力值被耦合。因此，可以使用前一时间步总系统压力降值连同当前时间步泵速度来计算或估计当前时间步总质量流量(即，通过泵1038的质量流量)。

在已知贮存器压力以及燃料电池电路的每个组件上的压力降之后，可以计算每个组件的入口和出口处的压力。例如，管道1044的出口处的压力等于贮存器压力，因为管道1044的出口和贮存器1042直接连接。因为管道1044上的压力降是已知的，所以管道1044的入口处的压力可以通过将管道1044上的压力降加到贮存器压力来计算。这个计算可以围绕燃料电池电路继续，直到确定燃料电池电路的每个节点处的压力。

在方框916中，可以计算通过组件中的每一个的流体的密度值。例如，可以使用类似于上面的公式7的公式来计算密度值。

在方框918中，可以对组件中的每一个中的流体计算比热值。例如，可以使用类似于上面的公式2的公式来计算比热值。

在方框920中，可以对燃料电池电路的组件中的每一个计算热传递值。热传递值可以与由给定组件添加到流体或从流体减去的热的量对应。如上所述，中间冷却器1012和燃料电池堆1008是向流体添加热的两个组件。燃料电池堆1008的热传递值(qfc)可以使用诸如上面的公式2的公式计算或估计。中间冷却器1012的热传递值可以使用类似的或其它的公式计算。

散热器1046以及管道1004中的每一个各自可以从流体移除热。可以使用诸如上述公式3至6的公式来计算燃料电池电路的散热器1046中的每一个的热传递值。可以基于管道1004的对流特性、流体的温度以及管道1004外部的环境温度来估计管道1004中的每一个的热传递值。

在方框922中，ecu可以计算与燃料电池电路的组件对应的多个温度值。例如，ecu可以计算在组件的出口处的温度值。由于能量守恒定律，第一组件的出口处的温度将等于相邻下游组件的入口处的温度。可以使用来自前一时间段的温度值来计算温度值。可以使用类似于下面的公式13的公式来计算温度值。

公式13：

在公式13中，tk+1表示在当前时间段对应组件的出口处的流体的温度。tk表示可以先前已计算出的前一时间段的流体的温度。δt表示时间段的长度(诸如在1ms和1秒之间，或者在5ms和50ms之间，或者大约16ms)。τ表示时间常数并且等于其中ρ表示组件内的流体的密度，v表示组件内的流体的体积，并且表示通过组件的流体的质量流量。xk+1表示独立变量，其值是针对当前时间段计算的。

特别地，xk+1可以提供为t1表示组件的入口处的温度。ρ表示组件内的流体的密度，并且c表示组件内的流体的比热。p1表示组件的入口处的流体的压力，并且p2表示组件的出口处的流体的压力。表示通过组件的流体的质量流量。q表示组件的热传递值，并且可以从方框920中执行的计算获得。

公式13可以由ecu在每个时间段对组件中的每一个执行。因为对于燃料电池电路的至少一个组件(诸如燃料电池堆1008的出口)温度是已知的(从温度传感器)，所以这个温度可以用作用于求解相邻下游组件的出口温度(诸如管道1010的入口温度)的输入。一旦计算出相邻下游组件的出口温度，就可以对下一个组件运算或计算出口温度，等等，直到对于燃料电池电路的每个组件出口温度都已知。

在方框924中，ecu可以计算燃料电池电路的每个致动器的期望的致动器位置。如上所述，致动器可以包括散热器风扇、泵和三通阀。例如，ecu的前馈控制或反馈控制可以基于温度控制信号和由状态估计器计算的值(诸如质量流量值、压力值和温度值)来计算期望的致动器位置。

在方框926中，ecu可以控制致动器具有期望的致动器位置。

现在参考图12a和12b，示出了用于燃料电池电路的基于反馈的加热或冷却的方法1200。方法1200可以由反馈控制(诸如图3的反馈控制316)执行。

在方框1202中，ecu可以确定与燃料电池电路中的流体的期望温度对应的温度控制信号。例如，温度控制信号可以与流体的期望温度对应，并且可以包括例如温度变化率。在一些实施例中，可以基于一个或多个位置处的流体的期望温度来确定温度控制信号。可以使用状态管控器(诸如图3的状态管控器308)来确定温度控制信号。

