CN102666156A - 车辆控制设备和车辆控制方法 - Google Patents

Abstract

一种构造为控制车辆的车辆控制设备，包括：燃料电池，其构造为向车辆供给电力；空气调节机构，其具有加热器芯；第一介质回路，其构造为产生经过燃料电池的冷却介质循环流；散热器，其安装在第一介质回路中；旁通回路，其形成在第一介质回路中以产生旁通散热器的冷却介质旁通流；调节阀，其安装在第一介质回路中以调节经过散热器的冷却介质的流量与经过旁通回路的冷却介质的流量的比率；第二介质回路，其构造为产生经过加热器芯的冷却介质循环流；冷却介质循环泵，其安装在第一介质回路和第二介质回路中的至少一个中；温度获取模块，其构造为获取表示燃料电池的代表性温度的燃料电池温度；预热控制器，其构造为预热燃料电池直至燃料电池温度达到预热终止温度；以及状态切换结构，其构造为：当燃料电池温度比低于预热终止温度的联结状态温度更低时，将第一介质回路和第二介质回路设定为独立状态，在独立状态中第一介质回路和第二介质回路彼此分开；以及当燃料电池温度不低于联结状态温度时，将第一介质回路和第二介质回路设定联结状态，在联结状态中第一介质回路和第二介质回路被互连和联结。

Description

车辆控制设备和车辆控制方法

技术领域

本发明涉及一种将燃料电池的废热用于空气调节的技术。

背景技术

在配备有作为电动力源的燃料电池的车辆中，已经提出了将燃料电池的废热用于在空气调节装备中加热的多种控制装置（系统）。一种提出的系统包括用于在燃料电池和散热器之间产生冷却介质循环流的回路（为方便起见，此回路在如下说明中被称为“冷却回路”）以及用于产生通过用于加热的加热器芯的冷却介质循环流的回路（为方便起见，此回路在如下说明中被称为“加热回路”）。当燃料电池的温度在燃料电池具有高发电效率的特定温度范围（例如，72°C至80°C的温度范围，以下被称为“高效率温度范围”）内时，此现有技术系统使这两个回路互连及联结，以利用燃料电池的废热经由冷却介质循环流加热加热器芯。另一种出的系统在低温环境中预热燃料电池，直至燃料电池的温度达到高效率温度范围。

在燃料电池的温度处于高效率温度范围内的状态下使冷却回路和加热回路互连和联结的技术可以与预热燃料电池直至燃料电池的温度达到高效率温度范围的技术相结合。在此情况下，在燃料电池的温度达到高效率温度范围之前，燃料电池的废热不能被利用。响应于在燃料电池的温度增大至高效率温度范围之前给出的使用者的加热请求，应当激活诸如独立于加热器芯设置的电加热器等不同的加热元件以加热加热回路中流动的冷却介质。由电加热器消耗的电力从燃料电池供给。即需要燃料电池产生供给至电加热器的电力。这不合意地劣化了用于车辆的控制装置的总体燃料消耗。

现有技术系统允许在高于预热终止温度（由预热获得的燃料电池的最终温度）的温度条件下使冷却回路和加热回路的流动互连和联结。在加热回路与冷却回路联结之前的状态下，加热回路中的冷却介质的温度通常低于冷却回路中的冷却介质的温度。这两个回路的联结导致相对较低温度的冷却介质流从加热回路流入冷却回路。因此，燃料电池的温度可能减小至低于预热终止温度。这破坏了预热的有效性，并且在加热回路与冷却回路联结之后的状态下需要使用诸如电加热器等不同加热元件来加热冷却介质流。这不合意地劣化了用于车辆的控制装置的总体燃料消耗。

发明内容

因此，需要利用燃料电池的废热加热加热器芯。还需要改进构造为控制车辆以及预热燃料电池的车辆控制装置的总体燃料消耗。

本发明借助于下文讨论的各种方面和应用中的任何一个完成了上述需要和其他相关需要的至少一部分。

因此，本发明的一个方面涉及用于控制车辆的车辆控制设备。该车辆控制设备包括：燃料电池，所述燃料电池构造为向所述车辆供给电力；空气调节机构，所述空气调节机构具有加热器芯；第一介质回路，所述第一介质回路构造为产生经过所述燃料电池的冷却介质循环流；散热器，所述散热器安装在所述第一介质回路中；旁通回路，所述旁通回路形成在所述第一介质回路中以产生旁通所述散热器的冷却介质旁通流；调节阀，所述调节阀安装在所述第一介质回路中以调节经过所述散热器的冷却介质的流量与经过所述旁通回路的冷却介质的流量的比率；第二介质回路，所述第二介质回路构造为产生经过所述加热器芯的冷却介质循环流；冷却介质循环泵，所述冷却介质循环泵安装在所述第一介质回路和所述第二介质回路中的至少一个中；温度获取模块，所述温度获取模块构造为获取表示所述燃料电池的代表性温度的燃料电池温度；预热控制器，所述预热控制器构造为对所述燃料电池进行预热直到所述燃料电池温度达到预热终止温度；以及状态切换结构，所述状态切换结构构造为：当所述燃料电池温度比低于所述预热终止温度的联结状态温度更低时，将所述第一介质回路和所述第二介质回路设定为独立状态，在所述独立状态中，所述第一介质回路和所述第二介质回路彼此分开；以及当所述燃料电池温度不低于所述联结状态温度时，将所述第一介质回路和所述第二介质回路设定为联结状态，在所述联结状态中，所述第一介质回路和所述第二介质回路被互连和联结。

在根据本发明此方面的车辆控制设备中，将联结状态温度设定为低于预热终止温度。这种温度设定使得能够在需要将特别大量的热供给至空气调节机构的情况下，例如在车辆起动时，在更早的时刻将第一介质回路和第二介质回路互连和联结。即，可以有效地利用燃料电池的废热加热加热器芯。此布置合意地限制了使用诸如电加热器的不同加热元件来加热供给至加热器芯的冷却介质流，并且减小了由燃料电池产生并准备供给至诸如电加热器的不同加热元件的所需电力量，因此，改进了车辆控制设备的总体燃料消耗。在根据本发明此方面的车辆控制设备中，第一介质回路和第二介质回路在预热终止之前互连和联结。此布置有效地防止第二介质回路中循环的相对较低温度的冷却介质流在预热终止之后流入第一介质回路并且破坏预热的有效性。第一介质回路和第二介质回路在此时刻的联结还限制了使用诸如电加热器的不同加热元件来加热第一介质回路中的相对较低温度的冷却介质流。本说明书中的术语“预热终止温度”的意思既是预热控制器终止预热的温度，也是由预热获得的燃料电池的最终温度（当即使在预热终止之后也存在由冷却介质循环流导致的燃料电池的进一步温度升高时，燃料电池的最终的升高温度）。

在根据本发明的上述方面的车辆控制设备的一个优选应用中，所述联结状态温度不低于所述燃料电池能够以稳定状态操作的稳定操作温度范围的下限温度。

在该应用的车辆控制设备中，在至少不低于稳定操作温度范围的下限温度的温度下，第一介质回路和第二介质回路互连和联结。在第一介质回路和第二介质回路联结之前的状态中，第二介质回路中流动的冷却介质的温度通常低于第一介质回路中流动的冷却介质的温度。两个介质回路的联结降低了第一介质回路中流动的冷却介质的温度，并且由此降低燃料电池温度。即使在此情况下，联结状态温度仍不低于稳定操作温度范围的下限温度，使得燃料电池即使在这两个介质回路联结之后也能够以稳定状态操作。以稳定状态操作的燃料电池的状态表示燃料电池中的至少一个电池的电压没有极端下降（例如，无电压下降至0V）的状态。一般地，稳定操作温度范围的下限温度低于预热终止温度。

在根据本发明的上述方面的车辆控制设备的另一优选应用中，所述联结状态温度不低于所述燃料电池维持预定耐用性能的耐用温度范围的下限温度。

在该应用的车辆控制设备中，第一介质回路和第二介质回路在至少不低于耐用温度范围的下限温度的温度下互连和联结。此布置即使在这两个介质回路联结之后也能够有效地防止燃料电池的耐用性性能突然劣化。耐用温度范围通常被包括在稳定操作温度范围中。一般地，耐用温度范围的下限温度低于预热终止温度。

