燃料电池模拟、控制和应用 [FUEL CELLS Modeling,Control and Applications] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 北勾 等 著，刘通 译

图书标签:

• 燃料电池
• 建模
• 控制
• 应用
• 新能源
• 电化学
• 能量转换
• 可再生能源
• 电力系统
• 仿真

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111347828

版次：1

商品编码：10855385

品牌：机工出版

包装：平装

外文名称：FUEL CELLS Modeling,Control and Applications

开本：16开

出版时间：2011-10-01

用纸：胶版纸

页数：190

字数：256000

正文

编辑推荐

　　 《燃料电池模拟、控制和应用》随着替代能源的需求被确立起来，我们已经看到的燃料电池技术研究。《燃料电池模拟、控制和应用》是由直接参与研究的科学家所著，讲述了质子交换膜燃料电池建模和控制设计的方法和成果。
　　 讨论了质子交换膜燃料电池新的非线性控制设计技术。
　　 探讨了质子交换膜燃料电池的动态建模。
　　 比较了线性和非线性控制及它们的有效性。
　　 介绍了在Simulink中实现燃料电池的动态建模和非线性控制。
　　 演示了如何把燃料电池作为分布式发电机整合到公用电力系统负载流量分析中。
　　 涉及了燃料电池在汽车、公用电力系统和混合可再生能源系统中的应用。

内容简介

　　 《燃料电池模拟、控制和应用》侧重于质子交换膜燃料电池系统的模拟和控制技术，并详细讲述了在汽车和混合发电系统方面的应用。模拟和控制技术对于燃料电池系统的设计和性能至关重要。这本著作由直接参与研究的专家所著，内容深入浅出，概括了这个领域的研究成果，给出了大量建模和控制的例子、测试结果和重要文献。
　　 《燃料电池模拟、控制和应用》适用于燃料电池和能源领域的教师、学生、顾问、制造商、研究人员和工程师，既可以作为一本燃料电池模拟和控制设计的入门教材，又可以作为一本深入研究的参考书。

目录

译丛序言
译者序言
作者序言
作者介绍
第1章 简介
1.1 燃料电池的历史、现状和未来
1.1.1 什么是燃料电池?
1.1.2 燃料电池的种类
1.2 燃料电池系统的典型组织结构
1.3 燃料电池动力学的重要性
1.4 本书的组织结构
参考文献

第2章 燃料电池的原理
2.1 简介
2.2 质子交换膜燃料电池的组件
2.2.1 电解质膜
2.2.2 膜电极组
2.2.3 双极板
2.2.4 加热或冷却板
2.3 配套设备的组件
2.3.1 水管理
2.3.2 热管理
2.3.3 燃料储存和加工
2.3.4 功率调节
参考文献

第3章 燃料电池的线性和非线性动态模型
3.1 简介
3.2 符号命名
3.3 质子交换膜燃料电池的非线性动态模型
3.3.1 稳态和动态电压-电流特性的统一模型
3.3.2 模拟结果
3.3.3 质子交换膜燃料电池非线性模型的控制应用
3.4 质子交换膜燃料电池的状态空间动态模型
3.5 质子交换膜燃料电池的电化学电路模型
3.5.1 等效电路
3.5.2 模拟结果
3.6 质子交换膜燃料电池的线性动态模型
3.6.1 chiu等人的模型
3.6.1.1 燃料电池的小信号模型
3.6.1.2 仿真和测量结果的比较
3.6.2 page等人的模型
3.6.3 南阿拉巴马大学的模型
3.6.4 其他模型
3.7 燃料电池输出响应的参数敏感性
3.7.1 燃料电池的动态响应及敏感性分析
3.7.1.1 敏感性函数
3.7.1.2 敏感性函数图
3.7.2.小结
参考文献

