通过估计水量的燃料电池控制方法和装置与流程

相关申请的引证

本申请要求于2016年3月15日提交的韩国专利申请第10-2016-0030825号的权益，其全部内容通过引证结合于此。

本发明涉及燃料电池车辆，并且更具体地，涉及通过估计燃料电池系统内的水量来增加燃料电池系统的输出效率的方法和装置。

背景技术：

燃料电池系统是在燃料电池堆内将燃料的化学能直接转换为电能的一类发电系统。使用这种燃料电池系统的燃料电池车辆具有诸如减少废气和提高燃料效率的优点，但是考虑到燃料电池系统的缺点，诸如产生水和电力性能方面，采用具有电力存储单元(即与燃料电池不同的另外的能量储存设备)的燃料电池混合系统。除了燃料电池作为主要动力源之外，燃料电池混合动力车辆还会配备有电力存储单元，即高压电池或者超级电容器(超级电容)作为用于提供驱动电动机所必需的动力的单独的动力源。

安装在燃料电池混合动力车辆中的燃料电池系统包括：燃料电池堆，生成电能；氢供应设备，向燃料电池堆供应氢作为燃料；空气(氧)供应设备，向燃料电池堆供应空气中的氧作为电化学反应必需的氧化剂；热管理系统(tms)，将燃料电池堆反应的热量排放到系统的外部，控制燃料电池堆的驱动温度并且执行水管理功能；以及燃料电池系统控制器，控制燃料电池系统的全部操作。通过这种配置，燃料电池系统通过用作燃料的氢与空气中的氧之间的反应生成电，并且将热量和水作为反应的副产物排出。

质子交换膜燃料电池或者聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)已被确定为具有最高的电力密度的一类燃料电池供在车辆中使用，并且由于pemfc低操作温度，其具有短的起动时间和短的电力变换反应时间。

安装在pemfc中的燃料电池堆包括膜电极组件(mea)，其中，发生电化学反应的电极/催化剂层附接到聚合物电解质膜的两个表面，氢离子向聚合物电解质膜移动；气体扩散层(gdl)，用来将反应气体均匀分布并且传输生成的电，垫片和夹钳保持反应气体和冷却水的气密性以及适当的夹紧压力；以及双极板，使反应气体和冷却水移动，并且当供应了氢和氧(空气)时，通过燃料电池反应生成电流。

在燃料电池堆中，将氢供应给阳极(称为“燃料电极”)，并且将氧(空气)供应给阴极(称为“空气电极”或者“氧电极”)。

供应给阳极的氢被形成在电解质膜的两个表面上的电极层的催化剂分离为质子(h+)和电子(e-)，并且仅质子(h+)穿过电解质膜(即阳离子交换膜)并且传输到阴极，并且同时，电子(e-)通过由导体形成的gdl和双极板传输到阴极。

具体地，在阴极中，通过电解质膜供应给阴极的质子(h+)和通过双极板传输到阴极的电子(e-)遇到通过空气供应设备供应给阴极的空气中的氧，因此产生水。

根据质子(h+)的运动生成了电子(e-)穿过外部线的流动，并且这种电子(e-)的流动生成电流。此外，在水产生反应期间，附带地生成热量。

将描述在pemfc的电极的反应如下。

[阳极处的反应]2h2→4h⁺+4e^-

[阴极处的反应]o2+4h⁺+4e^-→2h2o

[整体反应]2h2+o2→2h2o+电能+热能

在以上反应中，质子(h+)应该穿过聚合物膜，质子(h+)的膜渗透性通过含水量的函数(function)确定，随着反应进行，产生水并且使反应气体和膜湿润。

如果反应气体是干燥的，通过反应产生的全部的水用于使空气湿润，并且因此聚合物膜变干。因此，为了适当地驱动燃料电池，聚合物膜应该保持湿润。其原因是质子(h⁺)的膜渗透性由膜内包含的水的函数确定。

