CN109895661A - 在状态调解器中实现前馈和反馈控制 - Google Patents

在状态调解器中实现前馈和反馈控制 Download PDF

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Abstract

本申请的发明名称为“在状态调解器中实现前馈和反馈控制”。用于控制通过燃料电池电路的气流的系统包括燃料电池堆。该系统还包括阀门，该阀门具有影响气体的压力的阀门位置和与气体可以流过的阀门的横截面积对应的阀门面积。该系统还包括存储器，该存储器被设计成存储将阀门面积与阀门位置相关联的图或函数。该系统还包括ECU，以确定或接收气体通过阀门的期望质量流率，并计算实现期望质量流率的期望阀门面积。ECU还被设计成将期望阀门面积与图或函数进行比较，以确定提供期望阀门面积的期望阀门位置，并控制阀门以具有期望阀门位置。

Description

在状态调解器中实现前馈和反馈控制
技术领域
本公开涉及用于通过估计流过燃料电池(cell)电路的空气的压力值和气流值、识别压力值和气流值的期望路径以及执行致动器的前馈和反馈控制来控制压力值和气流值以实现压力值和气流值的期望路径的系统和方法。
背景技术
由于州和联邦法规的结合，以及减少污染的期望，最近已经推动车辆制造商设计具有相对低的有害排放物水平的节能车辆。汽车制造商已发现减少这些有害排放物的多种解决方案。一种这样的解决方案是混合动力车辆，其包括发动机以及用于存储能量的蓄电池(battery)和用于使用电力为车辆供以动力的电动机发电机(motor-generator)。另一种解决方案是完全电子车辆，其仅包括蓄电池和使用存储在蓄电池中的能量为车辆供以动力的电动机发电机。还有的另一种解决方案是燃料电池车辆，其包括经由化学反应生成电力的燃料电池。
许多燃料电池车辆包括一个或多个燃料电池堆(stack)，燃料电池堆包括多个燃料电池。燃料电池可以接收燃料，燃料通常包括氢气以及氧气或另一种氧化剂。燃料电池堆可以促进氢气和氧气之间的化学反应。这种化学反应生成电力。主要排放物是相对无害的空气和水。由燃料电池堆生成的电力可以被存储在蓄电池中或直接提供给电动机发电机以生成推进车辆的机械动力。虽然燃料电池车辆是汽车工业令人激动的进步，但是技术相对较新，从而为技术改进提供了空间。
许多燃料电池从空气中接收氧气。但是，所需的氧气(即，空气)的量基于燃料电池的期望功率输出而变化。燃料电池内的空气的压力同样基于燃料电池的期望功率输出而变化。期望的功率输出是可变的并且基于来自驾驶员或者如果车辆是自主或半自主车辆的话则基于来自电子控制单元的功率请求。
因此，本领域需要用于以期望速率和期望压力向燃料电池准确且快速地提供空气的系统和方法。
发明内容
本文描述的是一种用于控制通过燃料电池电路的气流的系统。该系统包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆被设计成接收气体并经由使用该气体的反应生成电力。该系统还包括阀门，该阀门具有影响燃料电池电路中的气体的压力的阀门位置和与气体可以流过的阀门的横截面积对应的阀门面积。该系统还包括存储器，该存储器被设计成存储将阀门面积与阀门位置相关联的图或函数。该系统还包括耦合到阀门的电子控制单元(ECU)。ECU被设计成确定或接收气体通过阀门的期望质量流率，并基于期望的质量流率计算期望的阀门面积以实现期望的质量流率。ECU还被设计成将期望的阀门面积与该图或函数进行比较，以确定提供期望阀门面积的期望阀门位置。ECU还被设计成控制阀门以具有期望的阀门位置。
还描述了一种用于控制通过燃料电池电路的气流的系统。该系统包括压缩机，该压缩机被设计成将气体泵送通过燃料电池电路并且具有压缩机速度和压缩机扭矩，压缩机速度和压缩机扭矩中的每一个影响通过压缩机的气体的压缩机流率。该系统还包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆被设计成接收气体并经由使用该气体的反应生成电力。该系统还包括耦合到压缩机的电子控制单元(ECU)。ECU被设计成确定或接收压缩机的与压缩机速度的期望加速度对应的期望加速率。ECU还被设计成基于期望的加速率来确定压缩机的期望加速扭矩。ECU还被设计成基于期望的加速扭矩来控制压缩机的压缩机扭矩。
还描述了一种用于控制通过燃料电池电路的气流的系统。该系统包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆被设计成接收气体并经由使用该气体的反应生成电力。该系统还包括阀门，该阀门具有影响燃料电池电路中的气体的压力的阀门位置。该系统还包括存储器，该存储器被设计成存储将燃料电池电路内的压力值与对应的阀门位置相关联的压力图。该系统还包括耦合到阀门的电子控制单元(ECU)。ECU被设计成确定或接收燃料电池电路中的气体的期望压力值，并确定或接收燃料电池电路中的气体的当前压力值。ECU还被设计成将期望压力值应用于压力图以确定与期望压力值相关联的期望阀门位置，并将当前压力值应用于压力图以确定与当前压力值相关联的当前阀门位置。ECU还被设计成识别与期望阀门位置和当前阀门位置之间的差值对应的差值信号。ECU还被设计成基于差值信号调节阀门的阀门位置。
还描述了一种用于控制通过燃料电池电路的气流的系统。该系统包括压缩机，该压缩机具有压缩机速度并且被设计成以压缩机流率将气体泵送通过燃料电池电路。该系统还包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆被设计成接收气体并经由使用该气体的反应生成电力。该系统还包括存储器，该存储器被设计成存储将压缩机流率与对应的压缩机速度相关联的气流图。该系统还包括耦合到压缩机的电子控制单元(ECU)。ECU被设计成确定或接收期望的压缩机流率，并确定或接收当前的压缩机流率。ECU还被设计成将期望的压缩机流率应用于气流图以确定与期望的压缩机流率相关联的期望的压缩机速度，并将当前的压缩机流率应用于气流图以确定与当前的压缩机流率相关联的当前压缩机速度。ECU还被设计成识别与期望压缩机速度和当前压缩机速度之间的差值对应的差值信号。ECU还被设计成基于差值信号调节压缩机的压缩机速度。
附图说明
通过研究以下各图和详细描述，本发明的其它系统、方法、特征和优点对于本领域普通技术人员将是或将变得显而易见。旨在将所有这样附加的系统、方法、特征和优点包括在本说明书中、包括在本发明的范围内、并且受到所附权利要求的保护。附图中示出的部件部分不一定按比例绘制，并且可能被夸大以更好地图示本发明的重要特征。在附图中，相同的标号在不同视图中表示相同的部分，其中：
图1是图示根据本发明实施例的具有能够基于化学反应生成电力的燃料电池电路的车辆的各种部件的框图；
图2是示出根据本发明实施例的图1的燃料电池电路的各种特征的框图；
图3是根据本发明实施例的用于在燃料电池电路中使用的示例性压缩机的横截面图；
图4是图示根据本发明实施例的用于以期望的流率和压力向燃料电池电路提供气体的图1的车辆的电子控制单元(ECU)的各种逻辑部件的框图；
图5A和5B是图示根据本发明实施例的用于估计燃料电池电路的多个部件的压力值和流值的方法的流程图；
图6A和6B是图示根据本发明实施例的用于确定燃料电池电路的多个参数的期望进展或路径的方法的流程图；
图7是根据本发明实施例的利用在燃料电池电路中使用的压缩机的对应压缩机速度绘制气流速率和压力比率的速度图；
图8图示了根据本发明实施例的存储的压缩机流图以及使用存储的压缩机流图进行内插的内插压缩机流图；
图9图示了根据本发明实施例的图8的内插压缩机流图以及遵循压缩机流图的进展的燃料电池流率图和压缩机压力比率图；
图10包括根据本发明实施例的各种图和曲线图，它们图示了沿着图9的内插压缩机流图和压缩机压力比率图从初始请求直到达到目标的进展；
图11是图示根据本发明实施例的用于前馈控制燃料电池电路的阀门的方法的流程图；
图12图示根据本发明实施例的用于在燃料电池电路中使用的示例性阀门；
图13A和13B是图示根据本发明实施例的用于前馈控制燃料电池电路的压缩机的方法的流程图；
图14是图示根据本发明实施例的用于实现图13A和13B的方法的控制电路的框图；
图15A和15B是图示根据本发明实施例的用于反馈控制燃料电池电路的阀门的方法的流程图；
图16A和16B图示了根据本发明实施例的在图15A和15B的方法中使用的压力图；
图17A和17B是图示根据本发明实施例的用于实现图16A和16B的方法的控制电路的框图；
图18A和18B是图示根据本发明实施例的用于反馈控制燃料电池电路的压缩机的方法的流程图；
图19是根据本发明实施例的在图18A和18B的方法中使用的气流图；以及
图20A和20B是图示根据本发明实施例的用于实现图18A和18B的方法的控制电路的框图。
具体实施方式
本公开描述了用于前馈和反馈控制压缩机和被用来向燃料电池堆提供气体的阀门的系统和方法。该系统提供了相对当前技术的各种优点，诸如使用基于方程的电路模型来执行前馈致动器控制。在前馈控制中使用基于方程的模型有利地提供增加的响应速度，从而允许气体的流值和压力值在比当前技术更短的时间量内到达其目标。使用基于方程的模型进一步提供了增加致动器控制的准确度的益处。使用基于方程的模型还相对于可能使用多个存储器密集型查找表的当前技术有利地减少了系统的存储器需求。
