燃料電池系統(tǒng)設(shè)計、集成與控制技術(shù)

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我國的能源消費與碳排放現(xiàn)狀11.1.2以氫能為載體的未來低碳能源體系71.2氫能與燃料電池技術(shù)簡介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)域中的應用251.3.1氫燃料電池動力系統(tǒng)的設(shè)計271.3.2氫燃料電池動力系統(tǒng)的運行需求301.4本書的編寫框架34本章小結(jié)35本章參考文獻36第2章燃料電池動力系統(tǒng)的運行控制分析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燃料電池堆動態(tài)電壓模型502.3.1燃料電池的動態(tài)電效應502.3.2燃料電池的等效電路模型522.4燃料電池動力系統(tǒng)的運行控制及管理582.4.1電堆操作條件探索方法592.4.2燃料電池動力系統(tǒng)開環(huán)運行管理方法632.4.3燃料電池系統(tǒng)閉環(huán)運行管理方法65本章小結(jié)73本章參考文獻73第3章燃料電池動力系統(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)化的工作點規(guī)劃973.3.1空壓機的功耗模型973.3.2燃料電池堆的發(fā)電模型993.3.3面向效率優(yōu)化的工作點匹配1033.4空氣管理子系統(tǒng)的耦合特性分析1093.4.1開環(huán)響應特性測試1103.4.2激勵信號的選取與設(shè)計1113.4.3傳遞函數(shù)的辨識1133.4.4系統(tǒng)辨識結(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1173.5.1前饋補償解耦控制策略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127第4章燃料電池動力系統(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175第5章燃料電池動力系統(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燃料電池熱管理子系統(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證2025.3燃料電池動力系統(tǒng)的熱管理策略2045.3.1模型預測控制算法基本原理2065.3.2啟動循環(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229第6章燃料電池動力系統(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量技術(shù)2446.2.1在線交流阻抗測量總體方案2446.2.2信號調(diào)理模塊的設(shè)計2486.2.3交流阻抗計算模塊的設(shè)計2546.2.4在線交流阻抗測量技術(shù)驗證2626.3基于交流阻抗的燃料電池水狀態(tài)辨識技術(shù)2646.3.1基于交流阻抗的燃料電池測試方案2656.3.2交流阻抗譜與運行狀態(tài)的相關(guān)性分析2686.3.3基于單頻點阻抗相位角的電堆含水量辨識2756.4燃料電池閉環(huán)水管理策略設(shè)計及應用驗證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)控策略驗證288本章小結(jié)301本章參考文獻301第7章燃料電池動力系統(tǒng)的功率管理3067.1燃料電池動力系統(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燃料電池動力系統(tǒng)的功率管理思路3187.2.1氫電混合動力系統(tǒng)的負載特性分析3187.2.2氫電混合動力系統(tǒng)的綜合運行評價3217.2.3功率管理的總體思路3257.3燃料電池動力系統(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基于實時小波分頻的功率協(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)控制策略對比分析3427.4氫電混合動力系統(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不同配置容量的對比分析358本章小結(jié)365本章參考文獻366