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內(nèi)容簡介

　　隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，燃料電池這一新型綠色發(fā)電裝置受到了越來越廣泛的關(guān)注。本書介紹了不同類型燃料電池的工作特性，闡述了質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的性能優(yōu)勢與應(yīng)用前景；分析了PEMFC的物理結(jié)構(gòu)與“氣-水-熱-電”運(yùn)行機(jī)理；建立了以電化學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)為基礎(chǔ)的PEMFC電堆多物理域模型，對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析；構(gòu)建了包含空氣供應(yīng)、氫氣供應(yīng)、水熱管理、電能變換等輔助外圍設(shè)備的PEMFC系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)多輸入/多輸出控制方法，對(duì)PEMFC的不同系統(tǒng)進(jìn)行管理控制并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證；開展了PEMFC老化預(yù)測、故障診斷以及容錯(cuò)控制等健康管理方面的研究，明晰了老化與故障機(jī)理并提取相關(guān)影響因子，提出了高精度的老化預(yù)測方法，完成了故障類型的在線識(shí)別及診斷，針對(duì)不同的健康狀態(tài)進(jìn)行容錯(cuò)控制，基于系統(tǒng)臺(tái)架對(duì)健康性能進(jìn)行測試評(píng)估；以車/航空用PEMFC混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理為背景，以系統(tǒng)運(yùn)行安全、壽命提升、效率優(yōu)化、能耗最小等為研究對(duì)象，制定并執(zhí)行了不同類型的能量管理策略，并對(duì)比了不同策略下的系統(tǒng)輸出特性和運(yùn)行差異。本書可供研究PEMFC單體、電堆、系統(tǒng)、應(yīng)用等方面的有關(guān)工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

作者簡介

　　馬睿，西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授、院長助理，陜西省高層次人才、IEEE高級(jí)會(huì)員、工業(yè)電子學(xué)會(huì)ITeN期刊副主編。長期圍繞新能源系統(tǒng)領(lǐng)域開展研究，近五年發(fā)表高水平期刊、國際會(huì)議論文30余篇，主持國家級(jí)、省部級(jí)項(xiàng)目多項(xiàng)，獲陜西省高?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

