一种固体氧化物燃料电池温度分布估计方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池温度分布估计方法与系统，所述方法包括：对外重整固体氧化物燃料电池系统建模，以获得温度数据；应用模式识别方法，提取出电堆温度分布的时空特征，用多元线性回归算法建立电堆内部各个温度节点与中心节点温度、系统输入的燃料流量、空气流量、电流之间的时空特征模型；通过最小二乘支持向量回归机估计算法基于系统的输入来估计中心节点温度，作为电堆温度分布的空间特征参数；结合估计的中心节点温度以及温度分布时空特征模型估计出电堆温度分布；基于测得外围温度校正中心节点温度，从而得到更精准的电堆温度分布。如此，本发明专利技术为交叉流SOFC电堆的温度分布估计提供了可行的方案，且估算精准度高、实时性好。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池温度分布估计方法与系统
本专利技术属于燃料电池温度分布估计
，更具体地，涉及一种固体氧化物燃料电池温度分布估计方法与系统。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统是一种全固体化学发电设备，可以高效，环保的方式将储存在燃料中的化学能直接转化为电能，因其具有高效率、无污染、全固态、燃料广等优点，在军事、交通、电站等领域有广阔的应用前景。其中，SOFC电堆作为发电系统的核心部件，其安全、稳定、高效的运行是SOFC发电系统面向实际应用的关键。从系统安全的角度来看，SOFC电堆必须遵循两个温度限制：电堆内的最大温度梯度应小于8K/cm，电堆内的最大工作温度必须小于1173K，以保持耐用性和燃料电池材料的性能。但是，由于SOFC系统具有很强的热电耦合特性，在发电过程中电堆的温度通常是异常的，超过其最大温度限制，或者温度梯度超过最大限制，导致使用寿命短，寿命短。因此，掌握SOFC电堆中的温度分布有利于有效控制SOFC的工作温度，这是SOFC长期运行和成功商业应用的重要保证。由于气密性和发电性能要求，无法在可接受的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池温度分布估计方法，其特征在于，包括：/nS1、以质量守恒和能量守恒为基础的机理建模方式，对外重整固体氧化物燃料电池系统进行建模，其中，对交叉流电堆进行多节点等面积元划分为n*n点，并基于交叉流电堆的动态机理，建立电堆二维动态机理模型，以获得电堆温度数据；/nS2、应用模式识别方法，提取出电堆温度分布的时空特征，其中系统输入的燃料流量、空气流量、电流为电堆温度分布的时间特征，中心节点温度为电堆温度分布的空间特征；用多元线性回归算法建立电堆内部各个温度节点与中心节点温度、系统输入的燃料流量、空气流量、电流之间的时空特征模型；/nS3、通过最小二乘支持向量回归机估计算法基于...

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池温度分布估计方法，其特征在于，包括：
S1、以质量守恒和能量守恒为基础的机理建模方式，对外重整固体氧化物燃料电池系统进行建模，其中，对交叉流电堆进行多节点等面积元划分为n*n点，并基于交叉流电堆的动态机理，建立电堆二维动态机理模型，以获得电堆温度数据；
S2、应用模式识别方法，提取出电堆温度分布的时空特征，其中系统输入的燃料流量、空气流量、电流为电堆温度分布的时间特征，中心节点温度为电堆温度分布的空间特征；用多元线性回归算法建立电堆内部各个温度节点与中心节点温度、系统输入的燃料流量、空气流量、电流之间的时空特征模型；
S3、通过最小二乘支持向量回归机估计算法基于系统输入的燃料流量、空气流量、电流来估计中心节点温度，作为从S2建立的时空特征模型中解析电堆温度分布的特征参数；
S4、结合S3估计的中心节点温度以及S2建立的时空特征模型，估计出电堆温度分布；
S5、将应用模式识别方法估计得到的电堆外围温度数据与实际测量得到的电堆外围温度数据进行比较，以校正所述中心节点温度，从而得到更精准的电堆温度分布。


2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池温度分布估计方法，其特征在于，所述S1包括：
S1.1、以质量守恒和能量守恒为基础的机理建模方式，对外重整固体氧化物燃料电池系统进行建模，包括燃烧室、重整器、换热器、蒸发器、风机、电堆；
S1.2、对其中交叉流电堆进行多节点等面积元划分为n*n个节点，基于所述交叉流电堆的质量守恒机理、能量守恒机理和电特性机理，构建单节点的二维动态机理子模型；基于各相邻节点之间的各个物理量的传递关系，结合单个节点的二维动态机理子模型，得到n*n节点电堆二维动态机理模型；其中，所述电堆二维动态机理模型包括：氢气体积分数子模型、氧气体积分数子模型、空气层温度子模型、PEN层温度子模型、燃料层温度子模型、连接体层温度子模型、电特性子模型；
S1.3、基于所述外重整固体氧化物燃料电池系统中交叉流电堆的热电特性的实际值和燃料电池系统动态机理模型的热电特性的计算值，校正所述燃料电池系统动态机理模型中的各个参数，所述各个参数包括：电堆等效电阻系数、电堆PEN层导热系数、电堆PEN层比热容、燃烧室壁面的对流换热系数、重整器壁面的对流换热系数、换热器壁面的对流换热系数，得到校正后的燃料电池系统动态机理模型；所述热电特性包括：系统功率、电堆内部温度分布、燃烧室高温尾气出口温度、电堆燃料进口温度、电堆空气进口温度；
S1.4、向所述校正后的燃料电池系统动态机理模型中，输入依次升高的电流、燃料流量和空气流量，用来模拟功率升高的过程，从而获得电堆内部各个节点的各个阶段的温度稳定值。


3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池温度分布估计方法，其特征在于，所述S2包括：
S2.1、应用模式识别的方法，提取出系统输入的燃料流量、空气流量、电流，作为电堆温度分布的时间特征；提取出中心节点温度作为电堆温度分布的空间特征；
S2.2、基于S1建立的外重整固体氧化物燃料电池系统模型，获取时空特征的稳态数据，用多元线性回归算法建立电堆内部各个温度节点与中心节点温度、系统输入的燃料流量、空气流量、电流之间的时空特征模型。


4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池温度分布估计方法，其特征在于，所述S5包括：
将应用模式识别方法估计得到的电堆外围温度数据与实际测量得到的电堆外围温度数据进行比较，并基于随机梯度下降算法，根据实际的电堆外围温度校正中心节点温度，直到获得误差最小的电堆温度分布。


5.一种固体氧化物燃料电池温度分布估计系统，其特征在于，包括：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建华，赵玮琪，张浩波，秦宏川，李曦，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