燃料電池系統(tǒng)建模及控制技術(shù)

定　價：￥168.00

作　者：	馬睿高非等
出版社：	機械工業(yè)出版社
叢編項：
標　簽：	暫缺

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ISBN：	9787111770428	出版時間：	2025-02-01	包裝：	平裝-膠訂
開本：	16開	頁數(shù)：		字數(shù)：

內(nèi)容簡介

　　隨著人類環(huán)保意識的增強，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)勢與應用前景；分析了PEMFC的物理結(jié)構(gòu)與“氣-水-熱-電”運行機理；建立了以電化學、流體力學、熱力學為基礎的PEMFC電堆多物理域模型，對模型進行了參數(shù)敏感性分析；構(gòu)建了包含空氣供應、氫氣供應、水熱管理、電能變換等輔助外圍設備的PEMFC系統(tǒng)模型，設計了系統(tǒng)多輸入/多輸出控制方法，對PEMFC的不同系統(tǒng)進行管理控制并進行了相關試驗驗證；開展了PEMFC老化預測、故障診斷以及容錯控制等健康管理方面的研究，明晰了老化與故障機理并提取相關影響因子，提出了高精度的老化預測方法，完成了故障類型的在線識別及診斷，針對不同的健康狀態(tài)進行容錯控制，基于系統(tǒng)臺架對健康性能進行測試評估；以車/航空用PEMFC混合動力系統(tǒng)的能量管理為背景，以系統(tǒng)運行安全、壽命提升、效率優(yōu)化、能耗最小等為研究對象，制定并執(zhí)行了不同類型的能量管理策略，并對比了不同策略下的系統(tǒng)輸出特性和運行差異。本書可供研究PEMFC單體、電堆、系統(tǒng)、應用等方面的有關工程技術(shù)人員學習參考。

作者簡介

　　馬睿，西北工業(yè)大學自動化學院副教授、院長助理，陜西省高層次人才、IEEE高級會員、工業(yè)電子學會ITeN期刊副主編。長期圍繞新能源系統(tǒng)領域開展研究，近五年發(fā)表高水平期刊、國際會議論文30余篇，主持國家級、省部級項目多項，獲陜西省高?？茖W技術(shù)進步二等獎1項。

圖書目錄

前?言
第 1 章　燃料電池技術(shù)基礎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)驗模型41
3.1.3　經(jīng)驗模型41
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　空氣供應系統(tǒng)建模80
4.2.3　氫氣供應系統(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　模型預測控制109
5.1.3　模糊控制109
5.1.4　神經(jīng)網(wǎng)絡控制109
5.2　燃料電池空氣供應系統(tǒng)控制109
5.2.1　空氣供氣參數(shù)解耦設計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)絡結(jié)構(gòu)124
5.4.3　控制系統(tǒng)的模糊邏輯設計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的控制方法設計及試驗分析128
5.5.2　基于二階ADRC的控制方法設計及試驗分析130
5.5.3　基于改進ADRC的控制方法設計及試驗分析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　燃料電池老化預測方法189
6.2.4　燃料電池老化預測實例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