(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池に対して所望の率、所望の圧力で空気を正確に早く供給する。【解決手段】あるコンプレッサ流量率で気体を供給するコンプレッサ２０４と、該気体を受け入れる燃料電池スタック２０８を含むシステム１０１１０１は、ある期間中の開始コンプレッサ流量率から目標コンプレッサ流量率までのコンプレッサ流量率の所望進行形状に対応するコンプレッサ流量マップを格納するメモリも含む。システム１０１は、最終目標コンプレッサ流量率に対応する制御信号を決定又は受信して、開始コンプレッサ流量率を決定するＥＣＵも含む。ＥＣＵはまた、最終目標コンプレッサ流量率、開始コンプレッサ流量率及び制御信号を決定又は受信してからの時間に基づいて、コンプレッサ流量マップを用いて、中間目標コンプレッサ流量率を決定し、該中間目標コンプレッサ流量率に基づいてコンプレッサ２０４を制御する。【選択図】図２
2019164987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池回路を通り抜ける空気流を制御するシステムであって、
コンプレッサ流量率で、前記燃料電池回路を通り抜ける気体をポンピングするように構成されたコンプレッサと、
複数の燃料電池を有するとともに、前記気体を受け入れ、前記気体との化学反応によって電気を生成するように構成された燃料電池スタックと、
期間中の開始コンプレッサ流量率から目標コンプレッサ流量率までの前記コンプレッサ流量率の所望進行形状に対応するコンプレッサ流量マップを格納するメモリと、
前記コンプレッサに接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）であって、
最終目標コンプレッサ流量率に対応する制御信号を決定又は受信し、
前記開始コンプレッサ流量率を決定し、
前記最終目標コンプレッサ流量率、前記開始コンプレッサ流量率及び前記制御信号を決定又は受信してからの時間に基づいて、前記コンプレッサ流量マップを用いて、中間目標コンプレッサ流量率を決定し、
前記中間目標コンプレッサ流量率に基づいて前記コンプレッサを制御する
ＥＣＵと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記コンプレッサは、入口及び出口を含み、コンプレッサ圧力比は、前記入口での入口圧力に対する前記出口での出口圧力の比に対応し、
前記メモリは更に、前記開始コンプレッサ流量率から前記目標コンプレッサ流量率までの前記コンプレッサ流量率の達成率に基づく、開始コンプレッサ圧力比から目標コンプレッサ圧力比までの前記コンプレッサ圧力比の所望進行形状に対応するコンプレッサ圧力比マップを格納するように構成され、
前記ＥＣＵは更に、
最終目標コンプレッサ圧力比を受信又は決定し、
前記開始コンプレッサ圧力比を決定し、
前記コンプレッサ流量率の前記達成率を決定し、
前記コンプレッサ圧力比マップ、前記最終目標コンプレッサ圧力比、前記開始コンプレッサ圧力比及び前記コンプレッサ流量率の達成率に基づいて、中間目標コンプレッサ圧力比を決定し、
前記中間目標コンプレッサ圧力比に基づいて前記コンプレッサを更に制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コンプレッサ流量マップは、前記期間中の０パーセントから１００パーセントまでの前記達成率としての前記コンプレッサ流量率の前記所望進行形状をプロットし、前記ＥＣＵは更に、前記コンプレッサ流量率の現在の達成率に、前記最終目標コンプレッサ流量率と前記開始コンプレッサ流量率との差分を掛け、そして、前記開始コンプレッサ流量率を掛け算の結果に加えることにより、前記中間目標コンプレッサ流量率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２に記載のシステム。
【請求項４】
前記現在の達成率は、前記制御信号を決定又は受信してからの時間と前記コンプレッサ流マップとを比較することにより決定されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コンプレッサ圧力比マップは、前記コンプレッサ流量率の達成率に関して０パーセントから１００パーセントまでの圧力達成率としての前記コンプレッサ圧力比の所望進行形状をプロットし、前記ＥＣＵは更に、前記コンプレッサ圧力比の現在の圧力達成率に、前記最終目標コンプレッサ圧力比と前記開始コンプレッサ圧力比との差分を掛け、そして、前記開始コンプレッサ圧力比を掛け算の結果に加えることにより、前記中間目標コンプレッサ圧力比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２に記載のシステム。
【請求項６】
前記現在の圧力達成率は、前記コンプレッサ流量率の前記達成率と前記コンプレッサ圧力比マップとを比較することにより決定されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記メモリは更に、コンプレッサ流量率及びコンプレッサ圧力比をコンプレッサ速度と結びつけ、ゼロ速度から最大速度まで延びる第１パス及び第２パスを含む速度マップを格納するように構成されており、
前記コンプレッサ流量マップは、前記第１パスに対応する第１コンプレッサ流量マップと前記第２パスに対応する第２コンプレッサ流量マップとを含み、
前記ＥＣＵは更に、
現在コンプレッサ流量率を決定し、
前記第１パス及び前記第２パス間の前記現在コンプレッサ流量率を補間することにより、正規化コンプレッサ流量値を補間し、
前記正規化コンプレッサ流量値に基づいて前記第１コンプレッサ流量マップ及び前記第２コンプレッサ流量マップ間を補間することにより、補間コンプレッサ流量マップを生成し、
更に、前記補間コンプレッサ流量マップを用いて、前記中間目標コンプレッサ流量率を決定する
ように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記燃料電池スタックを通り抜ける前記気体の燃料電池流量率を調整するように構成された弁を更に備え、
前記メモリは更に、前記開始コンプレッサ流量率から前記目標コンプレッサ流量率までの前記コンプレッサ流量率の達成率に基づく、任意の開始燃料電池流量率から任意の目標燃料電池流量率までの燃料電池流量率の所望進行形状に対応する燃料電池流量率マップを格納するように構成され、
前記ＥＣＵは更に、
前記コンプレッサ流量率の前記達成率を決定し、
前記燃料電池流量率マップと前記コンプレッサ流量率の達成率とに基づいて、中間目標燃料電池流量率を決定し、
前記中間目標燃料電池流量率に基づいて前記弁を制御する
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９】
前記コンプレッサは、コンプレッサトルクで作動するように構成され、
前記メモリは更に、前記開始コンプレッサ流量率から前記目標コンプレッサ流量率までの前記コンプレッサ流量率の達成率に基づく、任意の開始コンプレッサトルクから任意の目標コンプレッサトルクまでの前記コンプレッサトルクの所望進行形状に対応するコンプレッサトルクマップを格納するように構成され、
前記ＥＣＵは更に、
前記コンプレッサ流量率の達成率を決定し、
前記コンプレッサトルクマップと前記コンプレッサ流量率の前記達成率とに基づいて、中間目標コンプレッサトルクを決定し、
更に、前記中間目標コンプレッサトルクに基づいて、前記コンプレッサを制御する
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１０】
前記コンプレッサ流量マップは、増加コンプレッサ流量率に対応する第１正規化コンプレッサ流量マップと、減少コンプレッサ流量率に対応する第２正規化コンプレッサ流量マップとを含む少なくとも２つの正規化コンプレッサ流量マップを含み、前記ＥＣＵは更に、前記第１目標コンプレッサ流量率が前記開始コンプレッサ流量率より大きいか小さいかに基づいて、前記中間目標コンプレッサ流量率を決定するために用いられる前記少なくとも２つの正規化コンプレッサ流量マップのいずれかを選択する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１１】
燃料電池回路を通り抜ける空気流を制御するシステムであって、
前記燃料電池回路内の気体の流量率及び圧力を調整するように構成された複数のアクチュエータと、
複数の燃料電池を有するとともに、前記気体を受け入れ、前記気体との化学反応によって電気を生成するように構成された燃料電池スタックと、
期間中の、前記気体の前記流量率及び前記圧力の少なくとも一方に対応する、前記燃料電池回路の参考状態の所望進行形状に対応する参考状態マップと、前記参考状態の達成率に関して、前記気体の前記流量率及び前記圧力の少なくとも一方に対応する、前記燃料電池回路の追従状態の所望進行形状に対応する追従状態マップとを格納するように構成されたメモリと、
前記複数のアクチュエータ及びメモリに接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）であって、
目標参考状態値及び目標追従状態値を決定又は受信し、
開始参考状態値及び開始追従状態値を決定し、
前記参考状態マップ、前記目標参考状態値が決定又は受信されてからの経過時間、前記目標参考状態値及び前記開始参考状態値に基づいて、中間目標参考状態値を決定し、
前記追従状態マップ、前記参考状態の達成率、前記目標追従状態値及び前記開始追従状態値に基づいて、中間目標追従状態値を決定する
ように構成されたＥＣＵと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記参考状態マップは、正規化参考マップであり、前記ＥＣＵは更に、正規化参考状態値を決定するために、前記参考状態マップと前記目標参考状態値が決定又は受信されてからの前記時間とを用い、前記正規化参考状態値、前記目標参考状態値及び前記開始参考状態値に基づいて、前記中間目標参考状態値を計算することにより、前記中間目標参考状態値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１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記追従状態マップは、正規化追従マップであり、前記ＥＣＵは更に、正規化追従状態値を決定するために、前記追従状態マップと前記正規化参考状態値とを用い、前記正規化追従状態値、前記目標追従状態値及び前記開始追従状態値に基づいて、前記中間目標追従状態値を計算することにより、前記中間目標追従状態値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１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記参考状態マップは、前記開始参考状態値に基づく第１参考状態マップ及び第２参考状態マップ間で補間された補間参考状態マップであることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数のアクチュエータは、入口及び出口を有し、前記燃料電池回路を通り抜ける前記気体を推進するように構成されたコンプレッサを含み、
前記参考状態は、前記コンプレッサを通り抜ける前記気体の流量率に対応するコンプレッサ流量率であり、
前記追従状態は、前記コンプレッサの前記出口での前記気体の圧力と、前記コンプレッサの前記入口での前記気体の圧力との比に対応するコンプレッサ圧力比、前記燃料電池スタックを通り抜ける前記気体の流量率に対応する燃料電池流量率、及び、前記コンプレッサの加速率に対応するコンプレッサ加速の少なくとも一つである
ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ＥＣＵは更に、前記中間目標参考状態値及び前記中間目標追従状態値に基づいて、前記複数のアクチュエータの少なくとも一つ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１１に記載のシステム。
【請求項１７】
燃料電池回路を通り抜ける空気流を制御する方法であって、
期間中の開始コンプレッサ流量率から目標コンプレッサ流量率までのコンプレッサ流量率の所望進行形状に対応するコンプレッサ流量マップを、メモリに格納する工程と、
電子制御ユニット（ＥＣＵ）により、最終目標コンプレッサ流量率に対応する制御信号を決定又は受信する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記開始コンプレッサ流量率を決定する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記最終目標コンプレッサ流量率、前記開始コンプレッサ流量率及び前記制御信号を決定又は受信してからの時間に基づくコンプレッサ流量マップを用いて、中間目標コンプレッサ流量率を決定する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記中間目標コンプレッサ流量率に基づいて、前記コンプレッサを制御する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記開始コンプレッサ流量率から前記目標コンプレッサ流量率までの前記コンプレッサ流量率の達成率に基づく、開始コンプレッサ圧力比から目標コンプレッサ圧力比までのコンプレッサ圧力比の所望進行形状に対応するコンプレッサ圧力比マップを、前記メモリに格納する工程と、
前記ＥＣＵにより、最終目標コンプレッサ圧力比を決定又は受信する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記開始コンプレッサ圧力比を決定する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記最終目標コンプレッサ圧力比、前記開始コンプレッサ圧力比及び前記コンプレッサ流量率の達成率に基づいて、中間目標コンプレッサ圧力比を決定する工程と、
