[发明专利]一种SOFC系统电堆漏气诊断方法

说明书

本发明公开了一种SOFC系统电堆漏气诊断方法，基于气动平衡原理分析电堆出入口的气体浓度与气体流量和电堆电流之间的关系，若发生泄漏，电堆出口气体浓度预计值和实际测量值也会发生偏差，由此可以判断电堆是否发生气体泄漏。相应地，通过系统流量控制器、电流表和电堆入口传感器测量数据，可以预计电堆出口的气体浓度，然后将其与出口的传感器实测数据进行对比，获取两者之间的差值即电堆状态值，没有发生漏气故障时该值应为零；同时，考虑到实际测量数据存在噪声，通过上述测量数据确定相应的自适应故障阈值，然后根据电堆状态值和自适应阈值之间的关系对电堆漏气故障进行诊断。本发明提供的方法能够有效诊断电堆漏气故障，提高SOFC系统的安全性。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，更具体地，涉及一种SOFC系统电堆漏气诊断方法。

背景技术

随着当今世界的不断发展，能源的短缺问题日益严重，在汽车制造业、家用发电、航天、航空、航海及军事装备等领域，都更加重视轻便、高效、长寿命的绿色能源技术。另外，环保问题同样和能源问题息息相关，人民的生活水平、工业技术水平的不断提升，在一定程度上加重了对环境的破坏力度，而其中最重要的因素是来源于煤炭、汽油、柴油等非清洁能源的大量消耗。这些传统的能源都存在能量转化比低，CO2排放量高、燃烧过程易产生大量危害环境的粉尘等问题，因而这些落后的能源势必要逐渐远离现代化的工业生产和人们的生活。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种在中高温条件下将化石燃料中的化学能直接转换为电能的电化学发电装置。与以燃烧为基础的传统发电方式相比，SOFC发电技术省去了燃烧过程，不受卡诺循环的限制且没有机械运动，从而极大地减少了噪声污染、降低了对生态环境的破坏、提高了化石燃料的利用效率。电堆作为重要的能量转换单元，是SOFC系统的核心部件，一旦发生漏气则会对系统性能和寿命产生重大影响。电堆轻微漏气，则会导致供气不足、温度分布不均、系统效率降低、加速老化等行为；而严重的泄漏可能引发热失控甚至异常关闭。因此，气体泄漏的实时监测和诊断对于保障SOFC安全、避免危险情况的发生具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种SOFC系统电堆漏气诊断方法，由此解决未能及时发现电堆气体泄漏引起的系统效率降低、热失控和部件老化加速等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种SOFC系统电堆漏气诊断方法，包括：

S1，基于气动平衡原理，根据电堆阳极和阴极入口处的气体浓度测量值，计算电堆阳极和阴极出口处的气体浓度的预计值；

S2，获取电堆阳极和阴极出口处的气体浓度的测量值，分别计算所述电堆阳极和阴极出口处的气体浓度的预计值与测量值之间的差值ε₁和ε₂；

S3，若|ε₁|大于电堆燃料通道自适应故障阈值ε_1-th，则所述电堆发生燃料泄露故障；若|ε₂|大于电堆空气通道自适应故障阈值ε_2-th，则所述电堆发生空气泄漏故障。

优选地，所述电堆燃料为甲烷的重整气体；

或，所述电堆燃料为氢气。

优选地，当所述电堆燃料为甲烷的重整气体时，所述电堆燃料通道状态值的计算公式为：

所述电堆空气通道状态值的计算公式为：