CN109994760A - 用于燃料电池系统的温度控制系统和方法及燃料电池系统 - Google Patents

用于燃料电池系统的温度控制系统和方法及燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于燃料电池系统的温度控制系统及方法。该温度控制系统包括状态检测器、控制选择器、正常控制器及内模控制器。状态检测器基于从提供给燃料电池系统的空气流量到燃料电池温度的动态传递函数来确定燃料电池系统是否处于泄露状态。控制选择器基于确定的结果来选择在正常控制器和内模控制器之间切换。正常控制器被配置用于控制不处于泄漏状态下燃料电池系统的空气流量以控制燃料电池温度。内模控制器被配置用于控制处于泄漏状态下燃料电池系统的空气流量以控制燃料电池温度。本发明还公开了一种带有该温度控制系统的燃料电池系统。

Description

用于燃料电池系统的温度控制系统和方法及燃料电池系统
技术领域
本发明大体涉及燃料电池领域，尤其涉及一种用于燃料电池系统的温度控制系统和方法及具有该温度控制系统的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是一种电化学装置，其能够通过燃料，例如氢，与氧化剂，例如空气中含有的氧气，的电化学反应将来自燃料中的化学能转换为电能。由于燃料电池的环境优越性和高效率，燃料电池系统作为能源供应系统正被广泛开发。由于单个燃料电池片仅仅只能产生1伏左右的电压，因此，通常将多个燃料电池片堆叠在一起(通常被称为燃料电池堆)以获得期望的电压。
延长燃料电池堆的寿命和耐用性对于其商业化是至关重要的。燃料电池温度会影响燃料电池堆的热效率，耐久性和寿命。太高的燃料电池温度会导致材料失效，飞温或者甚至整个工厂停机。但是，如果燃料电池温度过低，则燃料电池堆的密封材料在低温下不能有效地密封而导致气体泄漏。因此，燃料电池温度应被控制在一个精确的目标范围内。
尽管燃料电池的温度控制是关键的，但是部分由于较大的燃料电池堆和由此产生的质量增加所导致的长的热响应时间(1.5小时)，因此，它也是整个燃料电池控制系统中最难的挑战之一。
当在燃料电池中发生诸如交叉泄漏的泄漏时，空气中的氧气，而不是通过经由电解质扩散从燃料电池的阴极接收的氧离子，将进入燃料电池的阳极。在这种情况下，燃料将会与氧气在阳极处直接进行燃烧反应，燃烧反应会产生大量的热量，从而会导致燃料电池温度的突变。
因此，如何在燃料电池泄漏的情况下控制燃料电池温度将变得越来越迫切。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种用于燃料电池系统的温度控制系统。所述温度控制系统包括状态检测器、控制选择器、正常控制器及内模控制器。所述状态检测器被配置用于基于从提供给所述燃料电池系统的空气流量到所述燃料电池系统的燃料电池温度的动态传递函数来确定所述燃料电池系统是否处于泄露状态。所述控制选择器被配置用于基于确定的结果来选择在正常控制器和内模控制器之间切换。所述正常控制器被配置用于控制不处于泄漏状态下所述燃料电池系统的空气流量以控制所述燃料电池温度。所述内模控制器被配置用于控制处于泄漏状态下所述燃料电池系统的空气流量以控制所述燃料电池温度。
本发明的另一个方面在于提供一种用于燃料电池系统的温度控制方法。所述温度控制方法包括：基于从提供给所述燃料电池系统的空气流量到所述燃料电池系统的燃料电池温度的动态传递函数来确定所述燃料电池系统是否处于泄露状态；基于确定的结果来选择在正常控制器和内模控制器之间切换；当所述燃料电池系统处于所述泄漏状态时，则由所述内模控制器来控制所述燃料电池系统的空气流量以控制所述燃料电池温度；及当所述燃料电池系统不处于所述泄漏状态时，则由所述正常控制器来控制所述燃料电池系统的空气流量以控制所述燃料电池温度。
