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燃料电池系统建模及控制技术

随着人类环保意识的增强,燃料电池这一新型绿色发电装置受到了越来越广泛的关注。本书介绍了不同类型燃料电池的工作特性,阐述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能优势与应用前景;分析了PEMFC的物理结构与“气-水-热-电”运行机理;建立了以电化学、流体力学、热力学为基础的PEMFC电堆多物理域模型,对模型进行了参数敏感性分析;构建了包含空气供应、氢气供应、水热管理、电能变换等辅助外围设备的PEMFC系统模型,设计了系统多输入/多输出控制方法,对PEMFC的不同系统进行管理控制并进行了相关试验验证;开展了PEMFC老化预测、故障诊断以及容错控制等健康管理方面的研究,明晰了老化与故障机理并提取相关影响因子,提出了高精度的老化预测方法,完成了故障类型的在线识别及诊断,针对不同的健康状态进行容错控制,基于系统台架对健康性能进行测试评估;以车/航空用PEMFC混合动力系统的能量管理为背景,以系统运行安全、寿命提升、效率优化、能耗最小等为研究对象,制定并执行了不同类型的能量管理策略,并对比了不同策略下的系统输出特性和运行差异。
本书可供研究PEMFC单体、电堆、系统、应用等方面的有关工程技术人员学习参考。

封面
前折页
书名页
版权
前言
第1章 燃料电池技术基础
 1.1 燃料电池技术概述
 1.2 燃料电池分类
  1.2.1 质子交换膜燃料电池
  1.2.2 碱性燃料电池
  1.2.3 磷酸燃料电池
  1.2.4 熔融碳酸盐燃料电池
  1.2.5 固体氧化物燃料电池
  1.2.6 燃料电池比较总结
 1.3 燃料电池应用现状
第2章 燃料电池结构与性质
 2.1 质子交换膜燃料电池物理结构
  2.1.1 端板
  2.1.2 双极板
  2.1.3 阴阳极流道
  2.1.4 催化层
  2.1.5 质子交换膜
  2.1.6 气体扩散层
  2.1.7 膜电极结构及功能
 2.2 质子交换膜燃料电池工作原理
  2.2.1 燃料电池热力学
  2.2.2 燃料电池电化学
  2.2.3 燃料电池电荷传输
  2.2.4 燃料电池质量传输
  2.2.5 燃料电池热传输
第3章 质子交换膜燃料电池堆建模
 3.1 电堆建模常用方法概述
  3.1.1 机理模型
  3.1.2 半经验模型
  3.1.3 经验模型
  3.1.4 数据驱动模型
 3.2 多物理域建模
  3.2.1 电化学模型
  3.2.2 流体力学模型
  3.2.3 热力学模型
 3.3 燃料电池堆仿真实例
  3.3.1 电堆集总模型构建
  3.3.2 参数敏感性分析
第4章 质子交换膜燃料电池系统建模
 4.1 质子交换膜燃料电池系统模型分类
 4.2 质子交换膜燃料电池系统建模
  4.2.1 电堆建模
  4.2.2 空气供应系统建模
  4.2.3 氢气供应系统建模
  4.2.4 热管理系统建模
  4.2.5 电能变换系统建模
 4.3 燃料电池系统仿真实例
第5章 质子交换膜燃料电池系统控制
 5.1 燃料电池系统控制方法
  5.1.1 PID控制
  5.1.2 模型预测控制
  5.1.3 模糊控制
  5.1.4 神经网络控制
 5.2 燃料电池空气供应系统控制
  5.2.1 空气供气参数解耦设计
  5.2.2 基于带参数优化算法的分数阶PID控制
 5.3 燃料电池的氢气供应系统控制
 5.4 燃料电池的水管理控制
  5.4.1 燃料电池堆的湿度控制模型
  5.4.2 控制系统的网络结构
  5.4.3 控制系统的模糊逻辑设计
  5.4.4 控制系统的学习算法
 5.5 燃料电池的热管理控制
  5.5.1 基于增量式PID的控制方法设计及试验分析
  5.5.2 基于二阶ADRC的控制方法设计及试验分析
  5.5.3 基于改进ADRC的控制方法设计及试验分析
  5.5.4 热管理控制算法结果对比分析
 5.6 燃料电池的变换器控制
  5.6.1 两相交错并联Boost变换器控制
  5.6.2 四相交错并联Boost变换器控制
第6章 燃料电池系统健康管理
 6.1 燃料电池系统健康管理框架
 6.2 燃料电池老化预测
  6.2.1 燃料电池老化机理
  6.2.2 燃料电池老化模型
  6.2.3 燃料电池老化预测方法
  6.2.4 燃料电池老化预测实例
 6.3 燃料电池系统故障诊断
  6.3.1 燃料电池系统故障分类
  6.3.2 燃料电池系统故障诊断方法
 6.4 燃料电池系统容错控制
  6.4.1 自抗扰控制
  6.4.2 容错控制方案及参数选择
  6.4.3 控制重构
 6.5 燃料电池系统台架及测试
  6.5.1 燃料电池系统测试平台基本架构
  6.5.2 燃料电池堆耐久性测试
第7章 燃料电池混合动力系统能量管理
 7.1 燃料电池混合动力系统能量管理策略概述
 7.2 燃料电池混合动力系统总成拓扑
  7.2.1 燃料电池混合单储能装置
  7.2.2 燃料电池混合多储能装置
 7.3 能量管理策略介绍
  7.3.1 有限状态机能量管理策略
  7.3.2 模糊逻辑控制能量管理策略
  7.3.3 动态规划能量管理策略
  7.3.4 等效氢耗最小能量管理策略
  7.3.5 极小值原理能量管理策略
  7.3.6 机器学习策略
 7.4 实时仿真系统测试
  7.4.1 dSPACE
  7.4.2 RT-LAB
  7.4.3 快速控制原型及硬件在环仿真
 7.5 车用燃料电池系统能量管理模型
  7.5.1 汽车系统模型搭建
  7.5.2 车用驾驶测试工况
  7.5.3 能量管理策略对比分析
 7.6 航空燃料电池系统能量管理模型
  7.6.1 飞机系统模型搭建
  7.6.2 飞行测试工况
  7.6.3 能量管理策略对比分析
参考文献
后折页
封底

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