平板型固体氧化物燃料电池堆仿真分析

摘要

以传统平板型平行流道的固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆为研究对象,沿着气体流通方向实施离散化处理,通过节点电化学方程、质量守恒方程、能量守恒方程来完整描述电堆内部的关键参数,结合准静态假设、节点等效电阻、热物性方程等辅助方程组,建立起电堆燃料层、空气层、金属连接体层和阳极—电解质—阴极层(PEN)闭合的数学表达。利用MATLAB Simulink数学建模软件,构建了平板型SOFC电堆的仿真模型,实现了沿气体流通方分析内部温度、压力、组分、电流密度、电压和功率瞬态演变的功能,重点仿真模拟了电池片内部节点温度参数随时间演变的动态特性,结合文献数据验证所建模型的可靠性,最大误差为6.6%。研究指出,电堆阴阳极温度场稳定的时间尺度为数百秒量级,这与相关文献报道的结论一致。