另一方面，如果膜过度湿润，气体扩散层(在下文中称为“gdl”)的气孔被阻塞并且反应气体不能接触催化剂。结果，保持膜内合适的水量非常重要。

因此，为了提高硫化的含氟聚合物膜用来在聚合物电解质膜燃料电池中执行交换质子(h⁺)的功能的性能，该膜应该包含合适的水量。

虽然燃料电池接收大气中的空气而不是纯氧作为氧化剂，但是大气中的空气一般没有足够湿润到使膜彻底湿润。因此，在向燃料电池供应大气中的空气之前，必须使空气充分湿润，以便平稳地操作燃料电池。

由于这些特点，必须向燃料电池供应包含合适量的水的空气，并且在许多燃料电池车辆中，将通过加湿系统加湿的空气供应给堆。此外，在燃料电池车辆中使用的加湿器是无源类型的，其通过从堆中的化学反应产生的水(蒸气)持续地进行加湿。

然而，在车辆的一般驱动和在恒定电流模式两者期间，在加湿器内可能出现过量的水(即所产生的水)，恒定电流模式被称为有利于加湿的模式(驱动模式，其中燃料电池的输出电流被固定到恒定值)。

在加湿器中过量的水的积聚可能引起问题，诸如降低加湿效率、在车辆驱动期间电池电压突然下降、由于冬天加湿器内的水冻结而阻塞到堆的空气流路径以及对加湿器的物理损害。

因此，需要有效控制燃料电池系统的方法，其中通过解决加湿器内过量的水的积聚同时保持燃料电池堆的空气的适当的湿度来防止上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种通过估计水量的燃料电池控制方法和装置，其中通过估计在燃料电池系统的加湿器内的水量并且适当使用或者去除过度积聚的水，而有效控制燃料电池系统。

本发明的另外的优点、目标和特征将在以下描述中部分阐述，并且对于本领域的普通技术人员来说，部分经以下的分析将变得明显或者可以从本发明的实践中了解到。本发明的目标和其他优点可以通过书面描述及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。

为实现这些目的和其他优点，并且根据本发明的目的，如本文中所体现和所概括描述的，一种燃料电池控制装置包括：使用在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极处的水的排放量，计算加湿器中的水量；使用车辆的状态信息判断车辆是否处于驱动状态；在判断出车辆处于驱动状态中时判断燃料电池堆中空气的湿度，如果燃料电池堆中空气的湿度满足第一条件，当加湿器内的水量大于第一阈值并且第二条件被满足时，将鼓风机的rpm从第一rpm增加到第二rpm并且激活鼓风机，并且如果燃料电池堆中的空气的湿度不满足第一条件，当加湿器内的水量大于第二阈值时，激活加湿器中的加热器，其中，第一rpm基于空气化学计量比(sr)而变化。

如果燃料电池堆中空气的湿度高于阈值湿度，那么第一条件可被满足。

如果车辆被制动，那么第二条件可被满足。

燃料电池控制方法还可以包括：在判断出车辆不处于驱动状态中时，当加湿器内的水量大于第一阈值时，将鼓风机的rpm从第一rpm增加到第二rpm并且激活鼓风机。

使用在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极处的水的排放量计算加湿器内的水量可以包括：使用燃料电池堆的电流量和燃料电池堆中的化学反应时间计算阴极处的水的产生量。

使用在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量和在阳极处的水的排放量计算加湿器内的水量可以包括：使用燃料电池堆的温度和排放空气的流速计算饱和水蒸汽的排放量，并且排放空气的流速可以使用鼓风机的rpm和空气压力调节阀的开度角来计算。

使用在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极处的水的排放量计算加湿器内的水量还可以包括：使用取决于燃料电池堆的温度和排放空气的流速的饱和水蒸汽分布的图，来计算饱和水蒸汽的量，并且使用取决于鼓风机的rpm和空气压力调节阀的开度角的排放空气的流速的图，来计算排放空气的流速。

使用在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极处的水的排放量计算加湿器内的水量还可以包括：基于水排放量修正因子计算饱和水蒸汽的排放量，水排放量修正因子基于车辆的坡度(gradient)。

