现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车:基本原理、理论和设计(国际电气工程先进技术译丛)(Modern Electric,Hybrid Electric,and Fuel Cell Vehicles)

基本信息·出版社：机械工业出版社

·页码：350 页

·出版日期：2008年

·ISBN：7111244052

·条形码：9787111244059

·包装版本：第1版

·装帧：平装

·开本：16

·正文语种：中文

·丛书名：国际电气工程先进技术译丛

·外文书名：Modern Electric,Hybrid Electric,and Fuel Cell Vehicles

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内容简介《现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车:基本原理、理论和设计》论述了传统的内燃机汽车(ICEs)、电动汽车(EVs)、混合动力电动汽车(HEVs)和燃料电池车(FCVs)的基本原理、理论和设计。基于数学方程对各种传统的和现代的车辆，全面地描述了它们的性能、配置、控制策略、设计方法、模拟和仿真。《现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车:基本原理、理论和设计》还论及车辆系统的分析，即基于内燃机的驱动系，电动汽车设计，混合动力电动汽车构造，电驱动系统，串联式、并联式和轻度混合动力电驱动系的设计方法，能量存储系统，再生制动，燃料电池及其在车辆中的应用，以及燃料电池混合动力电驱动系设计。其中，强调了整体的驱动系的系统，而不仅限于其特殊部件的分析。书中通过逐步展开数学方程描述了设计方法，而且，在阐述各种驱动系的设计方法时，均有仿真结果所对应的设计实例。

作者简介梅尔达德·爱塞尼（Mehrdad Ehsani）教授，梅尔达德·爱塞尼于1973和1974年在奥斯汀的得克萨斯大学先后获电机工程学士与硕士学位，并于1981年获威斯康星。麦迪逊大学电机工程博士学位。

1974～1977年，在得克萨斯大学核聚变研究中心任研究工程师。1977～1981年，在伊利诺斯州的阿贡国家实验室任驻室副研究员，同时，在威斯康星．麦迪逊大学进行能量与控制系统方面的博士学位课题工作。1981年至今，现为得克萨斯农工大学电机工程学院教授，得克萨斯应用电力电子中心主任。在脉冲电源、高电压工程、电力电子和电机驱动方面已发表200余篇论文，并在IEEE工业应用学会1985、1987和1992年的年会上，获得静止式功率变换器和电机驱动方面的论文奖，以及许多其他的荣誉和赏识。1984年，他被得克萨斯专业工程师学会的布拉佐斯（Brazos）分会提名为该年杰出的年轻工程师。1992年在得克萨斯农工大学被提名为该校工程学院的哈力伯顿（Halliburton）教授，1994．年又被提名为工程学院的德莱塞（Dresser）工业教授。2001年，在得克萨斯农工大学实施“课堂指导、学者活动和专业服务的工程规划”中，他被选为2001～2002年度工程学院的鲁思和威廉一尼莱（Ruth&william Neely）/道尔（Dow）化学教授会会员，也因在“混合动力电动汽车的理论和设计”方面的贡献被IEEE车辆学会推选获2001年度创新奖。他是应用于超导磁储能系统的变换器电路一书的合作作者，且是自换向变换器和其他专论的IEEE手册的撰稿人。他有13项已批准或正在申报的美国和EC专利。目前致力于电力电子、电机驱动、混合动力电动汽车及其控制系统的研究工作。

编辑推荐《现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车:基本原理、理论和设计》对与汽车相关的制造工业、管理机构和学术界的工程师、从业者、研究生、高年级大学生、研究工作者和经理们而言，在关于现代汽车体系方面，也是一本内容广泛、综合的参考书。

