全书共设有六章，主要介绍了氢燃料电池在交通领域应用的意义及其重要性，氢能与燃料电池技术的基础知识，并在此基础上重点介绍了车用燃料电池电堆、车用燃料电池系统集成的相关基础知识，包括电堆及发动机系统的结构、组成、工作原理、开发技术路线等，同时还介绍了国内外的相关研究进展。进一步，本书还着重介绍和论述了车用燃料电池技术目前尚存在的问题及挑战，以及围绕这些问题的*新研究及其进展情况。如：燃料电池的耐久性产生的原因及提升燃料电池耐久性的相关研究，燃料电池反极现象以及抗反极研究的*新研究成果，以及燃料电池低温启动的相关挑战及其冷启动的策略研究的*新进展等燃料电池产业目前面临的重大挑战和问题。 本书力求清晰地展示车用燃料电池系统技术的全貌，从基础知识、基本原理到存在的问题及挑战，为读者充分了解车用燃料电池技术提供重要途径。同时，鉴于燃料电池技术尚处于不断发展之中的特点，本书还对下一代车用燃料电池技术进行了介绍和展望。
《节能与新能源汽车关键技术研究丛书》聚焦国家节能减排和发展战略性新兴产业的需求，瞄准国际前沿科技，服务汽车产业转型升级和国家经济建设。丛书由清华大学欧阳明高院士担任主编；作者由包含国家杰青、*在内的国内外一流学者亲自领衔执笔，他们是国内外新能源汽车研究领域*高水平的代表，具有较高的权威性。著作内容为作者承担国家重点研究项目成果的结晶，原创性强、学术水平高、体现自主知识产权。具有较高的学术价值、出版价值和产业应用价值。
随着全球矿物能源资源日趋短缺、大量燃烧矿物能源所带来的环境问题日趋严峻，发展新能源技术和新能源汽车成为全球共识,也成为我国的重要能源和交通发展战略。将燃料电池作为动力源的燃料电池汽车是目前两大类主流新能源汽车之一。近年来，燃料电池产业及燃料电池汽车产业在我国得到了飞速发展，已形成具有一定规模的学科群和产业群，对车用燃料电池技术相关资料和信息的需求空前迫切。本书根据与燃料电池相关的基础理论、基本知识及近年来的文献及研究成果编写而成，可供相关专业本科生、研究生、教师， 以及相关行业研究开发人员、工程技术人员、管理人员参考。本书第1章由殷盼超教授（华南理工大学）撰写，第2章由苏华能教授（江苏大学）撰写，第3章由党岱副教授（广东工业大学）、舒婷博士（华南理工大学）撰写，第4章由廖世军教授（华南理工大学）、黄新建博士（美的集团中央研究院）撰写，第5章、第6章由王荣方教授（青岛科技大学）撰写，第7章由曾晓苑教授（昆明理工大学）撰写。廖世军教授负责对全书进行统稿。福州大学谢义淳博士协助制作了部分图片，广东云韬氢能科技有限公司叶旭宏工程师审阅了第4章书稿，提出了有价值的意见，在此一并表示感谢！由于车用燃料电池技术发展迅速，而本书涉及的内容广泛，加之我们的水平及能力有限，书中难免有不足之处，敬请各位读者批评指正,以便我们能够在再版时及时修改、完善，我们不胜感激！ 著者2023年12月于广州
廖世军，华南理工大学教授、博士生导师，英国皇家化学会会士，享受国务院政府特殊津贴专家，10余国际SCI刊物的编委。主要从事电催化与燃料电池研究，主持完成包括国家重点研发计划项目、863项目、国家基金重点项目在内的各类科技50余项，发表研究论文400多篇，连续10年被Elsevier评选为中国高引用学者，申请专利90余件，或授权50余件，包括2件美国发明专利。获省部级科技奖励5项；多项燃料电池技术相关成果成功应用于生产实际。
第1章绪论11.1氢能源与交通11.1.1发展氢能源的必要性11.1.2氢能源特点21.1.3氢燃料电池与交通31.2质子交换膜燃料电池61.3车用燃料电池系统的特点及要求91.3.1燃料电池系统组成和功能91.3.2FCEV典型系统集成方案91.3.3技术要求101.4车用燃料电池发展前景及存在的挑战11本章参考文献15第2章质子交换膜燃料电池电堆192.1电堆的基本结构及部件192.1.1单电池的基本结构192.1.2电堆的基本结构192.1.3电堆的主要部件202.1.4电堆冷却技术282.2电堆工作原理302.2.1基本工作原理302.2.2开路电压312.2.3极化现象322.2.4燃料电池能量转换效率352.2.5电堆常见故障352.3膜电极制备技术及相关研究392.4双极板的研究及开发512.4.1双极板的结构和功能512.4.2双极板的材料与制造532.5密封技术研究612.5.1密封材料的研究现状612.5.2密封结构的研究现状642.5.3密封结构的失效652.6电堆集成技术682.6.1电堆集成工艺流程692.6.2影响电堆集成性能的重要因素722.7电堆技术进展及产业化现状76本章参考文献79第3章质子交换膜燃料电池系统943.1系统的组成及结构943.2空气供给子系统953.2.1空气供给子系统硬件结构953.2.2空气压缩机匹配1053.2.3中冷器计算及选型1103.2.4背压阀匹配1113.2.5空气供给子系统建模和仿真研究进展1123.2.6空气供给子系统模型建模参数1143.2.7空气供给子系统仿真分析与控制1163.3氢气供给子系统1203.3.1氢气供给子系统类型1203.3.2氢气供给子系统结构1233.3.3车载氢气供给子系统部件基本参数1283.3.4电堆匹配计算与选型1283.3.5氢气循环泵匹配计算与选型1293.3.6氢气供给管道模型参数1313.3.7氢气循环泵模型参数1323.3.8燃料电池氢气供给子系统 