[发明专利]一种固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法

权利要求书

1.一种固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

对固体氧化物燃料电池进行物理化学机理建模并得到数学模型；

将所述数学模型中未确定的系数设置为未知系数；

使用粒子群优化算法对所述未知系数进行优化；

将所述未知系数优化后的所述数学模型转换为状态空间表达式；

对固体氧化物燃料电池实际运行数据中的变量进行格兰杰因果检验，并得到实际运行情况下变量的格兰杰因果性关系矩阵；

根据所述状态空间表达式与所述格兰杰因果性关系矩阵判断所述数学模型是否符合所述固体氧化物燃料电池实际运行情况并评估优化效果；

所述对固体氧化物燃料电池进行物理化学机理建模并得到数学模型包括步骤：

获取所述固体氧化物燃料电池实验时涉及的物理原理和化学原理；

获取所述固体氧化物燃料电池实验时涉及的反应和传热步骤；

根据所述物理原理和所述化学原理分别对实验时所述固体氧化物燃料电池中的重整器、换热器和电堆进行建模；

分别得到重整器建模数学表达式、换热器建模数学表达式和电堆建模数学表达式；

所述重整器建模数学表达式为：

，

其中，表示剩余甲烷流量，表示水蒸气流量，表示氢气流量，表示二氧化碳流量，表示一氧化碳流量，表示重整甲烷流量，表示重整水蒸气流量，和表示重整器中反应的反应程度；

所述换热器建模数学表达式为：

，

，

，

；

其中，表示换热器的燃料管壁温度，表示换热器的输出燃料温度，表示换热器的高温尾气温度，表示换热器的空气管壁温度，表示换热器的输出空气温度，表示换热器的燃料管壁携带的热量，表示换热器的空气管壁携带的热量，表示换热器的燃料-燃料管线传递系数，表示换热器的尾气-燃料管线传递系数，表示换热器的空气-空气管线传递系数，表示换热器的尾气-空气管线传递系数，表示换热器的燃料管线-燃料传递系数，表示换热器的空气管线-空气传递系数；

所述电堆建模数学表达式为：

，

其中，表示电堆产生的电势,为电堆自身温度产生的电势，为气体常数，为反应温度，为常数，表示参与反应的氧气的压强，表示参与反应的氢气的压强，表示参与反应的水蒸气的压强；

所述使用粒子群优化算法对所述未知系数进行优化包括步骤：

获取换热器建模数学表达式中的换热器热传导系数；

构建所述换热器热传导系数的粒子群；

初始化粒子群的参数；

对换热器热传导系数分别设置位置范围和速度范围；

通过随机数分别于所述位置范围和所述速度范围内初始化粒子群；

使用前向差分法计算当前每一个粒子位置所能得到的变量的预设时间步的值，并且计算预设监测变量与实际值之间的均方根误差向量；

使用粒子群优化算法对粒子进行迭代更新，并得到对应的均方根误差向量；

判断当前的均方根误差向量是否小于前一个的均方根误差向量；

若是，更新粒子最优位置为当前迭代步位置；

若否，保留前一迭代步位置；

判断当前的全局最优位置是否小于前一个的全局最优位置；

若是，更新全局最优位置为当前的全局最优位置；

若否，保留前一迭代步全局最优位置；

判断迭代更新次数是否小于最大迭代次数；

若是，进入下一次迭代更新，并使用粒子群优化算法更新粒子群；

若否，结束迭代更新，将当前的全局最优位置作为优化结果。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池性能推理与优化方法，其特征在于，所述将所述数学模型中未确定的系数设置为未知系数包括步骤：

获取换热器建模数学表达式中的换热器热传导系数、、、、和，其中，表示换热器的燃料-燃料管线传递系数，表示换热器的尾气-燃料管线传递系数，表示换热器的空气-空气管线传递系数，表示换热器的尾气-空气管线传递系数，表示换热器的燃料管线-燃料传递系数，表示换热器的空气管线-空气传递系数；

将换热器热传导系数、、、、和设置为未知系数。