书名：先进电动汽车

ISBN：978-7-111-69496-0

作者：[加] 阿里 · 埃玛迪（Ali Emadi）

定价：249.00元

在不断加剧的“人、车、自然”之间的矛盾之下，世界各国开始把目光从传统的燃油汽车转向新能源汽车，先进电动汽车即是一个非常重要的发展方向。我国作为能源消费大国，发展以先进电动汽车为代表的新能源汽车产业是低碳经济时代的必然选择。本书分为17章，从车辆电气化的角度入手，详细介绍了电动汽车的发展，全面地论述了电动汽车及其关键零部件的主要技术，以及关键动力传动系的技术现状与发展趋势，对各类电气化汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车、增程式电动汽车、电池电动汽车和燃料电池汽车等进行了全面论述。读者通过本书可以较好地串联起与电动汽车相关的机械、电气、化学等多方面知识。书中包含了插图、实例和案例研究，可供广大电动汽车相关领域的工程技术人员、管理人员和科研人员参考，也可作为高等院校车辆工程专业高年级本科生和研究生的选修课教材。

目录

译者序

原书前言

本书主编

本书作者

第1章汽车工业和电气化1

1.1从第一批电动汽车到交通运输2.0的未来1

1.1.1从风能到蒸汽:交通运输2.0 19世纪的类比3

1.2汽车电气化的连续性4

1.2.1电气化汽车5

1.2.2混合动力汽车5

1.2.3插电式混合动力汽车6

1.2.4电动汽车7

1.3交通电气化的实现技术8

1.4电网系统9

1.4.1微电网和可再生能源供应10

1.4.2智能电网11

1.5交通电气化是一个范式转变11

1.6总结12

参考文献12

第2章传统汽车及其动力传动系基础13

2.1纵向车辆模型13

2.2纵向阻力13

2.2.1空气动力阻力13

2.2.2分级阻力14

2.2.3滚动阻力14

2.3总牵引力14

2.4大牵引力和动力传动系牵引力15

2.5车辆性能16

2.5.1车辆的大速度16

2.5.2爬坡能力17

2.5.3加速性能17

2.6制动性能和分布18

2.6.1制动力18

2.6.2一个两轴汽车制动的特点18

2.7车辆动力装置和传动特性19

2.7.1电力特性19

2.7.2传动特性20

习题21

第3章内燃机23

3.1引言 23

3.1.1运行周期24

3.2概念26

3.2.1基本几何性质26

3.2.2性能指标27

3.3气路回路29

3.3.1节流阀和阀门29

3.3.2流形30

3.3.3功率提升30

3.4燃料路径回路30

3.4.1SI发动机燃油喷射系统30

3.4.2CI发动机燃油喷射系统31

3.5燃烧31

3.5.1SI发动机燃烧31

3.5.2CI发动机燃烧32

3.6排放32

3.6.1排放污染物的形成32

3.6.2排放控制策略33

习题33

参考文献34

第4章电力电子基础35

4.1开关模式的直流-直流变换器35

4.1.1现代电动汽车中的直流-直流变换器35

4.1.2开关模式直流-直流变换器的稳态运行36

4.1.3开关装置概述38

4.1.4开关模式直流-直流变换器状态空间表示44

4.1.5电感和电容的选择47

4.1.6有限连续导通模式-断续导通模式51

4.2开关模式的直流-交流逆变器52

4.2.1单相逆变器52

4.2.2三相逆变器57

4.3开关模式的交流-直流变换器61

4.3.1单相半波整流器61

4.3.2单相全波整流器65

4.3.3三相整流器70

4.4功率变换器设计的实际应用73

4.4.1介绍73

4.4.2半导体损耗的评估74

4.4.3功率模块的选择77

4.4.4开关装置的驱动电路80

4.4.5缓冲电路84

4.4.6汇流排设计88

习题89

参考文献90

第5章电机原理91

5.1引言91

5.2电磁学基础91

5.2.1磁场的散度和旋度92

5.2.2洛伦兹力定律93

5.2.3电磁感应和法拉第定律 93

5.2.4电感和磁场能量95

5.3电机损耗96

5.3.1介绍96

5.3.2铜损97

5.3.3铁心损耗99

5.3.4永磁体的损耗101

5.3.5机械损耗101

5.4电机绕组102

5.4.1交流电机绕组102

5.4.2凸极定子绕组107