第4章 燃料电池的线性和非线性控制设计
4.1 简介
4.2 燃料电池的线性控制设计
4.2.1 燃料电池的分布参数模型
4.2.2 燃料电池的线性控制设计和模拟
4.2.2.1 功率控制回路
4.2.2.2 功率和固体温度的控制回路
4.2.2.3 多输入输出的控制方案
4.2.2.4 比例控制
4.3 燃料电池的非线性控制设计
4.4 接口的非线性控制设计
4.5 控制设计分析
4.6 质子交换膜燃料电池非线性控制的模拟
参考文献

第5章 在simulink中实现燃料电池模型和控制器
5.1 简介
5.2 在simulink中实现燃料电池模型
5.3 在simulink中实现燃料电池控制器
5.4 模拟结果
参考文献

第6章 燃料电池在汽车中的应用
6.1 简介
6.2 燃料电池汽车的部件
6.2.1 燃料电池和燃料电池子系统
6.2.1.1 气体流动管理子系统
6.2.1.2 水管理子系统
6.2.1.3 热管理子系统
6.2.2 氢气储存和燃料处理器
6.2.3 电驱动子系统
6.3 混合电力汽车和电力汽车的燃料电池系统设计
6.3.1 串联混合电力汽车
6.3.2 平行混合电力汽车
6.3.3 串联-并联混合电力汽车
6.3.4 燃料电池汽车
6.3.4.1 燃料电池汽车的功率管理系统
6.3.4.2 燃料电池汽车的电动机和电动机控制锝／逆变器
6.3.4.3 燃料电池汽车中的辅助系统
6.4 用于电力汽车的混合燃料电池系统控制
6.4.1 动力传动控制
6.4.2 功率控制
6.4.3 燃料电池控制
6.4.4 燃料处理器或转化器
6.5 混合燃料电池系统的故障诊断
6.5.1 燃料电池堆
6.5.2 氢气供应系统
6.5.3 空气、加湿器和水管理系统
6.5.4 氢气扩散和冷却系统
6.5.5 安全电子系统
参考文献

第7章 燃料电池在公用电力系统和独立系统中的应用
7.1 简介
7.2 公用电力系统和住宅应用
7.2.1 燃料电池分布式发电系统的模拟和控制
7.2.1.1 质子交换膜燃料电池模拟
7.2.1.2 等效电路
7.2.1.3 热动力学的能量平衡
7.2.1.4 质子交换／屯解质膜燃料电池的控制设计
7.2.2 操作方案
7.3 独立的应用
7.3.1 燃料电池与超级电容组的动态模拟
7.3.1.1 燃料电池模拟
7.3.1.2 超级电容组的模拟
7.3.2 燃料电池和超级电容组组合的控制设计
7.3.3 独立燃料电池系统的主动和被动控制
参考文献

