Yue Xia · Zhaoran Wang · Shaahin Filizadeh · Juan Su 等6人 · IEEE Transactions on Energy Conversion · 2025年9月

电磁暂态程序（EMTP）广泛用于电力系统电磁暂态仿真。近年来，电解槽作为实现可再生能源制氢及提升系统灵活性的可控负荷，其在电力系统中的应用备受关注。为拓展EMTP对电解槽多物理场暂态过程的模拟能力，本文提出了一种适用于质子交换膜电解槽（PEMEL）的等效电路模型。通过电、质量传递与热力学量之间的类比，构建了包含电流、电压、物质传输、压力、热传递和温度动态的电路模型，并利用标准元件库在EMTP中实现。模型在稳态与暂态条件下均与实验数据吻合良好，并应用于电-气综合系统，验证了其有效性与实用性。

解读: 该PEMEL等效电路建模技术对阳光电源氢能储能系统开发具有重要价值。可直接应用于：1）ST储能系统与电解槽耦合的电-氢综合储能方案，通过EMTP仿真优化变流器与电解槽的暂态交互特性；2）光伏制氢系统中SG逆变器的协调控制策略设计，基于多物理场模型预测电解槽动态响应，提升MPPT算法在波动工况下的适配...

Taoufiq Kaoutar · Hasna Louahli · Pierre Schaetze · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.341

摘要 本研究探讨了基于氢能源系统的集成与优化，重点在于将金属氢化物（MH）储氢与质子交换膜燃料电池微型热电联产（PEMFC MCHP）系统相结合，应用于住宅领域。该MH储氢系统与热泵耦合运行，充放电压力为10 bar。采用COMSOL 6.1版本软件，利用固体与流体传热模块及Brinkman方程模块建立模型，并通过实验数据进行验证，同时应用机器学习方法（前馈神经网络）对MH动态过程进行预测性建模。研究发现，较小的500 NL储氢罐具有较高的质量比热需求，但氢气动力学性能更优，可在一小时内达到约7...

解读: 该氢储能-燃料电池mCHP系统研究对阳光电源储能及户用产品线具有重要参考价值。金属氢化物储能的热管理优化思路可借鉴至ST系列储能变流器的温控策略;研究中采用的机器学习预测建模方法与iSolarCloud平台的预测性维护技术高度契合,可用于优化户用光伏-储能系统的充放电策略;燃料电池mCHP的冷热电联...

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...

Mehdi Mori · Mohammad Hasan Khoshgoftar Manesh · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.327

摘要 多联产系统通过整合多种能源和工艺，在统一系统中生产多种产品，以满足居民和工业需求，相较于单一工艺系统具有更高的可持续性和韧性。优化此类系统可最大化能源资源的利用效率。本研究提出了一种综合性的多联产系统，能够生产八种产品，以满足电力、制冷、供热以及淡水、氢气、氧气、二氧化碳和乙醇等副产品的需求。该系统基于两种可再生能源——太阳能和生物质能，并结合传统的甲烷能源。通过对能量、㶲、㶲经济、㶲环境、能值经济和能值环境等多个维度进行综合评估，对该系统进行了全面评价。采用MATLAB进行数学建模，评估...

解读: 该多能互补系统整合太阳能与生物质能源,对阳光电源ST储能系统和SG光伏逆变器产品线具有重要参考价值。固体氧化物电解池制氢技术可与我司储能PCS协同,实现电-氢耦合优化。研究中的多目标优化方法(机器学习+遗传算法)可应用于iSolarCloud平台,提升能效2.54%、降低成本1.88%的成果验证了智...

Yan Suna · Hong-Wei Lia · Di Wangb · Chang-He Duac · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.401

本文提出了一种基于太阳能-氢能互补利用技术的新型复合系统，首次将氢气轮机、热电发生器和质子交换膜电解槽集成到太阳能塔式-超临界CO2布雷顿循环系统中。文中首次提出了以氢气轮机替代传统太阳能塔式系统中储热系统的概念。为应对太阳能的间歇性问题，提出了三种灵活运行模式：纯氢模式、太阳能-氢能互补模式和纯太阳能模式。建立了所提出系统的集成动态模型，开展了详细的年性能分析和敏感性分析，提出了针对该系统在三种运行模式下动态性能的综合评价方法，并实施了负荷调节策略研究。结果表明，该系统的产氢速率在7月份最高，...

