汽车工程手册 10 新能源车辆设计篇PDF电子书下载

第1章 汽车面临的各种形势 1

总论 1

1.1 地球环保问题 4

1.1.1 地球环保问题的定义 4

1.1.2 全球气候变暖 4

1.1.3 小结 12

1.2 能源问题 12

1.2.1 近年来汽车周边状况 12

1.2.2 关于汽车方面的“节省石油”“摆脱石油” 13

1.2.3 运输用能源的前景 14

1.2.4 小结 16

1.3 汽车的历史 17

1.3.1 概述 17

1.3.2 黎明期的汽车 17

1.3.3 汽油机车的兴起 19

1.3.4 20世纪初期的混合动力车 19

1.3.5 第二次世界大战前后的电动车 19

1.3.6 1960—1970年的电动车开发 19

1.3.7 ZEV规定、对节能政策的应对 20

1.3.8 混合动力车的研究开发 21

1.3.9 氢燃料电池 22

1.3.10 插电式混合动力车 23

1.3.11 世界各地的电动车战略 23

1.4 汽车的电动化 24

1.4.1 电动车辆的历史 24

1.4.2 电动汽车的分类 24

1.4.3 电动汽车技术 26

1.4.4 电动汽车的特点 28

1.4.5 电动车辆的未来 29

1.5 由汽车电子到动力电子 31

1.5.1 汽车电子的历史 31

1.5.2 汽车电子扩展带来的冲击 31

1.5.3 汽车电动机的历史 33

1.5.4 系统整合 33

1.5.5 电子、电动化、综合控制的课题 36

1.6 汽车稀有金属和回收利用 37

1.6.1 概述 37

1.6.2 稀有金属的现状 37

1.6.3 稀有金属本身的问题点 40

1.6.4 稀有金属的供需平衡和价格变动 41

1.6.5 稀有金属的供需和资源环境问题 43

1.6.6 稀有金属的枯竭性 49

1.6.7 汽车用稀有金属的原始使用单位 50

1.6.8 稀有金属的回收利用 52

1.6.9 降低稀有金属的使用量及替代技术的开发 54

1.6.10 小结 55

参考文献 57

第2章 电池和电容器 61

总论 61

2.1 铅酸蓄电池（36 V、 12 V） 66

2.1.1 汽车用铅酸蓄电池的概况 66

2.1.2 铅酸蓄电池的原理 67

2.1.3 汽车用铅酸蓄电池的结构、制造方法及其类别 68

2.1.4 汽车用铅酸蓄电池的基本特性 70

2.1.5 汽车用铅酸蓄电池的劣化形式及其抑制对策 71

2.1.6 关于在汽车中的应用现状 74

2.1.7 关于汽车用铅酸蓄电池的安全性 77

2.1.8 课题和今后的实施 77

2.2 镍氢蓄电池 77

2.2.1 镍氢蓄电池的概要 77

2.2.2 镍氢蓄电池的原理 78

2.2.3 电动汽车用镍氢蓄电池 79

2.2.4 混合动力车用镍氢电池 81

2.3 锂电池 84

2.3.1 锂电池的历史 84

2.3.2 基本工作原理与结构 85

2.3.3 锂离子电池的组成材料 86

2.3.4 锂离子电池的基本特性 88

2.3.5 汽车用电池 89

2.3.6 安全性 93

2.3.7 今后的课题 93

2.4 双电层电容器 95

2.4.1 概述 95

2.4.2 双电层电容器的历史 95

2.4.3 双电层电容器的基本工作原理 96

2.4.4 双电层电容器的组成材料 97

2.4.5 双电层电容器的基本性能 98

2.4.6 双电层电容器的安全性 100

2.4.7 对今后的展望 103

2.5 燃料电池 104

2.5.1 燃料电池的历史 104

2.5.2 燃料电池的种类 105

2.5.3 基本工作原理 106

2.5.4 燃料电池的特性 107

2.5.5 在汽车用途方面的现状 109

2.5.6 课题及今后的实施 110

2.6 下一代电池 112

2.6.1 下一代电池的路线图 112

2.6.2 第二代锂离子电池 115

2.6.3 革新型锂离子蓄电池——革新型电池的可能性 118

参考文献 121

第3章 电动机 126

总论 126

3.1 电动机基础 128

3.1.1 电动机相关的电磁学 128

3.1.2 磁化 132

3.1.3 转矩及功率 133

3.1.4 电动机工作点 134

3.1.5 旋转磁场及电动机绕组 135

3.2 各种电动机 136

3.2.1 直流电动机 137

3.2.2 感应电动机 140

3.2.3 永磁同步电动机 142

3.2.4 磁阻电动机 143

3.3 电动机设计 144

3.3.1 电动机设计（HEV THS） 144

3.3.2 电动机设计（HEV并联） 148

3.3.3 电动机设计（EV） 150

3.4 汽车搭载电动机实例 154

3.4.1 丰田（Prius·雷克萨斯） 154

3.4.2 本田（Insight） 155

3.4.3 三菱（i-MiEV ） 156

3.4.4 富士重工（Plug-in Stella） 157