使用在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极处的水的排放量计算加湿器内的水量可以包括：使用排水阀的操作数量、排水阀的操作时间以及排放压力计算在阳极处的水的排放量。

使用排水阀的操作数量、排水阀的操作时间以及排放压力计算在阳极处的水的排放量还可以包括：使用取决于排水阀的操作数量、排水阀的操作时间以及排放压力的在阳极处的水的排放量的图，计算在阳极处的水的排放量。

在本发明的另一方面中，提供了一种计算机可读记录介质来记录程序，以执行上述燃料电池控制方法。

在本发明的又一个方面中，一种燃料电池控制装置包括：通信单元，被配置为接收有关燃料电池堆的信息和车辆的状态信息；存储器，被配置为存储从通信单元接收的信息；以及控制器，被配置为使用在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极处的水的排放量，计算加湿器内的水量，如果车辆处于驱动状态则判断燃料电池堆中的空气的湿度，以及如果燃料电池堆中的空气的湿度满足第一条件，当加湿器内的水量大于第一阈值并且第二条件被满足时，将鼓风机的rpm从第一rpm增加到第二rpm并且激活鼓风机，或者如果燃料电池堆中的空气的湿度不满足第一条件，当加湿器中的水量大于第二阈值时，激活加湿器内的加热器，其中，第一rpm基于空气化学计量比(sr)而变化。

如果燃料电池堆中的空气的湿度高于阈值湿度，控制器可以判断出满足了第一条件。

如果车辆制动，控制器可以判断出满足了第二条件。

如果车辆不处于驱动状态，当加湿器内的水量大于第一阈值时，控制器可以将鼓风机的rpm从第一rpm增加到第二rpm并且激活鼓风机。

控制器可以使用燃料电池堆的电流量和燃料电池堆中的化学反应时间计算在阴极处的水的产生量。

控制器可以使用燃料电池堆的温度和排放空气的流速计算饱和水蒸汽的排放量，并且使用鼓风机的rpm和空气压力调节阀的开度角计算排放空气的流速。

控制器可以使用取决于燃料电池堆的温度和排放空气的流速的饱和水蒸汽分布的图，来计算饱和水蒸汽的量，并且使用取决于鼓风机的rpm和空气压力调节阀的开度角的排放空气的流速的图，计算排放空气的流速。

控制器可以基于水排放量修正因子计算饱和水蒸汽的排放量，水排放量修正因子基于车辆的坡度。

控制器可以使用排水阀的操作数量、排水阀的操作时间以及排放压力计算在阳极处的水的排放量。

控制器可以根据排水阀的操作数量、排水阀的操作时间以及排放压力，使用在阳极处的水的排放量的图计算在阳极的水的排放量。

应当理解，本发明以上的总体描述和以下的详细描述都是示例性的和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步说明。

附图说明

为提供对本发明的进一步理解而包括并且并入本申请中且构成本申请的一部分的附图，示出本发明的一个或多个实施方式，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出在常规的燃料电池系统中，在各情况下由加湿器内过度积聚的水引起的溢流的示图；

图2是示出由于图1的常规的燃料电池系统中发生溢流而导致的电池电压突然下降的示图；

图3是示出根据本发明的示例性实施方式的通过估计水量的燃料电池控制方法的流程图；

图4是与图3相比，更详细地示出根据本发明的示例性实施方式的通过估计水量的燃料电池控制方法的流程图；

图5是示出根据本发明的示例性实施方式估计加湿器内的水量的方法的示图；以及

图6是示出根据本发明的示例性实施方式的燃料电池控制装置的框图。

具体实施方式

应理解，如本文中使用的术语“车辆”或者“车辆的”或者其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆、包括各种船只和舰船的船舶、航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其他可替代燃料车辆(例如来源于除石油以外的资源的燃料)。作为本文中所指代的混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动的车辆。