本发明的又一个方面在于提供一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包括用于生成电力并具有阳极和阴极的燃料电池堆、用于调节提供给所述阳极的燃料的燃料流量的燃料调节器、用于调节提供给所述阴极的空气的空气流量的鼓风机、用于测量所述空气流量的空气流量计、用于测量燃料电池温度的温度传感器、以及如上所述的温度控制系统。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一个具体实施方式的带有温度控制系统的燃料电池系统的示意图；
图2是图1的正常控制器的示意图；
图3是根据本发明的一个具体实施方式的图1的内模控制器的示意图；
图4是图3的带有补偿器的内模控制器的控制的效果图；
图5是根据本发明的另一个具体实施方式的图1的内模控制器的示意图；
图6是图5的带有限速器和补偿器的内模控制器的控制的效果图；
图7是根据本发明的一个具体实施方式的用于燃料电池系统的温度控制方法的流程图；及
图8是图7中的如何由内模控制器控制燃料电池系统的空气流量的流程图。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，指示特定位置的术语，例如“顶”、“底”、“左”及“右”等，仅仅只是参考特定附图所做的描述。本发明所披露的各个具体实施方式可以是以本发明附图所示的不同方式放置。因此，在本文中所使用的位置术语并不应局限于特定具体实施方式所示的位置。
带有温度控制系统的燃料电池系统
图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的示例性燃料电池系统100的示意性框图。如图1所示，示例性燃料电池系统100包括用于产生电力的燃料电池堆1。产生的电力可以经由电力输送单元8提供给负载。燃料电池堆1可以包括堆叠在一起的多个燃料电池片。燃料电池堆1包括阳极11、阴极12以及设置在阳极11和阴极12之间的电解质13。燃料电池堆1的阳极11具有阳极入口和阳极出口。
当燃料电池系统100运行时，燃料被提供给燃料电池堆1的阳极11，并且空气(例如空气中的氧气)被提供给燃料电池堆1的阴极12。燃料电池系统100可以包括用于调节提供给阳极11的燃料的燃料流量的燃料调节器3和用于调节提供给阴极12的空气的空气流量的鼓风机4。阳极11可以支持产生电力的电化学反应。燃料可以与经由电解质13的扩散而从阴极12接收到的氧离子在阳极11处被氧化，从而可以产生热量，水蒸汽和电力。
可选地，燃料电池系统100还可以包括燃料重整器5。燃料重整器5可以接收燃料和来自阳极出口的尾气并且产生重整气。重整气的至少一部分可以被返回到阳极入口，剩余部分可以作为燃料排出物排出。空气中的氧作为氧化剂被供应给阴极12，剩余部分可以作为空气排出物从阴极12排出。
继续参考图1，为了控制燃料电池系统100的燃料电池温度，本发明的燃料电池系统100包括温度控制系统2。在本发明中所提到的燃料电池温度可以包括燃料电池堆1的阳极出口处的温度、燃料电池片的温度，燃料电池堆1的底部或顶板的温度以及燃料电池堆1的阳极气体通道中的温度。以下，将以阳极出口处的温度作为燃料电池温度的一个示例在图示中被示出。鼓风机4可以与温度控制系统2通信连接，温度控制系统2可以控制鼓风机4以控制和调节提供给燃料电池堆1的阴极12的空气流量，从而控制和调节燃料电池系统100的燃料电池温度。
温度控制系统2包括状态检测器21、控制选择器22、正常控制器23和内模控制器24。状态检测器21可以基于从提供给燃料电池系统100的空气流量到燃料电池系统100的燃料电池温度的动态传递函数来确定燃料电池系统100是否处于泄露状态。控制选择器22可以基于确定的结果来选择在正常控制器23和内模控制器24之间切换。正常控制器23被配置用于控制不处于泄漏状态，即在正常状态下燃料电池系统100的空气流量以控制燃料电池温度。内模控制器24被配置用于控制处于泄漏状态下燃料电池系统100的空气流量以控制燃料电池温度。