目录

译者的话

前言

作者简介

第1章环境影响与现代交通运输的历史

1．1大气污染

1．1．1氧化氮化合物

1．1．2一氧化碳

1．1．3未完全燃烧的碳氢化合物

1．1．4其他的污染物质

1．2全球变暖

1．3石油资源

1．4引发的代价

1．5应对将来石油供应的各种交通运输发展策略的重要性

1．6电动汽车的历史

1．7混合动力电动汽车的历史

1．8燃料电池车的历史

参考文献

第2章车辆的基本原理

2．1车辆运动的一般描述

2．2车辆的阻力

2．2．1滚动阻力

2．2．2空气阻力

2．2．3爬坡阻力

2．3动力学方程

2．4轮胎与地面间的附着力和最大牵引力

2．5动力系的牵引力和车速

2．6车辆动力装置和传动装置特性

2．6．1动力装置特性

2．6．2传动装置特性

2．6．2．1手动齿轮传动装置

2．6．2．2流体动力传动装置

2．6．2．3连续变速传动装置

2．7车辆性能

2．7．1最高车速

2．7．2爬坡能力

2．7．3加速性能

2．8运行燃油的经济性

2．8．1内燃机的燃油经济性能

2．8．2车辆燃油经济性的计算

2．8．3改进车辆燃油经济性的基本技术

2．9制动性能

2．9．1制动力

2．9．2前后轮轴上的制动力分布

参考文献

第3章内燃机

3．1四冲程火花点火内燃机

3．1．1工作原理

3．1．2运行参数

3．1．2．1发动机额定值

3．1．2．2每一循环的指示功和平均有效压力

3．1．2．3机械效率

3．1．2．4比油耗和效率

3．1．2．5排放率

3．1．2．6燃油／空气和空气／燃油之比值

3．1．2．7容积效率

3．1．3运行与性能参数之间的关系

3．1．4发动机运行特性

3．1．4．1发动机性能参数

3．1．4，2指示功率和有效功率与扭矩

3．1．4．3油耗特性

3．1．5影响火花点火发动机性能、效率和排放特性的运行变量

3．1．5．1点火定时

3．1．5．2燃油／空气的当量比

3．1．6排放控制

3．1．7改善性能、效率和排放特性的基本技术

3．2四冲程压燃式内燃机

3．3二冲程发动机

3．4汪格尔转子式发动机

3，5斯特林发动机

3．6燃气轮机发动机

3．7拟等温布雷托循环发动机

参考文献

第4章电动汽车

4．1电动汽车的结构

4．2电动汽车的性能

4．2．1牵引电动机的特性

4．2．2牵引力和传动装置要求

4．2．3车辆性能

4．3正常行驶工况下的牵引力

4．4能量消耗

参考文献

第5章混合动力电动汽车

5．1混合动力电驱动系的概念

5．2混合动力电驱动系的构造

5．2．1串联式混合动力电驱动系

5．2．2并联式混合动力电驱动系

5．2．2．1转矩耦合的并联式混合动力电驱动系

5．2．2．2转速耦合的并联式混合动力电驱动系

5．2．2．3转矩耦合与转速耦合的并联式混合动力电驱动系

参考文献

第6章电驱动系统

6．1直流电动机驱动

6．1．1工作原理及其性能

6．1．2组合的电枢电压与励磁控制

6．1．3直流电动机的斩波控制

6．1．4斩波馈电直流电动机的多象限控制

6．1．4．1正转和正转再生制动的两象限控制

6．1．4．1．1含换向开关的单个斩渡器

6．1．4．1．2C型两象限斩波器

6．1．4．2四象限运行

6．2感应电动机驱动

6．2．1感应电动机的基本工作原理

6．2．2稳态性能

6．2．3恒压频比控制

6．2．4电力电子控制

6．2．5磁场定向控制

6．2．5．1磁场定向原理

6．2．5．2控制

6．2．5．3直接转子磁通定向法

6．2．5．4间接转子磁通定向法

6．2．6应用于磁场定向控制的电压源逆变器

6．2．6．1电压源逆变器中的电压控制

6．2．6．2电压源逆变器中的电流控制

6．3永磁无刷直流电动机驱动

6．3．1永磁无刷直流电动机驱动的基本原理

6．3．2永磁无刷直流电动机的结构和分类

6．3．3永磁体材料性能

6．3．3．1铝镍钴

6．3．3．2铁氧体

6．3．3．3稀土永磁体

6．3．4永磁无刷直流电动机的性能分析和控制

6．3．4．1性能分析

6．3．4．2永磁无刷直流电动机驱动的控制

6．3．5扩虔转速技术

6．3．6无检测器技术

6．3．6．1应用检测量和数学的方法

6．3．6．2使用观测器的方法

