先進電動汽車技術(shù)（第三版）

第1章概述1
1.1電動汽車1
1.1.1電動汽車的定義1
1.1.2電動車輛1
1.1.3新能源汽車1
1.2新能源汽車在國外的發(fā)展概述2
1.2.1各國的優(yōu)惠政策概述2
1.2.2美國對新能源汽車的激勵政策2
1.2.3美國加州的零排放政策和零排放汽車積分3
1.2.4日本“新一代汽車”政策及發(fā)展概況3
1.3國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況4
1.3.1新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原動力4
1.3.2我國政府發(fā)展新能源汽車的戰(zhàn)略和優(yōu)惠政策5
1.3.3我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展5
1.4汽車工業(yè)和技術(shù)的未來發(fā)展方向6
參考文獻6

第2章整車行駛工況與性能匹配7
2.1汽車行駛工況概述7
2.2國外汽車行駛工況介紹8
2.2.1美國行駛工況8
2.2.2歐洲行駛工況10
2.2.3日本行駛工況10
2.2.4檢測循環(huán)工況的動態(tài)化趨勢11
2.3我國行駛工況的發(fā)展狀況11
2.4行駛工況的特征分析12
2.5汽車行駛工況開發(fā)方法14
2.5.1開發(fā)規(guī)劃14
2.5.2數(shù)據(jù)的獲取15
2.5.3數(shù)據(jù)的分析與處理15
2.5.4工況的解析與合成16
2.5.5工況的驗證16
2.6行駛工況在整車性能分析和匹配研究中的應用17
2.6.1確定動力性能指標17
2.6.2整車參數(shù)匹配與仿真17
2.6.3整車能量消耗和排放試驗18
參考文獻19

第3章驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)20
3.1概述20
3.2直流電機驅(qū)動系統(tǒng)23
3.2.1直流電機工作原理23
3.2.2直流電機數(shù)學方程25
3.2.3直流電機機械特性分析26
3.2.4直流電機控制器原理27
3.2.5直流電機驅(qū)動系統(tǒng)28
3.3交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)30
3.3.1交流感應電機工作原理30
3.3.2交流感應電機在額定電壓和額定頻率下的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性32
3.3.3交流驅(qū)動系統(tǒng)34
3.3.4基于感應電機穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻下交流電機系統(tǒng)的機械特性34
3.3.5交流感應電機矢量控制算法36
3.3.6交流感應電機直接轉(zhuǎn)矩控制算法39
3.3.7交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)的特點40
3.4交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)40
3.4.1交流永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)40
3.4.2永磁同步電機工作原理41
3.4.3永磁同步電機轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性44
3.4.4無刷直流電機工作原理44
3.4.5無刷直流電機數(shù)學模型及控制系統(tǒng)44
3.4.6交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)特點47
3.5開關磁阻電動機47
3.5.1開關磁阻電機工作原理47
3.5.2開關磁阻電動機的數(shù)學模型48
3.5.3電動汽車開關磁阻電機控制系統(tǒng)49
3.5.4開關磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的特點49
3.6電動車輛電機驅(qū)動系統(tǒng)設計概要50
3.6.1概述50
3.6.2電動汽車驅(qū)動電機的工作制50
3.6.3汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性確定52
3.6.4工程車輛驅(qū)動電機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性確定53
參考文獻54