第8章 混合可再生能源系统的控制和分析
8.1 简介
8.1.1 风能
8.1.2 混合能源
8.1.3 燃料电池能源
8.2 包括燃料电池和风能的混合系统
8.2.1 混合系统的仿真组件和方程
8.2.1.1 风力涡轮机子系统
8.2.1.2 直流发电机子系统
8.2.1.3 风力涡轮机和直流发电机控制器
8.2.1.4 质子交换膜燃料电池子系统
8.2.1.5 燃料电池控制器
8.2.1.6 电解槽子系统
8.2.1.7 等效负载和系统互联
8.2.2 模拟结果
8.2.2.1 低于额定风速(风能]负载)
8.2.2.2 高于额定风速(风能]负载)
8.2.2.3 低于额定风速(风能[负载)
8.2.2.4 湍流风低于额定风速(风能[负载)
8.2.3 结论
8.3 混合可再生发电系统在孤岛上的应用
8.3.1 仿真模型
8.3.2 控制方法
8.3.3 模拟结果
8.3.4 备注和讨论
8.4 一个独立风电／光伏／燃料电池发电系统的功率管理
8.4.1 系统配置
8.4.2 功率管理方案
8.4.3 模拟结果
8.4.4 小结
8.5 混合可再生能源系统的负载流量分析
8.5.1 配电系统的负载流量分析
8.5.2 在负载流量分析中的分布式发电机建模
8.5.2.1 分布式发电机的几个模型
8.5.2.2 测试结果
8.5.2.3 小结
参考文献
附录
附录a线性控制
a.1 简介
a.2 线性系统与控制
附录b 非线性控制
b.1 非线性坐标变换和微分同胚映射
b.2 局部微分同胚映射
b.3 非线性控制系统的坐标变换
b.4 仿射非线性控制系统
b.5 向量场的导出映射
d.6 李导数和李括号
b.7 向量场集的对合性
b.8 一个控制系统的相关度
b.9 精确线性化控制
附录c 燃料电池汽车应用的感应式电动机建模和向量控制
c.1 感应式电动机的电压方程
c.2 在固定参照系中的电压方程
c.3 在同步参考系中的电压方程
c.4 d-q等效电路
c.5 状态空间形式的动态感应式电动机模型
c.6 转矩方程
c 7 转差率计算
c.8 在d-轴转子磁通λe dr的计算
c.9 转矩的计算
c10 d-q解耦控制与反电动势补偿控制
附录d 坐标变换
d.1 从abc相到gd0参考坐标系的变换
d.2 同步参考坐标系
d.3 静止参考坐标系
d.4 同步和静止坐标系之间的变换
附录e 空间向量脉宽调制
参考文献

精彩书摘

2.3.1水管理
如果没有足够好的水管理，将出现燃料电池水产生和水去除的不平衡。确保电池的各个部分都有足够的水是至关重要的，否则如果发生脱水，膜和电极之间的粘性及膜的寿命都将受到不利的影响。此外，在电解质膜中高的水含量能确保高的离子电导率，这会提高燃料电池整体运行的效率。因为电化学反应产生热量，从而增加了水蒸发，所以需要使用加湿器来（预）加湿传人的气体，这在阳极侧尤为重要。加湿器可以用简单的起泡器，或者用更高级的膜加湿器和水蒸发器。
由于质子交换膜燃料电池的工作温度不到100℃，而且可以在大气压力下工作，所以在阴极会有液体水产生。虽然足够的水对于燃料电池的最佳运行非常重要，但是也必须保证不让水淹没电极，否则会妨碍气体扩散到电极，降低电池的工作性能。
2.3.2热管理
目前使用的大多数质子交换膜燃料电池用碳复合板来收集传导电流、分配气体并管理热。可以用风扇来实现主动空气冷却，也可以用水泵循环电池堆冷却板里的流体来实现液体冷却。通常用电动机来驱动风扇和水泵。
2.3.3燃料储存和加工
目前，质子交换膜燃料电池最常见的氢储存方法是用加压的圆筒或罐子来储存氢气。这些储存装置必须有减压的调节阀。储存液态氢“只”要求适当地绝热，但与储存和运输氢气相比，其效率还是很低。
另一种使用氢作为主要燃料的方法是从碳氢化合物或酒精化合物中提取氢。但这样就需要用燃料处理器或转化器通过化学方法把碳氢化合物或酒精转化成富氢的气体。此外，因为质子交换膜和转化器的催化剂易受硫和一氧化碳（也在较小程度上受二氧化碳）的影响而失去活性，所以需要其他子系统从燃料中除掉硫，从富氢重整品中除掉一氧化碳。这些不同的组件都增加了整个系统的重量、体积和费用，并降低了效率。
2.3.4功率调节
功率调节器是一个电子系统。它可以根据应用的具体需要，把燃料电池的低电压直流电转换成可使用的直流电（通常为较高的电压）或交流电。在燃料电池功率调节系统中，可以使用很多不同类型的电转换器，如直流一直流转换器和直流-交流逆变器。
直流负载供电通常使用升压直流一直流转换器（来提高电压）。另一方面，通常使用开关模式的直流-交流逆变器将燃料电池输出的直流电压转换成额定频率60Hz（或其他）的交流电压。逆变器的输出要用滤波器来衰减开关频率谐波，好为标准的交流负载提供高品质的正弦交流电压。
……

