燃料電池系統(tǒng)建模及控制技術(shù)

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　燃料電池熱力學18
2.2.2　燃料電池電化學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　燃料電池熱傳輸34
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　機理模型38
3.1.2　半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?1
3.1.3　經(jīng)驗?zāi)Ｐ?1
3.1.4　數(shù)據(jù)驅(qū)動模型42
3.2　多物理域建模43
3.2.1　電化學模型43
3.2.2　流體力學模型46
3.2.3　熱力學模型54
3.3　燃料電池堆仿真實例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109
5.2.2　基于帶參數(shù)優(yōu)化算法的分數(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124
5.4.4　控制系統(tǒng)的學習算法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)計及試驗分析128
5.5.2　基于二階ADRC的控制方法設(shè)計及試驗分析130
5.5.3　基于改進ADRC的控制方法設(shè)計及試驗分析135
5.5.4　熱管理控制算法結(jié)果對比分析138
5.6　燃料電池的變換器控制140
5.6.1　兩相交錯并聯(lián)Boost變換器控制140
5.6.2　四相交錯并聯(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)容錯控制254
6.4.1　自抗擾控制254
6.4.2　容錯控制方案及參數(shù)選擇260
6.4.3　控制重構(gòu)261
6.5　燃料電池系統(tǒng)臺架及測試265
6.5.1　燃料電池系統(tǒng)測試平臺基本架構(gòu)265
6.5.2　燃料電池堆耐久性測試266
第 7 章　 燃料電池混合動力系統(tǒng)能量管理273
7.1　燃料電池混合動力系統(tǒng)能量管理策略概述273
7.2　燃料電池混合動力系統(tǒng)總成拓撲276
7.2.1　燃料電池混合單儲能裝置276
7.2.2　燃料電池混合多儲能裝置277
7.3　能量管理策略介紹281
7.3.1　有限狀態(tài)機能量管理策略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　機器學習策略291
7.4　實時仿真系統(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　能量管理策略對比分析316
參考文獻　362