本文使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，并不旨在限制本发明。除非上下文另外明确指示，否则如本文中所使用的单数形式“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”旨在也包括复数形式。应进一步理解，当在本说明书中使用术语“包含(comprises)”和/或“包括(comprising)”时，指定述及的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任何和所有的组合。贯穿本说明书，除非明确描述为相反，否则词语“包含(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或“包括(comprising)”的变形应被理解为暗示包括所述及的元件，但并不排除还包括任何其他元件。此外，在说明书中描述的术语“单元(unit)”、“…器(-er)”、“…装置(-or)”或者“模块(module)”意指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以通过硬件组件或软件组件及其组合来实现。

进一步，本发明的控制逻辑可被体现为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读介质还可以分布在耦接网络的计算机系统中，使得以分布形式(例如，通过远程信息处理服务器或者控制器局域网(can))存储并执行计算机可读介质。

本发明提供了一种方法和装置，其在适当保持燃料电池堆中的空气的湿度的同时计算在燃料电池系统内的加湿器中积聚的水量，并且因此使用或去除在燃料电池反应中所产生的水量，以便增加燃料电池系统的发电效率。

在本发明的详细描述之前，将参考图1和图2描述在常规的燃料电池系统中由积聚的水所引起的问题，并且然后，将参考图3到图6描述根据本发明的示例性实施方式的通过估计水量的燃料电池的控制方法和装置。

图1是示出在常规的燃料电池系统中在各情况下由加湿器内过度积聚的水引起的溢流的示图，并且图2是示出由于图1的常规的燃料电池系统中的溢流而导致的电池电压突然下降的示图。

参考图1，燃料电池系统可以包括连接到堆的加湿器100和鼓风机。鼓风机用于将空气供应到堆中，并且由安装在鼓风机和堆之间的加湿器适当地调节供应给堆的空气的湿度。

鼓风机可以根据氢与氧的气体比率改变每分钟转数(rpm)，并且因此改变供应到阴极的空气的量，以便在燃料电池中适当地产生电化学反应。就是说，鼓风机的rpm根据取决于给定情况下的空气的化学计量比(sr)，连续适当地增加和减少。

根据本发明，加湿器是无源型加湿器，其将在壳程(shellside，壳侧)中积聚的水蒸发到空气中，并且将由蒸气加湿的空气提供给堆。

在图1的操作s110中，在燃料电池堆的阴极处通过氢与氧之间的电化学反应所产生的水，在加湿器的壳程处积聚。

在一般驱动状态和被称为是有利于加湿的状态的恒定电流状态(没有突然加速的驱动状态)两种状态下，会出现过量的产生的水的积聚。

在图1的操作s120中，在具有燃料电池系统的燃料电池车辆停止达指定的时间之后，管程从加湿器的壳程吸收水。

此后，在图1的操作s130中，如果鼓风机向堆供应空气，那么可以将管程处的水引入到堆中。

就是说，在图1的操作s130中，会发生以下溢流，其中在加湿器中所产生的水过度积聚而没有去除的条件下，壳程处的水被用作朝向堆的空气流路径的管程吸收，并且因此当鼓风机运行时，水被引入到堆中。

参考图2，由溢流引起的代表性问题之一是电池电压突然下降。

电池电压突然下降是指多个单元电池中的一些的电力输出突然下降，并且这种电池电压突然下降是由鼓风机运行时水引入到堆中所导致。

就是说，在没有突然加速地驱动较长时间(2-4小时)之后，加湿器的壳程处积聚的所产生的水被管程吸收达指定时间，并且此后，如果在驱动的初始阶段，管程处积聚和收集的水被暂时引入到堆中，那么在鼓风机运行时在电池处发生溢流，从而可能发生突然的电流限制。这种溢流会降低车辆驱动性能，并且对堆耐久性产生不良影响。

此外，在寒冷天气(例如冬天状况)下，当由管程吸收的壳程处的水在加湿器内冻结时，由于体积膨胀，中空纤维膜可能变形，并且用作朝向堆的空气流路径的管程可能由于水的冻结而关闭，从而妨碍将空气引入到燃料电池堆中，并且降低输出效率。

