獨立式固體氧化物燃料電池和混合動力系統燃料電池退化模型的不確定性研究

固體氧化物燃料電池（SOFC）的性能受運行和幾何參數固有的不確定性影響，這不僅會導致性能變化，還會影響系統的可靠性。電流需求、電池溫度和燃料利用等運行條件對典型SOFC的退化機制的影響起著重要作用。在以前的工作中，SOFC的確定性經驗退化模型被開發為上述運行條件的函數。但根據實驗數據和回歸擬合的性質，這種模型并不精確。本文研究的目的是通過隨機分析來評估退化模型中不確定性的影響。其中響應敏感性分析（RSA）是一種基于泰勒級數展開的近似隨機方法，適用于單電池退化的獨立SOFC模型和燃料電池混合系統模型研究。本文主要集中這些不確定性在對燃料電池壽命的影響。為了提供退化效應和經濟性能的不確定性指標，需要進行粗略的經濟性能分析。

本文將隨機分析應用于SOFC的經驗退化模型以理解模型系數不確定性對系統性能和壽命的影響。除了SOFC壽命外，還通過簡單的經濟性能分析評估了一些經濟參數。本文還考慮了獨立燃料電池配置（大氣燃料電池）和混合系統配置（加壓燃料電池），并評估了不同的控制策略的性能。

得出的主要結論如下：

（1）在隨機條件下，混合配置中的燃料電池壽命得到顯著改善，證明了確定性結果的統計顯著性。相比之下，對于獨立式燃料電池，恒定電壓操作所帶來的改善大約為3s。

（2）在混合系統中，退化模型的不確定性被減輕，而在獨立的SOFC中，不確定性被傳播和放大。

（3）溫度系數對結果不確定度的影響最大。因此，為了降低退化模型中的不確定性，需要更多的溫度依賴性實驗研究。

（4）本文提出的SOFC退化隨機模型可以用于在有限的計算量上評估電池退化和相關不確定性的影響，這對于在線優化或魯棒控制設計中是非常有價值的。