第4章動力電池系統(tǒng)55
4.1概述55
4.2動力電池的基本術(shù)語56
4.3電動車輛對電池性能的要求57
4.3.1純電動汽車對電池的要求58
4.3.2混合動力汽車對電池的工作要求58
4.3.3可外接充電式混合動力汽車(PHEV)對電池的工作要求59
4.3.4電動車用電池的具體指標要求舉例59
4.4電動車用電池的主要種類及特點61
4.4.1鉛酸電池61
4.4.2鎳氫電池62
4.4.3ZEBRA電池63
4.4.4鋰離子電池64
4.4.5鋰空氣電池66
4.4.6鋰資源68
4.5電池測試方法69
4.5.1單體、模塊與電池組69
4.5.2電動汽車動力電池國內(nèi)標準69
4.5.3國外動力電池的試驗方法69
4.6電池管理系統(tǒng)70
4.6.1電池管理系統(tǒng)概述70
4.6.2電動汽車電池管理系統(tǒng)舉例72
4.7電動車用電池管理的關鍵技術(shù)72
4.7.1電池模型應用72
4.7.2SOC估計76
4.7.3電池組熱管理78
4.8動力電池技術(shù)前景展望81
4.8.1電動汽車動力電池類別81
4.8.2電容型電池81
4.8.3聚合物鋰離子電池82
4.8.4石墨烯表面驅(qū)動鋰離子交換電池84
4.8.5動力電池的發(fā)展展望84
參考文獻85

第5章超級電容與飛輪儲能裝置87
5.1超級電容的研究現(xiàn)狀87
5.2超級電容的儲能機理及分類88
5.2.1超級電容的儲能機理88
5.2.2超級電容的分類89
5.3碳鎳體系超級電容91
5.3.1充電過程91
5.3.2放電過程91
5.4超級電容的模型92
5.4.1超級電容的理論模型92
5.4.2超級電容等效電路模型93
5.5超級電容在電動汽車上的應用96
5.5.1超級電容與動力電池的比較96
5.5.2超級電容組的電壓均衡問題96
5.5.3超級電容在車輛上的應用97
5.5.4車用超級電容的發(fā)展方向98
5.6飛輪儲能裝置99
5.6.1飛輪儲能裝置的結(jié)構(gòu)及原理100
5.6.2飛輪儲能裝置與其他儲能裝置的比較102
5.6.3飛輪儲能裝置發(fā)展現(xiàn)狀102
5.6.4飛輪儲能裝置關鍵技術(shù)104
參考文獻105

第6章質(zhì)子交換膜燃料電池106
6.1燃料電池概述106
6.1.1燃料電池的分類106
6.1.2車用燃料電池及其關鍵技術(shù)107
6.1.3燃料電池的性能指標109
6.2質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理110
6.3膜電極111
6.3.1聚合物電解質(zhì)膜112
6.3.2電催化劑115
6.4雙極板116
6.5燃料電池的水管理和熱管理118
6.5.1燃料電池的水管理118
6.5.2燃料電池的熱管理121
6.6增壓式燃料電池和常壓式燃料電池122
6.6.1增壓式燃料電池122
6.6.2常壓式燃料電池124
6.7燃料電池的相關計算126
6.7.1燃料電池單體的電壓及效率的計算126
6.7.2空氣流量計算129
6.7.3氫氣流量129
6.7.4水的生成量計算130
6.8燃料電池技術(shù)的發(fā)展130
6.8.1面向示范和產(chǎn)品驗證的燃料電池系統(tǒng)開發(fā)130
6.8.2下一代燃料電池系統(tǒng)研究與開發(fā)130
6.8.3車載儲氫與高壓加注關鍵技術(shù)及裝備研發(fā)131
6.8.4高效低成本制氫技術(shù)及儲氫裝置研發(fā)131
參考文獻131

第7章電動助力轉(zhuǎn)向、制動及其他電動化輔助系統(tǒng)133
7.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)133
7.1.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述133
7.1.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類133
7.2用于電動車輛的氣壓制動系統(tǒng)139
7.2.1電動車輛的空氣壓縮機控制回路139
7.2.2電動制動空氣壓縮機140
7.3電動制動器（EMB）142
7.4電動空調(diào)制冷壓縮機143
7.4.1制冷方式143
7.4.2電動壓縮機驅(qū)動方式146
7.4.3高效節(jié)能壓縮機的選用147
參考文獻149

