(57)【要約】      （修正有）【課題】車両で使用される燃料電池スタックの温度を厳密に制御するシステム及び方法を提供する。【解決手段】システムは、燃料電池スタックを含むとともに、流体を受け入れて、該流体を加熱するように設計されている。システムは、流体の流体温度を増加又は減少するためのアクチュエータ３３２と、ＥＣＵ１０２とも含み、流体の所望温度に対応する温度制御信号を決定可能であるとともに、流体温度を所望温度に向かって増加又は減少するためのアクチュエータ３３２のフィードフォワード制御を実行可能である。ＥＣＵ１０２はまた、流体温度と所望温度との温度差を決定可能であり、流体温度の変化に対するパラメータ値又はアクチュエータポジションの変化に対応する感度を決定可能である。ＥＣＵ１０２はまた、誤差信号を決定するために、感度を温度差に適用可能であるとともに、誤差信号に基づいてアクチュエータ３３２を制御可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の燃料電池回路を加熱又は冷却するシステムであって、
複数の燃料電池を有し、流体を受け入れるとともに、前記流体を加熱するように構成された燃料電池スタックと、
アクチュエータポジションを有し、前記流体の流体温度を増加又は減少するように構成されたアクチュエータと、
前記アクチュエータに接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）であって、
前記流体の所望温度に対応する温度制御信号を決定し、
前記アクチュエータに、前記流体温度を、前記流体の前記所望温度に向かって、増加又は減少させるために、前記アクチュエータのフィードフォワード制御を行い、
前記流体の前記流体温度と、前記流体の前記所望温度との温度差を決定し、
前記流体温度の変化に対するパラメータ値又はアクチュエータポジションに対応する感度を決定し、
前記温度差を縮小するために、前記流体温度を増加又は減少させるための前記アクチュエータポジションにおける付加的な変化に対応する誤差信号を決定するために、前記温度差に前記感度を適用し、
前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータを制御する
ＥＣＵと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記アクチュエータは三方弁であり、前記流体の前記所望温度及び前記流体温度は、前記燃料電池スタックの入口における前記流体に対応していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記流体温度を減らすように構成されたラジエータと、
前記流体に前記ラジエータをバイパスさせるように構成されたバイパス支流と、
前記流体をポンピングして前記燃料電池回路に通すように構成されたポンプと、
を更に備え、
前記三方弁は、前記流体を、前記ラジエータと前記バイパス支流とに分離するように構成されており、
前記感度は、前記ポンプのポンプ入口に対応するポンプ流体温度、前記バイパス支流に対応するバイパス流体温度、及び、前記ラジエータの出口に対応するラジエータ温度に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記流体をポンピングして前記燃料電池回路に通すように構成されたポンプであり、前記流体の前記所望温度及び前記流体温度は、前記燃料電池スタックの出口における前記流体に対応していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記流体温度を減らすように構成されたラジエータと、
前記流体に前記ラジエータをバイパスさせるように構成されたバイパス支流と、
前記流体を、前記ラジエータと前記バイパス支流とに分離するように構成された三方弁と、
を更に備え、
前記感度は、前記燃料電池スタックにより発生された熱量、前記流体の比熱、前記燃料電池スタックの出口における前記流体温度、及び、前記燃料電池スタックの入口に対応する入口燃料電池温度に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ＥＣＵは、前記誤差信号を受信するとともに、現在の誤差値、過去の誤差値及び前記誤差信号の潜在的な未来の誤差を考慮することによって、フィードバック制御信号を生成するように構成された比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラを含んでおり、
前記ＥＣＵは、前記フィードバック制御信号に基づいて前記アクチュエータを制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＥＣＵは、前記フィードフォワード制御と前記フィードバック信号との和に基づいて前記アクチュエータを制御するように更に構成されていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
車両の燃料電池回路を加熱又は冷却するシステムであって、
複数の燃料電池を有するとともに、流体を受け入れて、前記流体を加熱するように構成された燃料電池スタックと、
前記流体の流体温度を増加又は減少するように構成されたアクチュエータと、
前記流体を受け入れるとともに、前記流体から熱を取り去るように構成されたラジエータと、
前記アクチュエータと接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）であって、
前記ラジエータにより前記流体から取り去れる温度の量に影響を及ぼす見積パラメータを見積もり、
前記見積パラメータに基づいて、前記流体温度を、前記流体の所望温度に向かって、増加又は減少するための前記アクチュエータの制御に対応するアクチュエータ制御信号を決定し、
前記流体の前記流体温度と前記流体の見積温度との温度差を決定し、
前記温度差を減少するために、前記温度差に基づいて前記見積パラメータを調整し、
前記調整された見積パラメータに基づいて、更新されたアクチュエータ制御信号を決定し、
前記更新されたアクチュエータ制御信号に基づいて前記アクチュエータを制御する
ＥＣＵと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記流体の前記流体温度は、前記ラジエータの出口において測定され、前記流体の前記見積温度は、前記ラジエータの前記出口について計算されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記パラメータは、前記ラジエータに流れる空気の速度に対応することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＥＣＵは、前記流体温度の変化に対する前記パラメータの変化に対応する感度を決定し、前記温度差に前記感度を適用することにより、前記見積パラメータを調整するように更に構成されていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記アクチュエータは、前記ラジエータに空気を向けるように構成されたファンを含み、
前記感度は、前記ファンのファン速度、前記ラジエータに流れる周囲の空気の速度、前記ラジエータ内の前記流体の体積、前記ラジエータ内の前記流体の温度、及び前記空気の温度に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記流体に前記ラジエータをバイパスさせるように構成されたバイパス支流を更に備え、前記アクチュエータは、前記流体をポンピングして前記燃料電池回路に通すように構成されたポンプ、前記ラジエータに空気を向けるように構成されたファン、及び、前記流体を前記ラジエータと前記バイパス支流とに分離するように構成された三方弁のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ＥＣＵは、前記調整された見積パラメータを受信するとともに、現在の誤差値、過去の誤差値及び前記調整された見積パラメータの潜在的な未来の誤差を考慮することによって、更新された見積パラメータを生成するように構成された比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラを含んでおり、
前記ＥＣＵは、前記更新された見積パラメータに基づいて更新されたアクチュエータ制御信号を決定するように構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
前記流体の前記流体温度を検出するように構成された温度センサを更に備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１６】
車両の燃料電池回路を加熱又は冷却する方法であって、
電子制御ユニット（ＥＣＵ）により、前記燃料電池回路の流体の所望温度に対応する温度制御信号を決定する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記燃料電池回路のアクチュエータのフィードフォワード制御を行い、前記アクチュエータに、前記流体の前記流体温度を前記流体の前記所望温度に向かって増加又は減少させる工程と、
前記ＥＣＵにより、前記流体の前記流体温度と前記流体の前記所望温度との温度差を決定する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記流体温度の変化に対するパラメータ又はアクチュエータポジションの変化に対応する感度を決定する工程と、
前記温度差を縮小するために、前記流体温度を増加又は減少させるための前記アクチュエータポジションにおける付加的な変化に対応する誤差信号を決定するために、前記ＥＣＵにより、前記温度差に前記感度を適用する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記誤差信号に基づいて前記アクチュエータを制御する工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記アクチュエータは三方弁であり、前記流体の前記所望温度及び前記流体温度は、前記燃料電池スタックの入口における前記流体に対応していることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記三方弁は、前記流体を、前記流体温度を減らすように構成されたラジエータと、前記流体に前記ラジエータをバイパスさせるように構成されたバイパス支流と、に分離するように構成されており、前記ＥＣＵにより、前記感度を決定する工程は、前記燃料電池スタックのポンプのポンプ入口に対応するポンプ流体温度、前記バイパス支流に対応するバイパス流体温度、及び、前記ラジエータの出口に対応するラジエータ温度に基づいて前記感度を決定することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記アクチュエータは、前記流体をポンピングして前記燃料電池回路に通すように構成されたポンプであり、前記流体の前記所望温度及び前記流体温度は、前記燃料電池スタックの出口における前記流体に対応していることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＥＣＵにより、前記感度を決定する工程は、前記燃料電池スタックにより発生された熱量、前記流体の比熱、前記燃料電池スタックの出口における前記流体温度、及び、前記燃料電池スタックの入口に対応する入口燃料電池温度に基づいて前記感度を決定することを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、燃料電池回路の燃料電池スタックを通って流れる流体の温度を、燃料電池回路の多数のアクチュエータのフィードフォワード及びフィードバック制御に基づいて、冷却するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然資源の保護の推進及び減公害促進という目標を達成するために、様々な構想が開示されている。これらの構想は、風力及び太陽光エネルギの収穫から、車両設計における様々な改良までわたる。車両改良は、燃料経済を改良するように設計された新しいエンジン、燃料経済をより改良するために、エンジンとモータジェネレータとの組み合わせを用いて動くハイブリッド車両、バッテリに蓄えられたパワーに基づいて動く完全電気車両、及び、化学反応を促進することにより電力を生成する燃料電池車両を含んでいる。
【０００３】
多くの燃料電池車両は、多数の燃料電池を含む燃料電池スタックを含んでいる。燃料電池は、典型的には水素を、酸素又は他の酸化剤と一緒に含む流体を受け入れることがある。燃料電池スタックは、水素と酸素との間の化学反応を促進することがある。この化学反応は、電力と、副産物としての水とを生成する。燃料電池スタックにより生成された電力は、バッテリに蓄えられてもよいし、車両を推進するための機械的なパワーを生成するために、モータジェネレータに直接供給されてもよい。自動車産業において、燃料電池車両は盛んに促進されており、技術は比較的新しく、技術を改良するための余地を提供している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池にとって、所定の温度範囲内での動作が望ましい。仮に温度が非常に低ければ、燃料電池によるパワー出力も比較的低くなるだろう。仮に温度が非常に高ければ、燃料電池が完全に乾き、燃料電池を損傷又は破壊するだろう。
【０００５】
従って、車両で使用される燃料電池スタックの温度を厳密に制御するシステム及び方法について、技術的なニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに、車両の燃料電池回路を加熱又は冷却するシステムを開示する。当該システムは、複数の燃料電池を有するとともに、流体を受け入れ、該流体を加熱するように設計された燃料電池スタックを含んでいる。当該システムは、アクチュエータポジションを有するとともに、流体の流体温度を増加又は減少するように設計されたアクチュエータも含んでいる。当該システムは、アクチュエータに接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）も含んでいる。当該ＥＣＵは、流体の所望温度に対応する温度制御信号を決定するように設計されている。当該ＥＣＵは、アクチュエータに、流体の温度を流体の所望温度に向かって増加又は減少させるアクチュエータのフィードフォワード制御を行うようにも設計されている。当該ＥＣＵは、流体の流体温度と流体の所望温度との温度差を決定するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、流体温度の変化に対するパラメータ値又はアクチュエータポジションの変化に対応する感度を決定するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、温度差を減ずるために、流体温度を増加又は減少するためのアクチュエータポジションの付加的な変化に対応する誤差信号を決定するために、感度を温度差に適用するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、誤差信号に基づいてアクチュエータを制御するようにも設計されている。
