燃料電池模擬、控制和應用

內容概要

這本《燃料電池模擬控制和應用》由美國的Bei Gou、Woon Ki Na、
Bill
Diong著，劉通譯。全書側重于質子交換膜燃料電池系統(tǒng)的模擬和控制技術，并詳細講述了在汽車和混合發(fā)電系統(tǒng)方面的應用。模擬和控制技術對于燃料電池系統(tǒng)的設計和性能至關重要。這本權威著作由直接參與研究的專家所著，內容深入淺出，概括了這個領域的最新研究成果，給出了大量建模和控制的例子、測試結果和重要文獻。
《燃料電池模擬控制和應用》適用于燃料電池和能源領域的教師、學生、顧問、制造商、研究人員和工程師，既可以作為一本燃料電池模擬和控制設計的入門教材，又可以作為一本深入研究的參考書。

作者簡介

Bei
Gou博士在德克薩斯農機大學獲電機工程博士學位，從2002年至2003年在新英格蘭Independent System
Operator公司任高級分析師，從2002年至2003年在加利福尼亞州Santa Clara市ABB System
Control公司任電力應用工程師，2003年他加入德州大學阿靈頓分校電機工程系。他目前的研究領域包括電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測、燃料電池的非線性控制和接口設計、停電和級聯(lián)故障、相量測量和狀態(tài)估計、電力市場定價理論和電力系統(tǒng)的可靠性。Gou博士已發(fā)表超過70篇期刊和會議論文。他是Safe
Power
Network，LLC創(chuàng)業(yè)公司的創(chuàng)辦人，也是IEEE電力工程學會、IEEE電力電子學會、IEEE電路與系統(tǒng)協(xié)會、工業(yè)與應用數(shù)學學會、國際大電網會議美國全國委員會的會員。

書籍目錄

譯叢序言
譯者序言
作者序言
作者介紹
第1章  簡介
  1.1 燃料電池的歷史、現(xiàn)狀和未來
  1.2 燃料電池系統(tǒng)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
  2.3 配套設備的組件
  參考文獻
第3章  燃料電池的線性和非線性動態(tài)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線性動態(tài)模型
  3.4 質子交換膜燃料電池的狀態(tài)空問動態(tài)模型
  3.5 質子交換膜燃料電池的電化學電路模型
  3.6 質子交換膜燃料電池的線性動態(tài)模型
  3.7 燃料電池輸出響應的參數(shù)敏感性
  參考文獻
第4章  燃料電池的線性和非線性控制設計
  4.1 簡介
  4.2 燃料電池的線性控制設計
  4.3 燃料電池的非線性控制設計
  4.4 接口的非線性控制設計
  4.5 控制設計分析
  4.6 質子交換膜燃料電池非線性控制的模擬
  參考文獻
第5章  在Simulink中實現(xiàn)燃料電池模型和控制器
  5.1 簡介
  5.2 在Simulink中實現(xiàn)燃料電池模型
  5.3 在Simulink中實現(xiàn)燃料電池控制器
  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
  6.3 混合電力汽車和電力汽車的燃料電池系統(tǒng)設計
  6.4 用于電力汽車的混合燃料電池系統(tǒng)控制
  6.5 混合燃料電池系統(tǒng)的故障診斷
  參考文獻
第7章  燃料電池在公用電力系統(tǒng)和獨立系統(tǒng)中的應用
  7.1 簡介
  7.2 公用電力系統(tǒng)和住宅應用
  7.3 獨立的應用
  參考文獻
第8章  混合可再生能源系統(tǒng)的控制和分析
  8.1 簡介
  8.2 包括燃料電池和風能的混合系統(tǒng)
  8.3 混合可再生發(fā)電系統(tǒng)在孤島上的應用
  8.4 一個獨立風電/光伏/燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的功率管理
  8.5 混合可再生能源系統(tǒng)的負載流量分析
  參考文獻
附錄
  附錄A 線性控制
  附錄B 非線性控制
  附錄C 燃料電池汽車應用的感應式電動機建模和向量控制
  附錄D 坐標變換
  附錄E 空間向量脈寬調制
參考文獻

章節(jié)摘錄

　　2.3.1水管理　　如果沒有足夠好的水管理，將出現(xiàn)燃料電池水產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(fā)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。因為電化學反應產生熱量，從而增加了水蒸發(fā)，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(fā)器?！　∮捎谫|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產生。雖然足夠的水對于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?！　?.3.2熱管理　　目前使用的大多數(shù)質子交換膜燃料電池用碳復合板來收集傳導電流、分配氣體并管理熱?？梢杂蔑L扇來實現(xiàn)主動空氣冷卻，也可以用水泵循環(huán)電池堆冷卻板里的流體來實現(xiàn)液體冷卻。通常用電動機來驅動風扇和水泵?！　?.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(jié)閥。儲存液態(tài)氫“只”要求適當?shù)亟^熱，但與儲存和運輸氫氣相比，其效率還是很低?！　×硪环N使用氫作為主要燃料的方法是從碳氫化合物或酒精化合物中提取氫。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合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，所以需要其他子系統(tǒng)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了整個系統(tǒng)的重量、體積和費用，并降低了效率?！　?.3.4功率調節(jié)　　功率調節(jié)器是一個電子系統(tǒng)。它可以根據(jù)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(jié)系統(tǒng)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）。另一方面，通常使用開關模式的直流-交流逆變器將燃料電池輸出的直流電壓轉換成額定頻率60Hz（或其他）的交流電壓。逆變器的輸出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。 　　……

編輯推薦

　　《燃料電池模擬、控制和應用》隨著替代能源的需求被確立起來，我們已經看到前所未有的燃料電池技術研究?！度剂想姵啬M、控制和應用》是由直接參與研究的科學家所著，講述了質子交換膜燃料電池建模和控制設計的方法和成果?！　∮懻摿速|子交換膜燃料電池新的非線性控制設計技術。　　探討了質子交換膜燃料電池的動態(tài)建模?！　”容^了線性和非線性控制及它們的有效性?！　〗榻B了在Simulink中實現(xiàn)燃料電池的動態(tài)建模和非線性控制。　　演示了如何把燃料電池作為分布式發(fā)電機整合到公用電力系統(tǒng)負載流量分析中。　　涉及了燃料電池在汽車、公用電力系統(tǒng)和混合可再生能源系統(tǒng)中的應用。

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