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先进电动汽车技术

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本書是作者所在研究團隊(清華大學電動車輛研究室)多年來從事純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車的工作體會和經驗總結,作者期望通過本書與廣大讀者交流與分享。本書第二版自出版以來,電動汽車技術取得更多新發展,本次第三版進行了全面修訂,全新補充內容包括:驅動電機系統、純電動車輛、燃料電池技術與車輛、自動駕駛、高級駕駛員輔助系統和車聯網,以及國內外新電動汽車標準與規范等,使本書技術內容更先進、更實用。本書可供廣大從事電動汽車相關領域工程技術人員、管理人員和科研人員參考,也可作為高等院校車輛工程專業本科生和研究生的選修課教材,還可作為其他專業如機械、電機、材料等本科生和研究生教學參考書使用。海報:

本書是作者所在研究團隊(清華大學電動車輛研究室)多年來從事純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車的工作體會和經驗總結,作者期望通過本書與廣大讀者交流與分享。本書第二版自出版以來,電動汽車技術取得更多新發展,本次第三版進行了全面修訂,全新補充內容包括:驅動電機系統、純電動車輛、燃料電池技術與車輛、自動駕駛、高級駕駛員輔助系統和車聯網,以及國內外新電動汽車標準與規范等,使本書技術內容更先進、更實用。本書可供廣大從事電動汽車相關領域工程技術人員、管理人員和科研人員參考,也可作為高等院校車輛工程專業本科生和研究生的選修課教材,還可作為其他專業如機械、電機、材料等本科生和研究生教學參考書使用。海報: 陳全世,清華大學汽車研究院,院長,教授,博導, 陳全世教授現任清華大學汽車研究所所長。1970年3月畢業于清華大學汽車工程專業。畢業后留校工作,曾擔任清華大學汽車工程系主任。 陳世全還兼職擔任中國汽車工程學會理事、電動汽車分會主任,全國汽車標準化電動汽車專業委員會副主任及建設部城市車輛專家委員會副主任等。他的主要學術研究領域包括電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車關鍵技術研究。 本書初版曾榮獲評為中國機械工業科學技術二等獎。本書前幾版自出版以來,受到廣大讀者朋友的歡迎,充分表明本書是一本內容豐富、深入淺出、圖文並茂、理論與實踐並重的書籍,也是一本實用而簡明的技術指導書籍。 本次全面改版,對電動汽車新技術進行了更加全面、系統的介紹,補充了更多內容,實例更豐富,技術更先進、更實用,可操作性更強! 第1章概述11.1電動汽車11.1.1電動汽車的定義11.1.2電動車輛11.1.3新能源汽車11.2新能源汽車在國外的發展概述21.2.1各國的優惠政策概述21.2.2美國對新能源汽車的激勵政策21.2.3美國加州的零排放政策和零排放汽車積分31.2.4日本“新一代汽車”政策及發展概況31.3國內新能源汽車產業的發展情況41.3.1新能源汽車產業發展的原動力41.3.2我國政府發展新能源汽車的戰略和優惠政策51.3.3我國新能源汽車產業的快速發展51.4汽車工業和技術的未來發展方向6參考文獻6第2章整車行駛工況與性能匹配72.1汽車行駛工況概述72.2國外汽車行駛工況介紹82.2.1美國行駛工況82.2.2歐洲行駛工況102.2.3日本行駛工況102.2.4檢測循環工況的動態化趨勢112.3我國行駛工況的發展狀況112.4行駛工況的特征分析122.5汽車行駛工況開發方法142.5.1開發規劃142.5.2數據的獲取152.5.3數據的分析與處理152.5.4工況的解析與合成162.5.5工況的驗證162.6行駛工況在整車性能分析和匹配研究中的應用172.6.1確定動力性能指標172.6.2整車參數匹配與仿真172.6.3整車能量消耗和排放試驗18參