该系统还提供了将致动器的反馈控制与致动器的前馈控制相结合的优点。反馈控制基于燃料电池电路的不同的测量参数或估计参数来控制每个致动器。这有利地允许每个致动器被独立控制，这提供了增加反馈控制准确度的益处。特别地，反馈控制比较当前值和目标值，并使用比例-积分-微分(PID)控制器来缩小当前值和目标值之间的差距。该系统可以在所谓的积分饱和保护(integral windup protection)中有利地延迟并入PID控制器的积分项，或者可以在所谓的“学习值”中在新的反馈控制实例中使用先前存储的积分项。使用积分饱和保护或学习值有利地降低了反馈控制过冲的可能性，从而导致更高的控制准确度。
示例性系统包括燃料电池堆和致动器，该致动器包括通过系统吹送空气的压缩机和影响整个系统中的气流和压力的至少一个阀门。该系统还包括电子控制单元(ECU)。ECU可以确定或接收系统的目标参数或期望参数，诸如通过各种部件的期望质量流率、压缩机的期望加速度，以及与一个或多个部件对应的期望压力值。使用各种方程，ECU可以控制致动器以使参数达到目标值或期望值。
ECU同样可以接收检测到的或估计出的系统的当前参数。ECU可以将当前参数与目标参数进行比较，并确定当前参数和目标参数之间的差值。然后，ECU可以将差值提供给PID控制器，PID控制器输出信号，然后ECU可以使用该信号来缩小当前参数和目标参数之间的差距。
转到图1，车辆100包括用于向燃料电池提供诸如空气的气体的系统101的部件。特别地，车辆100和系统101包括ECU 102和存储器104。车辆100还包括电源110，电源110可以包括发动机112、电动机发电机114、蓄电池116或燃料电池电路118中的至少一个。燃料电池电路118可以是系统101的一部分。
ECU 102可以耦合到车辆100的每个部件，并且可以包括可以被特别设计用于汽车系统的一个或多个处理器或控制器。ECU 102的功能可以在单个ECU中或在多个ECU中实现。ECU 102可以从车辆100的部件接收数据、可以基于接收到的数据做出确定，并且可以基于确定来控制部件的操作。
在一些实施例中，车辆100可以是完全自主的或半自主的。在这点上，ECU 102可以控制车辆100的各个方面(诸如转向、制动、加速等)以将车辆100从起始位置操纵到目的地。
存储器104可以包括本领域中已知的任何非瞬态存储器。在这点上，存储器104可以存储ECU 102可使用的机器可读指令，并且可以存储如由ECU 102请求的或由车辆制造商或操作员编程的其它数据。存储器104可以存储燃料电池电路118的模型。该模型可以包括可用于估计燃料电池电路118的各种参数的方程或其它信息。
发动机112可以将燃料转换成机械动力。在这点上，发动机112可以是汽油发动机、柴油发动机等。
蓄电池(battery)116可以存储电能。在一些实施例中，蓄电池116可以包括任何一个或多个能量存储设备，该一个或多个能量存储设备包括蓄电池、飞轮、超级电容器、热存储设备等。
燃料电池电路118可以包括促进化学反应以生成电能的多个燃料电池。例如，燃料电池可以接收氢气和氧气、促进氢气和氧气之间的反应，并响应于反应而输出电力。在这点上，由燃料电池电路118生成的电能可以被存储在蓄电池116中。在一些实施例中，车辆100可以包括多个燃料电池电路，该多个燃料电池电路包括燃料电池电路118。
电动机发电机114可以将存储在蓄电池中的电能(或直接从燃料电池电路118接收到的电能)转换成可用于推进车辆100的机械动力。电动机发电机114可以进一步将从车辆100的发动机112或车轮接收到的机械动力转换成可以作为能量存储在蓄电池116中和/或由车辆100的其它部件使用的电力。在一些实施例中，电动机发电机114也可以或替代地包括能够生成推力的涡轮机或其它设备。
现在转到图2，其中图示了燃料电池电路118的附加细节。特别地，燃料电池电路118包括进气口200、空气清洁器202、压缩机204、中间冷却器206、燃料电池堆208、旁通分支210、沿着旁通分支210定位的旁通阀212，以及限流阀214。
进气口200可以从周围环境(诸如图1的车辆100的外部)接收空气。在一些实施例中，进气口200可以包括用于从接收到的空气中过滤碎屑的过滤器。空气清洁器202可以包括能够从进气口200接收到的空气中去除碎屑和其它杂质的过滤器或其它设备。
压缩机204可以是能够加压空气的涡轮压缩机或其它压缩机。在这点上，压缩机204可以从清洁器202抽取空气并且可以输出加压空气。
简要参考图3，示例性压缩机300可以用作图2的压缩机204。特别地，压缩机300包括主体302，空气可以通过主体302被抽取。可以包括多个翼型件(airfoil)的叶轮304可以位于主体302的内部。电动机306(或其它扭矩源)可以生成具有以转速的扭矩的机械动力，该力可以由变速箱308经由轴310接收。变速箱308可以将从电动机306接收到的动力转换成具有不同扭矩和转速的动力。来自变速箱308的机械动力可以经由轴312施加到叶轮304。压缩机300输出的气体的压力可以取决于施加到叶轮304的机械动力的扭矩和速度。
返回参考图2，燃料电池电路118还可以包括中间冷却器206。中间冷却器206可以从压缩机204接收空气并且还可以接收流体，诸如冷却剂。中间冷却器206可以将热量从空气传递到冷却剂，或者可以将热量从冷却剂传递到空气。在这点上，中间冷却器206可以调节流过燃料电池电路118的空气的温度。
燃料电池堆208可以包括多个燃料电池。燃料电池可以接收氢气连同来自中间冷却器206的空气。燃料电池可以促进氢气和空气中的氧气之间的化学反应，该化学反应可以生成电力。
来自中间冷却器206的空气可以被分开，使得一些空气流过燃料电池堆208，并且一些空气流过旁通分支210。在这点上，流过旁通分支210的空气未能流过燃料电池堆208。旁通阀212可以具有可调节的阀门位置。可以控制旁通阀212的可调节阀门位置以调节通过旁通分支210的气流量，并且同样地，以调节通过燃料电池堆208的气流量。例如，当旁通阀212为百分之100(100％)关闭时，那么通过燃料电池电路118的所有气流都流过燃料电池堆208。
虽然讨论可以参考通过燃料电池电路118的气流，但是本领域技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用任何其它气体流代替该气流。
限流阀214同样可以具有可调节的阀门位置。可以控制限流阀214的可调节阀门位置以调节燃料电池堆208内的空气压力。例如，可以通过关闭限流阀214来增加燃料电池堆208内的压力，并且可以是通过打开限流阀214来减小燃料电池堆208内的压力。
参考图1和图2，压缩机204、旁通阀212和限流阀214中的每一个可以被认为是致动器并且可以由ECU 102控制。例如，ECU 102可以接收来自车辆的驾驶员的动力请求(或者可以在自主或半自主车辆中生成动力请求)。ECU 102可以将动力请求转换成与燃料电池电路118内的特定位置处的期望压力或期望气流对应的期望压力值或期望流值。ECU 102然后可以控制压缩机204、旁通阀212和限流阀214中的每一个，以便实现期望压力值或期望流值。
燃料电池电路118还可以包括流传感器216和压力传感器218。流传感器216可以检测通过压缩机204的气体的流(诸如质量流)。压力传感器218可以检测中间冷却器206的出口处的气体的压力。
燃料电池电路118还可以包括多个管道220。例如，多个管道220可以包括将气体从进气口200传递到空气清洁器202的第一管道222，以及将气体从空气清洁器202传递到流传感器216的第二管道224。在一些实施例中，进气口200、空气清洁器202或流传感器216中的两个或更多个可以在没有任何管道的情况下直接连接。
现在参考图2和图4，ECU 102可以包括用于控制燃料电池电路118的各种过程或功能。ECU 102内的过程或功能可以各自用硬件实现(即，由专用硬件执行)、可以用软件实现(即，运行存储在存储器中的软件的通用ECU)，或者可以经由硬件和软件的组合来实现。
特别地，ECU 102可以包括状态调解器400。状态调解器400可以接收与期望压力值和/或期望流值(即，至少一个目标压力值或至少一个目标流值)对应的控制信号402。控制信号402可以同样与动力请求对应。状态调解器400可以分析目标压力值和目标流值并基于燃料电池电路118的机械结构确定目标值是否可行以及燃料电池电路118的一个或多个部件是否可能在试图达到目标值时被损坏。然后，状态调解器400可以输出调解后的目标值404。
ECU 102还可以包括状态估计器406。状态估计器406可以接收调解后的目标值404以及由流传感器216和压力传感器218检测到的传感器数据408。状态估计器406可以计算或估计与燃料电池电路118的每个部件(包括多个管道220)对应的当前压力值和当前流值。状态估计器406可以输出当前估计值410。在一些实施例中，状态估计器406也可以确定或调节调解后的目标值404。
ECU 102也可以包括路径控制器412。路径控制器412可以接收当前估计值410以及调解后的目标值404。路径控制器412可以识别从当前估计值410到调解后的目标值404的期望路径。路径控制器412可以确定并输出期望的中间目标414，该中间目标414位于沿着从当前估计值410到调解后的目标值404的期望路径。
ECU 102也可以包括前馈和反馈控件416。前馈和反馈控件416可以接收期望的中间目标414以及当前估计值410。前馈和反馈控件416可以确定并输出控制信号418，控制信号418可以控制燃料电池电路118的致动器的操作。
现在参考图2、图4、图5A和图5B，用于估计当前估计值410的方法500可以由系统101的部件执行，诸如由状态估计器406执行。在方框502中，ECU 102可以确定或接收与致动器的期望操作对应的控制信号，诸如调解后的目标值404。例如，控制信号可以包括或对应于整个燃料电池电路118中的各个位置处的目标压力值和目标流值。如上所述，可以控制压缩机204、旁通阀212和限流阀214以调节整个燃料电池电路118的压力值和流值。