Simulink 模型搭建及验证1343.4冷却子系统1363.4.1燃料电池系统热平衡1363.4.2空气冷却1393.4.3被动冷却1423.4.4液体冷却1463.4.5冷却子系统的意义以及未来展望1493.5控制及管理子系统1503.5.1冷却子系统控制1513.5.2水管理子系统控制1523.5.3空气供给子系统控制1543.5.4管理氢气供给子系统的运行1563.6燃料电池系统的运行及维护1583.6.1空气供给子系统运行及维护1583.6.2氢气供给子系统运行及维护1603.6.3冷却子系统运行及维护1623.7燃料电池系统的常见故障及故障处理方法163本章参考文献166第4章燃料电池发动机的控制原理及智能管理1774.1燃料电池发动机系统及其控制1774.2燃料电池发动机空气供给子系统的控制1784.2.1空气供给子系统的控制要求1784.2.2空气供给子系统的控制实现方法1794.2.3空气供给子系统控制的国内外相关研究1834.3燃料电池发动机电堆系统的控制1894.4燃料电池发动机氢气供给子系统的控制1924.4.1氢气供给子系统的控制要求及控制实现方式1924.4.2氢气供给子系统控制的研究进展1954.5燃料电池发动机热管理子系统的控制1964.5.1热管理子系统的控制要求及控制实现方式1964.5.2热管理子系统控制的研究进展1984.6燃料电池发动机控制器硬件1994.6.1控制器整体系统1994.6.2控制器硬件设计2004.7燃料电池发动机控制器软件2074.7.1控制器软件总体框架2074.7.2系统控制方式2104.7.3系统诊断与智能管控2164.8燃料电池控制器辅助系统与工具2184.8.1人机界面与数据管理2184.8.2系统调试与标定221本章参考文献222第5章车用燃料电池电堆及系统耐久性2285.1影响车用燃料电池系统耐久性的因素分析2295.1.1电堆结构组成对燃料电池系统耐久性的影响2295.1.2系统组件对车用燃料电池系统耐久性的影响2385.1.3动态运行工况对车用燃料电池系统耐久性的影响2405.2提升车用燃料电池电堆及系统耐久性的策略及相关研究2475.2.1电堆耐久性的提升策略2475.2.2车用燃料电池电堆系统组件的改进策略2595.2.3动态运行工况下的改进策略2625.3挑战与展望266本章参考文献268第6章车用质子交换膜燃料电池的冷启动2726.1冷启动困难和失败的原因及冷启动的原理2736.1.1冷启动困难和失败原因分析2736.1.2冷启动机制2746.1.3冷启动过程中电池内部的传输过程2766.2车用燃料电池冷启动策略2836.2.1适用于燃料电池冷启动的关机策略2836.2.2启动加热策略2886.2.3组件改进2936.2.4小结2966.3挑战与展望297本章参考文献298第7章挑战及展望3097.1车用燃料电池系统的挑战3107.1.1车用燃料电池系统的耐久性3107.1.2车用燃料电池系统的成本3127.1.3铂使用量及铂资源挑战3137.1.4车用燃料电池系统的能量转换效率3137.1.5车用燃料电池系统的冷启动3147.2下一代车用燃料电池技术展望3157.2.1下一代燃料电池催化剂研究3167.2.2下一代气体扩散层3187.2.3下一代质子交换膜3187.2.4下一代双极板3187.2.5下一代空气压缩机及辅助件319本章参考文献321第1章绪论11.1氢能源与交通11.1.1发展氢能源的必要性11.1.2氢能源特点21.1.3氢燃料电池与交通31.2质子交换膜燃料电池61.3车用燃料电池系统的特点及要求91.3.1燃料电池系统组成和功能91.3.2FCEV典型系统集成方案91.3.3技术要求101.4车用燃料电池发展前景及存在的挑战11本章参考文献15第2章质子交换膜燃料电池电堆192.1电堆的基本结构及部件192.1.1单电池的基本结构192.1.2电堆的基本结构192.1.3电堆的主要部件202.1.4电堆冷却技术282.2电堆工作原理302.2.1基本工作原理302.2.2开路电压312.2.3极化现象322.2.4燃料电池能量转换效率352.2.5电堆常见故