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第1章 城市轨道交通新能源技术发展现状 1

1.1 城市交通运输对环境的影响 1

1.1.1 环境污染 1

1.1.2 全球变暖 2

1.1.3 石油资源 3

1.1.4 引发的思索 5

1.2 城市交通运输发展策略 6

1.2.1 新能源对交通运输的重要性 6

1.2.2 新能源技术加快发展的国际背景 8

1.2.3 中国发展新能源车辆的国内背景 15

1.3 我国城市轨道交通行业新能源技术规划及发展趋势 18

1.3.1 轨道交通行业十二五规划 18

1.3.2 轨道交通行业新能源技术发展规划解读 19

1.3.3 几种有轨电车供电方式对比分析 20

1.3.4 几种有轨电车经济性对比分析 22

第2章 燃料电池基础知识 28

2.1 燃料电池的分类方式 28

2.1.1 燃料电池的种类 28

2.1.2 几种典型的燃料电池 33

2.1.3 燃料电池的优缺点 36

2.1.4 燃料电池急需解决的关键问题 37

2.2 燃料电池系统结构与工作原理 38

2.2.1 燃料电池的工作原理 38

2.2.2 质子交换膜燃料电池系统的组成 40

2.2.3 氢气系统概述 42

2.3 燃料电池系统的失效分析 45

2.3.1 燃料电池系统失效方式 45

2.3.2 燃料电池系统控制器 46

2.4 国内外燃料电池技术及应用现状 46

2.4.1 国外燃料电池技术及应用现状 47

2.4.2 国内燃料电池技术及应用现状 50

2.4.3 国内外氢能及配套基础设施发展现状 51

第3章 超级电容基础知识及应用技术 56

3.1 超级电容结构与工作原理 56

3.1.1 超级电容的种类 56

3.1.2 超级电容的结构原理 57

3.1.3 超级电容的基本特征与技术指标 60

3.1.4 超级电容的数学模型 61

3.1.5 超级电容的应用特性 62

3.2 超级电容器在新能源车辆上的应用 64

3.2.1 超级电容器在纯电动公交车／有轨电车上的应用 64

3.2.2 超级电容器在油电混合动力车辆上的应用 64

3.2.3 超级电容器使用的注意事项 65

3.3 超级电容的发展 66

3.3.1 超级电容技术的发展趋势 66

3.3.2 国外的超级电容产品 67

3.3.3 国内的超级电容产品 68

第4章 动力电池基础知识 73

4.1 电池的基本构成及性能指标 73

4.1.1 电池的类型 73

4.1.2 电池的基本构成 74

4.1.3 电池及电池组的相关概念 74

4.1.4 电池的性能指标 75

4.1.5 常用蓄电池 79

4.1.6 电动车辆对动力电池的要求 82

4.2 锂电池结构与工作原理 86

4.2.1 锂离子电池的种类与特点 86

4.2.2 锂离子电池的结构与工作原理 88

4.2.3 锂离子电池的充放电特性 90

4.2.4 锂离子电池的充放电方法 91

4.2.5 锂离子电池的模型 96

4.2.6 锂离子电池的热特性与冷却方法 97

4.2.7 锂离子电池的失效机理 101

4.2.8 锂离子电池使用安全性的影响因素 102

4.2.9 磷酸铁锂电池的外特性 103

4.2.10 动力电池使用寿命的影响因素 105

4.3 动力电池管理系统 106

4.3.1 动力电池管理系统的基本构成和功能 107

4.3.2 动力电池管理系统的设计 110

4.3.3 动力电池状态监测的相关问题 112

4.4 动力电池的特性测试 114

4.4.1 动力电池特性测试的内容 114

4.4.2 动力电池特性测试的相关标准及主要测试项目 118

4.4.3 动力电池特性测试的相关仪器设备 120

4.4.4 动力电池特性仿真分析工具 121

4.4.5 动力电池特性测试平台实例 123

4.5 动力电池SOC的评估 133

4.5.1 动力电池SOC评估的作用 133

4.5.2 动力电池SOC的评估方法 134

4.5.3 动力电池SOC评估的难点 136

4.5.4 提高动力电池一致性的措施 138

4.6 动力电池的均衡控制 138

4.6.1 动力电池均衡控制管理的意义 139