在方框504中，流传感器216和压力传感器218可以检测流过压缩机204的气体的当前质量流值和与中间冷却器206的出口处的气体的压力对应的当前压力值。
在方框506中，ECU 102可以基于部件的特性、致动器的设置以及由流传感器216检测到的质量流来计算通过燃料电池电路的部件的气体的质量流值。因为质量流通过串联连接的部件保持相对恒定，因此可以假设通过进气口200、清洁器202、压缩机204和中间冷却器206以及分流器226上游的所有管道中的每一个的质量流等于由流传感器216检测到的质量流。
在可以作为方框506的子方框的方框508中，ECU 102可以基于先前的旁通压力值来计算旁通分支210处的气体的质量流值或其它流值。ECU 102可以在每个时间步长期间计算燃料电池电路118的每个部件处的流值和压力值。例如，每个时间步长可以是0.04秒、0.08秒、0.16秒等。
因为ECU 102先前已计算通过旁通分支210的流体的压力，因此ECU可以使用在先前时间步长期间计算出的先前计算的旁通压力值，以便计算通过旁通分支210的当前流。例如，ECU可以使用下面讨论的方程1、方程2、方程3或方程4中的一个或多个来使用先前计算的旁通压力值作为压力值以计算通过旁通分支的当前流。在方法500的第一迭代期间，ECU102可以基于先前指派的起始压力值来计算当前流值。在一些实施例中，ECU 102也可以或替代地基于先前确定的燃料电池压力值计算通过燃料电池堆208的当前流值。
在一些情况下，旁通阀212可以关闭，从而限制气流通过旁通分支210。在这种情况下，ECU 102可以假设通过燃料电池堆208的质量流等于由流传感器216检测到的质量流。
ECU 102可以假设通过旁通分支210和通过燃料电池堆208的流的总和等于由流传感器216检测到的质量流。在这点上，ECU 102可以通过从由流传感器216检测到的质量流减去通过旁通分支210的流来计算通过燃料电池堆208的当前流值。
在方框510中，ECU 102可以计算或接收由燃料电池堆208输出的电流量。例如，一个或多个传感器(未示出)可以耦合到燃料电池堆208并且可以检测电流输出电平。作为另一个示例，ECU 102可以包括用于基于诸如通过燃料电池堆208的气流、燃料电池堆208的动力请求等各种输入来计算由燃料电池堆208输出的电流量的逻辑。
在方框512中，ECU 102可以基于由燃料电池堆208输出的电流来确定或计算燃料电池堆208处的气体的摩尔分数。摩尔分数对应于指示每个部件有多少在气体中的比率或分数。例如，当气体是空气时，摩尔分数可以包括空气中的氧气的百分比、空气中的氮气的百分比等。在一些实施例中，ECU 102可以假设流入到燃料电池堆208中的气体是标准空气并且包括约21％的氧气和79％的氮气。然后，ECU 102可以使用一个或多个方程或查找表来计算由燃料电池堆208消耗的氧气量，来计算穿过燃料电池堆208的膜的氢气量，并且来计算在燃料电池堆208的阴极中产生的液态水和/或水蒸气的量。例如，在阴极中产生的液态水和/或水蒸气的量可以是由燃料电池堆208做出的电流请求的函数。基于查找表/方程的结果，ECU 102可以计算由燃料电池堆208输出的气体的摩尔分数。
因为燃料电池堆208除了输出剩余气体之外还输出水，因此ECU 102可以假设流入到燃料电池堆208中的气体的质量流与流出燃料电池堆208的气体的质量流相同，而与由燃料电池堆208消耗的氧气无关。
但是，燃料电池堆208消耗氧气可导致由燃料电池堆208输出的气体具有与由燃料电池堆208接收的气体不同的粘度。在这点上，并且在方框514中，ECU 102可以使用方程或查找表来基于计算出的摩尔分数确定由燃料电池堆输出的气体的粘度。如下面将要讨论的，气体的粘度影响雷诺(Reynolds)数，该雷诺数用于确定整个燃料电池电路118的位置处的气体的压力。
在方框516中，ECU可以确定流过燃料电池电路118的每个部件的气体的雷诺数。例如，ECU 102可以使用类似于下面的方程1的方程来确定雷诺数。
方程1：
在方程1中，Re表示雷诺数，表示在方框506和方框508中确定的质量流，D表示气体可以流过的部件的直径(包括致动器和管道220)，A表示气体可以流过的部件的横截面积，并且μ表示在方框514中计算出的动态粘度。D和A对于每个部件都是已知值并且可以被存储在存储器中。
在方框518中，ECU 102可以基于雷诺数计算通过每个部件的气体的层流值、湍流值或混合流值。例如，流值可以作为达西(Darcy)摩擦系数值提供。ECU 102可以基于雷诺数确定通过每个部件的流是层流、湍流还是混合流(即，层流和湍流的组合)。例如，如果雷诺数大于上流阈值，则流是湍流，这意味着该流可以通过压力和流速的混乱变化来表征。如果雷诺数小于下流阈值，则流是层流，这意味着气体在平行层中流动，在层之间很少或没有扰乱。如果雷诺数在下流阈值和上流阈值之间，则流表现出层流和湍流两者的特性，并且被认为是混合流。上流阈值是指示流是否为纯粹的湍流的阈值(当对应的雷诺数大于上流阈值时，流是纯粹的湍流)。下流阈值是指示流是否为纯粹的层流的阈值(当对应的雷诺数小于下流阈值时，流是纯粹的层流)。
在确定流是层流、湍流或混合流之后，ECU 102可以使用下面的方程2和方程3来计算流值。当流是湍流时使用方程2，当流是层流时使用方程3，并且当流是混合流时使用方程2和方程3。
方程2：
在方程2中，f表示对应类型的流(即，湍流)的达西摩擦系数。Re表示在方框516中计算出的雷诺数。Roughness(粗糙度)对应于气体正在流过的材料的粗糙度并且是材料的已知属性。D表示气体可以流过的部件(包括致动器和管道220)的直径。
方程3：
在方程3中，f表示对应类型的流(即，层流)的达西摩擦系数，并且Re表示在方框516中计算出的雷诺数。
如果雷诺数指示流是混合流，那么ECU 102可以使用层流的达西摩擦系数和湍流的达西摩擦系数(即，方程2和方程3的结果)之间的线性内插来计算流的值。内插可以基于雷诺数在上流阈值和下流阈值之间的位置。例如，在雷诺数的内插更接近上流阈值而不是下流阈值期间，湍流的达西摩擦系数可以被提供更大权重。作为另一个示例，如果雷诺数正好在上流阈值和下流阈值之间，那么整个流的达西摩擦系数将等于层流的达西摩擦系数和湍流的达西摩擦系数的平均值。
在方框520中，ECU 102可以基于层流值、湍流值或混合流值计算每个部件(包括管道220)的入口和出口处的压力值。特别地，如果流是纯粹的层流或纯粹的湍流，则ECU 102可以使用下面的方程4来计算压力值。
方程4：
在方程4中，ΔP表示部件上的压降，其对应于部件入口处和部件出口处的压力之间的差值。L表示气体流过的部件的长度。Le表示气体流过的部件的等效长度。R表示气体的特定的气体常数，并且具有值Tup表示部件的高压侧(即，部件的经历或当前正在经历比另一侧更高的压力的一侧)的气体的温度。f表示在方框518中计算出的流的达西摩擦系数。D表示气体可以流过的部件的直径，并且A表示部件的气体可以流过的部分的横截面积。Pup表示部件的高压侧的气体的压力。
如果流是混合流，则ECU 102可以使用下面的方程5来计算压力值。
方程5：
在方程5中，ΔP表示部件上的压降，其对应于部件入口处和部件出口处的压力之间的差值。Returb表示上流阈值，Relam表示下流阈值，这两者均在上面参考方框518进行了讨论。Re表示在方框516中计算出的雷诺数。表示在方框506和508中确定的质量流。L表示气体流过的部件的长度。Le表示气体流过的部件的等效长度。R表示气体的特定的气体常数，并且具有的值。Tup表示在部件的高压侧的气体的温度。f表示在方框518中计算出的流值。D表示气体可以流过的部件的直径，并且A表示部件的气体可以流过的部分的横截面积。Pup表示部件的高压侧的气体的压力。
上面的方程4和方程5提供了压降但不提供部件的入口和出口处的具体压力值。但是，ECU 102可以基于计算出的压降、由压力传感器218检测到的压力以及通过假设进气口200的入口232和阀门212、214的出口234处的压力等于周围压力来计算或确定具体压力值。
例如，为了找到在压缩机204的入口228和压缩机204的出口230处的气体的压力，ECU 102可以首先确定进气口200、第一管道222、清洁器202和第二管道224上的压降。然后，ECU 102可以从周围压力增加或减去进气口200上的压降来确定进气口200的出口236处的压力。ECU可以以这种方式继续确定第一管道222、清洁器202和第二管道224的入口压力和出口压力，直到压缩机204的入口228处的压力已知为止。
然后，ECU 102可以确定第三管道238、中间冷却器206和第四管道240上的压降。然后，ECU 102可以从由压力传感器218检测到的压力减去或增加第四管道240上的压降来确定中间冷却器206的入口242处的压力。ECU 102可以以这种方式继续，直到找到压缩机204的出口230处的压力为止。
ECU 102可以使用类似的策略来确定燃料电池堆208的入口和出口、阀门212、阀门214以及它们之间的管道处的绝对压力值。
在方框522中，ECU可以实现速率限制器以限制计算出的值的变化率。燃料电池电路118内的气体可能经历动态可压缩性，因此可能在部件之间经历延迟。因为方程用于基于动态可压缩性不影响流值和压力值的假设来计算值，因此计算出的值可能偶尔与测量值不同。在这点上，速率限制器可以考虑这种延迟。例如，由于在压缩机204开始压缩空气和出口230处的压力达到指定值之间发生一些延迟的事实，速率限制器可以将压缩机204的出口230处的压力的变化率限制为特定的变化率。
