KR101910919B1 - 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 제어 방법은, 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계; 차량의 상태 정보를 이용하여 상기 차량이 주행 상태에 있는지 여부를 판단하는 단계; 상기 차량이 주행 상태에 있는 경우, 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하는 단계; 상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하는 경우, 상기 내부 수분량이 제1임계량 보다 크며 제2조건 만족 시 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키는 단계; 및 상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 제2임계량보다 크면 상기 가습기의 내부 히터를 활성화 하는 단계; 를 포함할 수 있다.

Description

수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법 및 장치{A fuel cell control method and apparatus by estimating the amount of water}
본 발명은 연료 전지 차량에 관한 것으로서, 상세하게 연료 전지 내부의 수분량을 추정하여 연료전지의 출력 효율을 높이는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
연료 전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 연료 전지 스택(stack) 내에서 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다. 이러한 연료 전지 시스템을 이용한 연료전지 차량은 배기가스 저감 및 연비 성능 향상 등의 장점이 있지만, 물 생성 문제 및 출력 성능 문제 등의 단점을 감안하여 연료전지와 다른 에너지 저장장치인 축전수단을 갖는 연료전지 하이브리드(hybrid) 시스템이 적용되고 있다. 연료전지 하이브리드 차량은 주동력원인 연료전지 외에 모터 구동에 필요한 파워를 제공하기 위한 별도 동력원으로 축전수단인 고전압 배터리(또는 슈퍼캐패시터(슈퍼캡))를 탑재할 수 있다.
이러한, 연료전지 하이브리드 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소 공급 장치, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기(산소)공급장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 배출하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열/물 관리계(Thermal Management System, TMS) 및 연료 전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료 전지 시스템 제어기를 포함하여 구성된다. 이러한 구성으로 연료 전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 발생시키고, 반응 부산물로 열과 물을 배출하게 된다.
차량용으로 가장 주목 받는 연료 전지 타입은 연료 전지 중 가장 높은 전력 밀도를 갖는 이온 교환막 연료 전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell 혹은 Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)이며, 이는 낮은 작동 온도로 인한 빠른 시동 시간과 빠른 전력 변환 반응 시간을 갖는 특징이 있다.
이온 교환막 연료 전지에 탑재되는 연료 전지 스택은 수소 이온이 이동하는 고분자 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기 화학 반응이 일어나는 전극/촉매층이 부착된 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA), 반응 기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응 기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성되며, 수소와 산소(공기)가 공급될 때 연료전지반응에 의해 전류를 생성한다.
연료 전지 스택에서 수소는 양극인 애노드(anode, '연료극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 음극인 캐소드(cathode, '공기극' 혹은 '산소극'이라고도 함)로 공급된다.
양극으로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온 교환막인 전해질막을 통과하여 음극으로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 음극으로 전달된다.
이때, 음극에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기 공급 장치에 의해 음극으로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응이 일어난다.
수소 이온의 이동에 따라 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생되며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다. 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.
이러한 이온교환막 연료 전지의 전극 반응을 반응식으로 나타내면 다음과 같다.
[연료극에서의 반응] 2H2 → 4H+ + 4e-
[공기극에서의 반응] O2 + 4H++ 4e-→ 2H2O
[전체반응] 2H2 + O2 → 2H2O + 전기에너지 + 열에너지
상기 반응에서 수소 이온은 고분자막을 통과해 지나가야만 하는데, 수소의 막 투과성은 물 함유량의 함수로 결정되고, 반응이 진행됨에 따라 물이 발생하여 반응 기체와 막을 가습하게 된다.
반응 기체가 건조한 경우에는 반응으로 생성된 물 전량이 공기를 가습하는데 쓰여 고분자막이 말라 버리며, 따라서, 연료 전지를 적절하게 가동하기 위해서는 고분자막이 습하게 유지되어야 한다. 왜냐하면 수소이온의 투과성은 막에 함유된 물의 함수로 결정되기 때문이다.
반대로, 막이 너무 젖어 있을 경우에는 기체확산층(이하, GDL이라 함)의 기공이 막히게 되어 반응기체가 촉매에 접촉하지 못하는 경우가 발생하며, 이러한 이유로 막의 물 함유량을 적절히 유지하는 것은 매우 중요하다.
따라서, 고체고분자연료전지 내 수소 이온의 교환 기능을 담당하는 전해질막 (Sulfonated fluoropolymer membrane)의 성능을 향상시키기 위해서는 전해질막 내부에 적절한 양의 수분을 함유하고 있어야 한다.
연료 전지는 산화제로서 순수 산소가 아닌 대기의 공기를 공급받지만, 일반적으로 대기의 공기 습도는 막을 젖어있게 하는데 충분히 습하지 않으므로, 연료 전지로 공급되기 전에 공기는 연료 전지의 원활한 작동을 위해서 충분히 가습되는 것이 바람직하다.