5.4.3线圈设计110

5.5电机材料111

5.5.1铁心材料111

5.5.2永磁体120

5.5.3电机绝缘127

5.6电机的工作原理128

5.6.1永磁同步电机128

5.6.2感应电机140

5.6.3开关磁阻电机146

5.7牵引电动机说明151

5.7.1高压电池的作用和逆变器的控制方法151

5.7.2磁体的选择、温度的影响和退磁151

5.7.3齿槽转矩和转矩脉动151

5.7.4力学性能与电气性能153

5.7.5材料和传动公差153

5.7.6尺寸细节153

5.7.7效率要求和直流电压154

5.8IPM电机故障情况154

5.8.1非受控发电模式154

5.8.2短路故障155

5.9电机测试157

5.10其他电机配置159

5.10.1同步磁阻电机159

5.10.2横向磁通永磁电机160

5.10.3轴向磁通永磁电机160

习题161

参考文献165

第6章电动机控制原理167

6.1引言167

6.1.1有刷直流电动机转矩的产生167

6.1.2直流电动机转矩控制168

6.1.3有刷直流电动机的转矩控制171

6.2交流电动机控制基本原理183

6.2.1无刷直流电机转矩控制基本原理183

6.2.2无刷交流电机转矩控制基本原理184

6.3开关磁阻电机控制195

6.3.1SRM转矩的产生195

6.4电机的速度控制202

6.4.1速度控制的经典方法202

6.5总结206

习题206

参考文献209

第7章电能存储系统基础211

7.1引言211

7.2电动汽车的储能要求212

7.2.1能量密度和比能量214

7.2.2功率密度和比功率214

7.2.3循环寿命和日历寿命214

7.2.4运行工作温度215

7.2.5安全216

7.2.6展望216

7.3电化学电池218

7.3.1基本物理和电化学218

7.3.2铅酸电池220

7.3.3镍-金属氢化物电池222

7.3.4锂离子电池223

7.3.5氯化镍钠电池225

7.4超级电容器电池227

7.4.1基本物理知识227

7.4.2电双层电容器228

7.4.3带有赝电容的超级电容器229

7.5特性术语和性能参数231

7.6建模232

7.6.1电化学电池的等效电路模型232

7.6.2电化学电池的增强自校正模型234

7.6.3超级电容器电池235

7.7测试程序236

7.7.1时域236

7.7.2频域240

7.8封装和管理系统243

7.8.1功能和设计方面的考虑243

7.8.2电池平衡245

7.9状态与参数估计247

7.9.1估计算法247

7.9.2在线SOC和阻抗估计249

习题252

参考文献252

第8章混合储能系统254

8.1混合电池和超级电容器拓扑学254

8.1.1拓扑1：无源并联配置255

8.1.2拓扑2：超级电容器/电池配置256

8.1.3拓扑3：电池/超级电容器配置256

8.1.4拓扑4：级联变换器配置257

8.1.5拓扑5：多并联连接的变换器配置258

8.1.6拓扑6：多个双有源电桥变换器配置259

8.1.7拓扑7：双源双向变换器配置261

8.1.8拓扑8：多输入变换器配置261

8.1.9拓扑9：多模式单变换器配置262

8.1.10拓扑10：交错变换器配置263

8.1.11拓扑11：开关电容变换器配置264

8.1.12拓扑12：基于耦合电感器的混合架构265

8.2其他储能装置和系统：飞轮、压缩空气存储系统和超导磁储能系统266

8.2.1飞轮 ESS266

8.2.2基于压缩空气泵浦的液压存储系统268

8.2.3超导磁ESS269

8.3总结271

8.4PEV混合ESS拓扑的模拟和分析271

8.4.1无源并联配置的模拟与分析272

8.4.2级联变换器拓扑的模拟与分析275

8.4.3并联连接多重变换器拓扑的模拟与分析280

8.4.4小结282

习题283

参考文献284

第9章非动力负载的低压电气系统288

9.1引言288

9.2低压电气负载289

9.3辅助功率模块的要求290

9.4辅助功率模块的变换器拓扑290

9.4.1反激变换器290

9.4.2正激变换器292

9.4.3推挽变换器292