4.6.2 动力电池均衡控制管理的难点 139

4.6.3 动力电池均衡控制管理的方法 139

4.7 电池组的匹配设计 143

4.7.1 电动车辆能耗经济性评价参数 143

4.7.2 电池组的功能要求 145

4.8 动力电池的梯次利用与回收 146

4.8.1 动力电池梯次利用 146

4.8.2 动力电池回收 146

4.9 国内外动力锂电池产品发展现状及主要生产厂家 147

4.9.1 国外主要动力锂电池产品生产厂家 147

4.9.2 国内主要动力锂电池产品生产厂家 148

第5章 超级电容／动力电池混合动力有轨电车 151

5.1 发展混合动力轨道交通车辆的背景及意义 151

5.1.1 背景及意义 151

5.1.2 国内外混合动力轨道车辆 151

5.1.3 混合动力轨道车辆技术分析 155

5.1.4 混合动力轨道车辆应用前景分析 158

5.2 混合动力系统的组成及技术参数 158

5.2.1 DC／DC变流器主要技术参数 160

5.2.2 混合动力电源箱主要技术参数 160

5.2.3 牵引逆变器 161

5.2.4 制动电阻 161

5.2.5 牵引电机 162

5.2.6 控制系统 162

5.3 混合动力系统性能参数估算 162

5.3.1 混合动力系统相关参数 162

5.3.2 车辆纵向动力学分析模型 164

5.3.3 系统参数匹配计算方法 167

5.3.4 储能设备能力计算 169

5.3.5 动力电池及超级电容数量的确定 172

5.3.6 混合动力有轨电车的制动能量回收 174

5.4 双向DC／DC变流器工作原理 175

5.4.1 混合动力有轨电车双向DC／DC变流器的工作要求 175

5.4.2 混合动力有轨电车双向DC／DC变流器拓扑结构的选择 175

5.4.3 混合动力有轨电车双向DC／DC变流器模型 177

5.5 复合电源系统工作原理及仿真研究 180

5.5.1 超级电容与动力电池模型 181

5.5.2 复合电源系统控制方式 183

5.5.3 复合电源功率分配控制策略 185

5.5.4 功率流分配策略算法 187

5.5.5 复合电源供电能力仿真分析 188

5.6 混合动力有轨电车运行仿真研究 195

5.6.1 混合动力仿真软件 195

5.6.2 国内某线路的混合动力方案设计 197

5.6.3 结论 214

5.7 储能式有轨电车应用展望 214

第6章 燃料电池／超级电容／动力电池混合动力有轨电车开发 215

6.1 氢燃料电池轨道车辆效益分析 215

6.2 混合动力系统组成及技术参数 217

6.3 混合动力系统详细设计方案 219

6.3.1 车辆设备布局优化设计 219

6.3.2 混合动力电源箱DC／DC主要技术参数 220

6.3.3 超级电容主要技术参数 221

6.3.4 动力电池组技术参数 222

6.3.5 燃料电池系统技术参数 222

6.4 混合动力系统匹配设计与牵引特性分析 224

6.4.1 牵引特性分析 224

6.4.2 能量控制策略 227

6.5 混合动力系统集成设计技术 230

6.5.1 气路接口 230

6.5.2 冷却接口 232

6.5.3 电气／机械接口 233

6.5.4 冷起动系统 237

6.5.5 防冻保护 238

6.5.6 氢气泄漏检测 239

6.6 能量综合利用及节能减排技术 239

6.6.1 燃料电池有轨电车运行能耗影响因素权重分析 239

6.6.2 系统功耗优化分配与节能分析 254

6.6.3 动力电池箱综合冷却方案设计／引空调风冷却技术 257

6.6.4 燃料电池系统冷却装置减振降噪技术 265

6.6.5 余热利用技术 270

6.7 燃料电池混合动力有轨电车高压氢气加注方案 272

6.7.1 加注系统方案 272

6.7.2 加注方案说明 273

6.7.3 加注说明 276

6.7.4 紧急事故处理预案 278

6.8 燃料电池混合动力有轨电车应用展望 280

6.8.1 氢燃料有轨电车最佳解决方案需求分析 280

6.8.2 顶层设计指标分析 280

6.8.3 下一代燃料电池系统技术需求分析 282

6.8.4 模块化设计 283

参考文献 285