CN116169325A - 一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法 - Google Patents

一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，包括设定SOFC系统的四个操作参数、确定SOFC系统的热特性输出及取值范围、根据SOFC系统的四个所述操作参数和所述热特性输出，采用Sobol法进行灵敏度分析，得到一阶影响指数与总效应指数；对比所述一阶影响指数与总效应指数，以确定参数间交互程度；此方法得到的SOFC热参数灵敏度分析结果预期可有效解决解决SOFC系统热协同管控研究中面临故障机理分析难、诊断过程难、安全防治难、综合管控难的困境。

Description

一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)以其安静、环保、高效的优点而成为21世纪最具发展前景的供电技术。其普及应用对保护环境、缓解能源危机具有重大的意义。随着SOFC技术的发展，电堆在实验室环境下已经具有良好的工作性能，但SOFC要走向规模化工业应用就必须脱离实验台的环境成为独立发电系统。其中燃料电池的热安全管理以是存在的重要瓶颈问题。因此亟待研究各个操作参数对系统热安全特性以及发电特性的影响。
SOFC实际应用的最直接的要求是SOFC系统能独立输出电能的同时可实时动态地跟踪外部负载，并且要维持系统高效、稳定、安全地运行。目前，SOFC系统级的实验测试的过程中，由于高温引起的传感器和执行器故障经常发生。为了解决以上问题，本发明的主要目的就是对SOFC系统的操作参数热特性全局灵敏度进行分析，得到一阶影响指数与总效应指数值，从而制定系统热安全管控规则，确定优先控制参数，以保证系统安全、稳定地工作。
同时，由于SOFC系统造价昂贵，实际上不可能通过多次实际实验对上述问题进行综合性分析，因此有必要基于实验验证的物理模型对系统进行仿真研究。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，通过分析各个操作参数对热特性指标的一阶影响指数与总效应指数值，进而定量得到各操作参数对系统热特性的影响程度，制定系统热安全管控规则。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，包括以下步骤：
S1、设定SOFC系统的四个操作参数；
S2、确定SOFC系统的热特性输出及取值范围；
S3、根据SOFC系统的四个所述操作参数和所述热特性输出，采用Sobol法进行灵敏度分析，得到一阶影响指数与总效应指数；
S4、基于所述一阶影响指数，得到1级、2级、3级控制参数；
S5、对比所述一阶影响指数与总效应指数，以确定参数间交互程度。
进一步，所述S1中，四个所述操作参数分别为：
燃料利用率FU：
Figure BDA0003992663310000021
其中，
Figure BDA0003992663310000022
为电堆中氢气电化学反应的摩尔反应速率；
Figure BDA0003992663310000023
为氢气的摩尔流速；n为电堆中单电池的片数；Is为电堆电流；F为法拉第常数；
空气过量比AR：
Figure BDA0003992663310000031
其中，
Figure BDA0003992663310000032
为氧气的摩尔流速；
Figure BDA0003992663310000033
为电堆中氧气电化学反应的摩尔反应速率；
Figure BDA0003992663310000034
为空气中氧气的摩尔分数；
Figure BDA0003992663310000035
为鼓风机出口处总空气的摩尔流速；
旁路阀开度BP
Figure BDA0003992663310000036
其中，
Figure BDA0003992663310000037
为旁路子系统中冷空气摩尔流速；
Figure BDA0003992663310000038
为总空气的摩尔流速；
电堆电流Is
Figure BDA0003992663310000039
其中，Pnet为SOFC净输出功率；Us为电堆电压。
进一步，所述S2中，热特性参数分别为：
最大PEN工作温度Max.TPEN：
Max.TPEN＝max{TPEN(j)}，{j-1,2…J-1}
其中，J为节点；j为节点的索引；所述最大PEN工作温度的取值范围为Max.TPEN≤1173K；
最大PEN工作温度梯度为Max.|ΔTPEN|：
Figure BDA0003992663310000041
其，SOFC中固体结构所能承受的最大温度分布梯度限定为Max.TPEN≤8Kcm-1；
电堆入口气体温差ΔTinlet：
ΔTinlet＝|THE,air-THE,fuel|
其中，THE,air为热交换器空气端温度；THE,fuel为热交换器燃料端温度；ΔTinlet≤200K；
燃烧室温度TB：TB∈[873K,1273K]。