在根据本发明的上述方面的车辆控制设备的又一优选应用中，根据权利要求1所述的车辆控制设备，其中所述联结状态温度不低于0°C。

在该应用的车辆控制装置中，第一介质回路和第二介质回路在较低的温度条件下互连和联结。此布置使得能够在更早的时刻，例如在车辆控制设备起动时，利用燃料电池的废热加热加热器芯，因此改进了车辆控制设备的总体燃料消耗。将联结状态温度设定为不低于0°C，防止了所产生的水在两个介质回路联结之后在燃料电池内被冻结。这种温度设定因此防止了冻结的水妨碍反应气体的顺利供给和产生的水的顺利排出。预热终止温度通常高于0°C。

在本发明的一个优选实施方式中，上述方面的车辆控制设备还包括：热值需求获取模块，所述热值需求获取模块构造为获得用于所述空气调节机构的热值需求或所需的生热量；发电量获取模块，所述发电量获取模块构造为获得所述燃料电池的发电量；温度调节模块，所述温度调节模块构造为控制所述调节阀并且调整流经所述第一介质回路的冷却介质的温度从而调节所述燃料电池温度；目标温度设定模块，所述目标温度设定模块构造为设定用于通过所述温度调节模块对所述燃料电池温度进行调节时所要达到的目标温度；以及低于需求的温度范围指定模块，所述低于需求的温度范围指定模块构造为：识别存在或者不存在低于需求的温度范围，所述低于需求的温度范围是所述燃料电池温度的特定温度范围，在所述特定温度范围中，在所获得的发电量下所述燃料电池的热值或生热量不高于所述热值需求，并且在识别出存在所述低于需求的温度范围时，指定所述低于需求的温度范围。在识别出存在所述低于需求的温度范围时，所述目标温度设定模块将指定的所述低于需求的温度范围的上限温度设定为所述目标温度。

在根据本发明本实施方式的车辆控制设备中，将低于需求的温度范围的上限温度设定为目标温度。这种温度设定使得燃料电池能够产生满足热值需求所需的最小量的热。此布置合意地防止了燃料电池产生过量的热或者产生高于热值需求的热值。即，此布置最小化了燃料电池的发电效率的降低，并且由此改进了燃料电池的燃料消耗。

在具有上述实施方式的构造的车辆控制设备的一个优选应用中，当所述低于需求的温度范围的上限温度高于所述燃料电池能够以稳定状态操作的稳定操作温度范围的上限温度时，所述目标温度设定模块代替所述低于需求的温度范围的上限温度而将所述稳定操作温度范围的上限温度设定为所述目标温度。

在根据上述实施方式的车辆控制设备的此应用中，目标温度被设定为稳定操作温度范围中的温度。这种温度设定保证了燃料电池的输出稳定性。此应用的车辆控制设备允许将更高温度设定为目标温度，并且由此有效地防止了燃料电池温度达到目标温度之前从冷却介质释放热。此布置保证了燃料电池的废热的有效使用，因此，改进了车辆控制设备的总体燃料消耗。

在具有上述实施方式的构造的车辆控制设备的另一优选应用中，在所述低于需求的温度范围指定模块识别出不存在所述低于需求的温度范围时，所述目标温度设定模块将所述燃料电池能够以稳定状态操作的稳定操作温度范围的上限温度设定为所述目标温度。

在根据上述实施方式的车辆控制设备的此应用中，将目标温度设定为稳定操作温度范围内的温度。这种温度设定保证了燃料电池的输出稳定性。此应用的车辆控制设备允许将更高温度设定为目标温度，并且由此有效地防止了在燃料电池温度达到目标温度之前从冷却介质释放热。此布置保证了燃料电池的废热的有效使用，因此改进了车辆控制设备的总体燃料消耗。

在具有上述实施方式的构造的车辆控制设备的又一优选应用中，所述温度调节模块在所述燃料电池温度升高期间限制热释放直到所述燃料电池温度达到所述目标温度为止。

根据上述实施方式的车辆控制装置的此应用防止了在燃料电池温度达到目标温度之前的热释放，并且由此使得能够将燃料电池的废热蓄积在冷却介质流中，直至燃料电池温度达到目标温度为止。响应于使用者对于更高温度的加热请求，能够使用冷却介质流中蓄积的热来加热加热器芯。此布置允许对使用者的加热请求迅速响应，并且改进车辆控制设备的总体燃料消耗。

本发明的另一方面涉及一种控制车辆的方法。车辆包括：燃料电池，所述燃料电池构造为向所述车辆供给电力；空气调节机构，所述空气调节机构构造为具有加热器芯；第一介质回路，所述第一介质回路构造为产生经过所述燃料电池的冷却介质循环流；散热器，所述散热器安装在所述第一介质回路中；旁通回路，所述旁通回路形成在所述第一介质回路中以产生旁通所述散热器的冷却介质旁通流；以及第二介质回路，所述第二介质回路构造为产生经过所述加热器芯的冷却介质循环流。所述方法调节经过所述散热器的冷却介质的流量与经过所述旁通回路的冷却介质的流量的比率并且调整流经所述第一介质回路的冷却介质的温度，从而调节表示所述燃料电池的代表性温度的燃料电池温度。所述方法还对所述燃料电池进行预热直到所述燃料电池温度达到预热终止温度。所述方法获取所述燃料电池温度。当所述燃料电池温度比低于所述预热终止温度的联结状态温度更低时，所述方法将所述第一介质回路和所述第二介质回路设定为独立状态，在所述独立状态中，所述第一介质回路和所述第二介质回路彼此分开。当所述燃料电池温度不低于所述联结状态温度时，所述方法将所述第一介质回路和所述第二介质回路设定为联结状态，在所述联结状态中，所述第一介质回路和所述第二介质回路被互连和联结。

根据本发明的此方面的车辆控制方法将联结状态温度设定为低于预热终止温度。这种温度设定使得能够在需要将特别大量的热供给至空气调节机构的情况下，例如在车辆起动时，在更早的时刻将第一介质回路和第二介质回路互连和联结。即，可以有效地利用燃料电池的废热来加热加热器芯。此布置合意地限制了使用诸如电加热器的不同加热元件来加热供给至加热器芯的冷却介质流，并且减小了由燃料电池产生并准备供给至诸如电加热器的不同加热元件所需的电力量，因此，改进了车辆的总体燃料消耗。本发明的车辆控制方法使第一介质回路和第二介质回路在预热终止前互连和联结。此布置有效地防止了第二介质回路中循环的相对较低温度的冷却介质流在预热终止之后流入第一介质回路并破坏预热的有效性。在此时刻联结第一介质回路和第二介质回路还限制了使用诸如电加热器的不同加热元件加热第一介质回路中的相对较低温度的冷却介质流。本说明书中的术语“预热终止温度”的意思既是预热控制器终止预热的温度，也是由预热获得的燃料电池的最终温度（当即使在预热终止之后也存在由冷却介质循环流导致的燃料电池的进一步温度升高时，燃料电池的最终的升高温度）。

附图说明

图1是图示根据本发明一个实施方式的车辆控制装置的示意性构造的说明性视图；

图2是示意性地示出图1的FC热值映射的说明性视图；

图3是示出加热需求使能过程和温度设定过程的细节的流程图；

图4是示出被参照的热值映射和热值需求之间的关系的第一示例的说明性视图；

图5是示出被参照的热值映射和热值需求之间的关系的第二示例的说明性视图；

图6是示出被参照的热值映射和热值需求之间的关系的第三示例的说明性视图；

图7是示出由FC控制单元执行的温度调节过程的细节的流程图；

图8是示出设定在联结状态下的车辆控制装置中的冷却介质流的第一说明性视图；和

图9是示出设定在联结状态下的车辆控制装置中的冷却介质流的第二说明性视图。

具体实施方式

A.实施方式

A1.系统构造

图1是图示根据本发明一个实施方式的车辆控制装置的示意性构造的说明性视图。此车辆控制装置10安装在电动车辆上，该电动车辆通过消耗由燃料电池产生的作为驱动动力的电力而被驱动。车辆控制装置10包括燃料电池堆20（在本说明书中，“燃料电池”可以缩略为FC）、第一介质回路R1、空气调节机构50、第二介质回路R2、布置为使两个介质回路R1和R2互连的两个介质流动路径（第五和第九介质流动路径）65和69、FC控制单元100和空气调节控制单元200。