6．3．6．3使用反电动势感测的方法

6．3．6．4独特的无检测器技术

6．4开关磁阻电动机驱动

6．4．1基本磁结构

6．4．2转矩生成

6．4．3开关磁阻电动机驱动变换器

6．4．4运行模式

6．4．5发电运行(再生制动)模式

6．4．6无检测器控制

6．4．6．1基于相磁链的方法

6．4．6．2基于相电感的方法

6．4．6．2．1基于相电感的无检测器控制

6．4．6．2．2基于相增量电感的无检测器控制

6．4．6．3调制信号注入法

6．4．6．3．1频率调制方法

6．4．6．3．2幅度调制和相位调制方法

6．4．6．3．3基于诊断脉冲的方法

6．4．6．4基于互感电压的方法

6．4．6．5基于观测器的方法

6．4．7开关磁阻电动机驱动的自校正技术

6．4．7．1应用算术方法的自校正

6．4．7．1．1具有平衡电感模式的最优化

6．4．7．1．2参数变化下的最优化

6．4．7．2应用人工神经网络的自校正

6．4．8开关磁阻电动机的振动与噪声

6．4．9开关磁阻电动机设计

6．4．9．1定、转子极数

6．4．9．2定子外径

6．4．9．3转子外径

6．4．9．4气隙

6．4．9．5定子极弧

6．4．9．6定子铁心底座

6．4．9．7性能预测

参考文献

第7章串联式混合动力电驱动系的设计

7．1运行模式

7．2控制策略

7．2．1峰值电源最大荷电状态的控制策略

7．2．2恒温控制策略(发动机开／关控制)

7．3主要部件的分类定位

7．3．1牵引电动机额定功率值的设计

7．3．2发动机／发电机组额定功率值的设计

7．3．3峰值电源设计

7．3．3．1峰值电源的功率容量

7．3．3．2峰值电源的能量容量

7．4设计实例

7．4．1牵引电动机量值的设计

7．4．2齿轮传动比的设计

7．4．3加速性能的检验

7．4．4爬坡能力的检验

7．4．5发动机／发电机组量值的设计

7．4．6峰值电源功率容量的设计

7．4．7峰值电源能量容量的设计

7．4．8耗油量

参考文献

第8章并联式混合动力电驱动系的设计

8．1并联式混合动力电驱动系的控制策略

8．1．1峰值电源最大荷电状态的控制策略

8．1．2发动机开／关的控制策略

8．2电驱动系参数的设计

8．2．1发动机功率容量设计

8．2．2电动机功率容量设计

8．2．3传动装置设计

8．2．4能量存储设计

8．3仿真

参考文献

第9章轻度混合动力电驱动系的设计

9．1制动和传动装置中消耗的能量

9．2并联式轻度混合动力电驱动系

9．2．1结构

9．2．2运行模式和控制策略

9．2．3驱动系设计

9．2．4性能

9．3串、并联式轻度混合动力电驱动系

9．3．1舍行星齿轮构件的驱动系结构

9．3．2运行模式和控制

9．3．2．1转速耦合的运行模式

9．3．2．2转矩耦合的运行模式

9．3．2．3单发动机牵引模式

9．3．2．4再生制动模式

9．3．2．5发动机起动

9．3．3控制策略

9．3．4配置浮动定子电动机的驱动系

参考文献

第10章能量存储

10．1电化学蓄电池组

10．1．1电化学反应

10．1．2热力学电压

10．1．3比能量

10．1．4比功率

10．1．5能量效率

10．1．6蓄电池技术

10．I．6．1铅酸蓄电池

1O．1．6．2镍基蓄电池

10．1．6．2．1镍／铁系统

1O．1．6．2．2镍／镉系统

10．1．6．2．3镍／金属氢化物(Ni-MH)蓄电池

10．1．6．3锂基蓄电池

10．1．6．3．1锂聚合物(Li-P)蓄电池

10．1．6．3．2锂离子(Li-Ion)蓄电池

10．2超级电容器

10．2．1超级电容器特性

10．2．2超级电容器的基本原理

10．2．3超级电容器性能

10．2．4超级电容器的应用技术

10．3超高速飞轮

10．3．1飞轮的工作原理

10．3．2飞轮系统的功率容量

10．3．3飞轮的应用技术

10．4混合的能量存储装置

参考文献

第11章再生制动的基本原理

11．1制动中的能量损耗

11．2前后轮上的制动功率和能量

11．3电动汽车和混合动力电动汽车的制动系统

11．3．1串联制动一最佳感觉

11．3．2串联制动一最佳的能量回收

11．3．3并联制动

11．4防抱死制动系统(ABs)