更に、前記ＥＣＵにより、前記中間目標コンプレッサ圧力比に基づいて、前記コンプレッサを制御する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
コンプレッサ流量率及びコンプレッサ圧力比をコンプレッサ速度と結びつけ、ゼロ速度から最大速度まで延びる第１パス及び第２パスを含む速度マップを、前記メモリに格納する工程と、
前記ＥＣＵにより、現在コンプレッサ流量率を決定する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記第１パス及び前記第２パス間で前記現在コンプレッサ流量率を補間することにより、正規化コンプレッサ流量値を補間する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記正規化コンプレッサ流量値に基づいて、前記第１パスに対応する第１コンプレッサ流量マップと前記第２パスに対応する第２コンプレッサ流量マップとの間で補間することにより、補間コンプレッサ流量マップを生成する工程と、
更に、前記ＥＣＵにより、前記補間コンプレッサ流量マップをもしいて、前記中間目標コンプレッサ流量率を決定する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記開始コンプレッサ流量率から前記目標コンプレッサ流量率までの前記コンプレッサ流量率の達成率に基づく、任意の開始燃料電池流量率から任意の目標燃料電池流量率までの燃料電池スタックを通り抜ける気体の燃料電池流量率の所望進行形状に対応する燃料電池流量率マップを、前記メモリに格納する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記コンプレッサ流量率の前記達成率を決定する工程と、
前記ＥＵＣにより、前記コンプレッサ流量率の前記達成率に基づいて、中間目標燃料電池流量率を決定する工程と、
前記ＥＣＵにより、前記中間目標燃料電池流量率に基づいて、前記燃料電池回路の値を制御する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、燃料電池回路を吹き抜ける空気の圧力及び空気流値を、該圧力及び空気流値を見積もることにより制御するシステム及び方法、圧力及び空気流値のための所望パスを識別すること、並びに、圧力及び空気流値の所望パスを達成するための複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関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染を減らすという要望と一緒に、州及び連邦規制の組み合わせに起因して、車両メーカに対する、有害排出物質のレベルが比較的低い省燃費車両の設計の最近の推進がある。自動車メーカは、有害排気物質を減らすための多様な解法を発見している。このような解法の一つは、エンジンと、エネルギを蓄えるためのバッテリ及び電気を用いて車両に動力を供給するためのモータジェネレータとを含むハイブリッド車両である。他の解法は、バッテリと、該バッテリに蓄えられたエネルギを用いて車両に動力を供給するモータジェネレータとのみを含む完全電気車両である。その他の解法は、化学反応を介して電気を生成する複数の燃料電池を含む燃料電池車両である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多くの燃料電池車両は、多数の燃料電池を含む一以上の燃料電池スタックを含んでいる。燃料電池は、典型的には水素を含む燃料を、酸素又は他の酸化剤と一緒に受け入れることが多い。燃料電池スタックは、水素及び酸素間の化学反応を促進してよい。この化学反応は電気を生成する。主な排出物質は、比較的無害な空気と水である。燃料電池スタックにより生成された電気は、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、燃料電池車両は熱を持って進歩しているが、その技術は比較的新しく、技術を改良する余地がある。
【０００４】
多くの燃料電池は、空気から酸素を受け取る。しかしながら、要求される酸素（即ち、空気）の量は、燃料電池の所望パワー出力に基づき変化する。燃料電池内の空気の圧力も同様に、燃料電池の所望パワー出力に基づき変化する。所望パワー出力は、可変であり、ドライバ、又は、車両が自律型若しくは半自律型であれば電子制御ユニットからのパワー要求に基づいている。
【０００５】
従って、燃料電池に対して所望の率且つ所望の圧力で空気を正確に早く供給するシステム及び方法についての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、燃料電池回路を通り抜ける空気流を制御するシステムを開示する。システムは、燃料電池回路を通り抜ける気体を、あるコンプレッサ流量率でポンピングするように設計されたコンプレッサを含む。システムはまた、複数の燃料電池を有するとともに、気体を受け入れ、該気体の化学反応を介して電気を生成するように設計された燃料電池スタックを含む。システムはまた、ある期間中の開始コンプレッサ流量率から目標コンプレッサ流量率のコンプレッサ流量率の所望進行形状に対応するコンプレッサ流量マップを格納するように設計されたメモリを含む。システムはまた、コンプレッサと接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含む。ＥＣＵは、最終目標コンプレッサ流量率に対応する制御信号を決定又は受信するとともに、開始コンプレッサ流量率を決定するように設計されている。ＥＣＵはまた、最終目標コンプレッサ流量率に基づくコンプレッサ流量マップ、開始コンプレッサ流量率、及び、制御信号を決定又は受信してからの時間を用いて、中間目標コンプレッサ流量率を決定するように設計されている。ＥＣＵはまた、中間目標コンプレッサ流量率に基づいてコンプレッサを制御するように設計されている。
【０００７】
燃料電池回路を通り抜ける空気流を制御するシステムも開示する。システムは、燃料電池回路内の気体の流量率及び圧力を調整するように設計された複数のアクチュエータを含む。システムはまた、複数の燃料電池を有するとともに、気体を受け入れ、該気体の化学反応を介して電気を生成するように設計された燃料電池スタックを含む。システムはまた、ある期間中の燃料電池回路の、気体の流量率及び圧力の少なくとも一方に対応する参考状態の所望進行形状に対応する参考状態マップ、及び、参考状態の達成率に関する燃料電池回路の追従状態の所望進行形状に対応し、気体の流量率及び圧力の少なくとも一方に対応する追従状態マップを格納するように設計されたメモリを含む。システムはまた、複数のアクチュエータ及びメモリに接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含む。ＥＣＵは、目標参考状態値及び目標追従状態値を決定又は受信するとともに、開始参考状態値及び開始追従状態値を決定するように設計されている。ＥＣＵはまた、参考状態マップ、目標参考状態値が決定又は受信されてからの経過時間、目標参考状態値、及び、開始参考状態値に基づいて、中間目標参考状態値を決定するように設計されている。ＥＣＵはまた、追従状態マップ、参考状態の達成率、目標追従状態値、及び、開始追従状態値に基づいて、中間目標追従状態値を決定するように設計されている。
【０００８】
燃料電池回路を通り抜ける空気流を制御する方法も開示する。方法は、メモリに、ある期間中の開始コンプレッサ流量率から目標コンプレッサ流量率までのコンプレッサ流量率の所望進行形状に対応するコンプレッサ流量マップを格納する工程を含む。方法はまた、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により、最終目標コンプレッサ流量率に対応する制御信号を決定又は受信する工程を含む。方法はまた、ＥＣＵにより、開始コンプレッサ流量率を決定する工程を含む。方法はまた、ＥＣＵにより、最終目標コンプレッサ流量率に基づくコンプレッサ流量マップ、開始コンプレッサ流量率、及び、制御信号を決定又は受信してからの時間を用いて、中間目標コンプレッサ流量率を決定する工程を含む。
【０００９】
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】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る、化学反応に基づいて電気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において用いるための模範的なコンプレッサの断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、所望流量率及び圧力で燃料電池回路に気体を供給するための、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いたブロック図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の多様な構成のための圧力及び流量値を見積もる方法を描くフローチャートである。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の多様な構成のための圧力及び流量値を見積もる方法を描くフローチャートである。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の多様なパラメータのうち所望進行又はパスを決定する方法を描くフローチャートである。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の多様なパラメータのうち所望進行又はパスを決定する方法を描くフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る、空気流量率と圧力比とを、燃料電池回路において用いられるコンプレッサのコンプレッサ速度に対応づけてプロットする速度マップである。
【図８】本発明の実施形態に係る格納された複数のコンプレッサ流量マップ、及び、格納された複数のコンプレッサ流量マップを用いて補間された補間コンプレッサ流量マップである。
【図９】本発明の実施形態に係る図８の補間コンプレッサ流量マップ、並びに、コンプレッサ流量マップの進行に追従する燃料電池流量率マップ及びコンプレッサ圧力比マップである。
【図１０】本発明の実施形態に係る、初期要求から目標に到達するまでの図９の補間コンプレッサ流量マップ及びコンプレッサ圧力比マップに沿った進行を描く様々なマップ及びグラフである。
【図１１】本発明の実施形態に係る燃料電池回路の弁のフィードフォワード制御のための方法を描くフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態に係る燃料電池回路において用いるための模範的な弁である。
【図１３Ａ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路のコンプレッサのフィードフォワード制御のための方法を描くフローチャートである。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路のコンプレッサのフィードフォワード制御のための方法を描くフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態に係る図１３Ａ及び１３Ｂの方法を実行するための制御回路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弁のフィードバック制御のための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弁のフィードバック制御のための方法を描くフローチャートである。
【図１６Ａ】本発明の実施形態に係る図１５Ａ及び１５Ｂの方法において用いられる圧力マップである。
【図１６Ｂ】本発明の実施形態に係る図１５Ａ及び１５Ｂの方法において用いられる圧力マップである。
【図１７Ａ】本発明の実施形態に係る図１６Ａ及び１６Ｂの方法を実行するための制御回路を描くブロック図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施形態に係る図１６Ａ及び１６Ｂの方法を実行するための制御回路を描くブロック図である。
【図１８Ａ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路のコンプレッサのフィードバック制御のための方法を描くフローチャートである。
【図１８Ｂ】本発明の実施形態に係る燃料電池回路のコンプレッサのフィードバック制御のための方法を描くフローチャートである。
【図１９】本発明の実施形態に係る図１８Ａ及び１８Ｂの方法において用いられる空気流マップである。
【図２０Ａ】本発明の実施形態に係る図１８Ａ及び１８Ｂの方法を実行するための制御回路を描くブロック図である。
【図２０Ｂ】本発明の実施形態に係る図１８Ａ及び１８Ｂの方法を実行するための制御回路を描くブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書は、燃料電池回路のいたるところの最終目標流量値及び最終目標圧力値に基づいて、燃料電池回路のアクチュエータを制御するシステム及び方法を開示する。特に、システムは、参考状態としての一の流量値又は一の圧力値、並びに、参考状態の進行に基づいて制御される追従状態としての残余流量値及び残余圧力値を選択することにより、中間圧力目標値及び中間流量目標値を設定する。これは、所望パターンにおいて全ての状態が一緒に変化するように、システム内での全ての状態の変化を有益にリンクする。コンプレッサを横切る流量及び圧力率の組み合わせが、該コンプレッサ及び他の構成に有害であるストール又はサージ状態に決して到達しないことが保証されるので、これは利益である。システムは更に、比較的少ない数の状態マップを用いるとともに、現在状態値に基づいてマップ間を補正する。これは、システムのメモリ使用を低減する利益を提供する。