本实施方式的燃料电池堆20是通过堆置包括膜电极组件（MEA）的多个单元电池得到的聚合体电解质燃料电池堆。燃料电池堆20从氢气贮存器（未示出）经由燃料气体流动路径22接收氢气供给作为燃料气体。燃料电池堆20还经由氧化气体流动路径24接收由空气压缩机（未示出）供入的空气供给作为氧化气体。除了燃料气体流和氧化气体流之外，冷却介质流还被供给至燃料电池堆20以冷却在发电过程中温度增大的各单元电池。在本实施方式中，将防冻液用作为冷却介质。代替防冻液，可以将诸如纯水的任何其他适当的介质用作为冷却介质。

燃料电池堆20与负载40电连接，使得通过在燃料电池堆20中进行的电化学反应产生的电力被供给至负载40。燃料电池堆20和负载40之间安装有电压传感器41和电流传感器42。此处，负载40包括例如，电动车辆的驱动马达（未示出）、以及两个电动风扇31和52、电加热器55和稍后讨论的两个泵32和54。

第一介质回路R1构设为冷却燃料电池堆20的冷却介质的通道，并且包括第一至第四介质流动路径61、62和63。第一介质回路R1进一步包括第四介质流动路径64，以产生旁通散热器30的冷却介质旁通流。第一介质回路R1与第一泵32、散热器30、第一电动风扇31、第一三通阀33和第一至第三温度传感器34、35和36连接。

第一介质流动路径61与第一三通阀33并且与燃料电池堆20的冷却介质流入口连接。第一介质流动路径61的此布置将流出第一三通阀33的冷却介质流引入燃料电池堆20。第二介质流动路径62与燃料电池堆20的冷却介质流出口并且与第三与第四介质流动路径63与64连接。第二介质流动路径62的此布置将流出燃料电池堆20的冷却介质流引入第三介质流动路径63或者第四介质流动路径64。第二介质流动路径62还与第五介质流动路径65并且与第九介质流动路径69连接。第二介质流动路径62的此布置将流出燃料电池堆20的冷却介质流引入第二介质回路R2，同时将流出第二介质回路R2的冷却介质流引入第三介质流动路径63或者第四介质流动路径64。第三介质流动路径63与第二介质流动路径62并且与第一三通阀33连接。第三介质流动路径63的此布置将流出第二介质流动路径62的冷却介质流引入第一三通阀33。与第三介质流动路径63类似，第四介质流动路径64与第二介质流动路径62并且与第一三通阀33连接。第四介质流动路径64的此布置还将流出第二介质流动路径62的冷却介质流引入第一三通阀33。

在图1的图示中，粗实箭头示出冷却介质流。在图1所示示例中，介质回路R1中的冷却介质流依燃料电池堆20、第二介质流动路径62、第三介质流动路径63或者第四介质流动路径64、和第一介质流动路径61的顺序循环。在车辆控制装置10中，流出第二介质流动路径62的冷却介质流可能根本不引入第三介质流动路径63，而是可能全部引入第四介质流动路径64，如稍后详细讨论的。

在图1所示示例中，冷却介质以独立于第二介质回路R2中的冷却介质循环的方式在第一介质回路R1中循环。在下文的描述中，车辆控制装置10的这种第一介质回路R1中的冷却介质和第二介质回路R2中的冷却介质相互独立并且分开循环的状态被称为“独立状态”。在车辆控制装置10中，第一介质回路R1和第二介质回路R2可以根据燃料电池堆20的温度T物理地互连以允许冷却介质的相互入流和出流。车辆控制装置10的这种在第一介质回路R1和第二介质回路R2之间建立互连以允许冷却介质相互入流和出流的状态被称为“联结状态”。

散热器30安装在第三介质流动路径63中。第一电动风扇31位于散热器30附近。散热器30冷却入流的冷却介质，该冷却介质从燃料电池堆20流出并且通过第二介质流动路径62，通过第一电动风扇31产生的气流将冷却介质的热释放出电动车辆。如由第四介质流动路径64中没有安装散热器的布局清楚地理解的，第四介质流动路径64作为旁通散热器30并且使第二介质流动路径62与第一介质流动路径61相连的旁通回路。来自经过第四介质流动路径64的冷却介质流的热辐射量相应地小于来自经过第三介质流动路径63的冷却介质流的热辐射量。

第一三通阀33是与三个介质流动路径61、63和64连接的电磁阀。第一三通阀33的阀开度的调整能够调节流出第三介质流动路径63进入第一介质流动路径61的冷却介质的流量与流出第四介质流动路径64进入第一介质流动路径61的冷却介质的流量的比率。第一泵32安装在第一介质流动路径61中，以便将流出第三介质流动路径63和第四介质流动路径64的冷却介质流引入燃料电池堆20。

作为预热终止温度传感器工作的第一温度传感器34在靠近燃料电池堆20的冷却介质流入口的特定位置处安装在第一介质流动路径61中，并且用于测量流经第一介质流动路径61的冷却介质的温度。第二温度传感器35在靠近燃料电池堆20的冷却介质流出口的特定位置处安装在第二介质流动路径62中，并且用于测量流经第二介质流动路径62的冷却介质的温度。第三温度传感器36在靠近散热器30的出口的特定位置处安装在第三介质流动路径63中，并且用于测量流经第三介质流动路径63的冷却介质的温度。

空气调节机构50包括加热器芯51、第二电动风扇52和壳体53。加热器芯51是用于加热的热交换单元，并且由循环经过第二介质回路R2的冷却介质释放的热来加热。第二电动风扇52将空气吹入加热器芯51，因此使得被加热器芯51加热的暖空气流出壳体53（即，进入车辆内部）。空气调节机构50经由空气管道（未示出）与各空气出口（例如，换气装置出口、脚部出口和除霜装置出口）连接，以使暖空气从这些空气出口流出。

第二介质回路R2构设为将热传送至空气调节机构50（具体地，传送至加热器芯51）的冷却介质的通道，并且包括第六至第八介质流动路径66、67和68。第二介质回路R2与第二三通阀58、第二泵54、电加热器55、以及第四温度传感器56和第五温度传感器57连接。

第六介质流动路径66与第二三通阀58并且与加热器芯51的冷却介质流入口连接。第六介质流动路径66的此布置将流出第二三通阀58的冷却介质流引入加热器芯51。第七介质流动路径67与加热器芯51的冷却介质流出口并且与第八和第九介质流动路径68和69连接。第七介质流动路径67的此布置将流出加热器芯51的冷却介质流引入第八介质流动路径68或者第九介质流动路径69。第五介质流动路径65与第二介质流动路径62并且与第二三通阀58连接。在车辆控制装置10的联结状态中，第五介质流动路径65的此布置将流出第二介质流动路径62的冷却介质流引入第二三通阀58。第九介质流动路径69与第七介质流动路径67并且与第二介质流动路径62连接。在车辆控制装置10的联结状态中，第九介质流动路径69的此布置将流出第七介质流动路径67的冷却介质流引入第二介质流动路径62。

如图1中示出的，在车辆控制装置10的独立状态中，冷却介质流依加热器芯51、第七介质流动路径67、第八介质流动路径68和第六介质流动路径66的顺序在第二介质回路R2中循环。

第二三通阀58是与三个介质流动路径65、66和68连接的电磁阀。第二三通阀58的阀开度的调整能够切换第六介质流动路径66与第五介质流动路径65的连接以及第六介质流动路径66与第八介质流动路径68的连接之间的连接状态。

第二泵54安装在第六介质流动路径66中，并且用于将流出第五介质流动路径65或者第八介质流动路径68的冷却介质流引入加热器芯51。电加热器55位于第二泵54和加热器芯51之间，以预热流经第六介质流动路径66的冷却介质。

