本书是围绕我国碳中和发展目标和《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》发展愿景，为构建碳中和交通体系而编写的“碳中和交通出版工程·氢能燃料电池动力系统系列”之一。 燃料电池系统是一个复杂的电-气-热耦合系统，对燃料电池系统有效控制是提高其工作效率和可靠性、延长其使用寿命的关键之一。本书基于燃料电池系统的工作原理，阐述了燃料电池系统集成与控制中的关键技术问题；详细介绍了燃料电池系统集成设计与匹配，并进一步研究了燃料电池系统的关键子系统与部件特性；在此基础上，系统地研究了燃料电池进气子系统控制技术、热管理子系统控制技术、低温冷启动优化控制技术与燃料电池系统状态识别及老化预测技术，并给出了燃料电池控制系统的软硬件设计方法；最后对下一代燃料电池控制系统技术的发展趋势进行了展望。 本书适合燃料电池汽车及燃料电池系统相关的研发人员、管理人员，以及相关专业的老师和学生阅读参考。

丛书序
本书序
前言
第1章 燃料电池系统原理及控制
1.1 背景
1.2 燃料电池
1.2.1 燃料电池类型
1.2.2 燃料电池结构及基本工作原理
1.3 燃料电池系统
1.4 燃料电池系统控制
1.4.1 空气供给子系统控制
1.4.2 氢气供给子系统控制
1.4.3 热管理子系统控制
1.4.4 低温冷启动控制
1.5 本章小结
第2章 质子交换膜燃料电池特性
2.1 燃料电池特性的常用电化学表征方法
2.2 燃料电池稳态特性
2.2.1 试验对象
2.2.2 稳态试验结果
2.3 燃料电池动态特性
2.4 燃料电池阻抗特性
2.4.1 电化学阻抗定义
2.4.2 电化学阻抗谱解析
2.4.3 基于电化学阻抗谱的动力学分析
2.4.4 动力学损失敏感性分析
2.5 燃料电池冷启动过程特性
2.5.1 试验环境和流程
2.5.2 单体电池恒温冷启动过程特性
2.5.3 电堆升温冷启动过程特性
2.6 燃料电池单体面内异质性特性
2.6.1 面内异质性特征
2.6.2 面内异质性试验
2.6.3 面内异质性分析
2.7 燃料电池堆单体间不一致特性
2.7.1 燃料电池堆单体不一致性试验
2.7.2 燃料电池堆单体不一致性表现规律
2.7.3 燃料电池堆单体不一致性分析
2.8 本章小结
第3章 燃料电池系统集成设计
3.1 燃料电池系统架构及集成
3.1.1 空气供给子系统架构及集成
3.1.2 氢气供给子系统架构及集成
3.1.3 热管理子系统架构及集成
3.2 燃料电池系统的电气架构及集成
3.2.1 高压电气架构及集成
3.2.2 低压电气架构及集成
3.3 燃料电池系统匹配设计
3.3.1 空气供给子系统匹配设计
3.3.2 氢气供给子系统匹配设计
3.3.3 热管理子系统匹配设计
3.3.4 DC/DC变换器选型与匹配
3.4 本章小结
第4章 燃料电池进气控制
4.1 燃料电池系统建模
4.1.1 燃料电池堆建模
4.1.2 辅助部件建模
4.2 燃料电池系统模型参数辨识
4.2.1 模型参数辨识方法
4.2.2 燃料电池系统模型参数辨识结果
4.3 空气流量-压力控制算法
4.3.1 空气流量-压力解耦控制
4.3.2 基于标定的前馈PID串级控制
4.4 氢气压力控制算法
4.4.1 基于模糊PI的氢气压力控制
4.4.2 氢气压力控制结果
4.5 本章小结
第5章 燃料电池温度控制
5.1 热管理子系统建模
5.1.1 电堆产热模型
5.1.2 冷却系统模型
5.2 模型参数辨识及验证
5.3 基于自适应模型预测控制的热管理
5.3.1 多工况点热管理子系统模型线性化
5.3.2 预测控制原理
5.4 燃料电池温度控制结果
5.4.1 温度控制的适应性分析
5.4.2 WLTC工况下的温度控制结果对比
5.5 本章小结
第6章 燃料电池冷启动优化控制
6.1 低温冷启动过程机理模型
6.1.1 模型控制方程
6.1.2 模型中的关键参数测量与辨识
6.2 冷启动机理模型验证和误差分析
6.2.1 冷启动失败工况下的结果对比分析
6.2.2 冷启动成功工况下的结果对比分析
6.2.3 低温冷启动模型仿真误差来源总结
6.3 低温冷启动策略优化
6.3.1 基于粒子群优化算法的策略优化方法
6.3.2 膜含水量已定的快速冷启动策略优化
6.3.3 膜含水量未定的快速冷启动策略优化
6.3.4 -30℃下快速冷启动策略优化
6.3.5 冷启动策略优化前后对比分析
6.4 本章小结
第7章 燃料电池状态识别及老化预测
7.1 燃料电池内部状态估计
7.1.1 系统状态方程及参数辨识
7.1.2 氧气过量系数计算原理
7.1.3 内部状态观测器设计
7.1.4 状态观测器结果及优化
7.2 燃料电池内部故障识别
7.2.1 燃料电池故障数据集建立
7.2.2 基于混合深度学习的燃料电池内部故障识别
7.2.3 燃料电池内部故障识别结果
7.3 燃料电池老化预测
7.3.1 燃料电池健康状态指标
7.3.2 基于模态分解和深度学习的短时衰减预测
7.3.3 燃料电池短时衰减预测结果
7.4 本章小结
第8章 燃料电池控制系统设计
8.1 控制系统的一般软件架构
8.2 输入输出模块
8.3 模式管理模块
8.3.1 系统上电状态控制
8.3.2 系统预备状态控制
8.3.3 系统启动状态控制
8.3.4 系统运行状态控制
8.3.5 系统关机状态控制
8.4 子系统控制模块
8.5 状态识别及故障诊断模块
8.6 本章小结
第9章 燃料电池系统控制的发展趋势
9.1 先进智能传感技术提升管控的信息维度及空间尺度
9.2 数据驱动的智能技术提升管控的性能及时间尺度
9.3 本章小结
参考文献