Hangyu Yua · Florian Bernard Berset · Pyry Mäkinen · Cédric Frantz 等14人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.397

摘要 在线性能表征与故障状态诊断对于确保微型热电联产（μ-CHP）固体氧化物燃料电池（SOFC）系统的家庭安全运行和延长使用寿命至关重要。然而，针对紧凑型SOFC系统实现快速且准确的故障检测与性能表征仍是一个挑战。本研究应用多种诊断方法对一个μ-CHP SOFC系统进行表征，包括恒电流电位法、电化学阻抗谱（EIS）、总谐波失真（THD）分析工具。性能表征与状态诊断在不同功率需求、燃料不足、高碳燃料供给以及长期运行条件下进行。正常工况与燃料不足条件下的EIS结果表明，远离燃料入口的底部27-cel...

解读: 该SOFC微型热电联供系统的快速诊断技术对阳光电源氢能储能系统具有重要借鉴价值。文中采用的电化学阻抗谱(EIS)和总谐波失真(THD)在线监测方法,可应用于ST系列储能变流器的电池健康状态诊断。燃料饥饿检测逻辑(0.01-0.1Hz正弦激励)可移植到PowerTitan系统的电池簇不均衡预警中。长期...

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...

Jintao Wua · Zhipeng Huaa · Xianguang Caob · Jiong Tangb 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.393

摘要 质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其清洁和环境可持续的特性，正成为未来重要的能源形式。大规模PEMFC耦合热电联供（CHP）技术能够满足用户侧多种能源需求，在零碳园区应用中具有广阔前景。本研究提出了一种应用于兆瓦级PEMFC-CHP系统中的创新多端口余热回收技术。该多端口余热回收技术在电堆本体余热回收的基础上，进一步集成了电堆排气、空气压缩机、中间冷却器以及变流器的余热回收。为验证模型的正确性，本文对电堆排气余热回收及其他关键设备进行了实验测试与验证。通过改变运行工况，探究了关键参数的动态...

解读: 该兆瓦级PEMFC热电联产系统的多端口热回收技术对阳光电源氢能储能一体化方案具有重要借鉴价值。其变温控制策略可将冷却液温差从28.75°C降至10.7°C,可应用于ST系列储能PCS的热管理优化;排气余热回收占比达19.33%,综合效率提升12.53%,为PowerTitan储能系统与燃料电池耦合的...

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...

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...

Aezid-Ul-Hassan Najmi · Abdul Wah · Rohith Prakash · Oliver Schopen 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.387

摘要 燃料电池混合动力电动汽车（FCHEVs）有望满足道路交通中高功率需求，同时减少温室气体排放。然而，尽管前景广阔，FCHEVs在进入当前汽车市场的过程中仍面临诸多挑战，其中热管理是主要挑战之一。除了显著降低FCHEVs的效率外，辅助负载以及加热和冷却需求还可能由于加热/冷却效率低下而导致电动部件寿命缩短，进而影响工作温度。本综述指出，现有研究主要集中于各个子系统，对FCHEVs整体热管理集成的关注较为有限。诸如废热回收（WHR）等新型策略被证明可将质子交换膜燃料电池（PEMFC）的效率从40...

解读: 该燃料电池混合动力热管理技术对阳光电源EV解决方案具有重要参考价值。文中提出的废热回收(WHR)系统可将效率提升至90%,可借鉴应用于我司OBC充电机和电机驱动系统的热管理优化。相变材料(PCM)技术可集成到充电桩温控设计中,提升极端温度下的充电效率。结合iSolarCloud平台的预测性维护能力,...

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...

Sai-Jie Cai · Mu-Chen Wang1 · Jun-Hong Chen · Zhuo Zhang 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.382

水管理和热管理对质子交换膜燃料电池的性能至关重要。本文设计了一种活性面积为25 cm²的透明单电池，用于在不同工况下表征水分布特性。在电池的设计与组装过程中，该方案克服了电池密封方面的技术挑战。通过神经网络对不同运行条件下录制的视频进行逐帧分析，实现了液态水的量化。为了进行对比分析，采用了阈值处理方法，并详细讨论了其优缺点。利用基于阈值处理结果生成的包含137帧的高质量训练集对神经网络进行训练。本研究探讨了温度、电压以及流场结构设计对水积累的影响。基于神经网络的语义分割方法在复杂工况下表现出优异...

解读: 该神经网络图像处理技术对阳光电源储能系统热管理具有重要借鉴价值。ST系列PCS和PowerTitan储能系统运行中的温度监测与水汽管理是关键挑战,文中基于语义分割的实时监测方法可应用于电池簇热失控预警。透明化设计理念启发iSolarCloud平台开发视觉诊断模块,通过热成像与AI识别实现储能柜内异常...

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。...

Yiyuan Huang · Maji Luo · Kun Jiang · Chuan Wang 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.377

摘要 膜加湿是目前商用车燃料电池系统中最普遍采用的加湿方法。然而，这种被动式加湿方式仅能满足湿度需求。为同时解决高功率燃料电池系统中的加湿与冷却问题，本文提出将空气辅助雾化加湿（AAAH）作为一种主动式加湿技术。然而，目前尚缺乏足够的实验研究来评估AAAH的适用性。本研究在高功率负载条件下观察了喷雾参数的影响，并在多种运行工况下将其与膜加湿（MH）进行了对比。实验结果表明，在采用AAAH时，阴极入口相对湿度与喷雾压力之间存在正相关关系。此外，该技术相较于MH能够实现更高的阴极入口相对湿度和更高的...

解读: 该空气辅助雾化加湿技术对阳光电源氢燃料电池系统及充电桩产品具有重要参考价值。研究中44.8%的系统效率提升和热负荷优化策略,可借鉴应用于我司大功率充电站的液冷散热系统设计。其水回收利用和动态响应控制逻辑,与我司PowerTitan储能系统的热管理技术形成协同,特别是在工商业场景下氢储一体化解决方案中...

Kehan Zhoua1 · Gonghe Zhanga1 · Haifei Bai · Yiming Wang 等8人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.377

摘要 推进与动力系统对无人机（UAV）的性能至关重要。随着以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为动力的电推进系统快速发展，无人机推进与动力系统的技术创新不断推进。本研究开发了一套1.5 kW、采用直接进气设计的PEMFC集成推进系统（北航氢-1），并在翼展为3.6 m的无人机上进行了飞行试验验证。该推进系统可直接利用螺旋桨后方的来流空气为PEMFC阴极提供反应气体和冷却作用，同时将PEMFC产生的电能用于驱动螺旋桨。推进系统中还集成了DC-DC模块和锂离子电池组，以稳定输出电压，并在起飞、过渡和降...

解读: 该PEMFC无人机推进系统的DC-DC模块与锂电池混合架构、动态分配能源管理策略,对阳光电源EV驱动系统及储能产品具有重要借鉴价值。其1.5kW燃料电池与锂电池协同工作模式,类似我司OBC充电机和储能PCS的功率调配逻辑。直接气流进气冷却设计可启发ST系列PCS的散热优化。动态响应策略可应用于Pow...