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先进电动汽车技术（第三版） 
定 价：78 元 丛书名：
9 7 3 8 0 7 2 1 8 2 8 2 5 
本书是作者所在研究团队(清华大学电动车辆研究室)多年来从事纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的工作体会和经验总结，作者期望通过本书与广大读者交流与分享。
本书第二版自出版以来，电动汽车技术取得更多新发展，本次第三版进行了全面修订，全新补充内容包括：驱动电机系统、纯电动车辆、燃料电池技术与车辆、自动驾驶、高级驾驶员辅助系统和车联网，以及国内外新电动汽车标准与规范等，使本书技术内容更先进、更实用。 本书可供广大从事电动汽车相关领域工程技术人员、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本科生和研究生的选修课教材，还可作为其他专业如机械、电机、材料等本科生和研究生教学参考书使用。
适读人群 ：本书可供广大从事电动汽车相关领域工程技术人员、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本科生和研究生的选修课教材，还可作为其他专业如机械、电机、材料等本科生和研究生教学参考书使用。
本书初版曾荣获评为中国机械工业科学技术二等奖。 本书前几版自出版以来，受到广大读者朋友的欢迎，充分表明本书是一本内容丰富、深入浅出、图文并茂、理论与实践并重的书籍，也是一本实用而简明的技术指导书籍。 本次全面改版，对电动汽车新技术进行了更加全面、系统的介绍，补充了更多内容，实例更丰富，技术更先进、更实用，可操作性更强！
前言
《先进电动汽车技术》一书初版自2007年出版以后，继2009年被评为化学工业出版社优秀图书一等奖，2010年又被评为机械工业科学技术二等奖。经2012年修订后，于2013年1月又出版了第二版，承蒙关心和厚爱，仍受广大读者关注和欢迎。 我国新能源汽车产业在政府各项政策的推动下，取得了快速发展。中国汽车工业协会的数据显示，2016年我国新能源汽车销量达到50.7万辆，保有量达到了100万辆，稳居全球第一名。全国的公共充电桩运营数字也超过了15万个。发展电动汽车是我国能源和环保战略的一个重要方向，中国电动汽车仍处于持续发展阶段，产业即将进入快速发展的机遇期，并开始步入创新之路，现在我国电动汽车的驱动电机、电池系统、电控等关键技术以及整车技术已经取得了显著进步。 随着汽车技术的飞速发展，电动汽车底盘结构、混合动力及氢燃料电池汽车技术、高级驾驶员辅助系统、车联网和自动驾驶技术等新趋势、新方向领域的课题也已被我国相关部门专门列入重点研发专项，电动汽车产业的商业化创新模式也有了飞速发展。为了满足上述要求，第三版对原第二版中的每一章内容都进行了认真审查和更新，尽可能将新的技术和创新成果补充到第三版之中，全新补充内容包括：驱动电机系统、纯电动车辆、燃料电池技术与车辆、自动驾驶、高级驾驶员辅助系统和车联网，以及国内外全新电动汽车标准与规范等，以备读者参考。 由于本次补充的许多内容是近几年来迅速发展的新技术，许多关键技术仍在研究、发展和解决中，限于编著者的知识和水平，不足之处在所难免，敬请专家和读者及时予以批评指正，我们在不胜感激的同时，将在后续的版本中加以补充、修改和更正。 编著者 2017年8月 第一版前言 汽车在全球保有量的不断增加使人类面临能源短缺、全球变暖、空气质量水平下降等诸多挑战，同时也推动汽车自身技术的发展，为此汽车工程师正在不断努力研究降低油耗的方法，寻求各种代用燃料以及开发不用或少用汽油的新型车辆；越来越多的人士已认识到各种类型电动汽车和燃料电池汽车是实现清洁汽车的解决方案，全世界的汽车业界也正在为此努力并投入巨大的资金和人力。 本书所论述的先进电动汽车绝不是一百多年前的陈旧电动汽车，或电瓶车技术的重复，它是20世纪末直到目前研究开发出的集机械、电子、汽车、电机、智能控制、化学电源、计算机、新材料等科学领域和工程技术中最新成果于一身，是多种高新技术凝聚的结果。先进电动汽车包括以车载储能装置(包括各种蓄电池、超级电容等)为动力源的纯电动汽车；以电驱动系统(包括车载储能装置和电机)与传统内燃机(包括微型涡轮发动机、斯特林发动机等热机)混合的混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)；以氢燃料电池(Fuel Cell)为动力源的燃料电池电动汽车(FCEV)。 电动汽车的最大特点是在行驶过程中很少甚至没有排放污染，热辐射低，噪声低且环境友好。电动汽车可应用多种能源，能节省甚至不消耗汽油或柴油，解决汽车的能源需求问题。毫无疑问，电动汽车是一种节能、环保、可持续发展的新型交通工具，具有广阔的发展前景。 本书主要内容是作者所在的科研团队——清华大学电动车研究室，在国家“八五”～“十五”计划期间的十几年内所承担的国家电动汽车重大项目研究基础上，取得的电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车研究工作的体会和成果。编者力图通过本书将多年的各种研究实践和心得，与有志于从事和希望深入了解先进电动汽车技术的人士进行交流，并希望无保留地与广大读者分享，以推动我国先进电动汽车的技术进步。 