进一步，所述S3的具体步骤为：
S301、利用拟蒙特卡罗法对四个所述操作参数随机采样，生成Sobol序列为：(FU1,FU2,…FUn)，(AR1,AR2,…ARn)，(BP1,BP2,…BPn)，
Figure BDA0003992663310000042
S302、得到一阶影响指数与总效应指数的步骤为：
S3021、由所述操作参数和所述热特性参数得出：
X＝(Is,BP,AR,FU)
Yk∈{Max.TPEN,Max.|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}，k＝1,2,3,4；
其中，X为操作参数；Y为热特性参数；
S3022、设空间域为Ω∈[0,1]，则：
Yk＝f(X)＝f0+f1(Is)+f2(BP)+f3(AR)+f4(FU)+f1,2(Is,BP)+f1,3(Is,AR)+f1,4(Is,FU)+f2,3(BP,AR)+f2,4(BP,FU)+f3,4(AR,FU)+f1,2,3(Is,BP,AR)+f1,2,4(Is,BP,FU)+f2,3,4(BP,AR,FU)+f1,2,3,4(Is,BP,AR,FU)
其中，f1…f1,2…f1,2,3,4为分解后的子项函数；
如果输入参数独立，且每项按0均值选择、平方可积；那么f0为常量，等于输出的期望值；
通过多重积分求得：
f0＝∫f(X)dX
Figure BDA0003992663310000051
其中，Xi∈{Is,BP,AR,FU}
Figure BDA0003992663310000052
则有f(X)的总方差为：
Figure BDA0003992663310000061
通过f(X)的每一个子项计算得出：
Figure BDA0003992663310000062
其中，1≤i1＜…＜is≤4，s＝1,2,…4；
S3022、由于f1…f1,2…f1,2,3,4子项相互正交，则有：
Figure BDA0003992663310000063
通过方差比求得Sobol灵敏度为：
Figure BDA0003992663310000064
其中，
Figure BDA0003992663310000065
其中，i1≤im≤is，为第im个操作参数的一阶响应指数，反映第im个参数单独变化时对输出热特性参数的影响；所述总效应指数为参数的各阶灵敏度值之和。
进一步，四个所述操作参数X＝(Is,BP,AR,FU)对四个所述热特性参数
Figure BDA0003992663310000067
的一阶灵敏度分别为：
Figure BDA0003992663310000066
Figure BDA0003992663310000071
对所述四个热特性参数统一设定两个阈值P1、P2，且P1＞P2，则：
若
Figure BDA0003992663310000072
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在较大影响，设为1级控制参数；
若
Figure BDA0003992663310000073
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在一般影响，设为2级控制参数；
若
Figure BDA0003992663310000074
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在微弱影响，设为3级控制参数。
进一步，所述S5的具体步骤为：
四个所述热特性参数Yk∈{Max.TPEN,Max.|ΔTPEN｜,TB,ΔTinlet}的总灵敏度分别为：
Figure BDA0003992663310000075
对四个所述热特性参数统一设定两个阈值W1,W2，且W1＞W2，则：
若
Figure BDA0003992663310000076
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差巨大，存在明显交互作用；
若
Figure BDA0003992663310000077
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差正常，存在一般交互作用；
若
Figure BDA0003992663310000081
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差较小，存在微弱交互作用；
若
Figure BDA0003992663310000082
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差相同，不存在交互作用。
进一步，确定不同输出热特性的优先控制参数的具体步骤为：基于所述热特性参数Yk∈{Max.TPEN,Max.|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}，
