[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

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910853225.4
• 申請(qǐng)日: 2019-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN110706752B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣建華;成天亮;權(quán)學(xué)良;吳小東;秦宏川;徐豪;吳平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G16C20/10
• 分類號(hào): 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

本發(fā)明公開了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，屬于固體氧化物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明依據(jù)固體氧化物燃料電池系統(tǒng)工作機(jī)理搭建出系統(tǒng)初始狀態(tài)機(jī)理模型；再分析固體氧化物燃料電池系統(tǒng)性能衰減與故障演變機(jī)制，通過機(jī)理分析辨識(shí)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(jī)制模型；之后將性能衰減模型與故障演變機(jī)制模型嵌入固體氧化物燃料電池系統(tǒng)初始狀態(tài)機(jī)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；最后將固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到所述多模態(tài)分析模型中來辨識(shí)所述多模態(tài)分析模型參數(shù)。本發(fā)明解決了固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)建模問題，適用于科學(xué)研究和實(shí)際工程應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體氧化物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及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。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置，它高效、無污染、無機(jī)械振動(dòng)和對(duì)多種碳?xì)淙剂蠚怏w具有廣泛適應(yīng)性等特點(diǎn)，使之成為21世紀(jì)最具吸引力的綠色發(fā)電方式之一。

SOFC可用于民用固定電站、空降宇航、熱電回用、交通和其他許多領(lǐng)域，其研究與開發(fā)在80年代以后得到蓬勃發(fā)展。一些發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)、日本等均投入大量人力物力致力于SOFC系統(tǒng)發(fā)電的研究與開發(fā)，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)SOFC的商業(yè)化。SOFC國(guó)際上一些具有代表性的科研機(jī)構(gòu)與公司的SOFC技術(shù)水平都日趨完善，也有能夠連續(xù)運(yùn)行數(shù)萬小時(shí)而不衰減的成功記錄，但是這些數(shù)據(jù)都是在試驗(yàn)臺(tái)的恒溫條件下獲得的，當(dāng)其成為系統(tǒng)走向?qū)嶋H工程應(yīng)用時(shí)因運(yùn)行環(huán)境條件惡劣，SOFC可能出現(xiàn)多種性能衰減與故障機(jī)制，使得系統(tǒng)的性能無法與試驗(yàn)臺(tái)獲得的相提并論。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，只有從系統(tǒng)的角度對(duì)每一種可能發(fā)生的性能衰減與故障情形都進(jìn)行針對(duì)性的展開機(jī)制分析，搭建出帶有性能衰減與故障演變機(jī)制的SOFC系統(tǒng)多模態(tài)分析模型，才能夠在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中及時(shí)辨識(shí)、預(yù)測(cè)和處理相應(yīng)的衰減與故障事件，進(jìn)而有效提高SOFC系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行壽命以及降低系統(tǒng)維護(hù)成本。

此外，由于目前重點(diǎn)關(guān)注的SOFC系統(tǒng)性能與故障演變機(jī)制存在較大的獨(dú)立性，即各種機(jī)制之間是并行邏輯，當(dāng)前還沒有建立耦合關(guān)系或是因果關(guān)系，但隨著相關(guān)研究的不斷深入，不同性能衰減與故障演變機(jī)制之間的關(guān)系會(huì)逐漸變得清晰。因此，在進(jìn)行SOFC系統(tǒng)建模時(shí)采用多模態(tài)建模的方法，利用Stateflow的事件觸發(fā)邏輯實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模型不同故障狀態(tài)之間的切換，這樣既便于不同故障機(jī)制的擴(kuò)充與刪改，同時(shí)也為未來更加復(fù)雜的衰減故障演變機(jī)制留下條件轉(zhuǎn)移的空間。但目前在帶有性能衰減與故障演變機(jī)制的SOFC系統(tǒng)多模態(tài)分析模型的建模與分析領(lǐng)域的研究尚屬空白。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了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，其目的在于基于Matlab/Stateflow平臺(tái)，搭建固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的初始狀態(tài)機(jī)理模型，并在此基礎(chǔ)上，建立基于性能衰減與故障演變機(jī)制的子模型，將其嵌入到初始狀態(tài)機(jī)理模型中，通過仿真分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性，解決了帶有性能衰減與故障演變機(jī)制的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)多模態(tài)建模問題，適用于科學(xué)研究和實(shí)際的工程應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了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，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(jī)理搭建出系統(tǒng)初始狀態(tài)機(jī)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(jī)制，通過機(jī)理分析辨識(shí)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(jī)制模型；

(3)將性能衰減模型與故障演變機(jī)制模型嵌入固體氧化物燃料電池系統(tǒng)初始狀態(tài)機(jī)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到所述多模態(tài)分析模型中來辨識(shí)所述多模態(tài)分析模型參數(shù)。