面向熱管理的SOFC電堆動態(tài)建模與溫度觀測器設(shè)計.pdf

1、作為一種可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，固體氧化物燃料電池(SOFC)以其高效率、低排放、安靜無噪聲、燃料來源豐富、可快速充電等諸多優(yōu)點，帶來了廣闊的應(yīng)用前景。電堆作為 SOFC系統(tǒng)中最核心的部分，其熱特性得到有效控制與管理是 SOFC系統(tǒng)穩(wěn)定、高效率、長壽命運行的重要保證。而電堆熱特性管理的首要問題是解決其內(nèi)部溫度的可觀測問題。因此，本文基于 SOFC電堆，從電堆動態(tài)建模、溫度定量分析和觀測器的溫度控制策略等三方面對其熱特性進(jìn)行了深入

2、研究，并給出了相關(guān)的仿真結(jié)果。
　　首先，本文采用有限元的方法，分別為交叉流和同向流SOFC電堆建立了2D和1D微分方程模型，并采用定量分析的方法分析了模型內(nèi)部的溫度分布情況，且模型的準(zhǔn)確性經(jīng)過了大量實驗數(shù)據(jù)的驗證。本文先以交叉流電堆為例，通過對其內(nèi)部熱能的產(chǎn)生和擴(kuò)散的定量分析，得到了氣體流向?qū)﹄姸褍?nèi)部溫度分布的影響機(jī)制。同樣的，本文又用該方法簡單分析了同向流電堆內(nèi)部的溫度分布，證明了該方法的適用性，從而也為電堆溫度安全控制奠定了

3、基礎(chǔ)。
　　然后，為了將模型與實際對象聯(lián)系起來，本文基于同向流電堆線性化狀態(tài)空間模型和最易測量輸出變量組合，設(shè)計了非線性龍伯格溫度觀測器和線性卡爾曼溫度觀測器，實現(xiàn)了電堆內(nèi)部溫度實時準(zhǔn)確的觀測。仿真結(jié)果表明：在滿足穩(wěn)態(tài)實時準(zhǔn)確溫度觀測的同時，龍伯格觀測器能實現(xiàn)溫度的動態(tài)跟蹤，而卡爾曼觀測器則能實現(xiàn)溫度的快速跟蹤。
　　最后，基于電堆的動態(tài)模型和非線性龍伯格溫度觀測器，設(shè)計出了能保證電堆安全運行的PID溫度約束控制系統(tǒng)。該控制