【０００７】
ここに、車両の燃料電池回路を加熱又は冷却するシステムも開示する。当該システムは、複数の燃料電池を有するとともに、流体を受け入れ、該流体を加熱するように設計された燃料電池スタックを含んでいる。当該システムは、流体の流体温度を増加又は減少するように設計されたアクチュエータも含んでいる。当該システムは、流体を受け入れ、流体から熱を取り去るように設計されたラジエータも含んでいる。当該システムは、アクチュエータに接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）も含んでいる。当該ＥＣＵは、ラジエータにより流体から取り去られる熱量に影響を及ぼす見積パラメータを見積もるように設計されている。当該ＥＣＵは、見積パラメータに基づいて、流体温度を、流体の所望温度に向かって増加又は減少させるアクチュエータの制御に対応するアクチュエータ制御信号を決定するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、流体の流体温度と流体の所望温度との温度差を決定するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、温度差を減らすために、温度差に基づいて、見積パラメータを調整するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、調整された見積パラメータに基づいて、更新されたアクチュエータ制御信号を決定するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、更新されたアクチュエータ制御信号に基づいて、アクチュエータを制御するようにも設計されている。
【０００８】
ここに、車両の燃料電池回路を加熱又は冷却するシステムも開示する。当該システムは、複数の燃料電池を有するとともに、流体を受け入れ、該流体を加熱するように設計された燃料電池スタックを含んでいる。当該システムは、流体の流体温度を増加又は減少するように設計されたアクチュエータも含んでいる。当該システムは、流体を受け入れ、流体から熱を取り去るように設計されたラジエータも含んでいる。当該システムは、アクチュエータに接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）も含んでいる。当該ＥＣＵは、ラジエータにより流体から取り去られる熱量に影響を及ぼす見積パラメータを見積もるように設計されている。当該ＥＣＵは、見積パラメータに基づいて、流体温度を流体の所望温度に向かって増加又は減少させるアクチュエータの制御に対応するアクチュエータ制御信号を決定するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、流体の流体温度と流体の所望温度との温度差を決定するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、温度差を減らすために、温度差に基づいて、見積パラメータを調整するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、調整された見積パラメータに基づいて、更新されたアクチュエータ制御信号を決定するようにも設計されている。当該ＥＣＵは、更新されたアクチュエータ制御信号に基づいて、アクチュエータを制御するようにも設計されている。
【０００９】
ここに、車両の燃料電池回路を加熱又は冷却する方法も開示する。当該方法は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により、燃料電池回路の流体の所望温度に対応する温度制御信号を決定する工程を含んでいる。当該方法は、ＥＣＵにより、燃料電池回路のアクチュエータのフィードフォワード制御を行い、アクチュエータに、流体の流体温度を流体の所望温度に向かって増加又は減少させる工程も含んでいる。当該方法は、ＥＣＵにより、流体の流体温度と流体の所望温度との温度差を決定する工程も含んでいる。当該方法は、ＥＣＵにより、流体温度の変化に対するパラメータ値又はアクチュエータのアクチュエータポジションの変化に対応する感度を決定する工程も含んでいる。当該方法は、ＥＣＵにより、温度差を減ずるために、流体温度を増加又は減少させるアクチュエータポジションの付加的な変化に対応する誤差信号を決定する工程も含んでいる。当該方法は、ＥＣＵにより、誤差信号に基づいて、アクチュエータを制御する工程も含んでいる。
【００１０】
本発明の他のシステム、方法、特徴及び利益は、以下の図面及び詳細な説明の検査に基づいて、当業者に明らかになるだろう。このような付加的なシステム、方法、特徴及び利益全ては、この明細書に含まれ、本発明の範囲内であり、不随のクレームにより保護される。図面に示された構成部分は、縮尺を必要とせず、本発明の重要な特徴がよく描かれるように誇張されている。図面では、全図をつうじて、同様の部分には同様の参照符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る、化学反応に基づいて電力を生成可能な燃料電池回路を有する車両の様々な構成を描くブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る図１の燃料電池回路の様々な特徴を描くブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の流体の温度を増加又は減少する、図１の車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）の様々な論理構成を描くブロック図である。
【図４】は、本発明の実施形態に係る、流体の温度を、流体の所望温度に到達させるために、燃料電池回路の変化の所望温度比を決定する方法を描くフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る図４の方法の模範的な実行を描くグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る、温度差に対する目標燃料電池出口温度を描くルックアップテーブルである。
【図７】本発明の実施形態に係る図４の方法と同様の方法を用いて制御される燃料電池回路の流体の要求及び実際の温度を描くグラフである。
【図８Ａ】本発明の実施形態を用いた、燃料電池回路を加熱又は冷却するための燃料電池回路の一以上のアクチュエータのフィードフォワード制御方法を描くフローチャートである。
【図８Ｂ】本発明の実施形態を用いた、燃料電池回路を加熱又は冷却するための燃料電池回路の一以上のアクチュエータのフィードフォワード制御方法を描くフローチャートである。
【図９Ａ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の一以上のアクチュエータの制御に利用可能なパラメータを見積もる方法を描くフローチャートである。
【図９Ｂ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の一以上のアクチュエータの制御に利用可能なパラメータを見積もる方法を描くフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態に係る、パラメータを見積もるために、図９Ａ及び９Ｂの方法により用いられる燃料電池回路のモデルを描くブロック図である。
【図１１】本発明の実施液体に係る燃料電池回路の模範的な浮動分離要素を描くブロック図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の加熱又は冷却に基づくフィードバック方法を描くフローチャートである。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の加熱又は冷却に基づくフィードバック方法を描くフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の三方弁の制御に基づくフィードバックのための三方弁コントローラを描くブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る燃料電池回路のポンプの制御に基づくフィードバックのためのポンプコントローラを描くブロック図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路のアクチュエータの制御に用いられる見積パラメータを修正する方法を描くフローチャートである。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路のアクチュエータの制御に用いられる見積パラメータを修正する方法を描くフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態に係る燃料電池回路のファンの制御に用いられる見積パラメータを修正するための見積パラメータコントローラを描くブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書は、燃料電池回路の燃料電池を加熱又は冷却するシステム及び方法を開示する。特に、本明細書は、流体温度を加熱又は冷却するために、燃料電池回路のアクチュエータのフィードバック制御を提供するシステム及び方法を開示する。システムは、異なる位置における温度の不一致に基づいて異なるアクチュエータの制御を調整し、結果的に、アクチュエータのより厳密な制御となるような様々な利得及び利益を提供する。システムは更に、客にとって望ましくないであろうアクチュエータの振動を減ずるために、見積パラメータ又は時間遅れを用いてフィードバック制御信号を有利に計算する。システムはまた、比較的短時間での計算完了を有益に可能とする、温度の所定変化に対するバルブポジションの一定の変化に関連する、感度に、フィードバック制御信号を基づかせる。
【００１３】
模範的なシステムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックを通って流れる流体の流体温度を増加又は減少可能なアクチュエータとを含んでいる。システムは更に、電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含んでいる。ＥＣＵは、流体の所望温度と、流体温度を所望温度に向けて動かすアクチュエータの制御のためのフィードフォワード制御信号とを決定できる。ＥＣＵはまた、ある位置の流体温度と、該位置の所望温度との温度差と、感度とを決定できる。ＥＣＵは、それから、アクチュエータポジションにおけるエラーに対応する誤差信号を決定するために、温度差に感度を適用し、そして、流体温度が所望温度に近づくようにするために、誤差信号に基づいてアクチュエータを制御する。
【００１４】
図１に転じて、車両１００は、車両の燃料電池の温度を制御するためのシステム１０１の複数の構成を含んでいる。特に、車両１００及びシステム１０１は、ＥＣＵ１０２、メモリ１０４、速度センサ１０６及び温度センサ１０８を含んでいる。車両１００は更に、エンジン１１２、モータジェネレータ１１４、バッテリ１１６及び燃料電池回路１１８の少なくとも一つを含んでよいパワー源１１０を含んでいる。
【００１５】
ＥＣＵ１０２は、車両１００の複数の構成各々と接続されていてよく、自動車のシステムために具体的に設計されていてよい一以上のプロセッサ又はコントローラを含んでいてよい。ＥＣＵ１０２の機能は、単一のＥＣＵにおいて、又は、多数のＥＣＵにおいて実行されてよい。ＥＣＵ１０２は、車両１００の複数の構成からデータを受信してよく、受信されたデータに基づいて決定してよく、決定に基づいて複数の構成の操作を制御してよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、車両１００は、完全に自律的又は半自律的であってよい。これについて、ＥＣＵ１０２は、開始位置から目的地まで車両１００を誘導するために、車両１００の様々な状況を制御してよい（例えば操舵、ブレーキ、加速等）。
【００１７】
メモリ１０４は、当該技術において周知の任意の非一過性のメモリを含んでいてよい。これについて、メモリ１０４は、ＥＣＵ１０２により利用可能な機械可読命令を格納するとともに、ＥＣＵ１０２の要求通りの他のデータを格納していてよい。
【００１８】
速度センサ１０６は、車両１００の速度を決定するために利用可能なデータを検出可能な任意の速度センサであってよい。例えば、速度センサ１０６はＧＰＳセンサ又はＩＭＵセンサを含んでいてよい。速度センサ１０６は、加えて又は代えて、車両１００の車輪、エンジン、速度メータ等の角速度を検出するように構成された角速度センサを含んでいてよい。
【００１９】
温度センサ１０８は、車両１００の部分内の又は車両１００の外部の環境温度を決定するために利用可能なデータを検出可能な一以上の温度センサを含んでいてよい。例えば、温度センサ１０８は、熱電対、温度計、赤外温度センサ、サーミスタ等を含んでいてよい。
【００２０】
エンジン１１２は、燃料を機械的なパワーに変換してよい。これについて、エンジン１１２は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等であってよい。
【００２１】
バッテリ１１６は、電気エネルギを蓄えてよい。いくつかの実施形態では、バッテリ１１６は、バッテリ、フライホイール、スーパーキャパシタ、サーマルストレージデバイス等を含む、任意の一以上のエネルギストレージデバイスを含んでいてよい。
【００２２】
燃料電池回路１１８は、電気エネルギを生成するための化学反応を促進する複数の燃料電池を含んでいてよい。これについて、燃料電池回路１１８により生成される電気エネルギは、バッテリ１１６に蓄えられてよい。いくつかの実施形態では、車両１００は、燃料電池回路１１８を含む多数の燃料電池回路を含んでいてよい。
【００２３】
モータジェネレータ１１４は、バッテリに蓄えられた電気エネルギ（又は、燃料電池回路１１８から直接受け取った電気エネルギ）を、車両１００を推進するために利用可能な機械的なパワーに変換してよい。モータジェネレータ１１４は更に、エンジン１１２又は車両１００の車輪から受け取った機械的なパワーを、バッテリ１１６に蓄えられてよい及び／又は車両１００の他の構成により利用されてよい電力に変換してよい。いくつかの実施形態では、モータジェネレータ１１４は、加えて又は代えて、推力を生成可能なタービン又は他のデバイスを含んでいてよい。
【００２４】
車両１００の車体は、車両１００の前面に位置するグリル１２０を含んでいてよい。グリル１２０は、空気流１２２を受ける。空気流１２２の速度は、車両１００の速度に対して比例するだろう。例えば、時速５マイル（５ｍｐｈ）の向かい風が車両１００の外にあり、車両１００が５０ｍｐｈで走行していると、空気流１２２の速度は約５５ｍｐｈとなるだろう。
