固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法技术

本申请涉及一种固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法

【技术实现步骤摘要】
固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法、装置及设备


[0001]本申请涉及电池控制
，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法
、
系统
、
装置及设备
。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池（
Solid Oxide Fuel Cell
，简称
SOFC
）是一种将碳氢化合物的化学能转化成电能的发电装置
。SOFC
电堆主要由多孔阳极
、
电解质和多孔阴极组成，
SOFC
电堆以含大量氢的气体为燃料，以氧为氧化剂，通过与氢和一氧化碳
、
碳化氢的电化学反应来进行发电
。
[0003]SOFC
的工作温度高（
600~1000℃
），考虑到固体氧化物燃料电池的材料热膨胀匹配等原因，
SOFC
的电加热升温速率一般较慢，升温时间长，耗能高
。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法
、
系统
、
装置及设备，用于解决现有固体氧化物燃料电池的启动时间长和耗能高的技术问题
。
[0005]为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：一方面，一种固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法，包括以下步骤：获取燃料气和空气的投入比例，根据所述投入比例向尾燃器投入燃料气和空气进行燃烧，得到第一燃烧尾气；获取空气和预热燃料气，将所述空气
、
所述预热燃料气和所述第一燃烧尾气投入
SOFC
电堆进行逐段加热至工作温度，并获得加热过程中输出的第二燃烧尾气；将所述第二燃烧尾气投入所述尾燃器进行燃烧，以使所述第二燃烧尾气实现热利用
。
[0006]优选地，获取燃料气和空气的投入比例包括：获取燃料气的第一参数数据和空气的第二参数数据，所述第一参数数据包括燃料气的实际流量
、
体积
、
空气系数和极小值，所述第二参数数据包括空气的实际流量
、
体积和导热系数；根据所述第一参数数据计算，得到燃料气的热值变化数据；根据所述第一参数数据
、
所述第二参数数据和所述热值变化数据计算，得到燃料气和空气的投入比例
。
[0007]优选地，该固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法包括：根据所述第一参数数据采用热值变化公式计算，得到燃料气的热值变化数据；根据所述第一参数数据
、
所述第二参数数据和所述热值变化数据采用投入比例公式计算，得到燃料气和空气的投入比例；所述热值变化公式为：；
；所述投入比例公式为：；式中，
a
为燃料气的最小热值，
b
为燃料气的最大热值，
Q1为燃料气的实际流量，
V1为燃料气的体积，
ε
为极小值，
C1为燃料气完全燃烧所需的空气系数，
Q0为空气的实际流量，
V0为空气的体积，
C0为空气导热系数，
μ
为投入比例；所述热值变化数据包括最小热值和最大热值
。
[0008]优选地，将所述预热燃料气和所述第一燃烧尾气投入
SOFC
电堆进行逐段加热至工作温度的内容包括：获取所述
SOFC
电堆的总加热时间，根据比例数据将所述总加热时间划分为多段加热时段并获取与每段所述加热时段对应的温度阈值；按首段逐段升级至末段的规律对所述
SOFC
电堆在所述加热时段内进行加热，并实时获取加热后所述
SOFC
电堆的加热温度；若所述加热温度没有达到对应所述加热时段的温度阈值，以对应所述加热时段的加热速率对所述
SOFC
电堆加热至对应的温度阈值；若所述加热温度达到对应所述加热时段的温度阈值，则进行下一段所述加热时段对所述
SOFC
电堆进行加热，直至所述
SOFC
电堆的加热温度为工作温度；其中，末段所述加热时段的温度阈值为所述
SOFC
电堆的工作温度
。
[0009]优选地，该固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法包括：获取所述加热时段的加热速率，获取所述加热时段的加热速率的内容包括：获取所述
SOFC
电堆的运行数据以及所述
SOFC
电堆在所述加热时段内的实时温度，所述运行数据包括加热丝总数量
、
加热丝质量
、
空气热容量
、
燃料气热容量和面密度；根据所述加热时段
、
所述温度阈值
、
所述运行数据和所述实时温度采用加热速率计算公式计算，得到所述加热时段的加热速率；所述加热速率计算公式为：；式中，
v
i
为第
i
段加热时段的加热速率，
Δ
T
i
为第
i
段加热时段的温度变化量，为第一燃烧尾气进入
SOFC
电堆的面密度，
c0为空气热容量，
c1为燃料气热容量，
m
n
为第
n
个加热丝的加热丝质量，
N
为加热丝总数量，
