先进电动汽车技术-第三版

第1章概述1

1.1电动汽车1

1.1.1电动汽车的定义1

1.1.2电动车辆1

1.1.3新能源汽车1

1.2新能源汽车在国外的发展概述2

1.2.1各国的优惠政策概述2

1.2.2美国对新能源汽车的激励政策2

1.2.3美国加州的零排放政策和零排放汽车积分3

1.2.4日本“新一代汽车”政策及发展概况3

1.3国内新能源汽车产业的发展情况4

1.3.1新能源汽车产业发展的原动力4

1.3.2我国政府发展新能源汽车的战略和优惠政策5

1.3.3我国新能源汽车产业的快速发展5

1.4汽车工业和技术的未来发展方向6

参考文献6



第2章整车行驶工况与性能匹配7

2.1汽车行驶工况概述7

2.2国外汽车行驶工况介绍8

2.2.1美国行驶工况8

2.2.2欧洲行驶工况10

2.2.3日本行驶工况10

2.2.4检测循环工况的动态化趋势11

2.3我国行驶工况的发展状况11

2.4行驶工况的特征分析12

2.5汽车行驶工况开发方法14

2.5.1开发规划14

2.5.2数据的获取15

2.5.3数据的分析与处理15

2.5.4工况的解析与合成16

2.5.5工况的验证16

2.6行驶工况在整车性能分析和匹配研究中的应用17

2.6.1确定动力性能指标17

2.6.2整车参数匹配与仿真17

2.6.3整车能量消耗和排放试验18

参考文献19



第3章驱动电机及其控制系统20

3.1概述20

3.2直流电机驱动系统23

3.2.1直流电机工作原理23

3.2.2直流电机数学方程25

3.2.3直流电机机械特性分析26

3.2.4直流电机控制器原理27

3.2.5直流电机驱动系统28

3.3交流感应电机驱动系统30

3.3.1交流感应电机工作原理30

3.3.2交流感应电机在额定电压和额定频率下的转矩-转速特性32

3.3.3交流驱动系统34

3.3.4基于感应电机稳态模型的变压变频下交流电机系统的机械特性34

3.3.5交流感应电机矢量控制算法36

3.3.6交流感应电机直接转矩控制算法39

3.3.7交流感应电机驱动系统的特点40

3.4交流永磁电机驱动系统40

3.4.1交流永磁同步电机驱动系统40

3.4.2永磁同步电机工作原理41

3.4.3永磁同步电机转矩-转速特性44

3.4.4无刷直流电机工作原理44

3.4.5无刷直流电机数学模型及控制系统44

3.4.6交流永磁电机驱动系统特点47

3.5开关磁阻电动机47

3.5.1开关磁阻电机工作原理47

3.5.2开关磁阻电动机的数学模型48

3.5.3电动汽车开关磁阻电机控制系统49

3.5.4开关磁阻电机驱动系统的特点49

3.6电动车辆电机驱动系统设计概要50

3.6.1概述50

3.6.2电动汽车驱动电机的工作制50

3.6.3汽车驱动电机系统的转矩-转速特性确定52

3.6.4工程车辆驱动电机系统的转矩-转速特性确定53

参考文献54



第4章动力电池系统55

4.1概述55

4.2动力电池的基本术语56

4.3电动车辆对电池性能的要求57

4.3.1纯电动汽车对电池的要求58

4.3.2混合动力汽车对电池的工作要求58

4.3.3可外接充电式混合动力汽车(PHEV)对电池的工作要求59

4.3.4电动车用电池的具体指标要求举例59

4.4电动车用电池的主要种类及特点61

4.4.1铅酸电池61

4.4.2镍氢电池62

4.4.3ZEBRA电池63

4.4.4锂离子电池64

4.4.5锂空气电池66

4.4.6锂资源68

4.5电池测试方法69

4.5.1单体、模块与电池组69

4.5.2电动汽车动力电池国内标准69

4.5.3国外动力电池的试验方法69

4.6电池管理系统70

4.6.1电池管理系统概述70

4.6.2电动汽车电池管理系统举例72

4.7电动车用电池管理的关键技术72

4.7.1电池模型应用72

4.7.2SOC估计76

4.7.3电池组热管理78

4.8动力电池技术前景展望81

4.8.1电动汽车动力电池类别81

4.8.2电容型电池81

4.8.3聚合物锂离子电池82

4.8.4石墨烯表面驱动锂离子交换电池84

4.8.5动力电池的发展展望84

参考文献85



第5章超级电容与飞轮储能装置87

5.1超级电容的研究现状87

5.2超级电容的储能机理及分类88

5.2.1超级电容的储能机理88

5.2.2超级电容的分类89

5.3碳镍体系超级电容91

5.3.1充电过程91

5.3.2放电过程91

5.4超级电容的模型92

5.4.1超级电容的理论模型92

5.4.2超级电容等效电路模型93

5.5超级电容在电动汽车上的应用96

5.5.1超级电容与动力电池的比较96

