质子交换膜燃料电池系统及其控制

丛书序 本书序 前言 第1章 燃料电池系统原理及控制001 1.1 背景002 1.2 燃料电池003 1.2.1 燃料电池类型003 1.2.2 燃料电池结构及基本工作原理004 1.3 燃料电池系统006 1.4 燃料电池系统控制008 1.4.1 空气供给子系统控制009 1.4.2 氢气供给子系统控制010 1.4.3 热管理子系统控制011 1.4.4 低温冷启动控制012 1.5 本章小结013 第2章 质子交换膜燃料电池特性014 2.1 燃料电池特性的常用电化学表征方法015 2.2 燃料电池稳态特性017 2.2.1 试验对象017 2.2.2 稳态试验结果019 2.3 燃料电池动态特性022 2.4 燃料电池阻抗特性027 2.4.1 电化学阻抗定义027 2.4.2 电化学阻抗谱解析030 2.4.3 基于电化学阻抗谱的动力学分析033 2.4.4 动力学损失敏感性分析043 2.5 燃料电池冷启动过程特性045 2.5.1 试验环境和流程046 2.5.2 单体电池恒温冷启动过程特性048 2.5.3 电堆升温冷启动过程特性052 2.6 燃料电池单体面内异质性特性056 2.6.1 面内异质性特征057 2.6.2 面内异质性试验058 2.6.3 面内异质性分析059 2.7 燃料电池堆单体间不一致特性066 2.7.1 燃料电池堆单体不一致性试验066 2.7.2 燃料电池堆单体不一致性表现规律068 2.7.3 燃料电池堆单体不一致性分析069 2.8 本章小结073 第3章 燃料电池系统集成设计074 3.1 燃料电池系统架构及集成075 3.1.1 空气供给子系统架构及集成075 3.1.2 氢气供给子系统架构及集成077 3.1.3 热管理子系统架构及集成079 3.2 燃料电池系统的电气架构及集成081 3.2.1 高压电气架构及集成081 3.2.2 低压电气架构及集成081 3.3 燃料电池系统匹配设计084 3.3.1 空气供给子系统匹配设计084 3.3.2 氢气供给子系统匹配设计089 3.3.3 热管理子系统匹配设计094 3.3.4 DC/DC变换器选型与匹配098 3.4 本章小结100 第4章 燃料电池进气控制101 4.1 燃料电池系统建模102 4.1.1 燃料电池堆建模103 4.1.2 辅助部件建模110 4.2 燃料电池系统模型参数辨识115 4.2.1 模型参数辨识方法115 4.2.2 燃料电池系统模型参数辨识结果119 4.3 空气流量-压力控制算法125 4.3.1 空气流量-压力解耦控制125 4.3.2 基于标定的前馈PID串级控制138 4.4 氢气压力控制算法146 4.4.1 基于模糊PI的氢气压力控制146 4.4.2 氢气压力控制结果149 4.5 本章小结154 第5章 燃料电池温度控制155 5.1 热管理子系统建模156 5.1.1 电堆产热模型157 5.1.2 冷却系统模型158 5.2 模型参数辨识及验证161 5.3 基于自适应模型预测控制的热管理165 5.3.1 多工况点热管理子系统模型线性化165 5.3.2 预测控制原理168 5.4 燃料电池温度控制结果171 5.4.1 温度控制的适应性分析171 5.4.2 WLTC工况下的温度控制结果对比174 5.5 本章小结176 第6章 燃料电池冷启动优化控制177 6.1 低温冷启动过程机理模型178 6.1.1 模型控制方程179 6.1.2 模型中的关键参数测量与辨识184 6.2 冷启动机理模型验证和误差分析190 6.2.1 冷启动失败工况下的结果对比分析191 6.2.2 冷启动成功工况下的结果对比分析194 6.2.3 低温冷启动模型仿真误差来源总结196 6.3 低温冷启动策略优化197 6.3.1 基于粒子群优化算法的策略优化方法197 6.3.2 膜含水量已定的快速冷启动策略优化199 6.3.3 膜含水量未定的快速冷启动策略优化203 6.3.4 -30℃下快速冷启动策略优化205 6.3.5 冷启动策略优化前后对比分析208 6.4 本章小结209 第7章 燃料电池状态识别及老化预测210 7.1 燃料电池内部状态估计211 7.1.1 系统状态方程及参数辨识211 7.1.2 氧气过量系数计算原理216 7.1.3 内部状态观测器设计217 7.1.4 状态观测器结果及优化224 7.2 燃料电池内部故障识别231 7.2.1 燃料电池故障数据集建立231 7.2.2 基于混合深度学习的燃料电池内部故障识别236 7.2.3 燃料电池内部故障识别结果245 7.3 燃料电池老化预测249 7.3.1 燃料电池健康状态指标249 7.3.2 基于模态分解和深度学习的短时衰减预测251 7.3.3 燃料电池短时衰减预测结果255 7.4 本章小结261 第8章 燃料电池控制系统设计262 8.1 控制系统的一般软件架构263 8.2 输入输出模块265 8.3 模式管理模块265 8.3.1 系统上电状态控制266 8.3.2 系统预备状态控制266 8.3.3 系统启动状态控制266 8.3.4 系统运行状态控制270 8.3.5 系统关机状态控制270 8.4 子系统控制模块272 8.5 状态识别及故障诊断模块274 8.6 本章小结275 第9章 燃料电池系统控制的发展趋势276 9.1 先进智能传感技术提升管控的信息维度及空间尺度277 9.2 数据驱动的智能技术提升管控的性能及时间尺度279 9.3 本章小结281 参考文献282