假设操作参数Xi为一级控制参数，则不论交互作用如何，均选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标参数；
假设操作参数Xi为二级控制参数，若
Figure BDA0003992663310000083
或
Figure BDA0003992663310000084
除一级控制参数外，选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标；若
Figure BDA0003992663310000085
Xi不作为优先控制参数。
假设操作参数Xi为三级控制参数，若
Figure BDA0003992663310000086
除一级控制参数外，选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标；若
Figure BDA0003992663310000091
或，
Figure BDA0003992663310000092
Xi不作为优先控制参数。
本发明的有益效果为：通过全局灵敏度分析结果，得到的一阶影响指数与总效应指数，可以研究SOFC系统操作参数对影响系统工作安全及寿命的核心重要热特性约束指标：入口气体温度差、PEN最大温度、PEN最大温度梯度、燃烧室最大温度的影响程度。本发明所得到的各个操作参数对热特性指标的得到的一阶影响指数与总效应指数值，可以明晰操作参数对SOFC系统的热特性影响的机理机制，为SOFC系统安全、稳定运行提供依据，制定热安全管控规则。
此方法得到的SOFC热参数灵敏度分析结果预期可有效解决解决SOFC系统热协同管控研究中面临故障机理分析难、诊断过程难、安全防治难、综合管控难的困境。
本发明适用于实际的工程应用，为系统后期参数优化设计、系统热协同管控提供依据。
附图说明
图1为本发明一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法的流程图；
图2为实施例一SOFC系统结构图；
图3为操作参数与灵敏度之间的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，包括以下步骤：
S1、设定SOFC系统的四个操作参数；
S2、确定SOFC系统的热特性输出及取值范围；
S3、根据SOFC系统的四个所述操作参数和所述热特性输出，采用Sobol法进行灵敏度分析，得到一阶影响指数与总效应指数；
S4、基于所述一阶影响指数，得到1级、2级、3级控制参数；
S5、对比所述一阶影响指数与总效应指数，以确定参数间交互程度。
所述S1中，四个所述操作参数分别为：
燃料利用率FU：
Figure BDA0003992663310000101
其中，
Figure BDA0003992663310000102
为电堆中氢气电化学反应的摩尔反应速率；
Figure BDA0003992663310000103
为氢气的摩尔流速；n为电堆中单电池的片数；Is为电堆电流；F为法拉第常数；
具体的，燃料利用率FU的取值范围一般为0.6～0.9；
若其值低于0.6，通入燃料过多，导致燃料浪费，使得系统输出效率过低；
若其值高于0.9，导致通入燃料过少而不能保证热量。
空气过量比AR：
Figure BDA0003992663310000111
其中，
Figure BDA0003992663310000112
为氧气的摩尔流速；
Figure BDA0003992663310000113
为电堆中氧气电化学反应的摩尔反应速率；
Figure BDA0003992663310000114
为空气中氧气的摩尔分数；
Figure BDA0003992663310000115
为鼓风机出口处总空气的摩尔流速；
具体的，空气过量比AR的取值范围一般为6～12；
若其值低于6，通入SOFC系统内的冷空气过少，不能充分给电堆降温，导致电堆温度过高；
若其值高于12，导致通入燃料冷空气过多，电堆温度过低而不能保证负载所需要的功率输出。
旁路阀开度BP
Figure BDA0003992663310000116
其中，
Figure BDA0003992663310000117
为旁路子系统中冷空气摩尔流速；
Figure BDA0003992663310000118
为总空气的摩尔流速；
具体的，旁路阀开度BP取值范围为0.0～0.3；
若其值高于0.3，会导致电堆入口温度过低，使得系统性能下降。
电堆电流Is
Figure BDA0003992663310000121
其中，Pnet为SOFC净输出功率；Us为电堆电压。
具体的，根据SOFC的电特性特征，当负载需求功率较高时，SOFC系统需要运行在较高的电堆电流Is工作点处；
当负载需求功率较低时，SOFC系统则需要运行在较低的电堆电流Is工作点处。
一般5kW SOFC独立发电系统，其正常工作的电堆电流取值范围约为10A～80A
所述S2中，热特性参数分别为：
最大PEN工作温度Max.TPEN：
