燃料電池模擬、控製和應用 [FUEL CELLS Modeling,Control and Applications] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 北勾 等 著，劉通 譯

圖書標籤:

• 燃料電池
• 建模
• 控製
• 應用
• 新能源
• 電化學
• 能量轉換
• 可再生能源
• 電力係統
• 仿真

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111347828

版次：1

商品編碼：10855385

品牌：機工齣版

包裝：平裝

外文名稱：FUEL CELLS Modeling,Control and Applications

開本：16開

齣版時間：2011-10-01

用紙：膠版紙

頁數：190

字數：256000

正文

編輯推薦

　　 《燃料電池模擬、控製和應用》隨著替代能源的需求被確立起來，我們已經看到的燃料電池技術研究。《燃料電池模擬、控製和應用》是由直接參與研究的科學傢所著，講述瞭質子交換膜燃料電池建模和控製設計的方法和成果。
　　 討論瞭質子交換膜燃料電池新的非綫性控製設計技術。
　　 探討瞭質子交換膜燃料電池的動態建模。
　　 比較瞭綫性和非綫性控製及它們的有效性。
　　 介紹瞭在Simulink中實現燃料電池的動態建模和非綫性控製。
　　 演示瞭如何把燃料電池作為分布式發電機整閤到公用電力係統負載流量分析中。
　　 涉及瞭燃料電池在汽車、公用電力係統和混閤可再生能源係統中的應用。

內容簡介

　　 《燃料電池模擬、控製和應用》側重於質子交換膜燃料電池係統的模擬和控製技術，並詳細講述瞭在汽車和混閤發電係統方麵的應用。模擬和控製技術對於燃料電池係統的設計和性能至關重要。這本著作由直接參與研究的專傢所著，內容深入淺齣，概括瞭這個領域的研究成果，給齣瞭大量建模和控製的例子、測試結果和重要文獻。
　　 《燃料電池模擬、控製和應用》適用於燃料電池和能源領域的教師、學生、顧問、製造商、研究人員和工程師，既可以作為一本燃料電池模擬和控製設計的入門教材，又可以作為一本深入研究的參考書。

目錄

譯叢序言
譯者序言
作者序言
作者介紹
第1章 簡介
1.1 燃料電池的曆史、現狀和未來
1.1.1 什麼是燃料電池?
1.1.2 燃料電池的種類
1.2 燃料電池係統的典型組織結構
1.3 燃料電池動力學的重要性
1.4 本書的組織結構
參考文獻

第2章 燃料電池的原理
2.1 簡介
2.2 質子交換膜燃料電池的組件
2.2.1 電解質膜
2.2.2 膜電極組
2.2.3 雙極闆
2.2.4 加熱或冷卻闆
2.3 配套設備的組件
2.3.1 水管理
2.3.2 熱管理
2.3.3 燃料儲存和加工
2.3.4 功率調節
參考文獻

第3章 燃料電池的綫性和非綫性動態模型
3.1 簡介
3.2 符號命名
3.3 質子交換膜燃料電池的非綫性動態模型
3.3.1 穩態和動態電壓-電流特性的統一模型
3.3.2 模擬結果
3.3.3 質子交換膜燃料電池非綫性模型的控製應用
3.4 質子交換膜燃料電池的狀態空間動態模型
3.5 質子交換膜燃料電池的電化學電路模型
3.5.1 等效電路
3.5.2 模擬結果
3.6 質子交換膜燃料電池的綫性動態模型
3.6.1 chiu等人的模型
3.6.1.1 燃料電池的小信號模型
3.6.1.2 仿真和測量結果的比較
3.6.2 page等人的模型
3.6.3 南阿拉巴馬大學的模型
3.6.4 其他模型
3.7 燃料電池輸齣響應的參數敏感性
3.7.1 燃料電池的動態響應及敏感性分析
3.7.1.1 敏感性函數
3.7.1.2 敏感性函數圖
3.7.2.小結
參考文獻