【００１２】
模範的なシステムは、システムを通り抜ける空気をポンピングするコンプレッサと、空気を受け入れる燃料電池スタックとを含む。システムはまた、ある期間中の参考状態（例えば流量又は圧力値等）の所望進行をプロットする参考状態マップを、開始状態から目標までの参考状態の達成率に基づく、追従状態（例えば他の流量又は圧力値等）の所望進行をプロットする追従状態マップと一緒に格納するメモリを含む。システムはまた、目標状態を決定して、マップの進行パターンに従うことにより、目標値に向かって進むように、参考及び追従状態を制御してよい電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含む。
【００１３】
図１に転じて、車両１００は、例えば空気等の気体を燃料電池に供給するためのシステム１０１の複数の構成を含む。特に、車両１００及びシステム１０１は、ＥＣＵ１０２及びメモリ１０４を含む。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を含む。燃料電池回路１１８は、システム１０１の一部であってよい。
【００１４】
ＥＣＵ１０２は、車両１００の複数の構成各々と接続されていてよく、自動車のシステムのために具体的に設計されてよい一以上のプロセッサ又はコントローラを含んでよい。ＥＣＵ１０２の機能は、単一のＥＣＵで実現されてもよいし、多数のＥＣＵで実現されてもよい。ＥＣＵ１０２は、車両１００の複数の構成からのデータを受信してよく、該受信されたデータに基づいて決定してよく、該決定に基づいて複数の構成の操作を制御してよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、車両１００は、完全な自律型又は半自律型であってよい。これについて、ＥＣＵ１０２は、開始地点から目的地まで車両１００を動かすために、（例えば操舵、ブレーキ操作、加速操作等）車両１００の様々な態様を制御してよい。
【００１６】
メモリ１０４は、当該技術分野において、一時的ではない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指令を格納してよく、ＥＣＵ１０２により要求された又は車両メーカ若しくは操縦者によりプログラムされた、他のデータを格納してよい。メモリ１０４は、燃料電池回路１１８のモデルを格納してよい。該モデルは、燃料電池回路１１８の様々なパラメータを見積もるために利用可能な数式又は他の情報を含んでよい。
【００１７】
エンジン１１２は、燃料を機械的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。
【００１８】
バッテリ１１６は、電気エネルギを格納してよい。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、熱ストレージデバイス等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。
【００１９】
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よい。例えば、燃料電池は、水素及び酸素を受け入れ、水素及び酸素間の反応を促進し、該反応に応答して電気を出力してよい。これについて、燃料電池回路１１８により生成された電気エネルギは、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よい。
【００２０】
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パワーを、エネルギとしてバッテリ１１６に蓄えられる、及び／又は、車両１００の他の構成により用いられる電気に変換してよい。いくつかの実施形態では、モータジェネレータ１１４は、更に又は代えて、推力を生成可能なタービン若しくは他のデバイスを含んでよい。
【００２１】
さて図２に転じると、燃料電池回路１１８の付加的な詳細が描かれている。特に、燃料電池回路１１８は、空気取入口２００、空気クリーナ２０２、コンプレッサ２０４、インタークーラ２０６、燃料電池スタック２０８、バイパス支流２１０、該バイパス支流２１０に沿って配置されたバイパス弁２１２、及び、制限弁２１４を含む。
【００２２】
空気取込口２００は、例えば図１の車両１００の外部等の周囲環境からの空気を受け入れてよい。いくつかの実施形態では、空気取込口２００は、受け入れた空気からデブリをフィルタリングするフィルタを含んでよい。空気クリーナ２０２は、空気取込口２００から受け入れた空気からデブリ及び不純物を取り除くことが可能なフィルタ又は他のデバイスを含んでよい。
【００２３】
コンプレッサ２０４は、空気に圧力をかけることが可能なターボコンプレッサ又は他のコンプレッサであってよい。これについて、コンプレッサ２０４は、クリーナ２０２から空気を吸引してよく、圧力をかけられた空気を出力してよい。
【００２４】
図３を簡単に参照して、模範的なコンプレッサ３００が、図２のコンプレッサ２０４として用いられてよい。特に、コンプレッサ３００は、吸引される空気が通り抜ける本体３０２を含む。複数のエーロフォイルを含んでよいインペラ３０４は、本体３０２内部に位置してよい。モータ３０６（又は、他のトルク源）は、シフト３１０を介したギアボックス３０８により受信されてよく、ある回転速度でのトルクを有する機械的パワーを生成してよい。ギアボックス３０８は、モータ３０６から受け取ったパワーを、異なるトルク及び回転速度を有するパワーに変換してよい。ギアボックス３０８からの機械的なパワーは、シャフト３１２を介してインペラ３０４に適用されてよい。コンプレッサ３００により出力される気体の圧力は、インペラ３０４に適用される機械的なパワーのトルク及び速度に依存してよい。
【００２５】
図２の参照に戻り、燃料電池回路１１８は更に、インタークーラ２０６を含んでよい。インタークーラ２０６は、コンプレッサ２０４からの空気を受け入れてよく、例えば冷却剤等の流体も受け入れてよい。インタークーラ２０６は、空気から冷却剤に熱を移してよい、又は、冷却剤から空気へ熱を移してよい。これについて、インタークーラ２０６は、燃料電池回路１１８を通り抜ける空気流の温度を調整してよい。
【００２６】
燃料電池スタック２０８は、複数の燃料電池を含んでよい。複数の燃料電池は、水素をインタークーラ２０６からの空気と一緒に受け入れてよい。複数の燃料電池は、電気を生成する、空気中の酸素と水素との間の化学反応を促進してよい。
【００２７】
インタークーラ２０６からの空気は、例えば、空気流のいくらかが燃料電池スタック２０８を通り抜け、空気流のいくらかがバイパス支流２１０を通り抜けるように分岐されてよい。これについて、バイパス支流２１０を通り抜ける空気流は、燃料電池スタック２０８を通り抜けなくてよい。バイパス弁２１２は、調節可能な弁位置を有してよい。バイパス弁２１２の調節可能な弁位置は、バイパス支流２１０を通り抜ける空気流量を調節するために、同様に、燃料電池スタック２０８を通り抜ける空気流量を調節するために、制御されてよい。例えば、バイパス弁２１２が１００パーセント（１００％）閉じている場合、燃料電池回路１１８を通り抜ける空気流の全てが、燃料電池スタック２０８を通り抜ける。
【００２８】
議論は、燃料電池回路１１８を通り抜ける空気流を参照してよいけれども、当業者は、本発明の請求の範囲から逸れることなく、空気流の代わりに、他の気体流が用いられることを実現することができる。
【００２９】
制限弁２１４は同様に、調節可能な弁位置を有してよい。制限弁２１４の調節可能な弁位置は、燃料電池スタック２０８内の空気の圧力を調節するために制御されてよい。例えば、燃料電池スタック２０８内の圧力は、制限弁２１４が閉じられることにより増加してよく、制限弁２１４が開けられることにより減少してよい。
【００３０】
図１及び図２を参照して、コンプレッサ２０４、バイパス弁２１２及び制限弁２１４各々は、アクチュエータと考えられてよく、ＥＣＵ１０２により制御されてよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、車両のドライバからのパワー要求を受信してよい（又は、自律型又は半自律型車両において、パワー要求を生成してよい）。ＥＣＵ１０２は、パワー要求を、燃料電池回路１１８内の特定の位置での所望圧力又は空気流に対応する所望圧力値又は所望流量値に変換してよい。ＥＣＵ１０２は、その後、所望圧力値又は所望流量値を達成するために、コンプレッサ２０４、バイパス弁２１２及び制限弁２１４各々を制御してよい。
【００３１】
燃料電池回路１１８は更に、流量センサ２１６及び圧力センサ２１８を含んでよい。流量センサ２１６は、コンプレッサ２０４を通り抜ける気体の流量（例えば質量流量等）を検出してよい。圧力センサ２１８は、インタークーラ２０６の出口での気体の圧力を検出してよい。
【００３２】
燃料電池回路１１８は更に、複数のパイプ２２０を含んでよい。例えば、複数のパイプ２２０は、取込口２００から空気クリーナ２０２へ気体を輸送する第１パイプ２２２と、空気クリーナ２０２から流量センサ２１６まで気体を輸送する第２パイプ２２４とを含んでよい。いくつかの実施形態では、取込口２００、空気クリーナ２０２及び流量センサ２１６の２以上がパイプなしに直接接続されていてよい。
【００３３】
さて図２及び４を参照して、ＥＣＵ１０２は、燃料電池回路１１８を制御するために様々なプロセッサ又は機能を含んでよい。ＥＣＵ１０２のプロセッサ又は機能は、ハードウェアにおいて実現（即ち、特定のハードウェアにより実行）されてよく、ソフトウェアにおいて実現されてよく（即ち、一般目的のＥＣＵがメモリに格納されているソフトウェアを走らせる）、或いは、ハードウェア及びソフトウェアの組合せにより実現されてよい。
【００３４】
特にＥＣＵ１０２は、状態メディエータ４００を含んでよい。状態メディエータ４００は、所望圧力値及び又は所望流量値（即ち、目標圧力値及び目標流量値の少なくとも一方）に対応する制御信号４０２を受信してよい。制御信号４０２は、同様に、パワー要求に対応してよい。状態メディエータ４００は、目標圧力値及び目標流量値を分析して、燃料電池回路１１８の機構に基づいて目標値を実現できるか否か、及び、燃料電池回路１１８の一以上の構成が目標値に合わせるための試みにおいて損傷する可能性があるか否か、を決定してよい。状態メディエータ４００は、その後、調停された目標値４０４を出力してよい。
【００３５】
ＥＣＵ１０２は更に、状態エスティメータ４０６を含んでよい。状態エスティメータ４０６は、調停された目標値４０４を、流量センサ２１６及び圧力センサ２１８により検出されたセンサデータ４０８と一緒に受信してよい。状態エスティメータ４０６は、燃料電池回路１１８の各構成（複数のパイプ２２０含む）に対応する現在の圧力値及び流量値を計算又は見積もってよい。状態エスティメータ４０６は、現在見積値４１０を出力してよい。いくつかの実施形態では、状態エスティメータ４０６は、調停された目標値４０４を決定又は調節してもよい。
【００３６】
ＥＣＵ１０２は、パスコントローラ４１２も含んでよい。パスコントローラ４１２は、現在見積値４１０を、調停された目標値４０４と一緒に受信してよい。パスコントローラ４１２は、現在見積値４１０から調停された目標値４０４までの所望パスを識別してよい。パスコントローラ４１２は、現在見積値４１０から調停された目標値４０４までの所望パスに沿う所望中間目標４１４を決定及び出力してよい。
【００３７】
ＥＣＵ１０２は、フィードフォワード及びフィードバック制御４１６も含んでよい。フィードフォワード及びフィードバック制御４１６は、所望中間目標４１４を、現在見積値４１０と一緒に受信してよい。フィードフォワード及びフィードバック制御４１６は、燃料電池回路１１８の複数のアクチュエータの操作を制御してよい制御信号４１８を決定及び出力してよい。
【００３８】
さて、図２、４、５Ａ及び５Ｂを参照すると、現在見積値４１０を見積もる方法５００は、システム１０１の構成により、例えば状態エスティメータ４０６等により、実行されてよい。ブロック５０２では、ＥＣＵ１０２は、例えば調停された目標値４０４等の、アクチュエータの所望操作に対応する制御信号を決定又は受信してよい。例えば、制御信号は、燃料電池回路１１８の様々な位置での目標圧力値及び目標流量値を含む又は対応していてよい。上述したように、コンプレッサ２０４、バイパス弁２１２及び制限弁２１４は、燃料電池回路１１８の圧力値及び流量値を調節するために制御されてよい。
【００３９】
ブロック５０４では、流量センサ２１６及び圧力センサ２１８は、コンプレッサ２０４を通り抜ける気体の現在質量流量値と、インタークーラ２０６の出口での気体の圧力に対応する現在圧力値とを検出してよい。
【００４０】
ブロック５０６では、ＥＣＵ１０２は、構成の特性、アクチュエータの設定、及び、流量センサ２１６により検出された質量流量に基づいて、燃料電池回路の構成を通り抜ける気体の質量流量値を計算してよい。直列に接続された複数の構成を通り抜ける質量流量は、相対的に一定のままであるので、流量分離２２６から上流の全てのパイプと一緒に、取込口２００、クリーナ２０２、コンプレッサ２０６及びインタークーラ２０６各々を通り抜ける質量流量は、流量センサ２１６により検出された質量流量と等しいと、仮定することができる。
【００４１】