燃料电池系统100包括空气流量计6和温度传感器7。空气流量计6和温度传感器7可以与温度控制系统2的状态检测器21通信连接。空气流量计6可以测量提供给燃料电池堆1的阴极12的空气流量，并将测量到的空气流量反馈Qfb提供给状态检测器21。温度传感器7可以测量燃料电池温度，并将测量到的燃料电池温度反馈Tfb提供给状态检测器21。状态检测器21可以基于空气流量反馈Qfb和燃料电池温度反馈Tfb来生成动态传递函数。
在一个具体实施方式中，该动态传递函数可以被表达如下：
在公式(1)中，ft表示动态传递函数、s表示拉普拉斯算子、K表示一个系数并且与提供给燃料电池系统100的空气流量和燃料电池温度相关、以及t1和t2表示时间常数。
状态检测器21可以基于动态传递函数中的系数K来确定燃料电池系统100是否处于泄露状态。当公式(1)的动态传递函数中的系数K大于零时，状态检测器21确定燃料电池系统100发生指示交叉泄漏的逆响应。当燃料电池系统100发生逆响应时，燃料电池温度在达到最终稳定状态之前起初将走向相反的方向。在这种情况下，如果仍然使用传统的PI(Proportion Integration，比例积分)控制器，则这种传统的PI控制器将会被这种逆响应所愚弄，而进入错误的方向，这会导致燃料电池系统的大幅超调甚至振荡和不稳定状态。这会导致温度响应大幅波动，出现超调，甚至热失控。因此，当确定逆响应发生时，本发明的状态检测器21可以进一步确定燃料电池系统100处于泄漏状态，并且，控制选择器22可以切换到内模控制器24。燃料电池系统100的鼓风机4由内模控制器24控制，以调节提供给燃料电池系统100的空气流量，从而来调节燃料电池温度。当公式(1)的动态传递函数中的系数K等于零或小于零时，状态检测器21确定没有逆响应发生，并确定燃料电池系统100处于正常状态。在这种情况下，控制选择器22可以切换到正常控制器23，并且燃料电池系统100的鼓风机4由正常控制器23控制，以调节提供给燃料电池系统100的空气流量，从而来调节燃料电池温度。
以上仅以燃料电池堆1的交叉泄漏作为泄漏状态的一个示例。然而，本发明的温度控制系统2并不应局限于应用于燃料电池堆1的交叉泄漏状态。例如，在另一个具体实施方式中，如果燃料电池堆1被密封在一个外壳内，当燃料电池堆1发生边界泄漏时，则燃料电池堆1也可能出现逆响应。在这种情况下，本发明的温度控制系统2也可以类似地应用。
温度控制系统2还可以包括无扰切换单元25。无扰切换单元25用于避免控制器的大幅超调，并且确保在正常控制器23和内模控制器24之间切换的期间在生成的空气流量指令Qcmd中没有波动。例如，当正常控制器23正在运行并且现在需要从正常控制器23切换到内模控制器24控制时，内模控制器24的燃料电池温度设定值Tsp将跟踪(即设定等于)过程变量(即燃料电池温度)。因此，当控制从正常控制器23切换到内模控制器24时，内模控制器24的燃料电池温度设定值Tsp和过程变量彼此相等。因此，在输出的空气流量指令Qcmd中没有突然的“波动”。
图2示出了正常控制器23的示意图。如图2所示，正常控制器23包括PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制器(被称为第一PID控制器)231和减法器232。燃料电池温度设定值Tsp和燃料电池温度反馈Tfb可以被输入到减法器232。减法器232可以接收燃料电池温度设定值Tsp和燃料电池温度反馈Tfb并生成温度误差。温度误差可以被发送到第一PID控制器231。第一PID控制器231可以基于温度误差生成空气流量指令Qcmd，并且将空气流量指令Qcmd提供给燃料电池系统100的鼓风机4。鼓风机4可以响应于该空气流量指令Qcmd来调节提供给燃料电池堆1的阴极12的空气流量。