이러한 특성으로 인해 연료전지에는 적절한 수분을 함유한 공기를 공급할 필요가 있으며, 실제 많은 연료전지 차량에서 가습 시스템을 통해 가습된 공기를 스택으로 공급해 주고 있다. 또한 연료전지 차량에 사용되고 있는 가습기는 패시브형(Passive Type)으로 스택 내에서 화학반응으로 생성된 물(수증기)에 의해 계속 가습되는 방식이다.
그러나, 가습에 유리한 모드로 알려진 정전류 모드(연료전지의 출력 전류를 일정한 값으로 고정시켜 주행하는 모드)뿐만 아니라 일반적인 실제 도로 주행 중에도 가습기 내부 수분량(생성수)가 과다 누적되는 현상이 발생하였다.
과 누적된 가습기의 내부 수분은 가습 효율의 저하, 차량 주행 시 셀빠짐 현상 발생, 동절기 가습기 내부 수분의 결빙에 의한 스택으로의 공기 유로 폐쇄 및 가습기의 물리적 파손 등의 문제점을 발생시킬 수 있다.
따라서, 연료 전지 스택의 공기의 습도는 적절하게 유지시키면서 가습기 내부의 수분량의 과 누적 문제를 해결하여 상기 문제점들의 발생을 사전에 방지함으로써 연료전지시스템을 보다 효율적으로 제어하는 방법이 필요하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상세하게, 본 발명은 연료 전지 시스템에 포함되어 있는 가습기 내부의 수분량을 추정하고 과 누적된 수분을 적절히 활용 또는 제거함으로써 연료전지시스템을 보다 효율적으로 제어하는 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 제어 방법은, 연료 전지의 캐소드(cathode)측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드(anode)측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계; 차량의 상태 정보를 이용하여 상기 차량이 주행 상태에 있는지 여부를 판단하는 단계; 상기 차량이 주행 상태에 있는 경우, 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하는 단계; 상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하는 경우, 상기 내부 수분량이 제1임계량 보다 크며 제2조건 만족 시 공기 블로어(blower)를 제1RPM(Revolution Per Minute)에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키는 단계; 및 상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 제2임계량보다 크면 상기 가습기의 내부 히터를 활성화 하는 단계; 를 포함하며, 상기 제1RPM은 공기 SR(Stoichiometry Ratio)이 고려되어 변동될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1조건은 상기 내부 공기 습도가 임계 습도 보다 높으면 만족할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2조건은 상기 차량이 제동하면 만족할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 차량이 주행 상태에 있지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 상기 제1임계량 보다 크면 상기 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는, 상기 연료 전지 스택의 전류량 및 상기 연료 전지 내부의 화학 반응 시간을 이용하여 상기 캐소드측 수분 생성량을 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는, 상기 연료 전지 스택의 온도 및 배출 공기 유량을 이용하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하는 단계; 를 포함하며, 상기 배출 공기 유량은 상기 공기 블로어의 RPM과 공기 압력 조절 밸브의 개도(angle)를 이용하여 산출될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는, 상기 연료 전지 스택의 온도 및 상기 배출 공기 유량에 따른 포화 수증기량 맵(MAP)을 이용하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하는 단계; 및 상기 공기 블로어의 RPM 및 상기 공기 압력 조절 밸브의 개도에 따른 배출 공기 유량 맵(MAP)을 이용하여 상기 배출 공기 유량을 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는, 상기 포화 수증기 배출량은 상기 차량의 경사도에 의한 배출 수분량 보정 계수를 고려하여 산출되는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는, 드레인 밸브(drain valve) 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출하는 단계는, 상기 드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력에 따른 애노드측 수분 배출량 맵(MAP)을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명은 상기 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 제어 장치는, 연료 전지 스택에 대한 정보 및 차량의 상태 정보를 수신하는 통신부; 상기 통신부로부터 수신한 정보를 저장하는 메모리; 및 상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하고, 차량이 주행 상태에 있는 경우, 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하며, 상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하는 경우, 상기 내부 수분량이 제1임계량 보다 크며 제2조건 만족 시 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키거나, 상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 제2임계량보다 크면 상기 가습기의 내부 히터를 활성화 하는 제어부; 를 포함하며, 상기 제1RPM은 공기 SR(Stoichiometry Ratio)이 고려되어 변동될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 내부 공기 습도가 임계 습도 보다 높으면 상기 제1조건을 만족한다고 판단할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 차량이 제동하면 상기 제2조건을 만족한다고 판단할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 차량이 주행 상태에 있지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 상기 제1임계량 보다 크면 상기 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화 시킬 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 연료 전지 스택의 전류량 및 상기 연료 전지 내부의 화학 반응 시간을 이용하여 상기 캐소드측 수분 생성량을 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 연료 전지 스택의 온도 및 배출 공기 유량을 이용하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하며, 상기 공기 블로어의 RPM과 공기 압력 조절 밸브의 개도(angle)를 이용하여 상기 배출 공기 유량을 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 연료 전지 스택의 온도 및 상기 배출 공기 유량에 따른 포화 수증기량 맵(MAP)을 이용하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하며, 상기 공기 블로어의 RPM 및 상기 공기 압력 조절 밸브의 개도에 따른 배출 공기 유량 맵(MAP)을 이용하여 상기 배출 공기 유량을 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 차량의 경사도에 의한 배출 수분량 보정 계수를 고려하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력에 따른 애노드측 수분 배출량 맵(MAP)을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법 및 장치에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 가습기 내부 수분량을 추정하여 불필요한 수분(생성수)을 제거함으로써, 동절기 주차 시 수분의 결빙에 의한 가습기의 공기 유로 (Tube Side) 폐쇄 및 가습기가 물리적으로 파손되는 현상을 방지할 수 있다.