在方框1204中，ecu可以基于温度控制信号执行致动器的前馈控制，以便增加或降低流体温度。例如，ecu可以使用前馈控制(诸如图3的前馈控制312)来确定前馈控制信号。前馈控制可以基于温度控制信号和使用状态估计器计算的估计值。在一些实施例中，ecu可以使用前馈控制直接控制燃料电池电路的一个或多个致动器。在一些实施例中，ecu可以使用前馈控制和反馈控制的组合直接控制一个或多个致动器。

在方框1206中，一个或多个位置处的流体的流体温度可以由温度传感器检测或由ecu(诸如在状态估计器中)计算。

在方框1208中，ecu可以确定一个或多个位置处的流体的期望温度与检测或计算的流体温度之间的温度差。例如，ecu可以确定燃料电池堆的出口处的检测或计算的温度与燃料电池堆的出口处的流体的期望温度之间的温度差。

在方框1210中，ecu可以确定或计算灵敏度。灵敏度可以将致动器位置的变化(包括致动器位置的物理变化、致动器控制信号的变化、或用于确定致动器控制信号的参数值的变化)与流体温度的变化对应或关联。例如，灵敏度可以指示致动器的致动器位置的多少变化使流体的流体温度改变1度。作为另一个示例，灵敏度可以指示质量流量的多少变化使流体的流体温度改变1度。

在一些实施例中并且在方框1212中，ecu可以将灵敏度除以时间延迟。这可以是特别有用的，如果由传感器检测流体的流体温度的话。这是因为由传感器检测的流体温度可能被延迟一秒或更多秒，诸如1到5秒。在这方面，如果致动器的控制基于时间延迟的传感器读取，那么致动器控制可能由于延迟的读取而振荡。将灵敏度除以时间延迟导致致动器控制的更逐渐的变化，从而减小致动器控制的振荡的可能性。

在一些实施例中，尤其是如果流体温度由ecu计算而不是由具有时间延迟的传感器检测，那么可以避免方框1212。这是因为流体温度的计算可以具有相对小的延迟(如果有任何延迟的话)。因此，致动器控制可以基于更当前的读取，使得不需要时间延迟操作。

在方框1208中确定的温度差可以与温度误差对应。换句话说，温度差与误差对应，因为它是位置处的期望温度与该位置处的实际温度之间的差。在这方面并且在方框1214中，可以将灵敏度应用于温度差以便确定误差信号。误差信号可以对应于或指示造成温度差的致动器位置中的误差或用于计算致动器位置的参数中的误差。例如，误差信号可以指示泵正在以太低或太高的质量流率泵送流体通过燃料电池电路。误差信号还可以指示或对应于将使流体的实际温度相对地等于流体的期望温度的质量流量的差异。

在方框1216中，ecu可以将误差信号传递通过比例-积分-微分(pid或pi)控制器，以生成反馈控制信号。pid控制器可以分析误差信号的过去和目前的值，并基于误差信号的目前误差值、过去误差值和潜在的将来误差生成反馈控制信号。

在方框1218中，ecu可以基于反馈控制信号来控制致动器。例如，ecu可以生成前馈控制信号(诸如使用图8a和8b的方法800生成的控制信号)与反馈控制信号的和，并基于该和来控制致动器。在一些实施例中，ecu可以仅基于反馈控制信号来控制致动器。

现在参考图13，图2的ecu102，特别是反馈控制316，可以包括三通阀控制器1300。三通阀控制器1300可以包括被设计用于执行类似于图12a和12b的方法1200的方法以执行三通阀的反馈控制的逻辑或专用硬件。

