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內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　本書(shū)闡述了質(zhì)子交換膜燃料電池設(shè)計(jì)、集成與控制技術(shù)。首先介紹質(zhì)子交換膜燃料電池的電壓性能相關(guān)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)，建立了電堆的穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)電壓模型，解析了面向動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用的運(yùn)行控制及管理需求。其次，分別介紹了空氣管理、氫氣管理、熱管理的設(shè)計(jì)需求、典型回路及控制目標(biāo)，通過(guò)具體應(yīng)用的實(shí)例化，闡述了相應(yīng)管理子系統(tǒng)的運(yùn)行控制方法。此外，探索了燃料電池的閉環(huán)水管理技術(shù)，基于交流阻抗的在線測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電堆內(nèi)部水狀態(tài)的快速辨識(shí)，設(shè)計(jì)了基于阻抗信息的水故障診斷及閉環(huán)管理策略。*后，從整車應(yīng)用的角度介紹了氫電混合動(dòng)力系統(tǒng)的功率管理技術(shù)。本書(shū)從運(yùn)行的視角，闡述了質(zhì)子交換膜燃料電池設(shè)計(jì)、集成與控制技術(shù)的基本方法，本書(shū)的基礎(chǔ)性很強(qiáng)，同時(shí)參考當(dāng)前的燃料電池科學(xué)研究成果，具有一定的前沿性。本書(shū)可作為高等院校燃料電池專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的本科生教材，也可作為致力于燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師、以燃料電池及動(dòng)力系統(tǒng)為研究方向的在校研究生和教師的入門及進(jìn)階讀物，還可以作為對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池感興趣的設(shè)計(jì)人員的參考書(shū)籍。

作者簡(jiǎn)介

　　李凱從事新能源發(fā)電/儲(chǔ)能系統(tǒng)集成與控制相關(guān)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與基礎(chǔ)研究13年，取得如下成果：1）新能源發(fā)電系統(tǒng)集成控制：2019年研發(fā)了65kW燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)品的功率等級(jí)和系統(tǒng)綜合效率達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，目前已通過(guò)上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心的認(rèn)證，搭載該型發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料電池客車已經(jīng)在蘇州市實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。2009年研發(fā)的2MW風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，通過(guò)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，已裝備數(shù)十個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值數(shù)億元，所研發(fā)的《風(fēng)力發(fā)電有功功率控制系統(tǒng)》獲2012年四川省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。2）多功能智能化測(cè)試系統(tǒng)：2017年至今研發(fā)了多款燃料電池測(cè)試平臺(tái)，功率等級(jí)覆蓋0.1kW~150kW，測(cè)試對(duì)象覆蓋電堆、附屬部件和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。研發(fā)的3kW及30kW燃料電池電堆測(cè)試平臺(tái)成為華昌能源的主打產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)銷售。2010研發(fā)的某系列型號(hào)空壓機(jī)測(cè)控系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行10年，為國(guó)家新型飛行器動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)與測(cè)試持續(xù)服務(wù)。3）多能源集成功率控制與能量管理：2015年研發(fā)的10kW燃料電池多能互補(bǔ)備用電源系統(tǒng)，在四川德陽(yáng)已穩(wěn)定運(yùn)行五年。2009-2014年研發(fā)的200kW電動(dòng)汽車直流充電系統(tǒng)、戶用風(fēng)光儲(chǔ)一體化供電系統(tǒng)、100kW儲(chǔ)能逆變器等產(chǎn)品在大型中央企業(yè)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。4）基礎(chǔ)研究與應(yīng)用方面：作為負(fù)責(zé)人/科研骨干先后承擔(dān)了20余項(xiàng)科研項(xiàng)目，包括國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《MW 級(jí)固體聚合物電解質(zhì)電解水制氫技術(shù)》和《高環(huán)境適應(yīng)性的公路客車燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)和整車集成技術(shù)》、國(guó)家自然科學(xué)基金《基于阻抗無(wú)源性重塑的變流器與電網(wǎng)交互諧振抑制理論與方法研究》、國(guó)家863計(jì)劃《長(zhǎng)壽命交流燃料電池備用電源電堆及系統(tǒng)研發(fā)》、省科技支撐計(jì)劃《車用高性能燃料電池技術(shù)開(kāi)發(fā)》等項(xiàng)目，累計(jì)承擔(dān)科研項(xiàng)目超過(guò)2000萬(wàn)元。發(fā)表SCI/EI收錄學(xué)術(shù)論文30多篇，獲得國(guó)家發(fā)明專利30多項(xiàng)。

