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第1章 概述 1

1.1 汽车百年回顾 1

1.2 能源安全和环境保护 7

1.3 美国政府的PNGV计划 10

1.4 汽车工业和技术的未来发展方向 17

1.5 从化石燃料时代向氢能和可再生能源时代过渡 18

参考文献 20

第2章 整车行驶工况与性能匹配 22

2.1 汽车行驶工况概述 22

2.2 国外汽车行驶工况介绍 23

2.2.1 美国行驶工况 23

2.2.2 欧洲行驶工况 26

2.2.3 日本行驶工况 28

2.3 我国行驶工况的发展状况 28

2.4 行驶工况的特征分析 30

2.5 汽车行驶工况开发方法 32

2.5.1 开发规划 32

2.5.2 数据的获取 33

2.5.3 数据的分析与处理 34

2.5.4 工况的解析与合成 35

2.5.5 工况的验证 35

2.6 行驶工况在整车性能分析和匹配研究中的应用 36

2.6.1 确定动力性能指标 36

2.6.2 整车参数匹配与仿真 37

2.6.3 整车能量消耗和排放试验 39

参考文献 39

第3章 电动汽车驱动电机及其控制系统 41

3.1 概述 41

3.2 直流电机驱动系统 41

3.2.1 直流电机工作原理 41

3.2.2 直流电机数学方程 43

3.2.3 直流电机机械特性分析 44

3.2.4 直流电机控制器原理 46

3.2.5 直流电机驱动系统的特点 47

3.3 交流感应电机驱动系统 47

3.3.1 交流感应电机工作原理 47

3.3.2 基于感应电机稳态模型的变压变频调速 49

3.3.3 交流感应电机矢量控制算法 51

3.3.4 交流感应电机直接转矩控制算法 54

3.3.5 交流感应电机驱动系统特点 55

3.4 交流永磁电机驱动系统 55

3.4.1 交流同步电机工作原理 56

3.4.2 永磁同步电机数学模型及控制系统 57

3.4.3 无刷直流电机工作原理 58

3.4.4 无刷直流电机数学模型及控制系统 59

3.4.5 交流永磁电机驱动系统特点 61

3.5 开关磁阻电机 61

3.5.1 开关磁阻电机工作原理 61

3.5.2 开关磁阻电机的数学模型 62

3.5.3 电动汽车SR电机控制系统 63

3.5.4 开关磁阻电机驱动系统的特点 64

3.6 电机驱动系统总结 64

参考文献 65

第4章 动力电池系统 67

4.1 概述 67

4.2 动力电池的基本术语 69

4.3 电动车辆对电池性能的要求 70

4.3.1 纯电动汽车电池的工作要求 70

4.3.2 混合动力汽车对电池的工作要求 71

4.3.3 可外接充电式混合动力汽车（PHEV）对电池的工作要求 71

4.3.4 电动车用电池的具体指标要求举例 72

4.4 电动车用电池的主要种类及特点 74

4.4.1 铅酸电池 74

4.4.2 镍氢电池 75

4.4.3 锂离子电池 77

4.4.4 ZEBRA电池 80

4.5 电池测试方法 82

4.5.1 单体、模块与电池组 82

4.5.2 电动汽车动力电池国内标准 83

4.5.3 国外动力电池的试验方法 83

4.6 电池管理系统 85

4.6.1 电池管理系统概述 85

4.6.2 电动汽车电池管理系统举例 86

4.7 电动车用电池管理的关键技术 87

4.7.1 电池模型应用 87

4.7.2 SOC估计 92

4.7.3 电池组热管理 95

4.8 动力电池技术前景展望 99

参考文献 100

第5章 超级电容与飞轮储能装置 104

5.1 超级电容的研究现状 104

5.2 超级电容的储能机理及分类 105

5.2.1 超级电容的储能机理 105

5.2.2 超级电容的分类 107

5.3 碳镍体系超级电容 109

5.3.1 充电过程 109

5.3.2 放电过程 110

5.4 超级电容的模型 110

5.4.1 超级电容的理论模型 110

5.4.2 超级电容等效电路模型 113

5.5 超级电容在电动汽车上的应用 115

5.5.1 超级电容与动力电池的比较 115

5.5.2 超级电容组的电压均衡问题 116

5.5.3 超级电容在车辆上的应用 118

5.6 飞轮储能装置 119

5.6.1 飞轮储能装置的结构及原理 119

5.6.2 飞轮储能装置与其他储能装置的比较 122