【００２５】
図２に転じて、燃料電池回路１１８の付加的な詳細が描かれている。燃料電池回路１１８は、複数の燃料電池を有する燃料電池スタック２００を含んでいる。複数の燃料電池各々は、電力を生成するための化学反応を促進する。この反応は、熱を生成するだろう。更に、流体が燃料電池スタック２００を通って流れてよく、燃料電池スタック２００から少なくともいくらかの熱を輸送するだろう。これについて、燃料電池スタック２００は、流体を受け入れる入口２２８と、そこを介して流体が燃料電池スタック２００から出ていく出口２３０とを含んでいてよい。
【００２６】
燃料電池スタック２００にとって、所定温度範囲内で動作することが望ましい。例えば、燃料電池スタック２００の複数の燃料電池にとって、摂氏５０度（華氏１２２度）及び摂氏８０度（華氏１７６度）の間で動作することが望ましい。
【００２７】
燃料電池スタック２００は、比較的高い温度（即ち、摂氏５０度より摂氏８０度に近い温度）で電気エネルギをより生成してよい。しかしながら、このような比較的高い温度での動作の場合、燃料電池スタック２００は、不必要に湿気を失う（即ち、ドライアウト）かもしれないドライアウト。これについて、燃料電池スタック２００にとって、比較的多量の電気エネルギが要求される場合には摂氏８０度近くで、比較的少量の電気エネルギが要求される場合には摂氏５０度近くで、動作されることが望ましい。燃料電池回路１１８は、燃料電池スタック２００の温度を増加又は減少するための様々な特徴を含んでいる。
【００２８】
燃料電池回路１１８は更に、インタークーラ２０２を含んでいてよい。インタークーラ２０２は、燃料電池スタック２００と並列に配置されていてよい。インタークーラ２０２は、熱い空気流２０３（即ち、インタークーラ２０２内の流体の温度よりも高い温度の空気流）を受けて、熱い空気流２０３から流体へ熱を移してよい。加えて、燃料電池スタック２００及びインタークーラ２０２は、両方とも流体の温度を増加させるので、燃料電池回路１１８の加熱要素と考えることができる。燃料電池回路１１８の流体全ては、矢印２０５で示すように、燃料電池スタック２００とインタークーラ２０２との組み合わせを介して流れる。
【００２９】
燃料電池回路１１８は更に、三方弁２０４を含んでいてよい。燃料電池回路１１８は、また、一以上のラジエータ２１０を、一以上のラジエータ２１０をバイパスするバイパス支流２０６と一緒に含んでいてよい。三方弁２０４は、三方弁２０４のバルブポジションに基づいて、ラジエータ２１０とバイパス支流２０６との間で流体を分けてよい。三方弁２０４は、夫々異なる割合でバイパス支流２０６とラジエータ２１０との間で流れを分ける多数のバルブポジションを有していてよい。
【００３０】
例えば、三方弁２０４は、流体の８０パーセント（８０％）が（矢印２０７により示されるように）バイパス支流２０６を介して流れ、流体の２０％が（矢印２０９により示されるように）ラジエータ２１０を介して流れる第１ポジションを有していてよい。三方弁２０４は更に、流体の７０％がバイパス支流２０６を介して流れ、流体の３０％がラジエータ２１０を介して流れる第２ポジションを有していてよい。三方弁２０４は、多数の不連続のバルブポジションを有していてもよいし、無段階バルブポジションを有していてもよい（即ち、流体の０％から１００％の間の任意の値で、バイパス支流２０６及びラジエータ２１０各々に振り分けてもよい）。
【００３１】
バイパス支流２０６を介して流れる流体は、ラジエータ２１０を避けてよく、それ故、流体内の熱の大部分は、流体内に残ることが許される。イオン化装置２０８は、バイパス支流２０６を介して流れた流体の一部を受け入れてよい。イオン化装置は、イオン交換機として機能してよく、伝導率を下げるために流体からイオンを取り去ってよい。これについて、イオン化装置は、純水装置とも言われ得る。
【００３２】
ラジエータ２１０は、流体からの熱を、ラジエータ２１０を越える又は通過する気体（例えば空気）へ移してよい。これについて、ラジエータ２１０は、燃料電池回路１１８の冷却要素とも言われ得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ラジエータ２１０は、主ラジエータ２１２と、２つの副ラジエータ２１４、２１６を含んでいてよい。ファン２１８は、気体２１９の流れがラジエータ２１０を越えるような方法で配置されてよい。いくつかの実施形態では、ファン２１８は、気体２１９の流れが主ラジエータ２１２のみを超えるようにされてよい。主ラジエータ２１２は、流体が主ラジエータ２１２に流れ込む流体入口２３２と、流体が主ラジエータ２１２から流れ出す流体出口２３４とを有する。主ラジエータ２１２は更に、ファン２１８からの気体２１９（即ち、空気流）を受け入れる空気入口２２３６と、主ラジエータ２１２から空気流が出ていく空気出口２３８とを含んでいてよい。
【００３４】
図１及び図２を簡単に参照して、一以上のラジエータ２１０は更に、車両１００のグリル１２０を介して受け入れられた空気流１２２を受け入れてよい。上述したように、空気流１２２の速度は車両１００の速度に対応している。車両１００の速度が増加すれば、空気流１２２の速度は更に増加し、それ故、流体からの熱の移動も増加する。
【００３５】
図２に戻り、燃料電池回路１１８は更に、ポンプ２２０を含んでいてよい。ポンプ２２０は、燃料電池回路１１８を通る流体に力を加えることができる任意のポンプを含んでいてよい。例えば、ポンプ２２０は、水圧ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、ロータリギアポンプ等を含んでいてよい。
【００３６】
燃料電池回路１１８は更に、リザーバ２４０を含んでいてよい。リザーバは、冷却剤等の流体が蓄えられる体積を含んでいてよい。流体は、リザーバ２４０から燃料電池回路１１８へ供給されてよい。いくつかの実施形態では、リザーバ２４０は、車両のユーザが、リザーバ２４０へ流体を供給可能なポートを含んでいてよい。
【００３７】
燃料電池回路１１８は更に、第１温度センサ２２４及び第２温度センサ２２６を含む２つの温度センサを含んでいてよい。第１温度センサ２２４は、出口２３０で、燃料電池スタック２００から出ていく流体の温度を検出してよい。第２温度センサ２２６は、ラジエータ２１０から出ていく混合された流体の温度を検出してよい。いくつかの実施形態では、より多くの又はより少ない温度センサが用いられてよく、温度センサは付加的な又は代替的な位置に配置されてよい。
【００３８】
再び図１及び図２を参照して、ＥＣＵ１０２は、車両１００の受信されたパワー要求に基づいて、燃料電池スタック２００の目標温度を決定してよい。上述したように、燃料電池スタック２００の温度にとって、燃料電池スタック２００から比較的大きなパワー量が要求されたときは増加することが望ましいことが多い。同様に、燃料電池スタック２００の温度にとって、燃料電池スタック２００から比較的小さなパワー量が要求されたときは、燃料電池スタック２００内の湿気を維持するために減少することが望ましいことが多い。
【００３９】
ＥＣＵ１０２は、第１温度センサ２２４及び第２温度センサ２２６から検出された温度を受信してもよい。ＥＣＵ１０２は、その後、燃料電池スタック２００の温度（例えば、出口２３０での流体の温度）を増加又は減少するために、燃料電池回路１１８の複数のアクチュエータ（三方弁２０４、ファン２１８、ポンプ２２０）を制御してよい。ＥＣＵ１０２は、目標温度及び検出された温度に基づいて、温度を、目標温度に向かって増加又は減少させてよい。
【００４０】
三方弁２０４は、流体の多くをバイパス支流２０６又はラジエータ２１０を介して流すことにより、流体の温度を調整するために用いられてよい。例えば、三方弁２０４が、バイパス支流２０６を介する流体の流れを増やした場合、熱の重大な損失のない加熱要素に向かって流れるので、流体の全体的な温度は増加するだろう。同様に、三方弁２０４が、ラジエータ２１０を介する流体の流れを増やした場合、より多くの流体が、流体から熱エネルギを取り去るラジエータ２１０を介して流れるので、流体の全体的な温度は減少するだろう。
【００４１】
同様に、ファン２１８は、主ラジエータ２１９を越える気体２１９の流れを増やす又は減らすことにより、流体の温度を調整するために用いられてよい。例えば、ファン２１８の速度が増加されれば（結果として、より多くの量の気体２１９が主ラジエータ２１９を越えて流れる）、より多くの熱エネルギが流体の外へ移されるので、流体の温度は減少するだろう。同様に、ファン２１８の速度が減少されれば、より少ない熱エネルギしか流体の外へ移されないので、流体の温度は増加するだろう。
【００４２】
また、ポンプ２２０は、燃料電池回路１１８を通る、例えば質量流量率等の流量の流量率を増加又は減少することにより、流体の温度を間接的に調整するために用いられてよい。流量率が増加すれば、流体と様々な構成との間の熱移動も増加する。結果として、どの程度の量の流体がバイパス支流２０６又はラジエータ２１０を介して流れたか、及び、燃料電池スタック２００の温度、に基づいて温度が増加又は減少するだろう。それ故、流体の温度は、流体の流量率に対応するだろう。
【００４３】
さて、図２及び図３を参照すると、ＥＣＵ１０２は、燃料電池回路１１８の温度を制御する温度制御システム３０３を含んでいてよい。温度制御システム３０３は、ＥＣＵ１０２の特別に設計されたハードウェアを用いて実行されてもよいし、ＥＣＵ１０２の一般的なハードウェアを用いて実行されてもよい。
【００４４】
温度制御システム３０３は、上位コントローラ３００、状態メディエータ３０４、状態ガバナ３０８、フィードフォワード制御３１２、フィードバック制御３１６、状態エスティメータ３２０、オブザーバ３２２及びアクチュエータ制御３３０を含んでいてよい。温度制御システム３０３は、例えばパワー要求３０１等の入力を受信してよく、例えばアクチュエータ制御信号３３４等の出力を生成してよい。
【００４５】
上位コントローラ３００は、パワー要求３０１を受信してよい。上位コントローラ３００は、パワー要求３０１に基づいて、燃料電池スタック２００の目標温度を識別してよい。例えば、パワー要求が比較的大きい場合、上位コントローラ３００は、目標温度を、例えば摂氏７５度（華氏１６７度）等、比較的高くなるように設定してよい。同様に、パワー要求が比較的小さい場合、上位コントローラ３００は、目標温度を、例えば摂氏５５度（華氏１３１度）等、比較的低くなるように設定してよい。上位コントローラ３００は、フィルタされてない目標燃料電池温度３０２を出力してよい。
【００４６】
状態メディエータ３０４は、フィルタされてない目標燃料電池温度３０２を受信してよい。状態メディエータ３０４は、受信した信号をフィルタリングして、目標お燃料電池温度３０６を出力してよい。状態メディエータ３０４は、様々な理由のために、フィルタされてない目標燃料電池温度３０２をフィルタリングしてよい。例えば、フィルタリングは信号上のノイズを除去してもよいし、目標燃料電池温度３０６が安全な温度範囲内であること等を保証するためのバンドパスフィルタとして機能してもよい。安全な温度範囲は、燃料電池回路１１８の複数の構成への損害（即ち、例えば過加熱又はドライアウト等）の可能性が低く、燃料電池回路１１８がパワーを生成可能な温度範囲に対応している。
【００４７】
状態ガバナ３０８は、目標燃料電池温度３０６を受信してよい。状態ガバナ３０８は、一般に、燃料電池回路１１８において、流体の温度を、温度変化要求に、どの程度の早さで応答すべきか（即ち、どの程度の早さで温度を増加又は減少すべきか）を命じてよい。状態ガバナ３０８は、（例えば燃料電池スタック２００の入口２２８又は出口２３０等における）流体の所望温度変化率に対応する温度変化率３１０を出力してよい。例えば、温度変化率３１０は、毎秒の温度（例えば摂氏温度）で測定されてよい。
【００４８】
状態エスティメータ３２０は、センサ値３２６及び現在のアクチュエータポジション３２８（又は、命じられたアクチュエータポジション）を含む入力を受信してよく、燃料電池回路１１８の様々な位置での状態を見積もってよい。センサ値は、例えば、第１温度センサ２２４及び第２温度センサ２２６から検出された温度を含んでいてよい。アクチュエータポジション３２８は、複数のアクチュエータ３３２各々（ポンプ２２０、三方弁２０４、ファン２１８）から受信されてもよいし、アクチュエータ制御信号３３４から受信されてもよい。
【００４９】
燃料電池回路１１８は、比較的わずかなセンサしか含んでいない。付加的なデータは、複数のアクチュエータ３３２に最適な制御を提供するために望ましい。これについて、状態エスティメータ３２０は、センサ値３２６及びアクチュエータポジション３２８に基づいて、付加的なデータ（即ち、現在の状態）を計算又は予測してよい。例えば、状態エスティメータ３２０は、燃料電池回路１１８の温度センサが存在しない位置での温度を計算又は予測してよい。他の例として、状態エスティメータ３２０は、燃料電池回路１１８の様々な位置での流体の圧力を計算又は予測してよい。他の例として、状態エスティメータ３２０は更に、燃料電池回路１１８の様々な要素により流体に加えられる又は流体から取り去られる熱量を計算又は予測してよい。状態エスティメータ３２０は、燃料電池回路１１８の現在の状態に対応する、計算又は予測値３２４を出力してよい。
【００５０】
フィードフォワード制御３１２は、状態ガバナ３０８からの温度変化率３１０を、状態エスティメータ３２０からの計算又は予測値３２４と一緒に受信してよい。いくつかの実施形態では、フィードフォワード制御３１２は更に、温度センサからの検出された温度を受信してよい。フィードフォワード制御３１２は、燃料電池回路１１８の流体の所望温度変化率３１０に達するように、複数のアクチュエータ３３２の所望ポジションを決定してよい。フィードフォワード制御３１２は、受信された温度変化率３１０及び計算又は予測値３２４に基づいて、所望ポジションを決定してよい。フィードフォワード制御３１２は、複数のアクチュエータ３３２の決定された所望ポジションに対応するフィードフォワード制御信号３１４を出力してよい。
【００５１】
フィードバック制御３１６も、状態ガバナ３０８からの温度変化率３１０を、状態エスティメータ３２０からの計算又は予測値３２４と一緒に受信してよい。いくつかの実施形態では、フィードバック制御３１６は更に、温度センサからの検出された温度を受信してよい。フィードバック制御３１６は、複数のアクチュエータ３３２が所望温度変化率３１０に達したか否かを識別してよい。フィードバック制御３１６は更に、測定された温度変化率と所望温度変化率３１０との間のギャップを縮めるための複数のアクチュエータ３３２に対する調整に対応するフィードバック制御信号３１８を生成してよい。
【００５２】
オブザーバ３２２は、ラジエータ２１０に対するフィードバック制御を行ってよい。これについて、オブザーバは、ラジエータ２１０の出口２２７で検出された温度と、状態エスティメータ３２０により決定された出口２２７の見積温度との間の差を決定してよい。そして、オブザーバ３２０は、見積温度が検出された温度に近づくように、状態エスティメータ３２０により決定された値を変更してよい。
