CN109696638A - 一种熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法，包括以下步骤：1)计算在工作电流下的平均单片电池的电压‑时间数据；2)在预设运行时间内，当平均单片电池的电压大于等于最低工作电压时，则计算在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ；3)根据当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ与运行时间的关系，计算在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命；4)根据在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命推算熔融碳酸盐燃料电池的全寿命周期，该方法能够预测熔融碳酸盐燃料电池的寿命。
Description
技术领域
本发明属于熔融碳酸盐燃料电池技术领域，涉及一种熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法。
背景技术
熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种工作于650℃的高温燃料电池，具有不需要贵金属作催化剂、燃料来源广、噪音低、污染物基本达到近零排放、发电效率高、可实现热电联供等优点，适合于百千瓦级至兆瓦级分布式电站或固定电站，具有良好的发展前景。
目前，MCFC在美国、德国、意大利、日本、韩国等作为分布式发电系统示范运行，应用效果较为良好，通过对美国、德国、意大利、日本、韩国等国家的MCFC运行状况来看，制约其进一步成本下降和商业化示范发展的主要因素在于其寿命，目前的基本寿命在30000～60000小时。
由于技术保密及技术封锁，我国在MCFC方面的研究还处于初级阶段。目前从事MCFC研究的单位主要有中国科学院大连化学物理研究所、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司以及一些高等院校，但是对MCFC寿命预测方法尚无相关的论述与著作，因此开展MCFC寿命预测显得尤为关键。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法，该方法能够预测熔融碳酸盐燃料电池的寿命。
为达到上述目的，本发明所述的熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法包括以下步骤：
1)在熔融碳酸盐燃料电池堆运行过程中，采集电压-时间、电流-时间以及功率-时间数据，再根据熔融碳酸盐燃料电池堆节数和熔融碳酸盐燃料电池堆的电压-时间、电流-时间以及功率-时间数据计算在工作电流下的平均单片电池的电压-时间数据；
2)在预设运行时间内，当平均单片电池的电压大于等于最低工作电压时，则计算在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ；
3)根据当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ与运行时间的关系，计算在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命；
4)根据在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命推算熔融碳酸盐燃料电池的全寿命周期。
步骤2)中在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ为：
μ＝(V初-V末)/V初×100％。
步骤2)中在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ为：
μ＝(W初-W末)/W初×100％。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法在具体操作时，先计算在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ，再依此为基础计算在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命，最后根据在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命推算熔融碳酸盐燃料电池的全寿命周期，以实现熔融碳酸盐燃料电池的寿命。需要说明的是，本发明基于稳定工况下的稳态运行数据，所预测的电池寿命对电池堆产品开发具有诊断与指导作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法包括以下步骤：
1)在熔融碳酸盐燃料电池堆运行过程中，采集电压-时间、电流-时间以及功率-时间数据，再根据熔融碳酸盐燃料电池堆节数和熔融碳酸盐燃料电池堆的电压-时间、电流-时间以及功率-时间数据计算在工作电流下的平均单片电池的电压-时间数据；
2)在预设运行时间内，当平均单片电池的电压大于等于最低工作电压时，则计算在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ；
3)根据当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ与运行时间的关系，计算在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命；
4)根据在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命推算熔融碳酸盐燃料电池的全寿命周期。
步骤2)中在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ为：
μ＝(V初-V末)/V初×100％。
步骤2)中在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ为：
μ＝(W初-W末)/W初×100％。
实施例一
对额定功率为15kW的MCFC电池堆进行寿命预测的具体过程为：
1)组装额定功率为15kW的MCFC电池堆，电池堆由100节单电池串联组成，单电池的有效面积为0.2m2，电池堆放电电流密度为100mA/cm2，工作电压为75V，放电电流为200A，电池堆平均单电池工作电压不得低于0.6V；
2)在稳定工况下，记录电池堆连续运行1000小时的电压-时间、电流-时间以及功率-时间数据，得放电电压为74.63V，电流仍为200A，功率为14.926kW，经计算得电压和功率的衰减率为0.49％；
3)当电池堆电压降低至60V时，则可计算电压可接受的最大衰减率为20％；
4)两个衰减率的比值接近40.8倍，由此可推算出该电池堆的寿命周期约为：40.8*1000＝4.08万小时。
Claims (3)
1.一种熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在熔融碳酸盐燃料电池堆运行过程中，采集电压-时间、电流-时间以及功率-时间数据，再根据熔融碳酸盐燃料电池堆节数和熔融碳酸盐燃料电池堆的电压-时间、电流-时间以及功率-时间数据计算在工作电流下的平均单片电池的电压-时间数据；
2)在预设运行时间内，当平均单片电池的电压大于等于最低工作电压时，则计算在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ；
3)根据当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ与运行时间的关系，计算在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命；
4)根据在当前工况下运行时熔融碳酸盐燃料电池可继续工作的时间寿命推算熔融碳酸盐燃料电池的全寿命周期。
2.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法，其特征在于，步骤2)中在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ为：
μ＝(V初-V末)/V初×100％。
3.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池寿命预测方法，其特征在于，步骤2)中在当前放电电流下熔融碳酸盐燃料电池的功率衰减率μ为：
μ＝(W初-W末)/W初×100％。
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