5.6.3 飞轮储能装置发展现状 123

5.6.4 飞轮储能装置关键技术 125

参考文献 126

第6章 质子交换膜燃料电池 128

6.1 燃料电池概述 128

6.1.1 燃料电池的分类 128

6.1.2 车用燃料电池及其关键技术 130

6.1.3 燃料电池的性能指标 132

6.2 质子交换膜燃料电池的工作原理 134

6.3 膜电极 135

6.3.1 聚合物电解质膜 136

6.3.2 电催化剂 140

6.4 双极板 142

6.5 燃料电池的水管理和热管理 145

6.5.1 燃料电池的水管理 145

6.5.2 燃料电池的热管理 149

6.6 增压式燃料电池和常压式燃料电池 150

6.6.1 增压式燃料电池 151

6.6.2 常压式燃料电池 153

6.7 燃料电池的相关计算 155

6.7.1 燃料电池单体的电压及效率的计算 155

6.7.2 空气流量计算 159

6.7.3 氢气流量 160

6.7.4 水的生成量计算 160

参考文献 161

第7章 电动转向、制动及其他电动化辅助系统 162

7.1 电动助力转向系统 162

7.1.1 电动助力转向系统概述 162

7.1.2 电动助力转向系统的分类 163

7.2 用于电动车辆的气压制动系统 170

7.2.1 电动车辆的空气压缩机控制回路 170

7.2.2 电动制动空气压缩机 172

7.3 电动制动器（EMB） 174

参考文献 176

第8章 电动汽车的电气系统 178

8.1 电气系统概述 178

8.1.1 低压电气的控制逻辑 178

8.1.2 高压电气系统 179

8.2 电源变换器 180

8.2.1 电动汽车中的电源变换器 180

8.2.2 降压变换器 181

8.2.3 升压变换器 182

8.2.4 双向电源变换器 183

8.3 电气系统的电磁兼容性 186

8.3.1 电磁兼容概述 187

8.3.2 电磁噪声的分析 187

8.3.3 电磁噪声的传播 189

8.3.4 减少电磁干扰的主要措施 191

8.4 电动汽车的电气安全技术 197

8.4.1 电气绝缘检测的一般方法 197

8.4.2 电动汽车电气绝缘性能的描述 198

8.4.3 绝缘电阻检测原理 198

参考文献 199

第9章 纯电动车辆 200

9.1 纯电动车辆概述 200

9.2 美国的电动汽车计划和通用汽车公司的纯电动轿车EV-1 201

9.3 美国TESLA Motors公司的纯电动跑车Tesla Roadster 206

9.4 法国的电动汽车发展历程和标致-雪铁龙集团的纯电动轿车 207

9.5 日本的纯电动汽车研发概况 209

9.6 中国的纯电动汽车和电动汽车示范基地 209

9.7 小型电动车和电动工程车 210

9.7.1 小型电动车介绍 210

9.7.2 小型电动车的一般结构 215

9.7.3 四轮小电动车的安全设计标准 219

参考文献 219

第10章 混合动力电动汽车 221

10.1 混合动力电动汽车概述 221

10.2 传统内燃机车辆的能量利用情况 223

10.3 混合动力驱动系统的节能潜力 225

10.4 混合动力汽车的排放问题 227

10.5 混合动力电动车的分类 227

10.5.1 串联混合动力系统 230

10.5.2 并联混合动力系统 231

10.5.3 混联式混合动力电动车 236

10.6 混合动力电动车的能量管理与控制策略 240

10.6.1 串联式混合动力系统的工作模式 241

10.6.2 并联式混合动力系统的工作模式 241

10.6.3 混合动力系统的能量管理策略 242

10.7 可外接充电式混合动力汽车（PHEV） 243

10.7.1 PHEV的发展背景 243

10.7.2 PHEV的工作模式 244

10.7.3 PHEV的研发现状 245

10.7.4 当前PHEV研究的主要问题 250

10.8 不同类型混合动力车与传统汽油车总效率的比较 252

参考文献 253

第11章 燃料电池汽车 255

11.1 燃料电池汽车的基本结构 255

11.2 燃料电池汽车动力系统的参数匹配方法 257

11.2.1 理想的动力驱动系统的参数优化匹配方法 258

11.2.2 实用的动力驱动系统的参数优化匹配方法 260

11.2.3 整车参数、动力性指标与目标工况 261

11.3 燃料电池汽车燃料经济性的计算 262