【００５３】
アクチュエータ制御３３０は、フィードフォワード制御信号３１４及びフィードバック制御信号３１８を受信して、フィードフォワード制御信号３１４及びフィードバック制御信号３１８の組み合わせに基づいて、アクチュエータ制御信号３３４を生成してよい。一以上のアクチュエータ制御信号３３４が、複数のアクチュエータ３３２各々へ送信されてよい。例えば、アクチュエータ制御信号３３４は、三方弁２０４のバルブポジションを制御する第１信号、ファン２１８のファン速度を制御する第２信号、及び、ポンプ２２０のポンプ速度を制御する第３信号を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、アクチュエータ制御３３０は、フィードフォワード制御信号３１４とフォードバック制御信号３１８とを加えることにより、アクチュエータ制御信号３３４を生成してよい。
【００５４】
さて図４を参照すると、例えば図２の燃料電回路１１８等の燃料電池回路の所望温度変化率を決定する方法４００が示されている。方法４００は、例えば図３の状態ガバナ３０８等の状態ガバナにより行われてよい。
【００５５】
ブロック４０２では、燃料電池回路の一以上の温度センサが、燃料電池回路内の流体の温度に対応する現在温度を検出してよい。例えば、第１温度センサ２２４は、燃料電池スタック２００の出口２３０での流体の温度を検出してよく、第２温度センサ２２６は、ラジエータの出口２２７での流体の温度を検出してよい。
【００５６】
ブロック４０４では、車両のＥＣＵは、燃料電池回路に対応する付加的な値を見積もり又は計算してよい。例えば図３の状態エスティメータ３２０は、検出された温度及び現在のアクチュエータポジションに基づいて、値を見積もり又は計算してよい。付加的な値は、例えば、温度センサ位置の他の位置での燃料電池回路の温度、燃料電池回路に沿った様々な位置での圧力、等を含んでいてよい。
【００５７】
ブロック４０６では、車両又は燃料電池スタックが、低温状態（即ち、車両が最初に起動されたとき等）から暖機している場合、ＥＣＵは、燃料電池入口温度指令値を決定してよい。ＥＣＵは、ブロック４０２において検出された温度と、ブロック４０４において計算された値とに基づいて、目標燃料電池入口温度を決定してよい。例えば、目標燃料電池入口温度は、下記の式１を用いて決定されてよい。
【００５８】
【数１】
2019110116.tif 000003
【００５９】
式１において、ＴＦＣｉｎｃｍｄは、目標燃料電池入口温度に対応している。ＴＦＣｃｍｄは、暖機時の燃料電池スタックの検出された燃料電池出口温度と等しくなるように設定された、目標燃料電池出口温度に対応している。ΔＴＦＣｔｇｔは、燃料電池入口温度と燃料電池出口温度との目標温度差に対応しており、上位コントローラにより決定される。ＴＦＣｉｎｃｍｄｐｒｅｖｉｏｕｓは、式１の前期間の計算時に決定された目標燃料電池入口温度に対応している。ＴＦＣｉｎｔｇｔは、入口における流体の最終的な所望作動温度である、最終目標燃料電池入口温度に対応している。
【００６０】
燃料電池回路の暖気が完了した後、最終目標燃料電池入口温度は、比較的一定に維持され、それ故、燃料電池回路の作動時には、安定した（即ち、変化しない）値である。別の言い方をすれば、最初の暖機後の車両のオペレーションを通じて、最終目標燃料電池入口温度は、比較的変化しないように維持される。
【００６１】
図５を簡単に参照すると、グラフ５００は、目標燃料電池入口温度を設定するための、ＥＣＵによる式１の実行を描いている。グラフ５００は特に、現在の燃料電池出口温度５０２、目標燃料電池出口温度５０４、現在の燃料電池入口温度５０６及び目標燃料電池入口温度５０８を描いている。グラフ５００は更に、燃料電池入口温度と燃料電池出口温度との間の目標温度差５１０と、現在の温度差５１２とを描いている。
【００６２】
最初の暖機の第１セグメント５１４の間、目標燃料電池入口温度５０８は、現在の燃料電池出口温度５０２と同様に増加する。目標燃料電池入口温度５０８は、現在の燃料電池出口温度５０２と目標温度差５１０との間の差分として計算される。
【００６３】
第２セグメント５１６の開始時では、上位コントローラは、目標温度差５１０を増加する。目標燃料電池入口温度５０８は、現在の燃料電池出口温度５０２と目標温度差５１０との間の差分として計算されるので、目標燃料電池入口温度５０８は、現在の温度差５１２が目標温度差５１０と等しくなるまでの期間５１８の間、一定のままである。現在の温度差５１２が目標温度差５１０以上となった場合に、目標燃料電池入口温度５０８は、再度増加し始める。
【００６４】
目標温度差５１０は、暖機の第３セグメント５２０の開始時に減少する。加えて、目標燃料電池入口温度５０８は、現在の燃料電池出口温度５０２と減少した目標温度差５１０との間の差分と再度等しくなるように、増加する。
【００６５】
目標燃料電池入口温度５０８を、計算値の最小値又は最終目標燃料電池入口温度と等しくなるように設定することにより、式１は、燃料電池入口温度５０８が最終目標燃料電池入口温度を越えないことを保証する。
【００６６】
さて図４及び図５を参照して、ブロック４０８では、ＥＣＵは、現在の燃料電池入口温度が目標燃料電池入口温度と等しくなるように、流体の温度を増加させるために、一以上のアクチュエータを制御してよい。例えば、ＥＣＵは、流体の温度を増加させるために、三方弁、ラジエータファン及びポンプのうち一以上を制御してよい。グラフ５００に示すように、現在の燃料電池入口温度５０６は、全暖機期間において、目標燃料電池入口温度５０８と相対的に類似する。
【００６７】
図４に戻り、ＥＣＵは、ブロック４１０において、目標燃料電池出口温度を受信又は計算してよい。目標燃料電池出口温度は、燃料電池スタックの出口での流体の所望温度に対応していてよく、ＥＣＵの上位コントローラ及び状態メディエータのうち一以上により決定されてよい。図示するように、ＥＣＵは、最初の暖機時に目標燃料電池入口温度を用いて、燃料電池回路の流体の温度を制御してよく、最初の暖機後の通常オペレーション時に目標燃料電池出口温度を用いて、燃料電池回路の流体の温度を制御してよい。
【００６８】
ブロック４１２では、ＥＣＵは、温度差を計算してよい。温度差は、目標燃料電池出口温度と現在の燃料電池出口温度との間の差分に対応していてよい。
【００６９】
ブロック４１４では、ＥＣＵは、温度変化率を決定してよい。温度変化率は、例えば燃料電池スタックの出口等、特定の位置での流体の所望温度増加又は減少率に対応していてよい。温度変化率は、ｄＴ／ｄｔ（“Ｔ”は温度を表し、“ｔ”は時間を表している）として表されてよく、毎秒温度（摂氏／秒等）の単位を有していてよい。
【００７０】
ＥＣＵは、上位コントローラから受信した目標燃料電池出口温度、ブロック４１２において計算された温度差、及び、所望の保存エネルギに基づいて、温度変化率を決定してよい。例えば、温度差が比較的小さい場合、車両のエネルギ効率を増加するために、燃料電池スタックを暖機するために比較的少ないエネルギが用いられることが望ましい。
【００７１】
いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、目標燃料電池出口温度と、メモリに格納されたルックアップテーブルに対する温度差とを比較することより、温度変化率を決定してよい。
【００７２】
さて図６を参照すると、模範的なルックアップテーブル６００が示されている。ルックアップテーブル６００のＹ軸は、目標燃料電池出口温度に対応しており、Ｘ軸は、温度差に対応している。負の温度差は、燃料電池出口温度にとって減少が望ましいことを示しており、正の温度差は、燃料電池出口温度にとって増加が望ましいことを示している。同様に、負の温度変化率は、減少温度率に対応しており、正の温度変化率は、増加温度率に対応している。
【００７３】
図示するように、ルックアップテーブル６００は、複数の区画を含んでいる。複数の区画は、速温度減少区画６０２、減エネルギ温度減少区画６０４、エラー訂正区画６０６、減エネルギ温度増加区画６０８及び速温度増加区画６１０を含んでいる。速温度減少区画６０２及び速温度増加区画６１０各々は、比較的高い温度変化率に対応している。
【００７４】
比較的高い温度変化率は、システムの能力に基づいて選択されてよい。例えば、速温度減少区画６０２は、燃料電池回路が達成可能な最大温度減少率である、毎秒摂氏１度の温度変化率を有していてよい。同様に、速温度増加区画６１０は、燃料電池回路が達成可能な最大温度増加率である、毎秒摂氏４．３度の最大温度変化率を有していてよい。
【００７５】
速温度減少区画６０２における温度変化率は、燃料電ｃｈ委出口温度が大幅に減少される場合に所望されてよい。これについて、速温度減少区画６０２における比較的大きい温度減少率は、燃料電池スタックのドライアウトの見込みを減少させることが多い。同様に、速温度増加区画６１０における温度変化率は、燃料電池出口温度が大幅に増加される場合に所望されてよい。これについて、速温度増加区画６１０における比較的大きい温度増加率は、比較的大きいパワーが要求されたときに、比較的大きなパワー量を供給するために、燃料電池スタックに許されてよい。
【００７６】
比較的大きい温度変化率は、相対的にエネルギ効率が悪いことが多く、それ故、比較的小さな温度変化にとって望ましくないことが多い。これについて、エネルギ変化率の減少は、相対的なエネルギ効率である、温度増加及び減少率に対応していてよい。加えて、減少されたエネルギ変化率は、比較的大きい温度変化率未満であってよいが、比較的大きい温度変化率よりエネルギ効率がよくてよい。
【００７７】
エラー訂正変化率は、減少されたエネルギ変化率未満であってよく、減少されたエネルギ変化率よりエネルギ効率がよくてよい。これについて、エラー訂正変化率は、目標燃料電池出口温度と実際の燃料電池出口温度との間の比較的小さな差分を修正するために用いられてよい。
【００７８】
図４に戻り、ＥＣＵは、ブロック４１４において決定された温度変化率に基づいて、流体の温度を増加又は減少するために、燃料電池回路の一以上のアクチュエータを制御してよい。
【００７９】
さて図７を参照すると、グラフ７００は、車両のパワー要求に対応するパワー要求信号７０２を描いている。グラフ７００は更に、現在の燃料電池出口温度７０４及び目標燃料電池出口温度７０６を、現在の燃料電池入口温度７０８及び目標燃料電池入口温度７１０と一緒に描いている。上述したように、また、図７に示すように、目標燃料電池入口温度７１０は、車両のオペレーション中は、一定のままである。これについて、現在の燃料電池入口温度７０８も、比較的一定のままである。
【００８０】
ＥＣＵは、前期間に決定された温度変化率に基づいて、現在の燃料電池出口温度を制御してよい。第１時間ウインドウ７１２の間、パワー要求信号７０２は、パワー要求の欠如に対応して、低い。加えて、目標燃料電池出口温度７０６は、第１時間ウインドウ７１２の間を通じて、比較的低い値のままであり、現在の燃料電池出口温度７０４は、目標燃料電池出口温度７０６と比較的同じようである。
【００８１】
第２時間ウインドウ７１４の開始時では、パワー要求信号７０２は、燃料電池スタックから要求された比較的低いエネルギ量に対応して、比較的低い値である。加えて、目標燃料電池出口温度７０６は、比較的小さい量だけ増加する。加えて、温度差は、温度変化率が、速い温度上昇が不要な減エネルギ温度増加区画内へ遷移するように、比較的小さくてよい。ＥＣＵは、減エネルギ温度変化率で、温度が増加するようにアクチュエータを制御するので、現在の燃料電池出口温度７０４は、第２時間ウインドウ７１４の間にゆるやかに増加してよい。
【００８２】
第３時間ウインドウ７１６の開始時では、パワー要求信号７０２は、燃料電池スタックから要求された比較的大きいエネルギ量に対応するワイドオープンスロットル（ＷＯＴ）パワー要求に向かって増加する。加えて、目標燃料電池出口温度７０６は、比較的大きく増加する。結果として、温度差は、燃料電池スタックの要求された比較的大きなエネルギ量を促進するために、温度変化率が速温度増加区画に遷移するように、比較的大きくなることが多い。
【００８３】
ＥＣＵは、速温度変化率で、温度が増加するようにアクチュエータを制御するので、現在の燃料電池出口温度７０４は、第３時間ウインドウ７１６の開始時において、比較的速く増加するだろう。加えて、現在の燃料電池出口温度７０４は、比較的早く目標燃料電池出口温度７０６に達するだろう。
【００８４】
第４時間ウインドウ７１８の開始時において、パワー要求信号７０２は、燃料電ｃｈ委スタックから要求された比較的小さいエネルギ量に対応する低パワー要求に向かって減少する。加えて、目標燃料電池出口温度７０６は、比較的大きく減少する。この目標燃料電池出口温度７０６の速やかな減少に対応する温度差は、温度変化率が、燃料電池スタックのドライアウトを防止するための速温度減少区画へ遷移するように、比較的大きくなることが多い。ＥＣＵは、速温度変化率で温度が減少するようにアクチュエータを制御するので、現在の燃料電池出口温度７０４は、第４時間ウインドウ７１８の開始時において比較的速やかに減少するだろう。
【００８５】
比較的短い期間７２０の後、ＥＣＵは、現在の燃料電池出口温度７０４が、燃料電池スタックのドライアウトが生じる可能性が低くなるほど、十分に小さいと決定してよい。更に、現在の燃料電池出口温度７０４が減少したので、温度差は、期間７２０の後に減少する。それ故、温度変化率は、エネルギを保存するために、減エネルギ温度減少区画へ変化するだろう。つまり、期間７２０の経過後、現在の燃料電池出口温度７０４は、新たな減温度変化率によって、よりゆるやかに減少するだろう。
【００８６】
さて図８Ａ及び８Ｂを参照すると、燃料電池回路を加熱又は冷却するために、燃料電回路の一以上のアクチュエータをフィードフォワード制御する方法８００が示されている。方法８００は、例えば、図３のＥＣＵ１０２のフィードフォワード制御３１２等のＥＣＵのフィードフォワード制御により実行されてよい。
【００８７】
ブロック８０２では、ＥＣＵは、温度変化率を決定してよい。温度変化率は、図４の方法４００と同様の方法を用いて決定されてよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵは加えて又は代えて、燃料電池回路に沿った様々な位置での所望圧力に対応する他の温度制御信号、等を決定又は受信してよい。
【００８８】
ブロック８０６では、ＥＣＵは、温度変化率に対応する流体の所望質量流量率を計算してよい。ＥＣＵは、ブロック８０２において決定された温度変化率と、ブロック８０４において決定された見積又は計算値とに基づいて、所望質量流量率を計算してよい。例えば、ＥＣＵは、下記の式２と同様の式を用いて所望質量流量率を計算してよい。
【００８９】
【数２】
2019110116.tif 000004
【００９０】
