發(fā)布時(shí)間：2022-01-14 23:24

　　固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種在高溫下工作的發(fā)電裝置,具有清潔高效的特點(diǎn),是一種很有發(fā)展前景的綠色能源。由于SOFC系統(tǒng)的輸出特性偏軟,無法實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)載的快速變化,需要引入輔助電源（例如鋰電池）來幫助實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的快速跟蹤。然而在混合發(fā)電系統(tǒng)中,SOFC系統(tǒng)與鋰電池相互影響,研究合適的能量管理策略實(shí)現(xiàn)混合發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能量分配和跟蹤,以期提高系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)性,已成為目前SOFC混合發(fā)電系統(tǒng)研究領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵問題。因此本文針對SOFC/鋰電池混合發(fā)電系統(tǒng)提出了基于功率預(yù)測的實(shí)時(shí)能量管理策略,主要研究內(nèi)容如下:（1）搭建了SOFC/鋰電池混合發(fā)電系統(tǒng)模型。首先基于質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、電化學(xué)原理與熱力學(xué)定律,建立了SOFC系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,包括電堆、空氣壓縮機(jī)、熱交換器、旁路閥、混合器、尾氣燃燒室、分流器等部件。其次建立了鋰電池二階阻容等效電路模型,并基于最小二乘法進(jìn)行模型參數(shù)的辨識。本文進(jìn)行仿真并驗(yàn)證了SOFC系統(tǒng)的極化曲線和鋰電池模型的V-t曲線,結(jié)果表明搭建的SOFC系統(tǒng)與鋰電池系統(tǒng)均能夠較為準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的實(shí)際輸出特性。（2）提出了一種SOFC/鋰電池混合發(fā)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)能量管理... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SOFC/鋰電池混合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖2-2所示[92],SOFC系統(tǒng)包括電堆以及相關(guān)的外圍設(shè)備,包括空氣壓縮機(jī)、燃料熱交換器、空氣熱交換器、混合器、旁路閥、尾氣燃燒室、分流器等。電堆是SOFC系統(tǒng)的核心部件,燃料與氧化劑在電堆內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)并直接生成電流。空氣壓縮機(jī)一方面給電堆提供一定壓強(qiáng)的氧氣,另一方面可以通過空氣進(jìn)口流量調(diào)節(jié)SOFC系統(tǒng)的溫度。燃料熱交換器和空氣熱交換器利用尾氣燃燒室排出的廢氣預(yù)熱反應(yīng)氣體和空氣到一定溫度保證電堆的正常運(yùn)行。旁路閥和混合器通過調(diào)節(jié)參與反應(yīng)的冷熱氣體比例進(jìn)而調(diào)節(jié)電堆陰、陽極入口的溫度。尾氣燃燒室主要用于回收未參加反應(yīng)的氣體并將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量傳送到熱交換器中預(yù)熱反應(yīng)氣體。本章基于MATLAB/Simulink平臺(tái)對SOFC系統(tǒng)進(jìn)行模塊化建模。分別搭建了SOFC系統(tǒng)各個(gè)部件的模型,并基于圖2-2示意將SOFC系統(tǒng)部件進(jìn)行連接整合,其次基于實(shí)際情況調(diào)整各個(gè)模塊的參數(shù),最終構(gòu)建了SOFC系統(tǒng)的仿真模型。模塊化建模的優(yōu)點(diǎn)在于降低了模型的耦合性,當(dāng)仿真過程中某個(gè)條件發(fā)生改變后,可以只修改其中對應(yīng)的模型,不影響系統(tǒng)整體的功能實(shí)現(xiàn),也降低了系統(tǒng)的建模難度。同時(shí)為了進(jìn)一步簡化模型,本節(jié)做出了如下假設(shè)[93-94]:

由于SOFC系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢,針對負(fù)載變化較快的情況下,SOFC系統(tǒng)無法快速響應(yīng)。而鋰電池作為一種儲(chǔ)能裝置,相比其他電池來說具有較高的功率密度,能很好的彌補(bǔ)SOFC系統(tǒng)的這一不足。作為一種可充電電池,鋰電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、新能源汽車等領(lǐng)域中。和燃料電池的組成類似,鋰電池主要由正負(fù)極、液態(tài)電解質(zhì)、外殼和隔膜等部件組成,如圖2-3所示。鋰電池的正負(fù)極內(nèi)部都是微型空隙結(jié)構(gòu),在放電階段,鋰離子脫離多孔的負(fù)極通過電解質(zhì)向正極不斷移動(dòng);在充電階段,正極產(chǎn)生首先產(chǎn)生鋰離子再移動(dòng)到負(fù)極然后和負(fù)極的碳材料結(jié)合,具體化學(xué)反應(yīng)方程式原理如式(2-36)、(2-37)、(2-38)所示:

【參考文獻(xiàn)】：
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