三通阀控制器1300可以包括差异块1302。差异块1302可以接收在燃料电池堆的入口处测量或计算的流体温度1304。例如，流体温度1304可以由ecu102的状态估计器计算。差异块1302还可以接收与燃料电池堆的入口处的流体的期望温度对应的期望温度1306。差异块1302可以输出与流体温度1304和期望温度1306之间的差对应的温度差1308。

三通阀控制器1300还可以包括第二差异块1310。第二差异块1310可以接收与散热器的出口处的流体的温度对应的散热器温度1312。第二差异块1310还可以接收与沿着燃料电池电路的旁通支路的位置处的流体的温度对应的旁通流体温度1314。第二差异块1310可以输出散热器温度1312与旁通流体温度1314之间的差1316。

三通阀控制器1300还可以包括灵敏度块1318。灵敏度块1318可以接收散热器温度1312与旁通流体温度1314之间的差1316，连同与泵的入口处的流体的温度对应的泵流体温度1320。灵敏度块1318可以确定将三通阀的阀位置的变化与流体的流体温度(诸如燃料电池堆的入口处的流体温度)的变化对应的灵敏度1322。例如，灵敏度1322可以指示阀位置(z)的多少变化导致燃料电池堆的入口处的流体温度的1度变化。

可以使用类似于下面的公式14的公式来计算灵敏度1322。在一些实施例中，灵敏度可以被提供为使用类似于公式14的公式填充的查找表或查找图。在一些实施例中，灵敏度可以被提供为公式，使得灵敏度块1318基于接收到的输入来计算灵敏度。

公式14：

在公式14中，表示由灵敏度块1318确定或计算的灵敏度1322。tpumpin表示泵流体温度1320。δt表示燃料电池堆的入口处的流体温度的设置变化。在一些实施例中，δt被设置为等于1℃。tbypass表示旁通流体温度1314，并且tradout表示散热器的出口处的散热器温度1312。灵敏度指示三通阀的流体分流比必须改变多少以便实现燃料电池堆的入口处的流体的预定温度变化(诸如1℃)。

如上面参考图8a和8b所描述的，流体分流比可以与朝着散热器引导的流体的量(例如，使用质量流量测量)与流过整个燃料电池电路的流体的总量(例如，使用质量流量测量)的比率对应。因此，流体分流比为1可以指示所有流体流过散热器，没有流体通过旁通支路。此外并且也如上面参考图8a和8b所描述的，三通阀(z)的流体分流比是散热器的出口处的散热器温度1312与旁通流体温度1314之间的差的函数。

三通阀控制器1300还可以包括乘法块1324。乘法块1324可以将灵敏度1322应用于温度差1308。例如，乘法块1324可以将温度差1308乘以灵敏度1322。乘法块1324的结果可以是误差信号1326，并且可以指示三通阀位置中的误差(例如以与流体分流比对应的值测量)。

三通阀控制器1300还可以包括比例积分微分(pid)控制器1328。pid控制器1328可以接收误差信号1326并且可以通过考虑误差信号1326的目前误差值、过去误差值和潜在的将来误差来生成反馈控制信号1330。

ecu102还可以包括组合块1332，该组合块1332接收反馈控制信号1330连同前馈控制信号1334。前馈控制信号1334可以与由前馈控制(诸如图3的前馈控制312)确定或计算的三通阀的前馈控制对应。

组合块1332可以生成反馈控制信号1330与前馈控制信号1334的和。组合块1332可以基于前馈和反馈控制输出与最终期望的阀位置对应的组合控制信号1336。特别地，组合控制信号1336可以与最终期望的流体分流比对应。

组合控制信号1336可以由查找表1338接收。在一些实施例中，查找表1338可以替代地包括用于将流体分流比转换为期望的阀位置的计算或其它方法或装置。在这方面，查找表1338可以接收组合控制信号1336，并且可以将组合控制信号1336转换成最终期望的阀位置1340，并且可以输出最终期望的阀位置1340。ecu可以基于最终期望的阀位置1340来控制三通阀。

现在参考图14，图2的ecu102，特别是反馈控制316，可以包括泵控制器1400。泵控制器1400可以被实现为逻辑或专用硬件，并且被设计为执行类似于图12a和12b的方法1200的方法，以执行泵的反馈控制。