둘째, 본 발명은 과 누적된 수분을 제거함으로써, 차량이 장시간 주차된 이후 차량 주행 시 가습기 내부 수분에 의한 플러딩(flooding) 현상(가습기 내부에 과다 누적된 생성수가 제거되지 않은 채로 Shell Side의 물이 Tube Side로 흡수되어 블로잉 시 스택 내로 유입되어 발생)을 방지할 수 있다.
셋째, 본 발명은 운전 중 가습기 내부 수분 배출이 필요한 경우 제동 시점에서 공기 블로어의 RPM을 상향을 실시함으로써 소음 및 운전 이질감 발생을 최소화 할 수 있으며 특히 회생제동에너지를 이용함으로써 연비 향상 효과를 기대할 수 있다.
넷째, 본 발명은 가습기 내부 수분량을 추정하고 기존에 차량에 탑재된 스택의 내부 공기의 습도를 판단하여 스택 내부 공기가 연료 전지의 적절한 반응에 부적절한 환경(건조한 경우)이라고 판단되는 경우, 가습기 내부 히터(Heater)를 이용하여 누적된 수분(생성수)에 의한 연료전지차량의 가습 효율 저하를 방지하여 연료전지스택 성능 및 내구 향상의 효과가 있다.
다섯째, 본 발명은 추가적인 부품의 설치 없이 기존 차량에 탑재된 센서 정보를 활용하여 로직 및 차량 시험 결과에 의한 맵(Map)을 활용하여 가습기 내부 수분량을 추정함으로써 원가 절감의 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 일반적인 연료 전지 시스템에서 각 상황 별 가습기 내부 과 누적된 수분에 의한 플러딩 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 상기 도 1의 플러딩 현상에 따른 셀빠짐 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법을 더욱 상세하게 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가습기 내부 수분량을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 출력 제어 장치를 통해 설명하기 위한 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 연료 전지 시스템의 발전 효율을 높이기 위해서 연료 전지 스택의 공기의 습도는 적절하게 유지시키면서 연료 전지 시스템 내부 가습기에 누적된 수분량을 산출하여 연료 전지 반응에서 생성되는 수분량을 활용하거나 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에 대한 구체적인 설명에 앞서, 도 1 및 도2를 참조하여 일반적인 연료 전지 시스템에서 누적된 수분에 의해 발생하는 문제점에 대해 설명한 후, 도 3 내지 도 6에서 본 발명의 일 실시예인 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법 및 장치에 대해 설명한다.
도 1은 일반적인 연료 전지 시스템에서 각 주행 상황에 따른 가습기 내부 과 누적된 수분에 의한 플러딩 현상을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 상기 도 1의 플러딩 현상에 따른 셀빠짐 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 연료 전지 시스템은 스택과 연결되어 있는 가습기(100)와 공기 블로어를 포함할 수 있다. 공기 블로어는 공기를 스택으로 공급하는 역할을 수행하며, 공기 블로어와 스택 사이에 설치된 가습기를 통해 스택으로 공급하는 공기의 습도가 적절하게 조절된다.
공기 블로어는 연료 전지에서의 전기화학반응을 적절하게 발생시키기 위해 수소와 산소의 기체 비율에 따라서 RPM(Revolution Per Minute)을 변화시켜 캐소드측으로 공급하는 공기양을 달리할 수 있다. 다시 말해서, 공기 SR(Stoichiometry Ratio)에 따라서 공기 블로어의 RPM은 상황에 적절하게 증감을 계속한다.
본 발명의 일 실시예로서, 가습기는 패시브형(Passive type)으로 쉘 사이드에서 누적된 수분이 공기 중으로 증발되도록 하여 증발된 수증기에 의해 가습된 공기를 스택으로 제공하도록 한다.
