一种针对SOEC电堆的温度控制方法和装置

本发明涉及电解堆温度控制，尤其涉及了一种针对soec电堆的温度控制方法和装置。

背景技术：

1、作为推动低碳经济发展的新兴技术，soec(solid oxide electrolysis cell，固体氧化物电解堆)技术已经引起了广泛的关注。

2、然而，采用soec技术的soec系统在长期运行过程中容易出现降解和损坏等问题，其耐久性问题始终是制约其进一步推广的主要挑战。现有的soec技术中，为了提高反应速率和能量转化效率，soec电堆一般在较高的操作温度下(773k～1273k)运行。但是，过高的温度会导致soec电堆中不同元件的热膨胀系数不匹配，从而引起较大的热应力。大量研究显示，热应力失效是soec电堆耐久性失效的重要原因。

3、此外，soec电堆与可再生能源的耦合意味着强烈的负载波动，而这样的波动会引起电堆内部的热消耗和热生产也发生强烈变化，进而使得电堆的工作温度发生变化并导致较大的热应力产生，最终甚至破坏soec电堆中的单体soec电池。

4、然而目前在soec的温度控制方面，一般都是延用sofc(solid oxide fuel cell，固体氧化物燃料电池)温度控制策略，采用空气极进气流速作为控制参数。但是，实际上soec和sofc是两个相反的过程，sofc消耗燃料，输出电能，而soec消耗电能，输出合成气(例如co和h2的混合气)。现有技术都基于sofc的经验，只将空气流速作为控制参数，并无法保证其控制效果在任何工况下均为最优。

5、因此，需要提出一种可以合理管理soec电堆工作温度控制策略以保障soec电堆健康的运行。

技术实现思路

1、为了解决上述缺陷，将soec电堆的温度控制在合理的温度范围内，本发明提出了一种针对soec电堆的温度控制方法，该方法可以在输入电流发生急速变化时，稳定soec电堆的工作温度。

2、本发明提供一种针对soec电堆的温度控制方法，包括：

3、确定所述soec电堆的热中性条件，将所述soec电堆在热中性条件下的工作电流值作为电流阈值in；

4、监测所述soec电堆的工作温度，当所述工作温度与预设的参考温度的差超过预设的温度差阈值时，将最近一次采样所得的soec电堆的工作电流istack与电流阈值in进行比较；

5、若istack≤in，则调整所述soec电堆的空气极中气体的流速；

6、若istack＞in，则调整所述soec电堆的燃料极中气体的流速。

7、如上所述的控制方法中，所述参考温度为所述soec电堆工作于如下至少一个指标下时的工作温度：

8、效率最高；

9、寿命最优。

10、如上所述的控制方法中，所述最近一次采样的采样时间范围为：[ti-1，ti]，其中，t为监测所述soec电堆的工作温度的监测周期。

11、如上所述的控制方法中，包括：采用电磁阀控制所述soec电堆的空气极中气体的流速和所述soec电堆的燃料极中气体的流速，使用pid控制方法或模型预测控制方法控制所述电磁阀。

12、相应的，本发明还提出了一种用于控制soec电堆的温度的装置，包括：

13、电流采样模块，用于检测soec电堆的工作电流；

14、温度监测模块，用于监测所述soec电堆的工作温度；

15、控制模式选择模块，接收所述电流采样模块输出的当前工作电流，以及所述温度监测模块输出的当前工作温度，当所述当前工作温度超过预设的温度差阈值时，将所述当前工作电流istack与预设的电流阈值in进行比较；

16、若istack≤in，则调整所述soec电堆的空气极中气体的流速；

17、若istack＞in，则调整所述soec电堆的燃料极中气体的流速。

18、如上所述的控制装置中，所述电流采样模块的采样周期和所述温度监测模块的监测周期同步或不同步。

19、如上所述的控制装置中，还包括：

20、空气极阀门，所述控制模式选择模块通过所述空气极阀门调整所述soec电堆的空气极中气体的流速；

21、燃料极阀门，所述控制模式选择模块通过所述燃料极阀门调整所述soec电堆的燃料极中气体的流速。

22、本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行，以实现上述的方法。

23、本发明还提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机指令，所述计算机指令被执行时，实现上述的方法。

24、与现有技术相比，本发明首先通过监测soec电堆的温度来确定电堆的工作温度是否过高，需要采取措施来为其降温，然后通过流入soec电堆的工作电流的大小来决定采用何种控制模式，即电堆工作电流大于阈值时，调整电堆的燃料极的气流速度，当电堆电流小于等于阈值时，调整电堆的空气极的气流速度，从而通过分段的方式来达到精细控制soec电堆工作温度的目的。与传统的控温策略相比，本发明所提出的技术方案能够以更低的超调量和更快的速度稳定soec电堆的工作温度，从而防止soec电堆由于温度变化而引起较大的热应力，进而导致电堆受到破坏。

技术特征：

1.一种针对soec电堆的温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考温度为所述soec电堆工作于如下至少一个指标下时的工作温度：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最近一次采样的采样时间范围为：[ti-1，ti]，其中，t为监测所述soec电堆的工作温度的监测周期。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：采用电磁阀控制所述soec电堆的空气极中气体的流速和所述soec电堆的燃料极中气体的流速，使用pid控制方法或模型预测控制方法控制所述电磁阀。

5.一种用于控制soec电堆的温度的装置，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电流采样模块的采样周期和所述温度监测模块的监测周期同步或不同步。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行，以实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。

9.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机指令，所述计算机指令被执行时，实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。

技术总结
本发明属于电解堆温度控制技术领域，具体公开了一种针对SOEC电堆的温度控制方法和装置，该方法包括如下步骤：确定所述SOEC电堆的热中性条件，将所述SOEC电堆在热中性条件下的工作电流值作为电流阈值I<subgt;n</subgt;；监测所述SOEC电堆的工作温度，当所述工作温度与预设的参考温度的差超过预设的温度差阈值时，将最近一次采样所得的SOEC电堆的工作电流I<subgt;stack</subgt;与电流阈值I<subgt;n</subgt;进行比较；若I<subgt;stack</subgt;≤I<subgt;n</subgt;，则调整所述SOEC电堆的空气极中气体的流速；若I<subgt;stack</subgt;＞I<subgt;n</subgt;，则调整所述SOEC电堆的燃料极中气体的流速。本发明的优点在于能够以更低的超调量和更快速度稳定SOEC电堆工作温度。

技术研发人员：张宸,卢彪武,张子杰,朱磊,黄震
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5