解读: 该太阳能-氢能互补系统对阳光电源ST储能系统和SG光伏逆变器产品线具有重要启示。系统提出的三种灵活运行模式(纯氢、互补、纯光伏)与阳光电源GFM/GFL控制技术和VSG虚拟同步发电机技术高度契合,可优化PowerTitan储能系统的动态响应特性。45-330秒的响应时间范围为PCS功率控制策略提供参...

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...

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...

Quan Sui · Huashen He · Jing Liang · Zhongwen Li 等5人 · IEEE Transactions on Sustainable Energy · 2025年6月

船舶运氢相比拖车或 tanker 更具成本优势，但对环境因素（如水位）更为敏感。为此，本文提出一种考虑水电站调峰支持氢船航行的电-氢-热综合系统短期调度策略。构建了水路氢链时空运行模型，计及电解温度、可逆固体氧化物燃料电池（RSOC）产氢效率与最大可用功率的关系，并评估水电站下泄流量对氢船通航的影响。在此基础上，设计了以热电厂可灵活运行于纯发电或热电联产模式为核心的多日协同调度策略。该模型被线性化为混合整数二阶锥规划问题，并通过双层方法高效求解。基于改进IEEE 118节点系统的算例验证了所提方...

解读: 该电-氢-热综合调度技术对阳光电源氢能储能系统具有重要应用价值。文中RSOC可逆固体氧化物电池的温度-效率-功率耦合建模，可直接应用于阳光电源氢储能变流器PCS的控制策略优化，实现电解制氢与燃料电池发电模式的高效切换。多能源协同调度框架为PowerTitan储能系统提供了与水电、热电联合调峰的解决方...

Ali Bahadar · Muhammad Usman Bin Ahmed · Ahmed Bilal · Mohammed Zwawi 等5人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.345

摘要 本研究开发并评估了一种基于生物质的多联产系统，该系统将椰壳原料气化与固体氧化物燃料电池（SOFC）、燃气轮机、超临界布雷顿循环、HDH海水淡化以及用于氢气生产的碱性电解槽进行集成，实现协同运行。在设计工况下，该系统将低热值生物质转化为约492.5 kW的净电功率和226 kW的有效热能，基于生物质的净发电效率达到45.0%（基于合成气为57.5%），整体净能效为67.6%。㶲分析表明，系统回收了502.5 kW的有效㶲，整体净㶲效率为43.1%（基于合成气为62.5%），总㶲损为369 k...

解读: 该生物质多联供系统的SOFC燃料电池与余热梯级利用技术对阳光电源氢能业务具有重要参考价值。系统67.6%的综合能效和43.1%的火用效率展示了多能互补优势,可借鉴于ST储能系统与制氢装置的耦合设计。其氢气成本降至0.5981美元/kg的经济性分析,为阳光电源氢储能解决方案的商业模式提供依据。建议将废...

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...

Gulenay Alevay Kilic · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.343

摘要 氢燃料电池系统中的热管理对于系统的效率和耐久性至关重要，而中冷器的优化直接影响这些系统的性能。本研究采用三维计算流体动力学（CFD）方法，在多种翅片几何形状、布置方式和运行条件下，对用于氢燃料电池系统中的叉流式水冷中冷器的热液性能进行了全面研究。针对三角形和I形翅片结构，在垂直和水平布置方式下，分别在空气入口温度为353 K和373 K、空气流速从1至12 m/s（涵盖层流到过渡流态）的条件下开展了参数化分析。数值模型通过文献中已有的实验数据进行了验证，平均绝对百分比误差为10.4%。结果...

解读: 该CFD热仿真技术对阳光电源氢能及热管理系统具有重要价值。研究中I型翅片垂直布置在过渡流态下热传递性能提升35%的发现,可直接应用于ST系列储能变流器和充电桩产品的散热优化设计。特别是j/f比优化方法能指导功率器件(SiC/IGBT模块)冷却系统设计,在保证传热效率同时降低泵功耗。建议将该仿真方法集...

Qi Liua · Zijian Zhaoa · Zhe Lina · Haifeng Wangb 等5人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.342

流道结构的优化对于质子交换膜燃料电池（PEMFC）在提升功率性能过程中的热能与能量管理至关重要。本研究分析了在双极板中设计的新型波浪形流道对大规模PEMFC电堆功率性能的改善效果。该新型波浪形流道的特点在于氢气与空气波浪形流道在空间上的重叠布置，以及双极板中气体通道与冷却剂通道的非对称几何结构。通过实验评估了采用波浪形流道的大规模PEMFC电堆的功率密度。建立了三维耦合数值模拟模型，用于研究流动动力学、传热传质及电能输出特性。在不同冷却剂温度（60 °C至80 °C）条件下，对比讨论了气体流速与...

