固態氧化物燃料電池模型建立和控制器設計

Abstract

燃料電池系統主要可以分為兩部份，電化學部分跟氣體流道部分，其中氣體流道模型是非常複雜的，包含許多複雜偏微分方程式，但如果建立的系統模型是為了設計控制器所建立的，則不需推導繁雜系統模型，建立一簡易模型使其可以模擬整個系統響應即可。 目前控制燃料電池系統，是直接用氣體壓力模型去控制燃料電池[6]，但實際上我們控制為控制流量閥流量，而不是直接控制氣體壓力，另外文獻[9]也提出電池流量模型，但也僅適用於電池穩態時。本論文即針對系統流道模型，根據質量守衡定律，提出一簡單的流道模型，使其可完整的描述電池其控制輸入為控制電池閥流量與控制輸出電池電壓的暫態與穩態響應，進而可應用在控制電池模型上。 目前文獻控制燃料電池系統多為靜態電化學模型，但本論文加入一個系統動態[1]，使其可以更清楚描述電池動態行為，此外燃料電池是一個多輸入控制氣體流量單輸出電池電壓的系統，但由於氫氣體燃料相對於空氣來說較昂貴，故一般控制大多只控制空氣端之流道，而本論文控制目標為當系統電流改變時，系統電壓會跟著改變，但本論文同時改變燃料閥和空氣閥的氣體壓力來穩定系統電壓，因此最後我們會進一步討論當電池電壓改變時，若同時控制燃料閥和空氣閥進行多輸入單輸出系統，來達到系統穩壓的目的與只控制空氣閥的單輸入單輸出其系統反應的差別。