ブロック５０６のサブブロックであってよいブロック５０８では、ＥＣＵ１０２は、前バイパス圧力値に基づいて、バイパス支流２１０の気体の質量流量値又は他の流量値を計算してよい。ＥＣＵ１０２は、各期間における燃料電池回路１１８の各構成での流量値及び圧力値を計算してよい。例えば、各期間は、０．０４秒、０．０８秒、０．１６秒等であってよい。
【００４２】
ＥＣＵ１０２は、バイパス支流２１０を通り抜ける流体の以前に計算された圧力を有するので、ＥＣＵは、バイパス支流２１０を通り抜ける現在流量を計算するために、前の期間において計算された前計算圧力値を用いてよい。例えば、ＥＣＵは、圧力値としての前計算バイパス圧力値を用いる、バイパス支流を通り抜ける現在流量を計算するための、後述する式１、２、３及び４の一以上を用いてよい。方法５００の最初の繰り返しの間、ＥＣＵ１０２は、前代入開始圧力値に基づいて、現在流量値を計算してよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ１０２は、加えて又は代えて、前決定燃料電池圧力値に基づいて、燃料電池スタック２０８を通り抜ける現在流量値を計算してよい。
【００４３】
いくつかの状況では、バイパス弁２１２は閉じられていてよい、即ち、バイパス支流２１０を通り抜ける空気流が制限されていてよい。このような状況では、ＥＣＵ１０２は、燃料電池スタック２０８を通り抜ける質量流量が、流量センサ２１６により検出された質量流量と等しいと仮定してよい。
【００４４】
ＥＣＵ１０２は、バイパス支流２１０を通り抜ける流量と燃料電池スタック２０８を通り抜ける流量との和が、流量センサ２１６により検出された質量流量と等しいと仮定してよい。これについて、ＥＣＵ１０２は、流量センサ２１６により検出された質量流量から、バイパス支流２１０を通り抜ける流量を引くことにより、燃料電池スタック２０８を通り抜ける現在流量値を計算してよい。
【００４５】
ブロック５１０では、ＥＣＵ１０２は、燃料電池スタック２０８から出力される電流量を計算又は受信してよい。例えば、一以上のセンサ（図示せず）が燃料電池スタック２０８に接続されていてよく、電流出力レベルを検出してよい。他の例として、ＥＣＵ１０２は、例えば、燃料電池スタック２０８を通り抜ける空気流、燃料電池スタック２０８のパワー要求等の様々な入力に基づいて、燃料電池スタック２０８により出力される電流量を計算するための論理を含んでいてよい。
【００４６】
ブロック５１２では、ＥＣＵ１０２は、燃料電池スタック２０８により出力される電流に基づいて、燃料電池スタック２０８での気体のモル分率を決定又は計算してよい。モル分率は、気体における各構成がどの程度であるかを示す比又は分数に対応している。例えば、気体が空気であるとき、モル分率は、空気中の酸素のパーセンテージ、空気中の窒素のパーセンテージ、等を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ１０２は、燃料電池スタック２０８へ流入する気体が標準的な空気であり、２１％の酸素と、７９％の窒素とを含むと仮定してよい。ＥＣＵ１０２はその後、燃料電池スタック２０８により消費される酸素量を計算するため、燃料電池スタック２０８の膜を横断する水素量を計算するため、並びに、燃料電池スタック２０８のカソードで創られる液体の水及び／又は水蒸気の量を計算するために、一以上の式又はルックアップテーブルを用いてよい。例えば、カソードで創られる液体の水及び／又は水蒸気の量は、燃料電池スタック２０８で作られる電流要求の関数であってよい。ルックアップテーブル／式の結果に基づいて、ＥＣＵ１０２は、燃料電池スタック２０８により出力される気体のモル分率を計算してよい。
【００４７】
燃料電池スタック２０８は、水に加えて残りの気体を出力するので、ＥＣＵ１０２は、燃料電池スタック２０８へ流入する気体の質量流量が、燃料電池スタック２０８による酸素の消費にかかわらず、燃料電池スタック２０８から流出する気体の質量流量と同じであると仮定してよい。
【００４８】
しかしながら、燃料電池スタック２０８による酸素の消費は、燃料電池スタック２０８により出力される気体が、燃料電池スタック２０８により受け入れられる気体とは異なる粘度を有する結果であることが多い。これについて、及び、ブロック５１４では、ＥＣＵ１０２は、計算されたモル分率に基づいて、燃料電池スタックにより出力される気体の粘度を決定するために、式又はルックアップテーブルを用いてよい。後述するように、気体の粘度は、燃料電池回路１１８のあらゆる位置での気体の圧力を決定するために用いられるレイノルズ数に影響を及ぼす。
【００４９】
ブロック５１６では、ＥＣＵは、燃料電池回路１１８の各構成を吹き抜ける気体のレイノルズ数を決定してよい。例えばＥＣＵ１０２は、レイノルズ数を決定するために、下記の式１と同様の式を用いてよい。
【００５０】
【数１】
2019164987.tif 000003
【００５１】
式１において、Ｒｅは、レイノルズ数を表しており、ｍは、ブロック５０６及び５０８において決定された質量流量を表しており、Ｄは、気体が吹き抜け可能な構成（アクチュエータ及びパイプ２２０含む）の直径を表しており、Ａは、気体が吹き抜け可能な構成の断面領域を表しており、μは、ブロック５１４において計算された動的粘度を表している。Ｄ及びＡは、各構成について既知の値であり、メモリに格納されていてよい。
【００５２】
ブロック５１８では、ＥＣＵ１０２は、レイノルズ数に基づいて、各構成を通り抜ける気体の層流、乱流又は混合流量値を計算してよい。例えば、流量値は、ダルシー摩擦要素値として提供されてよい。ＥＣＵ１０２は、レイノルズ数に基づいて、各構成を通り抜ける流れが、層流、乱流又は混合流（即ち、層流と乱流との組合せ）であるかを決定してよい。例えば、レイノルズ数が上限流量閾値より大きければ、流れは、圧力及び流速の無秩序な変化により特徴づけられた流れを意味する、乱流である。レイノルズ数が下限流量閾値より小さければ、流れは、層間の分裂がわずかである又は全くない平行な層で気体が流れることを意味する、層流である。レイノルズ数が下限流量閾値と上限流量閾値との間であれば、流れは、層流及び乱流両方の特徴を示し、混合流になると考えられる。上限流量閾値は、流れが純粋な乱流であるか否かを示す閾値である（対応するレイノルズ数が上限流量閾値より大きい場合、流れは純粋な乱流である）。下限流量閾値は、流れが純粋な層流であるか否かを示す閾値である（対応するレイノルズ数が下限流量閾値より小さい場合、流れは純粋な層流である）。
【００５３】
流れが、層流、乱流又は混合流であるかが決定された後、ＥＣＵ１０２は、下記の式２及び３を用いて流量値を計算してよい。式２は、流れが乱流の場合に用いられ、式３は、流れが層流である場合に用いられ、式２及び３は、流れが混合である場合に用いられる。
【００５４】
【数２】
2019164987.tif 000004
【００５５】
式２において、ｆは、対応する流れの型（即ち、乱流）についてのダルシー摩擦要素を表している。Ｒｅは、ブロック５１６において計算されたレイノルズ数を表している。Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓは、それを介して気体が流れ、物質の性質が知られている物質の粗さに対応する。Ｄは、そこを介して気体が流れてよい構成（アクチュエータ及びパイプ２２０を含む）の直径を表している。
【００５６】
【数３】
2019164987.tif 000005
【００５７】
式３において、ｆは、対応する流れの型（即ち、層流）についてのダルシー摩擦要素を表しており、Ｒｅは、ブロック５１６において計算されたレイノルズ数を表している。
【００５８】
レイノルズ数が、流れが混合流であることを示していれば、ＥＣＵ１０２は、層流についてのダルシー摩擦要素と乱流についてのダルシー摩擦要素との間での（即ち、式２及び３の結果の）線形補間を用いて流れの値を計算してよい。補間は、上限流量閾値と下限流量閾値との間のレイノルズ数の位置に基づいていてよい。例えば、下限流量閾値よりも上限流量閾値に近いレイノルズ数の補間では、乱流についてのダルシー摩擦要素により大きな重みづけがされてよい。他の例として、レイノルズ数が、上限流量閾値と下限流量閾値との間で正比例するのであれば、全体的な流れについてのダルシー摩擦要素は、層流についてのダルシー摩擦要素と乱流についてのダルシー摩擦要素との平均に等しくなるだろう。
【００５９】
ブロック５２０では、ＥＣＵ１０２は、層流値、乱流値又は混合流値に基づいて、パイプ２２０を含む各構成の入口及び出口での圧力値を計算してよい。特に、流れが純粋な層流又は純粋な乱流であれば、ＥＣＵ１０２は、下記の式４を用いて圧力値を計算してよい。
【００６０】
【数４】
2019164987.tif 000006
【００６１】
式４において、ΔＰは、構成の入口と該構成の出口との圧力差に対応する、構成に関する圧力損失を表している。Ｌは、そこを介して気体が流れる構成の長さを表している。Ｌｅは、そこを介して気体が流れる構成の等価長さを表している。Ｒは、気体の比気体定数を表しており、Ｊｏｕｌｅｓ／ｍｏｌ×Ｋｅｌｖｉｎの値を有する。Ｔｕｐは、構成の高圧力側（即ち、他の側よりも高い圧力を経験する又は現在経験している側）での気体の温度を表している。ｆは、ブロック５１８において計算された流れのダルシー摩擦要素を表している。Ｄは、そこを介して気体が流れてよい、構成の直径を表しており、Ａは、そこを介して気体が流れてよい構成の部分の断面領域を表している。Ｐｕｐは、構成の高圧力側での気体の圧力を表している。
【００６２】
流れが混合流であれば、ＥＣＵ１０２は、下記の式５を用いて圧力値を計算してよい。
【００６３】
【数５】
2019164987.tif 000007
【００６４】
式５において、ΔＰは、構成の入口と該構成の出口との圧力差に対応する、構成に関する圧力損失を表している。Ｒｅｔｕｒｂは、上限流量閾値を表しており、Ｒｅｌａｍは、下限流量閾値を表しており、両方ともブロック５１８を参照して上述した。Ｒｅは、ブロック５１６において計算されたレイノルズ数を表している。ｍは、ブロック５０６及び５０８において決定された質量流量を表している。Ｌは、そこを介して気体が流れる構成の長さを表している。Ｌｅは、そこを介して気体が流れる構成の等価長さを表している。Ｒは、気体の比気体定数を表しており、Ｊｏｕｌｅｓ／ｍｏｌ×Ｋｅｌｖｉｎの値を有する。Ｔｕｐは、構成の高圧力側での気体の温度を表している。ｆは、ブロック５１８において計算された流量値を表している。Ｄは、そこを介して気体が流れてよい、構成の直径を表しており、Ａは、そこを介して気体が流れてよい構成の部分の断面領域を表している。Ｐｕｐは、構成の高圧力側での気体の圧力を表している。
【００６５】
式４及び５は、上述の圧力損失を提供するが、構成の入口及び出口での比圧力値ではない。しかしながら、ＥＣＵ１０２は、計算された圧力損失と、圧力センサ２１８により検出された圧力と、取込口２００の入口２３２及び弁２１２、２１４の出口での圧力が環境圧力に等しいとの仮定とに基づいて、比圧力値を計算又は決定してよい。
【００６６】
例えば、構成２０４に入口２２８及び構成２０４の出口２３０での気体の圧力を見つけるために、ＥＣＵ１０２は、先ず、取込口２００、第１パイプ２２２、クリーナ２０２及び第２パイプ２２４に関する圧力損失を決定してよい。次に、ＥＣＵ１０２は、取込口２００の出口２３６での圧力を決定するために、取込口２００に関する圧力損失を環境圧力に加える又はから引いてよい。ＥＣＵ１０２は、構成２０４の入口２２８での圧力がわかるまで、第１パイプ２２２、クリーナ２０２及び第２パイプ２２４の入口及び出口圧力を決定するために、このやり方を継続してよい。
【００６７】
ＥＣＵ１０２は、その後、第３パイプ２３８、インタークーラ２０６及び第４パイプ２４０に関する圧力損失を決定してよい。ＥＣＵ１０２は、その後、インタークーラ２０６の入口２４２での圧力を決定するために、圧力センサ２１８により検出された圧力から第４パイプ２４０に関する圧力損失を引く又は加えてよい。ＥＣＵ１０２は、構成２０４の出口２３０での圧力がわかるまで、このように続けてよい。
【００６８】
ＥＣＵ１０２は、燃料電池スタック２０８、弁２１２、２１４及びその間のパイプの入口及び出口での絶対圧力値を決定するために同様の戦略を用いてよい。
【００６９】
ブロック５２２において、ＥＣＵは、計算値の変化率を制限するために、レートリミッタを実行してよい。燃料電池回路１１８内の気体は、動的圧縮率を経験してよく、それ故、構成間で遅延が経験されてよい。動的圧縮率が流量値及び圧力値に影響し損ねるという仮定に基づき、値を計算するために複数の式が用いられるので、計算値は、測定値から時折異なることがある。これについて、レートリミッタが、このような遅延の理由の説明となってよい。例えば、レートリミッタは、コンプレッサ２０４が空気を圧縮し始めてから、出口２３０での圧力が特定値に到達するまでに生じるいくつかの遅延という事実に起因して、コンプレッサ２０４の出口２３０での圧力の変化率を、特定の変化率に制限してよい。
【００７０】
さて、図２、４、６Ａ及び６Ｂを参照すると、方法６００は、ＥＣＵ１０２のパスコントローラ４１２の機能を実行するために用いられてよい。方法６００は、例えばＥＣＵ１０２、図１のメモリ１０４等のシステム１０１の様々な構成により実行されてよい。
【００７１】
ブロック６０２では、多数のマップがメモリに格納されてよい。マップは、速度マップ、コンプレッサ流量マップ、コンプレッサ圧力比マップ、燃料電池流量率マップ及びコンプレッサトルクマップを含んでいてよい。
【００７２】
図７を簡単に参照して、速度マップ７００が示されている。速度マップ７００は、燃料電回路のコンプレッサに対応し、コンプレッサを通り抜ける質量流量に対応するＸ軸と、コンプレッサを横切る圧力比に対応するＹ軸と、コンプレッサの異なる速度（例えば角速度等）に対応する複数の速度線７０２とを有する。コンプレッサの所望状態変化は、速度マップ７００上にプロットされてよい。図示するように、開始状態は、開始状態７０４に示されており、最終目標状態は、最終目標状態７０６に示されている。コンプレッサが、開始状態７０４から最終目標状態７０６まで遷移すると、圧力比、質量流量及びコンプレッサ速度の三つ全ての値が減少する。
