面向熱管理的SOFC電堆動(dòng)態(tài)建模與溫度觀測(cè)器設(shè)計(jì).pdf

1、作為一種可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，固體氧化物燃料電池(SOFC)以其高效率、低排放、安靜無(wú)噪聲、燃料來(lái)源豐富、可快速充電等諸多優(yōu)點(diǎn)，帶來(lái)了廣闊的應(yīng)用前景。電堆作為 SOFC系統(tǒng)中最核心的部分，其熱特性得到有效控制與管理是 SOFC系統(tǒng)穩(wěn)定、高效率、長(zhǎng)壽命運(yùn)行的重要保證。而電堆熱特性管理的首要問(wèn)題是解決其內(nèi)部溫度的可觀測(cè)問(wèn)題。因此，本文基于 SOFC電堆，從電堆動(dòng)態(tài)建模、溫度定量分析和觀測(cè)器的溫度控制策略等三方面對(duì)其熱特性進(jìn)行了深入

2、研究，并給出了相關(guān)的仿真結(jié)果。
　　首先，本文采用有限元的方法，分別為交叉流和同向流SOFC電堆建立了2D和1D微分方程模型，并采用定量分析的方法分析了模型內(nèi)部的溫度分布情況，且模型的準(zhǔn)確性經(jīng)過(guò)了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。本文先以交叉流電堆為例，通過(guò)對(duì)其內(nèi)部熱能的產(chǎn)生和擴(kuò)散的定量分析，得到了氣體流向?qū)﹄姸褍?nèi)部溫度分布的影響機(jī)制。同樣的，本文又用該方法簡(jiǎn)單分析了同向流電堆內(nèi)部的溫度分布，證明了該方法的適用性，從而也為電堆溫度安全控制奠定了

3、基礎(chǔ)。
　　然后，為了將模型與實(shí)際對(duì)象聯(lián)系起來(lái)，本文基于同向流電堆線性化狀態(tài)空間模型和最易測(cè)量輸出變量組合，設(shè)計(jì)了非線性龍伯格溫度觀測(cè)器和線性卡爾曼溫度觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了電堆內(nèi)部溫度實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的觀測(cè)。仿真結(jié)果表明：在滿足穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確溫度觀測(cè)的同時(shí)，龍伯格觀測(cè)器能實(shí)現(xiàn)溫度的動(dòng)態(tài)跟蹤，而卡爾曼觀測(cè)器則能實(shí)現(xiàn)溫度的快速跟蹤。
　　最后，基于電堆的動(dòng)態(tài)模型和非線性龍伯格溫度觀測(cè)器，設(shè)計(jì)出了能保證電堆安全運(yùn)行的PID溫度約束控制系統(tǒng)。該控制