3.4.5 日产（聆风） 158

3.4.6 日野（客车） 159

3.4.7 东洋电动机（轮毂电动机） 161

参考文献 162

第4章 电力电子学 164

总论 164

4.1 电力电子学 164

4.1.1 电力电子学的定义 164

4.1.2 电力转换的种类 165

4.1.3 电力电子学的进化 165

4.1.4 交流电动机驱动实用化 166

4.1.5 其他电力电子学 166

4.2 电力转换器 166

4.2.1 斩波器 167

4.2.2 逆变器 168

4.2.3 DC-DC转换器 171

4.3 电动装置 172

4.3.1 IGBT的特点及开发动向 172

4.3.2 总成、安装技术的开发动向 174

4.3.3 车载动力装置的可靠性 175

4.3.4 耐热性能的改善及高温化 176

4.3.5 SiC、 GaN的可行性与今后的发展 177

4.4 控制 177

4.4.1 电动机控制 177

4.4.2 转速传感器 184

4.5 电力电子学设计 187

4.5.1 逆变器 187

4.5.2 DC-DC转换器 190

4.5.3 车载充电器及AC 100V用逆变器 192

4.6 汽车搭载电力电子学 198

4.6.1 丰田（普锐斯） 198

4.6.2 本田（Insight） 199

4.6.3 三菱（i-MiEV ） 199

4.6.4 富士重工（Plug-in Stella ） 202

4.6.5 日产（聆风） 203

4.6.6 日野（载货车） 204

参考文献 205

第5章 系统集成 207

总论 207

5.1 丰田混合动力系统（THS） 211

5.1.1 第一代普锐斯（THS） （1997—2003） 211

5.1.2 第二代普锐斯（THSⅡ）（2003—2009） 214

5.1.3 RX 400h （THS Ⅱ）（2005—2009） 216

5.1.4 GS 450h（THS Ⅱ）（2006—） 217

5.1.5 第三代普锐斯（THS Ⅲ）（2009—） 218

5.1.6 减振控制 219

5.1.7 其他混联式混合动力系统 221

5.2 IMA系统 222

5.2.1 系统目的与目标 222

5.2.2 系统构成 223

5.2.3 IMA系统工作模式概要 229

5.2.4 系统发展前景 230

5.3 e-4WD四驱 230

5.3.1 开发背景 230

5.3.2 系统构成 230

5.3.3 后轮驱动电动机的驱动扭矩控制 231

5.3.4 4WD性能设计概念 232

5.3.5 4WD控制 232

5.3.6 低油耗设计概念 232

5.3.7 主要组成部件 233

5.3.8 e-4WD系统成效 235

5.3.9 今后发展前景 235

5.4 怠速停机系统 235

5.4.1 怠速停机系统定位 235

5.4.2 怠速停机系统开发背景 235

5.4.3 怠速停机系统的历史和特点 237

5.4.4 怠速停机的技术课题和对策 243

5.4.5 怠速停止的普及和扩大 245

5.5 电池系统 246

5.5.1 系统构成 246

5.5.2 电池组 246

5.5.3 电池管理系统 247

5.5.4 电池冷却系统 249

5.5.5 动力电池系统搭载设计 250

5.6 电源系统 250

5.6.1 汽车用电源系统特点 250

5.6.2 汽车电源的变迁和动向 251

5.6.3 汽车电力管理 255

5.6.4 高电压电源系统设计注意事项 258

5.7 冷却系统 264

5.7.1 THS电池冷却系统 264

5.7.2 THS逆变器的冷却系统 266

5.8 空调系统 268

5.8.1 概述 268

5.8.2 降低热负荷技术 268

5.8.3 热源创新技术 270

5.8.4 电动压缩机、逆变器 271

参考文献 274

第6章 性能（设计方法·评价方法·试验方法） 276

总论 276

6.1 电驱动系统的设计 278

6.1.1 电动车的特点及高电压系统的构成 278

6.1.2 驱动用电动机的输入／输出功率特性 278

6.1.3 附件类高电压设备 279

6.1.4 驱动电池 280

6.2 EV、 HEV的评价 283

6.2.1 前言 283

6.2.2 EV试验方法 283

6.2.3 HEV试验方法 283

6.2.4 PHEV的试验方法 284

6.2.5 关于EV等评价的其他课题 287

6.3 尾气排放、油耗、电能消耗率及动力性能试验方法 288

6.3.1 EV试验方法 288

6.3.2 HEV试验方法 289

6.3.3 大型HEV的排放气体及油耗试验方法 291

6.4 基于Well to Wheel分析的C02换算法 293

6.4.1 WtW分析与汽车LCA 293

6.4.2 WtT分析 295

6.4.3 WtW分析 298

6.4.4 WtW分析 298