【００７３】
速度マップ７００は更に、サージ領域７１０及びストール領域７２０を含んでいる。サージ領域７１０又はストール領域７２０内になることは、コンプレッサの現在の状態にとって望ましくない。これについて、現在の状態が受け入れ可能領域７１４にとどまるように、コンプレッサの応対変化が制御されることが望ましい。
【００７４】
速度マップ７００は、サージパス７１６、ストールパス７１８及び中間パス７２０を含む２以上のパスを含んでいてよい。パス７１６、７１８、７２０各々は、ゼロ速度状態７２２から最大速度線７２４に延びており、コンプレッサの所望状態進行を表してよい。
【００７５】
図６Ａの簡単な参照に戻り、コンプレッサ流量、コンプレッサ圧力比、燃料電池流量率及びコンプレッサトルクの一つは、導入又は参照状態として参照されてよい。参照状態は、システムに対する状態の重要性又はハードウェアのプロテクションに対する状態の重要性に基づいて選択されてよい。いくつかの実施形態では、参照状態は、コンプレッサ空気流であってよい。残留状態は、導入状態に基づいてその進行が規定されることを意味する追従状態であってよい。
【００７６】
図７及び８を参照すると、コンプレッサ流量マップ８００の模範的なセットが示されている。コンプレッサ流量マップ８００のセットは、サージパス７１６に対応するサージコンプレッサ流量マップ８０２、中間パス７２０に対応する中間コンプレッサ流量マップ８０４、及び、ストールパス７１８に対応するストールコンプレッサ流量マップ８０６を含んでいてよい。図８に示すコンプレッサ流量マップ８００各々は、圧力比、質量流量率及びコンプレッサ速度が減少する状況に対応している。メモリは、圧力比、質量流量率及びコンプレッサ速度が増加する状況に対応するコンプレッサ流量マップの追加セットを格納してよい。これについて、ＥＣＵは、コンプレッサ速度が減少しているときにコンプレッサ流量マップ８００のセットを選択してよく、コンプレッサ速度が増加しているときにコンプレッサ流量マップの代わりのセットを選択してよい。
【００７７】
開始状態が、サージパス７１６、中間パス７２０及びストールパス７１８のいずれかの上に位置している場合、ＥＣＵは、対応するコンプレッサ流量マップを選択してよい。例えば、開始状態が中間パス７２０上にある場合、ＥＣＵは、コンプレッサ流量率を制御するために、中間コンプレッサ流量マップ８０４を選択してよい。
【００７８】
メモリは、コンプレッサ圧力比、燃料電池流量率及びコンプレッサトルク各々ついて同様のマップのセットを格納してよい。
【００７９】
図示するように、コンプレッサ流量マップ８００各々は、正規化されており、正規化参照進行（ＮＲＰ又は正規化参照状態値）に対応する０から１までの正規化されたＹ軸値を有する。これについて、マップ８００は、（０に対応する）開始状態から（１に対応する）最終目標状態までのコンプレッサ空気流状態の所望パスを提供してよい。コンプレッサ空気流状態は導入状態であるので、コンプレッサ流量マップ８００のＸ軸は時間に対応している。
【００８０】
簡単に図９を参照すると、模範的な燃料電池流量率マップ９０２が示されている。燃料電池流量率状態は、コンプレッサ空気流の達成率に基づく進行を意味する追従状態である。図示するように、燃料電池流量率マップ９０２のＹ軸は、正規化追従進行（ＮＦＰ又は正規化追従状態値）に対応する正規化値０から１までを有する。しかしながら、燃料電池流量率状態は、追従状態であるので、燃料電池流量率マップ９０２のＸ軸は、コンプレッサ空気流の正規化参照進行（ＮＲＰ）に対応する。これについて、燃料電池流量率の進行は、正規化参照進行に基づいて制御される。
【００８１】
図４、６Ａ及び６Ｂの参照に戻り、ブロック６０４では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ流量率、コンプレッサ圧力比、燃料電池流量率及びコンプレッサトルク各々についての最終目標値を決定又は受信してよい。例えば、最終目標値は、状態メディエータ４００から受信してよい。最終目標値は、例えばアクセルペダルの踏下等のドライバ入力に対応する、又は、自律型又は半自律型車両においてＥＣＵ１０２による制御に対応する、燃料電池スタックのパワー要求に基づいて設定されてよい。
【００８２】
ブロック６０６では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ流量率、コンプレッサ圧力比、燃料電池流量率及びコンプレッサトルク各々についての開始値又は現在値を決定してよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、状態エスティメータ４０６、又は、フィードフォワード及びフィードバック制御４１６からのアクチュエータ制御信号４１８からの一以上の見積値４１０に基づいて、現在値を決定してよい。
【００８３】
ブロック６０８では、ＥＣＵ１０２は、最終目標値が開始値又は現在値より大きければ、コンプレッサ流量率、コンプレッサ圧力比、燃料電池流量率及びコンプレッサトルク各々についてのマップの第１セットを選択してよく、最終目標値が開始値又は現在値より小さければ、マップの第２セットを選択してよい。例えば、図７及び８を参照して、ＥＣＵは、マップ８００のセットを選択してよい、なぜなら、最終目標状態７０６が開始状態７０４より小さいからである。最終目標状態が開始状態より大きい状況において、ＥＣＵは、コンプレッサ流量マップの第アイセットを選択してよい。
【００８４】
図４、６Ａ及び６Ｂの参照に戻り、ＥＣＵ１０２は、速度マップの第１パス及び第２パス間で現在コンプレッサ流量率を補間することにより、正規化コンプレッサ流量値を補間してよい。例えば、図７を参照して、ＥＣＵは、ストールパス７１８及び中間パス７２０間で、なぜなら開始状態７０４に最も近い２本だから、開始状態７０４の現在コンプレッサ流量率を補間することにより、正規化コンプレッサ流量値を決定してよい。
【００８５】
図４、６Ａ及び６Ｂの参照に戻り、ＥＣＵ１０２は、正規化コンプレッサ流量値に基づいて、コンプレッサ流量率、コンプレッサ圧力比、燃料電池流量率及びコンプレッサトルクについての補間マップを創ってよい。例えば、図７及び８を参照すると、正規化コンプレッサ流量値は、ストールパス７１８に基づくべき７５％の制御（又は補間）パスと中間パス７２０に基づくべき２５％の制御パスとを示してよい。
【００８６】
この決定に基づいて、ＥＣＵ１０２は、正規化コンプレッサ流量値に基づき、中間コンプレッサ流量マップ８０４及びストールコンプレッサ流量マップ８０６間を補間することにより、補間コンプレッサ流量マップ８１０を創ってよい。これについて、ストールコンプレッサ流量マップ８０６と中間ンコンプレッサ流量マップ８０４とを組み合わせることにより、更に、ストールコンプレッサ流量マップ８０６に７５％、中間コンプレッサ流量マップ８０４に２５％の重みづけをすることにより、補間コンプレッサ流量マップ８１０が創られてよい。補間コンプレッサ流量マップ８１０は、特定開始状態７０４に基づくコンプレッサ流量率の所望進行を示してよい。ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ圧力比、燃料電池流量率及びコンプレッサトルク各々についての補間マップを同様に創ってよい。
【００８７】
図４、６Ａ及び６Ｂの参照に戻り、ＥＣＵ１０２は、補間コンプレッサ流量マップを、下記の式６と一緒に用いて、中間目標コンプレッサ流量率を決定してよい。ＥＣＵは、ブロック６０４において、最終目標コンプレッサ流量率が決定又は受信されてから経過した時間にも基づいて、中間目標コンプレッサ流量率を決定してよい。
【００８８】
例えば、図４、６Ａ、６Ｂ及び８を参照して、ＥＣＵ１０２は、先ず、最終目標コンプレッサ流量率を決定してからの経過時間を識別し、その後、補間コンプレッサ流量マップ８１０上の対応位置をつきとめてよい。例えばＥＣＵ１０２は、０．２秒進行したと識別し、０．２秒に対応する正規化参照進行値が０．２であると決定してよい。
【００８９】
ＥＣＵ１０２は、中間目標コンプレッサ流量率を決定するために、下記の式６において０．２の正規化参照進行値を用いてよい。
【００９０】
【数６】
2019164987.tif 000008
【００９１】
式６において、Ｉｎｔ＿ｔｇｔ＿ｃｏｍｐ＿ｆｌｏｗは、中間目標コンプレッサ流量率を表している。ｓｔａｒｔは、ブロック６０６において決定された開始コンプレッサ流量率に対応しており、ｔａｒｇｅｔは、ブロック６０４において決定された最終目標コンプレッサ流量率に対応している。ＮＲＰは、正規化参照進行値を表している。
【００９２】
図４、６Ａ及び６Ｂの参照に戻り、ブロック６１６では、ＥＣＵ１０２は、開始コンプレッサ流量率から最終目標コンプレッサ流量率までのコンプレッサ流量率の達成率を決定してよい。いくつかの実施形態では、達成率は、正規化参照進行値に対応又は同じであってよい。これについて、達成率は、            ブロック６１６に代えて又は加えて、ブロック６１４において識別又は決定されてよい。
【００９３】
ブロック６１８では、ＥＣＵ１０２は、対応する補間マップ、開始値、目標値及び達成率に基づいて、追従状態についての中間目標値を決定してよい。
【００９４】
再度図９を参照して、補間コンプレッサ流量マップ８１０は、基準として示されている、又は、状態マップを導く。燃料電池流量率マップ９０２は、補間燃料電池流量率マップ９０２と同様であってよく、追従状態マップであってよい。更に、補間コンプレッサ圧力比マップ９０４も追従状態マップとして示されてよい。コンプレッサ加速は示されていないけれど、追従状態として考慮されてよく、一以上の対応するコンプレッサ加速マップを含んでいてよい。
【００９５】
図示するように、燃料電池流量率マップ９０２及びコンプレッサ圧力比マップ９０４の両方は、コンプレッサ流量（Ｘ軸）の正規化参照進行に基づく、正規化追従進行値（Ｙ軸）で示されている。例えば、０．２秒後、コンプレッサ流量率（即ち、達成率）に対応する正規化参照進行は、０．２の値（即ち、２０％達成を示す）を有してよい。中間目標燃料電池流量率を決定するために、ＥＣＵ１０２は、先ず、０．２の正規化参照進行値を、約０．７５の正規化追従進行（ＮＦＰ）値を提供する、燃料電池流量率マップ９０２に適用してよい。
【００９６】
ＥＣＵ１０２は次に、開始燃料電池流量率値と、最終目標燃料電池流量率値と、燃料電池流量率マップ９０２からの正規化追従進行とを、下記の式７に適用してよい。
【００９７】
【数７】
2019164987.tif 000009
【００９８】
図６Ａ及び６Ｂの参照に戻り、式７において、Ｉｎｔ＿ｔｇｔ＿ｆｃ＿ｆｌｏｗは、中間目標燃料電池流量率を表している。ｓｔａｒｔは、ブロック６０６において決定された開始燃料電池流量率に対応しており、ｔａｒｇｅｔは、ブロック６０４において決定された最終目標燃料電池流量率に対応している。ＮＦＰは、燃料電池流量率の正規化追従進行値を表している。
【００９９】
ブロック６２０では、ＥＣＵ１０２は、中間目標値に基づいて、燃料電池回路のアクチュエータ（コンプレッサ及び弁を含む）を制御してよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ流量率、コンプレッサ圧力比、燃料電池流量率及びコンプレッサトルクに基づいて、コンプレッサ、バイパス弁及び制限弁のうち少なくとも一つを制御してよい。
【０１００】
ブロック６２２では、ＥＣＵ１０２は、中間目標値が、最終目標値又は、決定若しくは受信された新たな最終目標値と同じになるまで、中間目標値を決定し、中間目標値に達するためにアクチュエータを制御することを継続してよい。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、コンプレッサ加速は、例えば、ＥＣＵ１０２が、補間マップ、開始値、目標値及び達成率に基づいて、コンプレッサ加速についての中間目標値を決定してよい、付加的な追従状態であってよい。加速率は、コンプレッサの所望加速率として、コンプレッサの所望加速トルクとして、又はその両方として提供されてよい。いくつかの実施形態では、図２のパスコントローラ４１２は、追従状態としての所望加速を設定する以外の方法を用いて、所望加速を決定してよい。
【０１０２】
さて図１０を参照すると、図６Ａ及び６Ｂの方法６００の模範的な使用法が示されている。図１０は、補間コンプレッサ流量マップ８１０、補間圧力比マップ９０４、及び、３つの異なる時間での中間目標圧力比値をプロットするグラフ１００６を描いている。第１列１０００は、０秒での状態を描いており、第２列１００２は、０．３秒での状態を描いており、第３列１００４は、０．６秒での状態を描いている。
【０１０３】
第１列１０００に示すように、時間が０に等しいので、補間コンプレッサ流量率マップ８１０上の正規化参照進行は、０である。従って、補間圧力比マップ９０４の正規化追従進行も、正規化参照進行が０になるので、０である。それ故、これらの値の式７への代入は、開始値に対応する（なぜなら、正規化追従進行値は０、期間（ｔａｒｇｅｔ−ｓｔａｒｔ）＊ＮＦＰも０、それ故、ｓｔａｒｔとして式７の結果が残る）約２．８の中間目標値を生じる。
【０１０４】
第２列１００２に示すように、補間コンプレッサ流量マップ８１０上の正規化された参照進行は、０．３秒を補間コンプレッサ流量マップ８１０に適用することにより決定された約０．４である。従って、補間圧力比マップ９０４の正規化された追従進行は、０．４の正規化参照進行値に対応する、約０．６５と等しい。それ故、これらの値の式７への代入は、約１．３の中間圧力比目標値を生じる。
【０１０５】