S110에서 연료 전지 스택의 캐소드측에서 수소와 산소에 전기화학 반응에 의해 발생하는 수분(생성수)은 가습기의 쉘 사이드(Shell Side)에 누적된다.
일반적인 실제 도로의 주행 상태에서뿐 만 아니라, 가습에 유리한 상태로 알려진 정전류 상태(급가속이 없이 주행하는 상태)에서도 생성수가 과다 누적되는 현상이 발생할 수 있다.
S120에서는 일정 시간 주차 후 가습기의 쉘 사이드의 물을 튜브 사이드(Tube Side)가 흡수한 상태이다.
이후, S130에서 공기 블로어를 통해 공기를 스택으로 공급하는 경우, 튜브 사이드에 있는 수분이 스택 내부로 유입될 수 있다.
다시 말해서, S130에서 가습기 내부에 과다 누적된 생성수가 제거되지 않은 상황에서 쉘사이드(Shell Side)의 물이 스택으로의 공기 유로인 튜브 사이드(Tube Side)로 흡수되어 공기 블로어 작동시 스택 내로 유입되어 되는 플러딩 현상이 발생할 수 있다.
도 2를 참조하면, 플러딩 현상에 의해 발생할 수 있는 대표적인 문제점 중 하나가 셀빠짐이다.
셀빠짐이란 복수의 단위셀 중 일부 셀의 출력이 급감하는 현상을 말하는데, 셀빠짐 현상은 공기 블로어 작동 시 스택 내부로 유입된 수분이 그 원인이다.
연료 전지 차량에 시동이 걸리고 발진 직후 Ch.59 단위 셀의 출력 전압이 급감하는 현상이 발생하며, 3초 뒤 Ch.1 단위 셀과 Ch.59 단위 셀의 출력 전압이 급감하고, 이후 20초 동안 3회의 셀빠짐 현상이 발생한다.
다시 말해서, 급가속 상황이 없는 장시간(2~4시간) 운전 후 가습기의 쉘 사이드(Shell Side)에 누적된 생성수가 일정 시간 후 튜브 사이드(Tube Side)로 흡수되고, 이후 주행 초기 튜브 사이드에 누적되어 고여 있는 수분이 스택 내부로 일시적으로 유입될 경우 공분기 측 셀에 플러딩이 발생하여 급격한 전류제한이 발생할 수 있다. 이러한 플러딩 현상은 운전성 저하뿐 아니라, 스택 내구성에도 치명적인 악영향을 미칠 수 있다.
또한, 쉘 사이드에서 튜브 사이드로 흡수된 수분은 겨울철 내부에서 결빙이 이루어지면 부피 팽창에 의해 중공사막이 찌그러지는 문제가 발생할 수 있으며, 스택으로의 공기 유로인 튜브 사이드가 결빙에 의해 폐쇄 되어 연료 전지 스택으로의 공기 유입을 막아 출력 효율을 낮추는 문제가 발생할 수 있다.
일반적으로 연료 전지 시스템에서 가습기 내부에 누적되는 수분(생성수)을 고려한 기술은 공지되지 않고 다만, 겨울철 차량 시동 오프시 스택 내부 수분(잔존수)의 빙결을 방지하기 위한 목적(차기 냉시동성 확보)으로 공기 블로어를 특정 RPM 으로 일정 시간 이상 블로잉해주는 CSD(Cold Shut Down) 기술만이 사용하고 있다.
그러나 CSD 적용 시 배출되는 생성수 중 스택 내부 수분량은 10% 미만이고, 90% 이상은 가습기 내부에 누적된 수분량이며, 공기 블로어에 의한 소음 발생을 줄이기 위해 CSD를 부적용하는 방안도 검토되고 있으나, 가습기 내부 생성수의 결빙 문제가 먼저 해결되지 않으면 달리 방도가 없다. 또한 스택 내부 수분량과 가습기 내부 수분량의 누적 경향은 차이가 있으며, 스택 내부 수분량을 기준으로 하는 기존 CSD 적용으로는 겨울철 가습기 내부 수분에 의한 결빙 가능성은 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명은 스택 내부 수분량이 아닌 가습기 내부의 수분량을 추정하여 가습기 내부 수분량에 따라, 연료 전지의 전기화학반응에 의해 생성된 수분을 히터를 통해 스택으로 공급되는 공기의 습도를 조절하기 위해 활용하거나 고 RPM 공기 블로어를 통해 과 누적된 수분을 제거하는 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법 및 장치를 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
연료 전지 제어 장치는 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출한다(S310).
가습기 내부 수분량은 크게 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량에 의해 결정될 수 있다.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기 공급 블로어에 의해 음극으로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응이 일어나며, 따라서 캐소드측의 수분 생성량이 가습기 내부 수분량을 산출하는데 고려된다.
포화 수증기 배출량은 가습기 내부 수분량에서 빠져 나가는 수분량으로써 고려될 수 있다.
