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研究生: 徐健銘
Chien-ming Hsu
論文名稱: 固態氧化物燃料電池之起機模式模擬分析與控制
The Dynamic Simulation, Analysis and Control of the Start-up Mode of a Solid Oxide Fuel Cell
指導教授: 江茂雄
Mao-hsiung Chiang
郭中豐
Chung-feng Kuo
口試委員: 任志強
Chih-chiang Jen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 76
中文關鍵詞: 固態氧化物燃料電池起機模式溫升率控制進氣溫度控制模糊滑動控制動態模擬
外文關鍵詞: start-up, temperature rising rate control, inlet temperature control, fuzzy-sliding control
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固態氧化物燃料電池系統必須在高溫下運作,從室溫升溫至工作溫度的起機程序是一個重要的課題。此起機系統包含了燃料電池堆、尾氣續燃器、質量流率控制器、分/合流閥以及熱交換器等,藉由正確的起機策略可避免因為過高的溫度梯度產生元件的損壞。
本論文旨在發展起機策略,使燃料電池在起機模式時,藉由控制進入電池堆的空氣和燃料的質量流率和溫度,使電池堆的溫升率維持在可接受的範圍之內以縮短起機時間,利用模糊滑動控制設計溫升率控制器及進氣溫度控制器。本文利用一個包含質傳模組、熱傳模組以及電化學模組的平版型電池堆之動態模型,進行起機模式的動態模擬,以Matlab/Simulink執行電腦模擬,其模擬結果可描述固態氧化物燃料電池起機時之動態響應,並提出固定入口溫差值 及變動入口溫差值 之兩種架構,模擬結果顯示變動 比固定 值有較短之起機時間。本文所建立之固態氧化物燃料電池動態模擬程式,可在設計階段分析燃料電池之動態特性,並分析起機模式策略,以得到最短之起機時間。


Solid oxide fuel cell (SOFC) has to be operated in high temperature. The start-up strategy for heating up the cell from room temperature to operating temperature (800℃) becomes an important issue. The SOFC system includes a solid oxide fuel cell stack, an off-gas burner, mass flow controllers, flow divider/combine valves and heat exchangers. The temperature rising rate in the start-up process has to be controlled to avoid components’ damage due to too large temperature rising rate.
This thesis aims to develop the start-up strategy combining the temperature rising rate control and the inlet temperature control. The controllers are designed by using the fuzzy-sliding mode control theory. The planar SOFC dynamic model which includes mass transfer module, heat transfer module and electrochemical module to simulate the start-up process.
Computer dynamic simulations are performed by Matlab/Simulink to analyze the dynamic response of the SOFC stacks during start-up mode. This paper proposes the fixed inlet temperature and the variable inlet temperature concepts. The simulation results show that variable inlet temperature can have shorter start-up time than the fixed inlet temperature. The developed dynamic simulation program can be used to analyze the start-up mode and design the suitable start–up strategy

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 6 1.2.1 固態氧化物燃料電池文獻回顧 6 1.2.2 控制理論文獻回顧 7 1.3 研究動機 7 1.4 論文架構 8 第二章 SOFC起機模式系統架構與建模 10 2.1 SOFC起機模式系統元件及動態模型 10 2.1.1 固態氧化物燃料電池電池堆 10 2.1.1.1 固態氧化物燃料電池電池堆動態模型 12 2.1.1.1.1 電化學模組 13 2.1.1.1.2 質傳模組 20 2.1.1.1.3 熱傳模組 22 2.1.1.2 電池堆分析結果與討論 24 2.1.1.3 電池堆開迴路驗證 25 2.1.2 尾氣續燃器 30 2.1.3 熱交換器 31 2.1.3.1 殼管式熱交換器 31 2.1.3.2 板式熱交換器 31 2.1.4 分流閥/集流閥 33 2.1.5 質流控制器 34 2.2 本文提出之SOFC起機模式系統架構 35 第三章 模糊滑動平面控制理論 37 3.1 模糊滑動平面控制器 37 3.2 滑動平面選取 39 3.3 歸屬函數建立 39 3.4 解模糊化法則 43 3.5 參數 、 、 設定 44 第四章 模擬規劃與控制器設計 45 4.1 固態氧化物燃料電池控制策略 45 4.2 SOFC起機控制系統之控制器設計流程 48 4.3 SOFC起機控制系統之控制器與參數設定 49 4.3.1 質量流率控制 49 4.3.2 進氣溫度控制 49 第五章 模擬結果與討論 53 5.1 固態氧化物燃料電池起機策略 53 5.2 起機程序模擬試驗 54 5.2.1 調變入口溫差值 55 5.2.2 固定入口溫差值 66 5.3 結果討論 70 第六章 結論與未來展望 71 Reference 72 作者簡介 76

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無法下載圖示 全文公開日期 2013/07/29 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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