第4章 燃料電池的綫性和非綫性控製設計
4.1 簡介
4.2 燃料電池的綫性控製設計
4.2.1 燃料電池的分布參數模型
4.2.2 燃料電池的綫性控製設計和模擬
4.2.2.1 功率控製迴路
4.2.2.2 功率和固體溫度的控製迴路
4.2.2.3 多輸入輸齣的控製方案
4.2.2.4 比例控製
4.3 燃料電池的非綫性控製設計
4.4 接口的非綫性控製設計
4.5 控製設計分析
4.6 質子交換膜燃料電池非綫性控製的模擬
參考文獻

第5章 在simulink中實現燃料電池模型和控製器
5.1 簡介
5.2 在simulink中實現燃料電池模型
5.3 在simulink中實現燃料電池控製器
5.4 模擬結果
參考文獻

第6章 燃料電池在汽車中的應用
6.1 簡介
6.2 燃料電池汽車的部件
6.2.1 燃料電池和燃料電池子係統
6.2.1.1 氣體流動管理子係統
6.2.1.2 水管理子係統
6.2.1.3 熱管理子係統
6.2.2 氫氣儲存和燃料處理器
6.2.3 電驅動子係統
6.3 混閤電力汽車和電力汽車的燃料電池係統設計
6.3.1 串聯混閤電力汽車
6.3.2 平行混閤電力汽車
6.3.3 串聯-並聯混閤電力汽車
6.3.4 燃料電池汽車
6.3.4.1 燃料電池汽車的功率管理係統
6.3.4.2 燃料電池汽車的電動機和電動機控製鍀／逆變器
6.3.4.3 燃料電池汽車中的輔助係統
6.4 用於電力汽車的混閤燃料電池係統控製
6.4.1 動力傳動控製
6.4.2 功率控製
6.4.3 燃料電池控製
6.4.4 燃料處理器或轉化器
6.5 混閤燃料電池係統的故障診斷
6.5.1 燃料電池堆
6.5.2 氫氣供應係統
6.5.3 空氣、加濕器和水管理係統
6.5.4 氫氣擴散和冷卻係統
6.5.5 安全電子係統
參考文獻

第7章 燃料電池在公用電力係統和獨立係統中的應用
7.1 簡介
7.2 公用電力係統和住宅應用
7.2.1 燃料電池分布式發電係統的模擬和控製
7.2.1.1 質子交換膜燃料電池模擬
7.2.1.2 等效電路
7.2.1.3 熱動力學的能量平衡
7.2.1.4 質子交換／屯解質膜燃料電池的控製設計
7.2.2 操作方案
7.3 獨立的應用
7.3.1 燃料電池與超級電容組的動態模擬
7.3.1.1 燃料電池模擬
7.3.1.2 超級電容組的模擬
7.3.2 燃料電池和超級電容組組閤的控製設計
7.3.3 獨立燃料電池係統的主動和被動控製
參考文獻

第8章 混閤可再生能源係統的控製和分析
8.1 簡介
8.1.1 風能
8.1.2 混閤能源
8.1.3 燃料電池能源
8.2 包括燃料電池和風能的混閤係統
8.2.1 混閤係統的仿真組件和方程
8.2.1.1 風力渦輪機子係統
8.2.1.2 直流發電機子係統
8.2.1.3 風力渦輪機和直流發電機控製器
8.2.1.4 質子交換膜燃料電池子係統
8.2.1.5 燃料電池控製器
8.2.1.6 電解槽子係統
8.2.1.7 等效負載和係統互聯
8.2.2 模擬結果
8.2.2.1 低於額定風速(風能]負載)
8.2.2.2 高於額定風速(風能]負載)
8.2.2.3 低於額定風速(風能[負載)
8.2.2.4 湍流風低於額定風速(風能[負載)
8.2.3 結論
8.3 混閤可再生發電係統在孤島上的應用
8.3.1 仿真模型
8.3.2 控製方法
8.3.3 模擬結果
8.3.4 備注和討論
8.4 一個獨立風電／光伏／燃料電池發電係統的功率管理
8.4.1 係統配置
8.4.2 功率管理方案
8.4.3 模擬結果
8.4.4 小結
8.5 混閤可再生能源係統的負載流量分析
8.5.1 配電係統的負載流量分析
8.5.2 在負載流量分析中的分布式發電機建模
8.5.2.1 分布式發電機的幾個模型
8.5.2.2 測試結果
8.5.2.3 小結
參考文獻
附錄
附錄a綫性控製
a.1 簡介
a.2 綫性係統與控製
附錄b 非綫性控製
b.1 非綫性坐標變換和微分同胚映射
b.2 局部微分同胚映射
b.3 非綫性控製係統的坐標變換
b.4 仿射非綫性控製係統
b.5 嚮量場的導齣映射
d.6 李導數和李括號
b.7 嚮量場集的對閤性
b.8 一個控製係統的相關度
b.9 精確綫性化控製
附錄c 燃料電池汽車應用的感應式電動機建模和嚮量控製
c.1 感應式電動機的電壓方程
c.2 在固定參照係中的電壓方程
c.3 在同步參考係中的電壓方程
c.4 d-q等效電路
c.5 狀態空間形式的動態感應式電動機模型
c.6 轉矩方程
c 7 轉差率計算
c.8 在d-軸轉子磁通λe dr的計算
c.9 轉矩的計算
c10 d-q解耦控製與反電動勢補償控製
附錄d 坐標變換
d.1 從abc相到gd0參考坐標係的變換
d.2 同步參考坐標係
d.3 靜止參考坐標係
d.4 同步和靜止坐標係之間的變換
附錄e 空間嚮量脈寬調製
參考文獻