图3示出了根据本发明的一个具体实施方式的内模控制器24的示意图。如图3所示，内模控制器24也包括PID控制器(被称为第二PID控制器)241和减法器242。第二PID控制器241的增益基于动态传递函数是可调整的。内模控制器24还包括补偿器243和加法器244。补偿器243可以对燃料电池系统100的逆响应进行补偿以增加燃料电池系统100的稳定性。
补偿器243可以具有以下的补偿函数：
在公式(2)中，fc表示补偿函数，以及λ表示补偿系数。
作为一个示例，补偿器243可以是史密斯预估补偿器243。优选地，补偿系数λ＝2K。
参考图3，第二PID控制器241的输出被反馈到补偿器243的输入，并且补偿器243的输出被前馈到第二PID控制器241的输入。具体地，补偿器243可以对第二PID控制器241的输出进行补偿以生成温度补偿量ΔT。温度补偿量ΔT和燃料电池温度反馈Tfb可以被输入到加法器244。加法器244可以将温度补偿量ΔT增加到燃料电池温度反馈Tfb以获得增加后的燃料电池温度反馈。燃料电池温度设定值Tsp和增加后的燃料电池温度反馈可以被输入到减法器242。减法器242可以接收燃料电池温度设定值Tsp和增加后的燃料电池温度反馈并生成温度误差。温度误差可以被发送到第二PID控制器241。第二PID控制器241可以基于温度误差生成空气流量指令Qcmd，并且将空气流量指令Qcmd提供给燃料电池系统100的鼓风机4。
由于内模控制器24增加了补偿器243，这改变了燃料电池系统100的特性并提高了控制器的稳定性边界，因此，第二PID控制器241不同于正常控制器23的第一PID控制器231，第二PID控制器241具有比第一PID控制器231更大的增益。
图4示出了带有补偿器243的内模控制器24的控制的效果图。在图4中，X轴表示时间轴t，Y轴分别表示不同的曲线。曲线T0代表由不带有补偿器243的正常控制器23控制的过程变量(即燃料电池温度)的曲线，曲线T1代表由带有补偿器243的内模控制器24控制的过程变量(即燃料电池温度)的曲线，曲线Q0代表由不带有补偿器243的正常控制器23控制的输出(即空气流量)的曲线，以及曲线Q1代表由带有补偿器243的内模控制器24控制的输出(即空气流量)的曲线。从图4可以明显看出，在增加补偿器243之后，燃料电池温度的控制效果比纯PID控制器好很多。因此，当燃料电池系统100具有扰动，例如燃料电池堆1的电流指令改变时，这种补偿器结构由于更好的温度控制而将允许燃料电池堆1具有更快的功率响应，并且由于较高的带宽而允许内模控制器24具有更强的抗干扰能力，并且由带有补偿器243的内模控制器24控制的燃料电池系统100可具有较小的超调和较快的响应时间。
如图5所示，内模控制器24还可以包括用于燃料电池温度设定值Tsp的限速器245。限速器245可以限制在控制中使用的燃料电池温度设定值的变化率。当燃料电池温度设定值的变化超过变化率限度时，则在控制中使用速率限制值。因此，在速率限制值达到燃料电池温度设定值Tsp的目标值之前，燃料电池温度设定值的全部改变在控制中不会立即被看到。
继续参考图5所示，内模控制器24还可以包括前馈控制器246和加法器247。前馈控制器246可以接收来自燃料电池系统100的功率输出、燃料流量和循环比中的至少一个的前馈信号，并基于该前馈信号生成空气流量补偿量量ΔQ。第二PID控制器241的输出和空气流量补偿量ΔQ可以被输入到加法器247。加法器247可以将空气流量补偿量ΔQ增加到第二PID控制器241的输出，从而生成空气流量指令Qcmd。
图6示出了带有限速器245和补偿器243的内模控制器24的控制的效果图。在图6中，X轴表示时间轴t，Y轴分别表示不同的曲线。线Tlimit代表燃料电池温度的上限，曲线T0代表由不带有补偿器243的正常控制器23控制的过程变量(即燃料电池温度)的曲线，曲线T1代表由带有补偿器243的内模控制器24控制的过程变量(即燃料电池温度)的曲线，曲线T2代表由带有限速器245和补偿器243的内模控制器24控制的过程变量(即燃料电池温度)的曲线，曲线Q0代表由不带有补偿器243的正常控制器23控制的输出(即空气流量)的曲线，曲线Q1代表由带有补偿器243的内模控制器24控制的输出(即空气流量)的曲线，以及曲线Q2代表由带有限速器245和补偿器243的内模控制器24控制的输出(即空气流量)的曲线。