Salih Berkan Aydemir · Funda Kutlu Onaya · KorhanÖkten · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.339

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）是当前广泛应用于氢能源发电和储能系统中的装置。PEMFC参数估计对于优化燃料电池性能、降低成本以及确保系统可靠性至关重要。精确的参数估计有助于提升建模与仿真的准确性，并减少对昂贵且耗时实验的依赖。本研究聚焦于一种多策略α进化算法（MSAE），旨在提高PEMFC中参数估计的精度。MSAE在传统α进化算法的基础上进行了多项改进，例如采用Halton序列生成初始种群，并引入适应度-距离平衡技术以选择更优的候选解。为评估MSAE的一致性与可靠性，本文在三种不同情形下将其...

解读: 该PEMFC参数估计优化技术对阳光电源氢储能系统具有重要应用价值。MSAE算法的高精度参数辨识能力可应用于ST系列储能变流器与燃料电池的协同控制,通过精准建模减少实验成本,提升系统可靠性。其适应性约束优化方法可借鉴用于PowerTitan储能系统的多参数协同优化,结合iSolarCloud平台实现燃...

Zheng Dong · Yanjun Chen · Deqiang He · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.338

质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术已成为船舶推进系统中一种具有前景的高效率、零排放动力解决方案。尽管已知船舶运动引起的惯性力会影响PEMFC的性能，但在滚转条件下其具体影响机制仍尚未得到充分研究。本研究通过一个集成多物理场耦合的三维瞬态模型，系统地探究了海洋滚转运动下PEMFC的动态特性。所建立的框架结合了水动力分析与动态更新的滚转运动学参数。结果表明，滚转运动会使得燃料电池输出功率最大降低9.89%，电流密度最大波动达16.14%，温度波动达到23.55%。这些波动幅度随滚转周期的减小和滚转...

解读: 该燃料电池多物理场耦合研究对阳光电源氢能储能系统及海洋微电网方案具有重要参考价值。研究揭示的动态工况下热-质传递特性与阳光电源ST系列PCS的多物理场协同控制技术高度契合。滚动工况导致的功率波动(9.89%)和电流密度波动(16.14%)可借鉴应用于船舶储能系统的GFM控制策略优化,通过VSG技术补...

Bin Liab · Zhangxi Wua · Ye Lic · Jiawei Hea 等9人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.398

摘要 将可再生能源与氢储能相结合用于发电是实现清洁能源转型的一种有前景的替代方案。然而，可再生能源的波动性和间歇性给质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统的安全高效运行带来了重大挑战。由于PEMFC内部存在复杂的热-水-电场耦合机制，目前尚未对电力系统运行工况变化下PEMFC在多时间尺度上的动态性能进行定量分析。本文基于PEMFC内部的导热、传质及电化学反应过程，首先分析了热、水、电参量之间的参数耦合关系，建立了综合性的PEMFC模型。随后，研究了在不同时间尺度的电力系统运行工况变化下，PEMFC...

解读: 该PEMFC热-水-电多物理场耦合建模技术对阳光电源氢储能系统集成具有重要参考价值。研究揭示的多时间尺度动态响应特性可指导ST系列PCS与PEMFC协同控制策略优化,特别是电压波动对燃料电池安全性的影响分析,可应用于PowerTitan储能系统的氢电耦合场景。多场耦合机制为开发氢能-储能-光伏一体化...

Tushar Kanti Roy · Sajeeb Sah · Amanullah Maung Than Oo · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.391

摘要 本研究探讨了集成光伏（PV）面板、电池、燃料电池（FC）、电解槽（EL）和氢气储罐（HT）的混合能源系统（HES），以满足澳大利亚偏远社区的能源需求。分析了两种系统配置：A型（PV/Batt/FC/EL/HT）和B型（PV/FC/EL/HT），重点关注成本效益、能源可靠性和氢气产量。采用了多种优化技术，包括布谷鸟搜索算法、非支配排序遗传算法II（NSGA-II）、序列二次规划算法（SQPA）、花粉授粉算法、约束粒子群优化（PSO）和和声搜索算法，以确定最优系统配置。当采用NSGA-II进行...

解读: 该混合能源系统研究对阳光电源ST储能系统与SG逆变器协同优化具有重要价值。研究验证了电池储能可降低22%系统成本,与我司PowerTitan方案理念契合;PV倾角优化可降低75%成本的发现,可指导SG逆变器MPPT算法改进;氢储能系统的能量管理策略可借鉴至我司GFM控制技术,提升离网场景下多能互补系...