考文獻19第3章驅動電機及其控制系統203.1概述203.2直流電機驅動系統233.2.1直流電機工作原理233.2.2直流電機數學方程253.2.3直流電機機械特性分析263.2.4直流電機控制器原理273.2.5直流電機驅動系統283.3交流感應電機驅動系統303.3.1交流感應電機工作原理303.3.2交流感應電機在額定電壓和額定頻率下的轉矩-轉速特性323.3.3交流驅動系統343.3.4基于感應電機穩態模型的變壓變頻下交流電機系統的機械特性343.3.5交流感應電機矢量控制算法363.3.6交流感應電機直接轉矩控制算法393.3.7交流感應電機驅動系統的特點403.4交流永磁電機驅動系統403.4.1交流永磁同步電機驅動系統403.4.2永磁同步電機工作原理413.4.3永磁同步電機轉矩-轉速特性443.4.4無刷直流電機工作原理443.4.5無刷直流電機數學模型及控制系統443.4.6交流永磁電機驅動系統特點473.5開關磁阻電動機473.5.1開關磁阻電機工作原理473.5.2開關磁阻電動機的數學模型483.5.3電動汽車開關磁阻電機控制系統493.5.4開關磁阻電機驅動系統的特點493.6電動車輛電機驅動系統設計概要503.6.1概述503.6.2電動汽車驅動電機的工作制503.6.3汽車驅動電機系統的轉矩-轉速特性確定523.6.4工程車輛驅動電機系統的轉矩-轉速特性確定53參考文獻54第4章動力電池系統554.1概述554.2動力電池的基本術語564.3電動車輛對電池性能的要求574.3.1純電動汽車對電池的要求584.3.2混合動力汽車對電池的工作要求584.3.3可外接充電式混合動力汽車(PHEV)對電池的工作要求594.3.4電動車用電池的具體指標要求舉例594.4電動車用電池的主要種類及特點614.4.1鉛酸電池614.4.2鎳氫電池624.4.3ZEBRA電池634.4.4鋰離子電池644.4.5鋰空氣電池664.4.6鋰資源684.5電池測試方法694.5.1單體、模塊與電池組694.5.2電動汽車動力電池國內標準694.5.3國外動力電池的試驗方法694.6電池管理系統704.6.1電池管理系統概述704.6.2電動汽車電池管理系統舉例724.7電動車用電池管理的關鍵技術724.7.1電池模型應用724.7.2SOC估計764.7.3電池組熱管理784.8動力電池技術前景展望814.8.1電動汽車動力電池類別814.8.2電容型電池814.8.3聚合物鋰離子電池824.8.4石墨烯表面驅動鋰離子交換電池844.8.5動力電池的發展展望84參考文獻85第5章超級電容與飛輪儲能裝置875.1超級電容的研究現狀875.2超級電容的儲能機理及分類885.2.1超級電容的儲能機理885.2.2超級電容的分類895.3碳鎳體系超級電容915.3.1充電過程915.3.2放電過程915.4超級電容的模型925.4.1超級電容的理論模型925.4.2超級電容等效電路模型935.5超級電容在電動汽車上的應用965.5.1超級電容與動力電池的比較965.5.2超級電容組的電壓均衡問題965.5.3超級電容在車輛上的應用975.5.4車用超級電容的發展方向985.6飛輪儲能裝置995.6.1飛輪儲能裝置的結構及原理1005.6.2飛輪儲能裝置與其他儲能裝置的比較1025.6.3飛輪儲能裝置發展現狀1025.6.4飛輪儲能裝置關鍵技術104參考文獻105第6章質子交換膜燃料電池1066.1燃料電池概述1066.1.1燃料電池的分類1066.1.2車用燃料電池及其關鍵技術1076.1.3燃料電池的性能指標1096.2質子交換膜燃料電池的工作原理1106.3膜電極1116.3.1聚合物電解質膜1126.3.2電催化劑1156.4雙極板1166.5燃料電池的水管理和熱管理1186.5.1燃料電池的水管理1186.5.2燃料電池的熱管理1216.6增壓式燃料電池和常壓式燃料電池1226.6.1增壓式燃料電池1226.6.2常壓式燃料電池1246.7燃料電