Max.TPEN＝max{TPEN(j)}，{j-1,2…J-1}
其中，J为节点；j为节点的索引；所述最大PEN工作温度的取值范围为Max.TPEN≤1173K；
具体的，1173K为通过试验获得的电堆材料能承受的最高温度。
最大PEN工作温度梯度为Max.|ΔTPEN|：
Figure BDA0003992663310000122
其，SOFC中固体结构所能承受的最大温度分布梯度限定为Max.TPEN≤8Kcm-1；
电堆入口气体温差ΔTinlet：
ΔTinlet＝|THE,air-THE,fuel|
其中，THE,air为热交换器空气端温度；THE,fuel为热交换器燃料端温度；ΔTinlet≤200K；
燃烧室温度TB：TB∈[873K,1273K]。
具体的，1273K为燃烧室材料能承受的最高温。
其中，燃料利用率FU是影响系统发电效率的关键指标；
空气过量比AR为输入空气与氢气流量之间的直接关系表达，便于在系统控制分析中实现协同联动；
旁路阀开度BP主要是通过调节电堆阴极入口的温度来控制电堆温度以及梯度；
旁路阀开度BP代表着SOFC独立发电系统的工作点，由SOFC系统外部的负载需求功率决定。
最大PEN(Positive-Electrolyte-Negative，阳极-电解质-阴极结构)工作温度Max.TPEN、最大PEN工作温度梯度为Max.|ΔTPEN|、电堆入口气体温差ΔTinlet和燃烧室温度TB是影响电堆与系统的工作安全及寿命的核心重要热管理安全约束指标。
所述S3的具体步骤为：
S301、利用拟蒙特卡罗法对四个所述操作参数随机采样，生成Sobol序列为：(FU1,FU2,…FUn)，(AR1,AR2,…ARn)，(BP1,BP2,…BPn)
Figure BDA0003992663310000141
具体的，以燃料利用率FU进行采样为例分析：
Figure BDA0003992663310000142
其中，方向数Vi
Figure BDA0003992663310000143
Figure BDA0003992663310000144
mk是任意的正整数，满足mk是奇数，0＜mk＜2k；
包括空气过量比AR，旁路阀开度BP，和电堆电流Is的拟蒙特卡罗法采样步骤与燃料利用率FU相同，故省略。
S302、得到一阶影响指数与总效应指数的步骤为：
S3021、由所述操作参数和所述热特性参数得出：
X＝(Is,BP,AR,FU)，
Yk∈{Max.TPEN,Max.|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}，k＝1,2,3,4；
其中，X为操作参数；Y为热特性参数；
S3022、设空间域为Ω∈[0,1]，则：
Yk＝f(X)＝f0+f1(Is)+f2(BP)+f3(AR)+f4(FU)+f1,2(Is,BP)+f1,3(Is,AR)+f1,4(Is,FU)+f2,3(BP,AR)+f2,4(BP,FU)+f3,4(AR,FU)+f1,2,3(Is,BP,AR)+f1,2,4(Is,BP,FU)+f2,3,4(BP,AR,FU)+f1,2,3,4(Is,BP,AR,FU)
其中，f1…f1,2…f1,2,3,4为分解后的子项函数；
如果输入参数独立，且每项按0均值选择、平方可积；那么f0为常量，等于输出的期望值；
通过多重积分求得：
f0＝∫f(X)dX
Figure BDA0003992663310000151
其中，Xi∈{Is,BP,AR,FU}
Figure BDA0003992663310000152
则有f(X)的总方差为：
Figure BDA0003992663310000153
通过f(X)的每一个子项计算得出：
Figure BDA0003992663310000154
其中，1≤i1＜…＜is≤4，s＝1,2,…4；
S3022、由于f1…f1,2…f1,2,3,4子项相互正交，则有：
Figure BDA0003992663310000161
通过方差比求得Sobol灵敏度为：
Figure BDA0003992663310000162
其中，
Figure BDA0003992663310000163
其中，i1≤im≤is，为第im个操作参数的一阶响应指数，反映第im个参数单独变化时对输出热特性参数的影响；所述总效应指数为参数的各阶灵敏度值之和。
故当某一参数的一阶影响指数与总效应指数值相差较大时，即可认为该参数与其他参数之间存在明显的交互作用。
四个所述操作参数X＝(Is,BP,AR,FU)对四个所述热特性参数Yk∈{Max.TPEN,Max.|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}的一阶灵敏度分别为：
Figure BDA0003992663310000164
对四个所述热特性参数统一设定两个阈值P1、P2，且P1＞P2，则：
若
Figure BDA0003992663310000165