Pulin Zhang · Diankai Qiu · Linfa Peng · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.383

摘要 为了满足高功率输出的需求，大面积的质子交换膜燃料电池（PEMFCs）已成为研究的重点。然而，在实际应用中，燃料电池内部的非均匀反应难以避免，这会导致性能下降以及电堆寿命缩短。了解燃料电池内部物理量分布的变化规律，并准确预测其未来的内部状态，对于燃料电池的控制与维护至关重要。本文提出了一种多物理量融合图自编码器网络（MP-GAE），该模型是一种针对燃料电池性能及多物理场分布的瞬态预测模型，重点考虑了反应时间、空间位置以及多个物理场之间的耦合关系。基于图注意力机制和时序网络，构建了分段时序图注...

解读: 该PEMFC多物理场预测技术对阳光电源氢能业务具有重要借鉴价值。论文提出的MP-GAE时空预测模型可应用于我司燃料电池系统的智能运维:1)非均匀反应预测算法可集成至iSolarCloud平台,实现电堆性能衰减的预测性维护;2)多物理场耦合分析方法可优化燃料电池DC/DC变换器的动态响应控制策略;3)...

Kai-Qi Zhu · Quan Ding · Ben-Xi Zhang · Jiang-Hai Xu 等8人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.377

摘要 风冷式质子交换膜燃料电池（PEMFC）中复杂的传热传质耦合现象以及物理场分布不均的问题，严重影响其功率密度和水热管理性能。作为关键部件，阴极流场在燃料供给、散热以及水传输方面对风冷式PEMFC起着至关重要的作用。优化流场结构设计是应对上述挑战的关键策略。本研究提出了一种创新的竹节形流场设计，并在25 cm²的单电池中进行了实验验证，结果证明该设计能有效提升风冷式PEMFC的传热传质能力与功率密度，同时降低供气能耗。此外，还建立了三维多相数值模型，用于深入探究该流场结构下液态水、反应物和热量...

解读: 该燃料电池热质传输优化技术对阳光电源氢能业务具有重要借鉴价值。竹节型流场设计通过分段加速和涡流区优化实现5.45%功率密度提升和4.17%能效增益,其多物理场耦合仿真方法可应用于公司储能PCS的热管理优化。研究中的熵分析法和非均匀流场设计理念,可迁移至SiC功率器件散热结构设计,提升ST系列PCS和...

Xikai Tuab · Zhiming Taoa · Jin Lva · Yin Guanb 等5人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.344

摘要 质子交换膜燃料电池（PEMFC）为无人机（UAV）提供了一种有前景的清洁能源解决方案。尽管在无人机应用中，风冷式PEMFC的空气化学计量比（ASR）在零加速度条件下的研究已较为广泛，但其在非零加速度条件下的最优行为仍鲜有探索，这阻碍了有效的热管理和输出性能优化。本文建立了一个耦合的PEMFC–UAV建模框架，以优化加速度及不同海拔条件下的ASR。结果表明，与零加速度条件相比，最优ASR随海拔高度和加速度的变化表现出显著差异。在海平面（0 m）处，ASR对加速度最为敏感：在0 m/s²时基准...

解读: 该PEMFC动态建模技术对阳光电源氢能储能系统及EV充电站具有重要参考价值。研究中的空气化学计量比自适应优化策略可借鉴至ST系列储能变流器的热管理系统,特别是在动态负载工况下的温度均匀性控制。非零加速度条件下的电压一致性提升方法(最高87.45%)可应用于PowerTitan储能系统的电池组管理,优...

Zhihao Sun · Yanyan Li · Guanchen Liao · Xianglong Luo 等8人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.334

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种具有前景的清洁能源技术；然而，有效的热管理仍然是一个关键挑战，尤其是在高功率密度下，温度分布不均会严重影响电堆的性能和寿命。沸腾冷却利用冷却剂的相变过程，为提升PEMFC的热管理水平提供了潜在解决方案。尽管该技术前景广阔，但其在燃料电池电堆中的实际应用尚未得到充分探索。本研究旨在通过构建性能测试平台，系统评估在沸腾冷却条件下PEMFC的温度特性和输出性能，以弥补这一研究空白。采用壁面温差（Td）和温度均匀性指数（TUI）来评价温度均匀性，并重点分析冷却剂入口...

