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第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2燃料电池简介 2

1.2.1燃料电池分类 2

1.2.2质子交换膜燃料电池工作原理 3

1.3燃料电池的发展历史与现状 6

1.4燃料电池的应用 10

1.4.1电动汽车 10

1.4.2舰船电源 15

1.4.3备用电源 18

1.5燃料电池混合电源检测与控制的任务 20

第2章 燃料电池混合电源结构 23

2.1概述 23

2.2氢气供给系统 24

2.2.1氢气供给系统结构 24

2.2.2氢源 24

2.2.3氢气流量与能量转换效率 26

2.2.4氢安全 27

2.3空气供给系统 29

2.3.1空气供给系统结构 29

2.3.2加湿装置 31

2.4温度调节系统 33

2.4.1风扇冷却系统 35

2.4.2板式换热系统 36

2.5燃料电池电路结构 37

2.6电电混合电源结构 41

2.6.1辅助供电装置选择 41

2.6.2混合电源结构 43

2.7本章小结 48

第3章 燃料电池电控技术 49

3.1概述 49

3.2电控系统方案分析 50

3.2.1集中式设计方案 50

3.2.2分布式设计方案 50

3.3单片电压巡检仪设计 52

3.3.1总体结构设计 52

3.3.2硬件设计 54

3.3.3软件设计 61

3.4状态监测单元设计 64

3.4.1温度检测电路设计 65

3.4.2信号采集通道设计 69

3.5控制单元设计 71

3.6通信接口设计 74

3.6.1 CAN通信接口 74

3.6.2 USB通信接口 75

3.6.3 SCI通信接口 78

3.7燃料电池控制策略 79

3.8燃料电池低温启动 82

3.8.1冷启动方案设计 84

3.8.2低温启动系统建模 88

3.9本章小结 92

第4章 燃料电池内阻测试技术 93

4.1引言 93

4.2燃料电池内阻测试方案 93

4.2.1内阻等效模型 93

4.2.2内阻测试方法 95

4.2.3内阻测试总体方案 96

4.3 PEMFC内阻测试系统硬件设计 98

4.3.1前置放大器设计 98

4.3.2高阶跟踪滤波器设计 101

4.3.3低噪声线性电源设计 103

4.3.4相位幅值检测电路 106

4.3.5 MCU控制器硬件电路设计 109

4.4燃料电池内阻测试系统软件设计 112

4.4.1软件开发环境 112

4.4.2 CPLD逻辑电路软件设计 113

4.4.3 MCU内阻测试软件设计 116

4.5实验与结果分析 120

4.6本章小结 127

第5章 燃料电池内阻测试用交流电流源设计 128

5.1需求分析 128

5.2交流电流源总体方案 129

5.3半桥变换器设计 134

5.3.1器件选择与参数计算 136

5.3.2变压器设计 138

5.3.3占空比与死区时间计算 139

5.3.4半桥变换电路设计 141

5.3.5半桥变换器仿真 143

5.4信号生成电路设计 145

5.4.1 DDS理论分析 145

5.4.2 DDS硬件电路设计 149

5.4.3 FPGA逻辑设计 153

5.4.4程控增益放大电路设计 157

5.5功率放大电路设计 158

5.5.1电压放大级设计 158

5.5.2功率放大级设计 160

5.5.3电路参数计算与元件选择 162

5.5.4功率电路仿真 163

5.6交流电流源模型 164

5.7实验研究 169

5.7.1功率放大器电路实验与分析 170

5.7.2程控增益控制器电路实验与分析 171

5.7.3交流电流源性能测试 172

5.8本章小结 178

第6章 燃料电池混合电源能量流控制研究 179

6.1概述 179

6.2燃料电池混合电源能量流分析 182

6.3车用燃料电池混合电源能量流的自适应控制 184

6.3.1能量流控制目标和原则 185

6.3.2能量流自适应分配策略 186

6.4混合电源系统的多模型预测控制 189

6.4.1混合电源系统描述 190

6.4.2总体控制方案 192

6.4.3多模型建模 194

6.4.4模型预测控制 198

6.4.5自适应切换控制 202

6.4.6实验与仿真 203

6.5机器人燃料电池混合电源的非线性预测控制 208

6.5.1系统描述 209

6.5.2混合电源系统建模 210

6.5.3控制器设计 215

6.5.4实验与仿真 216

6.6本章小结 220

参考文献 221