6.4.5 小结 298

6.5 车载电力电子学装置的EMC 298

6.5.1 序言 298

6.5.2 EMC标准与试验方法 299

6.5.3 电动机、逆变器系统的EMC理论 300

6.5.4 EMC车载电动机、逆变器系统的设计实例 302

6.5.5 小结 305

6.6 LCA（生命周期评估法） 305

6.6.1 LCA 305

6.6.2 汽车的LCA评估方法 306

6.6.3 HEV、 EV等的评估 309

参考文献 312

第7章 车辆运动控制 314

总论 314

7.1 运动控制（机理） 316

7.1.1 左右驱动力分配 317

7.1.2 俯仰 318

7.1.3 驱动 318

7.1.4 乘坐舒适性 319

7.2 运动管理（控制） 320

7.2.1 前言 320

7.2.2 基于检测器的并行防侧滑控制 320

7.2.3 利用横摆力矩监测器进行行驶稳定性控制 321

7.2.4 利用转向系统刚度推算值进行行驶稳定性控制 322

7.2.5 车辆控制仿真结果 323

7.2.6 车辆控制的试验结果 324

7.2.7 小结 326

7.3 线控系统（By Wire System） 326

7.3.1 线控的优点 326

7.3.2 系统的种类 326

7.3.3 关于系统的可靠性 331

7.3.4 关于线控车辆 331

7.3.5 线控技术的未来 333

7.4 群行车控制 333

7.4.1 概述 333

7.4.2 基于自动驾驶的群行车优点 333

7.4.3 实现群行车的技术课题 334

7.4.4 队列行驶 334

7.4.5 鱼群行驶 336

参考文献 339

第8章 充电设备（基础设施） 340

总论 340

8.1 电动汽车充电（快速充电） 344

8.1.1 快速充电方式的概要 344

8.1.2 安全性的确保 345

8.1.3 充电方式的标准化动向 345

8.2 插电式混合动力车的充电（普通充电） 347

8.2.1 何谓插电式混合动力车 347

8.2.2 丰田插电式混合动力系统概要 348

8.2.3 插电式混合动力车的充电系统 348

8.2.4 普通充电系统的注意要点 350

8.2.5 公共充电 351

8.3 充电插接器、通信 351

8.3.1 充电系统概论 351

8.3.2 车辆连接器 352

8.3.3 通信 354

8.4 非接触式供电（电磁感应） 355

8.4.1 前言 355

8.4.2 电磁感应式非接触供电技术的基本原理 355

8.4.3 EV的非接触式电力传输技术的开发动向 358

8.4.4 行驶中充电 360

8.4.5 电磁感应方式的课题 361

8.5 非接触式供电（电磁共鸣） 361

8.5.1 前言 361

8.5.2 磁场共鸣的特征 362

8.5.3 磁场共鸣的基本特性 362

8.5.4 近场电磁场状态 365

8.5.5 磁场共鸣的等效电路 365

8.5.6 kHz～MHz～GHz的扩展 366

8.5.7 中继线圈的可行性 368

8.5.8 小结 369

8.6 非接触式供电（微波） 369

8.6.1 开发背景、目的 369

8.6.2 无线充电系统原理 369

8.6.3 本系统的设备概要 370

8.6.4 本系统的特征及优点 372

8.6.5 目前的开发状况 372

8.6.6 课题及今后的展望 373

8.7 电池更换系统 374

8.7.1 概述 374

8.7.2 应用实例 374

8.7.3 优点及技术课题 375

8.8 家与汽车 376

8.8.1 前言 376

8.8.2 房地产开发商在环保方面的努力 376

8.8.3 带有蓄电池的HEMS 377

8.8.4 小结 378

8.9 智能电网与微电网 378

8.9.1 前言 378

8.9.2 智能电网 378

8.9.3 智能电网的技术内容 379

8.9.4 配电系统的电压控制概要 381

8.9.5 微电网 381

8.9.6 基于微电网的监控控制技术 382

8.9.7 电动汽车与电力系统的联动 383

8.9.8 与电动汽车联动时对主干系统的影响 383

8.9.9 小结 384

参考文献 385

第9章 车辆介绍（小型车、客车、个人移动工具） 388

总论 388

9.1 三菱i-MiEV 389

9.1.1 概述 389

9.1.2 目标 389

9.1.3 特点 389

9.1.4 主要组件 390

9.1.5 显示系统 390

9.1.6 操作系统 390

9.1.7 安全性 390

9.2 斯巴鲁（ Subaru）插电式Stella 391

9.2.1 开发目标 391

9.2.2 车辆概要 391

9.2.3 动力装置 393

9.2.4 电池组 393

9.2.5 电池管理系统 393

9.2.6 充电系统 394

9.2.7 车辆应用技术 394