前言/序言

动力电池系统优化与管理 本书聚焦于现代电动汽车和储能系统中日益重要的动力电池技术，深入探讨了从电化学原理到系统级集成的全方位知识。 第一部分：动力电池基础与电化学原理 本部分旨在为读者构建坚实的理论基础，理解现代高性能动力电池的工作机制。 第一章：锂离子电池技术概览 本章将系统梳理锂离子电池的发展历程，对比不同正极、负极材料（如NMC、LFP、高镍材料、硅基负极）的性能特点、优势与局限性。详细阐述电池的宏观性能指标，如能量密度、功率密度、循环寿命、安全性能之间的内在权衡关系。讨论固态电池、半固态电池等下一代技术的研究前沿与商业化挑战。 第二章：电化学反应动力学 深入剖析锂离子电池内部的关键电化学过程。重点解析欧姆极化、浓度极化和活化极化的物理机制及其对电池充放电性能的影响。运用Butler-Volmer方程等模型，描述电极-电解质界面的反应速率。讨论不同工作温度和倍率下，极化现象如何影响电池的实际可用容量和功率输出能力。 第三章：电池材料科学 详细介绍影响电池性能的核心材料体系。探讨正极材料的晶体结构稳定性、Li+嵌入/脱出机制，以及如何通过表面包覆或掺杂技术改善其高温性能和循环寿命。对负极材料，着重分析石墨的层间距、锂枝晶的形成机理（特别是在快充条件下的潜在风险），并对比新型合金负极和碳基材料的结构特点。此外，本章还将涉及电解液的组分设计、添加剂的作用机理以及对SEI（固体电解质界面）膜形成和演变过程的控制策略。 第二章：电池建模与参数辨识 本部分是实现电池精确管理和预测控制的核心技术。我们将构建和分析不同层次的电池模型，以满足不同应用场景的需求。 第四章：等效电路模型（ECM）的构建与应用 系统介绍不同阶数的等效电路模型，包括一阶、二阶及更高阶RC（电阻-电容）网络模型。详细说明如何通过阻抗谱（EIS）实验数据，辨识模型中的电阻、电容和扩散元件参数。讨论ECM在实时状态估计（SOC、SOH）中的计算效率和精度权衡。 第五章：基于物理的电化学模型（PEM） 深入探讨Doyle-Fuller-Newman (DFN)模型及其简化形式。阐述锂离子在多孔电极中的扩散、迁移过程，以及如何通过偏微分方程组来描述电位分布和浓度梯度。重点分析PEM模型在预测电池性能衰减、理解局部极化方面的优势，以及其在仿真和研究层面的高计算成本问题。 第六章：状态估计的先进算法 本章专注于电池“黑箱”内部状态的实时、准确获取。 荷电状态（SOC）估计： 详细介绍基于库仑计数法（Coulomb Counting）的误差累积与修正方法。重点阐述卡尔曼滤波（KF）及其扩展形式（EKF、UKF）在处理模型不确定性和量测噪声方面的应用。讨论基于神经网络的SOC在线辨识方法。 健康状态（SOH）与剩余寿命（RUL）预测： 剖析容量衰减和功率衰减的机理。介绍基于循环历史数据的经验模型、基于电化学模型的退化建模，以及使用机器学习（如支持向量机、深度学习）进行寿命趋势预测的技术路径。 第三部分：电池管理系统（BMS）设计与集成 本部分是连接电池科学与工程实践的桥梁，关注如何设计一个安全、高效的电池管理系统。 第七章：电池热管理系统（TMS） 电池的性能和寿命与温度密切相关。本章全面分析了热失控的触发条件、传播机制及预防措施。探讨主动式与被动式热管理策略。