5.5.2超级电容组的电压均衡问题96

5.5.3超级电容在车辆上的应用97

5.5.4车用超级电容的发展方向98

5.6飞轮储能装置99

5.6.1飞轮储能装置的结构及原理100

5.6.2飞轮储能装置与其他储能装置的比较102

5.6.3飞轮储能装置发展现状102

5.6.4飞轮储能装置关键技术104

参考文献105



第6章质子交换膜燃料电池106

6.1燃料电池概述106

6.1.1燃料电池的分类106

6.1.2车用燃料电池及其关键技术107

6.1.3燃料电池的性能指标109

6.2质子交换膜燃料电池的工作原理110

6.3膜电极111

6.3.1聚合物电解质膜112

6.3.2电催化剂115

6.4双极板116

6.5燃料电池的水管理和热管理118

6.5.1燃料电池的水管理118

6.5.2燃料电池的热管理121

6.6增压式燃料电池和常压式燃料电池122

6.6.1增压式燃料电池122

6.6.2常压式燃料电池124

6.7燃料电池的相关计算126

6.7.1燃料电池单体的电压及效率的计算126

6.7.2空气流量计算129

6.7.3氢气流量129

6.7.4水的生成量计算130

6.8燃料电池技术的发展130

6.8.1面向示范和产品验证的燃料电池系统开发130

6.8.2下一代燃料电池系统研究与开发130

6.8.3车载储氢与高压加注关键技术及装备研发131

6.8.4高效低成本制氢技术及储氢装置研发131

参考文献131



第7章电动助力转向、制动及其他电动化辅助系统133

7.1电动助力转向系统133

7.1.1电动助力转向系统概述133

7.1.2电动助力转向系统的分类133

7.2用于电动车辆的气压制动系统139

7.2.1电动车辆的空气压缩机控制回路139

7.2.2电动制动空气压缩机140

7.3电动制动器（EMB）142

7.4电动空调制冷压缩机143

7.4.1制冷方式143

7.4.2电动压缩机驱动方式146

7.4.3高效节能压缩机的选用147

参考文献149



第8章电动汽车的电气系统150

8.1电气系统概述150

8.1.1低压电气的控制逻辑150

8.1.2高压电气系统150

8.2电源变换器151

8.2.1电动汽车中的电源变换器151

8.2.2降压变换器152

8.2.3升压变换器153

8.2.4双向电源变换器154

8.3电气系统的电磁兼容性156

8.3.1电磁兼容概述156

8.3.2电磁噪声的分析156

8.3.3电磁噪声的传播158

8.3.4减少电磁干扰的主要措施159

8.4电动汽车的电气安全技术163

8.4.1电气绝缘检测的一般方法163

8.4.2电动汽车电气绝缘性能的描述164

8.4.3绝缘电阻检测原理164

参考文献165



第9章纯电动车辆166

9.1纯电动车辆概述166

9.2美国的电动汽车计划167

9.2.1美国通用汽车公司的EV-1纯电动轿车167

9.2.2美国特斯拉汽车公司的纯电动车169

9.3法国的电动汽车发展历程和标致-雪铁龙（PSA）集团的纯电动轿车176

9.4德国的纯电动汽车176

9.4.1奔驰公司的纯电动微型车Smart176

9.4.2宝马（BMW）公司的纯电动汽车i3177

9.5日本的纯电动汽车研发概况177

9.6中国的纯电动汽车和电动汽车示范城市178

9.7轻型（低速）电动车179

9.7.1车型和用途简介179

9.7.2中小型电动牵引车182

9.7.3轻型电动车的一般结构182

9.7.4四轮轻型电动车的安全设计标准185

9.8机场地面支持与服务电动车辆186

9.8.1概述186

9.8.2我国近年开发的机场地面支持与服务电动车辆186

参考文献190



第10章混合动力电动汽车191

10.1混合动力电动汽车概述191

10.2传统内燃机车辆的能量利用情况192

10.3混合动力驱动系统的节能潜力194

10.4混合动力汽车的排放问题195

10.5混合动力电动车的分类195

10.5.1串联混合动力系统197

10.5.2并联混合动力系统198

10.5.3混联式混合动力电动车201

10.6混合动力电动车的能量管理与控制策略205

10.6.1串联式混合动力系统的工作模式205

10.6.2并联式混合动力系统的工作模式206

10.6.3混合动力系统的能量管理策略206

10.7插电式混合动力汽车（PHEV）207

10.7.1PHEV的发展背景207

10.7.2PHEV的工作模式208

10.7.3PHEV的研发现状208

10.7.4当前PHEV研究的主要问题212

10.8不同类型混合动力车与传统汽油车总效率的比较214

