航空航天器新能源電源系統(tǒng)

第 1 章 緒論 1
1． 1 新能源和可再生能源的利用與開發(fā) 2
1． 2 燃料電池概論 3
1． 2． 1 燃料電池的分類 4
1． 2． 2 燃料電池的發(fā)展歷程 4
1． 2． 3 燃料電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 5
1． 2． 4 燃料電池的優(yōu)點(diǎn) 6
1． 2． 5 燃料電池的應(yīng)用 7
1． 2． 6 燃料電池存在的問題 10
1． 2． 7 燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 11
1． 3 太陽能與風(fēng)能發(fā)電技術(shù)概論 12
1． 3． 1 太陽能的優(yōu)點(diǎn) 13
1． 3． 2 太陽能的利用形式 13
1． 3． 3 太陽能資源 14
1． 3． 4 風(fēng)能資源 16
1． 3． 5 太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展歷程 17
1． 3． 6 太陽能與風(fēng)能發(fā)電的發(fā)展趨勢 18
1． 4 航空航天器電源系統(tǒng)概論 19
1． 4． 1 航空航天器能源 19
1． 4． 2 航空航天器電源系統(tǒng) 20
1． 4． 3 航天器電源系統(tǒng)的種類 24
1． 4． 4 航天器電源系統(tǒng)的總體構(gòu)型 24
1． 4． 5 載人航天器電源系統(tǒng)的組成 25
1． 4． 6 航空器太陽能電源系統(tǒng)的發(fā)展歷程 25
1． 4． 7 航空航天器電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 27
第 2 章 燃料電池基礎(chǔ) 28
2． 1 燃料電池?zé)崃W(xué) 29
2． 2 燃料電池反應(yīng)動力學(xué) 31
2． 3 燃料電池電荷傳輸 35
2． 4 燃料電池質(zhì)量傳輸 37
2． 5 燃料電池?zé)醾鬏? 40
2． 6 燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型 41
2． 7 燃料電池表征 42
2． 8 燃料電池耐久性 43
第3 章 太陽能光伏發(fā)電技術(shù) 45
3． 1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型 46
3． 2 太陽能電池技術(shù) 49
3． 2． 1 太陽能電池的分類 49
3． 2． 2 硅太陽能電池結(jié)構(gòu)和工作原理 50
3． 3 太陽能電池基本特性 53
3． 3． 1 硅電池等效模型 53
3． 3． 2 伏安特性曲線 54
3． 3． 3 轉(zhuǎn)換效率 55
3． 4 太陽能光伏發(fā)電電能變換技術(shù) 55
3． 4． 1 控制器變換技術(shù) 56
3． 4． 2 逆變器變換技術(shù) 58
3． 4． 3 逆變器的設(shè)計(jì)方案 66
3． 4． 4 太陽能三相全橋并網(wǎng)逆變器數(shù)學(xué)模型 70
3． 4． 5 太陽能三相全橋并網(wǎng)逆變器的控制策略 73
3． 5 太陽能電池發(fā)電 MPPT 仿真研究 74
3． 5． 1 光伏電池 Buck 電路仿真 74
3． 5． 2 干擾觀察法仿真 76
3． 5． 3 改進(jìn)的干擾觀察法仿真 77
第4 章 PEMFC 輸出性能因素分析和評價(jià)方法 79
4． 1 PEMFC 輸出特性 81
4． 2 控制參數(shù)對 PEMFC 輸出性能的影響 82
4． 2． 1 溫度特性 83
4． 2． 2 壓強(qiáng)特性 84
4． 2． 3 流量特性 85
4． 2． 4 功率特性 87
4． 2． 5 濕度特性 87
4． 2． 6 反應(yīng)氣體組分特性 88
4． 3 非控制參數(shù)對 PEMFC 輸出性能的影響 88
4． 4 PEMFC 輸出特性的評價(jià)方法 89
4． 4． 1 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)定義 89
4． 4． 2 燃料電池輸出特性評價(jià)方法 89
4． 4． 3 燃料電池輸出特性的工程評價(jià)方法 90
第5 章 混合燃料電池電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 92
5． 1 設(shè)計(jì)考慮和依據(jù) 93
5． 2 PEMFC 發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 94
5． 2． 1 PEMFC 電池組 95
5． 2． 2 氫氣、空氣、氮?dú)夂退鋮s供給系統(tǒng) 96
5． 2． 3 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng) 99
5． 2． 4 軟件設(shè)計(jì) 99
5． 3 UPS 的功率變換器設(shè)計(jì) 100