池的相關計算1266.7.1燃料電池單體的電壓及效率的計算1266.7.2空氣流量計算1296.7.3氫氣流量1296.7.4水的生成量計算1306.8燃料電池技術的發展1306.8.1面向示范和產品驗證的燃料電池系統開發1306.8.2下一代燃料電池系統研究與開發1306.8.3車載儲氫與高壓加注關鍵技術及裝備研發1316.8.4高效低成本制氫技術及儲氫裝置研發131參考文獻131第7章電動助力轉向、制動及其他電動化輔助系統1337.1電動助力轉向系統1337.1.1電動助力轉向系統概述1337.1.2電動助力轉向系統的分類1337.2用于電動車輛的氣壓制動系統1397.2.1電動車輛的空氣壓縮機控制回路1397.2.2電動制動空氣壓縮機1407.3電動制動器(EMB)1427.4電動空調制冷壓縮機1437.4.1制冷方式1437.4.2電動壓縮機驅動方式1467.4.3高效節能壓縮機的選用147參考文獻149第8章電動汽車的電氣系統1508.1電氣系統概述1508.1.1低壓電氣的控制邏輯1508.1.2高壓電氣系統1508.2電源變換器1518.2.1電動汽車中的電源變換器1518.2.2降壓變換器1528.2.3升壓變換器1538.2.4雙向電源變換器1548.3電氣系統的電磁兼容性1568.3.1電磁兼容概述1568.3.2電磁噪聲的分析1568.3.3電磁噪聲的傳播1588.3.4減少電磁干擾的主要措施1598.4電動汽車的電氣安全技術1638.4.1電氣絕緣檢測的一般方法1638.4.2電動汽車電氣絕緣性能的描述1648.4.3絕緣電阻檢測原理164參考文獻165第9章純電動車輛1669.1純電動車輛概述1669.2美國的電動汽車計劃1679.2.1美國通用汽車公司的EV-1純電動轎車1679.2.2美國特斯拉汽車公司的純電動車1699.3法國的電動汽車發展歷程和標致-雪鐵龍(PSA)集團的純電動轎車1769.4德國的純電動汽車1769.4.1奔馳公司的純電動微型車Smart1769.4.2寶馬(BMW)公司的純電動汽車i31779.5日本的純電動汽車研發概況1779.6中國的純電動汽車和電動汽車示范城市1789.7輕型(低速)電動車1799.7.1車型和用途簡介1799.7.2中小型電動牽引車1829.7.3輕型電動車的一般結構1829.7.4四輪輕型電動車的安全設計標準1859.8機場地面支持與服務電動車輛1869.8.1概述1869.8.2我國近年開發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19110.1混合動力電動汽車概述19110.2傳統內燃機車輛的能量利用情況19210.3混合動力驅動系統的節能潛力19410.4混合動力汽車的排放問題19510.5混合動力電動車的分類19510.5.1串聯混合動力系統19710.5.2並聯混合動力系統19810.5.3混聯式混合動力電動車20110.6混合動力電動車的能量管理與控制策略20510.6.1串聯式混合動力系統的工作模式20510.6.2並聯式混合動力系統的工作模式20610.6.3混合動力系統的能量管理策略20610.7插電式混合動力汽車(PHEV)20710.7.1PHEV的發展背景20710.7.2PHEV的工作模式20810.7.3PHEV的研發現狀20810.7.4當前PHEV研究的主要問題21210.8不同類型混合動力車與傳統汽油車總效率的比較214參考文獻214第11章燃料電池汽車21611.1燃料電池汽車的基本結構21611.2燃料電池汽車動力系統的參數匹配方法21811.2.1理想的動力驅動系統的參數優化匹配方法21811.2.2實用的動力驅動系統的參數優化匹配方法21911.2.3整車參數、動力性指標與目標工況22111.3燃料電池汽車燃料經濟性的計算22111.3.1燃料電池系統氫氣消耗量的計量方法22111.3.2蓄電池等效氫氣消耗量的折算22311.4燃料電池汽車動力驅動系統的參數匹配舉例22511