圖書(shū)目錄

第1章燃料電池技術(shù)概述11.1燃料電池技術(shù)的發(fā)展背景11.1.1我國(guó)的能源消費(fèi)與碳排放現(xiàn)狀11.1.2以氫能為載體的未來(lái)低碳能源體系71.2氫能與燃料電池技術(shù)簡(jiǎn)介151.2.1質(zhì)子交換膜燃料電池堆171.2.2質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)201.3燃料電池技術(shù)在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用251.3.1氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)271.3.2氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行需求301.4本書(shū)的編寫(xiě)框架34本章小結(jié)35本章參考文獻(xiàn)36第2章燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行控制分析382.1燃料電池堆的基本特性382.1.1燃料電池堆的工作過(guò)程382.1.2燃料電池堆的基本特性402.2燃料電池堆穩(wěn)態(tài)電壓模型422.2.1燃料電池開(kāi)路電壓432.2.2活化損失442.2.3歐姆損失462.2.4濃度損失472.2.5電堆穩(wěn)態(tài)電壓模型492.3燃料電池堆動(dòng)態(tài)電壓模型502.3.1燃料電池的動(dòng)態(tài)電效應(yīng)502.3.2燃料電池的等效電路模型522.4燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行控制及管理582.4.1電堆操作條件探索方法592.4.2燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行管理方法632.4.3燃料電池系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行管理方法65本章小結(jié)73本章參考文獻(xiàn)73第3章燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的空氣管理753.1燃料電池堆的空氣管理概述753.1.1空氣管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求753.1.2空氣管理子系統(tǒng)的典型回路及部件763.1.3空氣管理子系統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)843.2燃料電池空氣管理子系統(tǒng)部件建模863.2.1空壓機(jī)模型873.2.2供給管道模型933.2.3中冷器模型943.2.4加濕器模型943.2.5回流管道和節(jié)氣門模型963.3面向系統(tǒng)效率優(yōu)化的工作點(diǎn)規(guī)劃973.3.1空壓機(jī)的功耗模型973.3.2燃料電池堆的發(fā)電模型993.3.3面向效率優(yōu)化的工作點(diǎn)匹配1033.4空氣管理子系統(tǒng)的耦合特性分析1093.4.1開(kāi)環(huán)響應(yīng)特性測(cè)試1103.4.2激勵(lì)信號(hào)的選取與設(shè)計(jì)1113.4.3傳遞函數(shù)的辨識(shí)1133.4.4系統(tǒng)辨識(shí)結(jié)果及耦合特性分析1143.5空氣管理子系統(tǒng)調(diào)控策略設(shè)計(jì)1173.5.1前饋補(bǔ)償解耦控制策略1183.5.2空氣管理策略仿真分析119本章小結(jié)126本章參考文獻(xiàn)127第4章燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的氫氣管理1324.1燃料電池堆的氫氣管理概述1324.1.1氫氣管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求1324.1.2氫氣管理子系統(tǒng)的典型回路及部件1344.1.3氫氣管理子系統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)1404.2燃料電池氫氣管理子系統(tǒng)部件建模1454.2.1比例閥模型1454.2.2氫泵模型1484.2.3排氣閥模型1554.2.4電堆氫耗模型1574.3燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的氫氣管理策略1584.3.1入堆壓力控制策略1594.3.2氫泵調(diào)控策略166本章小結(jié)174本章參考文獻(xiàn)175第5章燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理1785.1燃料電池堆的熱管理概述1785.1.1熱管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求1785.1.2熱管理子系統(tǒng)的典型回路及部件1805.1.3熱管理子系統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)1885.2燃料電池?zé)峁芾碜酉到y(tǒng)部件及回路建模1935.2.1產(chǎn)熱模型1945.2.2散熱器模型1965.2.3冷卻液管路模型1995.2.4電加熱器模型2005.2.5水泵與電子節(jié)溫器模型2005.2.6系統(tǒng)散熱回路總體模型驗(yàn)證2025.3燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理策略2045.3.1模型預(yù)測(cè)控制算法基本原理2065.3.2啟動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)換階段的熱管理策略2085.3.3散熱階段的熱管理策略220本章小結(jié)228本章參考文獻(xiàn)229第6章燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的水管理2346.1燃料電池堆的水管理概述2346.1.1水管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求2346.1.2水管理技術(shù)的研究現(xiàn)狀2386.1.3燃料電池水管理的總體思路2436.2燃料電池在線交流阻抗測(cè)量技術(shù)2446.2.1在線交流阻抗測(cè)量總體方案2446.2.2信號(hào)調(diào)理模塊的設(shè)計(jì)2486.2.3交流阻抗計(jì)算模塊的設(shè)計(jì)2546.2.4在線交流阻抗測(cè)量技術(shù)驗(yàn)證2626.3基于交流阻抗的燃料電池水狀態(tài)辨識(shí)技術(shù)2646.3.1基于交流阻抗的燃料電池測(cè)試方案2656.3.2交流阻抗譜與運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)性分析2686.3.3基于單頻點(diǎn)阻抗相位角的電堆含水量辨識(shí)2756.4燃料電池閉環(huán)水管理策略設(shè)計(jì)及應(yīng)用驗(yàn)證2806.4.1燃料電池閉環(huán)水管理策略2816.4.2燃料電池含水量調(diào)控策略驗(yàn)證288本章小結(jié)301本章參考文獻(xiàn)301第7章燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的功率管理3067.1燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的功率管理概述3067.1.1功率管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求3067.1.2功率管理子系統(tǒng)的典型回路及部件3137.1.3功率管理技術(shù)的研究現(xiàn)狀3157.2燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的功率管理思路3187.2.1氫電混合動(dòng)力系統(tǒng)的負(fù)載特性分析3187.2.2氫電混合動(dòng)力系統(tǒng)的綜合運(yùn)行評(píng)價(jià)3217.2.3功率管理的總體思路3257.3燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制3267.3.1基于荷電狀態(tài)的功率協(xié)調(diào)控制策略研究3267.3.2基于實(shí)時(shí)小波分頻的功率協(xié)調(diào)控制策略研究3287.3.3基于粒子群算法的功率協(xié)調(diào)控制策略研究3357.3.4功率協(xié)調(diào)控制策略對(duì)比分析3427.4氫電混合動(dòng)力系統(tǒng)的容量配置優(yōu)化3527.4.1基于粒子群算法的容量配置優(yōu)化方法3527.4.2不同配置容量的對(duì)比分析358本章小結(jié)365本章參考文獻(xiàn)366