现在参考图2、图4、图6A和图6B，方法600可以用于执行ECU 102的路径控制器412的功能。方法600可以由系统101的各种部件(诸如图1的ECU 102、存储器104等)执行。
在方框602中，可以将多个图存储在存储器中。这些图可以包括速度图、压缩机流图、压缩机压力比率图、燃料电池流率图和压缩机扭矩图。
简要参考图7，其中示出了速度图700。速度图700对应于燃料电池电路的压缩机，并且具有对应于通过压缩机的质量流的X轴、对应于压缩机两端的压力比率的Y轴，以及对应于压缩机的不同速度(诸如角速度)的多条速度线702。可以在速度图700上绘制压缩机的期望状态变化。如图所示，起始状态在起始状态704处示出，并且最终目标状态在最终目标状态706处示出。当压缩机从起始状态704移动到最终目标状态706时，压力比率、质量流和压缩机速度全部三个的值都减小。
速度图700还包括喘振(surge)区域710和失速(stall)区域712。不期望压缩机的当前状态落入喘振区域710或失速区域712内。在这点上，可能期望控制压缩机的状态变化，使得任何当前状态保持在可接受的区域714内。
速度图700可以包括两条或更多条路径，该两条或更多条路径包括喘振路径716、失速路径718和中间路径720。路径716、718、720中的每一个从0速度状态722延伸到最大速度线724，并且各自可以表示压缩机的期望状态进展。
简要地返回参考图6A，压缩机流、压缩机压力比率、燃料电池流率或压缩机扭矩之一可以被称为前导或参考状态。可以基于状态对系统的重要性或状态对硬件保护的重要性来选择参考状态。在一些实施例中，参考状态可以是压缩机气流。其余状态可以各自成为跟随状态，意味着它们的进展基于前导状态来定义。
参考图7和图8，其中示出了一组示例性压缩机流图800。该组压缩机流图800可以包括对应于喘振路径716的喘振压缩机流图802、对应于中间路径720的中间压缩机流图804，以及对应于失速路径718的失速压缩机流图806。图8中所示的压缩机流图800中的每一个可以与意图降低压力比率、质量流率和压缩机速度的情况对应。存储器可以存储与意图增加压力比率、质量流率和压缩机速度的情况对应的一组附加的压缩机流图。在这点上，ECU可以在意图减小压缩机速度时选择一组压缩机流图800，并且可以在意图增加压缩机速度时选择一组备选的压缩机流图。
如果起始状态位于喘振路径716、中间路径720或失速路径718中的任何一个上，则ECU可以选择对应的压缩机流图。例如，如果起始状态在中间路径720上，则ECU可以选择中间压缩机流图804来控制压缩机流率。
存储器可以存储类似的用于压缩机压力比率、燃料电池流率和压缩机扭矩中的每一个的图组。
如图所示，压缩机流图800中的每一个被归一化，具有对应于归一化参考进展(NRP或归一化参考状态值)的从0到1的归一化Y轴值。在这点上，图800可以提供压缩机气流状态从任何起始状态(对应于0)到任何最终目标状态(对应于1)的期望路径。因为压缩机气流状态是前导状态，因此压缩机流图800的X轴与时间对应。
简要地参考图9，其中示出了示例性燃料电池流率图902。燃料电池流率状态是跟随状态，意味着它是基于压缩机气流的完成百分比的进展。如图所示，燃料电池流率图902的Y轴具有与归一化跟随者进展(NFP或归一化跟随者状态值)对应的从0到1的归一化值。但是，因为燃料电池流率状态是跟随状态，因此燃料电池流率图902的X轴对应于压缩机气流的归一化参考进展(NRP)。在这点上，燃料电池流率的进展基于归一化参考进展来控制。
返回参考图4、图6A和图6B并且在方框604中，ECU 102可以确定或接收压缩机流率、压缩机压力比率、燃料电池流率和压缩机扭矩中的每一个的最终目标值。例如，可以从状态调解器400接收最终目标值。最终目标值可以基于燃料电池堆的功率请求来设置，该功率请求可以对应于驾驶员输入(诸如压下加速器踏板)或者对应于在自主或半自主车辆中由ECU 102进行的控制。
在方框606中，ECU 102可以确定压缩机流率、压缩机压力比率、燃料电池流率和压缩机扭矩中的每一个的起始值或当前值。例如，ECU 102可以基于来自状态估计器406的估计值410或来自前馈和反馈控件416的致动器控制信号418中的一个或多个来确定当前值。
在方框608中，如果最终目标值大于起始值或当前值，则ECU 102可以为压缩机流率、压缩机压力比率、燃料电池流率和压缩机扭矩中的每一个选择第一组图，并且在最终目标值小于起始值或当前值时，可以选择第二组图。例如并参考图7和图8，ECU可以选择该组图800，因为最终目标状态706小于起始状态704。在最终目标状态大于起始状态的情况下，ECU可以选择一组备选的压缩机流图。
返回参考图4、图6A和图6B，ECU 102可以通过在速度图上在第一路径和第二路径之间内插当前压缩机流率来内插归一化压缩机流值。例如并参考图7，ECU可以通过在失速路径718和中间路径720之间内插起始状态704的当前压缩机流率来确定归一化压缩机流值，因为失速路径718和中间路径720是到起始状态704的两个最近的路径。
返回参考图4、图6A和图6B，ECU 102可以基于归一化压缩机流值创建压缩机流率、压缩机压力比率、燃料电池流率和压缩机扭矩的内插图。例如并参考图7和图8，归一化压缩机流值可以指示75％的控制(或内插)路径应该基于失速路径718并且25％的控制路径应该基于中间路径720。
基于该确定，ECU 102可以通过基于归一化压缩机流值在中间压缩机流图804和失速压缩机流图806之间进行内插来创建内插压缩机流图810。在这点上，可以通过将失速压缩机流图806与中间压缩机流图804组合以及通过将失速压缩机流图806以75％加权并且将中间压缩机流图804以25％加权来创建内插压缩机流图810。内插压缩机流图810可以基于特定起始状态704指示压缩机流率的期望进展。ECU 102可以类似地为压缩机压力比率、燃料电池流率和压缩机扭矩中的每一个创建内插图。
返回参考图4、图6A和图6B，ECU 102可以使用内插压缩机流图以及下面的方程6来确定中间目标压缩机流率。ECU还可以基于自方框604中确定或接收最终目标压缩机流率以来已经过的时间量来确定中间目标压缩机流率。
例如并参考图4、图6A、图6B和图8，ECU 102可以首先识别自确定最终目标压缩机流率以来经过的时间量，并且然后可以定位在内插压缩机流图810上对应的位置。例如，ECU102可以识别已经经过0.2秒，并且因此可以确定对应于0.2秒的归一化参考进展值是0.2。
然后，ECU 102可以使用下面的方程6中的归一化参考进展值0.2来确定中间目标压缩机流率。
方程6：Int_tgt_comp_flow＝start+(target-start)*NRP
在方程6中，Int_tgt_comp_flow表示中间目标压缩机流率。Start(起始)对应于在方框606中确定的起始压缩机流率，并且target(目标)对应于在方框604中确定的最终目标压缩机流率。NRP表示归一化参考进展值。
返回参考图4、图6A和图6B以及在方框616中，ECU 102可以确定压缩机流率从起始压缩机流率到最终目标压缩机流率的完成百分比。在一些实施例中，完成百分比可以与归一化参考进展值对应或相同。在这点上，完成百分比替代方框616或者除了在方框616之外可以在方框614内识别或确定。
在方框618中，ECU 102可以基于对应的内插图、起始值、目标值和完成百分比来确定跟随者状态的中间目标值。
再次参考图9，内插压缩机流图810被示出为参考(或前导)状态图。燃料电池流率图902可以同样是内插燃料电池流率图902，并且可以是跟随者状态图。此外，内插压缩机压力比率图904也被示出为跟随者状态图。虽然未示出压缩机加速度，但是压缩机加速度也可以被认为是跟随者状态并且可以包括一个或多个对应的压缩机加速度图。
如图所示，燃料电池流率图902和压缩机压力比率图904均示出了基于压缩机流的归一化参考进展(X轴)的归一化跟随者进展值(Y轴)。例如，在0.2秒之后，与压缩机流率对应的归一化参考进展(即，完成百分比)可以具有0.2的值(即，指示20％完成)。为了确定中间目标燃料电池流率，ECU 102可以首先将0.2归一化参考进展值应用于燃料电池流率图902，其提供约0.75的归一化跟随者进展(NFP)值。
然后，ECU 102可以从燃料电池流率图902向下面的方程7应用起始燃料电池流率值、最终目标燃料电池流率值和归一化跟随者进展。
方程7：Int_tgt_fc_flow＝start+(target-start)*NFP
返回参考图6A和图6B并且在方程7中，lnt_tgt_fc_f_low表示中间目标燃料电池流率。start(起始)对应于在方框606中确定的起始燃料电池流率，并且target(目标)对应于在方框604中确定的最终目标燃料电池流率。NFP表示燃料电池流率的归一化跟随者进展值。
在方框620中，ECU 102可以基于中间目标值控制燃料电池电路(包括压缩机和阀门)的致动器。例如，ECU 102可以基于压缩机流率、压缩机压力比率、燃料电池流率和压缩机扭矩的中间目标值来控制压缩机、旁通阀或限流阀中的至少一个。
在方框622中，ECU 102可以继续确定中间目标值并且控制致动器以实现中间目标值，直到中间目标值与最终目标值相同或者新的最终目标值被确定或接收为止。
在一些实施例中，压缩机加速度可以是附加的跟随者状态，使得ECU 102可以基于内插图、起始值、目标值和完成百分比来确定压缩机加速度的中间目标值。加速率可以作为压缩机的期望加速率、压缩机的期望加速扭矩或两者来提供。在一些实施例中，图2的路径控制器412可以使用除了将期望加速度设置为跟随者状态之外的方法来确定期望加速度。