애노드측 수분 배출량은 캐소드에서 생성된 물이 전해질막을 통해 애노드측으로 이동하여 배출되는 수분을 고려하기 위함이다. 애노드측에서 배출되는 수분은 드레인(drain)에 의해 워터트랩(watertrap)에 저장되고, 드레인 밸브(drain valve)를 통해 배출될 수 있다.
가습기 내부 수분량을 산출하는 방법에 대해서는 도 5를 참조하여 상세하게 후술하기로 한다.
연료 전지 제어 장치는 차량의 상태 정보를 이용하여 차량이 주행 상태에 있는지 여부를 판단한다(S320).
차량이 주행 상황이 아닌 경우에는 CDS를 이용하여 가습기 내부 수분량이 일정량 이상 때, 공기 블로어의 RPM을 상향시켜 수분을 밖으로 배출할 수 있다.
다만, 본 발명은 주요 목적은 주행 상황에서도 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 적절하게 조절하면서도 가습기 내부의 수분량에 의해 발생할 수 있는 셀빠짐 등의 문제를 예방하기 위해 가습기 내부의 히터 또는 공기 블로어를 작동시키기 위함이다.
연료 전지 제어 장치는 차량이 주행 상태에 있는 경우, 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단한다(S330).
스택 내부에서 발생하는 전기화학 반응에서 수소 이온은 고분자막을 통과해 지나가야만 하는데, 수소의 막 투과성은 물 함유량의 함수로 결정되고, 연료 전지를 적절하게 가동하기 위해서는 고분자막이 습하게 유지되어야 한다.
반응 기체가 건조한 경우에는 반응으로 생성된 물 전량이 공기를 가습하는데 쓰여 고분자막이 말라 버리며, 막이 너무 젖어 있을 경우에는 기체확산층(이하, GDL이라 함)의 기공이 막히게 되어 반응기체가 촉매에 접촉하지 못하는 경우가 발생하며, 이러한 이유로 막의 물 함유량을 적절히 유지하는 것은 매우 중요하다.
연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하여, 적절한 습도가 유지되지 않는 상황(건조한 경우)에 가습기 내부 수분량이 많으면 히터를 통해 가습기 내부 수분의 증발을 유도하며, 적절한 습도가 유지되면서 가습기 내부 수분량이 많으면 고 RPM 공기 블로어를 통해 밖으로 배출하여 적절한 습도가 유지되도록 한다.
연료 전지 제어 장치는 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하는 경우, 내부 수분량이 제1임계량 보다 크며 제2조건 만족 시 공기 블로어의 RPM을 상향시켜 활성화한다(S340).
제1조건은 스택 내부 공기의 건조 여부를 판단하기 위한 조건이며, 임계 습도를 기준으로 스택 내부 공기가 건조 또는 습윤한지 여부가 판단될 수 있다. 스택 내부 공기 습도가 건조하지 않은 경우에 제1조건은 만족될 수 있다.
스택 내부 공기가 적절한 습도를 가지는 경우에는 제1조건을 만족할 수 있고, 제1조건이 만족되면서 가습기 내부 수분량이 제1임계량 보다 크면 누적량이 많다고 판단되어 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화시켜 누적 수분이 밖으로 배출된다.
여기서, 제1RPM은 연료 전지 스택에서 발생하는 전지화학반응을 적절하게 활성화 시키기 위해 공기 SR, 차량의 속도 등을 고려한 공기 블로어의 RPM이며, 제2RPM은 가습기 내부 수분을 외부로 배출하기 위한 제1RPM보다 상대적으로 높은 RPM이다.
이때, 차량이 제동하는 경우 제2조건이 만족될 수 있고, 차량의 제동 시 발생하는 회생 제동 에너지를 이용하여 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화시킬 수 있다.
연료 전지 제어 장치는 차량의 상태 정보를 이용하여, 차량의 제동 여부를 판단할 수 있다. 차량의 상태 정보는 차량의 속도 정보, 변속 정보 등을 포함할 수 있다. 다만, 연료 전지 제어 장치가 제동 여부를 판단하지 않고, 차량의 외부 장치로부터 제동 여부에 대한 정보를 전달 받을 수 있다.
연료 전지 제어 장치는 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하지 않은 경우, 내부 수분량이 제2임계량보다 크면 상기 가습기의 내부 히터를 활성화한다(S350).
스택 내부 공기가 건조하여 제1조건을 만족시키지 못하면서 가습기 내부 수분량이 과 누적되었다고 판단될 경우에는 가습기 내부의 히터를 활성화하여 가습기 내부 수분의 증발을 유도한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분량 추정을 통한 연료전지 제어 방법을 더욱 상세하게 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 연료 전지 제어 장치는 가습기 내부 수분량(생성수)를 추정한다(S410). 도 3에서 설명한 바와 같이, 연료 전지 제어 장치는 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출한다.