式２において、ｍＦＦは、図２の燃料電池スタック２００等の燃料電池スタックを通る流体の所望質量流量率を表している。Ｖｅｑは、流体（冷却剤及び水を含む）と燃料電池スタックの等価体積を表しており、流体及び燃料電池スタックの物理特性である。ρｅｑは、流体及び燃料電池スタックの等価密度を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。ｃｅｑは、流体及び燃料電池スタックの等価比熱を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。ｄＴ／ｄｔは、ブロック８０２において計算された温度変化率を表している。ＱＦＣは、燃料電池スタックにより生成される熱量を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。ｃは、流体の比熱を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。ΔＴは、目標燃料電池入口温度と目標燃料電池出口温度との間の差分（ＴＦＣｉｎｃｍｄ−ＴＦＣｃｍｄ）であり、図３の状態ガバナ３０８等の状態ガバナから、又は、ブロック８０４において状態エスティメータから、受信されてよい。ρは、流体の密度を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。ＰＦＣｉｎは、燃料電池スタックの入口での流体の現在の圧力を表しており、ＰＦＣｏｕｔは、燃料電池スタックの出口での流体の現在の圧力を表しており、両方ともブロック８０４の状態エスティメータから受信されてよい。
【００９１】
図２を参照し、また、上述したように、ｍＦＦは、燃料電池スタック２００を通る流体の所望質量流量率を表している。しかしながら、ポンプ２２０により出力される流体は、燃料電池スタック２００及びインタークーラ２０２の両方に受け入れられる。これについて、ＥＣＵにとって、ポンプ２２０を通る流体の所望質量流量率（即ち、燃料電池スタック２００及びインタークーラ２０２を通る質量流量率の合計）が更に計算され、所望総質量流量率として参照されることが望ましい。ＥＣＵは、ポンプ２２０を通る所望総質量流量率を計算するために、図３の状態エスティメータ等の状態エスティメータを利用してよい。
【００９２】
図８Ａ及び８Ｂを参照すると、ＥＣＵは、ブロック８０８において計算された所望総質量流量率に基づいて、ポンプの所望ポンプ速度を決定してよい。いくつかの実施形態では、車両のメモリは、所望質量流量率と対応するポンプ速度とをマッピングしたルックアップテーブルを格納していてよい。これらの実施形態では、ＥＣＵは、ブロック８０６において計算された所望質量流量率とルックアップテーブルとを比較して、所望質量流量率に対応するポンプ速度を検索してよい。
【００９３】
いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、ブロック８０６において計算された所望総質量流量率と、図３のフィードバック制御３１６等のフィードバック制御により計算された、所望総質量流量率の調整との和に基づいて、所望ポンプ速度を決定してよい。これについて、所望ポンプ速度は、所望総質量流量率、所望総質量流量率の調整、及び、ポンプの出口とポンプの入口との間の圧力差の関数であってよい。ポンプの出口とポンプの入口との間の圧力差は、燃料電池回路中の総圧力ドロップに対応していてよい。ＥＣＵは、関数の結果とルックアップテーブルとを比較して、比較に基づいてルックアップテーブルから所望ポンプ速度を検索してよい。
【００９４】
ブロック８１０では、ＥＣＵは、ブロック８０８において決定された所望ポンプ速度で燃料電池回路を通る流体がポンピングされるようにポンプを制御してよい。
【００９５】
ブロック８１２では、ＥＣＵは、図２の三方弁２０４等の三方弁により出力される流体の所望流体分流比を計算してよい。図２を簡単に参照して、所望流体分流比は、ラジエータ２１０へ向かうように振り向けられた流体と、バイパス支流２０６を通るように振り向けられた流体との比に対応していてよい。いくつかの実施形態では、所望流体分流比は、三方弁２０４により、ラジエータ２１０へ向かうように振り向けられた総流体出力のパーセンテージで表されてもよいし、三方弁２０４により、バイパス支流２０６を通るように振り向けられた総流体出力のパーセンテージで表されてもよい。
【００９６】
図８Ａ及び８Ｂに戻り、ＥＣＵは、下記の式３と同様の式を用いて、所望流体分流比を計算してよい。
【００９７】
【数３】
2019110116.tif 000005
【００９８】
式３において、ＺＦＦは、フィードフォワード制御により計算された所望流体分流比を表しており、三方弁によりラジエータを通るように振り向けられた総流体出力のパーセンテージに対応している。Ｔｐｕｍｐｉｎは、ポンプの入口での温度を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータにより計算されてよい。Ｔｂｙｐａｓｓは、バイパス支流を通るように振り向けられた流体の温度を表しており、流体をバイパス支流へ出力する三方弁の出口で計算されてよく、ブロック８０４において状態エスティメータにより計算されてよい。Ｔｒａｄｏｕｔは、ラジエータの出口での温度に対応しており、図２の第２温度センサ２２６等の温度センサを用いて検出されてよい。
【００９９】
ブロック８１４において、ＥＣＵは、ブロック８１２において計算された所望流体分流比に基づいて、三方弁の所望バルブポジションを決定してよい。いくつかの実施形態では、車両のメモリが、所望流体分流比と対応するバルブポジションとをマッピングしたルックアップテーブルを格納していてよい。これらの実施形態では、ＥＣＵは、ブロック８１２において計算された所望流体分流比と、ルックアップテーブルとを比較して、所望流体分流比に対応する所望バルブポジションを検索してよい。
【０１００】
いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、ブロック８１２において計算された所望流体分流比と、フィードバック制御により計算された所望流体分流比の調整との和に基づいて、所望バルブポジションを決定してよい。これについて、所望バルブポジションは、所望流体分流比と、所望流体分流比の調整との関数であってよい。ＥＣＵは、関数の結果とルックアップテーブルとを比較して、比較に基づいて、所望バルブポジションを検索してよい。
【０１０１】
ブロック８１６では、ＥＣＵは、三方弁が、ブロック８１４において計算された所望バルブポジションを有するように制御してよい。
【０１０２】
ブロック８１８では、ＥＣＵは、燃料電池回路のラジエータ（図２の主ラジエータ２１６並びに副ラジエータ２１４及び２１６等の主及び副ラジエータを含む）により取り去られる所望熱エネルギ量（即ち、熱）を計算してよい。ＥＣＵは、ラジエータにより取り去られる所望熱エネルギ量を、以下の式４と同様の式を用いて計算してよい。
【０１０３】
【数４】
2019110116.tif 000006
【０１０４】
式４において、Ｑｒａｄｔｏｔａｌは、燃料電池回路の全てのラジエータにより取り去られる所望熱エネルギ量（即ち、熱）を表している。Ｖｅｑは、（冷却剤及び水を含む）流体と燃料電池スタックとの等価体積を表しており、流体と燃料電池スタックとの物理特性である。ρｅｑは、流体と燃料電池スタックとの等価密度を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。ｃｅｑは、流体と燃料電池スタックとの等価比熱を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。ｄＴ／ｄｔは、ブロック８０２において計算された温度変化率を表している。ＱＦＣは、燃料スタックにより発生された熱量（即ち、スタック熱量）を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。ＱＩＣは、インタークーラにより発生された熱量（即ち、インタークーラ熱量）を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。
【０１０５】
ブロック８２０において、ＥＣＵは、ファンにより主ラジエータから取り去られる所望熱エネルギ量を計算してよい。ＥＣＵは、この計算を、ブロック８１８において計算された全てのラジエータにより取り去られる所望熱エネルギ量を用いて行ってよい。ＥＣＵは、ファンにより主ラジエータから取り去られる所望熱エネルギ量を、以下の式５と同様の式を用いて計算してよい。
【０１０６】
【数５】
2019110116.tif 000007
【０１０７】
式５において、Ｑｒａｄｍａｉｎｆａｎは、ファンにより主ラジエータから取り去られる所望熱エネルギ量を表している。Ｑｒａｄｔｏｔａｌは、ブロック８１８において計算された全てのラジエータにより取り去られる所望熱エネルギ量を表している。Ｑｒａｄｓｕｂ１は、第１副ラジエータにより放散される熱エネルギ量を表しており、Ｑｒａｄｓｕｂ２は、第２副ラジエータにより放散される熱エネルギ量を表している（即ち、副熱エネルギ量）。Ｑｒａｄｓｕｂ１及びＱｒａｄｓｕｂ２は、ブロック８０４において、状態エスティメータから受信されてよく、副ラジエータを越えて流れる環境空気の温度及び速度に基づく式を用いて計算されてよい。Ｑｒａｄｍａｉｎａｍｂは、環境空気（即ち、ファンにより発生されたもの以外の空気流）に起因して、主ラジエータにより放散される熱エネルギ量を表している。
【０１０８】
ファンは、副ラジエータを越える空気を吹かないので、副ラジエータは、車両の速度に基づき変化してよく、車両のグリルを介して受け入れられる空気流内に熱を退けてよい。更に、主ラジエータは、Ｑｒａｄｍａｉｎａｍｂに影響を及ぼすだろうグリルを介する空気流を受け入れてよい。これについて、Ｑｒａｄｓｕｂ１´、Ｑｒａｄｓｕｂ２´及びＱｒａｄｍａｉｎａｍｂは、（車両の速度に基づく）グリルを介して受け入れられた空気流量、空気流の温度、及び、各ラジエータを介して流れる流体の量に基づいていてよい。従って、ＥＣＵは、車両速度を受信してよく、受信された車両速度に基づいてＱｒａｄｓｕｂ１´、Ｑｒａｄｓｕｂ２´及びＱｒａｄｍａｉｎａｍｂを計算してよい。ＥＣＵは更に、車両内又は上に位置する温度センサに基づいて、環境空気の温度を見積もってよい。
【０１０９】
ブロック８２２において、ＥＣＵは、ファンにより主ラジエータから取り去られる所望熱エネルギ量を達成するために、ファンの所望ファン速度を計算してよい。ＥＣＵは、以下の式６と同様の式を用いて、所望ファン速度を計算してよい。
【０１１０】
【数６】
2019110116.tif 000008
【０１１１】
式６において、ｋｆｒａｄｍａｉｎｆａｎは、ラジエータ熱伝達係数を表している。この係数は、流体の流量率と、ラジエータを通る空気の速度との関数であり、実験的に決定されてよい。この係数は、ファンの所望電圧レベルに対応するファンの角速度（即ち、ファン速度）を解くために（流体の現在の流量率と一緒に）用いられてよい。Ｑｒａｄｍａｉｎｆａｎは、ブロック８２０において計算された、ファンにより主ラジエータから取り去られる所望熱エネルギ量を表している。Ｔｒａｄｍａｉｎは、主ラジエータの流体入口での流体の温度を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。Ｔａｉｒ＿ｉｎは、主ラジエータの空気入口での空気の温度を表しており、ブロック８０４において状態エスティメータから受信されてよい。
【０１１２】
ラジエータ熱伝達係数の計算後、ＥＣＵは、所望ファン速度を決定してよい。ＥＣＵは、ルックアップテーブルを用いて、所望ファン速度を決定してよい。特にＥＣＵは、ラジエータ捏伝達係数とルックアップテーブルとを比較して、対応する所望ファン速度を検索してよい。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、ラジエータ熱伝達係数と、主ラジエータの入口を通る流体の体積流量率との関数に基づいて、所望ファン速度を決定してよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、関数の結果とルックアップテーブルとを比較して、比較に基づいて所望ファン速度を検索してよい。
【０１１４】
ブロック８２４では、ＥＣＵは、ファンに提供される所望パワー信号を決定してよい。所望パワー信号は、ラジエータ熱伝達係数と所望ファン速度との一方又は両方に基づいていてよい。例えばＥＣＵは、所望ファン速度とルックアップテーブルとを比較して、ファンに提供される対応する所望パワー信号を検索してよい。いくつかの実施形態では、所望パワー信号は、特定の電圧を有する直流（ＤＣ）パワー信号に対応していてよい。いくつかの実施形態では、所望パワー信号は、二乗平均平方根（ＲＭＳ）電圧又は特定のデューティサイクルを有する交流（ＡＣ）パワー信号に対応していてよい。これについて、所望パワー信号は、パワー信号の特定の電圧（ＤＣ又はＲＭＳ）と特定のデューティサイクルとの一以上を含んでいてよい。
【０１１５】
ブロック８２６では、ＥＣＵは、空気の所望速度で主ラジエータに向かって空気が吹くための所望速度でファンが作動するように、ファンに所望パワー信号を提供してよい。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、ブロック８１８から８２６に示したものとは異なる方法で、ラジエータのファンを制御してよい。特にＥＣＵは、ラジエータの出口での流体の温度に対応するラジエータ出口温度と、目標燃料電池入口温度とを比較してよい。例えば、ＥＣＵは、ラジエータ出口温度が、例えば摂氏３度、摂氏５度、摂氏７度等の、目標燃料電池入口温度と閾温度との和以上であるか否かを決定してよい。ラジエータ出口温度が該和以上である場合、ＥＣＵは、ファンオンイベントを開始してよい。ラジエータ出口温度が該和未満になったとき、ＥＣＵはファンオンイベントをキャンセルしてよい。ＥＣＵは、ファンオンイベントが初期化されたときに作動し、ファンオンイベントがキャンセルされたときに停止するように、ファンを制御してよい。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、ファンオンイベントをラッチしてよい。例えば、ＥＣＵは、ファンオンイベントの開始後、且つ、ファンオンイベントのキャンセル前の所定期間内で、ファンオンイベントを維持するように制御してよい。所定期間は、ドライバを十分に刺激するような「オン」状態と「オフ」状態との間を周期的に振動するファンの見込みを低減するための十分な期間に対応していてよい。これについて、ラッチは、望ましくない「オン」状態と「オフ」状態との間を振動するファンの見込みを低減してよい。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、ＥＣＵがファンオンイベントを開始するか、ファンオンイベントをキャンセルするかに基づく閾温度の調整により、ＥＣＵは、ファンオンイベントをラッチしてよい。例えば、ＥＣＵは、ファンオンイベントを開始する場合、閾温度を摂氏６度に設定してよく、ファンオンイベントをキャンセルする場合、閾温度を摂氏８度に設定してよい。これについて、ＥＣＵは、温度が、例えば摂氏４８度等の第１の値に達した場合にファンオンイベントを開始してよく、温度が、例えば摂氏４６度等の第２の値に達した場合にファンオンイベントをキャンセルしてよい。
