航空航天器新能源电源系统

　　本书阐述了用于航空航天器电源领域的太阳能、燃料电池和不间断电源的基础理论、关键技术、建模、失效、控制、仿真研究、设计和应用，并介绍了相关领域的**研究成果，如航空航天器混合太阳能电源系统和航天器混合燃料电池电源系统的结构和设计，以及这些系统的测试结果和重要文献等内容。本书可为太阳能发电、燃料电池、不间断电源和航空航天领域的学生、工程师、研究人员、教师和制造商提供航空航天器新能源混合电源系统的设计、建模、失效、控制和仿真的入门指导，也可以作为科研人员对该项技术进行研究的参考书。

　　詹跃东男，1963年2月生，教授，硕士研究生导师。1989年6月研究生毕业于西安交通大学自动控制理论及应用专业，获工学硕士学位；2010年4月研究生毕业于昆明理工大学冶金控制工程专业，获工学博士学位；2004年10月至2005年10月、2007年3月至2008年3月、2012年8月至2013年8月，三次到澳大利亚悉尼科技大学做访问学者和高级访问学者。主持和参与国家自然科学基金、云南省自然科学基金及横向项目等科研项目11项。近年来，发表学术论文82篇，其中SCI索引8篇，EI索引30篇；主编教材《电机与拖动基础》；获授权国家发明专利和实用新型专利20余项。李 莉女，1963年9月生，副教授，硕士研究生导师。1984年6月本科生毕业于重庆大学铸造专业，获工学学士学位；1990年6月研究生毕业于重庆大学材料加工与控制专业，获工学硕士学位。参与国家自然科学基金项目3项，云南省自然科学基金项目5项。近年来，发表学术论文30余篇，其中SCI索引4篇，EI索引10篇；获授权国家发明专利、实用新型专利和软件著作权等专利40余项。