연료 전지 제어 장치는 차량의 상태 정보를 이용하여 차량이 주행 상태에 있는지 정차 상황에 있는지 판단한다(S420).
차량이 주차 상태에 있을 경우, 스택 내부 수분의 빙결을 방지하기 위한 목적으로 공기 블로어를 활성화하는 CSD 기술이 적용될 수 있다. 이에 추가적으로, 주차 상태와 구별하여 차량의 주행 상황에서도 공기 블로어 또는 가습기 내부 히터를 활성화시켜 가습기 내부 누적된 수분을 활용 또는 제거하기 위해 차량이 주행 상태인지 여부를 판단한다.
차량이 주행 상태가 아닌 경우(S420의 No 경로), 연료 전지 제어 장치는 가습기 내부 수분량이 제1임계값보다 많은지 여부를 판단한다(S421).
차량의 정차 상태에서 내부 수분량이 제1임계값보다 많으면, 가습기의 쉘 사이드에 누적되어 있는 수분이 튜브 사이드로 흡수되어 차량의 시동시 셀빠짐 현상을 발생시킬 수 있기 때문에 연료 전지 제어 장치는 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화시켜 가습기 내부의 수분을 밖으로 배출시킨다(S422).
차량의 상태 정보는 속도 정보, 변속 정보 등을 포함할 수 있고, 연료 전지 제어 장치는 이들 정보를 바탕으로 차량이 주행 상태인지 주차 상태 인지 판단할 수 있다.
차량이 주행 상태인 경우, 연료 전지 제어 장치는 스택 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하는지 판단한다(S430).
스택 내부 공기는 연료 전지 내부 전지화학반응이 적절하게 발생할 수 있도록 하는 습도를 유지해야 한다. 이에 연료 전지 제어 장치는 스택 내부 공기의 습도가 임계 습도 보다 높은지 여부로 건조 또는 습윤 여부를 판단할 수 있다.
또한, 연료 전지 시스템에 탑재되어 있는 스택 진단기가 스택 내부 공기의 건조/습윤 여부를 판단하고, 그 결과 정보를 연료 전지 제어 장치로 전달해 줄 수 있다.
스택 내부 공기 습도가 임계 습도 보다 낮아 제1조건을 만족하는 경우(S430의 Yes경로), 연료 전지 제어 장치는 스택 내부 공기가 건조하다고 판단하여 가습기 내부 수분량이 제2임계량보다 크면(S431의 Yes경로) 가습기 내부 히터를 활성화시킴으로써 가습기 내부 수분의 증발을 유발하여 내부 수분량은 줄이고, 증발에 의해 스택 내부 공기의 습도를 증가시킬 수 있다(S432).
스택 내부 공기 습도가 임계 습도 보다 높아 제1조건을 만족하지 않은 경우(S430의 No경로), 연료 전지 제어 장치는 스택 내부 공기가 스택 내부 전기화학반응을 활성화 시키기에 적절한 습도를 갖는다고 판단할 수 있다.
연료 전지 제어 장치는 스택 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하지 않으면서 가습기 내부 수분량이 제1임계량보다 많으면(S440의 Yes경로), 공기 블로어의 RPM을 상향하여 활성화시킴으로써 가습기 내부 수분량을 밖으로 배출시킬 수 있다(S442).
이 때, 차량이 제동 상태에 있는지 여부를 판단하여(S441의 Yes경로), 제동 상태에서 발생하는 회생 제동 에너지를 활용하여 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화시킬 수 있다(S442).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가습기 내부 수분량을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 가습기 내부 수분량을 추정하기 위한 요소는 크게 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량이 있다.
캐소드측 수분 생성량은 연료 전지 스택 전류량(I)와 화학 반응 시간에 의해 결정될 수 있다.
화학 반응에 의한 캐소드측 수분 생성량(Water ProductionCathode, WPRD)는 하기의 수학식1에 의해 산출될 수 있다(S510).
[수학식 1]
Figure 112016024732559-pat00001
예를 들어, 셀 스택의 수가 434개 이고, 연료 전지 스택 전류량이 100A이고, 스택 및 가습기 형상에 따른 보정계수 α가 0.75 이고, 화학 반응 시간이 1초인 경우, 수학식 1에 따르면 3g의 수분이 생성될 수 있다.
애노드측 수분 배출량은 드레인 밸브의 동작 횟수, 배출 압력, 배출 시간에 의해 결정될 수 있다(S520).
애노드측 수분 배출량은 캐소드에서 생성된 물이 전해질막을 통해 애노드측으로 이동하여 배출되는 수분을 고려하기 위함이다. 애노드측에서 배출되는 수분은 드레인에 의해 워터트랩(watertrap)에 저장되고, 드레인 밸브를 통해 배출될 수 있다.
