[發(fā)明專利]一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)分析模型建模方法

有效

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• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110706752B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣建華;成天亮;權(quán)學(xué)良;吳小東;秦宏川;徐豪;吳平
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;H01M8/04298
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

1.一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)分析模型建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)依據(jù)固體氧化物燃料電池系統(tǒng)工作機理搭建出系統(tǒng)初始狀態(tài)機理模型；

(2)分析固體氧化物燃料電池系統(tǒng)性能衰減與故障演變機制，通過機理分析辨識與物理等效方法搭建出固體氧化物燃料電池系統(tǒng)性能衰減模型與故障演變機制模型；

(3)將性能衰減模型與故障演變機制模型嵌入固體氧化物燃料電池系統(tǒng)初始狀態(tài)機理模型構(gòu)建固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)分析模型；

(4)將固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入到所述多模態(tài)分析模型中來辨識所述多模態(tài)分析模型參數(shù)；

所述固體氧化物燃料電池系統(tǒng)性能衰減模型包括電堆性能衰減機制建模和重整器性能衰減機制建模兩個部分；其中，電堆性能衰減機制包括電堆陽極鎳氧化、陰極連接體氧化、由熱應(yīng)力引起的物理形變和由陽極鎳粗結(jié)、陰極粒子粗結(jié)/擴散引起的微觀結(jié)構(gòu)變化；

所述電堆性能衰減機制建模中陰極連接體氧化衰減機制建模的模型公式為：

U_d(t)＝0.001×exp[(5.531×10^-8T_s-5.274×10^-5)t]

其中，U_d(t)為t時刻電堆電池片電壓，exp為指數(shù)函數(shù)，T_s為電堆平均溫度，單位為K。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)分析模型建模方法，其特征在于，所述系統(tǒng)初始狀態(tài)機理模型的搭建具體為在MATLAB平臺上依據(jù)固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的各部件的工作機理搭建各部件子模型，集成各部件子模型獲得系統(tǒng)初始狀態(tài)機理模型；所述各部件包括電堆、重整器、換熱器、燃燒室和風機；所有的子部件子模型根據(jù)質(zhì)量守恒、物料守恒以及能量守恒定律進行搭建。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)分析模型建模方法，其特征在于，所述固體氧化物燃料電池系統(tǒng)故障演變機制模型分為電堆故障演變機制建模和外圍輔助設(shè)備故障演變機制建模；其中，電堆故障演變機制包括電堆陽極入口漏氣和電池破裂；外圍輔助設(shè)備故障演變機制包括重整器積碳、換熱器煙氣入口漏氣、燃燒室漏氣和風機機械效率下降。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)分析模型建模方法，其特征在于，所述重整器性能衰減機制建模的模型公式為：

r(t)＝r₀(t)(1-r_drt)

其中，r(t)是重整器t時刻的反應(yīng)速率；r₀(t)是與t時刻相同輸入下原始狀態(tài)的反應(yīng)速率；r_dr是重整器性能衰減速率；單位為％/kh，每千小時百分之。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)分析模型建模方法，其特征在于，所述電堆故障演變機制建模中電堆陽極入口漏氣模型公式為：

f_anode,fault＝(1-α_anode,fault)f_anode,0

其中，f_anode,fault和f_anode,0分別表示故障狀態(tài)和正常狀態(tài)下電堆陽極入口燃料流量，α_anode,fault代表漏出燃料流量占燃料總流量的百分比；

所述電堆故障演變機制建模中電池破裂模型公式為：

E_Nernst,fault＝(1-α_Nernst,fault)E_Nernst,0

其中，E_Nernst,fault與E_Nernst,0分別是故障狀態(tài)和正常狀態(tài)下電池電動勢，α_Nernst,fault是電池破裂面積占電池總面積的百分比。