圖書目錄

前?言
第 1 章　燃料電池技術(shù)基礎(chǔ)1
1.1　燃料電池技術(shù)概述1
1.2　燃料電池分類2
1.2.1　質(zhì)子交換膜燃料電池2
1.2.2　堿性燃料電池3
1.2.3　磷酸燃料電池5
1.2.4　熔融碳酸鹽燃料電池5
1.2.5　固體氧化物燃料電池7
1.2.6　燃料電池比較總結(jié)8
1.3　燃料電池應(yīng)用現(xiàn)狀9
第 2 章　燃料電池結(jié)構(gòu)與性質(zhì)12
2.1　質(zhì)子交換膜燃料電池物理結(jié)構(gòu)12
2.1.1　端板13
2.1.2　雙極板14
2.1.3　陰陽極流道15
2.1.4　催化層16
2.1.5　質(zhì)子交換膜17
2.1.6　氣體擴(kuò)散層17
2.1.7　膜電極結(jié)構(gòu)及功能18
2.2　質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理18
2.2.1　燃料電池?zé)崃W(xué)18
2.2.2　燃料電池電化學(xué)24
2.2.3　燃料電池電荷傳輸27
2.2.4　燃料電池質(zhì)量傳輸31
2.2.5　燃料電池?zé)醾鬏?4
第 3 章　質(zhì)子交換膜燃料電池堆建模38
3.1　電堆建模常用方法概述38
3.1.1　機(jī)理模型38
3.1.2　半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?1
3.1.3　經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?1
3.1.4　數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型42
3.2　多物理域建模43
3.2.1　電化學(xué)模型43
3.2.2　流體力學(xué)模型46
3.2.3　熱力學(xué)模型54
3.3　燃料電池堆仿真實(shí)例69
3.3.1　電堆集總模型構(gòu)建69
3.3.2　參數(shù)敏感性分析73
第 4 章　質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)建模78
4.1　質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)模型分類78
4.2　質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)建模80
4.2.1　電堆建模80
4.2.2　空氣供應(yīng)系統(tǒng)建模80
4.2.3　氫氣供應(yīng)系統(tǒng)建模89
4.2.4　熱管理系統(tǒng)建模95
4.2.5　電能變換系統(tǒng)建模101
4.3　燃料電池系統(tǒng)仿真實(shí)例103
第 5 章　質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)控制107
5.1　燃料電池系統(tǒng)控制方法107
5.1.1　PID控制108
5.1.2　模型預(yù)測控制109
5.1.3　模糊控制109
5.1.4　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制109
5.2　燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)控制109
5.2.1　空氣供氣參數(shù)解耦設(shè)計(jì)109
5.2.2　基于帶參數(shù)優(yōu)化算法的分?jǐn)?shù)階PID控制114
5.3　燃料電池的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)控制119
5.4　燃料電池的水管理控制121
5.4.1　燃料電池堆的濕度控制模型122
5.4.2　控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)124
5.4.3　控制系統(tǒng)的模糊邏輯設(shè)計(jì)124
5.4.4　控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)算法126
5.5　燃料電池的熱管理控制127
5.5.1　基于增量式PID的控制方法設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析128
5.5.2　基于二階ADRC的控制方法設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析130
5.5.3　基于改進(jìn)ADRC的控制方法設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析135
5.5.4　熱管理控制算法結(jié)果對(duì)比分析138
5.6　燃料電池的變換器控制140
5.6.1　兩相交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器控制140
5.6.2　四相交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器控制155
第 6 章　燃料電池系統(tǒng)健康管理182
6.1　燃料電池系統(tǒng)健康管理框架182
6.2　燃料電池老化預(yù)測183
6.2.1　燃料電池老化機(jī)理183
6.2.2　燃料電池老化模型188
6.2.3　燃料電池老化預(yù)測方法189
6.2.4　燃料電池老化預(yù)測實(shí)例197
6.3　燃料電池系統(tǒng)故障診斷217
6.3.1　燃料電池系統(tǒng)故障分類217
6.3.2　燃料電池系統(tǒng)故障診斷方法224
6.4　燃料電池系統(tǒng)容錯(cuò)控制254
6.4.1　自抗擾控制254
6.4.2　容錯(cuò)控制方案及參數(shù)選擇260
6.4.3　控制重構(gòu)261
6.5　燃料電池系統(tǒng)臺(tái)架及測試265
6.5.1　燃料電池系統(tǒng)測試平臺(tái)基本架構(gòu)265
6.5.2　燃料電池堆耐久性測試266
第 7 章　燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理273
7.1　燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略概述273
7.2　燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)總成拓?fù)?76
7.2.1　燃料電池混合單儲(chǔ)能裝置276
7.2.2　燃料電池混合多儲(chǔ)能裝置277
7.3　能量管理策略介紹281
7.3.1　有限狀態(tài)機(jī)能量管理策略283
7.3.2　模糊邏輯控制能量管理策略284
7.3.3　動(dòng)態(tài)規(guī)劃能量管理策略286
7.3.4　等效氫耗最小能量管理策略287
7.3.5　極小值原理能量管理策略290
7.3.6　機(jī)器學(xué)習(xí)策略291
7.4　實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)測試293
7.4.1　dSPACE293
7.4.2　RT-LAB296
7.4.3　快速控制原型及硬件在環(huán)仿真298
7.5　車用燃料電池系統(tǒng)能量管理模型301
7.5.1　汽車系統(tǒng)模型搭建301
7.5.2　車用駕駛測試工況304
7.5.3　能量管理策略對(duì)比分析306
7.6　航空燃料電池系統(tǒng)能量管理模型310
7.6.1　飛機(jī)系統(tǒng)模型搭建310
7.6.2　飛行測試工況313
7.6.3　能量管理策略對(duì)比分析316
參考文獻(xiàn)　362