第３列１００４に示すように、補間コンプレッサ流量マップ８１０上の正規化参照進行は、０．６秒を補間コンプレッサ流量率マップ８１０を適用することにより決定された、１である。従って、補間圧力比マップ９０４の正規化追従進行は、１の正規化参照進行値に対応する１に等しい。それ故、これらの値の式７への代入は、１の中間圧力比目標値を生じる。従って、図６Ａ及び６Ｂの方法６００は、中間圧力比目標値が最終目標圧力比値と等しくなることに起因して、終了する又は再スタートしてよい。
【０１０６】
さて、図２、４及び１１を参照すると、方法１１００は、制限弁２１４及びバイパス弁２１２どちらかのフィードフォワード制御を実行するため、例えばフィードフォワード及びフィードバック制御４１６により、ＥＣＵ１０２により実行されてよい。これについて、方法１１００の第１の例は、制限弁２１４のフィードフォワード制御を実行することに用いられてよく、方法１１００の第２の例は、バイパス弁２１２のフィードフォワード制御を実行することに用いられてよい。
【０１０７】
ブロック１１０２では、ＥＣＵ１０２は、燃料電池回路内の気体の所望圧力を決定又は受信してよい。例えば、所望圧力は、燃料電池スタック２０８の入口２４４又は出口２４６、コンプレッサ２０４の入口２２８又は出口２３０、等での、所望圧力に対応していてよい。例えば、所望圧力は、状態メディエータ４００により決定されてよく、制御信号４０２に基づいていてよい。
【０１０８】
ブロック１１０４では、ＥＣＵ１０２は、ブロック１１０２において決定又は受信された気体の所望圧力に基づいて、対応する弁（制限弁２１４及びバイパス弁２１２のいずれか）を通り抜ける気体の所望質量流量率を決定してよい。例えば、所望圧力は、燃料電池スタック２０８の出口２４６での所望圧力に対応してよい。これについて、ＥＣＵ１０２は、所望圧力に到達するために、燃料電池スタック２０８の出口２４６での圧力を生じる制限弁２１４を通り抜ける気体の所望質量流量を計算してよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、上述の式４と同様の式を用いて、所望質量流量率を決定してよい。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、パスコントローラ４１２は、弁を通り抜ける気体の所望質量流量率を決定してよい。所望質量流量率は、パスコントローラ４１２により決定された中間目標質量流量率に対応していてよい。例えば、パスコントローラ４１２は、燃料電池回路１１８の構成（例えば、バイパス弁２１２及び制限弁２１４）を通り抜ける気体の所望圧力値及び所望質量流値を指示又は提供してよい。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、状態エスティメータ４０６は、現在は不明であり、システムが目標状態に到達した場合、各構成での圧力値及び流量値を計算又は決定する、燃料電池回路１１８の各構成での圧力値及び流量値を計算又は決定してよい。例えば、状態エスティメータ４０６は、対応する弁が所望質量流量率に設定された場合、各構成での圧力値及び流量値を計算又は決定してよい。
【０１１１】
ブロック１１０６では、ＥＣＵ１０２は、弁を吹き抜ける気体に対応する現在レイノルズ数を決定してよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、上述の式１と同様の式を用いて、現在レイノルズ数を決定してよい。
【０１１２】
ブロック１１０８では、ＥＣＵ１０２は、現在の層流、亜音速流又はチョークド流を決定してよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、レイノルズ数に基づいて、現在の層流、亜音速流又はチョークド流を決定してよい。最初、ＥＣＵ１０２は、弁を通り抜ける流れが、層流、亜音速流又はチョークド流であるかを決定してよい。レイノルズ数が、値の第１範囲内である場合、ＥＣＵ１０２は、流れを層流と決定してよい。レイノルズ数が、値の第２範囲内である場合、ＥＣＵ１０２は、流れを亜音速と決定してよい。レイノルズ数が、値の第３範囲内である場合、ＥＣＵ１０２は、流れをチョークドと決定してよい。
【０１１３】
流れが、層流、亜音速流又はチョークド流であるかが決定された後、ＥＣＵ１０２は、下記の式８乃至１０の一以上を用いて、特定の流量値を決定してよい。
【０１１４】
【数８】
2019164987.tif 000010
【０１１５】
式８は、流れが層流である場合に用いられる。式８において、Ψは、層流値を表している。γは、弁を吹き抜ける気体の比熱比を表しており、一定圧力での気体の比熱に対する一定体積での気体の比熱の比に対応している。Ｂｌａｍは、流れが層流であると仮定した上述の圧力比を表している。Ｐｄは、対応する弁の低圧側での気体の圧力を表しており、Ｐｕは、対応する弁の高圧側での気体の圧力を表している。
【０１１６】
【数９】
2019164987.tif 000011
【０１１７】
式９は、流れが亜音速流である場合に用いられる。式９における変数は、式８における対応する変数と同じ意味を有する。ただし、Ψは、亜音速流値を表している。
【０１１８】
【数１０】
2019164987.tif 000012
【０１１９】
式１０は、流れがチョークド流である場合に用いられる。式１０における変数は、式８における対応する変数と同じ意味を有する。ただし、Ψは、チョークド流値を表している。新たに導入された変数Ｂｃｒは、臨界圧力比を表しており、下記の式１１を用いて計算されてよい。
【０１２０】
【数１１】
2019164987.tif 000013
【０１２１】
式１１において、γは、上述した式８と同じ意味である。
【０１２２】
現在の層流、亜音速流又はチョークド流が決定された後、ＥＣＵ１０２は、ブロック１１１０において、所望質量流量率に到達するための所望弁領域を計算してよい。所望弁領域は、そこを介して気体が流れてよい弁の断面領域に対応している。断面領域は、弁位置を調整することにより変化されてよい。ＥＣＵ１０２は、所望弁領域について書き式１２を解いてよい。
【０１２３】
【数１２】
2019164987.tif 000014
【０１２４】
式１２において、ｍは、所望質量流量率である。Ｃｄは、排出係数である。Ａは、ＥＣＵ１０２により解かれる所望弁領域である。Ｒｓは、特定の気体定数である。Ｔｕは、弁の高圧側での温度であり、Ｐｕは、弁の高圧側での圧力である。Ψは、ブロック１１０８において計算された現在の層流、亜音速流又はチョークド流である。
【０１２５】
図１のメモリ１０４は、弁位置に対応する所望弁領域に関するマップ又は関数を格納していてよい。これについて、ブロック１１１２では、ＥＣＵ１０２は、ブロック１１１０において計算された所望弁領域と、所望弁領域に対応する所望弁位置を決定するマップ又は関数とを比較してよい。状態が異なっていると、所望弁位置を有する弁を生じることが、所望弁領域を有する弁を生じ、それ故、弁を通り抜ける所望質量流量を達成する。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、機能は、ＥＣＵ１０２が、所望弁位置を決定するための所望弁領域を用いて式を解くように、式を含んでいてよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、所望弁位置を解くために、又は、所望弁位置を伴う所望弁領域に関するマップの中に場所を占めるために、下記の式１３と同様の式を用いてよい。
【０１２７】
【数１３】
2019164987.tif 000015
【０１２８】
式１３において、Ａは所望弁領域である。図１２を簡単に参照して、バイパス弁２１２又は制限弁２１４と同様又は同一の模範的な弁１２００が、式の様々なパラメータを描くために示されている。式１３において、Ｄは、弁１２００の直径１２０２である。Ａ０は、スロットルリーク領域である。ｃは、独立変数であり下記の式１４により示される。
【０１２９】
【数１４】
2019164987.tif 000016
【０１３０】
式１４において、ａは、下記の式１５により提供され、ｂは、下記の式１６により提供される。
【０１３１】
【数１５】
2019164987.tif 000017
【０１３２】
式１５において、ｔは弁１２００のスロットルシャフト径１２０４として描かれたスロットルシャフト径である。Ｄは、直径１２０２を表している。
【０１３３】
【数１６】
2019164987.tif 000018
【０１３４】
式１６において、αは、弁板１２１０と長手軸１２１２との間の角度１２０８であり、弁１２００のスロットル角に対応している。α０は、弁板１２１０と、軸１２１２に垂直な線１２１４との間の角度１２０６であり、閉スロットル角に対応している。α及びα０は、ラジアンで測定されてよい。
【０１３５】
図２、４及び１１の参照に戻り、ＥＣＵ１０２は、所望弁位置を決定するために式１３−１６を解いてよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、先ず、Ａ即ち所望弁領域について式１３を解いてよい。Ａの値に基づいて、ＥＣＵ１０２は、次に、ｂの値を識別するために式１４を解いてよく、αについて式１６を解いてよい。
【０１３６】
ＥＣＵ１０２が所望弁位置を決定した後、ＥＣＵは、ブロック１１１４において、所望弁位置を有するように、弁を制御してよい。これについて、ＥＣＵが所望弁位置を有するように弁を制御した後に、弁を通り抜ける質量流量は、ブロック１１０４において決定された所望質量流量に近くなってよい。ＥＣＵ１０２は、バイパス弁２１２について一度方法１１００を実行してよく、制限弁２１４について再度方法１１００を実行してよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ１０２は、方法１１００の二つの例を同時に実行してよい（即ち、バイパス弁２１２についての方法１１００の第１の例を実行するとともに、同時に、制限弁２１４についての方法１１００の第２の例を実行してよい）。
【０１３７】
さて、図２、４、１３Ａ及び１３Ｂを参照して、方法１３００は、例えばフィードフォワード及びフィードバック制御４１６において、コンプレッサ２０４のフィードフォワード制御を実行するために、ＥＣＵ１０２により用いられてよい。コンプレッサ２０４の制御は、速度制御及びトルク制御の両方を含んでよい。方法１３００は、速度制御及びトルク制御を、一方の後に他方が起こるように描いているが、当業者は、速度制御及びトルク制御が同時に実行されてよく、又は、相前後して実行されてよいことを実現できるだろう。
【０１３８】
ブロック１３０２では、例えば図７の速度マップ７００等の速度マップは、メモリに格納されていてよい。速度マップは、所望又は目標コンプレッサ速度に対応する、所望コンプレッサ流量率及び所望コンプレッサ圧力比に関連してよい。
【０１３９】
ブロック１３０４では、ＥＣＵ１０２は、所望コンプレッサ流量率と、コンプレッサ２０４を横切る圧力比に対応する所望コンプレッサ圧力比とを決定又は受信してよい。例えば、所望コンプレッサ流量率及び所望コンプレッサ圧力比は、パスコントローラ４１２から受信されてよい。
【０１４０】
ブロック１３０６では、ＥＣＵ１０２は、所望流量率及び所望圧力比を、所望コンプレッサ速度を決定するために、速度マップと比較してよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ１０２は、所望流量率及び所望圧力比に基づいて所望コンプレッサ速度を計算してよい。
【０１４１】
所望コンプレッサ速度が計算された後、ＥＣＵ１０２は、ブロック１３０８において所望コンプレッサ速度を達成するために、コンプレッサ２０４を制御してよい。
【０１４２】
ブロック１３１０では、ＥＣＵ１０２は、現在の時間ステップでの所望コンプレッサ速度に対応する現在所望コンプレッサ速度を決定又は受信してよい。例えば、現在所望コンプレッサ速度は、パスコントローラ４１２から受信されてよい。
【０１４３】
ブロック１３１２では、ＥＣＵ１０２は、未来の時間ステップに対応する未来の所望コンプレッサ速度を決定又は受信してよい。いくつかの実施形態では、未来の時間ステップは、現在の時間ステップの直後の時間ステップであってよく、いくつかの実施形態では、未来の時間ステップは、現在の時間ステップを越えた多数の時間ステップであってよい。未来の所望コンプレッサ速度は、同様に、パスコントローラ４１２から受信されてよい。
【０１４４】
ブロック１３１４において、ＥＣＵ１０２は、現在所望コンプレッサ速度と、未来の所望コンプレッサ速度との間の速度差を計算してよい。
【０１４５】
例えば、図１３Ａ、１３Ｂ及び１４を参照して、制御システム１４００は、ブロック１３１０乃至ブロック１３１４の操作を実行するために用いられてよい。特に、所望コンプレッサ速度１４０２は受信されてよい。所望コンプレッサ速度１４０２は、コンパレータ１４０４により受信されてよい。所望コンプレッサ速度１４０２は、同様に、第１ユニット遅延ブロック１４０６及び第２ユニット遅延ブロック１４０８により受信されてよい。第１ユニット遅延ブロック１４０６及び第２ユニット遅延ブロック１４０８各々は、一以上の時間ステップで、受信された所望コンプレッサ速度１４０２を遅延してよい。これについて、第２ユニット遅延ブロック１４０８の出力は、前所望コンプレッサ速度１４１０として参照されてよく、所望コンプレッサ速度１４０２は、前所望コンプレッサ速度１４１０より後の時点に対応する現在所望コンプレッサ速度１４０２として参照されてよい。いくつかの実施形態では、第２ユニット遅延ブロック１４０８の出力は、現在所望コンプレッサ速度として参照されてよく、所望コンプレッサ速度１４０２は、所望コンプレッサ速度１４０２が、第２ユニット遅延ブロック１４０８により出力された速度に関連する未来における所望速度に対応しているという事実に起因して、未来所望コンプレッサ速度として参照されてよい。
【０１４６】