解读: 该PEMFC沸腾冷却技术对阳光电源氢能战略布局具有重要参考价值。研究中的相变冷却方案可借鉴至大功率PCS功率器件散热,特别是ST系列储能变流器中SiC模块的热管理优化。温度均匀性提升47-58%的成果,可应用于充电桩大功率模块设计,解决功率密度提升带来的局部过热问题。多参数协同优化方法论对iSola...

Zhiting Chen · Qitai Eri · Liwei Yang · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.327

摘要 为实现碳中和目标，航空业需要低碳发展战略。氢驱动固体氧化物燃料电池（SOFCs）作为一种具有前景的绿色能源，具备零碳排放和高能量效率的优点。然而，当前大多数SOFC研究主要集中在地面应用中最大化效率，导致其功率质量比较低，限制了其在航空领域的适用性。本文探讨了一种将SOFC与燃气轮机相结合的混合动力系统，用于长航时无人机（UAVs）。在该系统中，SOFC实现高效发电，同时向燃气轮机提供可回收利用的余热，从而提升系统的整体效率和功率质量比。本文在起飞和巡航两个飞行阶段对四种混合动力系统构型进...

解读: 该SOFC-燃气轮机混合动力系统对阳光电源氢能储能技术具有重要启示。其42-52%的系统效率和0.77kW/kg功率密度,验证了氢燃料电池与能量回收系统集成的优势。可借鉴其热电联供架构,应用于ST系列储能系统的氢储能扩展方案,结合iSolarCloud平台实现燃料利用率和压比的智能优化控制。该混合拓...

Ze Liua · Mingyang Yangb · Xingwang Tangc · Lei Shib 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.401

摘要 阴极循环（CR）已成为缓解质子交换膜燃料电池（PEMFC）在低负载条件下加速退化的一种有前景的策略。尽管以往的研究主要集中在CR对外部性能的影响上，但其在高功率自增湿系统中提升耐久性的根本机制及运行特性仍缺乏充分理解。本研究首先通过严格控制的单电池实验，系统地探究了CR增强耐久性的机理。宏观分析表明，CR显著减缓了极化曲线的退化，在0.3 A/cm²时最大衰减降低达58.4%。微观表征揭示，CR主要缓解了电荷转移电阻和扩散电阻的增加，与无循环（NCR）模式相比，电化学活性表面积（ECSA）...

解读: 该PEMFC阴极循环增效技术对阳光电源氢能布局具有重要参考价值。研究揭示的氧稀释与增湿平衡机制可应用于燃料电池充电桩系统优化,通过动态调节循环泵速适配不同负载工况,延长电堆寿命62.7%。其怠速功率管理策略可借鉴至ST储能系统的待机能耗优化,结合iSolarCloud平台实现预测性维护。阴极催化层裂...

Morten Phan Klitko · Albert Lopez de Moraga · Julian Taubman · Stéven Pirou 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.400

摘要 固体氧化物电池（SOC）由于其无与伦比的效率，适用于大规模电解应用。目前燃料电极支撑型电池的性能瓶颈在于Ni-YSZ燃料电极，其在高电流密度下会发生严重的退化，从而限制了氢气的生产能力。为克服上述限制，本研究展示了将Ni-GDC（Ce0.9Gd0.1O1.95）燃料电极集成到共烧结薄电解质电池中的可行性。Ni-GDC在电解质支撑型电池中广泛应用，且未表现出类似的退化现象。本研究在制造工艺上的创新之处在于将共烧结温度降低至1250°C，以抑制GDC与氧化锆基电解质之间的有害互扩散。实验表明，...

解读: 该固体氧化物电解池技术对阳光电源氢能储能系统具有战略价值。研究中Ni-GDC电极在高电流密度下的长期稳定性改善,可为ST系列储能变流器的电解制氢应用提供技术参考。低温共烧结工艺(1250°C)降低界面扩散的思路,与阳光电源功率器件的热管理优化理念契合。虽然当前电化学性能下降50%,但500小时无Ni...

Hongye Sua · Haisong Xua · Lei Wanga · Zhiyang Liu 等5人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.393

有效的热管理策略对于优化质子交换膜燃料电池（PEMFC）的性能和耐久性至关重要。本文对液冷式PEMFC的热管理策略进行了系统性综述，重点聚焦于温度调节与冷启动运行两个方面。首先，介绍了PEMFC在高于和低于冰点温度下的基本热特性，随后概述了热系统模型的离线与在线辨识方法。接着，针对PEMFC热系统固有的非线性和耦合特性，以及内部和外部多种干扰的存在，从四个角度对各类温度控制策略进行了回顾与分类：（1）探究最佳运行温度与PEMFC整体性能之间的关系；（2）管理多输入多输出冷却系统中的耦合效应；（3...

