固體氧化物燃料電池（SOFC）技術(shù)由于其清潔高效等優(yōu)勢被譽為21世紀(jì)最具前景的綠色發(fā)電技術(shù)之一。經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展,SOFC技術(shù)逐漸走向成熟,但高成本、短壽命仍然是阻礙著其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的重要瓶頸。在長期運行中,系統(tǒng)發(fā)生性能衰減并演變?yōu)楣收蠌亩鴮?dǎo)致動靜態(tài)特征發(fā)生變化,使得已有系統(tǒng)控制設(shè)計面臨參數(shù)失配、控制失效等問題。本文以1kW水蒸氣外重整SOFC獨立發(fā)電系統(tǒng)作為研究對象,深入開展SOFC系統(tǒng)性能衰減與故障演變機制研究,在領(lǐng)域內(nèi)首次建立SOFC多模態(tài)模型并構(gòu)建完整的健康度評價體系,最后基于該體系實現(xiàn)SOFC系統(tǒng)控制優(yōu)化。本文對SOFC系統(tǒng)性能衰減與故障演變機制進行了深入分析,提取了常見衰減與故障類型,利用SOFC系統(tǒng)長期測試數(shù)據(jù)對性能衰減因素與故障演變過程進行了物理等價再現(xiàn),基于Stateflow平臺建立了包含多種性能衰減與故障演變模態(tài)的SOFC系統(tǒng)機理模型并進行實驗驗證。定義了性能衰減條件下SOFC系統(tǒng)的最優(yōu)操作點（OOP）,設(shè)計了基于遺傳-粒子群優(yōu)化算法的快速搜索方法獲取不同衰減情形下的OOP,分析其漂移特性為后續(xù)控制優(yōu)化提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ),并針對不同故障情形分析了不同故障參數(shù)下系統(tǒng)的動靜... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SOFC工作原理圖（純氫氣示例）

圖 2-1 SOFC 電堆性能衰減導(dǎo)圖：其中用橙色標(biāo)明的是多模態(tài)建模過程中重點關(guān)注的機制物理結(jié)構(gòu)形變類我們嘗試對熱應(yīng)力衰減機制進行建模。電池在工作過程中由于發(fā)熱量與溫度分布不均衡會形成溫度與溫度梯度場，不同材料的不同膨脹系數(shù)以及同種材料在不同溫度下的不同膨脹情況都會使電池內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而使電池產(chǎn)生物理形變使陽極-電解質(zhì)-陰極之間的接觸變差，導(dǎo)致活化損失與歐姆損失增加，當(dāng)溫度梯度較大、物理形變較為嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)電池破裂。從已有實驗現(xiàn)象中可以觀察到電堆溫度梯度與實際性能的關(guān)聯(lián)性，因此我們希望辨識出熱應(yīng)力對電堆性能的實際影響方式與程度。結(jié)構(gòu)應(yīng)力由于缺乏足夠研究手段而未納入重點。微觀組織變化類選擇了陽極鎳粗結(jié)和陰極粒子粗結(jié)、擴散這兩種機制。陽極鎳粗結(jié)是微觀層面上陽極鎳粒子由于趨向于表面能最小而發(fā)生聚集的過程，這會導(dǎo)致發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的三相界面長度變短，進而使電池陽極活化損失增加，這種衰減機制在SOFC 中幾乎不可避免，因此需要考慮其在電堆性能衰減中的貢獻；陰極粒子粗結(jié)、

Stateflow模塊搭建示例：上圖為最外層（狀態(tài)機），下圖左為一級子狀態(tài)（初始化與運行），下圖右為二、三級子狀態(tài)（各獨立故障）

【參考文獻】：
期刊論文
[1]SmBaCo2-xNixO5+δ陰極材料的性能[J]. 紀(jì)巖龍,袁曉佳,張華.  南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(06)
[2]固體氧化物燃料電池中的陶瓷材料[J]. 韓敏芳,張永亮.  硅酸鹽學(xué)報. 2017(11)

博士論文
[1]固體氧化物燃料電池界面穩(wěn)定性及耐硫性研究[D]. 高克卿.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]固體氧化物燃料電池堆的多物理場全耦合建模和理論模擬[D]. 李昂.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
[3]中溫固體氧化物燃料電池La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ陰極的性能穩(wěn)定性及衰減機理研究[D]. 劉毅輝.華中科技大學(xué) 2013
[4]平板式固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的動態(tài)建模與控制[D]. 蔣建華.華中科技大學(xué) 2013

碩士論文
[1]固體氧化物燃料電池陽極制備及穩(wěn)定性能研究[D]. 楊洋.安徽理工大學(xué) 2017
[2]固體氧化物燃料電池的故障預(yù)測[D]. 葉倩文.電子科技大學(xué) 2017
[3]風(fēng)光互補智能控制器的研究[D]. 楊菲.新疆大學(xué) 2013
[4]固體氧化物燃料電池監(jiān)測和故障診斷平臺的研制[D]. 胡剛.華中科技大學(xué) 2012
[5]發(fā)動機轉(zhuǎn)矩管理對車輛操縱穩(wěn)定性的影響[D]. 林葉.吉林大學(xué) 2009



本文編號：3373337