コンパレータ１４０４は、前（又は現在）所望コンプレッサ速度１４１０と、現在（又は未来）所望コンプレッサ速度１４０２とを比較してよく、両者間の差分に対応する速度差１４１２を出力してよい。
【０１４７】
図２、４、１３Ａ及び１３Ｂの参照に戻り、ブロック１３１６では、ＥＣＵ１０２は、現在の時間ステップと未来の時間ステップとの間の、両者間の時間量に対応する、時間遅延を決定してよい。
【０１４８】
ブロック１３１８では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサの所望加速率を決定又は受信してよい。所望加速率は、ブロック１３１４において決定された速度差と、ブロック１３１６において決定された時間遅延とに対応していてよい。特に、ＥＣＵ１０２は、時間差を時間遅延により割ってよい。この割り算の結果は、所望加速率に対応する加速の単位を提供する。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、上述の如く、パスコントローラ４１２は、所望加速率として用いられてよい中間目標コンプレッサ加速値を提供してよい。これについて、ブロック１３１０乃至１３１８は、パスコントローラ４１２から所望加速率を受信するブロックで置き換えられてよい。いくつかの実施形態では、パスコントローラ４１２は、所望加速率に代えて又は加えて、コンプレッサの所望加速トルクを提供してよい。
【０１５０】
ブロック１３２０では、ＥＣＵは、ブロック１３１８において決定された所望加速率に基づいて、コンプレッサの所望加速トルクを決定してよい。特に、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ２０４の所望加速トルクを決定するために、下記の式１７と同様の式を用いてよい。
【０１５１】
【数１７】
2019164987.tif 000019
【０１５２】
式１７において、τａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎは、コンプレッサ２０４の所望加速トルクである。Ｉは等価イナーシャであり、例えばｋｇ＊ｍ２の単位を有してよい。等価イナーシャは、例えばギアボックス、シャフト、エアフォイル等の、コンプレッサ２０４の公営のイナーシャに対応してよい。αは、コンプレッサ２０４の所望加速率に基づいて決定されてよい角加速である。
【０１５３】
ブロック１３２２では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ２０４の効率を決定してよい。例えば、メモリは、効率に対応するために、コンプレッサ流量値及びコンプレッサ圧力比値に関連する効率マップを格納してよい。これについて、ＥＣＵ１０２は、現在の効率を引き出すために、現在コンプレッサ流量値及び現在コンプレッサ圧力比を効率マップに適用することにより、コンプレッサ２０４の効率を決定してよい。
【０１５４】
ブロック１３２４では、ＥＣＵ１０２は、ブロック１３２２において決定された効率に基づいて、コンプレッサ２０４の圧縮トルクを決定してよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、圧縮トルクを計算するために、下記の式１８と同様の式を用いてよい。
【０１５５】
【数１８】
2019164987.tif 000020
【０１５６】
式１８において、τｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎは、コンプレッサ２０４の圧縮トルクである。ｍは、コンプレッサ２０４を通り抜ける気体の所望質量流量であり、パスコントローラ４１２から受信されてよい。ＣＰは、コンプレッサ２０４内の気体の比熱である。Ｔｉｎは、コンプレッサ２０４の入口２２８での気体の温度である。Ｐｏｕｔは、コンプレッサ２０４の出口２３０での気体の目標圧力であり、Ｐｉｎは、コンプレッサ２０３の入口２２８での気体の目標圧力である。Ｐｏｕｔ及びＰｉｎは、パスコントローラ４１２から受信されてよい。γは、弁を吹き抜ける気体の比熱比を表しており、一定圧力での気体の比熱と、一定体積での気体の比熱との比に対応している。Ｅｆｆは、ブロック１３２２において決定された効率である。ωは、角度毎秒で測定されてよいコンプレッサ速度である。ＥＣＵ１０２は、下記の式１９を用いてωを計算してよい。
【０１５７】
いくつかの実施形態では、マップは、可変値を変化させた計算を実行し、結果をマップに格納することにより、圧縮トルクについて創られてよい。これについて、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ速度及びコンプレッサ比の少なくとも一方を受信してよく、速度及び圧力比とマップとを比較してよく、マップとの比較に基づいて圧縮トルクを決定してよい。
【０１５８】
【数１９】
2019164987.tif 000021
【０１５９】
式１９において、ωはコンプレッサ速度である。ＡＣＰｓｐｄは、コンプレッサ２０４のモータ（例えば、図３のコンプレッサ３００のモータ３０６等）のモータ速度である。ｇｒａｔｉｏは、コンプレッサのギアボックス（例えば、図３のコンプレッサ３００のギアボックス３０８等）の現在のギア比である。
【０１６０】
ブロック１３２６では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ２０４の摩擦トルクを決定してよい。例えば、ＥＣＵは、摩擦トルクを計算するために、下記の式２０と同様の式を用いてよい。
【０１６１】
【数２０】
2019164987.tif 000022
【０１６２】
式２０において、τｆｒｉｃｔｉｏｎは摩擦トルクである。ｖｉｓｃｃｏｅｆ，Ｃｏｌｔｒｑ，ｂｒｋｗｙｔｒｑ及びｔｒａｎｓｃｏｅｆは、調整された定数である。ωは、上述の式１９において計算されたコンプレッサ速度である。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、マップは、可変値を変化させた計算を実行し、結果をマップに格納することにより、摩擦トルクについて創られてよい。これについて、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ速度及びコンプレッサ圧力比の少なくとも一方を受信してよく、速度及び圧力比をマップと比較してよく、マップとの比較に基づいて摩擦トルクを決定してよい。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、マップは、可変値を変化させた計算を実行し、結果をマップに格納することにより、結合摩擦及び摩擦トルクについて創られてよい。これについて、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ速度及びコンプレッサ圧力比を受信してよく、速度及び圧力比とマップとを比較してよく、マップとの比較に基づいて結合摩擦及び摩擦トルクを決定してよい。
【０１６５】
ブロック１３２８では、ＥＣＵ１０２は、所望加速トルク、圧縮トルク及び摩擦トルクに基づいて、総所望コンプレッサトルクを決定してよい。例えばＥＣＵ１０２は、所望加速トルク、圧縮トルク及び摩擦トルク各々を互いに加えることにより、総所望コンプレッサトルクを決定してよい。
【０１６６】
ブロック１３３０では、ＥＣＵ１０２は、ブロック１３２８において決定された総所望コンプレッサトルクを有するために、コンプレッサを制御してよい。
【０１６７】
さて、図２、４、１５Ａ及び１５Ｂを参照して、方法１５００は、バイパス弁２１２及び制限弁２１４のフィードバック制御を実行するために、ＥＣＵ１０２により、例えばフィードフォワード及びフィードバック制御４１６において、用いられてよい。特に、ＥＣＵ１０２は、現在値及び目標値を比較して、現在値及び目標値間の差分に基づいて、フィードバック制御を識別してよい。例えば、これらの値は、制限弁２１４を制御するための燃料電池スタック２４８の出口２４６での圧力、及び、バイパス弁２１２を制御するためのバイパス弁２１２を横切る圧力比を含んでよい。
【０１６８】
特に、ブロック１５０２では、ＥＣＵ１０２は、圧力値と対応する弁位置とを関連付ける圧力マップを格納してよい。例えば、図２、１６Ａ及び１６Ｂを参照して、第１圧力マップ１６００は、（Ｘ軸に沿う）燃料電池スタック２０８の出口２４６での圧力と、（Ｙ軸に沿う）制限弁２１４の弁位置とを関連付けている。これについて、制限弁２１４の弁位置に対応する弁位置は、受信された圧力値に基づいて、第１圧力マップ１６００から引き出されてよい。
【０１６９】
同様に、第２圧力マップ１６５０は、（Ｘ軸に沿う）バイパス弁２１２を横切る圧力比と、（Ｙ軸に沿う）制限弁２１４の弁位置とを関連付けている。これについて、バイパス弁２１２の弁位置に対応する弁位置は、受信された圧力比に基づいて、第２圧力マップ１６５０から受信されてよい。
【０１７０】
図２、４、１５Ａ及び１５Ｂの参照に戻り、ブロック１５０４では、ＥＣＵ１０２は、燃料電池回路内の気体の所望圧力値を決定又は受信してよい。所望圧力値は、燃料電池スタック２０８の出口２４６での圧力、又は、バイパス弁２１２を横切る圧力比に対応してよい。
【０１７１】
ブロック１５０６では、ＥＣＵ１０２は、燃料電池回路内の気体の現在圧力値を決定又は受信してよい。再度、現在圧力値は、燃料電池スタック２０８の出口２４６での圧力、又は、バイパス弁２１２を横切る圧力比に対応してよい。
【０１７２】
ブロック１５０８では、ＥＣＵ１０２は、所望弁位置を決定するために、所望圧力値を圧力マップに適用してよい。例えば、ＥＣＵ１０２は、制限弁２１４の所望弁位置を決定するために、燃料電池スタック２０８の出口２４６での所望圧力を、第１圧力マップ１６００に適用してよい。同様に、ＥＣＵ１０２は、バイパス弁２１２の所望弁位置を決定するために、バイパス弁２１２を横切る所望圧力比を、第２圧力マップ１６５０に適用してよい。
【０１７３】
ブロック１５１０では、ＥＣＵ１０２は、現在弁位置を決定するために、現在圧力値を圧力マップに適用してよい。これは、制限弁２１４及びバイパス弁２１２各々について行われてよい。
【０１７４】
ブロック１５１２では、ＥＣＵ１０２は、現在圧力値と目標圧力値との間の差分に対応する差分信号を識別するために、現在圧力値と目標圧力値とを比較してよい。ＥＣＵ１０２は、制限弁２１４及びバイパス弁２１２各々について、この操作を行ってよい。
【０１７５】
ブロック１５１４では、ＥＣＵ１０２は、弁位置に対する所望の調整を決定するために、差分信号に、比例−積分−微分（ＰＩＤ又はＰＩ）コントローラを適用してよい。ＰＩＤコントローラは、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に基づいて、誤差信号の現在及び過去の値を分析して、フィードバック制御信号を生成してよい。
【０１７６】
さて、図２、４、１６Ａ及び１７Ａを参照して、制御１７００は、図１５Ａ及び１５Ｂの方法１５００と同様の方法を用いて、制御弁２１４のフィードバック制御を実行するために、ＥＣＵ１０２により用いられてよい。
【０１７７】
制御１７００では、ＥＣＵ１０２は、燃料電池スタック２０８の出口２４６での目標又は所望圧力に対応する目標燃料電池圧力１７０２を受信又は決定してよい。例えば、目標燃料電池圧力１７０２は、状態メディエータ４００により決定されてよい。ＥＣＵ１０２は更に、燃料電池スタック２０８の出口２４６での現在圧力に対応する現在燃料電池圧力１７０４を決定又は受信してよい。例えば、現在燃料電池圧力１７０４は、状態エスティメータ４０６から受信されてよい。
【０１７８】
ＥＣＵ１０２は、その後、目標燃料電池圧力１７０２に対応する目標又は所望弁位置１７０６を決定するために、目標燃料電池圧力１７０２を、第１圧力マップ１６００を介して送ってよい。ＥＣＵ１０２は、同様に、現在燃料電池圧力１７０４に対応する現在弁位置１７０８を決定するために、現在燃料電池圧力１７０４を、第１圧力マップ１６００を介して送ってよい。
【０１７９】
目標又は所望弁位置１７０６及び現在弁位置１７０８は、差分ブロック１７１０により受信されてよい。差分ブロック１７１０は、目標又は所望弁位置１７０６と現在弁位置１７０８との間の差分を識別してよく、差分信号１７１２としての差分を出力してよい。
【０１８０】
差分信号１７１２は、ＰＩＤコントローラ１７１４により受信されてよい。ＰＩＤコントローラ１７１４は、差分信号の過去及び現在値を分析して、制限弁２１４の弁位置に対する所望の調整に対応する、フィードバック調整信号１７１６を生成してよい。
【０１８１】
さて、図２、４、１６Ｂ及び１７Ａを参照して、制御１７５０は、図１５Ａ及び１５Ｂの方法１５００と同様の方法を用いて制限弁２１４のフィードバック制御を実行するために、ＥＣＵ１０２により用いられてよい。
【０１８２】
制御１７５０では、ＥＣＵ１０２は、バイパス弁２１２を横切る目標又は所望圧力比に対応する目標バイパス弁圧力比１７５２を受信又は決定してよい。例えば、目標バイパス弁圧力比１７５２は、状態メディエータ４００により決定されてよい。ＥＣＵ１０２は更に、バイパス弁２１２を横切る現在の圧力比に対応する現在バイパス弁圧力比１７５４を決定又は受信してよい。例えば、現在バイパス弁圧力比１７５４は、状態エスティメータ４０６から受信されてよい。
【０１８３】
ＥＣＵ１０２は、その後、目標バイパス弁圧力比１７５２に対応する目標又は所望弁位置１７５６を決定するために、目標バイパス弁圧力比１７５２を、第２圧力マップ１６１５を介して送ってよい。ＥＣＵ１０２は、同様に、現在バイパス弁圧力比１７５４に対応する現在弁位置１７５８を決定するために、現在バイパス弁圧力比１７５４を、第２圧力マップ１６５０を介して送ってよい。
【０１８４】
目標又は所望弁位置１７５６と現在弁位置１７５８とは、差分ブロック１７６０により受信されてよい。差分ブロック１７６０は、目標又は所望弁位置１７５６と現在弁位置１７５８との間の差分を識別して、差分信号１７６２としての差分を出力してよい。
