面向大负载波动质子交换膜燃料电池系统的控制导向热管理策略

Control-oriented thermal management strategies for large-load fluctuation PEM fuel cell systems

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...

基于湍流网格增强开式阴极质子交换膜燃料电池传热传质性能的实验研究

Experimental study on heat and mass transfer enhancement of open cathode proton exchange membrane fuel cells using turbulence grids

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...