一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，属于燃料电池领域，该方法包括：获取系统在不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形的漂移特征；实时获取系统当前状态参数，根据漂移特征辨识系统故障类型和程度；根据辨识出的故障类型和程度，对系统进行对应的工程化处理。本发明专利技术方法基于健康度评价体系对系统故障类型和故障程度进行实时辨识，并对辨识出的不同故障类型和故障程度做出相应处理，最大程度避免系统组件受到难以修复的损坏以及故障处理对系统造成的二次损坏，有效减小了故障爆发对系统运行造成的影响，提高了系统运行效率，实现了系统低成本、长寿命运行，适用于实际工程的应用。

A method to deal with the failure of solid oxide fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法
本专利技术属于燃料电池领域，更具体地，涉及一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell,SOFC)通过电化学反应可以直接将碳氢化合物燃料中的化学能转化为电能，没有燃烧与机械传动过程，因而具有安静、高效、无污染的优点。相比于储能电池，SOFC发电技术具有高能比、强续航能力，是无人机、无人艇进行远程长期作业的理想供电装置，因此，其在军事国防、分布式供电等领域具有广阔的应用前景。经过数十年发展，SOFC技术在材料、电堆制造、系统集成等方面已经逐渐走向成熟，许多公司也成功地展示了SOFC系统，但高成本、低寿命仍然是阻碍着其大规模商业化应用的瓶颈问题，其中，系统故障的发生是一个主要原因。SOFC系统的运行需要各组件皆可良好工作，任意一处出现损坏，都会对系统的正常运行造成极大的影响甚至导致停机。以电堆为例，若发生电堆阳极入口漏气现象，则会导致氢气在电堆外围燃烧，难以控制电堆的工作温度，轻则降低系统燃料利用率造成燃料轻微泄露，重则使电堆超出工作温度发生不可逆的破裂甚至损坏而无法正常工作，导致系统无法发电并停止运行，造成系统运行高成本与低寿命的情况，因此，对系统故障进行实时辨识并处理对实现系统低成本、长寿命的运行至关重要。一方面，系统故障的发生往往难以辨识，通常都是在故障爆发后才可观测到明显现象，此时故障已经对系统造成了极大地影响，除了影响系统效率外，极易造成系统组件的损坏且难以修复，加重高成本、低寿命的情况；另一方面，系统的工作温度达到800摄氏度高温，只有在常温状态才能对部件进行详细的检查与更替以解决故障，而目前发现一经发现故障，常用的处理方式是直接对系统进行强制停机，此操作极易对系统各组件造成故障后的二次损伤，进一步加重系统高成本及寿命的损失。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，其目的在于解决，现有故障难以辨识且处理方法单一，易对系统造成二次损坏，导致系统运行效率和寿命降低的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，包括：(1)获取系统在不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形对应的漂移特征；(2)获取系统当前状态参数，根据所述漂移特征辨识对系统故障类型和程度进行辨识；(3)根据不同的故障类型和程度，对电池平均电压、空气旁路开度、燃料旁路开度、水碳比、空气流量或燃料流量进行调节后，平稳停机并维修故障点，避免对系统造成二次损坏。进一步地，所述获取系统在不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形对应的漂移特征，具体为，通过拟合函数hdsys＝A-Bhdr+Chdst，R2＝D，获取不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形的漂移特征；其中，hdsys为系统健康度，hdr为重整器健康度，hdst为电堆健康度，B、C分别为两者对应的系数，A为常数项，R2为拟合优度。进一步地，所述故障类型包括：电堆阳极入口漏气、电池轻度破裂、重整器积碳、换热器烟气入口漏气、燃烧室漏气和风机机械性能下降；各种故障类型的故障程度包括故障爆发前和故障爆发后。进一步地，在电堆阳极入口漏气或换热器烟气入口漏气故障发生前，所述工程化处理具体为：平稳停机后维修故障点或置换元件；在电堆阳极入口漏气或换热器烟气入口漏气故障发生后，所述工程化处理具体为：通过减少燃料流量以使泄漏量降至设定阈值，并通过减少电堆空气流量以控制电堆温度梯度至设定阈值后，平稳停机维修故障点或置换原件。进一步地，在电池轻度破裂故障发生前，所述工程化处理具体为：平稳停机后维修故障点或置换元件；在电池轻度破裂故障发生后，所述工程化处理具体为：增大燃烧室空气旁路开度以控制燃烧室工作温度至设定阈值内，调节分流比以控制重整器工作温度至设定阈值内，减少燃料流量以使泄漏量降至设定阈值，并通过减少电堆空气流量以控制电堆温度梯度至设定阈值，随后平稳停机置换电堆。进一步地，重整器积碳故障发生前，所述工程化处理具体为：增大水碳比消除积碳，使系统恢复正常运行；重整器积碳故障发生后，所述工程化处理具体为：增大水碳比并判断积碳可逆程度，若可逆程度高则使系统恢复正常运行，反之则平稳停机置换重整器。进一步地，燃烧室漏气故障发生前，所述工程化处理具体为：平稳停机后维修故障点或置换元件；燃烧室漏气故障发生后，所述工程化处理具体为：减少电堆空气流量以控制电堆温度梯度至设定阈值，增大燃烧室空气旁路开度以控制燃烧室工作温度至设定阈值内，随后平稳停机维修故障点或置换燃烧室。进一步地，燃烧室工作温度设定阈值为不超过900摄氏度，重整器工作温度设定阈值为600至800摄氏度，泄漏量设定阈值为不超过空气含量的5％，电堆温度梯度的设定阈值为不超过100摄氏度。进一步地，风机机械性能下降故障发生前后，所述工程化处理均为：平稳停机后维修故障点或置换风机。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术方法基于健康度评价体系对SOFC系统故障类型和故障程度进行提前辨识，最大程度避免系统组件因故障发现不及时而受到难以修复的损坏，降低了系统成本和寿命损失；同时本专利技术根据辨识出的不同故障类型和故障程度做出不同处理，从而在故障处理过程中对系统各组件进行保护，避免造成系统二次损坏，进一步降低了系统成本和寿命损失，最终实现系统低成本、长寿命运行，适用于实际工程的应用。附图说明图1是本专利技术提出的固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，包括：(1)获取系统在不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形的漂移特征；具体地，在长时间运行中，系统不可避免地发生故障问题，从而极大地影响系统运行。而系统故障存在一个前期的缓变过程，在其缓变期通过关键状态量的变化趋势及早辨识出故障进而及时采取相应措施，是我们应对系统故障演变机制的最佳选择。基于健康度评价体系可以获得各种情形下的重整器、电堆以及系统的健康度衰减函数。由于系统健康度与重整器健康度、电堆健康度密切相关，考虑通过函数拟合的方式挖掘其内在的数学规律，其中线性拟合效果最佳，拟合结果函数的数学表达式为：hdsys＝A-Bhdr+Chdst，R2＝D其中，hdsys为系统健康度，hdr为重整器健康度，hdst为电堆健康度，B、C分别为两者对应的系数，A为常数项，R2为拟合优度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，其特征在于，包括：/n(1)获取系统在不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形对应的漂移特征；/n(2)获取系统当前状态参数，根据所述漂移特征辨识对系统故障类型和程度进行辨识；/n(3)根据不同的故障类型和程度，对电池平均电压、空气旁路开度、燃料旁路开度、水碳比、空气流量或燃料流量进行调节后，平稳停机并维修故障点，避免对系统造成二次损坏。/n