第四温度传感器56在靠近加热器芯51的冷却介质流入口的特定位置处安装在第六介质流动路径66中，并且用于测量流入加热器芯51冷却介质的温度。第五温度传感器57在靠近加热器芯51的冷却介质流出口的特定位置处安装在第七介质流动路径67中，并且用于测量流出加热器芯51的冷却介质的温度。

FC控制单元100包括CPU（中央处理单元）101和存储器102。存储器102中存储有能够被执行以控制燃料电池堆20的操作的FC控制程式（未示出）。CPU101执行FC控制程式以实现阀调节模块111、联结状态温度设定模块112、目标温度设定模块113和快速预热控制模块114的功能。FC控制单元100与第一泵32、第一三通阀33和第二三通阀58连接以控制这些元件的操作。FC控制单元100还与三个温度传感器34至36、电压传感器41和电流传感器42连接，以获取来自这些传感器的测量值。FC控制单元100与空气调节控制单元200互连以便与空气调节控制单元200交换信息。

阀调节模块111工作以调节第一三通阀33和第二三通阀58的阀开度。联结状态温度设定模块112工作以设定允许第一介质回路R1与第二介质回路R2联结的温度（以下被称为“联结状态温度”）。目标温度设定模块113工作以设定在对供给到燃料电池堆20的冷却介质的温度进行调节时设定为目标的期望温度（以下被称为“目标温度”）。

快速预热控制模块114快速地预热燃料电池堆20，直至燃料电池堆20的温度进入各单元电池具有足够高的发电效率的特定温度范围（以下被称为“高效率温度范围”）（此过程被称为“快速预热”）。此高效率温度范围可以是例如不低于72°C并且不高于80°C的范围。典型的快速预热方法将供给至燃料电池堆20的空气的流量限制为低于普通驾驶状态下的空气流量。空气流量可以例如通过将过量空气系数或者空气流量与化学计量值的比值设定为约1.0来限制。受限制的空气流量使得燃料电池堆20以低的发电效率操作，并且增大了发电损失（热损失），由此快速地预热燃料电池堆20。

除了上文说明的FC控制程式，FC热值映射121和稳定操作温度范围122已经预先存储在存储器102中。

图2是示意性地示出图1的FC热值映射的说明性视图。图2中示出的FC热值映射中的每一个均将燃料电池堆20的温度（T）作为横坐标，并且将生热量或者热值作为纵坐标。FC热值映射121中的每一个均示出了燃料电池堆20的生热量（FC热值）相对于燃料电池堆20的温度的变化量。有关不同的FC发电量的多个映射作为FC热值映射121存储至存储器102中。图2示意性地示出具有FC热值的不同变化量的三个映射L1至L3。然而，FC热值映射121的数量不局限为三个，而是可以将有关不同的FC发电量的任意数量的映射作为FC热值映射121存储至存储器102中。FC热值映射121（L1至L3）可以通过在燃料电池堆20的各种温度值下测量发电量和生热量而用实验方法设定，并且可以预先存储在存储器102中。

在固定温度下，燃料电池堆20的发电量越高，则燃料电池堆20的生热量越高。在图2所示示例中，燃料电池堆20的发电量按照映射L1、映射L2和映射L3的顺序增大。因此，在固定温度下的生热量按照映射L1、映射L2和映射L3的顺序增大。

如映射L1至L3中的每一个中示出的，在低温度范围（T<T1）中，生热量随着温度改变具有显著的变化量。更具体地，在低温度范围中，即使轻微的温度减小也会造成生热量的突然增大。此现象是由于如下原因。在低温度范围中，燃料电池堆20的温度减小抑制了每个MEA中的催化剂活性，并导致溢流。溢流的发生减小了有效催化剂量或者有效催化剂活性（等同于有效发电区域），从而降低了发电效率，由此生热。另一方面，在高温度范围（T>T2）中，即使轻微的温度增大也会造成生热量的突然增大。此现象是由于如下原因。在高温度范围中，燃料电池堆20的温度增大使每个MEA中的电解质膜变干，增加了膜的电阻值，由此生热。

在上文说明的低温度范围以及在高温度范围中，在构成燃料电池堆20的多个单元电池中的若干单元电池中观察到一些电压降。在此状态下，燃料电池堆20的总输出电压相当不稳定。因此，这些温度范围（T<T1和T>T2）是不适合于燃料电池堆20的操作温度。另一方面，在满足关系T1≤T≤T2的温度范围Rg0（以下被称为“稳定操作温度范围Rg0”）中，燃料电池堆20的输出电压稳定。因此，该稳定操作温度范围Rg0是适合于燃料电池堆20的操作温度。稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1和上限温度T2可用实验的方法提前确定，并且作为图1的稳定操作温度范围122存储至存储器102中。例如，下限温度T1和上限温度T2可以分别设定为30℃和90℃。

如图2中示出的，在稳定操作温度范围Rg0的中央存在高效率温度范围RgS。在此高效率温度范围RgS中，各单元电池具有最高的发电效率，以及由此最小的生热量（最小的热损失）。在高效率温度范围RgS中设定了预热终止温度Te。当燃料电池堆20的温度T在预设的相对较低的温度范围中（例如，在不高于0℃的温度范围中）时，开始燃料电池堆20的快速预热。当燃料电池堆20的温度T达到预热终止温度Te时，终止燃料电池堆20的快速预热。

图1中示出的空气调节控制单元200包括CPU 201和存储器202。存储器202中存储能够被执行以控制空气调节机构50的操作的空气调节控制程式（未示出）。CPU 201执行此空气调节控制程式以实现热值需求计算模块211、操作面板控制模块212和温度调节模块213的功能。根据稍后讨论的加热需求使能过程，热值需求计算模块211计算将被送至FC控制单元100的热值需求。操作面板控制模块212与安装在电动车辆中的操作面板（未示出）连接，并且通过使用者操控操作面板来接收使用者的输入。使用者的输入包括例如使用者的加热或冷却请求以及使用者的期望车辆内部温度的设定。温度调节模块213控制电加热器55和第二电动风扇52的操作，以调整吹出空气调节机构50的空气的温度，并由此将车辆内部温度调节至使用者的期望温度。

空气调节控制单元200与第二泵54、电加热器55和第二电动风扇52连接以控制这些元件的操作。空气调节控制单元200还与两个温度传感器56和57连接以从这些传感器获取测量值。

存储器202中存储控制映射（未示出）以控制空气调节机构50的操作。温度调节模块213参照此控制映射，并且基于从两个温度传感器56和57获取的观测温度控制电加热器55和第二电动风扇52的操作。

具有上文讨论的构造的车辆控制装置10执行下文讨论的加热需求使能过程、温度设定过程和温度调节过程，从而改进系统的总体燃料消耗。

本实施方式的第一三通阀33对应于本发明权利要求中的调节阀。本实施方式中的第二三通阀58和阀调节模块111的组合等同于本发明权利要求中的状态切换模块。本实施方式中的联结状态温度设定模块112和目标温度设定模块113的组合等同于本发明的权利要求中的目标温度设定模块、热值需求获取模块、发电量获取模块和低于需求的温度范围识别模块。本实施方式中的第四介质流动路径64对应于本发明的权利要求中的旁通回路。本实施方式的第一泵32和第二泵54分别对应于本发明的权利要求中的冷却介质循环泵。本实施方式的预热终止温度Te等同于本发明的权利要求中的预热终止温度。

A2.加热需求使能过程和温度设定过程

图3是示出加热需求使能过程和温度设定过程的细节的流程图。图3中左侧的流程图示出加热需求使能过程的处理流程，而右侧的流程图示出温度设定过程的处理流程。响应于通过使用者对操作面板（未示出）的操控输入的使用者的加热请求和使用者对期望车辆内部温度的设定，空气调节控制单元200开始加热需求使能过程。加热需求使能过程由空气调节控制单元200执行，以响应于使用者的加热请求来控制空气调节机构50的操作。在电动车辆（未示出）起动之后，FC控制单元100开始温度设定过程。执行温度设定过程以设定稍后讨论的温度调节过程中使用的联结状态温度和目标温度。以下说明基于如下假设：电动车辆起动之后即刻给出使用者的加热请求。快速预热控制模块114与加热需求使能过程和温度设定过程并行地执行燃料电池堆20的快速预热。