精彩書摘

2.3.1水管理
如果沒有足夠好的水管理，將齣現燃料電池水産生和水去除的不平衡。確保電池的各個部分都有足夠的水是至關重要的，否則如果發生脫水，膜和電極之間的粘性及膜的壽命都將受到不利的影響。此外，在電解質膜中高的水含量能確保高的離子電導率，這會提高燃料電池整體運行的效率。因為電化學反應産生熱量，從而增加瞭水蒸發，所以需要使用加濕器來（預）加濕傳人的氣體，這在陽極側尤為重要。加濕器可以用簡單的起泡器，或者用更高級的膜加濕器和水蒸發器。
由於質子交換膜燃料電池的工作溫度不到100℃，而且可以在大氣壓力下工作，所以在陰極會有液體水産生。雖然足夠的水對於燃料電池的最佳運行非常重要，但是也必須保證不讓水淹沒電極，否則會妨礙氣體擴散到電極，降低電池的工作性能。
2.3.2熱管理
目前使用的大多數質子交換膜燃料電池用碳復閤闆來收集傳導電流、分配氣體並管理熱。可以用風扇來實現主動空氣冷卻，也可以用水泵循環電池堆冷卻闆裏的流體來實現液體冷卻。通常用電動機來驅動風扇和水泵。
2.3.3燃料儲存和加工
目前，質子交換膜燃料電池最常見的氫儲存方法是用加壓的圓筒或罐子來儲存氫氣。這些儲存裝置必須有減壓的調節閥。儲存液態氫“隻”要求適當地絕熱，但與儲存和運輸氫氣相比，其效率還是很低。
另一種使用氫作為主要燃料的方法是從碳氫化閤物或酒精化閤物中提取氫。但這樣就需要用燃料處理器或轉化器通過化學方法把碳氫化閤物或酒精轉化成富氫的氣體。此外，因為質子交換膜和轉化器的催化劑易受硫和一氧化碳（也在較小程度上受二氧化碳）的影響而失去活性，所以需要其他子係統從燃料中除掉硫，從富氫重整品中除掉一氧化碳。這些不同的組件都增加瞭整個係統的重量、體積和費用，並降低瞭效率。
2.3.4功率調節
功率調節器是一個電子係統。它可以根據應用的具體需要，把燃料電池的低電壓直流電轉換成可使用的直流電（通常為較高的電壓）或交流電。在燃料電池功率調節係統中，可以使用很多不同類型的電轉換器，如直流一直流轉換器和直流-交流逆變器。
直流負載供電通常使用升壓直流一直流轉換器（來提高電壓）。另一方麵，通常使用開關模式的直流-交流逆變器將燃料電池輸齣的直流電壓轉換成額定頻率60Hz（或其他）的交流電壓。逆變器的輸齣要用濾波器來衰減開關頻率諧波，好為標準的交流負載提供高品質的正弦交流電壓。
……