5． 3． 1 AC/ DC 整流器設(shè)計(jì) 101
5． 3． 2 DC/ DC 變換器設(shè)計(jì) 103
5． 3． 3 DC/ AC 逆變器設(shè)計(jì) 104
5． 3． 4 AC/ DC 充電器設(shè)計(jì) 106
5． 4 混合 PEMFC-UPS 系統(tǒng)的智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 107
5． 4． 1 混合 PEMFC-UPS 電源系統(tǒng)的智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)概念 107
5． 4． 2 智能網(wǎng)絡(luò)化 UPS 電源管理系統(tǒng) 107
5． 5 混合 PEMFC-UPS 電源系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 109
5． 5． 1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的主要設(shè)備 109
5． 5． 2 PEMFC 發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 109
5． 5． 3 混合PEMFC-UPS 電源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 113
第6 章 燃料電池建模與控制 119
6． 1 PEMFC 系統(tǒng)建模 120
6． 1． 1 燃料電池建模基礎(chǔ) 121
6． 1． 2 PEMFC 動態(tài)氣體傳輸模型 125
6． 1． 3 PEMFC 動態(tài)熱傳輸模型 126
6． 1． 4 PEMFC 動態(tài)輸出特性模型 129
6． 1． 5 PEMFC 膜的水傳輸模型 131
6． 2 PEMFC 發(fā)電系統(tǒng)的綜合智能協(xié)調(diào)控制 133
6． 2． 1 功率跟蹤控制器 134
6． 2． 2 空氣供應(yīng)和溫度控制器 135
6． 2． 3 氫氣壓力控制器 138
6． 2． 4 氫氣流量控制器 138
6． 2． 5 功率切換控制器 140
6． 2． 6 電流中斷測量控制 140
6． 2． 7 故障監(jiān)測專家系統(tǒng) 141
6． 2． 8 新型 DC/ DC 功率變換器設(shè)計(jì) 142
6． 3 實(shí)驗(yàn)測試與分析 146
第7 章 PEMFC 發(fā)電系統(tǒng)的溫度控制仿真研究 151
7． 1 模糊自適應(yīng)滑模變結(jié)構(gòu) PEMFC 溫度控制 152
7． 1． 1 滑模變結(jié)構(gòu)控制原理 153
7． 1． 2 模糊自適應(yīng)滑模變結(jié)構(gòu) PEMFC 溫度控制 157
7． 1． 3 仿真研究 164
7． 2 基于 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的模糊預(yù)測 PEMFC 溫度控制 166
7． 2． 1 基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型辨識 167
7． 2． 2 多步遞推和模糊性能推理 169
7． 2． 3 仿真研究 172
第8 章 航空航天器混合太陽能電源系統(tǒng) 175
8． 1 設(shè)計(jì)考慮和依據(jù) 176
8． 2 衛(wèi)星太陽能混合電源系統(tǒng) 179
8． 3 能量功率控制裝置 181
8． 3． 1 電源控制器、充電控制器和電源變換器 181
8． 3． 2 放電調(diào)節(jié)器 182
8． 3． 3 單相逆變器 182
8． 3． 4 三相逆變器 183
8． 4 電源系統(tǒng)容量計(jì)算 184
8． 4． 1 太陽能電池陣列的容量計(jì)算 184
8． 4． 2 蓄電池的容量設(shè)計(jì) 187
8． 4． 3 電源逆變器的容量設(shè)計(jì) 188
8． 4． 4 電源控制器的容量設(shè)計(jì) 188
8． 4． 5 電源變換器的容量設(shè)計(jì) 189
8． 4． 6 發(fā)射角與太陽入射角 搖 189
8． 5 “陽光動力2 號冶太陽能飛機(jī)電源系統(tǒng) 189
8． 5． 1 “陽光動力2 號冶概述 190
8． 5． 2 “陽光動力2 號冶電源與控制系統(tǒng) 191
第9 章 航天器混合燃料電池電源系統(tǒng) 194
9． 1 混合燃料電池電源控制系統(tǒng) 195
9． 1． 1 燃料電池電源控制系統(tǒng) 195
9． 1． 2 燃料電池控制單元 197
9． 2 “阿波羅冶飛船燃料電池電源系統(tǒng) 201
9． 2． 1 燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 201
9． 2． 2 蓄電池系統(tǒng) 202
9． 2． 3 配電系統(tǒng) 204
參考文獻(xiàn) 206
名詞索引 210