本书主要介绍电动汽车的基本构成；关键部件，包括电机及其控制系统、蓄电池、超级电容、氢燃料电池的最新技术；共性技术，电动汽车的高低压电路、整车控制系统、充电站及制氢加氢系统等方面研究进展和发展趋势；3种类型的电动汽车，纯电动汽车、混合动力电动汽车、氢燃料电池电动汽车的结构特点和适用范围；最后介绍了有关电动汽车的标准、法规及相关规范。 本书共分14章。第1、7章由朱家琏编写，第2章由仇斌编写，第3章由宋建国编写，第4章由林成涛、韩晓东编写，第5章由陈勇编写，第6章由常秋英编写，第8章由黄勇编写，第9、10章由朱家琏、陈全世编写，第11章由陈全世编写，第12章由田光宇编写，第13章的13.1～13.5由钱良国编写，第14章由施双蓉编写，其余章节由陈全世编写并担任本书主编。朱家琏、田光宇担任本书副主编。瞿文龙教授对第3章进行了认真审阅，并提出宝贵意见；谢起成教授和博士后江发潮、晏伟光、王健、陈树勇对全书的内容进行系统审阅，提供了有价值的资料，并对插图和参考文献进行核对和补充。清华大学电动车研究室的博士研究生朱元、齐占宁，硕士研究生孙鸿航、李宗华、陈昊、赵立安、张涵、彭涛、李海晨、管华、熊建、梁伟铭、刘国权、黄文华、付正阳、王波、傅春江、项晓波、周伟波、李佳、吴临政、曾帆、周强、张宾、裴晟、赵广平等为本书的写作提供了有价值的资料和热情帮助，在此谨表示衷心感谢。本书的诞生也是清华大学电动车研究室集体努力的结果。 由于电动汽车技术是近十多年来迅速发展的新技术，许多关键技术问题正在研究和解决中，同时由于作者知识和水平所限，不足之处在所难免，敬请广大专家和读者批评指正。 编者 2007年3月 第二版前言 《先进电动汽车技术》第一版自2007年3月出版以来，恰逢国内外大力研发和推广应用以电动汽车为代表的新能源汽车浪潮，承蒙广大读者关心和厚爱，在社会和读者中产生了积极反响。该书2009年被评为第十届中国石油和化学工业优秀科技图书一等奖，2010年本书荣获中国机械工业科学技术二等奖。 在第一版出版后的5年来，电动汽车技术开始从研发逐渐走向产业化，许多新技术、新材料、新结构、新车型不断涌现，电动汽车产业的商业化创新模式也有了飞速发展，因此，对第一版中的内容就有了更新要求。本书对每一章内容都进行认真审查和更新，尽可能将最新技术和创新成果反映在本书中。 动力电池是电动汽车产业化的最大瓶颈之一，也是近期发展最快、成果最多的领域，因此本书中第4章动力电池系统增加新内容最多，包括目前应用广泛的正极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、三元（锰-钴-镍）锂离子电池的性能对比，以及聚合物锂离子电池、电容型锂离子电池等新型锂离子电池。本书还对全球锂资源储藏和生产情况进行了简要介绍。此外，本书还简要介绍了锂空气电池的基本原理和研发情况。 纯电动汽车、插电式混合动力汽车是近期发展最快的领域，除了乘用车、商用车以外，纯电动工程车、特种车在节能减排的总目标下，也取得了可喜进展。在本书第9章纯电动车辆中，对此进行了补充介绍。 充电系统是关系到电动汽车产业化的关键瓶颈，也是电动汽车推广应用过程中“利益相关方”最多的领域，包括汽车制造商、动力电池生产商、能源（电力）供应商、中间服务商和各级政府。本书第13章中不但介绍了充电系统的关键技术，而且对国内外充电系统建设、运营管理模式进行了介绍，以期引起读者和各“利益相关方”的关注。 技术标准和规范是电动汽车产业化的重要支撑条件。国内外在电动汽车标准方面的竞争也非常激烈，第14章对国内外电动汽车标准体系进行了比较详细的介绍，并收集了迄今为止比较全面的国内外电动汽车标准目录，以供读者查询。 在本书的编写过程中得到了上海教育基金会、威海东生能源科技有限公司、北京精进电驱动有限公司、朝阳立塬新能源有限公司、山东沂星电动汽车有限公司、威海广泰空港设备股份公司、上海（北京）电巴新能源科技有限公司、Better Place 中国业务部、北京民航协发机场设备有限公司等单位和个人的大力协助，他们提供了宝贵的技术资料，在此一并表示谢意。 电动汽车技术是近几年来迅速发展的新技术，许多关键技术问题正在研究和解决当中。由于编者知识和水平有限，不足之处在所难免，敬请专家和读者批评指正。 编者 2012年10月
陈全世，清华大学汽车研究院，院长，教授，博导， 陈全世教授现任清华大学汽车研究所所长。1970年3月毕业于清华大学汽车工程专业。毕业后留校工作，曾担任清华大学汽车工程系主任。 陈世全还兼职担任中国汽车工程学会理事、电动汽车分会主任，全国汽车标准化电动汽车专业委员会副主任及建设部城市车辆专家委员会副主任等。他的主要学术研究领域包括电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车关键技术研究。
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传动系最小传动比的选择232
11.5.2传动系最大传动比的选择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通用汽车公司的最新概念车“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
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