前言/序言

動力電池係統優化與管理 本書聚焦於現代電動汽車和儲能係統中日益重要的動力電池技術，深入探討瞭從電化學原理到係統級集成的全方位知識。 第一部分：動力電池基礎與電化學原理 本部分旨在為讀者構建堅實的理論基礎，理解現代高性能動力電池的工作機製。 第一章：鋰離子電池技術概覽 本章將係統梳理鋰離子電池的發展曆程，對比不同正極、負極材料（如NMC、LFP、高鎳材料、矽基負極）的性能特點、優勢與局限性。詳細闡述電池的宏觀性能指標，如能量密度、功率密度、循環壽命、安全性能之間的內在權衡關係。討論固態電池、半固態電池等下一代技術的研究前沿與商業化挑戰。 第二章：電化學反應動力學 深入剖析鋰離子電池內部的關鍵電化學過程。重點解析歐姆極化、濃度極化和活化極化的物理機製及其對電池充放電性能的影響。運用Butler-Volmer方程等模型，描述電極-電解質界麵的反應速率。討論不同工作溫度和倍率下，極化現象如何影響電池的實際可用容量和功率輸齣能力。 第三章：電池材料科學 詳細介紹影響電池性能的核心材料體係。探討正極材料的晶體結構穩定性、Li+嵌入/脫齣機製，以及如何通過錶麵包覆或摻雜技術改善其高溫性能和循環壽命。對負極材料，著重分析石墨的層間距、鋰枝晶的形成機理（特彆是在快充條件下的潛在風險），並對比新型閤金負極和碳基材料的結構特點。此外，本章還將涉及電解液的組分設計、添加劑的作用機理以及對SEI（固體電解質界麵）膜形成和演變過程的控製策略。 第二章：電池建模與參數辨識 本部分是實現電池精確管理和預測控製的核心技術。我們將構建和分析不同層次的電池模型，以滿足不同應用場景的需求。 第四章：等效電路模型（ECM）的構建與應用 係統介紹不同階數的等效電路模型，包括一階、二階及更高階RC（電阻-電容）網絡模型。詳細說明如何通過阻抗譜（EIS）實驗數據，辨識模型中的電阻、電容和擴散元件參數。討論ECM在實時狀態估計（SOC、SOH）中的計算效率和精度權衡。 第五章：基於物理的電化學模型（PEM） 深入探討Doyle-Fuller-Newman (DFN)模型及其簡化形式。闡述鋰離子在多孔電極中的擴散、遷移過程，以及如何通過偏微分方程組來描述電位分布和濃度梯度。重點分析PEM模型在預測電池性能衰減、理解局部極化方麵的優勢，以及其在仿真和研究層麵的高計算成本問題。 第六章：狀態估計的先進算法 本章專注於電池“黑箱”內部狀態的實時、準確獲取。 荷電狀態（SOC）估計： 詳細介紹基於庫侖計數法（Coulomb Counting）的誤差纍積與修正方法。重點闡述卡爾曼濾波（KF）及其擴展形式（EKF、UKF）在處理模型不確定性和量測噪聲方麵的應用。討論基於神經網絡的SOC在綫辨識方法。 健康狀態（SOH）與剩餘壽命（RUL）預測： 剖析容量衰減和功率衰減的機理。介紹基於循環曆史數據的經驗模型、基於電化學模型的退化建模，以及使用機器學習（如支持嚮量機、深度學習）進行壽命趨勢預測的技術路徑。 第三部分：電池管理係統（BMS）設計與集成 本部分是連接電池科學與工程實踐的橋梁，關注如何設計一個安全、高效的電池管理係統。 第七章：電池熱管理係統（TMS） 電池的性能和壽命與溫度密切相關。本章全麵分析瞭熱失控的觸發條件、傳播機製及預防措施。探討主動式與被動式熱管理策略。詳細對比氣冷、液冷（直接接觸式、間接接觸式）和相變材料（PCM）冷卻係統的設計原理、能效比和熱平衡能力。闡述如何通過熱模型與電模型耦閤，實現對電池溫度的精確預測和控製。 第八章：電池均衡技術 介紹係統級的電壓不一緻性是導緻電池組整體性能下降的主要原因。係統分類講解被動均衡（如耗散電阻放電）和主動均衡（如基於電容、電感或變壓器的能量轉移）的拓撲結構、控製策略及效率分析。重點比較不同均衡方式在均衡速度、係統損耗和復雜度方麵的優劣。 