详细对比气冷、液冷（直接接触式、间接接触式）和相变材料（PCM）冷却系统的设计原理、能效比和热平衡能力。阐述如何通过热模型与电模型耦合，实现对电池温度的精确预测和控制。 第八章：电池均衡技术 介绍系统级的电压不一致性是导致电池组整体性能下降的主要原因。系统分类讲解被动均衡（如耗散电阻放电）和主动均衡（如基于电容、电感或变压器的能量转移）的拓扑结构、控制策略及效率分析。重点比较不同均衡方式在均衡速度、系统损耗和复杂度方面的优劣。 第九章：BMS硬件架构与软件实现 讨论现代BMS的整体架构，包括主控单元（MCU/SoC）、电芯监测单元（CMU）、通信接口（CAN/LIN）和功率电子接口。深入剖析软件算法的实现，包括数据采集的时序、软件看门狗设计、故障诊断与安全保护机制（如过充、过放、短路、绝缘监测等）。强调满足ISO 26262等功能安全标准的设计流程与验证方法。 第四部分：电池系统集成与应用 本部分将理论知识应用于实际的电动汽车和固定储能系统（ESS）场景中，探讨系统层面的优化问题。 第十章：动力电池包的结构设计与安全规范 研究电池包的结构设计原则，包括机械强度、振动冲击防护、热管理集成和防火隔离。详细介绍各国和行业（如UN38.3, UL1973, GB/T 31467）对动力电池系统的安全测试标准和要求。讨论模块化设计对维护性和可重构性的影响。 第十一章：电动汽车驱动与能量流管理 分析动力电池在不同工况（如城市工况、高速巡航、再生制动）下的能量需求特性。介绍先进的能量管理策略（EMS），包括基于规则的控制、等效电路优化和动态规划方法，旨在最小化能量消耗并延长电池寿命。讨论如何将电池的瞬时功率能力纳入驱动系统的协同控制中。 第十二章：电网级储能系统的优化部署 针对电网侧应用，讨论电池储能系统的典型应用场景（如调峰、调频、可再生能源平滑输出）。分析高能量密度与高循环次数需求下的电池选型考量。重点探讨系统级经济性评估，包括投资回收期分析、全生命周期成本（LCOC）计算，以及如何通过智能调度优化电池的充放电时序以获取最大经济效益。 本书面向对象： 电气工程、化学工程、材料科学、机械工程等专业的本科高年级学生、研究生，以及动力电池设计、BMS开发、电动汽车集成、储能系统运营等领域的工程师与研究人员。本书内容严谨，结合最新的科研进展和工程实践，力求提供一个全面、深入且实用的动力电池系统知识框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧设计简直是灾难，简直是对读者智商的侮辱。纸张质量粗糙得像报纸，油墨印得模模糊糊，有些图表甚至是黑白套印的，颜色完全混乱，完全无法分辨出曲线的细微差别。更别提那排版了，内页的边距极不协调，段落间距时而拥挤不堪，时而又空得像是被遗忘了一样。每次翻阅这本书，都感觉像是在进行一场费力的视觉解谜游戏，而不是享受知识的吸收过程。尤其是在处理那些复杂的数学公式和电路图时，那模糊的线条和缩小的字体让人倍感折磨，生怕一个不小心就看串了行。这根本不是一本专业的科技参考书应该有的样子，更像是一个匆忙赶工的草稿集。我真心怀疑编辑和设计人员是否真的对这本书的内容有过哪怕一丝丝的尊重。如果内容再优秀，这种糟糕的物理呈现都会极大地削弱阅读体验，让人望而却步，完全丧失了作为案头工具书的价值。