参考文献214



第11章燃料电池汽车216

11.1燃料电池汽车的基本结构216

11.2燃料电池汽车动力系统的参数匹配方法218

11.2.1理想的动力驱动系统的参数优化匹配方法218

11.2.2实用的动力驱动系统的参数优化匹配方法219

11.2.3整车参数、动力性指标与目标工况221

11.3燃料电池汽车燃料经济性的计算221

11.3.1燃料电池系统氢气消耗量的计量方法221

11.3.2蓄电池等效氢气消耗量的折算223

11.4燃料电池汽车动力驱动系统的参数匹配举例225

11.4.1车辆行驶需求功率及功率谱分析225

11.4.2驱动电机参数的选择228

11.5传动系速比的选择231

11.5.1传动系*小传动比的选择232

11.5.2传动系*大传动比的选择232

11.5.3固定速比齿轮传动系的传动比选择232

11.6动力源参数匹配与系统构型分析234

11.6.1双动力源之间的基本能量分配策略234

11.6.2“FC B_DC/DC（功率混合型）”构型的能量分配策略234

11.6.3“FC_DC/DC B（能量混合型）”构型的能量分配策略236

11.6.4燃料电池系统的特性参数237

11.6.5蓄电池系统的参数选择237

11.7国外燃料电池汽车的研究进展238

11.7.1总体进展情况238

11.7.2日本丰田汽车公司的燃料电池汽车240

11.7.3日本本田汽车公司的氢燃料电池车242

11.7.4德国大众汽车公司的燃料电池汽车244

11.7.5通用汽车公司的*新概念车“自主魔力”247

11.8国内燃料电池汽车的研究进展248

11.8.1燃料电池轿车动力系统技术平台与整车研发249

11.8.2燃料电池客车动力系统技术平台与整车研发249

参考文献250



第12章整车控制与系统仿真251

12.1整车控制系统及其功能分析251

12.1.1控制对象251

12.1.2整车控制系统结构252

12.1.3整车控制器功能253

12.2整车控制器开发254

12.2.1开发模式254

12.2.2硬件在环开发系统256

12.2.3仿真模型258

12.2.4快速控制器原型263

12.3能量管理策略及其优化265

12.3.1混联式混合动力系统266

12.3.2燃料电池串联式系统268

12.4整车通信系统270

12.4.1CAN总线及其应用271

12.4.2TTCAN协议及通信实时性分析273

12.4.3FlexRay总线及其应用276

12.5整车容错控制系统278

12.5.1容错单元及容错控制系统279

12.5.2容错的CAN通信系统281

12.6汽车驾驶新技术——自动驾驶、高级驾驶员辅助系统和车联网283

12.6.1自动驾驶283

12.6.2先进驾驶员辅助系统287

12.6.3车联网288

参考文献289



第13 章充电装置与氢系统基础设施290

13.1充电装置与电动汽车290

13.2电动汽车充电装置的分类291

13.3电动汽车充电技术和充电装置293

13.4电动汽车充电模式的选择294

13.4.1充电站的主要结构和功能294

13.4.2电动汽车的充电方式294

13.4.3几种电动汽车充换电模式简介295

13.5电动汽车充电装置的展望297

13.6燃料电池汽车和氢能298

13.6.1燃料电池和氢能298

13.6.2氢的基本性质298

13.7氢的制取299

13.7.1电解水制氢300

13.7.2天然气蒸汽重整制氢300

13.7.3来自焦化厂、氯碱工厂或石油精炼厂的副产品氢301

13.7.4集中与分布制氢的氢成本比较302

13.8加氢站构成与系统方案302

13.8.1加氢站组成302

13.8.2加氢站系统类型303

13.8.3加氢机304

13.8.4加氢站建设成本305

13.8.5全球主要燃料电池大客车示范项目的加氢站306

13.9氢安全311

参考文献312



第14章电动汽车标准与规范314

14.1我国电动汽车标准的制定314

14.2国外电动车辆标准化组织及所制定的标准简介315

14.2.1国际标准化组织315

14.2.2国际电工委员会（IEC）316

14.2.3欧洲标准化技术委员会/电驱动道路车辆技术委员会317

14.2.4联合国世界车辆法规协调论坛(UN/WP29)317

14.2.5美国汽车工程师学会318

14.2.6美国电动运输协会标准319

14.2.7日本工业标准调查会（JISC）319

14.2.8日本电动车辆协会319

附录320

附录1我国已经发布的电动汽车和电动摩托车相关标准320

附录2国外电动汽车相关标准321

参考文献327