【０１８５】
差分信号１７６２は、ＰＩＤコントローラ１７６４により受信されてよい。ＰＩＤコントローラ１７６４は、誤差信号の過去及び現在値を分析して、バイパス弁２１２の弁位置の所望の調整に対応するフィードバック調整信号１７６６を生成してよい。
【０１８６】
図２、４、１５Ａ及び１５Ｂの参照に戻り、ブロック１５１６では、ＥＣＵ１０２は、積分飽和現象と呼ばれる現象に起因する所望調整のオーバーシュートを低減するために、所望閾値により差分信号が低減するまで、ＰＩＤコントローラの積分期間を適用することを遅延してよい。時々、差分信号が比較的大きい場合、積分期間は、比例期間と一緒に、当初非常に大きくてよい。差分信号が０に近づくと、比例期間は縮むが、積分期間は比較的大きいままである。それ故、積分期間の初期の大きいサイズは、所望の調整をオーバーシュートするために十分に蓄積されることが多い。
【０１８７】
ＰＩＤコントローラの積分期間の適用を遅延することにより、積分期間は、差分信号が比較的小さくなる場合を導いてよい。これについて、所定の閾値は、積分飽和現象が起こりそうもないもの未満の閾差分に対応していてよい。これについて、ブロック１５１６は、積分飽和現象保護として参照されてよく、方法１５００に任意に存在していてよい。
【０１８８】
積分飽和現象保護を実行することに加えて又は代えて、ＥＣＵ１０２は、ブロック１５１８及び１５２０において、「学習値」として参照されてよい何かを実行してよい。特に、ブロック１５１８では、与えられた目標圧力値について、差分信号が０に収束又は近づく場合（即ち、現在の圧力値が、所望圧力値と実質的に等しくなる場合）、ＥＣＵ１０２は、ＰＩＤコントローラからの最終的な積分期間をメモリに格納してよい。
【０１８９】
ブロック１５２０では、後続の収束が同じ与えられた目標圧力値に向かっているときに、ＥＣＵ１０２は、ＰＩＤコントローラに、格納された最終積分期間を用いた収束を生じさせてよい。最終積分期間を格納することにより、同一の与えられた目標圧力値に向かう各収束は、与えられた目標圧力値に向かう比較的早く且つ正確な収束を提供可能な値に比較的近い積分期間（即ち、格納された最終積分期間）を伴う可能性がある。
【０１９０】
ブロック１５２２では、ＥＣＵ１０２は、弁位置の所望の調整に基づいて、対応する弁（即ち、制限弁２１４又はバイパス弁２１２）を調整してよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ１０２は、弁位置に対する所望調整を、フィードフォワード制御信号に加えてよく、加算結果に基づいて対応する弁を制御してよい。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ１０２は、弁位置の所望調整を用いて、対応する弁の制御を単純に調整してよい。
【０１９１】
さて、図２、４、１８Ａ及び１８Ｂを参照して、方法１８００は、コンプレッサ２０４のフィードバック制御を実行するために、ＥＣＵ１０２により、例えばフィードフォワード及びフィードバック制御４１６において、用いられてよい。特に、ＥＣＵ１０２は、現在及び目標値を比較して、現在及び目標値間の差分に基づいてフィードバック制御信号を識別してよい。例えば、これらの値は、コンプレッサ２０４を通り抜ける全空気流を含んでいてよい。
【０１９２】
特に、ブロック１８０２では、ＥＣＵ１０２は、空気流値と対応するコンプレッサ速度とを関連付ける空気流マップを格納してよい。例えば、図２及び１９を参照して、空気流マップ１９００は、（Ｘ軸に沿う）コンプレッサ２０４を通り抜ける空気流と、（Ｙ軸に沿う）コンプレッサ速度とを関連付けている。これについて、コンプレッサ２０４の速度に対応するコンプレッサ速度は、受信された空気流値に基づいて、空気流マップ１９００から引き出されてよい。
【０１９３】
図２、４、１８Ａ及び１８Ｂの参照に戻り、ブロック１８０４では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ２０４を通り抜ける全空気流に対応する所望コンプレッサ流量率を決定又は受信してよい。ブロック１８０６では、ＥＣＵ１０２は、現在コンプレッサ流量率を決定又は受信してよい。
【０１９４】
ブロック１８０８では、ＥＣＵ１０２は、所望コンプレッサ速度を決定するために、所望コンプレッサ流量率を空気流マップに適用してよい。ブロック１８１０では、ＥＣＵ１０２は、現在コンプレッサ速度を決定するために、現在コンプレッサ流量率を空気流マップに適用してよい。
【０１９５】
ブロック１８１２では、ＥＣＵ１０２は、現在コンプレッサ速度と目標コンプレッサ速度との間の差分に対応する差分信号を識別するために、現在コンプレッサ速度と目標コンプレッサ速度とを比較してよい。
【０１９６】
ブロック１８１４では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ速度に対する所望の調整を決定するために、ＰＩＤコントローラを差分信号に適用してよい。
【０１９７】
さて、図２、４、１９及び２０Ａを参照して、制御２０００は、図１８Ａ及び１８Ｂの方法１８００と同様の方法を用いた、コンプレッサ２０４のコンプレッサ速度のフィードバック制御を実行するために、ＥＣＵ１０２により用いられてよい。
【０１９８】
制御２０００では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ２０４を通り抜ける気体の目標又は所望総流量に対応する目標総コンプレッサ空気流２００２を受信又は決定してよい。例えば、目標総コンプレッサ流量２００２は、状態メディエータ４００により決定されてよい。ＥＣＵ１０２は更に、コンプレッサ２０４を通り抜ける現在総流量に対応する現在総コンプレッサ空気流２００４を決定又は受信してよい。例えば、現在総コンプレッサ流量２００４は、状態エスティメータ４０６から受信されてよい。
【０１９９】
ＥＣＵ１０２は、その後、目標総コンプレッサ空気流２００２に対応する目標又は所望コンプレッサ速度２００６を決定するために、目標総コンプレッサ流量２００２を、空気流マップ１９００を介して送ってよい。ＥＣＵ１０２は、同様に、現在総コンプレッサ空気流２００４に対応する現在コンプレッサ速度２００８を決定するために、現在総コンプレッサ流量２００４を、空気流マップ１９００を介して送ってよい。
【０２００】
目標又は所望コンプレッサ速度２００６及び現在コンプレッサ速度２００８は、差分ブロック２０１０により受信されてよい。差分ブロック２０１０は、目標又は所望コンプレッサ速度２００６と、現在コンプレッサ速度２００８との間の差分を識別してよく、差分信号２０１２としての差分を出力してよい。
【０２０１】
差分信号２０１２は、ＰＩＤコントローラ２０１４により受信されてよい。ＰＩＤコントローラ２０１４は、差分信号２０１２の過去及び現在値を分析してよく、コンプレッサ２０４のコンプレッサ速度に対する所望調整に対応するフィードバック速度調整信号２０１６を生成してよい。
【０２０２】
図２、４、１８Ａ及び１８Ｂの参照に戻り、ブロック１８１６では、ＥＣＵ１０２は、積分飽和現象による所望調整のオーバーシュートを低減するために、所望閾値により差分信号が減少するまで、ＰＩＤコントローラの積分期間を適用することを遅らせてよい。これは、図１５Ａ及び１５Ｂのブロック１５１６として同様の方法において実行されてよい。
【０２０３】
積分飽和現象保護を実行することに加えて又は代えて、ＥＣＵ１０２は、ブロック１８１８及び１８２０において「学習値」を実行してよい。これは、図１５Ａ及び１５Ｂのブロック１５１８及び１５２０として同様の方法において実行されてよい。
【０２０４】
ブロック１８２２では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ速度に対する所望調整に基づいて、コンプレッサ速度を調整してよい。図１５Ａ及び１５Ｂのブロック１５２２として同様の方法において実行されてよい。
【０２０５】
上述したように、コンプレッサ２０４は、分離して制御されてよいコンプレッサ速度及びコンプレッサトルクを有してよい。これについて、ブロック１８２４乃至１８３０は、コンプレッサ２０４のコンプレッサトルクを制御するために、用いられてよい。
【０２０６】
コンプレッサトルクがコンプレッサ速度に直接比例してよいように、コンプレッサ速度及びコンプレッサトルクは関連してよい。これについて、ブロック１８１４では、ＥＣＵ１０２は、所望コンプレッサ速度に基づいて、所望コンプレッサトルク値を決定してよい。例えば、所望コンプレッサ速度は、ブロック１８０８において決定されてよい。所望コンプレッサトルクを決定するために、総空気流に基づいて決定されたコンプレッサトルクと同様の方法において、所望コンプレッサ速度はマップに適用されてよい。しかしながら、コンプレッサ２０４のトルク及び速度間の比例関係により、比例ゲインは、所望コンプレッサトルクを得るために、所望コンプレッサ速度に適用されてよい。
【０２０７】
同様に、ブロック１８２６では、ＥＣＵ１０２は、現在コンプレッサ速度に基づいて、現在コンプレッサトルク値を決定してよい。現在コンプレッサ速度は、ブロック１８１０において決定されてよい。ＥＣＵ１０２は、上述したブロック１８２４を参照して、マップを用いて、又は、比例ゲインを用いて、現在コンプレッサトルクを決定してよい。
【０２０８】
ブロック１８２８では、ＥＣＵ１０２は、所望コンプレッサトルク値と現在コンプレッサトルク値との間のトルク差分に対応するトルク差分信号を識別してよい。
【０２０９】
ブロック１８３０では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサトルクに対する所望調整を決定するために、ＰＩＤコントローラを差分信号に適用してよい。
【０２１０】
いくつかの実施形態では、ＥＣＵ１０２は、積分飽和現象保護及び「学習値」の一方又は両方を実行してよい。
【０２１１】
ブロック１８３２では、ＥＣＵ１０２は、コンプレッサトルクに対する所望調整に基づいて、コンプレッサのコンプレッサトルク値を調整してよい。
【０２１２】
さて、図２、４及び２０Ｂを参照して、制御２０５０は、図１８Ａ及び１８Ｂの方法１８００と同様の方法を用いて、コンプレッサ２０４のコンプレッサトルクのフィードバク制御を実行するために、ＥＣＵ１０２により用いられてよい。
【０２１３】
制御２０５０は、ＥＣＵ１０２は、目標又は所望コンプレッサ速度２０２５を、現在コンプレッサ速度２０５４に加えて、決定してよい。これらの値は、フィードフォワード及びフィードバック制御４１６、状態エスティメータ４０６、パスコントローラ４１２のいずれかから決定又は受信されてよい。
【０２１４】
ＥＣＵ１０２は、目標又は所望コンプレッサトルク２０６０を決定するために、目標コンプレッサ速度２０２５を、機能２０５６を介して送ってよい。機能２０５６は、例えば比例ゲインを目標コンプレッサ速度２０５２に適用するための計算等の、マップ又は計算を含んでよい。ＥＣＵ１０２は、同様に、現在コンプレッサトルク２０６２を決定するために、現在コンプレッサ速度２０５４を、機能２０５６を介して送ってよい。
【０２１５】
目標又は所望コンプレッサトルク２０６０及び現在コンプレッサトルク２０６２は、差分ブロック２０６４により受信されてよい。差分ブロック２０６４は、目標又は所望コンプレッサトルク２０６０と現在コンプレッサトルク２０６２との間の差分に対応するトルク差分信号２０６６を識別してよい。
【０２１６】
トルク差分信号２０６６は、ＰＩＤコントローラ２０６８により受信されてよい。ＰＩＤコントローラ２０６８は、トルク差分信号２０６６の過去及び現在値を分析してよく、コンプレッサ２０４のコンプレッサトルクに対する所望調整に対応するフィードバックトルク調整信号２０７０を生成してよい。
【０２１７】
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】
2019164987.tif 000023
【図２】
2019164987.tif 000024
【図３】
2019164987.tif 000025
【図４】
2019164987.tif 000026
【図５Ａ】
2019164987.tif 000027
【図５Ｂ】
2019164987.tif 000028
【図６Ａ】
2019164987.tif 000029
【図６Ｂ】
2019164987.tif 000030
【図７】
2019164987.tif 000031
【図８】
2019164987.tif 000032
【図９】
2019164987.tif 000033
【図１０】
2019164987.tif 000034
【図１１】
2019164987.tif 000035
【図１２】
2019164987.tif 000036
【図１３Ａ】
2019164987.tif 000037
【図１３Ｂ】
2019164987.tif 000038
【図１４】
2019164987.tif 000039
【図１５Ａ】
2019164987.tif 000040
【図１５Ｂ】
2019164987.tif 000041
【図１６Ａ】
2019164987.tif 000042
【図１６Ｂ】
2019164987.tif 000043
【図１７Ａ】
2019164987.tif 000044
【図１７Ｂ】
2019164987.tif 000045
【図１８Ａ】
2019164987.tif 000046
【図１８Ｂ】
2019164987.tif 000047
【図１９】
2019164987.tif 000048
【図２０Ａ】
2019164987.tif 000049
【図２０Ｂ】
2019164987.tif 000050
【外国語明細書】
2019164987000001.pdf
2019164987000002.pdf
2019164987000003.pdf
2019164987000004.pdf