11.3.1 燃料电池系统氢气消耗量的计量方法 262

11.3.2 蓄电池等效氢气消耗量的折算 265

11.4 燃料电池汽车动力驱动系统的参数匹配举例 267

11.4.1 车辆行驶需求功率及功率谱分析 268

11.4.2 驱动电机参数的选择 272

11.5 传动系速比的选择 275

11.5.1 传动系最小传动比的选择 276

11.5.2 传动系最大传动比的选择 276

11.5.3 固定速比齿轮传动系的传动比选择 278

11.6 动力源参数匹配与系统构型分析 279

11.6.1 双动力源之间的基本能量分配策略 279

11.6.2 “FC+B_DC/DC（功率混合型）”构型的能量分配策略 280

11.6.3 “FC_DC/DC+B（能量混合型）”构型的能量分配策略 283

11.6.4 燃料电池系统的特性参数 283

11.6.5 蓄电池系统的参数选择 284

11.7 国外燃料电池汽车的研究进展 286

11.7.1 美国通用汽车公司 286

11.7.2 美国福特汽车公司 289

11.7.3 加拿大巴拉德动力系统 290

11.7.4 戴姆勒-奔驰汽车公司 290

11.7.5 日本丰田汽车公司 294

11.7.6 日本本田汽车公司 296

参考文献 298

第12章 整车控制与系统仿真 300

12.1 整车控制系统及其功能分析 300

12.1.1 控制对象 300

12.1.2 整车控制系统结构 302

12.1.3 整车控制器功能 303

12.2 整车控制器开发 304

12.2.1 开发模式 304

12.2.2 硬件在环开发系统 307

12.2.3 仿真模型 310

12.2.4 快速控制器原型 317

12.3 能量管理策略及其优化 320

12.3.1 混联式混合动力系统 320

12.3.2 燃料电池串联式系统 323

12.4 整车通信系统 326

12.4.1 CAN总线及其应用 327

12.4.2 TTCAN协议及通信实时性分析 329

12.4.3 FlexRay总线及其应用 334

12.5 整车容错控制系统 337

12.5.1 容错单元及容错控制系统 338

12.5.2 容错的CAN通信系统 341

参考文献 344

第13章 充电装置与氢系统基础设施 345

13.1 充电装置与电动汽车 345

13.1.1 充电装置与电动汽车及电池系统的安全性 345

13.1.2 充电装置与电池组使用寿命和电动汽车的运行成本 346

13.1.3 充电装置和纯电动汽车的能耗指标 347

13.1.4 充电设备与运行管理成本 348

13.2 电动汽车充电装置的分类 348

13.3 电动汽车充电技术和充电装置研究的进展 352

13.3.1 电动汽车充电技术研究取得的成果 352

13.3.2 电动汽车充电装置系统集成技术新进展 356

13.3.3 非接触电力传输充电装置研究的最新进展 358

13.4 电动汽车充电站的构架方案 358

13.5 电动汽车充电装置的展望 364

13.6 燃料电池汽车和氢燃料 364

13.6.1 燃料电池和氢燃料 364

13.6.2 氢的基本性质 365

13.7 氢燃料的制取 366

13.7.1 电解水制氢 367

13.7.2 天然气蒸汽重整制氢 368

13.7.3 来自焦化厂、氯碱工厂或石油精炼厂的副产品氢 369

13.7.4 集中与分布制氢的氢成本比较 370

13.8 加氢站构成与系统方案 370

13.8.1 加氢站组成 371

13.8.2 加氢站系统类型 372

13.8.3 加氢机 373

13.8.4 加氢站建设成本 374

13.8.5 全球主要燃料电池大客车示范项目的加氢站 375

13.9 氢安全 381

参考文献 382

第14章 标准与法规 385

14.1 我国电动汽车标准法规的现状 385

14.2 国外电动车辆标准化组织及所制定的标准简介 388

14.2.1 国际标准化组织 388

14.2.2 国际电工委员会 389

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 391

14.2.4 联合国世界车辆法规协调论坛 391

14.2.5 美国汽车工程师学会 392

14.2.6 美国电动运输协会标准 393

14.2.7 日本电动车辆协会 393

参考文献 394