第 1 章 绪论 1
1． 1 新能源和可再生能源的利用与开发 2
1． 2 燃料电池概论 3
1． 2． 1 燃料电池的分类 4
1． 2． 2 燃料电池的发展历程 4
1． 2． 3 燃料电池的结构和工作原理 5
1． 2． 4 燃料电池的优点 6
1． 2． 5 燃料电池的应用 7
1． 2． 6 燃料电池存在的问题 10
1． 2． 7 燃料电池产业发展趋势 11
1． 3 太阳能与风能发电技术概论 12
1． 3． 1 太阳能的优点 13
1． 3． 2 太阳能的利用形式 13
1． 3． 3 太阳能资源 14
1． 3． 4 风能资源 16
1． 3． 5 太阳能光伏发电的发展历程 17
1． 3． 6 太阳能与风能发电的发展趋势 18
1． 4 航空航天器电源系统概论 19
1． 4． 1 航空航天器能源 19
1． 4． 2 航空航天器电源系统 20
1． 4． 3 航天器电源系统的种类 24
1． 4． 4 航天器电源系统的总体构型 24
1． 4． 5 载人航天器电源系统的组成 25
1． 4． 6 航空器太阳能电源系统的发展历程 25
1． 4． 7 航空航天器电源系统的发展趋势 27
第 2 章 燃料电池基础 28
2． 1 燃料电池热力学 29
2． 2 燃料电池反应动力学 31
2． 3 燃料电池电荷传输 35
2． 4 燃料电池质量传输 37
2． 5 燃料电池热传输 40
2． 6 燃料电池数学模型 41
2． 7 燃料电池表征 42
2． 8 燃料电池耐久性 43
第3 章 太阳能光伏发电技术 45
3． 1 太阳能光伏发电系统的类型 46
3． 2 太阳能电池技术 49
3． 2． 1 太阳能电池的分类 49
3． 2． 2 硅太阳能电池结构和工作原理 50
3． 3 太阳能电池基本特性 53
3． 3． 1 硅电池等效模型 53
3． 3． 2 伏安特性曲线 54
3． 3． 3 转换效率 55
3． 4 太阳能光伏发电电能变换技术 55
3． 4． 1 控制器变换技术 56
3． 4． 2 逆变器变换技术 58
3． 4． 3 逆变器的设计方案 66
3． 4． 4 太阳能三相全桥并网逆变器数学模型 70
3． 4． 5 太阳能三相全桥并网逆变器的控制策略 73
3． 5 太阳能电池发电 MPPT 仿真研究 74
3． 5． 1 光伏电池 Buck 电路仿真 74
3． 5． 2 干扰观察法仿真 76
3． 5． 3 改进的干扰观察法仿真 77
第4 章 PEMFC 输出性能因素分析和评价方法 79
4． 1 PEMFC 输出特性 81
4． 2 控制参数对 PEMFC 输出性能的影响 82
4． 2． 1 温度特性 83
4． 2． 2 压强特性 84
4． 2． 3 流量特性 85
4． 2． 4 功率特性 87
4． 2． 5 湿度特性 87
4． 2． 6 反应气体组分特性 88
4． 3 非控制参数对 PEMFC 输出性能的影响 88
4． 4 PEMFC 输出特性的评价方法 89
4． 4． 1 稳态性能指标定义 89
4． 4． 2 燃料电池输出特性评价方法 89
4． 4． 3 燃料电池输出特性的工程评价方法 90
第5 章 混合燃料电池电源系统设计 92
5． 1 设计考虑和依据 93
5． 2 PEMFC 发电系统设计 94
5． 2． 1 PEMFC 电池组 95
5． 2． 2 氢气、空气、氮气和水冷却供给系统 96
5． 2． 3 数据采集与控制系统 99
5． 2． 4 软件设计 99
5． 3 UPS 的功率变换器设计 100
5． 3． 1 AC/ DC 整流器设计 101
5． 3． 2 DC/ DC 变换器设计 103
5． 3． 3 DC/ AC 逆变器设计 104
5． 3． 4 AC/ DC 充电器设计 106
5． 4 混合 PEMFC-UPS 系统的智能网络设计 107
5． 4． 1 混合 PEMFC-UPS 电源系统的智能网络设计概念 107
5． 4． 2 智能网络化 UPS 电源管理系统 107
5． 5 混合 PEMFC-UPS 电源系统的实验结果 109
5． 5． 1 实验环境下的主要设备 109
5． 5． 2 PEMFC 发电系统实验结果 109
5． 5． 3 混合PEMFC-UPS 电源系统实验结果 113
第6 章 燃料电池建模与控制 119
6． 1 PEMFC 系统建模 120
6． 1． 1 燃料电池建模基础 121
6． 1． 2 PEMFC 动态气体传输模型 125
6． 1． 3 PEMFC 动态热传输模型 126
6． 1． 4 PEMFC 动态输出特性模型 129
6． 1． 5 PEMFC 膜的水传输模型 131
6． 2 PEMFC 发电系统的综合智能协调控制 133
6． 2． 1 功率跟踪控制器 134
6． 2． 2 空气供应和温度控制器 135
6． 2． 3 氢气压力控制器 138
6． 2． 4 氢气流量控制器 138
6． 2． 5 功率切换控制器 140
6． 2． 6 电流中断测量控制 140
6． 2． 7 故障监测专家系统 141
6． 2． 8 新型 DC/ DC 功率变换器设计 142
6． 3 实验测试与分析 146
第7 章 PEMFC 发电系统的温度控制仿真研究 151
7． 1 模糊自适应滑模变结构 PEMFC 温度控制 152
7． 1． 1 滑模变结构控制原理 153
7． 1． 2 模糊自适应滑模变结构 PEMFC 温度控制 157
7． 1． 3 仿真研究 164
7． 2 基于 RBF 神经网络模型的模糊预测 PEMFC 温度控制 166
7． 2． 1 基于径向基神经网络的模型辨识 167
7． 2． 2 多步递推和模糊性能推理 169
7． 2． 3 仿真研究 172
第8 章 航空航天器混合太阳能电源系统 175
8． 1 设计考虑和依据 176
8． 2 卫星太阳能混合电源系统 179
8． 3 能量功率控制装置 181
8． 3． 1 电源控制器、充电控制器和电源变换器 181
8． 3． 2 放电调节器 182
8． 3． 3 单相逆变器 182
8． 3． 4 三相逆变器 183
8． 4 电源系统容量计算 184
8． 4． 1 太阳能电池阵列的容量计算 184
8． 4． 2 蓄电池的容量设计 187
8． 4． 3 电源逆变器的容量设计 188
8． 4． 4 电源控制器的容量设计 188
8． 4． 5 电源变换器的容量设计 189
8． 4． 6 发射角与太阳入射角 摇 189
8． 5 “阳光动力2 号冶太阳能飞机电源系统 189
8． 5． 1 “阳光动力2 号冶概述 190
8． 5． 2 “阳光动力2 号冶电源与控制系统 191
第9 章 航天器混合燃料电池电源系统 194
9． 1 混合燃料电池电源控制系统 195
9． 1． 1 燃料电池电源控制系统 195
9． 1． 2 燃料电池控制单元 197
9． 2 “阿波罗冶飞船燃料电池电源系统 201
9． 2． 1 燃料电池发电系统 201
9． 2． 2 蓄电池系统 202
9． 2． 3 配电系统 204
参考文献 206
名词索引 210