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01 燃料电池系统状态机怎样设计
状态机设计是否合理，严重影响燃料电池系统的开关机性能、安全和燃料电池的寿命。在燃料电池系统开机和关机过程中，合理的状态机设计可以避免氢气泄漏、优化水管理、提高开关机性能等。日系先进的燃料电池系统设计不同层级的状态分别控制系统状态与燃料电池阴阳极子状态，燃料电池系统运行时状态流程图，详见图1
图 1 燃料电池系统状态流程图
通过燃料电池系统状态流程图进行状态机建模仿真，模型可以清晰地表示燃料电池系统状态与燃料电池堆阴阳极子状态的各种状态和转换条件，以及相应的控制策略。
02 燃料电池系统状态机模型开发优点
1.模型可以清晰地表示阴阳极开关机流程中的各种状态和转换条件，以及相应的控制策略，便于理解和分析。
2.模型可以方便地实现在不同平台上的编程和仿真，提高了开发效率和可移植性。
3.模型根据燃料电池系统RUN状态时能量管理的需求进行3个子状态控制，分别为NORMAL、QUICK_WARMUP、HOT_STANDBY。
4.模型根据环境温度设计不同开关机子状态提高系统的开关机性能和效率。
根据燃料电池系统运行流程建立状态机模型，详见图2：
图2 状态机模型
03 燃料电池系统级状态设计
此燃料电池系统状态机模型主要有4部分：STANDBY、STARTUP、RUN、SHUTDOWN，见图3
图3 状态机模型架构图
04 燃料电池阴阳极子状态差异性设计
针对开机、关机、运行、故障等级状态、能量管理的需求、环境温度、冷却液温度等条件差异性设计燃料电池阴阳极子状态，图4为常温环境燃料电池阳极侧关机共有6个子状态，图5为低温环境燃料电池阳极侧关机共有10个子状态：
图 4 常温阳极关机流程
图 5 低温阳极关机流程
05 燃料电池阴阳极子状态对零部件控制的设计差异性
通过添加子状态或者调整子状态时序，优化燃料电池系统性能，同时通过输出的系统状态控制零部件的动作，例图6 Decompression（泄压）。不同的环境温度下关机时，同一子状态零部件的控制也有一定差异，例图7与图8分别为常温环境与低温环境氢循环泵转速。
图 6 Decompression（泄压）
氢气供给系统接受到燃料电池堆阳极输出“Decompression”子状态，储氢瓶瓶阀关闭，氢气高压停止供应，供氢管路内部氢气开始消耗。
图7 常温环境关机氢循环泵转速
图 8 低温环境关机氢循环泵转速
常温关机时氢循环泵转速在“Drainage”状态为2000rpm，其它状态为0rpm；低温关机时氢气循环泵在“Pressurization”、“Drainage”状态为4000rpm，在“Gas-Liquid Separator Drainage”、“ Partial Pressure”、 “Isolation Fault Parts Detection”状态为2000rpm，其它状态为0rmp。
06 研究意义
在燃料电池系统开发过程中，状态机的研究至关重要。通过先进燃料电池系统状态机的研究，对在研产品的设计起到指导意义：
1.了解燃料电池系统级状态、阴阳极子状态分级控制思想，评估现有产品状态机设计的合理性；
2.针对不同的环境温度，分别设计常温环境和低温环境中燃料电池阴阳极状态流程；
更多不同环境中详细的状态机设计及系统零部件控制区别欢迎大家12月份来特嗨研习班一起交流。
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