9.2.8 空调系统 395

9.2.9 组合仪表 395

9.2.10 动力、驾驶性能 395

9.2.11 振动噪声性能 395

9.3 日产聆风 396

9.3.1 前言 396

9.3.2 日产聆风EV系统 396

9.3.3 日产聆风的车辆性能 400

9.3.4 小结 401

9.4 丰田插电式普锐斯 401

9.4.1 PHEV的目标 402

9.4.2 PHEV的有效性 402

9.4.3 PHEV方式比较 403

9.4.4 插电式普锐斯车辆概要 403

9.5 本田Insight 405

9.5.1 第一代Insight 405

9.5.2 第二代Insight 407

9.6 丰田第三代普锐斯 412

9.6.1 第三代普锐斯的开发 412

9.6.2 先进的混合动力性能 412

9.6.3 功能模式化的“先进车型” 413

9.6.4 领先时代的“先进装备” 413

9.7 日野混合动力客车 414

9.7.1 前言 414

9.7.2 开发过程 414

9.7.3 混合动力系统 415

9.7.4 第四代混合动力客车（最新车型） 416

9.7.5 小结及今后的课题 417

9.8 丰田FCHV-adv 417

9.8.1 丰田FCHV - adv概要 417

9.8.2 车辆系统 417

9.8.3 主要性能改进 418

9.8.4 普及工作 420

9.8.5 小结 420

9.9 本田FCX Clarity 420

9.9.1 概要 420

9.9.2 开发目标 421

9.9.3 车辆造型及装备 421

9.9.4 动力传动系统搭载技术 422

9.10 Eliica（Electric Lithium-Ion Car） 424

9.10.1 高性能电动汽车Eliica的开发目标 424

9.10.2 主要技术 424

9.10.3 集成底盘 425

9.10.4 车身设计 425

9.10.5 性能试验 426

9.10.6 小结 426

9.11 Personal Mobility（个人移动器） 426

9.11.1 概述 426

9.11.2 技术概要 427

9.11.3 面向实用化的努力 428

9.11.4 Personal Mobility（个人移动器）「i-unit」 「 i -REAL」 429

9.12 Segway 432

9.12.1 概要 432

9.12.2 技术构成 434

9.12.3 Segway的环境性能 434

9.13 上海电容器无轨电车 435

9.13.1 前言 435

9.13.2 上海市的无轨电车 435

9.13.3 无架线·无轨电车的登场 435

9.13.4 超级电容器 436

9.13.5 公车站的充电台 436

9.13.6 系统特征 436

9.13.7 营业运行的经过 436

9.13.8 小结 437

参考文献 438

第10章 法规·标准 440

总论 440

10.1 电动汽车的安全标准及标准动向 445

10.1.1 概要 445

10.1.2 ECE R100 446

10.1.3 ECE R12、 ECE R94、ECE R95 （R12、 R94、R95）的修订方案 447

10.1.4 联邦机动车辆安全标准305 （FMVSS305 ） 449

10.1.5 其他标准、规范的动向 449

10.2 电动车的燃料消耗率、电耗的试验方法与相关标准 449

10.2.1 概述 449

10.2.2 燃料消耗率及电量消耗率试验方法 450

10.3 电池的运输规定 455

10.3.1 概述 455

10.3.2 危险品运输规则体系 455

10.3.3 危险货物的分类及概要 457

10.3.4 锂离子电池的运输规则 457

10.3.5 对其他电池的运输规定 459

10.3.6 汽车的运输规则 459

10.4 关于充电系统的法规、标准 459

10.4.1 标准 459

10.4.2 法规 463

10.5 电磁兼容性（EMC）、低频磁场的法规、标准动向 463

10.5.1 概述 463

10.5.2 国际协调标准ECE R10-03上的EV、 HEV 464

10.5.3 充电系统中普通EMC指令的应用 465

10.5.4 ICNIRP指导方针与低频电磁场限制的动向 466

10.6 与电动车辆的静音性相关的问题和对策 468

10.6.1 前言 468

10.6.2 经过 468

10.6.3 关于对策 469

10.6.4 指导方针 470

10.6.5 车辆接近警报装置的实际情况 471

10.6.6 日本以外动向 471

10.6.7 今后的课题 472

10.7 氢燃料电池车的法规、标准 472

10.7.1 概述 472

10.7.2 填充插接器 472

10.7.3 氢气填充协议 473

10.7.4 氢气燃料标准 474

参考文献 476

国际单位制（SI） 478