现在参考图10，其中示出了图6A和图6B的方法600的示例性使用。图10图示了内插压缩机流图810、内插压力比率图904，以及在3个不同时间绘制中间目标压力比率值的曲线图1006。第一行1000图示了在0秒时的状态，第二行1002图示了在0.3秒时的状态，并且第三行1004图示了在0.6秒时的状态。
如第一行1000所示，由于时间等于0，因此内插压缩机流率图810上的归一化参考进展为0。相应地，由于归一化参考进展为0，因此内插压力比率图904的归一化跟随者进展也是0。因此，将这些值插入到方程7中产生与起始值对应的约2.8的中间目标值(因为归一化跟随者进展值为0，项(target-start)＊NFP也为0，因此使方程7的结果保留为start)。
如第二行1002所示，内插压缩机流图810上的归一化参考进展为约0.4，这是通过对内插压缩机流率图810应用0.3秒来确定的。相应地，内插压力比率图904的归一化跟随者进展等于约0.65，其对应于0.4的归一化参考进展值。因此，将这些值插入到方程7中产生约1.3的中间压力比率目标值。
如第三行1004所示，内插压缩机流率图810上的归一化参考进展为1，这是通过对内插压缩机流率图810应用0.6秒来确定的。相应地，内插压力比率图904的归一化跟随者进展等于1，其对应于1的归一化参考进展值。因此，将这些值插入到方程7中产生1的中间压力比率目标值。相应地，图6A和图6B的方法600由于中间压力比率目标值等于最终目标压力比率值而可以终止或重新开始。
现在参考图2、图4和图11，方法1100可以由ECU 102执行，诸如由前馈和反馈控件416执行，以执行限流阀214或旁通阀212中的任一个的前馈控制。在这点上，方法1100的第一实例可以用于执行限流阀214的前馈控制，并且方法1100的第二实例可以用于执行旁通阀212的前馈控制。
在方框1102中，ECU 102可以确定或接收燃料电池电路内的气体的期望压力。例如，期望压力可以对应于燃料电池堆208的入口244或出口246处、压缩机204的入口228或出口230处等的期望压力。例如，期望压力可以由状态调解器400确定，并且可以基于控制信号402。
在方框1104中，ECU 102可以基于在方框1102中确定或接收的气体的期望压力来确定通过对应的阀门(限流阀214或旁通阀212中的任一个)的气体的期望质量流率。例如，期望压力可以与燃料电池堆208的出口246处的期望压力对应。在这点上，ECU 102可以计算通过限流阀214的气体的将导致燃料电池堆208的出口246处的压力达到期望压力的期望质量流。例如，ECU 102可以使用类似于上面方程4的方程来确定期望的质量流率。
在一些实施例中，路径控制器412可以确定气体通过阀门的期望质量流率。期望质量流率可以对应于如由路径控制器412确定的中间目标质量流率。例如，路径控制器412可以规定或提供通过燃料电池电路118的部件(诸如旁通阀212和限流阀214)的气体的期望压力值和期望质量流值。
在一些实施例中，状态估计器406然后可以计算或确定燃料电池电路118的每个部件处、当前未知的压力值和流值，并且如果系统实现目标状态，则计算或确定每个部件处的压力值和流值。例如，如果对应的阀门被设置为期望的质量流率，则状态估计器406可以计算或确定每个部件处的压力值和流值。
在方框1106中，ECU 102可以确定与流过阀门的气体对应的当前雷诺数。例如，ECU102可以使用类似于上面方程1的方程来确定当前雷诺数。
在方框1108中，ECU 102可以确定当前的层流、亚音速(subsonic)流或扼(choked)流。例如，ECU 102可以基于雷诺数确定当前的层流、亚音速流或扼流。初始地，ECU 102可以确定通过阀门的流是层流、亚音速流还是扼流。如果雷诺数在第一值范围内，则ECU 102可以确定流是层流。如果雷诺数在第二值范围内，则ECU 102可以确定流是亚音速流。如果雷诺数在第三值范围内，则ECU102可以确定流是扼流。
在确定流是层流、亚音速流还是扼流之后，ECU 102可以使用下面的方程8至方程10中的一个或多个来确定具体流值。
方程8：
当流是层流时，使用方程8。在方程8中，Ψ表示层流值。γ表示流过阀门的气体的比热比率，并且对应于气体在恒定体积的比热与气体在恒定压力的比热的比率。Btam表示高于其时流被假定为层流的压力比率。Pd表示对应阀门的低压侧的气体的压力，并且Pu表示对应阀门的高压侧的气体的压力。
方程9：
当流是亚音速流时，使用方程9。方程9中使用的变量除了Ψ表示亚音速流值之外，与方程8中的对应变量具有相同的含义。
方程10：
当流是扼流时，使用方程10。方程10中使用的变量除了Ψ表示扼流值之外，与方程8中的对应变量具有相同的含义。新引入的变量Bcr表示临界压力比率，并且可以使用下面的方程11来计算。
方程11：
在方程11中，γ具有与上面参考方程8描述的相同的含义。
在确定当前的层流、亚音速流或扼流之后，ECU 102可以在方框1110中计算期望的阀门面积以实现期望的质量流率。期望的阀门面积与气体可以流过的阀门的横截面积对应。可以通过调节阀门位置来改变横截面积。ECU 102可以针对期望的阀门面积求解下面的方程12。
方程12：
在方程12中，是期望的质量流率。Cd是放电系数。A是ECU 102可以求解的期望阀门面积。Rs是特定的气体常数。Tu是阀门的高压侧的温度，并且Pu是阀门的高压侧的压力。Ψ是在方框1108中计算出的当前层流、亚音速流或扼流。
图1的存储器104可以存储将期望的阀门面积与对应的阀门位置相关联的图或函数。在这点上，并且在方框1112中，ECU 102可以将在方框1110中计算出的期望阀门面积与图或函数进行比较，以确定与期望阀门面积对应的期望阀门位置。换句话说，使阀门具有期望的阀门位置又使得阀门具有期望的阀门面积，并且因此实现通过阀门的期望质量流。
在一些实施例中，该函数可以包括方程，使得ECU 102可以使用期望的阀门面积来求解该方程，以确定期望的阀门位置。例如，ECU 102可以使用类似于下面方程13的方程来求解期望的阀门位置或填充将期望的阀门面积与期望的阀门位置相关联的图。
方程13：
在方程13中，A是期望的阀门面积。简要地参考图12，其中示出了可以类似于旁通阀212或限流阀214或与它们相同的示例性阀门1200，以图示方程的各种参数。在方程13中，D是阀门1200的直径1202。Ao是节流阀泄漏面积。c是独立变量并且如下面的方程14所示。
方程14：
在方程14中，a在下面的方程15中提供，并且b在下面的方程16中提供。
方程15：
在方程15中，t是被图示为阀门1200的节流轴直径1204的节流阀轴直径。D再次表示直径1202。
方程16：
在方程16中，α是阀板1210和纵向轴线1212之间的角度1208并且对应于阀门1200的节流阀角度。α0是阀板1210和垂直于轴线1212的线1214之间的角度1206并且对应于关闭的节流阀角度。α和α0两者都可以用弧度来度量。
返回参考图2、图4和图11，ECU 102可以求解方程13-方程16以确定期望的阀门位置。例如，ECU 102可以首先针对期望的阀门面积A求解方程13。基于A的值，ECU 102然后可以求解方程14以识别b的值，并且然后可以针对α求解方程16。
在ECU 102确定期望的阀门位置之后，ECU可以在方框1114中控制阀门以具有期望阀门位置。在这点上，在ECU控制阀门以具有期望阀门位置之后，通过阀门的质量流可以接近在方框1104中确定的期望质量流值。ECU 102可以针对旁通阀212执行方法1100一次并且可以针对限制阀214再次执行方法1100。在一些实施例中，ECU 102可以同时执行方法1100的两个实例(即，可以针对旁通阀212执行方法1100的第一实例并且同时针对限流阀214执行方法1100的第二实例)。
现在参考图2、图4、图13A和图13B，ECU 102可以诸如在前馈或反馈控件416中使用方法1300，以执行压缩机204的前馈控制。压缩机204的控制可以包括速度控制和扭矩控制两者。虽然方法1300图示了一个接一个地发生的速度控制和扭矩控制，但是本领域技术人员将认识到的是，速度控制和扭矩控制可以同时被执行或者可以一个接一个地被执行。
在方框1302中，速度图(诸如图7的速度图700)可以被存储在存储器中。速度图可以将期望的压缩机流率和期望的压缩机压力比率与对应的期望(或目标)压缩机速度相关联。
在方框1304中，ECU 102可以确定或接收与压缩机204两端的压力比率对应的期望压缩机流率和期望压缩机压力比率。例如，可以从路径控制器412接收期望的压缩机流率和期望的压缩机压力比率。
在方框1306中，ECU 102可以将期望的流率和期望的压力比率与速度图进行比较，以确定期望的压缩机速度。在一些实施例中，ECU 102可以基于期望的流率和期望的压力比率来计算期望的压缩机速度。
在计算期望的压缩机速度之后，ECU 102可以在方框1308中控制压缩机204以实现期望的压缩机速度。
在方框1310中，ECU 102可以确定或接收在当前时间步长的与期望压缩机速度对应的当前期望压缩机速度。例如，可以从路径控制器412接收当前期望的压缩机速度。
在方框1312中，ECU 102可以确定或接收与未来时间步长对应的未来期望压缩机速度。在一些实施例中，未来时间步长可以是紧接在当前时间步长之后的时间步长，并且在一些实施例中，未来时间步长可以是超过当前时间步长的多个时间步长。同样可以从路径控制器412接收未来期望的压缩机速度。
在方框1314中，ECU 102可以计算当前期望压缩机速度与未来期望压缩机速度之间的速度差值。
