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第1章燃料电池技术概述1

1.1燃料电池技术的发展背景1

1.1.1我国的能源消费与碳排放现状1

1.1.2以氢能为载体的未来低碳能源体系7

1.2氢能与燃料电池技术简介15

1.2.1质子交换膜燃料电池堆17

1.2.2质子交换膜燃料电池系统20

1.3燃料电池技术在交通领域中的应用25

1.3.1氢燃料电池动力系统的设计27

1.3.2氢燃料电池动力系统的运行需求30

1.4本书的编写框架34

本章小结35

本章参考文献36

第2章燃料电池动力系统的运行控制分析38

2.1燃料电池堆的基本特性38

2.1.1燃料电池堆的工作过程38

2.1.2燃料电池堆的基本特性40

2.2燃料电池堆稳态电压模型42

2.2.1燃料电池开路电压43

2.2.2活化损失44

2.2.3欧姆损失46

2.2.4浓度损失47

2.2.5电堆稳态电压模型49

2.3燃料电池堆动态电压模型50

2.3.1燃料电池的动态电效应50

2.3.2燃料电池的等效电路模型52

2.4燃料电池动力系统的运行控制及管理58

2.4.1电堆操作条件探索方法59

2.4.2燃料电池动力系统开环运行管理方法63

2.4.3燃料电池系统闭环运行管理方法65

本章小结73

本章参考文献73

第3章燃料电池动力系统的空气管理75

3.1燃料电池堆的空气管理概述75

3.1.1空气管理子系统的设计需求75

3.1.2空气管理子系统的典型回路及部件76

3.1.3空气管理子系统的调控技术84

3.2燃料电池空气管理子系统部件建模86

3.2.1空压机模型87

3.2.2供给管道模型93

3.2.3中冷器模型94

3.2.4加湿器模型94

3.2.5回流管道和节气门模型96

3.3面向系统效率优化的工作点规划97

3.3.1空压机的功耗模型97

3.3.2燃料电池堆的发电模型99

3.3.3面向效率优化的工作点匹配103

3.4空气管理子系统的耦合特性分析109

3.4.1开环响应特性测试110

3.4.2激励信号的选取与设计111

3.4.3传递函数的辨识113

3.4.4系统辨识结果及耦合特性分析114

3.5空气管理子系统调控策略设计117

3.5.1前馈补偿解耦控制策略118

3.5.2空气管理策略仿真分析119

本章小结126

本章参考文献127

第4章燃料电池动力系统的氢气管理132

4.1燃料电池堆的氢气管理概述132

4.1.1氢气管理子系统的设计需求132

4.1.2氢气管理子系统的典型回路及部件134

4.1.3氢气管理子系统的调控技术140

4.2燃料电池氢气管理子系统部件建模145

4.2.1比例阀模型145

4.2.2氢泵模型148

4.2.3排气阀模型155

4.2.4电堆氢耗模型157

4.3燃料电池动力系统的氢气管理策略158

4.3.1入堆压力控制策略159

4.3.2氢泵调控策略166

本章小结174

本章参考文献175

第5章燃料电池动力系统的热管理178

5.1燃料电池堆的热管理概述178

5.1.1热管理子系统的设计需求178

5.1.2热管理子系统的典型回路及部件180

5.1.3热管理子系统的调控技术188

5.2燃料电池热管理子系统部件及回路建模193

5.2.1产热模型194

5.2.2散热器模型196

5.2.3冷却液管路模型199

5.2.4电加热器模型200

5.2.5水泵与电子节温器模型200

5.2.6系统散热回路总体模型验证202

5.3燃料电池动力系统的热管理策略204

5.3.1模型预测控制算法基本原理206

5.3.2启动循环转换阶段的热管理策略208

5.3.3散热阶段的热管理策略220

本章小结228

本章参考文献229

第6章燃料电池动力系统的水管理234

6.1燃料电池堆的水管理概述234

6.1.1水管理系统的设计需求234

6.1.2水管理技术的研究现状238

6.1.3燃料电池水管理的总体思路243

6.2燃料电池在线交流阻抗测量技术244

6.2.1在线交流阻抗测量总体方案244

6.2.2信号调理模块的设计248

6.2.3交流阻抗计算模块的设计254

6.2.4在线交流阻抗测量技术验证262

6.3基于交流阻抗的燃料电池水状态辨识技术264

6.3.1基于交流阻抗的燃料电池测试方案265

6.3.2交流阻抗谱与运行状态的相关性分析268

6.3.3基于单频点阻抗相位角的电堆含水量辨识275

6.4燃料电池闭环水管理策略设计及应用验证280

6.4.1燃料电池闭环水管理策略281

6.4.2燃料电池含水量调控策略验证288

本章小结301

本章参考文献301

第7章燃料电池动力系统的功率管理306

7.1燃料电池动力系统的功率管理概述306

7.1.1功率管理子系统的设计需求306

7.1.2功率管理子系统的典型回路及部件313

7.1.3功率管理技术的研究现状315

7.2燃料电池动力系统的功率管理思路318

7.2.1氢电混合动力系统的负载特性分析318

7.2.2氢电混合动力系统的综合运行评价321

7.2.3功率管理的总体思路325

7.3燃料电池动力系统的功率协调控制326

7.3.1基于荷电状态的功率协调控制策略研究326

7.3.2基于实时小波分频的功率协调控制策略研究328

7.3.3基于粒子群算法的功率协调控制策略研究335

7.3.4功率协调控制策略对比分析342

7.4氢电混合动力系统的容量配置优化352

7.4.1基于粒子群算法的容量配置优化方法352

7.4.2不同配置容量的对比分析358

本章小结365

本章参考文献366