如何设计燃料电池系统的状态机
状态机设计是否合理，严重影响燃料电池系统的开/关性能、安全性和寿命。 在燃料电池系统的启动和关闭过程中，合理的状态机设计可以避免氢气泄漏，优化水管理，提高开/关性能。 日本先进燃料电池系统设计的不同层次状态分为控制系统状态和燃料电池阴阳极状态，燃料电池系统运行状态流程图详见图1
图1 燃料电池系统状态流程图。
为燃料电池系统开发状态机模型的优势
1.该模型可以清晰地表示阴阳极切换过程中的各种状态和过渡条件，以及相应的控制策略，便于理解和分析。
2.该模型可以在不同的平台上轻松编程和优化，从而提高了开发效率和可移植性。
3.根据燃料电池系统RUN状态下的能量管理要求，该模型控制三个子状态，分别是正常、快速预热和热备。
4.该模型根据环境温度设计不同的开关子状态，以提高系统的开关性能和效率。
根据燃料电池系统的运行流程建立状态机模型，如图2所示
图 2 状态机模型。
燃料电池系统级状态设计
该燃料电池系统状态机模型有四个主要部分：待机、启动、运行和关闭，如图 3 所示
图 3 状态机模型架构图。
燃料电池阴极和阳极亚态的差分设计
图4显示，在常温环境下，燃料电池的阳极侧关断有6个子状态，图5显示，在低温环境下，燃料电池的阳极侧关断有10个子状态
图4 阳极在室温下的关机过程。
图5 低温阳极关断过程。
用于组件控制的燃料电池阴极和阳极状态的设计差异
燃料电池系统的性能可以通过添加子状态或调整子状态的时序来优化，并且组件的运行可以通过输出系统状态来控制，如图6所示的减压。 当机器在不同的环境温度下停机时，同一子状态下的零件的控制也不同，图7和图8分别是氢气循环泵在常温环境和低温环境下的转速。
图6 解压
供氢系统接收到燃料电池电堆阳极输出的“减压”子状态，储氢瓶阀门关闭，氢气高压停止**，供氢管道内的氢气开始消耗。
图7 室温下关闭时的氢气循环泵转速。
图8 低温环境下停机时的氢气循环泵转速。
氢气循环泵在常温下关闭时，氢气循环泵在“排水”状态下的转速为2000rpm，其他状态下的转速为0rpm氢气循环泵低温停机时，氢气循环泵在“增压”和“排水”状态下为4000rpm，在“气液分离器排水”、“分压”、“隔离故障部位检测”状态下为2000rpm，其他状态下为0rmp。
研究意义
在燃料电池系统的开发中，对状态机的研究至关重要。 通过对先进燃料电池系统状态机的研究，对在研产品的设计具有指导意义
1.了解燃料电池系统级状态和阴极子状态的分层控制思想，评估现有产品状态机设计的合理性
2.根据不同的环境温度，分别设计了燃料电池正极在常温环境和低温环境下的阴极态工艺
更详细的状态机设计和不同环境下的系统组件控制差异，欢迎大家在12月来特喜习一起交流。
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