例如并简要参考图13A、图13B和图14，控制系统1400可以用于执行方框1310至方框1314的操作。特别地，可以接收期望的压缩机速度1402。期望的压缩机速度1402可以由比较器1404接收。期望的压缩机速度1402同样可以由第一单位延迟方框1406和第二单位延迟方框1408接收。第一单位延迟方框1406和第二单位延迟方框1408中的每一个可以将接收到的期望压缩机速度1402延迟一个或多个时间步长。在这点上，第二单位延迟方框1408的输出可以被称为先前的期望压缩机速度1410，并且期望的压缩机速度1402可以被称为当前的期望压缩机速度1402，因为它比先前的期望压缩机速度1410对应于稍后的时间点。在一些实施例中，第二单位延迟方框1408的输出可以被称为当前期望的压缩机速度，并且期望的压缩机速度1402可以被称为未来期望的压缩机速度，这是由于期望的压缩机速度1402与相对于由第二单位延迟方框1408输出的速度是处于未来的期望速度对应的事实。
比较器1404可以比较先前(或当前)期望压缩机速度1410和当前(或未来)期望压缩机速度1402，并输出与两者之间的差值对应的速度差值1412。
返回参考图2、图4、图13A和图13B，并且在方框1316中，ECU 102可以确定在当前时间步长和未来时间步长之间的、与该两者之间的时间量对应的时间延迟。
在方框1318中，ECU 102可以确定或接收压缩机的期望加速率。期望加速率可以对应于在方框1314中确定的速度差值以及在方框1316中确定的时间延迟。特别地，ECU 102可以将速度差值与时间延迟相除。该相除的结果提供了与期望加速率对应的加速度单位。
在一些实施例中并且如上所述，路径控制器412可以提供中间目标压缩机加速度值，其可以用作期望加速率。在这点上，方框1310至方框1318可以用从路径控制器412接收期望加速率的方框代替。在一些实施例中，路径控制器412可以替代提供期望加速率或者除了提供期望加速率以外还提供压缩机的期望加速扭矩。
在方框1320中，ECU可以基于在方框1318中确定的期望加速率来确定压缩机的期望加速扭矩。特别地，ECU 102可以使用类似于下面方程17的方程来确定压缩机204的期望加速扭矩。
方程17：τacceleration＝Iα
在方程17中，τacceleration是压缩机204的期望加速扭矩。I是等效惯性，并且可以具有诸如kg＊m2的单位。等效惯性可以对应于压缩机204的部件(诸如变速箱、轴、翼型件等)的惯性。α是角加速度，其可以基于压缩机204的期望加速率来确定。
在方框1322中，ECU 102可以确定压缩机204的效率。例如，存储器可以存储将压缩机流值和压缩机压力比率值与对应的效率相关联的效率图。在这点上，ECU 102可以通过将当前压缩机流值和当前压缩机压力比率应用于效率图以检索当前效率来确定压缩机204的效率。
在方框1324中，ECU 102可以基于在方框1322中确定的效率来确定压缩机204的压缩扭矩。例如，ECU 102可以使用类似于下面方程18的方程来计算压缩扭矩。
方程18：
在方程18中，τcompression是压缩机204的压缩扭矩。是通过压缩机204的气体的期望质量流，并且可以从路径控制器412接收。Cp是压缩机204内的气体的比热。Tin是压缩机204的入口228处的气体的温度。Pout是压缩机204的出口230处的气体的目标压力，并且Pin是压缩机204的入口228处的气体的目标压力。可以从路径控制器412接收Pout和Pin。γ表示流过阀门的气体的比热比率，并且对应于气体在恒定压力的比热与气体在恒定体积的比热的比率。Eff是在方框1322中确定的效率。ω是压缩机速度，其可以以弧度每秒为单位度量。ECU 102可以使用下面的方程19来计算ω。
在一些实施例中，可以通过利用改变的变量值执行计算并将结果存储在图中来创建用于压缩扭矩的图。在这点上，ECU 102可以接收压缩机速度或压缩机比率中的至少一个、可以将速度和压力比率与图进行比较，并且可以基于与图的比较来确定压缩扭矩。
方程19：
在方程19中，ω是压缩机速度。ACPspd是压缩机204的电动机(诸如图3的压缩机300的电动机306)的电动机速度。gratio是压缩机的变速箱(诸如图3的压缩机300的变速箱308)的当前传动比率。
在方框1326中，ECU 102可以确定压缩机204的摩擦扭矩。例如，ECU可以使用类似于下面方程20的方程来计算摩擦扭矩。
方程20：
在方程20中，τfriction是摩擦扭矩。visccoef，Coltrq，brkwytrq，和transcoef是调谐后的常数值。ω是在上面的方程19中计算出的压缩机速度。
在一些实施例中，可以通过利用改变的变量值执行计算并将结果存储在图中来创建用于摩擦扭矩的图。在这点上，ECU 102可以接收压缩机速度或压缩机压力比率中的至少一个、可以将速度和压力比率与图进行比较，并且可以基于与图的比较来确定摩擦扭矩。
在一些实施例中，可以通过利用改变的变量值执行计算并将结果存储在图中来创建用于组合的摩擦和压缩扭矩值的图。在这点上，ECU 102可以接收压缩机速度和压缩机压力比率、可以将速度和压力比率与图进行比较，并且可以基于与图的比较来确定组合的摩擦和压缩扭矩值。
在方框1328中，ECU 102可以基于期望的加速扭矩、压缩扭矩和摩擦扭矩来确定总的期望压缩机扭矩。例如，ECU 102可以通过将期望的加速扭矩、压缩扭矩和摩擦扭矩中的每一个相加在一起来确定总的期望压缩机扭矩。
在方框1330中，ECU 102可以控制压缩机以具有在方框1328中确定的总的期望压缩机扭矩。
现在参考图2、图4、图15A和图15B，ECU 102可以诸如在前馈或反馈控件416中使用方法1500，以执行旁通阀212和限流阀214的反馈控制。特别地，ECU 102可以比较当前值和目标值，并基于当前值和目标值之间的差值来识别反馈控制。例如，值可以包括用于控制限流阀214的燃料电池堆248的出口246处的压力，以及用于控制旁通阀212的旁通阀212两端的压力比率。
特别地并且在方框1502中，ECU 102可以存储将压力值与对应的阀门位置相关联的压力图。例如并参考图2、图16A和图16B，第一压力图1600将燃料电池堆208的出口246处的压力(沿着X轴)与限流阀214的阀门位置(沿着Y轴)相关联。在这点上，可以基于接收到的压力值从第一压力图1600中检索与限流阀214的阀门位置对应的阀门位置。
同样，第二压力图1650将旁通阀212两端的压力比率(沿着X轴)与旁通阀212的阀门位置(沿着Y轴)相关联。在这点上，可以基于接收到的压力比率从第二压力图1650中检索与旁通阀212的阀门位置对应的阀门位置。
返回参考图2、图4、图15A和图15B并且在方框1504中，ECU 102可以确定或接收燃料电池电路中的气体的期望压力值。期望压力值可以与燃料电池堆208的出口246处的压力或旁通阀212两端的压力比率对应。
在方框1506中，ECU 102可以确定或接收燃料电池电路中的气体的当前压力值。再次，当前压力值可以与燃料电池堆208的出口246处的压力或旁通阀212两端的压力比率对应。
在方框1508中，ECU 102可以将期望压力值应用于压力图以确定期望的阀门位置。例如，ECU 102可以将燃料电池堆208的出口246处的期望压力应用于第一压力图1600，以确定限流阀214的期望阀门位置。同样，ECU 102可以将旁通阀212两端的期望压力比率应用于第二压力图1650，以确定旁通阀212的期望阀门位置。
在方框1510中，ECU 102可以将当前压力值应用于压力图以确定当前阀门位置。这可以针对限流阀214和旁通阀212中的每一个进行。
在方框1512中，ECU 102可以将当前压力值与目标压力值进行比较，以识别与当前压力值和目标压力值之间的差值对应的差值信号。ECU 102可以针对限流阀214和旁通阀212中的每一个执行该操作。
在方框1514中，ECU 102可以将比例-积分-微分(PID或PI)控制器应用于差值信号，以确定对阀门位置的期望调节。PID控制器可以分析误差信号的过去值和现在值，并基于现在误差值、过去误差值和误差信号的潜在未来误差来生成反馈控制信号。
现在参考图2、图4、图16A和图17A，ECU 102可以使用控制1700来使用类似于图15A和图15B的方法1500的方法以执行限流阀214的反馈控制。
在控制1700中，ECU 102可以接收或确定与燃料电池堆208的出口246处的目标压力或期望压力对应的目标燃料电池压力1702。例如，目标燃料电池压力1702可以由状态调解器400来确定。ECU 102还可以确定或接收与燃料电池堆208的出口246处的当前压力对应的当前燃料电池压力1704。例如，当前燃料电池压力1704可以从状态估计器406接收。
然后ECU 102可以将目标燃料电池压力1702传递通过第一压力图1600，以确定与目标燃料电池压力1702对应的目标阀门位置或期望阀门位置1706。ECU 102可以同样将当前燃料电池压力1704传递通过第一压力图1600，以确定与当前燃料电池压力1704对应的当前阀门位置1708。
目标阀门位置或期望阀门位置1706和当前阀门位置1708可以由差值方框1710接收。差值方框1710可以识别目标阀门位置或期望阀门位置1706与当前阀门位置1708之间的差值，并且可以将差值输出为差值信号1712。
差值信号1712可以由PID控制器1714接收。PID控制器1714可以分析差值信号的过去值和现在值并且生成与对限流阀214的阀门位置的期望调节对应的反馈调节信号1716。
现在参考图2、图4、图16B和图17B，ECU 102可以使用控制1750来使用类似于图15A和图15B的方法1500的方法以执行限流阀214的反馈控制。