解读: 该PEMFC波浪流道优化技术对阳光电源氢能储能系统具有重要借鉴价值。研究中的热管理策略(60-80°C冷却温度优化)可应用于ST系列PCS的液冷系统设计,通过流道结构创新降低欧姆热源和熵产生。波浪流道产生的间歇速度模式增强传质的机制,可启发PowerTitan储能系统的散热通道优化,提升功率密度。三...

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...

Zilong Yanga · Jin Yangb · Haoran Sunb · Weiqun Liua 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.401

摘要 质子交换膜（PEM）水电解槽是实现可持续氢气生产的一项有前景的技术，然而在不同工况下优化其性能仍是一个关键挑战。本研究构建了一个优化问题，旨在考察关键操作参数（如入口流量Q_in和入口温度T_in）如何影响一个5 cm × 5 cm的PEM水电解槽的性能。目标是最大化系统效率、确保热安全性，并最小化辅助系统（BOP）的能耗。首先，提出了一种集管式直通道PEM水电解槽模型，该模型考虑了多物理场耦合效应，用以揭示入口温度和流量对氢气生产效率及BOP能耗的影响规律。随后，建立了用于提升系统性能的...

解读: 该PEM电解槽多物理场建模与机器学习优化技术对阳光电源氢能业务具有重要借鉴价值。研究中的热管理策略、效率优化方法可直接应用于ST系列储能变流器的热设计优化,通过ANN-PSO算法降低计算成本的思路可迁移至iSolarCloud平台的预测性维护模块。多物理场耦合仿真经验可支撑SiC器件在大功率电解系统...

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...

Kangrui Jiang · Zhongbei Tian · Tao Wen · Kejian Song 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.393

摘要 轨道交通脱碳已成为轨道交通行业未来发展的主要方向。氢燃料电池（HFC）列车因其零碳排放和较低的改造成本，成为具有竞争力的潜在解决方案。然而，由于氢气在储存、运输和利用方面面临的挑战，其成本较高，仍是制约HFC列车商业化的主要因素。温度对HFC的能量转换效率和寿命具有显著影响，其热管理要求比内燃机更为严格。现有的HFC列车能量管理系统（EMS）通常忽略了HFC温度变化对能量转换效率的影响，难以根据环境动态条件实现能量与热管理的实时平衡控制。为解决这一问题，本文提出一种基于深度强化学习（DRL...

解读: 该深度强化学习能量-热管理协同优化技术对阳光电源氢能及储能系统具有重要借鉴价值。其MDP建模与双深度Q学习算法可应用于ST系列PCS的多能源协调控制,实现电池SOC动态平衡与温控优化。该方法在充电站EV Solutions中可优化充电功率分配,降低设备热应力;在PowerTitan储能系统中可提升变...

Yuhan Li · Zhifeng Zheng · Yangge Guo · Xiaojing Cheng 等8人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.392

摘要 热管理控制对质子交换膜燃料电池（PEMFC）的性能与耐久性具有重要意义。在大负载波动工况下，由于系统具有强非线性和时变时滞特性，热管理控制面临巨大挑战。为此，本文采用串级内模控制（IMC）方法，结合电流前馈控制，以提升宽范围负载变化下的跟踪性能及对时滞扰动的鲁棒性，同时降低系统时滞影响。此外，提出了一种针对恒温器和风扇的双内环串级IMC结构，以进一步增强系统鲁棒性，并引入改进型Smith预估器以改善时滞扰动的抑制能力。首先通过阶跃响应测试和白噪声扰动测试分别评估所提出控制策略的响应速度与鲁...

解读: 该燃料电池热管理控制技术对阳光电源氢能业务拓展具有重要参考价值。文中提出的级联内模控制(IMC)与电流前馈结合策略,可应用于公司充电桩及储能系统的热管理优化,特别是ST系列PCS在大功率波动场景下的温控精度提升。双内环级联IMC与改进Smith预估器的鲁棒性设计思路,可借鉴至SG逆变器的宽温度范围运...

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...