第九章：BMS硬件架構與軟件實現 討論現代BMS的整體架構，包括主控單元（MCU/SoC）、電芯監測單元（CMU）、通信接口（CAN/LIN）和功率電子接口。深入剖析軟件算法的實現，包括數據采集的時序、軟件看門狗設計、故障診斷與安全保護機製（如過充、過放、短路、絕緣監測等）。強調滿足ISO 26262等功能安全標準的設計流程與驗證方法。 第四部分：電池係統集成與應用 本部分將理論知識應用於實際的電動汽車和固定儲能係統（ESS）場景中，探討係統層麵的優化問題。 第十章：動力電池包的結構設計與安全規範 研究電池包的結構設計原則，包括機械強度、振動衝擊防護、熱管理集成和防火隔離。詳細介紹各國和行業（如UN38.3, UL1973, GB/T 31467）對動力電池係統的安全測試標準和要求。討論模塊化設計對維護性和可重構性的影響。 第十一章：電動汽車驅動與能量流管理 分析動力電池在不同工況（如城市工況、高速巡航、再生製動）下的能量需求特性。介紹先進的能量管理策略（EMS），包括基於規則的控製、等效電路優化和動態規劃方法，旨在最小化能量消耗並延長電池壽命。討論如何將電池的瞬時功率能力納入驅動係統的協同控製中。 第十二章：電網級儲能係統的優化部署 針對電網側應用，討論電池儲能係統的典型應用場景（如調峰、調頻、可再生能源平滑輸齣）。分析高能量密度與高循環次數需求下的電池選型考量。重點探討係統級經濟性評估，包括投資迴收期分析、全生命周期成本（LCOC）計算，以及如何通過智能調度優化電池的充放電時序以獲取最大經濟效益。 本書麵嚮對象： 電氣工程、化學工程、材料科學、機械工程等專業的本科高年級學生、研究生，以及動力電池設計、BMS開發、電動汽車集成、儲能係統運營等領域的工程師與研究人員。本書內容嚴謹，結閤最新的科研進展和工程實踐，力求提供一個全麵、深入且實用的動力電池係統知識框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的引用文獻列錶簡直是一個笑話，時間跨度集中得令人不安，似乎作者隻關注瞭過去五到七年內發錶的一些相對容易獲取的文獻，對於該領域具有裏程碑意義的經典工作和奠基性的研究成果，竟然存在明顯的缺失。這種“短視”的文獻綜述，直接導緻瞭本書理論基礎的根基不穩。例如，在討論電化學反應動力學時，那些上世紀八九十年代奠定基礎的半經驗公式和實驗數據支撐體係，在書中幾乎找不到蹤影，或者被輕描淡寫地帶過。更令人費解的是，一些關鍵的、已經被廣泛驗證的國際標準和行業報告，也未能被收錄或引用。選擇性引用或遺漏重要文獻，不僅削弱瞭論述的說服力，更讓人對作者對該領域整體脈絡的掌握程度産生瞭深深的懷疑。一本嚴謹的學術著作，其力量很大程度上來源於對前人智慧的尊重和繼承，而這本書顯然在這方麵做得非常不到位。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的論述深度感到非常失望，它似乎停留在瞭一種非常淺顯的、教科書式的介紹層麵，對於一個聲稱涵蓋“建模、控製與應用”的專業書籍來說，這遠遠不夠。在“建模”部分，作者似乎隻是簡單羅列瞭幾種已有的模型，卻缺乏對模型背後的物理機製進行深入挖掘和批判性分析，更沒有展示如何針對特定工況或新型電解質材料進行模型修正或創新性構建。控製策略的討論也隻是泛泛而談，停留在PID這類經典控製器的應用描述，對於現代電力電子係統至關重要的非綫性控製、自適應控製乃至基於模型預測控製（MPC）在燃料電池堆熱管理和功率分配中的前沿應用，幾乎沒有涉及。對於實際工程應用中的不確定性、老化效應以及係統集成帶來的復雜挑戰，全書避重就輕，仿佛所有係統都能完美運行一樣。這種“麵麵俱到卻無一精深”的寫作風格，使得這本書對於真正希望深入研究或解決復雜工程問題的專業人士來說，價值有限，更像是為入門學生準備的導讀材料，而非行業內的重要參考。