泵控制器1400可以包括差异块1402。差异块1402可以接收在燃料电池堆的出口处测量或计算的流体温度1404。例如，流体温度1404可以由温度传感器(诸如图2的温度传感器224)测量，或者可以由ecu102的状态估计器计算。差异块1402还可以接收与燃料电池堆的出口处的流体的期望温度对应的期望温度1406。例如，期望温度1406可以与燃料电池堆的出口处的流体的命令温度对应，并且可以由ecu102的上层控制器确定。差异块1402可以输出与流体温度1404和期望温度1406之间的差对应的温度差1408。

泵控制器1400还可以包括第二差异块1410。第二差异块1410可以接收流体温度1404和与燃料电池堆的入口处的流体的温度对应的燃料电池入口温度1414。燃料电池入口温度1414可以由ecu102的状态估计器测量或计算。第二差异块1410可以输出流体温度1404与燃料电池入口温度1414之间的差1416。差1416也可以被称为燃料电池堆的温度梯度，因为它与燃料电池堆的入口与出口之间的温度差对应。

泵控制器1400还可以包括灵敏度块1418。灵敏度块1418可以接收差1416连同由燃料电池堆输出的热的量1420(与从燃料电池堆传递到流体的热的量对应)和燃料电池堆中的流体的等效比热1412。灵敏度块1418可以确定灵敏度1422，该灵敏度1422将泵的泵输出的变化(诸如流体的质量流量的变化)与流体的流体温度(诸如燃料电池堆的出口处的流体温度)的变化对应。例如，灵敏度1322可以指示由泵输出的质量流量的多少变化与燃料电池堆的出口处的流体温度的1度变化对应。

可以使用类似于下面的公式15的公式来计算灵敏度1422。在一些实施例中，灵敏度可以被提供为使用类似于公式15的公式填充的查找表或查找图。在一些实施例中，灵敏度可以被提供为公式，使得灵敏度块1418基于接收到的输入来计算灵敏度。

公式15：

在公式15中，表示由灵敏度块1418确定或计算的灵敏度1422。如所示的，灵敏度1422将由泵输出的质量流量的变化与燃料电池堆的出口处的流体温度的变化(dtfcout)对应。特别地，灵敏度指示实现预定义的温度变化(诸如1℃)所需的、由泵输出的质量流量的变化量。在一些实施例中，dtfcout被设置为等于1℃。ceq表示燃料电池堆中的流体的等效比热1412。qfc表示由燃料电池堆输出的热的量1420。tfcout表示燃料电池堆的出口处的流体的流体温度1404，并且tfcin表示燃料电池堆的入口处的燃料电池入口温度1414。

泵控制器1400还可以包括除法块1426。除法块1426可以接收灵敏度1422连同时间延迟1424。除法块1426可以将灵敏度1422除以时间延迟1424。通过执行这种除法，除法块1426减小灵敏度1422，以造成泵控制的更逐渐的变化。在这方面，除法块1426可以减少泵控制的振荡。这可以是有用的，如果由于温度传感器的延迟读取而由温度传感器检测到流体温度1406的话。在一些实施例中，可以排除除法块1426，特别是如果流体温度1406由ecu102的状态估计器计算的话。除法块1426可以输出经调整的灵敏度1428。在一些实施例中，图13的三通阀控制器1300同样可以包括类似的除法块。

泵控制器1400还可以包括乘法块1430。乘法块1430可以将经调整的灵敏度1428应用于温度差1408。例如，乘法块1430可以将温度差1408乘以经调整的灵敏度1428。乘法块1430的结果可以是误差信号1432，其指示要由泵输出的期望的质量流量中的误差。在这方面，误差信号可以包括质量流量值。

泵控制器1400还可以包括pid控制器1434。pid控制器1434可以接收误差信号1432并且可以通过考虑误差信号1432的目前误差值、过去误差值和潜在的将来误差来生成反馈控制信号1436。

ecu102还可以包括组合块1438，该组合块1438接收反馈控制信号1436连同前馈控制信号1440。前馈控制信号1448可以与由前馈控制(诸如图3的前馈控制312)确定或计算的泵的前馈控制对应。

