一种多电堆固体氧化物燃料电池系统的气路结构优化方法技术方案

本发明专利技术属于多电堆固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种多电堆固体氧化物燃料电池系统的气路结构优化方法。方法包括基于待优化系统的电堆个数m，确定其n种气路结构，包括多种电堆串并联混合结构，并对每种气路结构下的电池系统进行建模；采用优化算法，以输入参数的约束范围以及待优化系统输出参数的约束范围为约束条件，对每种气路结构的多种净输出功率工作状态的操作点分别进行寻优，得到该种气路结构下每种工作状态所对应的最优操作点；对每种气路结构在其各个最优操作点下的输出性能进行评分，得到最优气路结构，进而得到一种与之匹配的最佳电路结构。本发明专利技术为多电堆固体氧化物燃料电池电气结构设计提供了可行的方案且适用于实际工程。方案且适用于实际工程。方案且适用于实际工程。

【技术实现步骤摘要】
一种多电堆固体氧化物燃料电池系统的气路结构优化方法


[0001]本专利技术属于多电堆固体氧化物燃料电池
，更具体地，涉及一种多电堆固体氧化物燃料电池系统的气路结构优化方法。

技术介绍

[0002]在化石能源枯竭、环境污染日益严重的今天，固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种中高温燃料电池，具有高效、低排放、低噪声等优点，是一种前景广阔的绿色发电系统。SOFC是由多片单电池片组成的，但电池片的堆叠不宜过多，否则会大大提高故障发生的概率，因此单个电堆限定在1kW以内，为了满足符合需求则需要将多个电堆进行串并联集成形成电堆模组，并进一步形成多堆SOFC发电系统。多堆SOFC发电系统的电堆模组结构由气路和电路组成。然而，当多个堆栈串联或并联时，其应用需要解决一些问题。首先，不同的堆叠模块集成拓扑在气电连接方面将直接影响SOFC系统的性能和输入/输出特性，并决定系统的效率、寿命和可靠性。其次，不同的堆叠模块集成拓扑具有不同的温度安全性、成本和热电耦合特性。因此，为了提高系统的效率和寿命，有必要对多电堆模组的气路和电路结构进行优化设计。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电堆固体氧化物燃料电池系统的气路结构优化方法，其特征在于，包括：基于待优化系统的电堆个数m，确定其n种气路结构，所述n种气路结构包括电堆串联结构、电堆并联结构以及多种电堆串并联混合结构，并对每种气路结构下的多电堆固体氧化物燃料电池系统进行建模；采用优化算法，初始化待优化系统的输入参数，以所述输入参数的约束范围以及待优化系统输出参数的约束范围为约束条件，以最大系统效率为优化目标，对每种气路结构的多种预设净输出功率工作状态的操作点分别进行寻优，得到该种气路结构下每种工作状态所对应的最优操作点；对每种气路结构在其各个最优操作点下的输出性能进行评分，基于评分结果，得到最优的气路结构。2.根据权利要求1所述的气路结构优化方法，其特征在于，所述m＝4，则n＝4，四种气路结构分别为：电堆串联结构，电堆并联结构，两两串联后并联的结构，以及两个电堆并联后与另外两个电堆串联的结构；所述多种预设净输出功率工作状态包括额定净输出功率。3.根据权利要求1所述的气路结构优化方法，其特征在于，所述输入参数包括：燃料流量，空燃比，以及第一个电堆的预设输出电流；每个系统模型对各个电堆的输出电流按如下方式进行线性分配：其中，I为第一个电堆的预设输出电流，I
i
是第i个电堆的输出电流，i＝2,3,
…
,m，是第i个电堆的入口氢气的流量，是第一个电堆的入口氢气的流量。4.根据权利要求1所述的气路结构优化方法，其特征在于，所述输出参数包括：温度梯度T
g
，燃料电池内部温度T
PEN
，燃烧室温度T
B
，电堆入口阴极阳极气体温差ΔT
inlet
，净输出功率P
net
，燃料利用率FU，以及输出效率SE。5.根据权利要求1所述的气路结构优化方法，其特征在于，所述优化算法为遗传
‑
粒子群优化算法。6.根据权利要求1所述的气路结构优化方法，其特征在于，燃料利...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建华，成喆，张冰涛，秦宏川，周仁杰，
申请(专利权)人：深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：