在控制1750中，ECU 102可以接收或确定与旁通阀212两端的目标压力比率或期望压力比率对应的目标旁通阀压力比率1752。例如，目标旁通阀压力比率1752可以由状态调解器400确定。ECU 102还可以确定或接收与旁通阀212两端的当前压力比率对应的当前旁通阀压力比率1754。例如，当前旁通阀压力比率1754可以从状态估计器406接收。
然后ECU 102可以将目标旁通阀压力比率1752传递通过第二压力图1615，以确定与目标旁通阀压力比率1752对应的目标阀门位置或期望阀门位置1756。ECU 102同样可以将当前旁通阀压力比率1754传递通过第二压力图1650，以确定与当前旁通阀压力比率1754对应的当前阀门位置1758。
目标阀门位置或期望阀门位置1756和当前阀门位置1758可以由差值方框1760接收。差值方框1760可以识别目标阀门位置或期望阀门位置1756与当前阀门位置1758之间的差值，并且可以将差值输出为差值信号1762。
差值信号1762可以由PID控制器1764接收。PID控制器1764可以分析误差信号的过去值和现在值并且生成与对旁通阀212的阀门位置的期望调节对应的反馈调节信号1766。
返回参考图2、图4、图15A和图15B并且在方框1516中，ECU 102可以延迟应用PID控制器的积分项，直到差值信号已减小预定阈值为止，以便减小由于所谓的积分饱和的现象而导致的期望调节的过冲。有时，当差值信号相对大时，积分项以及比例项初始地可能非常大。当差值信号接近0时，比例项缩小但积分项保持相对大。因此，积分项的初始大尺寸可充分累积以使冲期望的调节过冲。
通过延迟应用PID控制器的积分项，可以在差值信号相对小时引入积分项。在这点上，预定阈值可以对应于阈值差值，低于该阈值差值不可能发生积分饱和。在这点上，方框1516可以被称为积分饱和保护，并且在方法1500中可以是可选的。
除了执行积分饱和保护之外或代替执行积分饱和保护，ECU 102可以在方框1518和1520中实现所谓的“学习值”。特别地并且在方框1518中，当对于给定目标压力值，差值信号收敛到0或者接近0时(即，当当前压力值基本上等于期望压力值时)，ECU 102然后可以将来自PID控制器的最终积分项存储在存储器中。
在方框1520中，在朝相同的给定目标压力值的后续收敛期间，ECU 102可以使PID控制器使用存储的最终积分项开始收敛。通过存储最终积分项，朝相同的给定目标压力值的每次收敛可能以积分项(即，存储的最终积分项)开始，该积分项相对接近可能提供朝给定目标压力值的相对快速和准确收敛的值。
在方框1522中，ECU 102可以基于对阀门位置的期望调节来调节对应的阀门(即，限流阀214或旁通阀212)。在一些实施例中，ECU 102可以将对阀门位置的期望调节添加到前馈控制信号，并基于添加的结果控制对应的阀门。在一些实施例中，ECU 102可以使用对阀门位置的期望调节来简单地调节对应阀门的控制。
现在参考图2、图4、图18A和图18B，ECU 102可以诸如在前馈或反馈控件416中使用方法1800，以执行压缩机204的反馈控制。特别地，ECU 102可以比较当前值和目标值，并基于当前值和目标值之间的差值来识别反馈控制信号。例如，值可以包括通过压缩机204的总气流。
特别地并且在方框1802中，ECU 102可以存储将气流值与对应的压缩机速度相关联的气流图。例如并参考图2和图19，气流图1900将通过压缩机204的气流(沿着X轴)与压缩机速度(沿着Y轴)相关联。在这点上，可以基于接收到的气流值从气流图1900中检索与压缩机204的速度对应的压缩机速度。
返回参考图2、图4、图18A和图18B并且在方框1804中，ECU 102可以确定或接收与通过压缩机204的总气流对应的期望压缩机流率。在方框1806中，ECU 102可以确定或接收当前的压缩机流率。
在方框1808中，ECU 102可以将期望的压缩机流率应用于气流图以确定期望的压缩机速度。在方框1810中，ECU 102可以将当前的压缩机流率应用于气流图以确定当前的压缩机速度。
在方框1812中，ECU 102可以将当前压缩机速度与目标压缩机速度进行比较，以识别与当前压缩机速度和目标压缩机速度之间的差值对应的差值信号。
在方框1814中，ECU 102可以将PID控制器应用于差值信号以确定对压缩机速度的期望调节。
现在参考图2、图4、图19和图20A，ECU 102可以使用控制2000来使用类似于图18A和图18B的方法1800的方法以执行压缩机204的压缩机速度的反馈控制。
在控制2000中，ECU 102可以接收或确定与通过压缩机的气体的目标总流或期望总流对应的目标总压缩机气流2002。例如，目标总压缩机气流2002可以由状态调解器400确定。ECU 102还可以确定或接收与通过压缩机204的当前总流对应的当前总压缩机气流2004。例如，当前总压缩机流2004可以从状态估计器406接收。
然后，ECU 102可以将目标总压缩机流2002传递通过气流图1900，以确定与目标总压缩机气流2002对应的目标压缩机速度或期望压缩机速度2006。ECU 102同样可以将当前总压缩机流2004传递通过气流图1900，以确定与当前总压缩机气流2004对应的当前压缩机速度2008。
目标压缩机速度或期望压缩机速度2006和当前压缩机速度2008可以由差值方框2010接收。差值方框2010可以识别目标压缩机速度或期望压缩机速度2006与当前压缩机速度2008之间的差值，并且可以输出差值作为差值信号2012。
差值信号2012可以由PID控制器2014接收。PID控制器2014可以分析差值信号2012的过去值和现在值，并且可以生成与对压缩机204的压缩机速度的期望调节对应的反馈速度调节信号2016。
返回参考图2、图4、图18A和图18B并且在方框1816中，ECU 102可以延迟应用PID控制器的积分项，直到差值信号已减小预定阈值，以便减小由于积分饱和而导致的期望调节的过冲。这可以以与图15A和图15B的方框1516类似的方式执行。
除了执行积分饱和保护之外或代替执行积分饱和保护，ECU 102可以在方框1818和1820中实现“学习值”。这可以以与图15A和图15B的方框1518和1520类似的方式来执行。
在方框1822中，ECU 102可以基于对压缩机速度的期望调节来调节压缩机速度。这可以以与图15A和图15B的方框1522类似的方式来执行。
如上所述，压缩机204可以具有可被单独控制的压缩机速度和压缩机扭矩。在这点上，方框1824至方框1830可以用于控制压缩机204的压缩机扭矩。
压缩机速度和压缩机扭矩可以相关，使得压缩机扭矩可以与压缩机速度成正比。在这点上，并且在方框1824中，ECU 102可以基于期望的压缩机速度确定期望的压缩机扭矩值。例如，可以在方框1808中确定期望的压缩机速度。为了确定期望的压缩机扭矩，可以以与基于总空气流确定压缩机速度类似的方式将期望的压缩机速度应用于图。但是，由于压缩机204的扭矩和速度之间的成比例关系，可以将成比例的增益应用于期望的压缩机速度以获得期望的压缩机扭矩。
同样，在方框1826中，ECU 102可以基于当前压缩机速度确定当前压缩机扭矩值。可以在方框1810中确定当前压缩机速度。ECU102可以使用图或使用成比例的增益来确定当前压缩机扭矩，如上面参考方框1824所述。
在方框1828中，ECU 102可以识别与期望压缩机扭矩值和当前压缩机扭矩值之间的扭矩差值对应的扭矩差值信号。
在方框1830中，ECU 102可以将PID控制器应用于差值信号以确定对压缩机扭矩的期望调节。
在一些实施例中，ECU 102可以实现积分饱和保护或“学习值”中的一个或两个。
在方框1832中，ECU 102可以基于对压缩机扭矩的期望调节来调节压缩机的压缩机扭矩值。
现在参考图2、图4和图20B，ECU 102可以使用控制2050来使用类似于图18A和图18B的方法1800的方法以执行压缩机204的压缩机扭矩的反馈控制。
在控制2050中，ECU 102可以确定目标压缩机速度或期望压缩机速度2052以及当前压缩机速度2054。可以从前馈和反馈控件416、状态估计器406或路径控制器412中的任何一个来确定或接收这些值。
然后ECU 102可以将目标压缩机速度2052传递通过函数2056，以确定目标压缩机扭矩或期望压缩机扭矩2060。函数2056可以包括图或计算，诸如将成比例的增益应用于目标压缩机速度2052的计算。ECU 102同样可以将当前压缩机速度2054传递通过函数2056来确定当前压缩机扭矩2062。
可以通过差值方框2064接收目标压缩机扭矩或期望压缩机扭矩2060和当前压缩机扭矩2062。差值方框2064可以识别与目标压缩机扭矩或期望压缩机扭矩2060和当前压缩机扭矩2062之间的差值对应的扭矩差值信号2066。
扭矩差值信号2066可以由PID控制器2068接收。PID控制器2068可以分析扭矩差值信号2066的过去值和现在值，并且可以生成与对压缩机204的压缩机扭矩的期望调节对应的反馈扭矩调节信号2070。
当在整个说明书和权利要求书中使用时，“A或B中的至少一个”包括仅“A”、仅“B”或“A和B”。已经以说明性方式公开了本方法/系统的示例性实施例。相应地，应该以非限制性的方式阅读全文中采用的术语。虽然本领域技术人员将想到对本文教导的微小修改，但应该理解的是，意图限制在本文所保证的专利范围内的是所有这样的实施例，其合理地落入本文对其作出贡献的领域的进步的范围内，并且除了鉴于所附权利要求及其等同物之外，该范围不应受到限制。

Claims (20)

1.一种用于控制通过燃料电池电路的气流的系统，包括：