評分☆☆☆☆☆

全書的案例分析和應用實例部分，其數據來源和真實性令人捏一把汗。書中所展示的模擬結果和實驗數據，無論從數值上看還是從趨勢上看，都過於“完美”和“理想化”，完全符閤教科書式的預期，缺乏真實世界中常常齣現的噪聲、漂移和係統誤差。例如，在某個關於混閤動力係統集成的例子中，燃料電池的響應速度被描述得近乎瞬時，這與實際電化學反應的固有滯後性嚴重不符。這樣的案例分析非但不能幫助讀者理解真實係統運行的復雜性，反而可能誤導初學者對係統性能産生不切實際的期望。我更希望看到的是充滿挑戰、包含故障模式和實際測試數據對比的真實案例，而不是這種經過過度美化和淨化的“模型演示”。如果作者無法提供可復現或可驗證的工程數據支持，那麼這些“應用”的章節就淪為瞭純粹的理論說教，毫無說服力可言。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀設計簡直是災難，簡直是對讀者智商的侮辱。紙張質量粗糙得像報紙，油墨印得模模糊糊，有些圖錶甚至是黑白套印的，顔色完全混亂，完全無法分辨齣麯綫的細微差彆。更彆提那排版瞭，內頁的邊距極不協調，段落間距時而擁擠不堪，時而又空得像是被遺忘瞭一樣。每次翻閱這本書，都感覺像是在進行一場費力的視覺解謎遊戲，而不是享受知識的吸收過程。尤其是在處理那些復雜的數學公式和電路圖時，那模糊的綫條和縮小的字體讓人倍感摺磨，生怕一個不小心就看串瞭行。這根本不是一本專業的科技參考書應該有的樣子，更像是一個匆忙趕工的草稿集。我真心懷疑編輯和設計人員是否真的對這本書的內容有過哪怕一絲絲的尊重。如果內容再優秀，這種糟糕的物理呈現都會極大地削弱閱讀體驗，讓人望而卻步，完全喪失瞭作為案頭工具書的價值。

評分☆☆☆☆☆

語言風格的極度不統一和邏輯銜接的跳躍感，使得閱讀過程充滿瞭挫敗感。前半部分的內容，似乎是由一位非常注重細節和規範的工程師撰寫的，術語使用嚴謹，錶達精確。然而，進入中後段的“應用”章節後，畫風突變，語言變得鬆散、口語化，甚至偶爾齣現一些語法上的小錯誤，仿佛是不同的人在不同的時間段內拼湊完成的。更要命的是，章節之間的邏輯關聯性極差，前一個章節得齣的結論，在下一個章節中似乎完全沒有被采納或進一步深化，讀者需要花費大量的精力去自行建立這些本應由作者完成的思維橋梁。這種結構上的斷裂和風格上的分裂，極大地損害瞭知識的係統性和連貫性。它給人一種強烈的印象：這本書不是一個統一的、有機的整體，而是一堆在短時間內堆砌起來的、缺乏整體規劃的獨立模塊的鬆散集閤。

評分☆☆☆☆☆

還不錯的一本書，還在看

評分☆☆☆☆☆

還沒來得及看呢，嗬嗬！

評分☆☆☆☆☆

看看還可以，可以作為入門。

評分☆☆☆☆☆

太專業瞭，和想象的不一樣

評分☆☆☆☆☆

好産品

評分☆☆☆☆☆

非常滿意非常滿意非常滿意

評分☆☆☆☆☆

太專業瞭，和想象的不一樣

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容太空，以各種圖片湊字數，介紹的也不詳細，不推薦

評分☆☆☆☆☆

內容挺不錯 但是 篇幅短 而且圖錶占大部分