《新能源汽车技术与应用》全面、系统地论述了新能源汽车的定义与分类,阐述了环境和能源问题对于发展新能源汽车的必要性和发展现状及趋势;重点介绍了动力电池与能量存储、电机驱动系统、纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的结构、原理及设计方法等;对再生制动的基本原理、电动汽车充换电技术也进行了介绍。
《新能源汽车技术与应用》可作为高等院校汽车类专业的教材,也可供从事新能源汽车技术和相关研究的工程技术人员参考。
汽车的发展极大地改变了人们的生活方式,提高了人们的生活质量,同时汽车工业的发展也带来了大量的就业机会和财富,推动了经济的发展,并且汽车技术的进步也极大地促进了机械、电子、化工等相关科学技术的进步。可以说,汽车的出现改变了整个世界的面貌。
然而,汽车的发展在给人类带来巨大益处的同时也存在能源环境和气候问题的挑战。2016年全球汽车保有量已达到15.9亿辆,其中中国为1.9亿辆,近几年全球汽车保有量仍快速增长,因此燃油汽车每年消耗的能源和排放的污染物的数量也在逐年递增。面对日益严峻的能源、环境和气候问题,世界各国政府、学术界和工业界都将目光投向了环保与节能的新能源汽车上,并且都在加大对新能源汽车开发的投入力度,加速新能源汽车的商业化步伐。
环境和能源问题,特别是环境问题是新能源汽车发展的主要推动力。2009年3月20日我国发布了《汽车产业调整和振兴规划》,我国政府非常重视新能源及节能汽车的发展,启动了国家节能和新能源汽车示范工程,由中央财政安排资金给予补贴,支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车。《中国制造2025》明确提出纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池电动汽车是国内未来的重点发展方向,并分别提出了2020年和2025年的发展目标;继续支持电动汽车、燃料电池电动汽车发展,提升动力电池、驱动电机等核心技术的工程化和产业化能力,形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系,推动新能源汽车同国际先进水平接轨。本书的内容将对新能源汽车的推广应用起到一定的积极作用。
本书讨论了新能源汽车技术及应用的有关内容。全书分为8章。第1章讨论了新能源汽车的定义与分类,阐述了环境和能源问题对于发展新能源汽车的必要性,并介绍了新能源汽车的发展现状及趋势;第2章重点论述了动力电池与能量存储,包括电化学蓄电池、太阳能电池、超级电容和飞轮电池,还介绍了混合能量存储系统储能装置;第3章讲述了电机驱动系统工作原理及特性,包括直流电机驱动系统、交流感应电机驱动系统、交流永磁电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统:第4章讲述了纯电动汽车的基本结构及原理,同时也讲述了电池管理系统:第5章讲述了混合动力汽车的结构及原理,给出了串联式、并联式、混联式混合动力汽车驱动系设计;第6章讲述了燃料电池汽车的结构及原理,在讨论了燃料电池技术的基础上,介绍了燃料电池混合动力驱动系设计:第7章讲述了再生制动的基本原理,讨论了电动汽车和混合动力汽车的制动系统:第8章对电动汽车充电基础设施进行了相关介绍,并介绍了充电站建设工程实例。书中既有新能源汽车广泛应用的成熟技术,同时还介绍了一些国内外有关新能源汽车的新技术。
本书由辽宁工业大学电气工程学院魏玲、黄山学院刘曙光担任主编,辽宁科技大学赵红阳参编。全书由魏玲、刘曙光统编定稿。具体编写分工如下:第1章~第5章由魏玲编写;第7章、第8章、附录1—附录6由刘曙光编写;第6章由赵红阳编写。
在本书编写过程中借鉴了参考文献中的相关内容,对文献作者表示感谢。本书获2018年度安徽省高校科学研究重大项目(KJ2018A0408)、2017年度安徽省教育厅新工科研究与实践项目(2017xgkxm47)、2017年度安徽省教育厅教学研究重大项目(2017jyxm0454)的资助,在此表示衷心的感谢。
由于新能源汽车技术还在发展中,很多相关的技术和理论还在研究过程中,加之作者水平有限,书中的疏漏和不当之处,敬请读者指正。
1 绪论
1.1 新能源汽车的定义与分类
1.1.1 新能源汽车的定义
1.1.2 新能源汽车的分类
1.2 发展新能源汽车的意义
1.2.1 汽车在社会发展中的地位
1.2.2 汽车对环境的影响
1.2.3 汽车对能源的影响
1.2.4 发展新能源汽车的意义
1.3 汽车新能源
1.3.1 电能
1.3.2 氢能源
1.3.3 天然气
1.3.4 液化石油气
1.3.5 醇类燃料
1.3.6 二甲醚
1.3.7 太阳能
1.3.8 生物柴油
1.4 新能源汽车发展现状
1.4.1 国外新能源汽车发展现状
1.4.2 国内新能源汽车发展现状
本章小结
思考题
2 动力电池与能量存储
2.1 动力电池的性能评价
2.1.1 动力电池的分类
2.1.2 动力电池的性能指标
2.1.3 动力电池的基本要求
2.1.4 电池模型
2.2 电化学蓄电池
2.2.1 铅酸蓄电池
2.2.2 镍氢电池
2.2.3 锂电池
2.2.4 锌空气电池
2.3 太阳能电池
2.3.1 太阳能电池工作原理
2.3.2 太阳能电池基本特性
2.3.3 影响太阳能电池转换效率的因素
2.3.4 太阳能电池组件
2.4 超级电容器
2.4.1 超级电容器工作原理
2.4.2 超级电容器应用性能
2.4.3 超级电容器在汽车上的应用
2.5 超高速飞轮
2.5.1 超高速飞轮的工作原理
2.5.2 能量转换控制
2.5.3 超高速飞轮的构造
2.5.4 飞轮电池特性
2.6 混合能量存储系统
2.6.1 混合储能系统的优点
2.6.2 几种典型的混合储能系统
本章小结
思考题
3 电机驱动系统
3.1 电机驱动系统的基本特性
3.1.1 电机驱动系统的组成
3.1.2 驱动电机的分类
3.1.3 新能源汽车对驱动电机的性能要求
3.2 直流电机驱动系统
3.2.1 直流电机的基本结构与工作原理
3.2.2 直流电机的种类及其基本性能
3.2.3 直流电机的控制系统
3.3 交流感应电机驱动系统
3.3.1 交流感应电机结构与工作原理
3.3.2 交流感应电机控制系统
3.4 交流永磁电机驱动系统
3.4.1 交流永磁电机的种类和结构
3.4.2 永磁同步电机驱动系统
3.4.3 永磁无刷直流电机驱动系统
3.5 开关磁阻电机驱动系统
……
4 纯电动汽车
5 混合动力汽车
6 燃料电池汽车
7 再生制动技术
8 电动汽车充电基础设施
附录
参考文献