在常规的燃料电池系统中，考虑在加湿器中积聚的水(所产生的水)的技术尚未已知，但是使用了以下冷停堆(coldshutdown)(csd)技术，其中当在冬天车辆的起动关闭时，鼓风机运行为以特定rpm鼓吹空气达指定时间以上，以防止堆中的水(剩余的水)冻结(以确保冷起动增强)。

然而，当应用csd技术时，在所产生的水的排放量之中，在堆中的水仅占小于10％，并且在加湿器中积聚的水占90％或更多。此外，为了减少由鼓风机引起的噪声，正在考虑避免采用csd技术的措施，但是除非克服了在加湿器中所产生的水的冻结，否则没有其他方式。此外，在堆中的水量的积聚趋势和在加湿器中的水量的积聚趋势是不同的，并且由于应用基于堆中的水量的常规csd技术，因而在冬天加湿器中的水冻结的可能性依然存在。

因此，本发明提供了通过估计水量的燃料电池控制方法和装置，其中估计在加湿器中的水量而不是在堆中的水量，并且根据估计的加湿器中的水量，使用由燃料电池的电化学反应所产生的水通过加热器来调节供应到堆的空气的湿度，或者通过高rpm的鼓风机去除过度积聚的水。

图3是示出根据本发明的示例性实施方式的通过估计水量的燃料电池控制方法的流程图。

燃料电池控制装置使用在燃料电池的阴极处水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极的水的排放量，计算加湿器中的水量(操作s310)。

加湿器中的水量可以通过在燃料电池的阴极的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极的水的排放量确定。

在阴极，透过电解质膜供应的质子和通过双极板传输的电子遇到由鼓风机供应到阴极的空气中的氧，并且因此产生水。因此，在计算加湿器中的水量时，考虑在阴极处水的产生量。

饱和水蒸汽的排放量被认为是从加湿器的水量中排出的水量。

在阳极的水的排放量用于考虑在阴极产生、透过电解质膜移动到阳极、然后从阳极排放的水。从阳极排放的水可以通过排水管存储在脱水器中，并且通过排水阀排放。

下面将参考图5描述计算加湿器中的水量的方法。

燃料电池控制装置使用车辆的状态信息判断燃料电池车辆是否处于驱动状态(操作s320)。

如果车辆没有处于驱动状态，当加湿器中的水量为使用cds时的指定量或更多时，可以增加鼓风机的rpm以将水排放到外部。

然而，本发明的主要目的是操作加湿器中的加热器或者鼓风机，以便即使车辆在驱动中，也防止由于加湿器中的水量而使得生成的电池电压突然下降，同时适当地调节燃料电池堆中的空气的湿度。

如果车辆处于驱动状态，燃料电池控制装置判断燃料电池堆中的空气的湿度(操作s330)。

在堆中发生电化学反应中，质子应该穿过聚合物膜，质子的膜渗透性由含水量的函数确定，并且为了适当地驱动燃料电池，聚合物膜应该保持湿润。

如果反应气体是干燥的，由反应产生的全部水量用于使空气湿润，并且因此聚合物膜变干。相反，如果膜过度湿润，气体扩散层的气孔(在下文中称为“gdl”)被阻塞，并且反应气体不能接触催化剂。因此，保持膜的适当的含水量是非常重要的。

作为判断燃料电池堆中的空气的湿度的结果，如果在燃料电池堆中的合适的湿度没有保持的情况下(在干燥状态下)，加湿器中的水量大，那么由加热器蒸发加湿器中的水；并且如果在燃料电池堆中的合适的湿度被保持的情况下，加湿器中的水量大，那么由高rpm的鼓风机将水排放到外部，从而保持合适的湿度。

如果燃料电池堆中的空气的湿度满足第一条件，当加湿器中的水量大于第一阈值并且满足一个或多个第二条件时，燃料电池控制装置增加鼓风机的rpm并且然后激活(activate)鼓风机(操作s340)。

