SOFC电堆降阶建模研究及其仿真测试

张 琳，刘润华，周伟彬，杜鹏飞，王晋晶

(1.空军预警学院，湖北武汉 430019；2.武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心，湖北武汉 430081)

固体氧化物燃料电池(SOFC)在众多新能源燃料电池中具有转换效率高、燃料来源广泛以及热电联供等优点[1]，其成功应用对于缓解能源危机、满足电力需求以及保障国家安全具有重大意义。目前燃料电池带外围辅助子系统BOP 集成建模及优化研究的相关报道有很多[2-7]。但是SOFC 系统具有高阶复杂非线性的特性，在建模及分析研究工作中，对SOFC 模型的温度分层以及模型降阶进行分析，设计面向控制的SOFC 系统级降阶模型，是SOFC 控制器设计的前提条件。基于以上分析，本文根据SOFC 系统结构搭建其模型并分析其状态变量，设计了SOFC 系统降阶模型，对SOFC 系统降阶模型进行了仿真测试。

1 SOFC 系统结构

本文所研究的纯氢SOFC 独立发电系统主要由五个子系统构成：燃料供应子系统，空气供应子系统，电控子系统，电堆以及尾气回收子系统，尾气回收子系统又包括燃烧室与热交换器。其基本结构如图1 所示，氢气与空气换热器利用从燃烧室出来的高温尾气进行换热，形成尾气回收子系统，电堆在内部产生电化学反应，产生电能。此外，在空气主干道上增设了一条冷空气旁路，通过对其开度的调节，可以有效控制电堆工作温度及其温度梯度。

图1 SOFC独立发电系统示意图

2 SOFC 系统建模与状态变量研究

基于SOFC 系统工艺结构，需要在Matlab/Simulink 进行仿真建模分析。……