障352.3膜电极制备技术及相关研究392.4双极板的研究及开发512.4.1双极板的结构和功能512.4.2双极板的材料与制造532.5密封技术研究612.5.1密封材料的研究现状612.5.2密封结构的研究现状642.5.3密封结构的失效652.6电堆集成技术682.6.1电堆集成工艺流程692.6.2影响电堆集成性能的重要因素722.7电堆技术进展及产业化现状76本章参考文献79第3章质子交换膜燃料电池系统943.1系统的组成及结构943.2空气供给子系统953.2.1空气供给子系统硬件结构953.2.2空气压缩机匹配1053.2.3中冷器计算及选型1103.2.4背压阀匹配1113.2.5空气供给子系统建模和仿真研究进展1123.2.6空气供给子系统模型建模参数1143.2.7空气供给子系统仿真分析与控制1163.3氢气供给子系统1203.3.1氢气供给子系统类型1203.3.2氢气供给子系统结构1233.3.3车载氢气供给子系统部件基本参数1283.3.4电堆匹配计算与选型1283.3.5氢气循环泵匹配计算与选型1293.3.6氢气供给管道模型参数1313.3.7氢气循环泵模型参数1323.3.8燃料电池氢气供给子系统 Simulink 模型搭建及验证1343.4冷却子系统1363.4.1燃料电池系统热平衡1363.4.2空气冷却1393.4.3被动冷却1423.4.4液体冷却1463.4.5冷却子系统的意义以及未来展望1493.5控制及管理子系统1503.5.1冷却子系统控制1513.5.2水管理子系统控制1523.5.3空气供给子系统控制1543.5.4管理氢气供给子系统的运行1563.6燃料电池系统的运行及维护1583.6.1空气供给子系统运行及维护1583.6.2氢气供给子系统运行及维护1603.6.3冷却子系统运行及维护1623.7燃料电池系统的常见故障及故障处理方法163本章参考文献166第4章燃料电池发动机的控制原理及智能管理1774.1燃料电池发动机系统及其控制1774.2燃料电池发动机空气供给子系统的控制1784.2.1空气供给子系统的控制要求1784.2.2空气供给子系统的控制实现方法1794.2.3空气供给子系统控制的国内外相关研究1834.3燃料电池发动机电堆系统的控制1894.4燃料电池发动机氢气供给子系统的控制1924.4.1氢气供给子系统的控制要求及控制实现方式1924.4.2氢气供给子系统控制的研究进展1954.5燃料电池发动机热管理子系统的控制1964.5.1热管理子系统的控制要求及控制实现方式1964.5.2热管理子系统控制的研究进展1984.6燃料电池发动机控制器硬件1994.6.1控制器整体系统1994.6.2控制器硬件设计2004.7燃料电池发动机控制器软件2074.7.1控制器软件总体框架2074.7.2系统控制方式2104.7.3系统诊断与智能管控2164.8燃料电池控制器辅助系统与工具2184.8.1人机界面与数据管理2184.8.2系统调试与标定221本章参考文献222第5章车用燃料电池电堆及系统耐久性2285.1影响车用燃料电池系统耐久性的因素分析2295.1.1电堆结构组成对燃料电池系统耐久性的影响2295.1.2系统组件对车用燃料电池系统耐久性的影响2385.1.3动态运行工况对车用燃料电池系统耐久性的影响2405.2提升车用燃料电池电堆及系统耐久性的策略及相关研究2475.2.1电堆耐久性的提升策略2475.2.2车用燃料电池电堆系统组件的改进策略2595.2.3动态运行工况下的改进策略2625.3挑战与展望266本章参考文献268第6章车用质子交换膜燃料电池的冷启动2726.1冷启动困难和失败的原因及冷启动的原理2736.1.1冷启动困难和失败原因分析2736.1.2冷启动机制2746.1.3冷启动过程中电池内部的传输过程2766.2车用燃料电池冷启动策略2836.2.1适用于燃料电池冷启动的关机策略2836.2.2启动加热策略2886.2.3组件改进2936.2.4小结2966.3挑战与展望297本章参考文献298第7章挑战及展望3097.1车用燃料电池系统的挑战3107.1.1车用燃料电池系统的耐久性3107.1.2车用燃料电池系统的成本3127.1.3铂使用量及铂资源挑战3137.1.4车用燃料电池系统的能量转换效率3137.1.5车用燃料电池系统的冷启动3147.2下一代车用燃料电池技术展望3157.2.1下一代燃料电池催化剂研究3167.2.2下一代气体扩散层3187.2.3下一代质子交换膜3187.2.4下一代双极板3187.2.5下一代空气压缩机及辅助件319本章参考文献321
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