可以基于阈值湿度判断第一条件(即，燃料电池堆中的空气是否是干燥的，以及燃料电池堆中的空气是干燥的还是湿润的)。如果燃料电池堆中的空气不干燥，那么可以满足第一条件。

当车辆制动时可以满足一个或多个第二条件(例如车辆是否制动)，从而利用来自制动的再生制动能量增加鼓风机的rpm。

如果燃料电池堆中的空气具有合适的湿度，那么可以满足第一条件，并且如果满足第一条件且加湿器中的水量大于第一阈值，那么判断出积聚的水量大，将鼓风机的rpm从第一rpm增加到第二rpm并且然后激活鼓风机，并且因此将积聚的水排放到外部。

在此，第一rpm是基于空气sr、车辆速度等的鼓风机的rpm，以便适当激活燃料电池堆中发生的电化学反应，并且第二rpm是比第一rpm更高的rpm，以便将加湿器中的水排放到外部。

在此，如果车辆制动，那么可以满足第二条件，并且可以使用当车辆制动时产生的再生制动能量，以从第一rpm升高的第二rpm激活鼓风机。

燃料电池控制装置可以使用车辆的状态信息判断车辆是否制动。车辆的状态信息可以包括车辆的速度信息和变速箱信息等。然而，燃料电池控制装置可不判断车辆是否制动，而是可以从外部装置接收车辆是否制动的信息。

如果燃料电池堆中的空气的湿度不满足第一条件，当加湿器中的水量大于第二阈值时，燃料电池控制装置激活加湿器的内部加热器(操作s350)。

如果燃料电池堆中的空气是干燥的并且因此不满足第一条件，并且判断出加湿器中的水过度积聚，那么燃料电池控制装置激活加湿器中的加热器，并且因此引起加湿器中的水的蒸汽。

图4是更详细地示出根据本发明的示例性实施方式的通过估计水量的燃料电池控制方法的流程图。

参考图4，燃料电池控制装置估计加湿器中的水(所产生的水)量(操作s410)。如上参考图3所述，燃料电池控制装置使用在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极处的水的排放量，计算加湿器中的水量。

燃料电池控制装置使用燃料电池车辆的状态信息判断车辆是处于驱动状态还是停车状态(操作s420)。

如果车辆处于停车状态，可以应用csd技术，其中激活鼓风机以防止燃料电池堆中的水冻结。此外，判断车辆是否处于驱动状态，以即使在与车辆的停车状态区别(separately)的车辆的驱动状态下，通过激活鼓风机或者加湿器中的加热器，使用或者去除加湿器中过度积聚的水。

如果车辆没有处于驱动状态(操作s420中的否)，燃料电池控制装置判断加湿器中的水量是否大于第一阈值(操作s421)。

如果在车辆的停车状态下，加湿器中的水量大于第一阈值，那么在加湿器的壳程积聚的水被管程吸收，并且因此当车辆起动时可能发生电池电压突然下降，并且因此，燃料电池控制装置将鼓风机的rpm从第一rpm增加到第二rpm并且以第二rpm激活鼓风机，以将加湿器中的水排放到外部(操作s422)。

车辆的状态信息可以包括车辆的速度信息和变速器信息等，并且燃料电池控制装置可以基于状态信息判断车辆是处于驱动状态还是处于停车状态。

如果车辆处于驱动状态，那么燃料电池控制装置判断燃料电池堆中的空气的湿度是否满足第一条件(操作s430)。

燃料电池堆中的空气应该保持允许燃料电池中适当的电化学反应的湿度。因此，燃料电池控制装置可以通过判断燃料电池堆中的空气的湿度是否高于阈值湿度，判断燃料电池堆中的空气是干燥的还是湿润的。