第8章電動汽車的電氣系統(tǒng)150
8.1電氣系統(tǒng)概述150
8.1.1低壓電氣的控制邏輯150
8.1.2高壓電氣系統(tǒng)150
8.2電源變換器151
8.2.1電動汽車中的電源變換器151
8.2.2降壓變換器152
8.2.3升壓變換器153
8.2.4雙向電源變換器154
8.3電氣系統(tǒng)的電磁兼容性156
8.3.1電磁兼容概述156
8.3.2電磁噪聲的分析156
8.3.3電磁噪聲的傳播158
8.3.4減少電磁干擾的主要措施159
8.4電動汽車的電氣安全技術(shù)163
8.4.1電氣絕緣檢測的一般方法163
8.4.2電動汽車電氣絕緣性能的描述164
8.4.3絕緣電阻檢測原理164
參考文獻165

第9章純電動車輛166
9.1純電動車輛概述166
9.2美國的電動汽車計劃167
9.2.1美國通用汽車公司的EV-1純電動轎車167
9.2.2美國特斯拉汽車公司的純電動車169
9.3法國的電動汽車發(fā)展歷程和標致-雪鐵龍（PSA）集團的純電動轎車176
9.4德國的純電動汽車176
9.4.1奔馳公司的純電動微型車Smart176
9.4.2寶馬（BMW）公司的純電動汽車i3177
9.5日本的純電動汽車研發(fā)概況177
9.6中國的純電動汽車和電動汽車示范城市178
9.7輕型（低速）電動車179
9.7.1車型和用途簡介179
9.7.2中小型電動牽引車182
9.7.3輕型電動車的一般結(jié)構(gòu)182
9.7.4四輪輕型電動車的安全設計標準185
9.8機場地面支持與服務電動車輛186
9.8.1概述186
9.8.2我國近年開發(fā)的機場地面支持與服務電動車輛186
參考文獻190

第10章混合動力電動汽車191
10.1混合動力電動汽車概述191
10.2傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛的能量利用情況192
10.3混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的節(jié)能潛力194
10.4混合動力汽車的排放問題195
10.5混合動力電動車的分類195
10.5.1串聯(lián)混合動力系統(tǒng)197
10.5.2并聯(lián)混合動力系統(tǒng)198
10.5.3混聯(lián)式混合動力電動車201
10.6混合動力電動車的能量管理與控制策略205
10.6.1串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的工作模式205
10.6.2并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的工作模式206
10.6.3混合動力系統(tǒng)的能量管理策略206
10.7插電式混合動力汽車（PHEV）207
10.7.1PHEV的發(fā)展背景207
10.7.2PHEV的工作模式208
10.7.3PHEV的研發(fā)現(xiàn)狀208
10.7.4當前PHEV研究的主要問題212
10.8不同類型混合動力車與傳統(tǒng)汽油車總效率的比較214
參考文獻214

第11章燃料電池汽車216
11.1燃料電池汽車的基本結(jié)構(gòu)216
11.2燃料電池汽車動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配方法218
11.2.1理想的動力驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化匹配方法218
11.2.2實用的動力驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化匹配方法219
11.2.3整車參數(shù)、動力性指標與目標工況221
11.3燃料電池汽車燃料經(jīng)濟性的計算221
11.3.1燃料電池系統(tǒng)氫氣消耗量的計量方法221
11.3.2蓄電池等效氫氣消耗量的折算223
11.4燃料電池汽車動力驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)匹配舉例225
11.4.1車輛行駛需求功率及功率譜分析225
11.4.2驅(qū)動電機參數(shù)的選擇228
11.5傳動系速比的選擇231
11.5.1傳動系最小傳動比的選擇232
11.5.2傳動系最大傳動比的選擇232
11.5.3固定速比齒輪傳動系的傳動比選擇232
11.6動力源參數(shù)匹配與系統(tǒng)構(gòu)型分析234
11.6.1雙動力源之間的基本能量分配策略234
11.6.2“FC+B_DC/DC（功率混合型）”構(gòu)型的能量分配策略234
11.6.3“FC_DC/DC+B（能量混合型）”構(gòu)型的能量分配策略236
11.6.4燃料電池系統(tǒng)的特性參數(shù)237
11.6.5蓄電池系統(tǒng)的參數(shù)選擇237
11.7國外燃料電池汽車的研究進展238
11.7.1總體進展情況238
11.7.2日本豐田汽車公司的燃料電池汽車240
11.7.3日本本田汽車公司的氫燃料電池車242
11.7.4德國大眾汽車公司的燃料電池汽車244
11.7.5通用汽車公司的最新概念車“自主魔力”247
11.8國內(nèi)燃料電池汽車的研究進展248
11.8.1燃料電池轎車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺與整車研發(fā)249
11.8.2燃料電池客車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺與整車研發(fā)249
參考文獻250