从图6的曲线T2可以清楚地看出，补偿器243和限速器245的组合方案可以保证更好的燃料电池温度控制效果。在图6的时间轴t＝2.5之前是用于检查燃料电池温度设定值的跟踪效果，以及在时间轴t＝2.5之后是用于验证控制器的抗干扰能力。因此，从图6的时间轴2.5之前可以看出，带有限速器245和补偿器243的内模控制器24可以具有更好的燃料电池温度设定值跟踪效果，并且从图6的时间轴2.5之后可以看出，带有限速器245和补偿器243的内模控制器24可以具有更好的抗干扰能力。
本发明的燃料电池系统100使用温度控制系统2来检测燃料电池堆1的交叉泄漏，而无需增加额外的传感器，具有较低的成本。温度控制系统2中的内模控制器24可以增加稳定性裕度并提高系统安全性。本发明的使用正常控制器23和内模控制器24的双重温度控制系统可以提高燃料电池系统100的可靠性和耐久性，并且，本发明的温度控制系统2可以通过自动地维持燃料电池温度而提高工作效率且节省操作人员的工作时间。而且，本发明的温度控制系统2结构简单，易于实现。
用于燃料电池系统的温度控制方法
图7示出了根据本发明的一个具体实施方式的用于燃料电池系统100的温度控制方法的流程图。该温度控制方法可以包括如下步骤。
如图7的步骤B1所示，接收燃料电池系统100的空气流量反馈Qfb和燃料电池温度反馈Tfb。
在步骤B2中，基于空气流量反馈Qfb和燃料电池温度反馈Tfb生成从提供给燃料电池系统100的空气流量到燃料电池系统100的燃料电池温度的动态传递函数，如以上公式(1)所示。
在步骤B3中，基于动态传递函数来确定燃料电池系统100是否处于泄露状态。步骤B3可以包括以下的步骤B30、B31和B32。
在步骤B30中，基于公式(1)的动态传递函数来确定燃料电池系统100是否发生指示交叉泄漏的逆响应。当公式(1)的动态传递函数中的系数K大于零时，则确定逆响应发生，并且，过程前进到步骤B31，在步骤B31中，确定燃料电池系统100处于泄漏状态。当系数K等于零或小于零时，则确定没有逆响应发生，并且，过程前进到步骤B32，在步骤B32中，确定燃料电池系统100不处于泄露状态，即处于正常状态。
在步骤B4中，基于确定的结果来选择在正常控制器23和内模控制器24之间切换。步骤B4可以包括以下的步骤B41和B42。当燃料电池系统100处于泄漏状态时，则过程从步骤B31前进到步骤B41。在步骤B41中，选择内模控制器24，并且，过程前进到步骤B51。在步骤51中，由内模控制器24控制提供给燃料电池系统100的空气流量，从而来控制燃料电池温度。当燃料电池系统100处于正常状态时，则过程从步骤B32前进到步骤B42。在步骤B42中，选择正常控制器23，则过程前进到步骤B52。在步骤52中，由正常控制器23控制提供给燃料电池系统100的空气流量，从而来控制燃料电池温度。
在一个可选的具体实施方式中，本发明的温度控制方法在步骤B41之后步骤B51之前，或者在步骤B42之后步骤B52之前还可以包括步骤B6。在步骤B6中，执行正常控制器23与内模控制器24之间的无扰切换，以确保在输出的空气流量指令Qcmd中不发生波动。
内模控制器24包括第二PID控制器241和补偿器243。以下，将参照图8来详细描述图7中的如何由内模控制器24来控制燃料电池系统100的空气流量的步骤B51。
如图8的步骤B511所示，第二PID控制器241的输出由补偿器243补偿以生成温度补偿量ΔT，并且过程进行到步骤B515。补偿器243具有如上公式(2)所示的补偿函数。第二PID控制器241的输出乘以补偿器243的补偿函数以生成温度补偿量ΔT。
可选地，本发明的温度控制方法还可以包括前馈控制。因此，本发明的温度控制方法还可以包括以下的步骤B512-B514。
