考虑双栈固体氧化物燃料HAWKER蓄电池/混合动力发电系统的能源管理战略制定，考虑桩间不一致性

SOFC是一种电化学能量转换装置。它通过高效利用氢能减少温室气体排放，推动能源技术创新，并为可持续发展提供强有力支持[[1]， [2]， [3]， [4]]。然而，单一烟囱的结构和体积限制极大限制了SOFC系统的功率输出，使其难以满足高功率应用的需求。因此，采用特定拓扑结构将多堆栈集成为多堆高功率系统，对于成功商业化SOFC系统至关重要[5,6]。多栈SOFC系统的电气连接架构包括串联、并联和混合集成配置[[7]， [8]]。Marx等人[9]通过分析串联与并联燃料电池堆栈之间的老化趋势，展示了并联结构的优越耐久性。尽管并行多栈SOFC系统结构促进了SOFC系统的大规模商业部署，但仍存在若干挑战：在快速负载变化时，燃气供应系统固有的响应滞后可能导致燃料短缺，从而削弱SOFC系统对负载波动的高效响应能力[[10]， [11]， [12]， [13]， [14]， [15]]。在多栈系统的应用中，栈之间的不一致会影响系统性能 [[16]， [17]， [18]， [19]， [20]， [21]， [22]]。因此，开发定制EMS以应对这些挑战，对于提升多栈SOFC系统的运行性能至关重要。
此前的研究提出了SOFC系统负载响应特性的解决方案。例如，Jiang等人[11]构建了一个集成超级电容器和电池及SOFC叠加的混合电力系统。他们基于二维动态规划为混合发电系统制定了电力分配策略。与传统方法相比，这种方法提升了能源效率和运营耐久性。Li等人[12]证明SOFC系统在负载跟随方面存在固有局限性。他们将锂电池整合进系统，并制定了功率分配策略，有效缓解SOFC系统的负载跟随问题。Wu等人[13]开发了一种电池-燃料电池混合动力系统，并展示了其可靠性。Xu等人[14]开发了一种混合电力系统，为监测站供电。他们开发了自适应控制策略，有效解决了燃料短缺和燃烧器温度失控的问题。此外，Wang等人[15]证明，频繁的功率波动会损坏燃料电池并缩短燃料电池系统的寿命。上述文献基本上将储能系统集成到单一的SOFC系统中，并开发了EMS来解决这一问题。然而，如果将这一问题扩展到多堆栈SOFC系统，整合储能系统并开发相应的EMS以解决多栈SOFC系统负载响应缓慢的问题就非常重要。
在多栈SOFC系统的实际应用中，堆栈退化和反应物流分布的不一致会阻碍系统性能。大量研究[[16]、[17]、[18]、[19]]表明，复合阳极（如Ni-YSZ、Ni-SSZ和Ni-GDC）中镍颗粒的粗化是SOFC系统性能下降的重要原因。Hoffrogge等人[17]证明，镍颗粒的连续粗化会降低阳极的TPB密度，从而降低系统性能。Khan等[18]观察到，镍颗粒的粗化导致电极微观结构演化，显著降低阳极的有效TPB密度和电子导电率，最终导致SOFC性能下降。Wu等人[20]利用数据驱动技术研究栈间不一致的劣化如何影响多栈SOFC系统的寿命。他们的发现显示，烟囱间劣化差异越大，系统整体寿命越短。此外，在并行多堆栈SOFC系统中，为了降低成本和系统体积，BoP在堆栈间共享。热交换后，反应物温度过高，无法在每个分支安装阀门，从而妨碍对反应物流入各组的准确控制。这可能导致堆栈间反应物分布不一致，影响系统性能[21]。Yang等人[22]探讨了这一问题，他们的模拟结果表明反应物分布不一致会降低多烟囱系统的效率和功率。他们提出了针对特定操作条件的电流控制策略，涉及独立调整每个烟囱的电流。该方法减少了烟囱间的温差，提升了系统性能。然而，裁判们。[[16]， [17]， [18]， [19]] 仅确认镍粒子粗化是堆栈降解的主要原因。参考文献[20]仅证明了烟囱间反应物分布不一致会负面影响系统性能。参考文献[22]提出了针对特定操作条件量身定制的控制策略，但并未提供广泛适用的控制方法论。因此，对多栈SOFC系统中栈间不一致的全面分析及制定定制化的能源管理策略是关键的研究重点。
此外，许多研究人员专门开发了用于集成多组燃料电池和电池的混合动力系统的EMS。例如，张等人[23]提出了一种两层多模功率管理策略，以提升混合电力系统的效率、RUL和LCC。Zhou等人[24]开发了重型商用车多层系统决策模型。该模型将效率和RUL作为关键绩效指标进行优化。采用迭代和启发式算法求解该模型，并确定3至5层的最优栈分配方案。Zhang 等人[25] 提出了基于 LCC 的最小分配策略。与均功率分配策略相比，该策略每100公里减少了0.06公斤氢气消耗。谢等人[26]设计了一种混合动力系统EMS，优化烟囱与电池间的功率分配，以提升舰船燃油效率。Ghaderi 等人[27]提出了一个三层在线EMS用于多栈FCV，结合了退化因子，并利用无模型的强化学习（RL）进行功率分配，以降低实际驾驶条件下的成本。当前研究主要聚焦于多堆栈PEMFC混合系统的EMS开发，在多栈SOFC混合系统的EMS研究中留下空白，尤其是在考虑多栈系统中两种栈间不一致问题时。因此，开发适用于多栈SOFC混合系统的有效EMS仍是其商业扩展性面临的主要挑战。
为解决这些问题，本研究通过将BESSS集成到双栈SOFC系统中，开发了一种混合发电系统，并提出了两层EMS的方案。主要贡献如下：
（1）首先，通过将BESS集成到双叠置SOFC系统中，建立混合发电系统模型。其次，对栈间的不一致性进行建模，并设计检测方法。最后，基于分析结果，提出了双层EMS方案。
（2）EMS的第一层采用基于状态的方法，动态调整双栈SOFC系统与BESS之间的功率。BESS可以减轻负载波动，降低双栈SOFC系统的切换频率。
（3）EMS的第二层采用FLC，根据堆栈间不一致性进一步将双栈SOFC系统的总功率分配到两个堆栈之间。所提EMS实现了性能趋同控制，并提升了系统性能。