组合块1438可以生成反馈控制信号1436与前馈控制信号1440的和。组合块1438可以基于前馈和反馈控制输出与要由泵输出的最终期望的质量流量对应的组合控制信号1442。

组合控制信号1442可以由查找表1444接收。在一些实施例中，查找表1444可以替代地包括用于将质量流率转换为泵控制信号的计算或其它方法或装置。在这方面，查找表1444可以接收组合控制信号1442，并且可以将组合控制信号1442转换成最终的泵控制信号1446。ecu可以基于最终的泵控制信号1446来控制泵。

现在参考图15a和15b，示出了用于校正估计参数的方法1500。方法1500可以由燃料电池电路(诸如图2的燃料电池电路118)的组件执行。例如，方法1500可以由ecu的观察器(诸如图3的观察器322)执行。估计参数可以包括由状态估计器生成的估计或计算的参数。估计参数的校正可以造成状态估计器的多次计算，以由于涓滴效应而在准确度上改进。

在方框1502中，ecu可以估计影响由散热器移除的热的量的估计参数。如上所述，在散热器上方经过的环境空气的速度可以包括在针对由散热器移除的热的量的计算中。在这方面，估计参数可以包括在一个或多个散热器上方流动的环境空气的速度。在一些实施例中，估计参数可以包括另一个值，诸如环境空气的温度等。

在方框1504中，ecu可以确定用于控制致动器的致动器控制信号。例如，致动器可以包括风扇，使得控制信号与风扇的风扇速度或用于为风扇供电的电力信号对应。ecu可以在前馈控制(诸如图3的前馈控制312)中确定致动器控制信号。

在方框1506中，温度传感器可以检测燃料电池电路内的流体的流体温度。例如，可以诸如通过图2的燃料电池电路118的温度传感器226在一个或多个散热器的出口处检测流体温度。

在方框1508中，ecu可以估计流体的估计的流体温度。例如，可以对于在方框1506中检测流体温度的相同位置(即，散热器的出口)估计该估计的流体温度。ecu可以使用状态估计器(诸如图3的状态估计器320)来估计该估计的流体温度。

在方框1510中，ecu可以计算或确定在方框1506中检测到的流体温度与在方框1508中计算出的估计的流体温度之间的温度差。在这方面，温度差可以指示状态估计器的误差或误算，因为它表示测量的温度与由状态估计器估计的温度之间的差。

在方框1512中，ecu可以确定或计算灵敏度。灵敏度可以将估计参数的变化与流体温度的变化对应或关联。因为估计参数被用于确定风扇的控制信号，所以估计参数的变化最终影响由散热器从流体移除的热的量。例如，灵敏度可以指示需要估计参数的多少变化来使流体温度改变1℃。在一些实施例中，可以在散热器的出口处测量或计算流体温度。

在方框1514中，ecu可以将灵敏度应用于温度差，以便确定误差信号。误差信号可以指示或对应于造成温度差的估计参数中的误差。例如，误差信号可以指示由状态估计器计算出的估计参数(例如，环境空气速度)的值太低或太高。误差信号还可以指示或对应于将使估计的流体温度基本上等于流体的实际流体温度的估计参数的值的差异。

在方框1516中，ecu可以将误差信号传递通过pid控制器，以生成更新的估计参数。pid控制器可以分析误差信号的过去和目前的值，并基于误差信号的目前误差值、过去误差值和潜在的将来误差值生成更新的估计参数。

在方框1518中，ecu可以基于更新的估计参数确定更新的致动器控制信号。例如，前馈控制可以使用更新的估计参数而不是由状态估计器生成的原始的估计参数来生成新的风扇控制信号。在这方面，使用更新的估计参数可能使流体的实际温度在值上更接近流体的期望温度。

