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內(nèi)容簡介

　　我國車用燃料電池經(jīng)過二十多年的發(fā)展，性能有了長足的進(jìn)展，已經(jīng)可以滿足交通工具用動力系統(tǒng)的大部分性能需求，但圍繞進(jìn)一步提高燃料電池性能、延長壽命和降低成本的研究仍然任重而道遠(yuǎn)。本書系統(tǒng)介紹了氫能及燃料電池動力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識，從能量轉(zhuǎn)換角度完整介紹了燃料電池汽車的動力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)能量轉(zhuǎn)換和變換的基本原理，提出了燃料電池汽車動力系統(tǒng)中電化學(xué)復(fù)合電源這一重要概念，介紹了電化學(xué)電源的原理、質(zhì)子交換膜燃料電池和鋰離子電池的結(jié)構(gòu)，深入介紹了基于機(jī)理的電化學(xué)電源建模的方法、氫電復(fù)合及多模塊復(fù)合的電源設(shè)計技術(shù)、復(fù)合電源狀態(tài)估計及管控技術(shù)等。在車用燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的牽引下和可再生能源發(fā)電技術(shù)的推動下，氫能的重要性日益凸顯，本書介紹了支撐燃料電池汽車所需的氫能的制備、存儲、運(yùn)輸、加注等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、存在的重大挑戰(zhàn)等。最后，對基于可再生能源發(fā)電制氫及氫電二元網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建做出了展望，并提出了基于綠氫和綠電的零碳交通能源系統(tǒng)的構(gòu)思。本書適合從事燃料電池技術(shù)、鋰離子電池技術(shù)、氫能技術(shù)及新能源汽車動力系統(tǒng)研究和開發(fā)的科研人員和工程師學(xué)習(xí)參考，也可作為高等院校汽車相關(guān)專業(yè)師生的參考用書。

作者簡介

　　魏學(xué)哲，同濟(jì)大學(xué)電信學(xué)院自動化專業(yè)本科、碩士，同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院車輛工程博士，目前任同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院教授，中國電池工業(yè)協(xié)會氫能燃料電池分會秘書長。自2000年開始研究燃料電池汽車電源系統(tǒng)研究，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和主要研究人員主持和參與國家科技支撐計劃、973計劃、“863”課題十余項(xiàng)。作為負(fù)責(zé)人主持自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目一項(xiàng)，面上項(xiàng)目兩項(xiàng)，累計指導(dǎo)20多名專業(yè)學(xué)位博士生，50多名專業(yè)學(xué)位碩士生，出版著作2部，發(fā)表SCI/EI論文100余篇，其中高被引論文10篇，燃料電池轎車動力系統(tǒng)集成與控制技術(shù)”獲2007年上海市科技進(jìn)步一等獎，”燃料電池轎車動力平臺關(guān)鍵技術(shù)” 獲2008年國家科技進(jìn)步二等獎，“汽車多源動力總成集成控制關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”獲2013年上海市科技進(jìn)步一等獎，“長壽命商用車燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”獲2020年中國汽車工業(yè)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎。