드레인은 애노드측에서 배출되는 수분은 뽑아내는 역할을 수행하여 워터트랩에 저장하며, 드레인 밸브의 동작 횟수, 밸브 동작 시간 및 배출 압력에 따라 애노드(Anode)측 수분 배출량이 증가할 수 있다.
일 실시예로, 연료 전지 제어 장치는 S520의 드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력에 따른 상기 애노드측 수분 배출량 맵(MAP)을 이용하여 애노드측 수분 배출량을 산출할 수 있다.
애노드측 수분 배출량 맵은 연료 전지 제어 장치의 메모리에 저장되어 있을 수 있고, 애노드측 수분 배출량 맵을 이용하면 드레인 1회당 애노드측에서 가습기로 배출되는 물량을 알 수 있다.
포화 수증기 배출량은 연료 전지 스택의 온도 및 배출 공기 유량에 의해 결정될 수 있다(S530).
포화 수증기 배출량은 가습기 내부 수분량에서 빠져 나가는 수분량으로써 고려될 수 있다.
연료 전지 스택 온도에 대한 정보는 온도 센서로부터 전달 받을 수 있고, 배출 공기 유량은 공기 블로어의 RPM과 공기 압력 조절 밸브의 개도(angle)를 이용하여 산출될 수 있다(S540).
연료 전지 제어 장치는 S530의 연료 전지 스택의 온도 및 상기 배출 공기 유량에 따른 상기 포화 수증기량 맵(MAP)을 이용하여 포화 수증기 배출량을 산출할 수 있다.
또한, 연료 전지 제어 장치는 S540의 공기 블로어의 RPM 및 공기 압력 조절 밸브의 개도에 따른 배출 공기 유량 맵(MAP)을 이용하여 배출 공기 유량을 산출할 수 있다.
포화 수증기 배출량은 차량의 경사도에 의한 배출 수분량 보정 계수가 고려되어 산출될 수 있다(S550).
경사도에 따라 공기 블로어에 의해 밖으로 배출되는 수분량이 달리지기 때문이며, 경사도에 따른 G센서는 자이로(gyro) 센서일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 제어 장치(600)를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6을 참조하면 연료 전지 제어 장치(600)은 통신부(610), 제어부(620) 및 메모리(630)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 구성 요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성 요소들을 갖거나 그보다 적은 구성 요소들을 갖는, 연료 전지 제어 장치(600)가 구현될 수 있다.
이하, 상기 구성 요소들에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
통신부(610)는 가습기 내부 수분량 산출을 위한 연료 전지 스택에 대한 정보 및 차량의 주행 상태를 판단하기 위한 차량의 상태 정보를 수신한다.
일 실시예로, 통신부(610)는 연료 전지 제어 장치가 가습기 내부 수분량을 산출하기 위해 필요한 정보를 복수의 센서들로부터 전달받고, 가습기 내부의 히터 및 공기 블로어의 활성화 제어를 위한 제어 신호를 전달한다.
제어부(620)는 연료 전지 제어 장치(600)의 전체적인 동작을 제어하기 위해 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다.
일 실시예로, 제어부(620)는 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하고, 차량이 주행 상태에 있는 경우, 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하며, 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하는 경우, 내부 수분량이 제1임계량 보다 크며 제2조건 만족 시 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키거나, 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하지 않은 경우, 내부 수분량이 제2임계량보다 크면 가습기의 내부 히터를 활성화할 수 있다.
메모리(630)는 연료 전지 제어 장치(600)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 소정의 프로그램 코드와 상기 프로그램 코드에 의한 동작이 수행될 때 입/출력되는 데이터 등이 저장되는 공간 및/또는 저장 영역의 총칭으로서, EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), FM(Flash Memory), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive)등의 형태로 제공된다.