加热需求使能过程开始时，操作面板控制模块212向FC控制单元100发送联结请求（步骤S105）。联结请求表示要求将车辆控制装置10设定在联结状态。

在温度设定过程中，FC控制单元100或者具体地联结状态温度设定模块112等待接收联结请求（步骤S205）。响应于收到的联结请求，联结状态温度设定模块112从存储器102读取稳定操作温度范围122，并且将稳定操作温度范围122的下限温度设定为联结状态温度（步骤S210）。在图2所示示例中，稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1设定为联结状态温度Tc。此处，联结状态温度Tc表示允许两个介质回路R1和R2联结的温度。

在车辆控制装置10中，在燃料电池堆20的温度T低于联结状态温度Tc的条件下，两个介质回路R1和R2不联结，而在燃料电池堆20的温度T不低于联结状态温度Tc的条件下，两个介质回路R1和R2联结。

因为如下原因，将稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1设定为联结状态温度Tc。下限温度T1低于预热终止温度Te（或者通过快速预热获得的燃料电池堆20的温度T的最终值），使得两个介质回路R1和R2能够在燃料电池堆20的温度T达到高效率温度范围RgS之前联结。因此，可以有效地利用燃料电池堆20的废热来加热加热器芯51。此布置合意地限制了电加热器55的使用，并且由此改进车辆控制装置10的总体燃料消耗。两个介质回路R1和R2在快速预热终止前的联结有效地防止了在快速预热终止之后在第二介质回路R2中循环的相对较低温度的冷却介质流流入第一介质回路R1，并且破坏预热的有效性。在联结状态开始时，在第二介质回路R2中循环的冷却介质的温度相对低于在第一介质回路R1中循环的冷却介质的温度。两个介质回路R1和R2的联结暂时地降低燃料电池堆20的温度T。将低于稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1的温度设定为联结状态温度Tc可能导致在联结之后燃料电池堆20的温度T降低至稳定操作温度范围Rg0以下，并由此导致差的输出稳定性。本实施方式的车辆控制装置10将稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1设定为联结状态温度Tc，从而保证了燃料电池堆20具有足够的输出稳定性。

目标温度设定模块113由从电流传感器42发送的电流值和从电压传感器41发送的电压值计算燃料电池堆20的发电量（步骤S215）。基于在步骤S215计算的发电量，目标温度设定模块113在存储器102中存储的多个FC热值映射121中指定当前将要参照的FC热值映射（以下被称为“被参照的热值映射”）（步骤S220）。如之前说明的，多个FC热值映射121关于不同的燃料电池堆20的发电量而设定。因此，对应于在步骤S215计算的当前的发电量指定被参照的热值映射。当存储的FC热值映射中没有一个对应于计算得到的发电量时，可以将对应于发电量最靠近所计算的发电量的FC热值映射指定为被参照的热值映射。替代性地，可以将对应于计算得到的发电量附近的较低的发电量和较高的发电量的两个FC热值映射指定为被参照的热值映射。

在指定被参照的热值映射之后，目标温度设定模块113向空气调节控制单元200发送热值需求的通知请求（步骤S225）。此处，术语“热值需求”表示用于加热加热器芯51以便将车辆内部温度调整至使用者的期望温度所需的生热量。

当在步骤S105传递联结请求之后，空气调节控制单元200或者具体地热值需求计算模块211等待接收热值需求的通知请求（步骤S110）。响应于收到的热值需求的通知请求，热值需求计算模块211确定热值需求（步骤S115）。基于使用者对期望车辆内部温度的设定、环境温度、空气换气率（车辆内部空气与车辆外部空气的利用比）、太阳辐射量、以及从车窗释放的热量，可以由已知程序确定热值需求。

在确定热值需求之后，热值需求计算模块211将确定的热值需求通知FC控制单元100（步骤S120）。在通知热值需求之后，温度调节模块213参照控制映射（未示出）来控制电加热器55和第二电动风扇52的操作，从而调节流入加热器芯51的冷却介质的温度并且使暖空气吹出空气调节机构50（步骤S125）。

当在步骤S225传递通知请求之后，FC控制单元100或者具体地目标温度设定模块113等待确定的热值需求的通知（步骤S230）。响应于所通知的热值需求，目标温度设定模块113确定被参照的热值映射中是否存在生热量或者热值具有所通知的热值需求的特定温度范围（以下被称为“低于需求的温度范围”）（步骤S235）。

图4是示出被参照的热值映射和热值需求之间的关系的第一示例的说明性视图。图4的横坐标和纵坐标与图2的相同。在图4所示示例中，将图2中示出的FC热值映射L2指定为被参照的热值映射，并且将热值Qr确定为热值需求。

如图4中示出的，被指定为被参照的热值映射的FC热值映射L2中存在生热量或者热值低于所确定热值Qr的低于需求的温度范围Rg1。在低于需求的温度范围Rg1中，燃料电池堆20具有相对较低的生热量或者低的热值。即使在两个介质回路R1和R2联结以将离开燃料电池堆20的冷却介质流供给至加热器芯51的状态中，仅仅冷却介质的热不足以使加热器芯51的温度增大至期望温度水平。

再次参照图3的流程图，在确定低于需求的温度范围存在时，目标温度设定模块113随后确定低于需求的温度范围的上限温度是否不低于稳定操作温度范围的上限温度（步骤S240）。当低于需求的温度范围的上限温度不低于稳定操作温度范围的上限温度时，目标温度设定模块113将稳定操作温度范围的上限温度设定为目标温度Tt（步骤S250）。另一方面，当低于需求的温度范围的上限温度低于稳定操作温度范围的上限温度时，目标温度设定模块113将低于需求的温度范围的上限温度设定为目标温度Tt（步骤S245）。

在图4所示示例中，低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4低于稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2。在此情况下，因此，将低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4设定为目标温度Tt。

将低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4设定为目标温度Tt的目的在于保证燃料电池堆20产生用于满足热值需求Qr的最小热量。将低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4设定为目标温度Tt，使目标温度Tt不高于稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2。这种设定目的在于保证从燃料电池堆20的输出电压的稳定性。因为如下原因，不将低于需求的温度范围Rg1的下限温度T3、而是将低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4设定为目标温度Tt。在将低于需求的温度范围Rg1的下限温度T3设定为目标温度Tt的状态下，当随着燃料电池堆20的温度升高冷却介质的温度增大到超过下限温度T3时，燃料电池堆20的废热经由冷却介质从散热器30不经济地释放，如稍后说明的。另一方面，在将低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4设定为目标温度Tt的状态下，即使当冷却介质的温度增大到超过下限温度T3时，冷却介质的热不是被排出而是被用于加热。

图5是示出被参照的热值映射和热值需求之间的关系的第二示例的说明性视图。图5的横坐标和纵坐标与图4的相同。在图5所示示例中，将图2中示出的FC热值映射L1指定为被参照的热值映射，并且将热值Qr确定为热值需求。

如图5中示出的，被指定为被参照的热值映射的FC热值映射L1中存在低于需求的温度范围Rg10。然而，低于需求的温度范围Rg10的上限温度T6高于稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2。在此情况下，温度设定过程执行步骤S250的过程以将稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2设定为目标温度Tt。

将稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2设定为目标温度Tt使得将在稳定操作温度范围Rg0内的最高可能温度设定为目标温度Tt。这种设定的目的在于保证从燃料电池堆20的输出电压的稳定性。这种设定的目的还在于使得能够将可能的最靠近所确定的热值需求Qr的热量供给至加热器芯51，并且由此改进燃料电池堆20的燃料消耗。

图6是示出被参照的热值映射和热值需求之间的关系的第三示例的说明性视图。图6的横坐标和纵坐标与图4的相同。在图6所示示例中，将图2中示出的FC热值映射L3指定为被参照的热值映射，并且将热值Qr确定为热值需求。