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在较大影响，设为1级控制参数；
若
Figure BDA0003992663310000171
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在一般影响，设为2级控制参数；
若
Figure BDA0003992663310000172
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在微弱影响，设为3级控制参数。
所述S5的具体步骤为：
四个所述热特性参数Yk∈{Max.TPEN,Max.|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}的总灵敏度分别为：
Figure BDA0003992663310000173
对所述四个热特性参数统一设定两个阈值W1,W2，且W1＞W2，则：
若
Figure BDA0003992663310000174
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差巨大，存在明显交互作用；
若
Figure BDA0003992663310000175
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差正常，存在一般交互作用；
若
Figure BDA0003992663310000176
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差较小，存在微弱交互作用；
若
Figure BDA0003992663310000177
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差相同，不存在交互作用。
确定不同输出热特性的优先控制参数的具体步骤为：基于热输出变量Yk∈{Max.TPEN,Max.|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}，
假设操作参数Xi为一级控制参数，则不论交互作用如何，均选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标参数；
假设操作参数Xi为二级控制参数，若
Figure BDA0003992663310000181
或
Figure BDA0003992663310000182
除一级控制参数外，选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标；若
Figure BDA0003992663310000183
Xi不作为优先控制参数。
假设操作参数Xi为三级控制参数，若
Figure BDA0003992663310000184
除一级控制参数外，选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标；若
Figure BDA0003992663310000185
或，
Figure BDA0003992663310000186
Xi不作为优先控制参数。
实施例一
参见图2和图3，基于SOFC系统组成建立5kW SOFC系统模型。包括鼓风机1、换热器2、电堆3、尾气燃烧室4和功率变换器5；
其中，功率变换器5与外部负载6相连接。设定SOFC系统的四个操作参数，包括燃料利用率FU，空气过量比AR，旁路阀开度BP，和电堆电流Is。
SOFC系统输出为电堆入口气体温差ΔTinlet、最大PEN工作温度Max.TPEN、最大PEN工作温度梯度为Max.|ΔTPEN|、燃烧室温度TB，采用Sobol序列对四个操作参数随机采样，进一步，通过本发明所提供的全局灵敏度分析方法，可得到如图所示热特性参数的一阶影响指数与总效应指数值。
假设两个阈值P1＝0.2，P2＝0.1，可得到以下规则：
对燃烧室温度而言：FU与AR为1级控制参数；BP为2级控制参数；Is为3级控制参数。
对电堆入口温差而言：BP为1级控制参数；FU、AR与Is为3级控制参数。
对PEN最大温度而言：FU、AR与BP为1级控制参数；Is为3级控制参数。
对PEN最大温度梯度而言：FU、AR、BP与Is均为1级控制参数；
假设两个阈值W1＝0.5，W2＝0.2，可得到以下规则：
对燃烧室温度而言：FU、AR、BP与Is的一阶影响指数与总效应指数值相差较小，存在微弱交互作用；
对电堆入口温差而言：FU、AR、BP与Is的一阶影响指数与总效应指数值相差较小，存在微弱交互作用；
对PEN最大温度而言：FU、AR、BP与Is的一阶影响指数与总效应指数值相差较小，存在微弱交互作用；
对PEN最大温度梯度而言：AR、BP与Is的一阶影响指数与总效应指数值相差巨大，存在明显交互作用；FU的一阶影响指数与总效应指数值相差正常，存在一般交互作用。
则基于以上分析结果，为了快速应对热安全问题，可确定不同输出热性能指标的优先控制参数。