圖書目錄

叢書序
序（一）
序（二）
前?言
第1章　燃料電池汽車及其能量轉(zhuǎn)換
1.1　燃料電池汽車002
1.1.1　車輛電動化路徑002
1.1.2　燃料電池及燃料電池汽車的發(fā)展歷程003
1.1.3　燃料電池汽車動力系統(tǒng)012
1.2　燃料電池汽車動力系統(tǒng)中的電能來源014
1.2.1　燃料電池的原理及其能量轉(zhuǎn)換014
1.2.2　燃料電池發(fā)電系統(tǒng)015
1.3　燃料電池汽車動力系統(tǒng)中的電能存儲018
1.3.1　鋰離子電池原理及其能量存儲018
1.3.2　鋰離子電池儲能系統(tǒng)022
1.4　燃料電池汽車動力系統(tǒng)中的電能復(fù)合023
1.4.1　電流變換的基本原理023
1.4.2　電化學(xué)電源的復(fù)合024
1.4.3　電化學(xué)電源的管控026
1.5　燃料電池汽車動力系統(tǒng)中的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換027
1.5.1　電機(jī)中的電磁能量轉(zhuǎn)換027
1.5.2　交流電機(jī)的矢量控制031
1.5.3　電流逆變及其調(diào)制033
1.5.4　電機(jī)與電驅(qū)動集成035
1.6　氫能與交通能源的零碳化038
1.6.1　交通零碳化的需求及其路徑038
1.6.2　氫能的概念及其特點(diǎn)039
1.6.3　燃料電池汽車動力系統(tǒng)和能源供給系統(tǒng)的同構(gòu)性041
1.6.4　綠氫和燃料電池推動交通零碳化042
第2章　燃料電池汽車電化學(xué)電源原理及建模
2.1　電化學(xué)電源基本原理045
2.1.1　熱力學(xué)基礎(chǔ)與電壓的產(chǎn)生045
2.1.2　電化學(xué)基礎(chǔ)與極化051
2.1.3　電壓損耗機(jī)理與電池內(nèi)阻056
2.1.4　電化學(xué)電源的電極與電極過程061
2.2　燃料電池機(jī)理模型063
2.2.1　燃料電池內(nèi)部的物質(zhì)守恒模型065
2.2.2　燃料電池的電中性電荷守恒074
2.2.3　燃料電池的電極過程074
2.3　鋰離子電池機(jī)理模型076
2.3.1　鋰離子電池內(nèi)部的物質(zhì)守恒模型079
2.3.2　鋰離子電池的電中性電荷守恒081
2.3.3　鋰離子電池的電極過程082
2.4　電化學(xué)電源的外特性088
2.4.1　工作電壓088
2.4.2　工作溫度089
2.4.3　能量和功率密度090
2.4.4　使用壽命091
2.4.5　安全性091
第3章　電化學(xué)復(fù)合電源系統(tǒng)架構(gòu)及構(gòu)成
3.1　電化學(xué)復(fù)合電源的基本架構(gòu)093
3.1.1　電化學(xué)電源復(fù)合的必要性093
3.1.2　電化學(xué)電源的復(fù)合模式094
3.1.3　電化學(xué)復(fù)合電源系統(tǒng)的架構(gòu)095
3.2　燃料電池堆與系統(tǒng)099
3.2.1　燃料電池堆結(jié)構(gòu)099
3.2.2　空氣供給系統(tǒng)105
3.2.3　氫氣供給系統(tǒng)108
3.2.4　熱管理系統(tǒng)113
3.2.5　燃料電池發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)114
3.3　鋰離子電池組與系統(tǒng)116
3.3.1　單體電池116
3.3.2　電池模塊與電池包119
3.3.3　熱管理系統(tǒng)121
3.3.4　電池管理系統(tǒng)125
3.4　電化學(xué)復(fù)合電源的電能變換器130
3.4.1　電力電子器件130
3.4.2　隔離型DC/DC變換器133
3.4.3　非隔離型DC/DC變換器135
3.4.4　Boost型多相交錯并聯(lián)DC/DC變換器137
第4章　電化學(xué)復(fù)合電源系統(tǒng)設(shè)計
4.1　復(fù)合電源設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)145
4.1.1　復(fù)合電源系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計原則145
4.1.2　準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式下復(fù)合電源系統(tǒng)的優(yōu)化146
4.1.3　全溫域高效熱管理設(shè)計149
4.1.4　復(fù)合電源在線阻抗測量150
4.2　基于DC/DC變換器的寬頻在線阻抗測量案例152
4.2.1　交變激勵源需求分析152
4.2.2　交變激勵源拓?fù)溥x型與參數(shù)計算153
4.2.3　電流與電壓采樣電路設(shè)計155
4.2.4　交錯并聯(lián)Boost變換器及驅(qū)動電路設(shè)計157
4.2.5　在線阻抗測量結(jié)果158
4.3　大功率多模塊復(fù)合電源設(shè)計案例161
4.3.1　350kW級燃料電池復(fù)合電源系統(tǒng)161
4.3.2　主功率高壓系統(tǒng)方案162
第5章　電化學(xué)復(fù)合電源系統(tǒng)管控
5.1　復(fù)合電源管控需求167
5.1.1　燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行特性及需求167
5.1.2　鋰離子電池系統(tǒng)運(yùn)行特性及需求172
5.1.3　復(fù)合電源運(yùn)行特性及需求174
5.2　燃料電池系統(tǒng)管控176
5.2.1　反應(yīng)物狀態(tài)估計176
5.2.2　水狀態(tài)估計176
5.2.3　水含量故障診斷185
5.3　鋰離子電池系統(tǒng)管控196
5.3.1　荷電狀態(tài)估計196
5.3.2　其他狀態(tài)估計207
5.4　復(fù)合電源系統(tǒng)管控208
5.4.1　高低溫?zé)峁芾?08
5.4.2　多目標(biāo)優(yōu)化管理216
5.4.3　在線故障診斷220
第6章　氫電復(fù)合的零碳交通能源體系
6.1　交通能源及其零碳化需求224
6.2　綠色氫能技術(shù)225
6.2.1　綠氫的制取225
6.2.2　其他制氫方式及其比較230
6.2.3　氫氣的存儲234
6.2.4　氫氣的運(yùn)輸238
6.2.5　加氫站技術(shù)240
6.3　綠色電能技術(shù)246
6.3.1　綠色發(fā)電技術(shù)246
6.3.2　電能存儲技術(shù)251
6.4　基于氫電耦合二元網(wǎng)絡(luò)的能源運(yùn)輸256
6.4.1　大規(guī)模綠色電能傳輸256
6.4.2　大規(guī)模綠色氫能的管道傳輸260
6.4.3　氫電二元耦合的傳輸模式261
6.5　零碳交通能源網(wǎng)絡(luò)263
6.5.1　電動汽車的電氫補(bǔ)能263
6.5.2　氫電耦合的零碳交通能源模型266
6.5.3　零碳交通能源網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與展望267
參考文獻(xiàn)