9.4.4一次侧拓扑292

9.4.5二次侧拓扑293

9.4.6同步整流294

习题297

参考文献299

第10章48V带传动起动发电机电气系统300

10.1引言300

10.2低压电气化300

10.2.1电气化需要300

10.2.2混合度301

10.2.3低压与高压电气化303

10.2.412V与48V低压电气化305

10.3BSG系统概述308

10.3.1BSG系统的功能概述308

10.3.248V电气拓扑311

10.4BSG要求和实施313

10.4.1BSG性能要求313

10.4.2BSG系统的设计更改315

10.4.3设计挑战与实施316

10.5关键BSG子系统部件317

10.5.1能量存储系统317

10.5.2电动机323

10.5.3功率逆变器模块325

10.5.4DC-DC变换器330

10.5.5前端附件驱动330

10.5.6发动机控制单元331

10.6标杆332

10.6.1通用汽车332

10.6.2PSA标致雪铁龙332

10.6.348V LC超级混合332

10.6.4绿色混合333

10.6.548V生态驱动333

10.6.6全混合333

10.6.7博世333

10.6.848V乡镇混合动力传动系334

习题334

参考文献335

ⅩⅦ先进电动汽车目录第11章混合动力传动系原理336

11.1引言336

11.2混合动力汽车和混合动力传动系的介绍336

11.2.1串联混合动力系统341

11.2.2并联混合动力系统341

11.2.3功率分流式混合动力系统341

11.3混合动力传动系部件的介绍349

11.3.1HEV的内燃机349

11.3.2混合动力传动系的电机352

11.3.32010年丰田普锐斯（Prius）变速驱动器354

11.3.4混合动力传动系概述356

11.4再生制动系统360

11.4.1电动汽车双制动系统的主要原因361

11.4.2电动汽车制动系统364

11.4.3再生制动系统的能量存储366

11.4.4总结367

11.5混合动力传动系控制介绍367

11.5.1发动机开/关的决定369

11.5.2发动机工作点优化370

11.5.3发动机起动控制372

11.5.4再生制动控制373

附录自动模拟配置和输入参数374

习题376

参考文献376

先进电动汽车目录ⅩⅧ第12章混合动力汽车377

12.1引言377

12.2混合动力汽车377

12.2.1燃油经济性改善型混合动力汽车377

12.3行驶工况379

12.3.1行驶工况对燃油经济增效和减排的影响381

12.3.2混合动力汽车如何从传统车辆中获益，实现燃油经济性384

12.4燃油经济性行驶工况和道路条件385

12.4.1案例研究385

12.5HEV技术388

12.5.1微型混合动力汽车388

12.5.2轻度混合动力汽车389

12.5.3全混合动力汽车389

12.6基于动力传动系的道路车辆分类391

12.6.1轻度混合动力汽车391

12.6.2并联混合动力汽车391

12.6.3串联混合动力汽车392

12.6.4串并联混合动力汽车392

12.6.5插电式混合动力汽车393

12.7混合动力汽车设计与实现中的主要挑战396

12.8研究与开发领域397

12.8.1电机的设计、选型和尺寸397

12.8.2储能系统397

12.8.3热管理系统398

12.9案例研究398

习题401

参考文献402

先进电动汽车目录ⅩⅨ第13章充电系统的基本原理403

13.1引言403

13.2充电器的分类和标准403

13.2.1交流充电系统403

13.2.2直流充电系统404

13.3充电器要求405

13.41级和2级交流充电器的拓扑选择406

13.4.1前端AC-DC变换器拓扑406

13.4.2隔离式DC-DC变换器拓扑412

13.53级充电器的拓扑选择416

13.5.1前端AC-DC变换器拓扑417

13.5.2隔离式DC-DC变换器拓扑417

13.6实践示例417

13.6.1前端PFC升压变换器设计418

13.6.2隔离式DC-DC变换器设计419

13.7无线充电器420

13.7.1介绍420