在步骤B512中，接收来自燃料电池系统100的功率输出、燃料流量和循环比中的至少一个的前馈信号。
在步骤B513中，基于前馈信号生成空气流量补偿量ΔQ。
在步骤B514中，将空气流量补偿量量ΔQ增加到内模控制器24的第二PID控制器241的输出中，然后过程进行到步骤B511。在这种情况下，在步骤B511中，对第二PID控制器241增加后的输出进行补偿。
在步骤B515中，将温度补偿量ΔT增加到燃料电池系统100的燃料电池温度反馈Tfb中。
在步骤B516中，基于增加后的燃料电池温度反馈和燃料电池温度设定值Tsp来生成燃料电池系统100的空气流量指令Qcmd。可选地，本发明的温度控制方法还可以包括对燃料电池温度设定值Tsp进行速率限制。因此，在这种情况下，基于增加后的燃料电池温度反馈和限速后的燃料电池温度设定值来生成空气流量指令Qcmd。
在步骤B517中，基于空气流量指令Qcmd控制燃料电池系统100的鼓风机4。
本发明的温度控制方法使用正常控制器23和内模控制器24可以提高燃料电池系统100的可靠性和耐久性，并且本发明的温度控制方法可以通过自动地维持燃料电池温度而提高工作效率且节省操作人员的工作时间。
虽然根据本发明的具体实施方式的温度控制方法的步骤被示出为功能块，但是在图7和图8中所示的各个功能块的顺序和各个功能块之间的动作的分离并不意图是限制性的。例如，可以以不同的顺序来执行各个功能块，并且，与一个功能块相关联的动作可以与一个或者多个其它功能块相结合或者可以被细分成多个功能块。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (22)

1.一种用于燃料电池系统的温度控制系统，其包括：
状态检测器，其用于基于从提供给所述燃料电池系统的空气流量到所述燃料电池系统的燃料电池温度的动态传递函数来确定所述燃料电池系统是否处于泄露状态；
控制选择器，其用于基于确定的结果来选择在正常控制器和内模控制器之间切换；
所述正常控制器，其用于控制不处于泄漏状态下所述燃料电池系统的空气流量以控制所述燃料电池温度；及
所述内模控制器，其用于控制处于泄漏状态下所述燃料电池系统的空气流量以控制所述燃料电池温度。
2.如权利要求1所述的温度控制系统，其中，所述动态传递函数被表达如下：
其中，ft表示所述动态传递函数，s表示拉普拉斯算子，K表示一个系数并且与所述空气流量和所述燃料电池温度相关，以及t1和t2表示时间常数。
3.如权利要求2所述的温度控制系统，其中，当所述系数K大于零时，则所述状态检测器确定所述燃料电池系统发生指示交叉泄漏的逆响应，并确定所述燃料电池系统处于所述泄漏状态；当所述系数K等于零或小于零时，则所述状态检测器确定没有逆响应发生，并确定所述燃料电池系统处于正常状态。
4.如权利要求3所述的温度控制系统，其中，所述内模控制器包括补偿器，所述补偿器用于补偿所述燃料电池系统的所述逆响应以增加所述燃料电池系统的稳定性。
5.如权利要求4所述的温度控制系统，其中，所述补偿器具有以下补偿函数：
其中，fc表示所述补偿函数，以及λ表示补偿系数。
6.如权利要求5所述的温度控制系统，其中，所述补偿器是史密斯预估补偿器，并且，所述补偿系数λ＝2K。
7.如权利要求4所述的温度控制系统，其中，所述内模控制器包括PID控制器，并且，所述PID控制器的增益基于所述动态传递函数是可调整的，所述PID控制器的输出被反馈到所述补偿器的输入，且所述补偿器的输出被前馈到所述PID控制器的输入。
8.如权利要求7所述的温度控制系统，其中，所述正常控制器包括PID控制器，所述正常控制器的PID控制器具有比所述内模控制器的PID控制器更小的增益。
9.如权利要求7所述的温度控制系统，其中，所述内模控制器还包括前馈控制器，所述前馈控制器用于接收来自所述燃料电池系统的功率输出、燃料流量和循环比中的至少一个的前馈信号，并且，基于所述前馈信号生成空气流量补偿量，所述空气流量补偿量被增加到所述PID控制器的所述输出中。