在方框1520中，ecu可以基于在方框1518中生成的更新的致动器控制信号来控制致动器。

现在参考图16，图2的ecu102，特别是观察器322，可以包括估计参数控制器1600。估计参数控制器1600可以使用逻辑或专用硬件来实现，并且被设计为执行类似于图15a和15b的方法1500的方法，以更新由状态估计器估计的参数。

估计参数控制器1600可以包括差异块1602。差异块1602可以接收在散热器的出口处测量(诸如通过图2的温度传感器226)的流体温度1604。差异块1602还可以接收与由状态估计器计算的散热器的出口处的流体的流体温度对应的估计的流体温度1606。差异块1602可以输出与测量的流体温度1604与估计的流体温度1606之间的差对应的温度差1608。在这方面，温度差1608可以指示估计的流体温度1606的计算中的误差。

估计参数控制器1600还可以包括灵敏度块1614。灵敏度块1614可以接收流体温度1604、在散热器上方流动的环境空气的温度1610、以及在散热器上方流动的冷却剂(即，环境空气)的特定体积流率1612(例如，以升每分钟测量)。温度1610和特定体积流率1612可以由状态估计器估计或计算。灵敏度块1614可以确定将环境空气的速度的变化与流体的流体温度(诸如在散热器的出口处测量的流体温度1604)的变化对应的灵敏度1618。例如，灵敏度1618可以指示速度的多少变化将导致流体温度1604的1℃变化。

可以使用类似于下面的公式16的公式来计算灵敏度1618。在一些实施例中，灵敏度可以被提供为使用类似于公式16的公式填充的查找表或查找图。在一些实施例中，灵敏度可以被提供为公式，使得灵敏度块1614基于接收到的输入计算灵敏度。

公式16：

在公式16中，表示灵敏度1618。如上面所提到的，灵敏度1618可以将环境空气的速度的变化与温度的预定变化(诸如1℃)对应。δv表示速度的预定变化，诸如1米每秒(1米/秒)。公式1说明了灵敏度1618是所有散热器的入口处的流体的温度(tradin)、在所有散热器上方流动的环境空气的温度1610(tair_in)以及在对应散热器上方流动的冷却剂(即，空气)的特定体积流率1612的函数。

var1可以被表示为

在var1中，tradin表示所有散热器的入口处的流体温度。kf_mapxx表示针对散热器(一个主散热器(主)和两个辅助散热器(副1和副2))中的每一个使用对应的kf因子确定的查找表值。表示环境空气的速度。表示在对应散热器上方流动的冷却剂(即，空气)的特定体积流率。表示在每个对应散热器的入口处的流体的温度。tair_inxx表示在每个对应散热器上方流动的空气的温度。表示流过对应散热器的流体的质量流量。cxx表示流过对应散热器的流体的比热。

var2可以表示为

估计参数控制器1600还可以包括乘法块1620。乘法块1620可以接收灵敏度1618和温度差1608，并且可以将灵敏度1618应用于温度差1608。例如，乘法块1620可以将温度差1608乘以或除以灵敏度1618。乘法块1620的结果可以是误差信号1622，诸如估计参数(即，环境空气的速度)中的误差。

估计参数控制器1600还可以包括pid控制器1624。pid控制器1624可以接收误差信号1622并且可以生成更新的估计参数1626。pid控制器1624可以通过考虑误差信号1622的目前误差值、过去误差值和潜在的将来误差来生成更新的估计参数1626。然后，ecu102可以将更新的估计参数1626传递到前馈控制，用于控制燃料电池电路的风扇。

在整个说明书和权利要求书中被使用的情况下，“a或b中的至少一个”包括仅“a”、仅“b”或“a和b”。已经以说明性的方式公开了方法/系统的示例性实施例。因而，应当以非限制性方式阅读全文中采用的术语。虽然本领域技术人员将想到对本文教导的微小修改，但应当理解的是，在本文所保证的专利范围内的限制是所有这样的实施例，其合理地落入本文对其作出贡献的领域的推进的范围内，并且除了根据所附权利要求及其等同物之外，该范围不受限制。