如6图中示出的，被指定为被参照的热值映射的FC热值映射L3中不存在低于需求的温度范围。如在图5的情况中的那样，在此情况下，温度设定过程执行步骤S250的过程以将稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2设定为目标温度Tt。

将稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2设定为目标温度Tt使得将在稳定操作温度范围Rg0内的最高可能温度设定为目标温度Tt。这种设定的目的在于保证从燃料电池堆20的输出电压的稳定性。这种设定的目的还在于使燃料电池堆20的从散热器30释放的废热最少。

A3.温度调节过程

图7是示出由FC控制单元执行的温度调节过程的细节的流程图。在下文讨论的温度设定过程完成时，FC控制单元100开始温度调节过程的处理流程。以下说明基于如下假设：在温度调节过程开始之前，将车辆控制装置10设定在如图1中示出的独立状态。在图1的独立状态下，更具体地假设：不存在朝向散热器30的冷却介质流，并且经过第二介质流动路径62的冷却介质流完全流入第四介质流动路径64。

阀调节模块111首先获取燃料电池堆20的当前温度T（步骤S305）。在本实施方式中，由第二温度传感器35测量的温度用作燃料电池堆20的温度T（即，作为表示燃料电池堆20的温度的代表性温度T）。然而，此温度设定既非必要的也非限制性的。代替由第二温度传感器35测量的温度，可以将由其他图示的温度传感器中的任何一个测量的温度、或者由安装在氧化气体流动路径24以及燃料气体流动路径22中的温度传感器（未示出）中的任何一个测量的温度用作燃料电池堆20的温度T。

随后，阀调节模块111等待燃料电池堆20的温度T增大至联结状态温度或者增大至联结状态温度以上（步骤S310）。在燃料电池堆20开始发电时，燃料电池堆20的温度T开始增大。

当燃料电池堆20的温度T升高达到联结状态温度Tc时，阀调节模块111调节第二三通阀58，以产生从第五介质流动路径65至第六介质流动路径66的冷却介质流，从而使第一介质回路R1与第二介质回路R2互连（联结）（步骤S315）。

图8是示出设定在联结状态的车辆控制装置中的冷却介质流的第一说明性视图。图8中示出的冷却介质流处于以下条件：燃料电池堆20的温度T在不低于联结状态温度Tc但低于目标温度Tt的特定温度范围内。

如图8中示出的，在联结状态下，离开燃料电池堆20的冷却介质流经过第五介质流动路径65和第二三通阀58，并且流入第六介质流动路径66。随后，冷却介质流借助于第二泵54流径电加热器55进入加热器芯51。离开燃料电池堆20的冷却介质流的一部分进入第二介质流动路径62，而非第五介质流动路径65。离开加热器芯51的冷却介质流经过第七介质流动路径67和第九介质流动路径69，并且流回第二介质流动路径62。随后，冷却介质流经过第四介质流动路径64，并且流回第一介质流动路径61。在此状态下，不存在经过第二介质流动路径62并流入第三介质流动路径63的冷却介质流。因此，冷却介质不由散热器30冷却。随着燃料电池堆20发电过程中产生的废热增加，流入加热器芯51的冷却介质的温度逐渐增大。

再次参照图7的流程图，在步骤S315的互连之后，阀调节模块111获取燃料电池堆20的当前温度T（步骤S320），并且确定所获取的燃料电池堆20的温度T是否高于目标温度Tt（步骤S325）。阀调节模块111重复步骤S320和步骤S325的过程，直至燃料电池堆20的温度T达到或超过目标温度Tt。

当燃料电池堆20的温度T达到或者超过目标温度Tt时，阀调节模块111调节第一三通阀33以增大从第二介质流动路径62流至第三介质流动路径63的冷却介质的流量（步骤S330）。进入第三介质流动路径63的冷却介质流由散热器30冷却，以便能够将燃料电池堆20的温度T保持在目标温度Tt。根据具体程序，阀调节模块111考虑燃料电池堆20的生热量，并且为温度传感器34测量的温度（即，燃料电池堆20的入口温度）设定目标值，从而使第二温度传感器35测量的温度（即，燃料电池堆20的出口温度）等于目标温度。随后，阀调节模块111基于第三温度传感器36测量的温度（即，散热器30的出口温度）调节第一三通阀33的开度，从而使燃料电池堆20的入口温度等于设定目标值。

图9是示出设定在联结状态的车辆控制装置中的冷却介质流的第二说明性视图。图9中示出的冷却介质流处于以下条件：燃料电池堆20的温度T不低于目标温度Tt。

如图9中示出的，在车辆控制装置10的联结状态下，当燃料电池堆20的温度T不低于目标温度Tt时，冷却介质流入第三介质流动路径63并且由散热器30冷却。图9的联结状态下的其他介质流动路径中的冷却介质的流动与图8的联结状态下的冷却介质的流动相同。当离开燃料电池堆20的冷却介质流已经由散热器30冷却并且因此具有低于目标温度Tt的温度时，减小流入散热器30的冷却介质的流量，以增大冷却介质的温度。以此方式，将燃料电池堆20的温度T（即，流入加热器芯51的冷却介质的温度）控制为保持在目标温度Tt。

在图4图示的示例中，电动车辆起动之后，响应于使用者的加热请求，执行上文讨论的温度调节过程，使由燃料电池堆20的温度和生热量的组合限定的燃料电池堆20的操作点沿被参照的热值映射L2向右运动。在操作点P1处，两个介质回路R1和R2互连或者相互联结。随着操作点向操作点P2的进一步运动，温度调节过程调节第一三通阀33的开度以保持此操作点P2。根据具体程序，在燃料电池20的温度在操作点P2增大至达到或者超过温度T4（Tt）的情况下，温度调节过程调节第一三通阀33的开度以增大从第二介质流动路径62流动至第三介质流动路径63的冷却介质的流量，并且减小从第二介质流动路径62流动至第四介质流动路径64的冷却介质的流量。另一方面，在燃料电池20的温度在操作点P2减小至低于温度Tr（Tt）的情况下，温度调节过程调节第一三通阀33的开度以减小从第二介质流动路径62流动至第三介质流动路径63的冷却介质的流量，并且增大从第二介质流动路径62至第四介质流动路径64的冷却介质的流量。

在图5所示示例中，在操作点P11处，两个介质回路R1和R2互连或者相互联结。随后，温度调节过程调节第一三通阀33的开度以保持操作点P12。在图6所示示例中，在操作点P21处，两个介质回路R1和R2互连或者相互联结。随后，温度调节过程调节第一三通阀33的开度以保持操作点P22。

在图5和图6图示的示例中，生热量或者热值不低于热值需求Qr的冷却介质流被供给至加热器芯51。在此情况下，温度调节模块213停止电加热器55的操作，并且降低由第二电动风扇52吹送的空气的流量，从而减小从空气调节机构50吹出的暖空气的体积。空气体积的这种减小的目的在于防止车辆内部温度超过使用者的期望温度。此温度控制使得能够将两个介质回路R1和R2中流动的冷却介质的温度保持在超过目标温度Tt的温度范围中。即，对应于目标温度以上的超出温度的燃料电池堆20的一定量的废热被蓄积并保持在两个介质回路R1和R2中的冷却介质流中。响应于使用者随后对更高温度的加热请求，利用冷却介质流中蓄积的热量吹送暖空气。因此，此布置改进了对使用者的加热请求的响应，并且有效地防止了燃料电池堆20的发电效率减小。代替降低由第二电动风扇52吹送的空气流量，另一可用程序可以降低经过加热器芯51的冷却介质的流量，以便防止车辆内部温度超过使用者的期望温度。

如上文描述的，本实施方式的车辆控制装置10将联结状态温度Tc设定为稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1，该下限温度T1低于预热终止温度Te（或者由快速预热获得的燃料电池堆20的温度T的最终值）。在电动车辆起动时、即需要向空气调节机构50供给特别大量的热时，这种温度设定使得能够在更早的时刻将两个介质回路R1和R2联结或者互连。即，可以有效地利用燃料电池堆20的废热来加热加热器芯51。此布置合意地限制了电加热器55的使用，并由此改进了车辆控制装置10的总体燃料消耗。两个介质回路R1和R2的在快速预热终止前的联结有效地防止了第二介质回路R2中循环的相对较低温度的冷却介质流在快速预热终止之后流入第一介质回路R1，并且破坏预热的有效性。两个介质回路R1和R2在此时刻联结还限制了使用电加热器55来加热相对较低温度的冷却介质流。

将稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1设定为联结状态温度Tc使得两个介质回路R1和R2能够在更低的温度条件下联结以及互连，同时保证从燃料电池堆20的输出电压的稳定性。即，可以有效地利用燃料电池堆20的废热来加热加热器芯51。

在被参照的热值映射中存在低于需求的温度范围Rg1并且低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4低于稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2的状态中，本实施方式的温度设定过程将低于需求的温度范围Tg1的上限温度T4设定为目标温度Tt。这种温度设定使得燃料电池堆20能够产生满足热值需求Qr所需的最小量的热，同时保证燃料电池堆20的输出电压的稳定性。因此，温度设定合意地防止了产生超过热值需求Qr的更大量的热。即，此布置有效地使燃料电池堆20的发电效率的减小最小化，因此，改进了燃料电池堆20的燃料消耗。本实施方式的程序将目标温度Tt设定为相对较高的温度（例如，高于低于需求的温度范围Rg1的下限温度的温度，或者高于高效率温度范围RgS的温度）。与将相对较低的温度（例如，高效率温度范围RgS内的温度）设定为目标温度Tt的程序相比较，本实施方式的温度设定程序合意地控制了从散热器30释放的热。此布置保证了燃料电池堆20废热的有效利用，以及改进了车辆控制装置10的总体燃料消耗。

在被参照的热值映射中存在低于需求的温度范围Rg10并且低于需求的温度范围Rg10的上限温度T6不低于稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2的状态中、或者在被参照的热值映射中不存在低于需求的温度范围的状态中，本实施方式的温度设定过程将稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2设定为目标温度Tt。这种温度设定保证了燃料电池堆20的输出电压的稳定性。此温度设定还使得能够将超过热值需求Qr的过量生热量蓄积在两个介质回路R1和R2中的冷却介质流中。蓄积的热量响应于使用者随后的对于更高温度的加热请求而被利用。与通过散热器30将所产生的超过热值需求Qr的过量热量排出（释放）的布置相比较，本实施方式的此布置合意地改进了车辆控制装置10的总体燃料消耗。

B.其他方面

在上文讨论的实施方式中包括的各种构成件和部件中，除了独立权利要求中包括的构成件和部件之外的那些构成件和部件是附加的和补充的元件，并且可以根据需要省略。上文讨论的实施方式及其应用在所有方面均应认为是示例性的而非限制性的。在不悖离本发明的主要特征的范围和精神的情况下，可以存在许多修改、改变和替代。下面给出了可能的改型的一些示例。

B1.修改示例1

上述实施方式的温度设定过程将稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1设定为联结状态温度Tc。然而，这种温度设定既非必要的也非限制性的。一种修改程序可以将联结状态温度Tc设定为根据燃料电池堆20的耐用性性能指定的温度范围中的任何任意温度。一般地，在温度脱离预设温度范围（通常比稳定操作温度范围Rg0更窄的温度范围）的工作环境中，例如由于电流拥挤效应，各单元电池中的电解质膜和催化剂层会迅速劣化。将联结状态温度Tc设定为不低于根据燃料电池堆20的耐用性性能指定的温度范围的下限温度但不高于所述温度范围的上限温度的任何任意温度有效地保证了燃料电池堆20的充分的耐用性性能。此温度范围可以基于耐用性测试的结果预先指定，并且可以存储在存储器102中，以代替稳定操作温度范围122。根据燃料电池堆20的耐用性性能指定的温度范围的下限温度通常低于预热终止温度Te。

另一修改程序可以将联结状态温度Tc设定为能够保证燃料电池堆20的额定输出功率的特定温度范围内的任何任意的温度。燃料电池堆20通常具有预设的额定输出功率值。然而，在具有极低（或者极高）操作温度的工作环境中，发电效率降低从而将燃料电池堆20的实际输出功率减小至额定输出功率以下。将联结状态温度Tc设定为不低于保证燃料电池堆20的额定输出功率的特定温度范围的下限温度但不高于该特定温度范围的上限温度的任何任意的温度合意地防止了燃料电池堆20的实际输出功率减小至额定输出功率以下。所述特定温度范围可以基于测试结果预先确定，并且可以存储在存储器102中，以代替稳定操作温度范围122。保证燃料电池堆20的额定输出功率的特定温度范围的下限温度通常低于预热终止温度Te。

另一修改程序可以将0℃设定为联结状态温度Tc。这种温度设定允许两个介质回路在更低的温度条件下联结。在两个介质回路在零度以下的温度联结的情况中，燃料电池堆20的温度T可能在联结之后减小至0℃以下。因此，担心所产生的水在各单元电池中冻结。水的这种冻结妨碍了反应气体的顺利供给和所产生的水的顺利排出，因此，极大地降低了发电效率。将0℃设定为联结状态温度Tc防止了在联结之后产生的水在各单元电池中冻结。设定为等于0℃的联结状态温度Tc通常低于稳定操作温度范围Rg0的下限温度T1和预热终止温度Te两者。

如从上文讨论的实施方式和此修改示例的示例性程序清楚地理解的，可以将低于预热终止温度Te的任何任意的温度设定为本发明的车辆控制装置中的联结状态温度。

B2.修改示例2

上述实施方式的温度设定过程将目标温度Tt设定为低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4或者稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2。然而，这种温度设定既非必要的也非限制性的。在图4所示示例中，一种修改程序可以将目标温度Tt设定为高于低于需求的温度范围Rg1的上限温度T4但低于稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2的任何任意的温度。在被参照的热值映射中存在低于需求的温度范围Rg1的状态中，此修改程序将更高温度设定为目标温度Tt，并且由此使得两个介质回路R1和R2中能够蓄积更大量的热。此修改布置保证可对使用者对更高温度的加热请求的迅速响应，并且防止了燃料电池堆20以低发电效率操作，因此，改进了燃料消耗。

另一修改程序可以将目标温度Tt设定为高效率温度范围RgS中的任何任意的温度。此修改程序使得能够将至少高于联结状态温度Tc的温度设定为目标温度Tt，并且允许两个介质回路R1和R2在比温度升高至目标温度Tt的时刻更早的时刻联结。因此，此修改布置有效地改进了车辆控制装置10的总体燃料消耗。

另一修改程序可以将目标温度Tt设定为可变的温度，而非固定的温度。例如，可以将联结之后的目标温度Tt（具有T≧Tc的温度关系）设定得比联结之前的目标温度Tt（具有T<Tc的温度关系）更高（例如，高+5℃）。此修改程序使冷却介质的温度在联结之后保持在更高温度水平，因此，使得能够将更大量的热蓄积在冷却介质流中。此修改布置保证了对使用者对更高温度的加热请求的迅速响应，并且防止了燃料电池堆20以低的发电效率操作，因此，改进了燃料消耗。在这种改型中，优选地将目标温度Tt设定为不高于稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2。此温度设定保证了燃料电池堆20的输出稳定性。

如从上文讨论的实施方式以及此修改示例的示例性程序清楚地理解的，可以将高于联结状态温度Tc但低于稳定操作温度范围Rg0的上限温度T2的任何任意的温度设定为本发明的车辆控制装置中的目标温度。

B3.修改示例3

在上文讨论的实施方式中，稳定操作温度范围Rg0是固定的温度范围，例如，30℃至90℃的温度范围。稳定操作温度范围Rg0可以是可变的温度范围。例如，稳定操作温度范围Rg0可以根据各单元电池中包括的电解质膜的湿度而变化。在电解质膜极干的条件下或者在电解质膜极湿的条件下，即使在相对靠近高效率温度范围RgS的温度条件下，仍然可以在各单元电池中观察到电压降。在电解质膜极干的条件下或者在电解质膜极湿的条件下，可以由此将稳定操作温度范围Rg0收窄为更靠近高效率温度范围RgS。这种温度设定保证了整个燃料电池堆20的输出稳定性。各单元电池中包括的电解质膜的湿度可以由例如燃料电池堆20的电阻（阻抗）的测量值估计。