13.7.2感应充电421

13.7.3谐振感应充电421

13.7.4道路/在线充电422

习题423

参考文献423

第14章插电式混合动力汽车427

14.1引言427

14.2PHEV的功能和优点429

14.3PHEV的部件434

14.3.1电池434

14.3.2电机435

14.3.3发动机435

14.3.4电力电子器件436

14.4PHEV的工作原理437

14.4.1CD模式437

14.4.2CS模式438

14.4.3AER模式438

14.4.4发动机维护模式439

14.5PHEV结构439

14.5.1PHEV串联混合439

14.5.2PHEV并联混合440

14.5.3PHEV复合混合441

14.6PHEV的控制策略443

14.7与PHEV相关的技术和挑战445

14.7.1PHEV电池445

14.7.2PHEV成本446

14.7.3PHEV的充电447

14.7.4PHEV相关电网挑战447

先进电动汽车目录ⅩⅩ14.8PHEV市场448

14.9总结450

习题450

参考文献450

第15章纯电动汽车和增程式电动汽车452

15.1电动汽车的历史和发展452

15.2电动汽车的配置和主要部件455

15.2.1电动汽车的配置455

15.2.2电动汽车能量存储装置457

15.3电动汽车的性能461

15.3.1电动汽车功率分布461

15.3.2汽车加速度462

15.3.3汽车的高车速463

15.4增程式电动汽车464

15.4.1增程式电动汽车的介绍464

15.4.2增程器464

15.4.3增程器连接465

15.5燃料电池电动汽车467

15.5.1燃料电池电动汽车介绍467

15.5.2燃料电池介绍467

15.5.3燃料电池电动汽车动力传动系468

15.6太阳能电动汽车469

15.6.1太阳能电动汽车介绍469

15.6.2太阳能电动汽车动力传动系470

15.6.3太阳能充电站472

15.7电动自行车473

15.7.1电动自行车介绍473

15.7.2电动自行车推进系统473

15.7.3电动自行车功率分布474

习题475

参考文献475

第16章车辆到电网接口及电气基础设施477

16.1引言477

16.2电动汽车和插电式混合动力汽车充电基础设施478

16.2.1电动汽车/插电式混合动力汽车的电池和充电状态478

16.3EV/PHEV充电基础设施的电力电子技术489

16.3.1充电硬件490

16.3.2并网基础设施491

16.4V2G和V2H概念492

16.4.1电网升级493

16.5PEV充电用电力电子设备494

16.5.1安全注意事项494

16.5.2并网的住宅系统496

16.5.3并网的公共系统497

16.5.4本地可再生能源发电的并网系统501

１６.６电动汽车电池充电说明和安全问题504

16.6.1电动汽车充电水平、规格和安全性505

16.6.2EV/PHEV电池充电电压水平506

16.6.3充电安全问题506

16.7电动汽车充电和V2G功率流对电网的影响506

16.7.1线路稳定性507

16.7.2逆变器畸变和直流电流注入507

16.7.3本地分布配置508

16.8智能电网中的可再生能源和EV/PHEV混合508

16.8.1车辆到电网：测试用例509

习题511

参考文献511

先进电动汽车目录ⅩⅩⅠ第17章能量管理与优化514

17.1引言514

17.1.1能量管理问题：现有解决方案515

17.1.2章节结构组成517

17.2能量管理问题表述518

17.2.1PEMFC说明518

17.2.2功率需求计算：FCHEV519

17.2.3问题表述：启发式方法520

17.2.4问题表述：优化方法521

17.3DOP的解决方案524

17.3.1变分演算结果524

17.3.2动态规划526

17.4FCHEV的佳EMS527

17.4.1静态OF528

17.4.2积分OF531

17.5控制系统534

17.5.1控制设计535

17.5.2稳定性概念和工具535

17.5.3鲁棒控制设计536

17.5.4佳控制设计538

习题538

参考文献539