此外，安装在燃料电池系统中的堆诊断器可以判断堆中的空气是否是干燥的/湿润的，并且将判断的结果传输到燃料电池控制装置。

如果堆中的空气的湿度低于阈值湿度并且因此满足第一条件(s430的操作中的是)，那么燃料电池控制装置判断出堆中的空气是干燥的，并且判断加湿器中的水量是否大于第二阈值(操作s431)。如果加湿器中的水量大于第二阈值(操作s431中的是)，那么燃料电池控制装置可以激活加湿器中的加热器以便引起加湿器中的水的蒸发，由蒸发而降低加湿器中的水量并且增加堆中的空气的湿度(操作s432)。

如果堆中的空气的湿度高于阈值湿度并且因此不满足第一条件(s430中的否)，那么燃料电池控制装置可以判断出堆中的空气具有适当的湿度来激活(活化)堆中的电化学反应。

如果堆中的空气的湿度不满足第一条件并且加湿器中的水量大于第一阈值(操作s440中的是)，那么燃料电池控制装置可以增加鼓风机的rpm并且然后激活鼓风机，以便将加湿器中的水排放到外部(操作s442)。

在此，燃料电池控制装置可以判断车辆是否处于制动状态(操作s441中的是)，并且使用制动状态下生成的再生制动能量将鼓风机的rpm从第一rpm增加到第二rpm(操作s442)。

图5是示出根据本发明的示例性实施方式的估计在加湿器内的水量的方法的示图。

参考图5，用于估计加湿器中的水量的因子包括：在燃料电池的阴极处的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极处的水的排放量。

在阴极的水的产生量可以通过燃料电池堆的电流量(i)和化学反应时间确定。

由化学反应在阴极的水的产生量(waterproduction_cathode，wprd)可以由以下等式1计算(操作s510)。

[等式1]

例如，如果电池的数量是434，燃料电池堆的电流量(i)是100a，根据堆和加湿器的形状的修正因子(α)是0.75，并且化学反应时间是1s，那么基于等式1可以产生3g的水。