对燃烧室温度而言：优先采用FU与AR控制该热性能指标参数；
对电堆入口温差而言：优先采用BP控制该热性能指标参数；
对PEN最大温度而言：优先采用FU、AR与BP控制该热性能指标参数；
对PEN最大温度梯度而言：其操作参数之间存在明显的交互作用，增加了温度控制的难度，因此选择FU、AR、BP与Is为优先控制参数控制该热性能指标。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设定SOFC系统的四个操作参数；
S2、确定SOFC系统的热特性输出及取值范围；
S3、根据SOFC系统的四个所述操作参数和所述热特性输出，采用Sobol法进行灵敏度分析，得到一阶影响指数与总效应指数；
S4、基于所述一阶影响指数，得到1级、2级、3级控制参数；
S5、对比所述一阶影响指数与总效应指数，以确定参数间交互程度。
2.根据权利要求1所述的一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，其特征在于，所述S1中，四个所述操作参数分别为：
燃料利用率FU：
Figure FDA0003992663300000011
其中，
Figure FDA0003992663300000012
为电堆中氢气电化学反应的摩尔反应速率；
Figure FDA0003992663300000013
为氢气的摩尔流速；n为电堆中单电池的片数；Is为电堆电流；F为法拉第常数；
空气过量比AR：
Figure FDA0003992663300000014
其中，
Figure FDA0003992663300000015
为氧气的摩尔流速；
Figure FDA0003992663300000016
为电堆中氧气电化学反应的摩尔反应速率；
Figure FDA0003992663300000021
为空气中氧气的摩尔分数；
Figure FDA0003992663300000022
为鼓风机出口处总空气的摩尔流速；
旁路阀开度BP
Figure FDA0003992663300000023
其中，
Figure FDA0003992663300000024
为旁路子系统中冷空气摩尔流速；
Figure FDA0003992663300000025
为总空气的摩尔流速；
电堆电流Is
Figure FDA0003992663300000026
其中，Pnet为SOFC净输出功率；Us为电堆电压。
3.根据权利要求2所述的一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，其特征在于：所述S2中，热特性参数分别为：
最大PEN工作温度Max.TPEN：
Max.TPEN＝max{TPEN(j)}，{j-1,2…J-1}
其中，J为节点；j为节点的索引；所述最大PEN工作温度的取值范围为Max.TPEN≤1173K；
最大PEN工作温度梯度为Max.|ΔTPEN|：
Max.|ΔTPEN|＝
max|TPEN(j+1)-TPEN(j)|，{j-1,2…J-1}
其，SOFC中固体结构所能承受的最大温度分布梯度限定为Max.TPEN≤8Kcm-1；
电堆入口气体温差ΔTinlet：
ΔTinlet＝|THE,air-THE,fuel|
其中，THE,air为热交换器空气端温度；THE,fuel为热交换器燃料端温度；ΔTinlet≤200K；
燃烧室温度TB：TB∈[873K,1273K]。
4.根据权利要求3所述的一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，其特征在于，所述S3的具体步骤为：
S301、利用拟蒙特卡罗法对四个所述操作参数随机采样，生成Sobol序列为：(FU1,FU2,…FUn)，(AR1,AR2,…ARn)，(BP1,BP2,…BPn)，
Figure FDA0003992663300000031
S302、得到一阶影响指数与总效应指数的步骤为：
S3021、由所述操作参数和所述热特性参数得出：
X＝(Is,BP,AR,FU)
Yk∈{Max.TPEN,Max·|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}，k＝1,2,3,4；
其中，X为操作参数；Y为热特性参数；
S3022、设空间域为Ω∈[0,1]，则：
Yk＝f(X)＝f0+f1(Is)+f2(BP)+f3(AR)+f4(FU)+f1,2(Is,BP)+f1,3(Is,AR)+f1,4(Is,FU)+f2,3(BP,AR)+f2,4(BP,FU)+f3,4(AR,FU)+f1,2,3(Is,BP,AR)+f1,2,4(Is,BP,FU)+f2,3,4(BP,AR,FU)+f1,2,3,4(Is,BP,AR,FU)
其中，f1…f1,2…f1,2,3,4为分解后的子项函数；
如果输入参数独立，且每项按0均值选择、平方可积；那么f0为常量，等于输出的期望值；
通过多重积分求得：
f0＝∫f(X)dX