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，其特征在于，包括：
(1)获取系统在不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形对应的漂移特征；
(2)获取系统当前状态参数，根据所述漂移特征辨识对系统故障类型和程度进行辨识；
(3)根据不同的故障类型和程度，对电池平均电压、空气旁路开度、燃料旁路开度、水碳比、空气流量或燃料流量进行调节后，平稳停机并维修故障点，避免对系统造成二次损坏。


2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，其特征在于，所述获取系统在不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形对应的漂移特征，具体为，通过拟合函数hdsys＝A-Bhdr+Chdst，R2＝D，获取不同故障类型、不同故障程度、不同功率点情况下相对于无故障情形的漂移特征；
其中，hdsys为系统健康度，hdr为重整器健康度，hdst为电堆健康度，B、C分别为两者对应的系数，A为常数项，R2为拟合优度。


3.根据权利要求1或2所述的一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，其特征在于，所述故障类型包括：电堆阳极入口漏气、电池轻度破裂、重整器积碳、换热器烟气入口漏气、燃烧室漏气和风机机械性能下降；各种故障类型的故障程度包括故障爆发前和故障爆发后。


4.根据权利要求3所述的一种固体氧化物燃料电池系统故障的处理方法，其特征在于，在电堆阳极入口漏气或换热器烟气入口漏气故障发生前，所述工程化处理具体为：平稳停机后维修故障点或置换元件；在电堆阳极入口漏气或换热器烟气入口漏气故障发生后，所述工程化处理具体为：通过减少燃料流量以使泄漏量降至设定阈值，并通过减少电堆空气流量以控制电堆温度梯度至设定阈值后，平稳停机维修故障点或置换原件。

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建华，成天亮，秦宏川，吴小东，张浩波，李曦，邓忠华，李箭，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42