解读: 该燃料电池热管理技术对阳光电源氢能储能系统及电动汽车充电解决方案具有重要借鉴价值。文中温度调控策略(模型驱动、数据驱动、自适应控制)可应用于ST系列储能PCS的热管理优化,降低冷却系统寄生功耗,提升系统效率。多输入多输出耦合控制方法与阳光VSG虚拟同步机技术理念契合,可增强系统鲁棒性。冷启动快速预热...

Rongkang Liua1 · Xinning Zhua1 · Xi Wang · Ruiheng Xiang 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.390

喷嘴形状及运行工况对喷射器的引射性能具有显著影响。基于AVL Cruise-M平台，建立了氢燃料电池重型车辆仿真框架及110 kW氢燃料电池发动机模型。结合CHTC-TT行驶循环工况进行仿真，获取了燃料电池阳极端氢气质量流量与压力的数据。基于上述数据，开展了一种可调节花瓣形阀芯喷射器的设计与研究工作。研究分析了喷射器阀芯结构及供气位置对引射性能和稳定性的具体影响。结果表明，所设计的花瓣形阀芯喷射器有效增强了主流与次流之间的射流湍流程度以及物质与能量交换效果，在SP12定位条件下，其引射比相较于锥...

解读: 该可调引射器技术对阳光电源氢能业务拓展具有重要参考价值。研究中的花瓣形主轴阀设计通过增强湍流提升氢气循环效率,其动态响应能力和宽工况适应性(10-110kW)与我司充电桩及电驱系统的功率调节需求高度契合。引射器的背压稳定控制理念可借鉴至ST储能系统的热管理优化,特别是氢燃料电池与储能耦合场景。建议将...

Akhil Ashar · Lukas Wehrl · Olaf Deutschmann · Robert J. Braun · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.390

摘要 固体氧化物燃料电池（SOFCs）被视为一种极具吸引力的发电技术，有望在无需任何预重整的情况下直接以氨为燃料运行，实现氨到电能的直接转换。本文针对交通领域提出并评估了一种基于氨的SOFC-燃气轮机（GT）系统概念，采用多尺度建模工具进行分析。该模型结合了三维多尺度SOFC电堆仿真与电站辅助系统组件建模，以估算整个系统的性能表现。工业级电堆仿真基于高功率密度的掺钆二氧化铈（GDC）电解质电池结构，并包含微观动力学机制以评估氨分解过程。通过精心设计的参数化权衡研究，对系统效率、总压比、电化学利用...

解读: 该氨燃料SOFC混合系统技术对阳光电源氢能战略布局具有重要参考价值。其60%以上系统效率和高功率密度特性,可启发我司在重卡充电站和分布式发电领域的技术创新。SOFC-燃气轮机混合架构与我司ST系列储能PCS的DC/AC变换技术存在协同潜力,特别是GFM控制策略可优化燃料电池并网稳定性。氨作为零碳燃料...

Mingguang Yang · Zhenhua Quan · Lincheng Wang · Zejian Chang 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.386

摘要 本研究提出并制备了一种新型混合冷却质子交换膜燃料电池（PEMFC）堆，该电池堆专门设计了高效的混合冷却通道。与传统的风冷电池堆以及上一代配备微热管阵列的分体式冷却电池堆相比，混合冷却电池堆实现了更高的负载能力、更优的发电性能和更佳的热管理性能。此外，混合冷却电池堆配置的风扇数量更少，从而降低了辅助功耗，并实现了更均匀的电压分布。实验结果表明，混合冷却电池堆的负载容量比分体式冷却电池堆高出14.3%，相较于同规格的普通风冷PEMFC电池堆则提升了71.4%。在相同电流条件下，混合冷却电池堆的...

解读: 该混合冷却PEMFC技术对阳光电源氢能储能系统及充电桩产品具有重要借鉴价值。其混合冷却路径设计实现71.4%负载能力提升和70.2%电压均匀性改善,可应用于ST系列储能变流器的热管理优化,特别是PowerTitan大功率场景。电压均匀性控制思路可融入VSG控制策略,提升多模块并联系统一致性。风扇功耗...