具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆被配置为接收气体并经由使用该气体的反应生成电力；
阀门，所述阀门具有影响燃料电池电路中的气体的压力的阀门位置和与气体能够流过的阀门的横截面积对应的阀门面积；
存储器，所述存储器被配置为存储将阀门面积与阀门位置相关联的图或函数；以及
电子控制单元ECU，耦合到阀门并且被配置为：
确定或接收气体通过阀门的期望质量流率，
基于期望质量流率计算期望阀门面积，以实现期望质量流率，
将期望阀门面积与图或函数进行比较，以确定提供期望阀门面积的期望阀门位置，以及
控制阀门以具有期望阀门位置。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述ECU还被配置为：
确定流过阀门的气体的当前雷诺数；
基于当前雷诺数确定气体通过阀门的当前层流、亚音速流或扼流；以及
基于当前层流、亚音速流或扼流来进一步计算期望阀门面积。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述阀门包括高压侧和暴露于比高压侧更小的压力的低压侧，并且其中，所述ECU被进一步配置为使用以下方程计算期望阀门面积：
其中是期望质量流率，Cd是放电系数，A是期望阀门面积，Rs是特定的气体常数，Tu是阀门的高压侧的温度，Pu是阀门的高压侧的压力，并且Ψ是当前层流、亚音速流或扼流。
4.如权利要求1所述的系统，还包括旁通分支，所述旁通分支被配置为使气体中的至少一些气体绕过所述燃料电池堆，其中所述阀门是沿着所述旁通分支定位的旁通阀，并且所述期望质量流率与通过旁通分支的气体的期望质量流对应。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述阀门是位于所述燃料电池堆下游的限流阀，并且所述期望质量流率与通过所述燃料电池堆的气体的期望质量流对应。
6.一种用于控制通过燃料电池电路的气流的系统，包括：
压缩机，所述压缩机被配置为将气体泵送通过燃料电池电路并且具有压缩机速度和压缩机扭矩，所述压缩机速度和所述压缩机扭矩中的每一个影响通过压缩机的气体的压缩机流率；
具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆被配置为接收气体并经由使用该气体的反应生成电力；以及
电子控制单元ECU，耦合到压缩机并且被配置为：
确定或接收与压缩机速度的期望加速度对应的压缩机的期望加速率，
基于期望加速率来确定压缩机的期望加速扭矩，以及
基于期望加速扭矩来控制压缩机的压缩机扭矩。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述压缩机具有与压缩机的出口处的压力与压缩机的入口处的压力的比率对应的压缩机压力比率，并且其中，所述ECU还被配置为：
基于压缩机流率和压缩机压力比率来确定压缩机的效率；
基于压缩机的效率来确定压缩机的压缩扭矩；以及
还基于压缩机的压缩扭矩来控制压缩机的压缩机扭矩。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述压缩机具有变速箱和电动机，所述变速箱具有传动比率，并且所述电动机具有电动机速度，并且其中，所述ECU还被配置为：
基于传动比率和电动机速度来确定压缩机的摩擦扭矩；
基于期望加速扭矩、压缩扭矩和摩擦扭矩来确定要由压缩机施加的总压缩机扭矩；以及
控制压缩机以使压缩机扭矩等于总压缩机扭矩。
9.如权利要求6所述的系统，还包括存储器，所述存储器被配置为存储速度图，所述速度图将期望压缩机流率和期望压缩机压力比率与目标压缩机速度相对应，其中，所述ECU还被配置为：
确定或接收期望压缩机流率和期望压缩机压力比率；
将期望压缩机流率和期望压缩机压力比率与速度图进行比较，以确定期望压缩机速度；以及
控制压缩机以使压缩机速度等于期望压缩机速度。
10.如权利要求6所述的系统，其中，所述ECU还被配置为：
确定或接收与当前时间步长对应的当前期望压缩机速度；
确定或接收与未来时间步长对应的未来期望压缩机速度；
计算当前期望压缩机速度与未来期望压缩机速度之间的速度差值；
确定当前时间步长与未来时间步长之间的时间延迟；以及
通过将速度差值除以时间延迟来计算压缩机的期望加速率。
11.如权利要求6所述的系统，其中，所述ECU包括被配置为确定期望加速率的路径控制器。
12.一种用于控制通过燃料电池电路的气流的系统，包括：
具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆被配置为接收气体并经由使用该气体的反应生成电力；
阀门，所述阀门具有影响燃料电池电路中的气体的压力的阀门位置；
存储器，所述存储器被配置为存储将燃料电池电路内的压力值与对应的阀门位置相关联的压力图；以及
电子控制单元ECU，耦合到阀门并且被配置为：
确定或接收燃料电池电路中的气体的期望压力值，并确定或接收燃料电池电路中的气体的当前压力值，
将期望压力值应用于压力图以确定与期望压力值相关联的期望阀门位置，并将当前压力值应用于压力图以确定与当前压力值相关联的当前阀门位置，
识别与期望阀门位置和当前阀门位置之间的差值对应的差值信号，以及
基于差值信号调节阀门的阀门位置。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述ECU还被配置为将比例-积分-微分PID控制器应用于差值信号以确定对阀门位置的期望调节，并通过将阀门位置改变对阀门位置的期望调节来进一步调节阀门位置。
14.如权利要求13所述的系统，其中，以下中的至少一个：
所述ECU还被配置为延迟并入PID控制器的积分项，直到差值信号的值已减小预定阈值量为止，以减小对阀门位置的期望调节的过冲；或者
所述存储器还被配置为，当当前压力值与第一期望压力值一起收敛时，存储PID控制器的最终积分项，并且所述ECU还被配置为使PID控制器使用存储的最终积分项作为起始积分项来开始到第一期望压力值的后续收敛。
15.如权利要求11所述的系统，还包括：
旁通分支，所述旁通分支被配置为使气体绕过所述燃料电池堆；以及
压缩机，所述压缩机被配置为将气体泵送通过所述燃料电池电路并且具有入口和出口，所述入口具有入口压力并且所述出口具有出口压力，
其中，以下中的至少一个：
所述阀门是位于所述燃料电池堆下游的限流阀，并且所述期望压力值是与所述燃料电池堆的燃料电池入口对应的入口压力值，或者
所述阀门是位于沿着旁通分支的旁通阀，并且所述期望压力值是与出口压力和入口压力的比率对应的压力比率。
16.一种用于控制通过燃料电池电路的气流的系统，包括：
压缩机，所述压缩机具有压缩机速度并且被配置为以压缩机流率将气体泵送通过燃料电池电路；
具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆被配置为接收气体并经由使用该气体的反应生成电力；
存储器，所述存储器被配置为存储将压缩机流率与对应的压缩机速度相关联的气流图；以及
电子控制单元ECU，耦合到压缩机并且被配置为：
确定或接收期望压缩机流率，并且确定或接收当前压缩机流率，
将期望压缩机流率应用于气流图以确定与期望压缩机流率相关联的期望压缩机速度，并将当前压缩机流率应用于气流图以确定与当前压缩机流率相关联的当前压缩机速度，
识别与期望压缩机速度和当前压缩机速度之间的差值对应的差值信号，以及
基于差值信号调节压缩机的压缩机速度。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述ECU还被配置为将比例-积分-微分PID控制器应用于差值信号以确定对压缩机速度的期望调节，并且通过将压缩机速度改变对压缩机速度的期望调节来进一步调节压缩机速度。
18.如权利要求17所述的系统，其中，以下中的至少一个：
所述ECU还被配置为延迟并入PID控制器的积分项，直到差值信号的值已减小预定阈值量为止，以减少对压缩机速度的期望调节的过冲；或者
所述存储器还被配置为，当当前压缩机流率与第一期望压缩机流率一起收敛时，存储PID控制器的最终积分项，并且所述ECU还被配置为使PID控制器使用存储的最终积分项作为起始积分项来开始到第一期望压缩机流率的后续收敛。
19.如权利要求16所述的系统，其中：
所述压缩机还具有压缩机扭矩值；
所述存储器还被配置为存储将压缩机速度与压缩机扭矩值相关联的扭矩图；以及
所述ECU还被配置为：
将期望压缩机速度应用于扭矩图以确定与期望压缩机速度相关联的期望压缩机扭矩值，并将当前压缩机速度应用于扭矩图以确定与当前压缩机速度相关联的当前压缩机扭矩值，
识别与期望压缩机扭矩值和当前压缩机扭矩值之间的扭矩差值对应的扭矩差值信号，以及
基于扭矩差值信号调节压缩机的压缩机扭矩值。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述ECU还被配置为将比例-积分-微分PID控制器应用于扭矩差值信号，以确定对压缩机扭矩值的期望调节，并通过将压缩机扭矩值改变对压缩机扭矩值的期望调节来进一步调节压缩机扭矩值，以及以下中的至少一个：
所述ECU还被配置为延迟并入PID控制器的积分项，直到扭矩差值信号的值已减小预定阈值量为止，以减小对压缩机扭矩值的期望调节的过冲；或者
所述存储器还被配置为，当当前压缩机扭矩值与第一期望压缩机扭矩值一起收敛时，存储PID控制器的最终积分项，并且所述ECU还被配置为使PID控制器使用存储的最终积分项作为起始积分项来开始到第一期望压缩机扭矩值的后续收敛。
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