B4.修改示例4

在上文讨论的实施方式中，仅将加热器芯51和电加热器55用作为用于加热的热源。可以额外地使用热泵和另一电加热器作为用于加热的热源。在一种具体结构中，热泵和电加热器可以位于第二电动风扇52和加热器芯51之间，或者位于第二电动风扇52的跨过加热器芯51的相对侧（即，吹送暖空气的一侧）。

B5.修改示例5

上文讨论的实施方式的程序限制了从散热器30释放热，直至燃料电池堆20的温度T达到目标温度Tt。一种修改程序可以允许即使在燃料电池堆20的温度T达到目标温度Tt之前也从散热器30释放热。

B6.修改示例6

上文讨论的实施方式的程序调节第一三通阀33的阀开度，以便将燃料电池堆20的温度T保持在目标温度Tt。然而，此方法对于温度控制既非必要的也非限制性的。在燃料电池堆20的温度T升高至高于目标温度Tt的状态中，一种修改程序可以解除两个介质回路R1和R2的联结，并且使散热器30仅冷却第一介质回路R1中的冷却介质流。此修改布置减小了作为待由散热器30冷却的对象的冷却介质的体积，因此，能够将燃料电池堆20的温度T快速地降低至目标温度Tt。

B7.修改示例7

上文讨论的实施方式的程序调节第二三通阀58以便使第一介质回路R1与第二介质回路R2物理地连接。所述物理连接实现了两个介质回路R1和R2的联结，并且使得冷却介质能够在两个介质回路R1和R2之间流入和流出。然而，此结构既非必要的也非限制性的。在一种修改的构造中，热交换单元可以设置为与第一介质回路R1和第二介质回路R2两者连接。两个介质回路R1和R2可以经由热交换单元互连（以交换热）。在此修改结构中，第一介质回路R1和第二介质回路R2中的至少一个可以布置为具有旁通热交换单元的旁通流动路径。使冷却介质流通过旁通流动路径形成了独立状态。即，本发明的车辆控制装置可以总体地构设为具有能够根据任何任意的方法将两个介质回路R1和R2设定在独立状态或者联结状态的状态切换结构。

B8.修改示例8

本实施方式的车辆控制装置10安装在电动车辆上。然而，这既非必要的也非限制性的。车辆控制装置可以安装在其他多种多样的移动物体中的任何一个中，包括混合动力车辆、船只和船舶、以及机器人。在另一改型中，燃料电池堆20可以用作静态动力源，并且车辆控制装置10可以用作用于任一种静态构设物的控制装置，诸如建筑物或者传统住宅。

B9.修改示例9

上述实施方式中的软件构造的一部分可以由相应的硬件构造代替。相反，上述实施方式中的硬件构造的一部分可以由相应的软件构造代替。

Claims (9)

1.一种用于控制车辆的车辆控制设备，包括：

燃料电池，所述燃料电池构造为向所述车辆供给电力；

空气调节机构，所述空气调节机构具有加热器芯；

第一介质回路，所述第一介质回路构造为产生经过所述燃料电池的冷却介质循环流；

散热器，所述散热器安装在所述第一介质回路中；

旁通回路，所述旁通回路形成在所述第一介质回路中以产生旁通所述散热器的冷却介质旁通流；

调节阀，所述调节阀安装在所述第一介质回路中以调节经过所述散热器的冷却介质的流量与经过所述旁通回路的冷却介质的流量的比率；

第二介质回路，所述第二介质回路构造为产生经过所述加热器芯的冷却介质循环流；

冷却介质循环泵，所述冷却介质循环泵安装在所述第一介质回路和所述第二介质回路中的至少一个中；

温度获取模块，所述温度获取模块构造为获取表示所述燃料电池的代表性温度的燃料电池温度；

预热控制器，所述预热控制器构造为对所述燃料电池进行预热直到所述燃料电池温度达到预热终止温度；以及

状态切换结构，所述状态切换结构构造为：当所述燃料电池温度比低于所述预热终止温度的联结状态温度更低时，将所述第一介质回路和所述第二介质回路设定为独立状态，在所述独立状态中，所述第一介质回路和所述第二介质回路彼此分开；以及当所述燃料电池温度不低于所述联结状态温度时，将所述第一介质回路和所述第二介质回路设定为联结状态，在所述联结状态中，所述第一介质回路和所述第二介质回路被互连和联结。

2.根据权利要求1所述的车辆控制设备，其中，所述联结状态温度不低于所述燃料电池能够以稳定状态操作的稳定操作温度范围的下限温度。

3.根据权利要求1所述的车辆控制设备，其中，所述联结状态温度不低于所述燃料电池维持预定耐用性能的耐用温度范围的下限温度。

4.根据权利要求1所述的车辆控制设备，其中，所述联结状态温度不低于0°C。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆控制设备，所述车辆控制设备进一步包括：

热值需求获取模块，所述热值需求获取模块构造为获得用于所述空气调节机构的热值需求或所需的生热量；

发电量获取模块，所述发电量获取模块构造为获得所述燃料电池的发电量；

温度调节模块，所述温度调节模块构造为控制所述调节阀并且调整流经所述第一介质回路的冷却介质的温度从而调节所述燃料电池温度；

目标温度设定模块，所述目标温度设定模块构造为设定用于通过所述温度调节模块对所述燃料电池温度进行调节时所要达到的目标温度；以及

低于需求的温度范围指定模块，所述低于需求的温度范围指定模块构造为：识别存在或者不存在低于需求的温度范围，所述低于需求的温度范围是所述燃料电池温度的特定温度范围，在所述特定温度范围中，在所获得的发电量下所述燃料电池的热值或生热量不高于所述热值需求，并且在识别出存在所述低于需求的温度范围时，指定所述低于需求的温度范围，

其中，在识别出存在所述低于需求的温度范围时，所述目标温度设定模块将指定的所述低于需求的温度范围的上限温度设定为所述目标温度。

6.根据权利要求5所述的车辆控制设备，其中，当所述低于需求的温度范围的上限温度高于所述燃料电池能够以稳定状态操作的稳定操作温度范围的上限温度时，所述目标温度设定模块代替所述低于需求的温度范围的上限温度而将所述稳定操作温度范围的上限温度设定为所述目标温度。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的车辆控制设备，其中，在所述低于需求的温度范围指定模块识别出不存在所述低于需求的温度范围时，所述目标温度设定模块将所述燃料电池能够以稳定状态操作的稳定操作温度范围的上限温度设定为所述目标温度。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的车辆控制设备，其中，所述温度调节模块在所述燃料电池温度升高期间限制热释放直到所述燃料电池温度达到所述目标温度为止。

9.一种控制车辆的方法，所述车辆包括：燃料电池，所述燃料电池构造为向所述车辆供给电力；空气调节机构，所述空气调节机构构造为具有加热器芯；第一介质回路，所述第一介质回路构造为产生经过所述燃料电池的冷却介质循环流；散热器，所述散热器安装在所述第一介质回路中；旁通回路，所述旁通回路形成在所述第一介质回路中以产生旁通所述散热器的冷却介质旁通流；以及第二介质回路，所述第二介质回路构造为产生经过所述加热器芯的冷却介质循环流，

所述方法包括：

（a）调节经过所述散热器的冷却介质的流量与经过所述旁通回路的冷却介质的流量的比率并且调整流经所述第一介质回路的冷却介质的温度，从而调节表示所述燃料电池的代表性温度的燃料电池温度；

（b）对所述燃料电池进行预热直到所述燃料电池温度达到预热终止温度；

（c）获取所述燃料电池温度；以及

（d）当所述燃料电池温度比低于所述预热终止温度的联结状态温度更低时，将所述第一介质回路和所述第二介质回路设定为独立状态，在所述独立状态中，所述第一介质回路和所述第二介质回路彼此分开，并且当所述燃料电池温度不低于所述联结状态温度时，将所述第一介质回路和所述第二介质回路设定为联结状态，在所述联结状态中，所述第一介质回路和所述第二介质回路被互连和联结。

Images