Jing Zhao · Xinxuan Cheng · Yongkang Ma · Zixun Zhong 等8人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.385

热管理对于开式阴极质子交换膜燃料电池（OCPEMFCs）的高效运行、安全性和耐久性至关重要。本研究创新性地采用一种基于湍流网格的新方法，以增强OCPEMFCs的传热与传质性能。通过开展一系列实验，测量并比较了温度、电压和电化学阻抗等参数，以验证湍流网格的有效性。在此基础上，系统研究了湍流网格的单元尺寸和安装距离等关键参数对OCPEMFCs运行特性的影响。实验结果表明，湍流网格显著提高了气流的湍流强度，从而增强了OCPEMFCs的传热效率和氧气传质速率。因此，电池的输出性能和热性能得到显著改善，甚...

解读: 该燃料电池热管理技术对阳光电源氢能业务具有重要参考价值。湍流栅格强化传热传质的方法可应用于我司燃料电池热管理系统设计,通过优化气流扰动降低欧姆阻抗87.8%的效果显著。该技术思路可借鉴至储能PCS的ST系列散热优化、充电桩功率模块热管理,以及SiC/GaN功率器件的冷却系统设计中。结合iSolarC...

Phuc Ho-Van · Ocktaeck Lim · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.381

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中提升其在高电流密度下工作的能力，对于实现广泛采用至关重要。值得注意的是，多项研究致力于开发合适的流场图案以缓解传质受限导致的性能损失，然而目前尚无一种流场能够有效应对在此类工况下同时出现的水淹和燃料饥饿双重挑战。本研究提出了一种新颖的方法，即将受自然界启发的三周期性极小曲面（TPMS）多孔结构引入PEMFC的流场设计中。我们的数值模拟结果表明，G-细带网络（GL25-FF）是最具前景的解决方案。其周期性且非曲折的孔道结构能够有效地将气流引导至气体扩散层（GDL...

解读: 该TPMS仿生多孔流场技术对阳光电源氢能储能系统具有重要借鉴价值。其G-配体网络结构通过优化质量传输,在0.4V电压下实现1.91A/cm²电流密度,较丰田Mirai提升5%,可应用于公司燃料电池备用电源系统。该技术的双相水管理策略和低压降设计理念,可迁移至ST系列PCS的液冷散热优化,改善大功率储...

Muhammad Akbara1 · Qi Ana1 · Yulian Ye · Lichao Wu 等11人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.378

摘要 固体氧化物燃料电池（SOFCs）能够提供高效且清洁的电力，但其高温运行瓶颈限制了广泛应用。如果能够开发出替代性电解质以降低工作温度，则SOFC的应用场景有望进一步拓展，例如应用于物联网（IoT）系统的电源。本文作为概念验证，开发了一种基于沉淀法制备的CeO₂电解质、可在400 °C下工作的SOFC，用于为物联网系统中的无线传感器供电。材料研究表明，CeO₂电解质样品形成一种涂层结构，其中非晶态碳酸盐薄层覆盖在CeO₂颗粒表面，从而促进快速的混合质子与氧离子传输。所制备的基于CeO₂电解质的...

解读: 该400°C低温固体氧化物燃料电池技术为阳光电源储能系统提供创新思路。CeO2电解质实现的快速质子-氧离子混合传输机制,可启发ST系列PCS在多能源耦合场景的控制策略优化。其0.65W/cm²功率密度及150小时稳定性,结合超级电容充电管理,与PowerTitan储能系统的能量管理单元设计理念契合。...

Yulin Liu · Tianhao Qie · Ujjal Manandhar · Xinan Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Informatics · 2024年12月

随着可再生能源渗透率的不断提高，固体氧化物燃料电池（SOFC）为提高微电网供电的可靠性和可持续性提供了一种有前景的解决方案。所提出的方法解决了现有SOFC控制方法中的关键挑战，包括模型依赖、使用非最优控制策略、依赖离线训练的神经网络（NN）以及设计复杂等问题。与基于模型的方法相比，该方法利用神经网络和策略迭代技术来学习系统动态并逼近最优控制策略，从而消除了对模型的依赖。与基于离线学习的方法相比，该方法实现了在线策略评估和神经网络更新，省去了繁琐的离线训练和数据采集过程。与基于在线学习的SOFC控...

解读: 从阳光电源在新能源综合解决方案领域的战略布局来看，这项基于在线学习的固体氧化物燃料电池（SOFC）优化控制技术具有显著的战略参考价值。该技术通过神经网络和策略迭代实现系统动态学习与最优控制策略逼近，有效解决了传统方法对精确模型的依赖问题，这与阳光电源在多能互补微网系统中面临的控制复杂性挑战高度契合。...