.4.1車輛行駛需求功率及功率譜分析22511.4.2驅動電機參數的選擇22811.5傳動系速比的選擇23111.5.1傳動系最小傳動比的選擇23211.5.2傳動系最大傳動比的選擇23211.5.3固定速比齒輪傳動系的傳動比選擇23211.6動力源參數匹配與系統構型分析23411.6.1雙動力源之間的基本能量分配策略23411.6.2“FC+B_DC/DC(功率混合型)”構型的能量分配策略23411.6.3“FC_DC/DC+B(能量混合型)”構型的能量分配策略23611.6.4燃料電池系統的特性參數23711.6.5蓄電池系統的參數選擇23711.7國外燃料電池汽車的研究進展23811.7.1總體進展情況23811.7.2日本豐田汽車公司的燃料電池汽車24011.7.3日本本田汽車公司的氫燃料電池車24211.7.4德國大眾汽車公司的燃料電池汽車24411.7.5通用汽車公司的最新概念車“自主魔力”24711.8國內燃料電池汽車的研究進展24811.8.1燃料電池轎車動力系統技術平臺與整車研發24911.8.2燃料電池客車動力系統技術平臺與整車研發249參考文獻250第12章整車控制與系統仿真25112.1整車控制系統及其功能分析25112.1.1控制物件25112.1.2整車控制系統結構25212.1.3整車控制器功能25312.2整車控制器開發25412.2.1開發模式25412.2.2硬件在環開發系統25612.2.3仿真模型25812.2.4快速控制器原型26312.3能量管理策略及其優化26512.3.1混聯式混合動力系統26612.3.2燃料電池串聯式系統26812.4整車通信系統27012.4.1CAN總線及其應用27112.4.2TTCAN協議及通信實時性分析27312.4.3FlexRay總線及其應用27612.5整車容錯控制系統27812.5.1容錯單元及容錯控制系統27912.5.2容錯的CAN通信系統28112.6汽車駕駛新技術——自動駕駛、高級駕駛員輔助系統和車聯網28312.6.1自動駕駛28312.6.2先進駕駛員輔助系統28712.6.3車聯網288參考文獻289第13 章充電裝置與氫系統基礎設施29013.1充電裝置與電動汽車29013.2電動汽車充電裝置的分類29113.3電動汽車充電技術和充電裝置29313.4電動汽車充電模式的選擇29413.4.1充電站的主要結構和功能29413.4.2電動汽車的充電方式29413.4.3幾種電動汽車充換電模式簡介29513.5電動汽車充電裝置的展望29713.6燃料電池汽車和氫能29813.6.1燃料電池和氫能29813.6.2氫的基本性質29813.7氫的制取29913.7.1電解水制氫30013.7.2天然氣蒸汽重整制氫30013.7.3來自焦化廠、氯堿工廠或石油精煉廠的副產品氫30113.7.4集中與分布制氫的氫成本比較30213.8加氫站構成與系統方案30213.8.1加氫站組成30213.8.2加氫站系統類型30313.8.3加氫機30413.8.4加氫站建設成本30513.8.5全球主要燃料電池大客車示范項目的加氫站30613.9氫安全311參考文獻312第14章電動汽車標準與規范31414.1我國電動汽車標準的制定31414.2國外電動車輛標準化組織及所制定的標準簡介31514.2.1國際標準化組織31514.2.2國際電工委員會(IEC)31614.2.3歐洲標準化技術委員會/電驅動道路車輛技術委員會31714.2.4聯合國世界車輛法規協調論壇(UN/WP29)31714.2.5美國汽車工程師學會31814.2.6美國電動運輸協會標準31914.2.7日本工業標準調查會(JISC)31914.2.8日本電動車輛協會319附錄320附錄1我國已經發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

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