固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）是一種將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置,具有噪音小、無污染、發(fā)電效率高等優(yōu)點,在能源制造中有廣泛的研究前景。電池在日常的使用中,既要達到外部負載要求又要在電池安全范圍內(nèi)運行,SOFC的熱電特性的有效管理和控制,有利于延長電池的使用壽命,為此,本文以千瓦級純氫管式SOFC為研究對象。從電池輸出電壓和電池工作溫度兩方面地進行了動態(tài)建模與控制研究。本文由此展開了如下研究:（1）根據(jù)質(zhì)量守恒、能量守恒、經(jīng)典熱力學公式搭建了九階管式固體氧化物燃料電池的熱模型和電化學模型。進行了進口的電流、氫氣流率、空氣流率對電池功率、電壓、溫度穩(wěn)瞬態(tài)影響的分析。結(jié)果表明該模型在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下都能反應固體氧化物燃料電池的真實運行狀態(tài)。（2）針對所搭建的管式固體氧化物燃料電池模型,設計多輸入多輸出模型預測控制器,在負載電流變化的情況下,調(diào)整電池的進口氫氣和進口空氣,使電池輸出的電壓和溫度保持穩(wěn)定,且燃料利用率在合理范圍�？刂平Y(jié)果表明模型預測控制器對于強耦合、非線性系統(tǒng)的固體氧化物燃料電池模型電壓和溫度控制具有較好效果。（3）基于所搭建的九階... 

【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景與意義
    1.2 燃料電池的工作原理和分類
    1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 SOFC系統(tǒng)現(xiàn)階段組成結(jié)構
        1.3.2 SOFC的建模研究現(xiàn)狀
        1.3.3 SOFC的控制研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的研究內(nèi)容及章節(jié)安排
第2章 管式固體氧化物燃料電池機理建模
    2.1 SOFC電池堆工作原理
    2.2 熱力學模型
        2.2.1 空氣供應管中的空氣能量守恒
        2.2.2 空氣供應管的能量守恒
        2.2.3 陰極管道內(nèi)空氣的能量守恒
        2.2.4 陽極管道內(nèi)燃料的能量守恒
        2.2.5 電池三相反應界面的能量守恒
    2.3 電力學模型
        2.3.1 質(zhì)量守恒方程
        2.3.2 擴散狀態(tài)
        2.3.3 活化極化
        2.3.4 歐姆極化
        2.3.5 濃差極化
    2.4 固體氧化物燃料電池安全運行條件
        2.4.1 燃料利用率
        2.4.2 電池工作溫度
        2.4.3 汽碳比
        2.4.4 其他安全條件
    2.5 總結(jié)
第3章 管式固體氧化物燃料電池穩(wěn)瞬態(tài)分析
    3.1 SOFC電池堆穩(wěn)態(tài)特性分析
        3.1.1 不同燃料流量情況下電池堆的電壓特性
        3.1.2 不同溫度下電池堆的電壓特性
    3.2 電池堆瞬態(tài)特性分析
        3.2.1 進口燃料氣體流量階躍輸入下電池的特性
        3.2.2 進口空氣流量階躍輸入下電池的溫度特性
        3.2.3 電流階躍輸入下電池的溫度特性
    3.3 總結(jié)
第4章 管式固體氧化物電池堆電壓和溫度協(xié)同控制策略研究
    4.1 固體氧化物燃料電池模型及空間狀態(tài)方程
    4.2 模型預測控制
        4.2.1 模型預測控制理論的介紹
        4.2.2 模型預測控制的原理
        4.2.3 模型預測控制器的設計
    4.3 基于模型的模型預測控制器設計
    4.4 仿真分析
    4.5 總結(jié)
第5章 管式固體氧化物燃料電池功率和溫度協(xié)同控制策略
    5.1 對功率影響仿真分析
        5.1.1 輸入電流對電池功率影響仿真分析
        5.1.2 氫氣流率對電池功率影響仿真分析
        5.1.3 空氣流率對電池功率影響仿真分析
        5.1.4 溫度對電池功率影響仿真分析
    5.2 管式SOFC空間狀態(tài)方程
    5.3 滑膜控制器介紹
        5.3.1 滑膜控制器原理
    5.4 滑膜控制器的設計
    5.5 仿真分析
    5.6 總結(jié)
總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻


【參考文獻】：
期刊論文
[1]固體氧化物燃料電池：發(fā)展現(xiàn)狀與關鍵技術[J]. 李箭.  功能材料與器件學報. 2007(06)
[2]中國新能源和可再生能源發(fā)展綱要（1996—2010）[J]. 石定寰.  太陽能. 1995(03)
[3]斯特藩－玻爾茲曼輻射定律及其應用[J]. 曹鼎漢.  紅外技術. 1994(03)

博士論文
[1]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 2013
[2]固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)建模與控制[D]. 曹紅亮.華中科技大學 2012
[3]中溫固體氧化物燃料電池系統(tǒng)建模與控制方法研究[D]. 楊杰.華中科技大學 2009

碩士論文
[1]300MW機組主汽溫系統(tǒng)預測控制方案研究[D]. 高山.華北電力大學 2015
[2]多變量系統(tǒng)的動態(tài)矩陣控制算法的實現(xiàn)及仿真[D]. 劉冉.電子科技大學 2004



本文編號：3194095