Figure FDA0003992663300000041
其中，Xi∈{Is,BP,AR,FU}
Figure FDA0003992663300000042
则有f(X)的总方差为：
Figure FDA0003992663300000043
通过f(X)的每一个子项计算得出：
Figure FDA0003992663300000051
其中，1≤i1＜…＜is≤4，s＝1,2,…4；
S3022、由于f1…f1,2…f1,2,3,4子项相互正交，则有：
Figure FDA0003992663300000052
通过方差比求得Sobol灵敏度为：
Figure FDA0003992663300000053
其中，
Figure FDA0003992663300000054
其中，i1≤im≤is，为第im个操作参数的一阶响应指数，反映第im个参数单独变化时对输出热特性参数的影响；所述总效应指数为参数的各阶灵敏度值之和。
5.根据权利要求4所述的一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，其特征在于：
四个所述操作参数X＝(Is,BP,AR,FU)对四个所述热特性参数Yk∈{Max.TPEN,Max·|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}的一阶灵敏度分别为：
Figure FDA0003992663300000055
对所述四个热特性参数统一设定两个阈值P1、P2，且P1＞P2，则：
若
Figure FDA0003992663300000061
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在较大影响，设为1级控制参数；
若
Figure FDA0003992663300000062
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在一般影响，设为2级控制参数；
若
Figure FDA0003992663300000063
则操作参数Xi对所述热特性参数Yk存在微弱影响，设为3级控制参数。
6.根据权利要求5所述的一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，其特征在于：所述S5的具体步骤为：
四个所述热特性参数Yk∈{Max.TPEN,Max.|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}的总灵敏度分别为：
Figure FDA0003992663300000064
对四个所述热特性参数统一设定两个阈值W1,W2，且W1＞W2，则：
若
Figure FDA0003992663300000065
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差巨大，存在明显交互作用；
若
Figure FDA0003992663300000066
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差正常，存在一般交互作用；
若
Figure FDA0003992663300000071
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差较小，存在微弱交互作用；
若
Figure FDA0003992663300000072
代表操作参数Xi对所述热特性参数Yk的一阶影响指数与总效应指数值相差相同，不存在交互作用。
7.根据权利要求6所述的一种确定固体氧化物燃料电池热安全管控的方法，其特征在于，确定不同输出热特性的优先控制参数的具体步骤为：基于所述热特性参数Yk∈{Max.TPEN,Max·|ΔTPEN|,TB,ΔTinlet}，
假设操作参数Xi为一级控制参数，则不论交互作用如何，均选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标参数；
假设操作参数Xi为二级控制参数，若
Figure FDA0003992663300000073
或
Figure FDA0003992663300000074
除一级控制参数外，选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标；若
Figure FDA0003992663300000075
Xi不作为优先控制参数。
假设操作参数Xi为三级控制参数，若
Figure FDA0003992663300000076
除一级控制参数外，选用Xi为优先控制参数控制该热性能指标；若
Figure FDA0003992663300000081
或，
Figure FDA0003992663300000082
Xi不作为优先控制参数。
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