前言
近年来,由于需要减少化石燃料消耗和温室气体排放,燃料电池动力系统的概念受到了重视。由于适用于车辆应用的燃料电池(聚合物电解质膜燃料电池)是由氢气驱动的,只要提供燃料和空气,就可以提供动力。它们所提供的发电能力或动力,可以和内燃机相媲美,而且清洁安静。

因此,这种动力系统的最大优点是采用了无污染的电力传动系统,相比于传统电动汽车,续驶里程更长。

一个和其他储能系统(电池和/或超级电容器)构成混合驱动装置的燃料电池动力系统,可以发挥利用两种电源的最佳特性。电池和超级电容器具有有限的能量存储特性,燃料电池则可以弥补这一点不足;但燃料电池发电机辅助子系统的动态特性较慢,电池和超级电容器能够快速提供大的峰值电流而不受限制。因此,燃料电池和存储系统可以在混合配置中相互补充,它们通过并联连接提供电驱动。作为车辆使用的动力源,当然必须提供适当的管理策略,以优化整个动力系统中的能量流动,以满足峰值加速功率、续驶里程和充电能力的要求。

这本书的编写目的,是针对这一领域提出一个较为普遍的看法。研究使用氢作为燃料、电力为驱动力、以电化学系统为动力源的系统,需要不同学科的基本知识,因此本书在理论方面介绍了燃料电池动力系统的基本概念,在最后的实践部分,基于前述的原理,设计了两个真正的燃料电池动力系统。

第1章重点介绍了交通部门的能源战略及其对持续发展的影响,讨论了化石能源的未来供应、替代能源的潜力、对传统和创新的驱动系统的分析,以及它们对未来高效和无碳运输手段的可行性的影响。

第2章介绍了氢的生产、储存和配送技术。

第3章介绍了电化学的基本概念,同时梳理了汽车用燃料电池的发展状况和性能改进技术。

第4章主要阐述了燃料电池系统作为车辆动力源的设计和实现问题,讨论了辅助元件的选择、能耗以及整个系统的集成问题,特别关注膜加湿、氢气净化和空气的管理,以提高系统效率和可靠性为目的的空气、氢气供应问题。

第5章以电动汽车为基本主题,特别是混合动力电动汽车,采用燃料电池/超级电容器作为电源,分析了可行的混合配置,并回顾了不同类型的电能存储系统。

第6章和第7章涉及两个实际的案例研究,特别是两个不同大小的燃料电池动力系统。这里描述了所有单个组件的技术特性,并讨论了在实验室动态测试台上进行测试的结果。这两章以实际案例证明了燃料电池动力车辆在性能、效率、环境影响和耐久性方面的局限性和潜力。

帕斯夸里•科尔沃(Pasquale Corbo)

福图纳托•米格莱蒂尼(Fortunato Migliardini)

奥托里诺•维纳里(Ottorino Veneri)

那不勒斯

2010年4月



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