魏立明 田益名 郭秀娟

(吉林建筑大学 电气与计算机学院,长春 130118)

目前，世界各个国家对船舶环保条约规范进行了严格规范,同时燃料价格的上涨也使得世界各国掀起了环保、经济、高效型舰船的热潮.基于燃料电池电流密度高、经济性相对较好、避免腐蚀等优点,许多国家都把目光聚集在研发燃料电池动力船上[1].与其它可再生能源(例如太阳能发电、风能发电)发电比较,固体氧化物燃料电池具有噪声低、废弃物排放较少,其安放不受地域限制等优势,使得近年来对固体氧化物燃料电池发电系统的研究成为可再生能源发电中研究热点之一[2].本文针对固体氧化物燃料电池发电系统中的逆变系统和控制策略进行分析和研究.

1 固体氧化物燃料电池(SOFC)数学模型分析

由于实际燃料电池的复杂性,与仿真模型有一定的区别,因此，在整个固体氧化物燃料电池模型仿真过程中,对模型进行了一些物理和数学假设[3],其中,本文忽略了电池内不均匀分布的温度和电流密度.

整个固体氧化物燃料电池由多个单体燃料电池组成,因此由其并联形成整个固体氧化物燃料电池,其输出电压如下[4]:

V=N(E-ηohm-ηact-ηcon)

(1)

式中,E为单体燃料电池的Nernst可逆电势;ηohm为单体燃料电池欧姆极化电压;ηact为单体燃料电池活性极化电压;ηcon为模型中单体燃料电池间浓度差产生的相对极化电压.

燃料电池间的开路电压E如下式所示,即:

(2)

其中,R为通用气体常数；F为法拉第常熟；E0=1.258 6-0.000 252T,T为电池的工作温度.