一种固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法技术

一种固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，所述方法包括步骤：对固体氧化物燃料电池进行物理化学机理建模并得到数学模型；将所述数学模型中未确定的系数设置为未知系数；使用粒子群优化算法对所述未知系数进行优化；将所述未知系数优化后的所述数学模型转换为状态空间表达式；对固体氧化物燃料电池实际运行数据中的变量进行格兰杰因果检验，并得到实际运行情况下变量的格兰杰因果性关系矩阵；根据所述状态空间表达式与所述格兰杰因果性关系矩阵判断所述数学模型是否符合所述固体氧化物燃料电池实际运行情况并评估优化效果。本申请综合准确性与效率考量，整合了数据驱动方法与机理模型方法的优势，同时一定程度上避免了二者的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法
本专利技术属于高温燃料电池
，具体涉及一种固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法。
技术介绍
故障诊断分析和寿命预测被认为是维护SOFC系统正常运行与高效输出的必须手段，近年来国内外的学者对许多SOFC系统故障检测与诊断方法进行了研究。这些工作的方法可以分为两大类：基于数据驱动的故障诊断方法和基于机理模型的故障诊断方法。基于机理模型的故障诊断方法，一般情况下机理模型由已知的物理化学原理推导得出：计算实际SOFC行为与预期健康行为之间的瞬时距离，然后通过残差分析对故障进行检测。由于此过程越来越复杂，通过系统的物理化学原理在实际中很难精确计算获取相关变量的值，从而使得基于机理模型的故障诊断方法很难在模型无法保证客观精确的前提下拥有足够的精度。与已有的基于机理模型的方法相比，基于数据驱动的方法仅依靠历史记录的数据集，利用实体过程中的信息。基于数据驱动的故障诊断方法在生产过程监控和故障诊断方面蓬勃发展，并开始在行业中应用，以保证系统持续稳定的运行。基于上述内容，催生出两种主流的故障诊断与寿命本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述方法包括步骤：/n对固体氧化物燃料电池进行物理化学机理建模并得到数学模型；/n将所述数学模型中未确定的系数设置为未知系数；/n使用粒子群优化算法对所述未知系数进行优化；/n将所述未知系数优化后的所述数学模型转换为状态空间表达式；/n对固体氧化物燃料电池实际运行数据中的变量进行格兰杰因果检验，并得到实际运行情况下变量的格兰杰因果性关系矩阵；/n根据所述状态空间表达式与所述格兰杰因果性关系矩阵判断所述数学模型是否符合所述固体氧化物燃料电池实际运行情况并评估优化效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
对固体氧化物燃料电池进行物理化学机理建模并得到数学模型；
将所述数学模型中未确定的系数设置为未知系数；
使用粒子群优化算法对所述未知系数进行优化；
将所述未知系数优化后的所述数学模型转换为状态空间表达式；
对固体氧化物燃料电池实际运行数据中的变量进行格兰杰因果检验，并得到实际运行情况下变量的格兰杰因果性关系矩阵；
根据所述状态空间表达式与所述格兰杰因果性关系矩阵判断所述数学模型是否符合所述固体氧化物燃料电池实际运行情况并评估优化效果。


2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述对固体氧化物燃料电池进行物理化学机理建模并得到数学模型包括步骤：
获取所述固体氧化物燃料电池实验时涉及的物理原理和化学原理；
获取所述固体氧化物燃料电池实验时涉及的反应和传热步骤；
根据所述物理原理和所述化学原理分别对实验时所述固体氧化物燃料电池中的重整器、换热器和电堆进行建模；
分别得到重整器建模数学表达式、换热器建模数学表达式和电堆建模数学表达式。


3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述重整器建模数学表达式为：



其中，表示剩余甲烷流量，表示水蒸气流量，表示氢气流量，表示二氧化碳流量，nCO表示一氧化碳流量，表示重整甲烷流量，表示重整水蒸气流量，Δn1和Δn2表示重整器中反应的反应程度。


4.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述换热器建模数学表达式为：















其中，Ttube_fuel表示换热器的燃料管壁温度，Tfuel表示换热器的输出燃料温度，Texhaust表示换热器的高温尾气温度，Ttube_air表示换热器的空气管壁温度，Tair表示换热器的输出空气温度，表示换热器的燃料管壁携带的热量，表示换热器的空气管壁携带的热量，x(1)表示换热器的燃料-燃料管线传递系数，x(2)表示换热器的尾气-燃料管线传递系数，x(3)表示换热器的空气-空气管线传递系数，x(4)表示换热器的尾气-空气管线传递系数，x(5)表示换热器的燃料管线-燃料传递系数，x(6)表示换热器的空气管线-空气传递系数。


5.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述电堆建模数学表达式为：



其中，UOCV表示电堆产生的电势,E0为电堆自身温度产生的电势，R为气体常数，T为反应温度，F为常数，表示参与反应的氧气的压强，表示参与反应的氢气的压强，表示参与反应的水蒸气的压强。


6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述将所述数学模型中未确定的系数设置为未知系数包括步骤：
获取换热器建模数学表达式中的换热器热传导系数x(1)、x(2)、x(3)、x(4)、x(5)和x(6)，其中，x(1)表示换热器的燃料-燃料管线传递系数，x(2)表示换热器的尾气-燃料管线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曦，李奕辰，郑依，邓忠华，蒋建华，
申请(专利权)人：华中科技大学鄂州工业技术研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42