【０１１９】
さて図９Ａ及び９Ｂを参照すると、燃料電池回路の現在の状態を見積もることにより、燃料電池回路を加熱又は冷却する方法９００が示されている。方法は、例えば、図３のＥＣＵ１０２の状態エスティメータ３２０等の、ＥＣＵの状態エスティメータにより実行されてよい。
【０１２０】
ブロック９０２では、燃料電池回路のモデルが作られ格納される。モデルは、燃料電池回路の設計者により作られてよく、ＥＣＵがアクセス可能な車両のメモリに格納されてよい。ＥＣＵは、燃料電池回路の様々な構成の、様々な温度、圧力等を見積もるために、燃料電池回路のモデルを用いてよい。
【０１２１】
図１０を簡単に参照すると、図２の燃料電池回路１１８等の燃料電回路のモデル１０００が示されている。モデル１０００は、複数の主構成１００２の表示（大きい四角により表される）、主構成１００２に接続された複数のピプス１００４の表示（小さい四角により表される）、及び、流体の流れが二以上の流れに分けられる複数の分流器１００６（三角により表される）を含んでいてよい。
【０１２２】
図９Ａ及び９Ｂに戻り、ＥＣＵは、ブロック９０４において、複数の入力を受信してよい。入力は、温度センサにより検出された温度を含む検出された温度値を、アクチュエータ制御信号と一緒に含んでいてよい。アクチュエータ制御信号は、（ポンプ、三方弁及びラジエータファンを含む）複数のアクチュエータの命じられたアクチュエータ値に対応していてよい。
【０１２３】
ブロック９０６では、ＥＣＵは、流体の所望温度に対応する温度制御信号を決定してよい。例えば、温度制御信号は、状態ガバナにより決定された温度変化率に対応していてよい。
【０１２４】
ブロック９０８では、ＥＣＵは、燃料電池回路の複数の構成の複数の流れ抵抗値を計算してよく、ブロック９１０では、ＥＣＵは、燃料電池回路の複数の構成を通る流体の質量流量値を計算してよい。流れ抵抗値及び質量流量値は、主構成及びピプスを含む各構成について計算されてよい。
【０１２５】
各構成の流れ抵抗値は、以下の式７と同様の式を用いて計算されてよい。
【０１２６】
【数７】
2019110116.tif 000009
【０１２７】
式７において、Ｚは、流れ抵抗を表している。Ｆｄは、レイノルズ数に対応することにより規定される関連流れレジーム（流れが、乱流、層流等であるか否か）に対応する実験的な相関から計算されてよい、構成のダルシ摩擦要素を表している。ダルシ摩擦要素は、構成を介する摩擦損失量を示してよい。Ｌｅｎｇｔｈは、構成の長さを表している。Ｌｅｎｇｔｈａｄｄは、流れ抵抗の計算の精度を向上するために、燃料電池回路の作動中にＥＣＵにより、又は、ＥＣＵの設計者により、調整されてよいチューニングパラメータに対応する。Ｌｅｎｇｔｈａｄｄパラメータは、流れ抵抗カーブが、経験カーブと実質的に等しくなるまで、調整されてよい。Ｄは、構成の水圧直径を表しており、Ａは、構成の断面領域を表している。ρは、構成内の流体の密度を表している。式７において、Ｆｄ及びρは、可変パラメータであり、残りのパラメータは時間に対して一定である。
【０１２８】
与構成の質量流量は、上述した式２と同様の式を用いて計算されてよい。
【０１２９】
再び図１０を参照して、質量保存の法則により、隣接する直列に接続された構成を通る流体の質量流量は同じになるだろう。例えば、燃料電池スタック１００８とパイプ１０１０とは直列に接続されている。それ故、燃料電池スタック１００８を介して流れる流体の全ては、分かれることなく、その後パイプ１０１０を介して流れるだろう。これについて、燃料電池スタック１００８を通る流体の質量流量は、パイプ１０１０を通る流体の質量流量と等しくなるだろう。同様に、インタークーラ１０１２を通る流体の質量流量は、他のパイプ１０１４を通る流体の質量流量と等しくなるだろう。
【０１３０】
例えばジャンクション１０１６等、多数の構成からの流体が合流する場合、ジャンクション後（即ち、例えばパイプ１０１８等の後続構成による）の質量流量は、複数の構成による質量流量の和に等しいだろう。これについて、パイプ１０１８を通る流体の質量流量は、第１パイプ１０１０による質量流量と、第２パイプ１０１４による質量流量との和に等しいだろう。
【０１３１】
しかしながら、流体の流れが分かれる（即ち、構成が並列に接続されている）位置についての質量流量の計算は、より難しくなる。例えば図１０及び１１を参照して、ダイアグラム１１００は、模範的な流れが分かれる状況を描いている。ダイアグラム１１００は、分流器１１０８で第１流路１１０４及び第２流路１１０６に分かれる主流路１１０２を含んでいる。第１流路１１０４は、ジャンクション１１１４で第２流路１１０６と再合流する前に、第１構成１１１０及び第２構成１１１２を介して流れる。第２流路１１０６は、ジャンクション１１１４で第１流路１１０４と再合流する前に、第３構成１１１６及び第４構成１１１８を介して流れる。
【０１３２】
ダイアグラム１１００は、分流器１０２０（分流器１１０８により表される）、第１流路１０２２及び第２流路１０２４を含むモデル１０００の一部を、おおよそ表している。第１流路１０２２は、２つのパイプ１０２６、１０２８と、主ラジエータ１０３０とを含んでおり、第２流路１０２４は、２つのパイプ１０３２、１０３４と、副ラジエータ１０３６とを含んでいる。図示するように、燃料電子回路のモデル１０００は、合流分流と、直列に接続された多数の構成を含む並列の支流とを含んでいる。
【０１３３】
モデル１０００の質量流量及び流れ抵抗を解決する場合、一以上の構成の流れ抵抗が既知であり、且つ、少なくとも一つの構成（ポンプ１０３８等）について質量流量が既知であるだろう。質量流量が一の構成について既知であるので、質量流量は、分流器に到達する前の、各後続構成について維持される。これについて、他のパイプ１０４０を介する流体の質量流量は、ポンプ１０３８を介する流体の質量流量と等しいだろう。
【０１３４】
流体が分流器に到達した場合、付加的な計算が、構成の組み合わせの等価流れ抵抗と、各支流による質量流量とを計算するために行われてよい。主流路１１０２の質量流量（ｍｔｏｔａｌ）は既知であってよい（即ち、前の直列構成による質量流量と等しくなるように設定されてよい）。同様に、構成１１１０、１１１２、１１１６、１１１８の流れ抵抗も既知であってよい。
【０１３５】
等価流れ抵抗を計算するために、下記の式８及び９が用いられてよい。
【０１３６】
【数８】
2019110116.tif 000010
【０１３７】
【数９】
2019110116.tif 000011
【０１３８】
式８は、直列に接続された構成の等価流れ抵抗を計算するために用いられてよい。これについて、第１流路１１０４による等価流れ抵抗は、第１構成１１１０の流れ抵抗（Ｚ１）と第２構成１１１２の流れ抵抗（Ｚ２）との和に等しくてよい。
【０１３９】
式９は、並列に接続された構成の等価流れ抵抗を計算するために用いられてよい。例えば、第１流路１１０４（Ｚ３）及び第２流路（Ｚ４）とによる等価流れ抵抗は、既知であってよい。これについて、構成１１１０、１１１２、１１１６、１１１８全てによる流れ抵抗に対応する等価流れ抵抗は、式９を用いて計算されてよい。
【０１４０】
第１流路１１０４による質量流量（ｍ１）及び第２流路１１０６による質量流量（ｍ２）を計算するために、下記の式１０及び１１が用いられてよい。
【０１４１】
【数１０】
2019110116.tif 000012
【０１４２】
【数１１】
2019110116.tif 000013
【０１４３】
式１０は、第１流路１１０４を通る流体の質量流量（ｍ１）を決定するために計算される。Ｚ３は、第１流路１１０４の構成１１１０、１１１２の等価流れ抵抗を表しており、Ｚ４は、第２流路１１０６の構成１１１６、１１１８の等価流れ抵抗を表している。しかしながら、Ｚ３及びＺ４は、現段階では未知の値である。これについて、式１０は、前期間のＺ３及びＺ４を用いて解かれる。計算は、比較的短い間隔（例えば、１ミリ秒（ｍｓ）と１秒との間、又は、５ｍｓから５０ｍｓとの間、約１６ｍｓ等）で実行されるので、等価流れ抵抗が、連続する期間の間で大きく変化する可能性は低い。これについて、前期間の等価流れ抵抗を用いて式１０を解くことは、比較的正確な質量流量値を提供するために有望である。現在の流れ抵抗又は現在の質量流量値が既知であるということ、且つ、質量流量値が、等価流れ抵抗（及び、逆に、式７につき）を解くために必要であることに起因して、前期間の等価流れ抵抗を用いることは望ましい。前期間の等価流れ抵抗を用いることは、ＥＣＵに、リアルタイムに任意の支流に分離する流れを動的に解くことを可能にするという利益がある。いくつかの実施形態では、「リアルタイム反復ソルバ」と称されるツールは、リアルタイムに式のセットを解くことに用いられてよい。
【０１４４】
いったん第１流路１１０４による質量流量（ｍ１）が、式１０を用いて計算されると、第２流路１１０６による質量流量（ｍ２）が、総質量流量（ｍｔｏｔａｌ）から第１流路１１０４による質量流量（ｍ１）を差し引く式１１を用いて計算されてよい。
【０１４５】
質量流量値が計算された後、現段階の流れ抵抗を決定するために、式８及び１１が再度計算されてよい。これらの計算は、前期間の流れ抵抗に基づいて計算された質量流量を用いて行われる。
【０１４６】
図９Ａ、９Ｂ及び１０に戻り、ＥＣＵは、ブロック９１２において、燃料電池回路のリザーバ１０４２内の流体のリザーバ圧力を決定してよい。リザーバ１０４２は、燃料電池回路に追加される流体を含んでいるリザーバであってよい。いくつかの実施形態では、リザーバ１０４２は、対応する車両のユーザに、冷却剤等の流体を提供可能とする部分を含んでいてよい。リザーバ圧力は、センサデータに基づいて決定されてもよいし、ＥＣＵにより計算されてもよい。
【０１４７】
ブロック９１４では、ＥＣＵは、リザーバ圧力及びブロック９１０において計算された質量流量値に基づいて、燃料電池回路の各構成の圧力値を計算してよい。特に、燃料電池回路の各構成を横断する圧力ドロップが、下記の式１２を用いて計算されてよい。
【０１４８】
【数１２】
2019110116.tif 000014
【０１４９】
式１２において、ΔＰは、例えばパイプ１０４０等の与構成の圧力ドロップを表している。ｍは、与構成を通る流体の質量流量を表しており、Ｚは、該構成の流れ抵抗を表している。これについて、式１２は、燃料電池回路の各構成の圧力ドロップを計算するために用いられてよい。
【０１５０】
ポンプ１０３８は、圧力源及び質量流量源の両方として作動してよい。いくつかの実施形態では、ポンプ１０３８は、ポンプ速度、ポンプ１０３８による質量流量及び圧力値がカップリングされていることを意味する、ターボ式ポンプであってよい。それ故、前期間総システム圧力ドロップ値は、現段階の総質量流量（即ち、ポンプ１０３８による質量流量）を計算又は見積もるために、現段階のポンプ速度と一緒に用いられてよい。
【０１５１】
リザーバ圧力、及び、燃料電池回路の各構成の圧力ドロップがわかった後、各構成の入口及び出口各々の圧力が計算されてよい。例えば、パイプ１０４４の出口とリザーバ１０４２とは直接接続されているので、パイプ１０４４の出口での圧力は、リザーバ圧力と等しい。パイプ１０４４の圧力ドロップは既知であるので、パイプ１０４４の入口での圧力は、パイプ１０４４の圧力ドロップをリザーバ圧力に加えることにより計算されてよい。この計算は、燃料電池回路ユニットまわりに続けられてよく、燃料電池回路の各ノードでの圧力が決定される。
【０１５２】
ブロック９１６では、複数の構成各々を通る流体の密度値が計算されてよい。例えば、密度値は、上述した式７と同様の式を用いて計算されてよい。
【０１５３】
ブロック９１８では、複数の構成各々内の流体についての比熱値が計算されてよい。例えば、比熱値は、上述した式２と同様の式を用いて計算されてよい。
【０１５４】
ブロック９２０では、燃料電池回路の複数の構成各々についての熱伝達値が計算されてよい。熱伝達値は、与構成により、流体に加えられる又は流体から取り去られる熱量に対応していてよい。上述したように、インタークーラ１０１２及び燃料電池スタック１００８は、流体に熱を加える２つの構成である。燃料電池スタック１００８の熱伝達値（ＱＦＣ）は、上述した式２と同様の式を用いて計算又は見積もられてよい。インタークーラ１０１２の熱伝達値は、同様の又は他の式を用いて計算されてよい。
【０１５５】
複数のラジエータ１０４６と、複数のパイプ１００４各々とは、流体から熱を取り去ることが多い。燃料電池回路の複数のラジエータ１０４６各々の熱伝達値は、上述した式３から６等の式を用いて計算されてよい。複数のパイプ１００４各々の熱伝達値は、複数のパイプ１００４の伝達特性、流体の温度、及び、複数のパイプ１００４の外側の環境温度に基づいて見積もられてよい。
【０１５６】
ブロック９２２では、ＥＣＵは、燃料電池回路の複数の構成に対応する複数の温度値を計算してよい。例えば、ＥＣＵは、複数の構成の複数の出口での温度値を計算してよい。エネルギ保存の法則により、第１構成の出口での温度は、隣接する下流構成の入口での温度と等しいだろう。温度値は、前期間の温度値を用いて計算されてよい。温度値は、下記の式１３と同様の式を用いて計算されてよい。
【０１５７】
【数１３】
2019110116.tif 000015
【０１５８】
式１３において、ＴＫ＋１は、現期間の対応する構成の出口での流体の温度を表している。ＴＫは、以前に計算された、前期間の流体の温度を表している。Δｔは、期間の長さ（例えば、１ｍｓと１秒との間、５ｍｓと５０ｍｓとの間、又は約１６ｍｓ等）を表している。τは、時定数を表しており、ρＶ／ｍに等しい。ここで、ρは、構成内の流体の密度を表しており、Ｖは、構成内の流体の体積を表しており、ｍは、こうせいを通る流体の質量流量を表している。ｘＫ＋１は、独立変数を表しており、現期間に計算される値である。
【０１５９】
特に、ｘＫ＋１は、［Ｔ１＋１／ρｃ（Ｐ１−Ｐ２）−１／ｃｍ（Ｑ）］として提供されてよい。Ｔ１は、構成の入口での温度を表している。ρは、構成内の流体の密度を表しており、ｃは、構成内の流体の比熱を表している。Ｐ１は、構成の入口での流体の圧力を表しており、Ｐ２は、構成の出口での流体の圧力を表している。ｍは、構成を通る流体の質量流量を表している。Ｑは、構成の熱伝達値を表しており、ブロック９２０において実行される計算から取得されてよい。
【０１６０】
式１３は、各期間、複数の構成各々について、ＥＣＵにより実行されてよい。燃料電池回路の少なくとも一つの構成（例えば、燃料電池スタック１００８の出口等）についての温度が（温度センサから）既知であるので、この温度は、隣接する下流構成の出口温度（例えば、パイプ１０１０の入り口温度）を解くための入力として用いられてよい。隣接する下流構成の出口温度が一旦計算されると、次の構成等について、燃料電池回路の各構成について出口温度がわかるまで、出口温度が計算されてよい。