评分☆☆☆☆☆

语言风格的极度不统一和逻辑衔接的跳跃感，使得阅读过程充满了挫败感。前半部分的内容，似乎是由一位非常注重细节和规范的工程师撰写的，术语使用严谨，表达精确。然而，进入中后段的“应用”章节后，画风突变，语言变得松散、口语化，甚至偶尔出现一些语法上的小错误，仿佛是不同的人在不同的时间段内拼凑完成的。更要命的是，章节之间的逻辑关联性极差，前一个章节得出的结论，在下一个章节中似乎完全没有被采纳或进一步深化，读者需要花费大量的精力去自行建立这些本应由作者完成的思维桥梁。这种结构上的断裂和风格上的分裂，极大地损害了知识的系统性和连贯性。它给人一种强烈的印象：这本书不是一个统一的、有机的整体，而是一堆在短时间内堆砌起来的、缺乏整体规划的独立模块的松散集合。

评分☆☆☆☆☆

全书的案例分析和应用实例部分，其数据来源和真实性令人捏一把汗。书中所展示的模拟结果和实验数据，无论从数值上看还是从趋势上看，都过于“完美”和“理想化”，完全符合教科书式的预期，缺乏真实世界中常常出现的噪声、漂移和系统误差。例如，在某个关于混合动力系统集成的例子中，燃料电池的响应速度被描述得近乎瞬时，这与实际电化学反应的固有滞后性严重不符。这样的案例分析非但不能帮助读者理解真实系统运行的复杂性，反而可能误导初学者对系统性能产生不切实际的期望。我更希望看到的是充满挑战、包含故障模式和实际测试数据对比的真实案例，而不是这种经过过度美化和净化的“模型演示”。如果作者无法提供可复现或可验证的工程数据支持，那么这些“应用”的章节就沦为了纯粹的理论说教，毫无说服力可言。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的论述深度感到非常失望，它似乎停留在了一种非常浅显的、教科书式的介绍层面，对于一个声称涵盖“建模、控制与应用”的专业书籍来说，这远远不够。在“建模”部分，作者似乎只是简单罗列了几种已有的模型，却缺乏对模型背后的物理机制进行深入挖掘和批判性分析，更没有展示如何针对特定工况或新型电解质材料进行模型修正或创新性构建。控制策略的讨论也只是泛泛而谈，停留在PID这类经典控制器的应用描述，对于现代电力电子系统至关重要的非线性控制、自适应控制乃至基于模型预测控制（MPC）在燃料电池堆热管理和功率分配中的前沿应用，几乎没有涉及。对于实际工程应用中的不确定性、老化效应以及系统集成带来的复杂挑战，全书避重就轻，仿佛所有系统都能完美运行一样。这种“面面俱到却无一精深”的写作风格，使得这本书对于真正希望深入研究或解决复杂工程问题的专业人士来说，价值有限，更像是为入门学生准备的导读材料，而非行业内的重要参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的引用文献列表简直是一个笑话，时间跨度集中得令人不安，似乎作者只关注了过去五到七年内发表的一些相对容易获取的文献，对于该领域具有里程碑意义的经典工作和奠基性的研究成果，竟然存在明显的缺失。这种“短视”的文献综述，直接导致了本书理论基础的根基不稳。例如，在讨论电化学反应动力学时，那些上世纪八九十年代奠定基础的半经验公式和实验数据支撑体系，在书中几乎找不到踪影，或者被轻描淡写地带过。更令人费解的是，一些关键的、已经被广泛验证的国际标准和行业报告，也未能被收录或引用。选择性引用或遗漏重要文献，不仅削弱了论述的说服力，更让人对作者对该领域整体脉络的掌握程度产生了深深的怀疑。一本严谨的学术著作，其力量很大程度上来源于对前人智慧的尊重和继承，而这本书显然在这方面做得非常不到位。

评分☆☆☆☆☆

打富士康核武库好哦对方是否受到

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太旧了……………………

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太专业了，和想象的不一样

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