t
i
为第
i
段的加热时段，
i、n
均不为0的自然数
。
[0010]优选地，该固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法包括：当所述
SOFC
电堆的温度加热至工作温度时，停止向尾燃器投入燃料气和空气
。
[0011]另一方面，本申请还提供一种固体氧化物燃料电池的快速启动控制系统，包括
SOFC
电堆
、
尾燃器和热交换器，所述尾燃器的热空气输出通道与所述热交换器的输入通道连接，所述热交换器的燃料气输出通道与所述
SOFC
电堆的阳极输入通道连接，所述热交换
器的空气输出通道与所述
SOFC
电堆的阴极输入通道连接，所述
SOFC
电堆的阳极输出通道和阴极输出通道与所述尾燃器的两条输入通道分别对应连接，所述尾燃器的燃烧尾气输出通道与所述
SOFC
电堆的热空气通道连接，所述
SOFC
电堆的快速启动按上述所述的固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法执行
。
[0012]再一方面，本申请还提供一种固体氧化物燃料电池的快速启动控制装置，包括尾气获取模块
、
加热执行模块和燃烧模块；所述尾气获取模块，用于获取燃料气和空气的投入比例，根据所述投入比例向尾燃器投入燃料气和空气进行燃烧，得到第一燃烧尾气；所述加热执行模块，用于获取空气和预热燃料气，将所述空气
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取燃料气和空气的投入比例，根据所述投入比例向尾燃器投入燃料气和空气进行燃烧，得到第一燃烧尾气；获取空气和预热燃料气，将所述空气
、
所述预热燃料气和所述第一燃烧尾气投入
SOFC
电堆进行逐段加热至工作温度，并获得加热过程中输出的第二燃烧尾气；将所述第二燃烧尾气投入所述尾燃器进行燃烧，以使所述第二燃烧尾气实现热利用
。2.
根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法，其特征在于，获取燃料气和空气的投入比例包括：获取燃料气的第一参数数据和空气的第二参数数据，所述第一参数数据包括燃料气的实际流量
、
体积
、
空气系数和极小值，所述第二参数数据包括空气的实际流量
、
体积和导热系数；根据所述第一参数数据计算，得到燃料气的热值变化数据；根据所述第一参数数据
、
所述第二参数数据和所述热值变化数据计算，得到燃料气和空气的投入比例
。3.
根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法，其特征在于，包括：根据所述第一参数数据采用热值变化公式计算，得到燃料气的热值变化数据；根据所述第一参数数据
、
所述第二参数数据和所述热值变化数据采用投入比例公式计算，得到燃料气和空气的投入比例；所述热值变化公式为：；；所述投入比例公式为：；式中，
a
为燃料气的最小热值，
b
为燃料气的最大热值，
Q1为燃料气的实际流量，
V1为燃料气的体积，
ε
为极小值，
C1为燃料气完全燃烧所需的空气系数，
Q0为空气的实际流量，
V0为空气的体积，
C0为空气导热系数，
μ
为投入比例；所述热值变化数据包括最小热值和最大热值
。4.
根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法，其特征在于，将所述预热燃料气和所述第一燃烧尾气投入
SOFC
电堆进行逐段加热至工作温度的内容包括：获取所述
SOFC
电堆的总加热时间，根据比例数据将所述总加热时间划分为多段加热时段并获取与每段所述加热时段对应的温度阈值；按首段逐段升级至末段的规律对所述
SOFC
电堆在所述加热时段内进行加热，并实时获取加热后所述
SOFC
电堆的加热温度；若所述加热温度没有达到对应所述加热时段的温度阈值，以对应所述加热时段的加热速率对所述
SOFC
电堆加热至对应的温度阈值；若所述加热温度达到对应所述加热时段的温度阈值，则进行下一段所述加热时段对所
述
SOFC
电堆进行加热，直至所述
SOFC
电堆的加热温度为工作温度；其中，末段所述加热时段的温度阈值为所述
SOFC
电堆的工作温度
。5.
根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池的快速启动控制方法，其特征在于，包括：获取所述加热时段的加热速率，获取所述加热时段的加热速率的内容包括：获取所述
SOFC
电堆的运行数据以及所述
SOFC
电堆在所述加热时段内的实时温度，所述运行数据包括加热丝总数量
、
加热丝质量
、
空气热容量
、
燃料气热容量和面密度；根据所述加热时段
、
所述温度阈值
、
所述运行数据和所述实时温度采用加热速率计算公式计算，得到所述加热时段的加热速率；所述加热速率计算公式为：；式中，
v
i
为第
i
段加热时段的加热速率，
Δ

【专利技术属性】
技术研发人员：黄青丹，王勇，莫文雄，刘智勇，黄慧红，李紫勇，宋浩永，王婷延，赵崇智，刘静，吴培伟，韦凯晴，魏晓东，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：