在阳极的水的排放量可以通过排水阀的操作数量、排放压力以及排放时间确定(操作s520)。

在阳极的水的排放量用于考虑在阴极产生、透过电解质膜移动到阳极并且然后从阳极排放的水。从阳极排放的水可以由排水管存储在脱水器中，并且通过排水阀排放。

排水管可以用于汲取从阳极排放的水并且将水存储在脱水器中，并且根据排水阀的操作数量、阀的操作时间以及排放压力，可以增加在阳极的水的排放量。

根据示例性实施方式，燃料电池控制装置可以使用取决于操作s520的排水阀的操作数量、阀的操作时间以及排放压力的在阳极处的水的排放量图，计算在阳极的水的排放量。

在阳极的水的排放量图可以存储在燃料电池控制装置的存储器中，并且可以使用在阳极的水的排放量图检测每排水管从阳极排放到加湿器的水量。

饱和水蒸汽的排放量可以通过燃料电池堆的温度和排放空气的流速确定(操作s530)。

饱和水蒸汽的排放量可以被认为是从加湿器的水量中排放出的水量。

有关燃料电池堆的温度的信息可以从温度传感器接收，并且排放空气的流速可以使用鼓风机的rpm和空气压力调节阀的开度角计算(操作s540)。

燃料电池控制装置可以使用取决于操作s530的燃料电池堆的温度和排放空气的流速的饱和水蒸汽(即饱和水蒸汽的量)的分布的图，来计算饱和水蒸汽的量。

此外，燃料电池控制装置可以使用取决于操作s540的鼓风机的rpm和空气压力调节阀的开度角的排放空气的流速的图，来计算排放空气的流速。

饱和水蒸汽的排放量可以根据基于车辆的坡度(gradient，梯度)的水排放量修正因子来计算(操作s550)。

这样做的原因是，通过鼓风机排放到外部的水量根据坡度而变化，并且用于测量坡度的g传感器可以是陀螺仪传感器。

图6是示出根据本发明的示例性实施方式的燃料电池控制装置600的框图。

参考图6，燃料电池控制装置600可以包括通信单元610、控制器620以及存储器630。

图6中示出的元件不是必要的，并且燃料电池控制装置600可以包括更多数量的元件或者更少数量的元件。

在下文中，将详细描述上述元件。

通信单元610接收有关燃料电池堆的信息以计算加湿器中的水量，并且接收车辆的状态信息以判断车辆的驱动状态。

根据示例性实施方式，通信单元610从多个传感器接收对于燃料电池控制装置计算加湿器中的水量必要的信息，并且传输控制加湿器中的加热器和鼓风机的激活的控制信号。

控制器620可以执行数据处理和计算，以控制燃料电池控制装置600的全部操作。

根据示例性实施方式，控制器620使用在燃料电池的阴极的水的产生量、饱和水蒸汽的排放量以及在阳极的水的排放量，计算加湿器中的水量，如果车辆处于驱动状态那么判断燃料电池堆中的空气的湿度，并且如果燃料电池堆中的空气的湿度满足第一条件，当加湿器中的水量大于第一阈值并且满足第二条件时，将鼓风机的rpm从第一rpm增加到第二rpm并且然后激活鼓风机，或者如果燃料电池堆中的空气的湿度不满足第一条件，当加湿器中的水量大于第二阈值时，激活加湿器中的加热器。

存储器630是存储指定的程序代码的一般空间和/或存储区域，当由程序代码执行操作时，程序代码控制燃料电池控制装置600的全部操作和数据输入/输出。存储器630被设置为电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、闪存(fm)或者硬盘驱动器。

根据本发明的示例性实施方式，存储器630存储车辆的状态信息，和用来计算加湿器中的水量的水在阳极的排放量图、饱和水蒸汽量图以及排放空气的流速的图。

根据上述实施方式的方法可以实现为计算机可执行程序并且存储在计算机可读记录介质中。计算机可读记录介质可以是rom、ram、cd-rom、磁带、软盘、光学数据存储设备等中的之一。此外，计算机可读记录介质可以以载波(例如在互联网上传输)的形式实现。

计算机可读记录介质可以分布为由网络连接的计算机系统，并且以分布方式作为计算机可读的代码进行存储和执行。此外，实现上述方法的功能程序、代码以及代码片段可以很容易地由各实施方式所属领域内的程序员演绎出。

作为根据以上描述显然的是，根据本发明的通过估计水量的燃料电池控制方法和装置具有如下效果。

第一，本发明的燃料电池控制方法和装置估计加湿器中的水量并且去除不必要的水(所产生的水)，因此防止在冬天的停车期间由于水冻结所导致的加湿器的空气流路径(管程)的关闭或者对加湿器的物理损害。

第二，本发明的燃料电池控制方法和装置去除过度积聚的水，因此防止在长时间停车之后在驱动车辆时，由于加湿器中的水所导致的溢流(在加湿器中过度积聚的水没有被去除，并且在壳程的水被吸收到加湿器的管程里，并且因此在鼓风期间水被引入到燃料电池堆里)。

第三，如果在驱动期间需要排放加湿器中的水，本发明的燃料电池控制方法和装置在制动时间增加鼓风机的rpm，以便最小化驱动中的噪声的生成和差异的感觉，并且特别使用再生制动能量，因此预期增强燃料效率。

第四，本发明的燃料电池控制方法和装置估计加湿器中的水量，判断安装在车辆中的燃料电池堆中的空气的湿度，并且如果判断出燃料电池堆中的空气不适合于燃料电池的反应(在干燥状态下)，那么使用加湿器中的加热器来防止由积聚的水(所产生的水)引起的燃料电池车辆的加湿效率的降低，从而增强燃料电池堆的性能和耐久性。

第五，本发明的燃料电池控制方法和装置使用安装在常规车辆中的传感器的信息、以及由逻辑获取的图和车辆测试的结果，估计加湿器中的水量，从而实现成本降低。

对于本领域内的技术人员将显然的是，可以对本发明作出各种修改和变化，而不背离本发明的精神或者范围。因此，倘若本发明的修改和变化在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明也旨在覆盖该修改和变化。