일 실시예로, 메모리(630)는 차량의 상태 정보 및 가습기 내부 수분량을 산출하기 위해 사용되는 애노드측 수분 배출량 맵(MAP), 포화 수증기량 맵, 배출 공기 유량 맵을 저장할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100 : 가습기
600 : 가습기
610 : 통신부
620 : 제어부
630 : 메모리

Claims (25)

  1. 연료 전지의 캐소드(cathode)측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드(anode)측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계;
    연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하는 단계; 및
    상기 내부 공기 습도를 이용하여 상기 내부 수분량을 제어하는 단계;
    를 포함하는,
    연료전지 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하는 단계는,
    차량의 상태 정보를 이용하여 상기 차량이 주행 상태에 있는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 차량이 주행 상태에 있는 경우, 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하는 단계;
    를 포함하는,
    연료전지 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부 공기 습도를 이용하여 상기 내부 수분량을 제어하는 단계는,
    상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하는 경우, 상기 내부 수분량이 제1임계량 보다 크며 제2조건 만족 시 공기 블로어(blower)를 제1RPM(Revolution Per Minute)에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키는 단계; 및
    상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 제2임계량보다 크면 상기 가습기의 내부 히터를 활성화 하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제1RPM은 공기 SR(Stoichiometry Ratio)이 고려되어 변동되는,
    연료전지 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1조건은 상기 내부 공기 습도가 임계 습도 보다 높으면 만족하는,
    연료전지 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2조건은 상기 차량이 제동하면 만족하는,
    연료전지 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차량이 주행 상태에 있지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 상기 제1임계량 보다 크면 상기 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키는 단계;
    를 더 포함하는,
    연료전지 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는,
    상기 연료 전지 스택의 전류량 및 상기 연료 전지 내부의 화학 반응 시간을 이용하여 상기 캐소드측 수분 생성량을 산출하는 단계;
    를 포함하는
    연료전지 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는,
    상기 연료 전지 스택의 온도 및 배출 공기 유량을 이용하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 배출 공기 유량은 상기 공기 블로어의 RPM과 공기 압력 조절 밸브의 개도(angle)를 이용하여 산출되는,
    연료전지 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는,
    상기 연료 전지 스택의 온도 및 상기 배출 공기 유량에 따른 포화 수증기량 맵(MAP)을 이용하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하는 단계; 및
    상기 공기 블로어의 RPM 및 상기 공기 압력 조절 밸브의 개도에 따른 배출 공기 유량 맵(MAP)을 이용하여 상기 배출 공기 유량을 산출하는 단계;
    를 포함하는,
    연료전지 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는,
    상기 포화 수증기 배출량은 상기 차량의 경사도에 의한 배출 수분량 보정 계수를 고려하여 산출되는 단계;
    를 포함하는,
    연료전지 제어 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하는 단계는,
    드레인 밸브(drain valve) 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출하는 단계;
    를 포함하는,
    연료전지 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출하는 단계는,
    상기 드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력에 따른 애노드측 수분 배출량 맵(MAP)을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출하는 단계;
    를 포함하는,
    연료전지 제어 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  14. 연료 전지 스택에 대한 정보 및 차량의 상태 정보를 수신하는 통신부;
    상기 통신부로부터 수신한 정보를 저장하는 메모리; 및
    상기 연료 전지의 캐소드측 수분 생성량, 포화 수증기 배출량 및 애노드측 수분 배출량을 이용하여 가습기의 내부 수분량을 산출하고, 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하며, 상기 내부 공기 습도를 이용하여 상기 내부 수분량을 제어하는 제어부;
    를 포함하는,
    연료전지 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    차량이 주행 상태에 있는 경우, 연료 전지 스택의 내부 공기 습도를 판단하며, 상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하는 경우, 상기 내부 수분량이 제1임계량 보다 크며 제2조건 만족 시 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키거나, 상기 내부 공기 습도가 제1조건을 만족하지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 제2임계량보다 크면 상기 가습기의 내부 히터를 활성화 하는,
    연료전지 제어 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1RPM은 공기 SR(Stoichiometry Ratio)이 고려되어 변동되는,
    연료전지 제어 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 내부 공기 습도가 임계 습도 보다 높으면 상기 제1조건을 만족한다고 판단하는,
    연료전지 제어 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량이 제동하면 상기 제2조건을 만족한다고 판단하는,
    연료전지 제어 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 차량이 주행 상태에 있지 않은 경우, 상기 내부 수분량이 상기 제1임계량 보다 크면 상기 공기 블로어를 제1RPM에서 제2RPM으로 높여 활성화 시키는,
    연료전지 제어 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료 전지 스택의 전류량 및 상기 연료 전지 내부의 화학 반응 시간을 이용하여 상기 캐소드측 수분 생성량을 산출하는,
    연료전지 제어 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료 전지 스택의 온도 및 배출 공기 유량을 이용하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하며,
    상기 공기 블로어의 RPM과 공기 압력 조절 밸브의 개도(angle)를 이용하여 상기 배출 공기 유량을 산출하는,
    연료전지 제어 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료 전지 스택의 온도 및 상기 배출 공기 유량에 따른 포화 수증기량 맵(MAP)을 이용하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하며,
    상기 공기 블로어의 RPM 및 상기 공기 압력 조절 밸브의 개도에 따른 배출 공기 유량 맵(MAP)을 이용하여 상기 배출 공기 유량을 산출하는,
    연료전지 제어 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량의 경사도에 의한 배출 수분량 보정 계수를 고려하여 상기 포화 수증기 배출량을 산출하는,
    연료전지 제어 장치.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는,
    드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출하는,
    연료전지 제어 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 드레인 밸브 동작 횟수, 드레인 밸브 동작 시간 및 배출 압력에 따른 애노드측 수분 배출량 맵(MAP)을 이용하여 상기 애노드측 수분 배출량을 산출하는,
    연료전지 제어 장치.
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