【０１６１】
ブロック９２４では、ＥＣＵは、燃料電池回路の各アクチュエータの所望アクチュエータポジションを計算してよい。上述したように、アクチュエータは、ラジエータファン、ポンプ及び三方弁を含んでいてよい。例えば、ＥＣＵのフィードフォワード制御又はフィードバック制御は、温度制御信号、並びに、例えば質量流量値、圧力値及び温度値等の状態エスティメータにより計算された値に基づいて、所望アクチュエータポジションを計算してよい。
【０１６２】
ブロック９２４では、ＥＣＵは、所望アクチュエータポジションとなるようにアクチュエータを制御してよい。
【０１６３】
さて図１２Ａ及び１２Ｂを参照すると、燃料電池回路を加熱又は冷却するフィードバックの方法１２００が示されている。方法１２００は、例えば図３のフィードバック制御３１６等のフィードバック制御により行われてよい。
【０１６４】
ブロック１２０２では、ＥＣＵは、燃料電池回路内の流体の所望温度に対応する温度制御信号を決定してよい。例えば、温度制御信号は、流体の所望温度に対応していてよく、例えば温度変化率を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、温度制御信号は、一以上の位置での流体の所望温度に基づいて決定されてよい。温度制御信号は、例えば図３の状態ガバナ３０８等の状態ガバナを用いて決定されてよい。
【０１６５】
ブロック１２０４では、ＥＣＵは、温度制御信号に基づく流体温度を増加又は減少するために、アクチュエータをフィードフォワード制御してよい。例えば、ＥＣＵは、例えば図３のフィードフォワード制御３１２等のフィードフォワード制御を用いて、フィードフォワード制御信号を決定してよい。フィードフォワード制御は、温度制御信号に基づいていてよく、状態エスティメータを用いて計算された見積値であってよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、フィードフォワード制御を用いて燃料電池回路の一以上のアクチュエータを直接制御してよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の組み合わせを用いて、一以上のアクチュエータを直接制御してよい。
【０１６６】
ブロック１２０６では、一以上の位置での流体の流体温度は、温度センサにより決定、又は、ＥＣＵ、例えば状態エスティメータ内、により計算されてよい。
【０１６７】
ブロック１２０８では、ＥＣＵは、一以上の位置の、検出された又は計算された温度と、所望温度との間の温度差を決定してよい。例えば、ＥＣＵは、燃料電池スタックの出口での検出された又は計算された温度と、燃料電池スタックの出口での流体の所望温度との温度差を決定してよい。
【０１６８】
ブロック１２１０では、ＥＣＵは、感度を決定又は計算してよい。感度は、流体温度の変化に対する、アクチュエータポジションの変化（アクチュエータポジションの物理的な変化、アクチュエータ制御信号の変化、又は、アクチュエータ制御信号の決定に用いられるパラメータ値の変化を含む）に対応又は関連していてよい。例えば、感度は、
アクチュエータのアクチュエータポジションのどの程度の変化が、流体の流体温度を１度だけ変化するかを示してよい。他の例として、感度は、質量流量のどの程度の変化が、流体の流体温度を１度だけ変化するかを示してよい。
【０１６９】
いくつかの実施形態及びブロック１２１２では、ＥＣＵは、時間遅延により感度を割ってよい。これは、流体の流体温度がセンサにより検出される場合に特に有用であることが多い。これは、センサにより検出された流体温度は、例えば１から５秒等、１秒以上遅れることが多いからである。これについて、アクチュエータ制御が、時間遅延センサ読取値に基づくならば、アクチュエータ制御は、遅延読取値によりゆらぐだろう。時間遅延により感度を割ることは、アクチュエータ制御においてよりゆるやかな変化という結果をもたらし、それ故、アクチュエータ制御のゆらぎの可能性が減少する。
【０１７０】
いくつかの実施形態では、流体温度が、時間遅延を有するセンサにより検出されずに、ＥＣＵにより計算される場合は特に、ブロック１２１２は回避されてよい。これは、遅延が全くなければ、流体温度の計算は比較的小さい遅延しか有さないからである。従って、アクチュエータ制御は、より現在の読取値に基づいており、時間遅延操作は不要である。
【０１７１】
ブロック１２０８において決定された温度差は、温度エラーに対応していてよい。言い換えれば、位置での所望温度と、該位置での実際の温度との差分であるので、温度差はエラーに対応している。これについて、ブロック１２１４では、感度は、誤差信号を決定するために温度差に適用されてよい。誤差信号は、アクチュエータポジションのエラー、又は、温度差を引き起こすアクチュエータポジションの計算に用いられるパラメータのエラーに対応、又は、を示していてよい。例えば、誤差信号は、ポンプが、燃料電池回路を通る流体を、非常に低い又は高い質量流量率でポンピングしていることを示してよい。誤差信号は更に、流体のアクチュエータ温度を、流体の所望温度に比較的等しくするだろう質量流量の差分を示す、又は、に対応していてよい。
【０１７２】
ブロック１２１６では、ＥＣＵは、フィードバック制御信号を生成するために、誤差信号を、比例−積分−微分（ＰＩＤ又はＰＩ）コントローラに通してよい。ＰＩＤコントローラは、誤差信号の過去及び現在の値を解析して、現在の誤差信号、過去の誤差信号、及び、誤差信号の潜在的な他のエラーに基づいて、フィードバック制御信号を生成してよい。
【０１７３】
ブロック１２１８では、ＥＣＵは、フィードバック制御信号に基づいてアクチュエータを制御してよい。例えば、ＥＣＵは、フィードフォワード制御信号（例えば、図８Ａ及び８Ｂの方法８００を用いて生成された制御信号等）と、フィードバック制御信号との和を生成し、該和に基づいてアクチュエータを制御してよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、フィードバック制御信号のみに基づいてアクチュエータを制御してよい。
【０１７４】
さて図１３を参照すると、図２のＥＣＵ１０２、特にフィードバック制御３１６は、三方弁コントローラ１３００を含んでいてよい。三方弁コントローラ１３００は、三方弁のフィードバック制御を行うために、図１２Ａ及び１２Ｂの方法１２００と同様の方法を行うように設計された論理又は特別のハードウェアであってよい。
【０１７５】
三方弁コントローラ１３００は、差分ブロック１３０２を含んでいてよい。差分ブロック１３０２は、燃料電池スタックの入口で測定又は計算された流体温度１３０４を受信してよい。例えば、流体温度１３０４は、ＥＣＵ１０２の状態エスティメータにより計算されてもよい。差分ブロック１３０２は更に、燃料電池スタックの入口での流体の所望温度に対応する所望温度１３０６を受信してよい。差分ブロック１３０２は、流体温度１３０４と所望温度１３０６との間の差に対応する温度差１３０８を出力してよい。
【０１７６】
三方弁コントローラ１３００は更に、第２差分ブロック１３１０を含んでいてよい。第２差分ブロック１３１０は、ラジエータの出口での流体の温度に対応するラジエータ温度１３１２を受信してよい。第２差分ブロック１３１０は更に、燃料電池回路のバイパス支流に沿う位置での流体の温度に対応するバイパス流体温度１３１４を受信してよい。第２差分ブロック１３１０は、ラジエータ温度１３１２とバイパス流体温度１３１４との間の差分１３１６を出力してよい。
【０１７７】
三方弁コントローラ１３００は更に、感度ブロック１３１８を含んでいてよい。感度ブロック１３１８は、ラジエータ温度１３１２と、バイパス流体温度１３１４、及び、ポンプの入口での流体の温度に対応するポンプ流体温度１３２０との間の差分１３１６を受信してよい。感度ブロック１３１８は、三方弁のバルブポジションの変化の、例えば燃料電池スタックの入口での流体温度等である、流体の流体温度の変化に対応する感度１３２２を決定してよい。例えば、感度１３２２は、燃料電池スタックの入口での流体温度の１度の変化という結果をもたらす、バルブポジション（Ｚ）の変化がどの程度かを示してよい。
【０１７８】
感度１３２２は、下記の式１４と同様の式を用いて計算されてよい。いくつかの実施形態では、感度は、式１４と同様の式を用いて構成されるルックアップテーブル又はルックアップマップとして提供されてよい。いくつかの実施形態では、感度は、感度ブロック１３１８が、受信された入力に基づいて感度を計算するような式として提供されてよい。
【０１７９】
【数１４】
2019110116.tif 000016
【０１８０】
式１４において、ｄＺ／ｄＴは、感度ブロック１３１８により決定又は計算された感度１３２２を表している。Ｔｐｕｍｐｉｎは、ポンプ流体温度１３２０を表している。ΔＴは、燃料電池スタックの入口での設定された流体温度変化を表している。いくつかの実施形態では、ΔＴは、摂氏１度に設定される。Ｔｂｙｐａｓｓは、バイパス流体温度１３１４を表しており、Ｔｒａｄｏｕｔは、ラジエータの出口でのラジエータ温度１３１２を表している。感度ｄＺ／ｄＴは、燃料電池スタックの入口での流体の所定温度変化（例えば摂氏１度等）に達するために、三方弁の分流比をどの程度変化させるべきかを示している。
【０１８１】
図８Ａ及び８Ｂを参照して上述したように、分流比は、ラジエータに向かって振り向けられた（例えば、質量流量を用いて測定された）流体の量と、燃料電池回路全体を流れる（例えば、質量流量を用いて測定された）流体の総量との比に対応していてよい。それ故、分流比１は、流体の全てがラジエータを介して流れ、バイパス支流には流れないことを示すことになる。また、図８Ａ及び８Ｂを参照して上述したように、三方弁の分流比（Ｚ）は、ラジエータの出口でのラジエータ温度１３１２とバイパス流体温度１３１４との間の差分の関数である。
【０１８２】
三方弁コントローラ１３００は更に、掛け算ブロック１３２４を含んでいてよい。掛け算ブロック１３２４は、感度１３２２を温度差１３０８に適用してよい。例えば、掛け算ブロック１３２４は、温度差１３０８に感度１３２２を掛けてよい。掛け算ブロック１３２４の結果は、誤差信号１３２６であってよく、（例えば、分流比に対応する値で測定された）三方弁ポジションにおけるエラーを示していてよい。
【０１８３】
三方弁コントローラ１３００は更に、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラ１３２８を含んでいてよい。ＰＩＤコントローラ１３２８は、誤差信号１３２６を受信してよく、現在の誤差値、過去の誤差値、及び、誤差信号１３２６の潜在的な誤差を考慮することにより、フィードバック制御信号１３３０を生成してよい。
【０１８４】
ＥＣＵ１０２は更に、フィードバック制御信号１３３０を、フィードフォワード制御信号１３３４と一緒に受信してよい。フィードフォワード制御信号１３３４は、図３のフィードフォワード制御３１２等のフィードフォワード制御により決定又は計算された三方弁のフィードフォワード制御に対応してよい。
【０１８５】
組み合わせブロック１３３２は、フィードバック制御信号１３３０とフィードフォワード制御信号１３３４との和を生成してよい。組み合わせブロック１３３２は、フィードフォワード及びフィードバック制御に基づく最終的な所望バルブポジションに対応する組み合わせ制御信号１３３６を出力してよい。特に、組み合わせ制御信号１３３６は、最終的な所望分流比に対応していてよい。
【０１８６】
組み合わせ制御信号１３３６は、ルックアップテーブル１３３８により受信されてよい。いくつかの実施形態では、ルックアップテーブル１３３８は、分流比を所望バルブポジションへ変換するための計算、他の方法又は装置を代わりに含んでいてよい。これについて、ルックアップテーブル１３３８は、組み合わせ制御信号１３３６を受信してよく、組み合わせ制御信号１３３６を最終的な所望バルブポジション１３４０へ変換してよく、最終的な所望バルブポジションを出力してよい。ＥＣＵは、最終的な所望バルブポジション１３４０に基づいて三方弁を制御してよい。
【０１８７】
さて図１４を参照すると、図２のＥＣＵ１０２、特にフィードバック制御３１６は、ポンプコントローラ１４００を含んでいてよい。ポンプコントローラ１４００は、ポンプのフィードバック制御を実行するために、論理又は特別なハードウェアとして与えられ、図１２Ａ及び１２Ｂの方法１２００と同様の方法を実行するように設計されてよい。
【０１８８】
ポンプコントローラ１４００は、差分ブロック１４０２を含んでいてよい。差分ブロック１４０２は、燃料電池スタックの出口で測定又は計算された流体温度１４０４を受信してよい。例えば、流体温度１４０４は、例えば図２の温度センサ２２４等の温度センサにより測定されてよく、ＥＣＵ１０２の状態エスティメータにより計算されてもよい。差分ブロック１４０２は更に、燃料電池スタックの出口での流体の所望温度に対応する所望温度１４０６を受信してよい。例えば、所望温度１４０６は、燃料電池スタックの出口での流体の指令温度に対応してよく、ＥＣＵ１０２の上位コントローラにより決定されてよい。差分ブロック１４０２は、流体温度１４０４と所望温度１４０８との間の差分に対応する温度差１４０８を出力してよい。
【０１８９】
ポンプコントローラ１４００は更に、第２差分ブロック１４１０を含んでいてよい。第２差分ブロック１４１０は、流体温度１４０４と、燃料電池スタックの入口での流体の温度に対応する燃料電池入口温度１４１４とを受信してよい。燃料電池入口温度１４１４は、ＥＣＵ１０２の状態エスティメータにより測定又は計算されてよい。第２差分ブロック１４１０は、流体温度１４０４と燃料電池入口温度１４１４との間の差分１４１６を出力してよい。差分１４１６は、燃料電池スタックの入口と出口との間の差分に対応するので、燃料電池スタックの温度勾配としても参照されてよい。
【０１９０】
ポンプコントローラ１４００は更に、感度ブロック１４１８を含んでいてよい。感度ブロック１４１８は、差分１４１６を、（燃料電池スタックから流体へ伝達される熱量に対応する）燃料電池スタックにより出力される熱量１４２０と、燃料電池スタック内の流体の等価比熱１４１２とを一緒に受信してよい。感度ブロック１４１８は、例えば燃料電池スタックの出口での流体温度等の、流体の流体温度の変化に対する、ポンプのポンプ出力の変化（例えば流体の質量流量の変化等）に対応する感度１４２２を決定してよい。例えば、感度１４２２は、ポンプにより出力される質量流量のどの程度の変化が、燃料電池スタックの出口での流体温度の１度の変化に対応するかを示してよい。
【０１９１】
感度１４２２は、下記の式１５と同様の式を用いて計算されてよい。いくつかの実施形態では、感度は、式１５と同様の式を用いて構成されたルックアップテーブル又はルックアップマップとして提供されてよい。いくつかの実施形態では、感度は、感度ブロック１４１８が受信された入力に基づいて感度を計算するような式として提供されてよい。