第12章整車控制與系統(tǒng)仿真251
12.1整車控制系統(tǒng)及其功能分析251
12.1.1控制對象251
12.1.2整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)252
12.1.3整車控制器功能253
12.2整車控制器開發(fā)254
12.2.1開發(fā)模式254
12.2.2硬件在環(huán)開發(fā)系統(tǒng)256
12.2.3仿真模型258
12.2.4快速控制器原型263
12.3能量管理策略及其優(yōu)化265
12.3.1混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)266
12.3.2燃料電池串聯(lián)式系統(tǒng)268
12.4整車通信系統(tǒng)270
12.4.1CAN總線及其應用271
12.4.2TTCAN協(xié)議及通信實時性分析273
12.4.3FlexRay總線及其應用276
12.5整車容錯控制系統(tǒng)278
12.5.1容錯單元及容錯控制系統(tǒng)279
12.5.2容錯的CAN通信系統(tǒng)281
12.6汽車駕駛新技術(shù)——自動駕駛、高級駕駛員輔助系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)283
12.6.1自動駕駛283
12.6.2先進駕駛員輔助系統(tǒng)287
12.6.3車聯(lián)網(wǎng)288
參考文獻289

第13 章充電裝置與氫系統(tǒng)基礎設施290
13.1充電裝置與電動汽車290
13.2電動汽車充電裝置的分類291
13.3電動汽車充電技術(shù)和充電裝置293
13.4電動汽車充電模式的選擇294
13.4.1充電站的主要結(jié)構(gòu)和功能294
13.4.2電動汽車的充電方式294
13.4.3幾種電動汽車充換電模式簡介295
13.5電動汽車充電裝置的展望297
13.6燃料電池汽車和氫能298
13.6.1燃料電池和氫能298
13.6.2氫的基本性質(zhì)298
13.7氫的制取299
13.7.1電解水制氫300
13.7.2天然氣蒸汽重整制氫300
13.7.3來自焦化廠、氯堿工廠或石油精煉廠的副產(chǎn)品氫301
13.7.4集中與分布制氫的氫成本比較302
13.8加氫站構(gòu)成與系統(tǒng)方案302
13.8.1加氫站組成302
13.8.2加氫站系統(tǒng)類型303
13.8.3加氫機304
13.8.4加氫站建設成本305
13.8.5全球主要燃料電池大客車示范項目的加氫站306
13.9氫安全311
參考文獻312

第14章電動汽車標準與規(guī)范314
14.1我國電動汽車標準的制定314
14.2國外電動車輛標準化組織及所制定的標準簡介315
14.2.1國際標準化組織315
14.2.2國際電工委員會（IEC）316
14.2.3歐洲標準化技術(shù)委員會/電驅(qū)動道路車輛技術(shù)委員會317
14.2.4聯(lián)合國世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇(UN/WP29)317
14.2.5美國汽車工程師學會318
14.2.6美國電動運輸協(xié)會標準319
14.2.7日本工業(yè)標準調(diào)查會（JISC）319
14.2.8日本電動車輛協(xié)會319
附錄320
附錄1我國已經(jīng)發(fā)布的電動汽車和電動摩托車相關標準320
附錄2國外電動汽車相關標準321
參考文獻327