10.如权利要求1所述的温度控制系统，其中，所述内模控制器还包括用于燃料电池温度设定值的限速器。
11.如权利要求1所述的温度控制系统，其还包括：
无扰切换单元，其用于确保在所述正常控制器和所述内模控制器之间切换的期间在生成的空气流量指令中没有波动。
12.如权利要求1所述的温度控制系统，其中，所述燃料电池温度包括所述燃料电池系统中燃料电池堆的阳极出口处的温度、所述燃料电池系统中燃料电池片的温度、所述燃料电池堆的底板或顶板的温度、以及所述燃料电池堆的阳极气体通道中的温度。
13.一种用于燃料电池系统的温度控制方法，其包括：
基于从提供给所述燃料电池系统的空气流量到所述燃料电池系统的燃料电池温度的动态传递函数来确定所述燃料电池系统是否处于泄露状态；
基于确定的结果来选择在正常控制器和内模控制器之间切换；
当所述燃料电池系统处于所述泄漏状态时，则由所述内模控制器来控制所述燃料电池系统的空气流量以控制所述燃料电池温度；及
当所述燃料电池系统不处于所述泄漏状态时，则由所述正常控制器来控制所述燃料电池系统的空气流量以控制所述燃料电池温度。
14.如权利要求13所述的温度控制方法，其还包括：
接收所述燃料电池系统的空气流量反馈和燃料电池温度反馈；及
基于所述空气流量反馈和所述燃料电池温度反馈生成所述动态传递函数，其中，所述动态传递函数被表达如下：
其中，ft表示所述动态传递函数，s表示拉普拉斯算子，K表示一个系数并且与所述空气流量和所述燃料电池温度相关，以及t1和t2表示时间常数。
15.如权利要求14所述的温度控制方法，其中，基于所述动态传递函数来确定所述燃料电池系统是否处于泄露状态包括：
当所述系数K大于零时，确定所述燃料电池系统发生指示交叉泄漏的逆响应，并确定所述燃料电池系统处于所述泄漏状态；及
当所述系数K等于零或小于零时，确定没有逆响应发生，并确定所述燃料电池系统处于正常状态。
16.如权利要求13所述的温度控制方法，其中，所述内模控制器包括PID控制器和补偿器，由所述内模控制器控制所述空气流量包括：
由所述补偿器对所述PID控制器的输出进行补偿以生成温度补偿量；
将所述温度补偿量增加到所述燃料电池系统的燃料电池温度反馈中；
基于增加后的燃料电池温度反馈和燃料电池温度设定值生成所述燃料电池系统的空气流量指令；及
基于所述空气流量指令控制所述燃料电池系统的鼓风机。
17.如权利要求16所述的温度控制方法，其还包括：
接收来自所述燃料电池系统的功率输出、燃料流量和循环比中的至少一个的前馈信号；
基于所述前馈信号生成空气流量补偿量；及
将所述空气流量补偿量增加到所述PID控制器的所述输出中。
18.如权利要求16所述的温度控制方法，其还包括：
对所述燃料电池温度设定值执行速率限制，其中，所述空气流量指令是基于所述增加后的燃料电池温度反馈和限速后的燃料电池温度设定值而生成的。
19.如权利要求16所述的温度控制方法，其中，补偿所述PID控制器的所述输出包括：
将所述PID控制器的所述输出乘以所述补偿器的补偿函数以生成所述温度补偿量，其中，所述补偿函数被表达如下：
其中，fc表示所述补偿函数，以及λ表示补偿系数。
20.如权利要求13所述的温度控制方法，其还包括：
在所述正常控制器和所述内模控制器之间执行无扰切换。
21.一种燃料电池系统，其包括：
燃料电池堆，其用于生成电力并具有阳极和阴极；
燃料调节器，其用于调节提供给所述阳极的燃料的燃料流量；
鼓风机，其用于调节提供给所述阴极的空气的空气流量；
空气流量计，其用于测量所述空气流量；
温度传感器，其用于测量燃料电池温度；及
如权利要求1-12中任一项所述的温度控制系统。
22.如权利要求21所述的燃料电池系统，其还包括：
燃料重整器，其用于接收所述燃料及来自所述阳极的阳极出口的尾气并产生重整气，其中，所述重整气的至少一部分被返回到所述阳极的阳极入口。
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