【０１９２】
【数１５】
2019110116.tif 000017
【０１９３】
式１５において、Δｍ／ｄＴＦＣｏｕｔは、感度ブロック１４１８により決定又は計算された感度１４２２を表している。示すように、感度１４２２は、燃料電池スタックの出口での流体温度の変化（ｄＴＦＣｏｕｔ）に対する、ポンプにより出力される質量流量の変化（Δｍ）に対応している。特に、感度Δｍ／ｄＴＦＣｏｕｔは、所定の温度変化（例えば摂氏１度）に到達するために要求される、ポンプにより出力される質量流量の変化量を示している。いくつかの実施形態では、ｄＴＦＣｏｕｔは、摂氏１度に設定されている。ｃｅｑは、燃料電池スタック内の流体の等価比熱１４１２を表している。ＱＦＣは、燃料電池スタックにより出力される熱量１４２０を表している。ＴＦＣｏｕｔは、燃料電池スタックの出口での流体の流体温度１４０４を表しており、ＴＦＣｉｎは、燃料電池スタックの入口での燃料電池入口温度１４１４を表している。
【０１９４】
ポンプコントローラ１４００は更に、割り算ブロック１４２６を含んでいてよい。割り算ブロック１４２６は、感度１４２２を、時間遅延１４２４と一緒に受信してよい。割り算ブロック１４２６は、時間遅延１４２４により感度１４２２を割ってよい。この割り算が行われることにより、割り算ブロック１４２６は、ポンプ制御のより緩やかな変化を引き起こす感度１４２２を減らす。これについて、割り算ブロック１４２６は、ポンプ制御のゆらぎを減らしてよい。これは、温度センサの遅延読取値のため、流体温度１４０６が温度センサにより検出される場合に特に有用だろう。いくつかの実施形態では、割り算ブロック１４２６は、特に、流体温度１４０６がＥＣＵ１０２の状態エスティメータにより計算される場合には除かれてよい。割り算ブロック１４２６は、調整された感度１４２８を出力してよい。いくつかの実施形態では、図１３の三方弁コントローラ１３００は、同様の割り算ブロックを含んでいてよい。
【０１９５】
ポンプコントローラ１４００は更に、掛け算ブロック１４３０を含んでいてよい。掛け算ブロック１４３０は、調整された感度１４２８を温度差１４０８に適用してよい。例えば、掛け算ブロック１４３０は、温度差１４０８に調整された感度１４２８を掛けてよい。掛け算ブロック１４３０の結果は、ポンプにより出力される所望質量流量におけるエラーを示す誤差信号１４３２であってよい。これについて、誤差信号は質量流量値を示してよい。
【０１９６】
ポンプコントローラ１４００は更に、ＰＩＤコントローラ１４３４を含んでいてよい。ＰＩＤコントローラ１４３４は、誤差信号１４３２を受信してよく、現在の誤差値、過去の誤差値、及び、誤差信号１４３２の潜在的な将来の誤差を考慮してフィードバック制御信号１４３６を生成してよい。
【０１９７】
ＥＣＵ１０２は更に、フィードバック制御信号１４３６を、フィードフォワード制御信号１４４０と一緒に受信する組み合わせブロック１４３８を含んでいてよい。フィードフォワード制御信号１４４０は、例えば図３のフィードフォワード制御３１２等のフィードフォワード制御により決定又は計算された、ポンプのフィードフォワード制御に対応してよい。
【０１９８】
組み合わせブロック１４３８は、フィードバック制御信号１４３６と、フォードフォーワード制御信号１４４０との和を生成してよい。組み合わせブロック１４３８は、フィードフォワード及びフィードバック制御に基づく、ポンプにより出力される最終的な所望質量流量に対応する組み合わせ制御信号１４４２を出力してよい。
【０１９９】
組み合わせ制御信号１４４２は、ルックアップテーブル１４４４により受信されてよい。いくつかの実施形態では、ルックアップテーブル１４４４は、代わりに、質量流量率をポンプ制御信号に変換するための、計算、他の方法又は装置を含んでいてよい。これについて、ルックアップテーブル１４４４は、組み合わせ制御信号１４４２を受信してよく、組み合わせ制御信号１４４２を、最終的なポンプ制御信号１４４６に変換してよい。ＥＣＵは、最終的なポンプ制御信号１４４６に基づいて、ポンプを制御してよい。
【０２００】
さて図１５Ａ及び１５Ｂを参照すると、見積パラメータを訂正する方法１５００が示されている。方法１５００は、例えば図２の燃料電池回路１１８等の燃料電池回路の複数の構成により実行されてよい。例えば、方法１５００は、図３のオブザーバ３２２等のＥＣＵのオブザーバにより実行されてよい。見積パラメータは、状態エスティメータにより生成された見積られた又は計算されたパラメータを含んでいてよい。見積パラメータの訂正は、トリクルダウン効果により精度を向上するために、状態エスティメータによる並列計算を生じてよい。
【０２０１】
ブロック１５０２では、ＥＣＵは、ラジエータにより取り去られる熱量に影響を及ぼす見積パラメータを見積もってよい。上述したように、ラジエータを通り越す環境空気の速度が、ラジエータにより取り去られる熱量の計算に含まれていてよい。これについて、見積パラメータは、一以上のラジエータを越えて流れる環境空気の速度を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、見積パラメータは、例えば環境空気の温度等の他の値を含んでいてよい。
【０２０２】
ブロック１５０４では、ＥＣＵは、アクチュエータの制御に用いられるアクチュエータ制御信号を決定してよい。例えば、制御信号が、ファンのファン速度又はファンを作動するためのパワー信号に対応するように、アクチュエータはファンを含んでいてよい。ＥＣＵは、例えば図３のフィードフォワード制御３１２等のフィードフォワード制御において、アクチュエータ制御信号を決定してよい。
【０２０３】
ブロック１５０６では、温度センサは、燃料電池回路内の流体の流体温度を検出してよい。例えば、流体温度は、図２の燃料電池回路１１８の温度センサ２２６等により、一以上のラジエータの出口で検出されてよい。
【０２０４】
ブロック１５０８では、ＥＣＵは、流体の見積流体温度を見積もってよい。例えば、見積流体温度は、ブロック１５０６において流体温度が検出された位置（即ち、ラジエータの出口）と同じ位置について見積もられてよい。ＥＣＵは、例えば図３の状態エスティメータ３２０等の状態エスティメータを用いて、見積流体温度を見積もってよい。
【０２０５】
ブロック１５１０では、ＥＣＵは、ブロック１５０６において検出された流体温度と、ブロック１５０８において計算された見積流体温度との間の温度差を計算又は決定してよい。これについて、温度差は、測定された温度と状態エスティメータにより見積もられた温度との間の差分を表すものとしての、状態エスティメータによるエラー又は誤計算を示してよい。
【０２０６】
ブロック１５１２では、ＥＣＵは、感度を決定又は計算してよい。感度は、流体温度の変化に対する見積パラメータの変化に対応又は関連していてよい。見積パラメータはファンについての制御信号の決定に用いられるので、見積パラメータの変化は、ラジエータにより流体から取り去られる熱量に最終的に影響を及ぼす。例えば、感度は、見積パラメータのどの程度の変化が、流体温度の摂氏１度の変化を引き起こすために必要かを示してよい。いくつかの実施形態では、流体温度は、ラジエータの出口で測定又は計算されてよい。
【０２０７】
ブロック１５１４では、ＥＣＵは、誤差信号を決定するために、感度を温度差に適用してよい。誤差信号は、温度差を引き起こす見積パラメータを示してよい、又は、に対応してよい。例えば、誤差信号は、状態エスティメータにより計算された見積パラメータ（例えば環境空気速度）の値が非常に低い又は非常に高いことを示してよい。誤差信号は更に、見積流体温度を、流体の実際の流体温度に実質的に等しくするだろう見積パラメータの値における差異を示してよい、又は、に対応してよい。
【０２０８】
ブロック１５１６では、ＥＣＵは、更新された見積パラメータを生成するために、誤差信号をＰＩＤコントローラに通してよい。ＰＩＤコントローラは、誤差信号の過去及び現在の値を分析して、現在の誤差値、過去の誤差値、及び、誤差信号の潜在的な将来の誤差値に基づいて、更新された見積パラメータを生成してよい。
【０２０９】
ブロック１５１８では、ＥＣＵは、更新された見積パラメータに基づいて、更新されたアクチュエータ制御信号を決定してよい。例えば、フィードフォワード制御は、状態エスティメータにより生成されたオリジナルの見積パラメータよりも更新された見積パラメータを用いて新たなファン制御信号を生成してよい。これについて、更新された見積パラメータを用いることは、流体の実際の温度を、流体の所望温度へより近づける可能性がある。
【０２１０】
ブロック１５２０では、ＥＣＵは、ブロック１５１８において生成された更新された見積パラメータに基づいて、アクチュエータを制御してよい。
【０２１１】
さて図１６を参照すると、図２のＥＣＵ１０２、特にオブザーバ３２２は、見積パラメータコントローラ１６００を含んでいてよい。見積パラメータコントローラ１６００は、論理又は特別なハードウェアを用いて与えられてよく、状態エスティメータにより見積もられたパラメータを更新するために、図１５Ａ及び１５Ｂの方法１５００と同様の方法を実行するように設計されてよい。
【０２１２】
見積パラメータコントローラ１６００は、差分ブロック１６０２を含んでいてよい。差分ブロック１６０２は、（例えば、図２の温度センサ２２６等による）ラジエータの出口で測定された流体温度１６０４を受信してよい。差分ブロック１６０２は更に、状態エスティメータにより計算されたラジエータの出口での流体の流体温度に対応する見積流体温度１６０６を受信してよい。差分ブロック１６０２は、測定された流体温度１６０４と見積流体温度１６０６との間の差分に対応する温度差１６０８を出力してよい。これについて、温度差１６０８は、見積流体温度１６０６の計算における誤差を含んでいてよい。
【０２１３】
見積パラメータコントローラ１６００はｓらに、感度ブロック１６１４を含んでいてよい。感度ブロック１６１４は、流体温度１６０４、ラジエータを越えて流れる環境空気の温度１６１０、及び、ラジエータを越えて流れる冷却剤（即ち、環境空気）の（例えば、リッター毎分で測定された）比体積流量率１６１２を受信してよい。温度１６１０及び比体積流量率１６１２は、状態エスティメータにより見積又は計算されてよい。感度ブロック１６１４は、例えばラジエータの出口で測定された流体温度１６０４等の、流体の流体温度の変化に対する環境空気の速度の変化に対応する感度１６１８を決定してよい。例えば、感度１６１８は、速度のどの程度の変化が、流体温度１６０４の摂氏１度の変化をもたらすかを示してよい。
【０２１４】
感度１６１８は、下記の式１６と同様の式を用いて計算されてよい。いくつかの実施形態では、感度は、式１６と同様の式を用いて構成されたルックアップテーブル又はルックアップマップとして提供されてよい。いくつかの実施形態では、感度は、感度ブロック１６１４が、受信された入力に基づいて感度を計算するような式として提供されてよい。
【０２１５】
【数１６】
2019110116.tif 000018
【０２１６】
式１６において、ｄＴ／ｄｖは、感度１６１８を表している。上述したように、感度１６１８は、温度の所定変化（例えば摂氏１度等）に対する環境空気の速度の変化に対応していてよい。Δｖは、例えば秒速１メートル（１ｍ／ｓ）等、速度の所定変化を表している。式１６は、感度１６１８が、全てのラジエータの入口での流体の温度（Ｔｒａｄｉｎ）、全てのラジエータを越えて流れる環境空気の温度１６１０（Ｔａｉｒ＿ｉｎ）、及び、対応するラジエータを越えて流れる冷却剤（即ち、空気）の比体積流量率１６１２（Ｖｃｏｏｌａｎｔｒａｄ）の関数であることを表している。
【０２１７】
Ｖａｒ１は、下記のように表される。
【０２１８】
【数１７】
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【０２１９】
Ｖａｒ１において、Ｔｒａｄｉｎは、全てのラジエータの入口での流体温度を表している。ｋｆ＿ＭＡＰｘｘは、複数のラジエータ（一つの主ラジエータ（ｍａｉｎ）及び二つの副ラジエータ（ｓｕｂ１及びｓｕｂ２））各々に対応するｋｆファクタを用いて決定されたルックアップテーブル値を表している。ｖａｍｂａｉｒは、環境空気の速度を表している。Ｖｃｏｏｌａｎｔｒａｄｘｘは、対応するラジエータを越えて流れる冷却剤（即ち、空気）の比体積流量率を表している。Ｔｒａｄｘｘｉｎは、各対応するラジエータの入口での流体の温度を表している。Ｔａｉｒ＿ｉｎｘｘは、各対応するラジエータを越えて流れる空気の温度を表している。ｍｘｘは、対応するラジエータを通って流れる流体の質量流量を表している。ｃｘｘは、対応するラジエータを通って流れる流体の比熱を表している。
【０２２０】
Ｖａｒ２は、下記のように表される。
【０２２１】
【数１８】
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【０２２２】
見積パラメータコントローラ１６００は更に、掛け算ブロック１６２０を含んでいてよい。掛け算ブロック１６２０は、感度１６１８及び温度差１６０８を受信してよく、感度１６１８を温度差１６０８に適用してよい。例えば、掛け算ブロック１６２０は、温度差１６０８に感度１６１８を掛けてよい、又は、温度差１６０８を感度１６１８で割ってよい。掛け算ブロック１６２０の結果は、例えば見積パラメータ（即ち、環境空気の速度）における誤差等、誤差信号１６２２であってよい。
【０２２３】
見積パラメータコントローラ１６００は更に、ＰＩＤコントローラ１６２４を含んでいてよい。ＰＩＤコントローラ１６２４は、誤差信号１６２２を受信してよく、更新された見積パラメータ１６２６を生成してよい。ＰＩＤコントローラ１６２４は、現在の誤差値、過去の誤差値、及び、誤差信号１６２２の潜在的な将来の誤差値を考慮して、更新された見積パラメータを生成してよい。ＥＣＵ１０２は、その後、更新された見積パラメータ１６２６を、燃料電池回路のファンを制御するために、フィードフォワード制御へ送信してよい。
【０２２４】
明細書及びクレームをとおして用いられた「Ａ及びＢの少なくとも一方」は、「Ａ」のみ、「Ｂ」のみ、「Ａ及びＢ」を含む。方法／システムの典型的な実施形態が、図形式で開示されている。従って、全体をとおして用いられた用語は、非制限に解釈すべきである。技術に精通した者に対して、この中での教授に対する軽微な変更は生じるだろうが、このことに関して保証された特許の範囲内で制限すべきものとして何が意図されているのか、技術の進歩の範囲に当然に属し、結果として貢献するこのような実施形態の全ては何か、そして、付加的なクレーム及びその同等物に照らす他は、その範囲は制限されるべきではないこと、を理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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2019110116000002.pdf
2019110116000003.pdf
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