An Adaptive Observer for Recirculation-Based Solid Oxide Fuel Cells
An Adaptive Observer for Recirculation-Based Solid Oxide Fuel Cells
复制标题
基于再循环的固体氧化物燃料电池的自适应观测器
DOI：
10.1115/1.4033271
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发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Das, Tuhin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Abeysiriwardena, Singith;Das, Tuhin
在本文中，我们提出了一个在线估计的观察器设计的再循环为基础的固体氧化物燃料电池（SOFC）系统中的集成重整器的物种浓度。对于所考虑的系统，甲烷的车载重整会导致燃料路径上沿着存在不同浓度的多组分混合物，燃料重整器的存在使得系统方程耦合，进而增加了组分间的相互作用和状态方程的复杂性.了解燃料电池中关键位置的物质浓度有助于防止电池损坏并延长寿命。在这方面，使用传感器来确定物质浓度是一种侵入性过程，其使用和维护都很昂贵。虽然现有的观察员是专为化学反应器或燃料电池，所提出的策略的目的是改善，通过考虑组合重整器和燃料电池，并设计一个非线性自适应观测器使用容易测量的浓度和选定的变量。为了估计某些关键指标，如燃料利用率，状态变换已被用于设计中，以获得一个更通用和计算效率更高的降阶观测器。该研究开发了详细的稳定性分析的观察员和量化的观察员性能的不确定性的影响。
In this paper, we present an observer design for online estimation of species concentrations in recirculation-based solid oxide fuel cell (SOFC) systems with integrated reformers. For the system considered, on-board reforming of methane results in mixture of several species of different concentrations along the fuel path. The presence of a fuel reformer gives way to coupling of system equations, in turn, increasing species interactions and complexity of the state equations. The knowledge of concentration of species at key locations in the fuel cell can help prevent cell damage and improve longevity. In this regard, the use of sensors to determine species concentration is an invasive process which is expensive to both utilize and maintain. While existing observers are designed either for chemical reactors or for a fuel cell exclusively, the proposed strategy aims to improve on that by considering a combined reformer and fuel cell and designing a nonlinear adaptive observer using readily measured concentrations and selected variables. For estimating certain critical indicators, such as fuel utilization, state transformations have been used in the design to obtain a more versatile and computationally efficient reduced order observer. The study develops detailed stability analysis of the observers and quantifies the effect of uncertainties on observer performance.
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