参考文献

第12章燃料电池车

12．1燃料电池的工作原理

12．2电极电位、电流一电压曲线

12．3燃料和氧化剂的消耗

12．4燃料电池系统特性

12．5燃料电池技术

12．5．1质子交换膜燃料电池

12．5．2碱性燃料电池

12，5．3磷酸燃料电池

12．5．4熔融碳酸盐燃料电池

12．5．5固态氧化物燃料电池

12．5．6直接甲醇燃料电池

12．6燃料供应

12．6．1储氧

12．6．1．1压缩氢

12．6．1．2低温液氢

12．6．1．3金属氢化物

12．6．2制氧

12．6．2．1水蒸汽重整

12．6．2．2部分氧化重整

12．6．2．3自动供热重整

12．6．3氢的载体一氨

12，7无氢燃料电池

参考文献

第13章燃料电池混合动力电驱动系设计

13．1结构

13．2控制策略

13．3参数设计

13．3．1电动机功率设计

13．3．2燃料电池系统的功率设计

13．3．3峰值电源的功率和能量容量设计

13．3．3．1峰值电源的功率容量

13．3．3．2峰值电源的能量容量

13．4设计实例

参考文献

索引(中英文对照)

汉语拼音音节索引

英语缩写字索引

……[看更多目录]

序言热力发动机汽车的发展是现代工业技术最重大的成就之一。然而，高度发展的汽车工业和大量汽车的应用，在全球已经产生并正在继续引发严重的社会与人类生存问题。大气质量的恶化，全球变暖，肚及石油资源的减少成为当前人类面临的主要威胁。越来越严格的排放和燃料消耗的法规促进了发展安垒、清洁和高效运输工具的影响力。当夸，人们公认电动汽车、混合动力电动汽车和由燃料电池供电的各类驱动系的技术应用科学是未来最有指望解决陆上运输工具问题的办法。

为满足变革的需要，不断增加的多所北美等地的工程学院已在大学生和研究生培养计划中设立现代车辆技术应用科学专业。1998年，本书第一作者在得克萨斯农工大学机械和电气工程专业对研究生首次开设了“现代车辆技术应用科学一电动汽车和混合动力电动汽车的设计方法论”课程。在准备讲课时，作者发现即使在技术文献和报告中已有丰富的信息，但到目前为止，对学生尚无综合、完整的教科书。此外，熟练的工程师们也需要系统、综合的参考书，以理解这一新技术应用科学的要素。本书目的即在于填补这一空白。

本书论述了传统的内燃机汽车(ICEs)、电动汽车(EVs)、混合动力电动汽车(HEVs)和燃料电池车(FCVs)的基本原理、理论及设计。基于数学方程，对各种传统的和现代的车辆，全面地描述了它们的性能、配置、控制策略、设计方法、模拟和仿真。

本书还论及车辆系统的分析，即基于内燃机的驱动系，电动汽车设计，混合动力电动汽车构造，电驱动系统，串联式、并联式和轻度混合动力电驱动系的设计方法，能量存储系统，再生制动，燃料电池及其在车辆中的应用，以及燃料电池混合动力电驱动系设计。其中，强调了整体的驱动系的系统，而不仅限于其特殊部件的分析。书中通过逐步展开数学方程描述了设计方法，而且，在阐述各种驱动系的设计方法时，均有仿真结果所对应的设计实例。

全书共由十三章组成。第1章讨论了与现代运输工具相关的社会和环境问题，其主要包括与现代运输工具发展相伴随的空气污染，全球变暖，以及石油资源枯竭的问题。该章分析了未来车辆技术应用科学对油供应的影响，这对制定未来下一代车辆的发展策略是有益的。此外。概要地回顾了电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车的发展历史。

第2章给出了关于车辆性能、动力特性和传动特性的基本认识，并提供了用以描述车辆性能的数学方程。该章主要目的在于为理解车辆驱动系的设计提供必须的基本知识。

第3章介绍了各类热力发动机的主要运行特性。在传统的和混合动力驱动系的系统中，作为主动力源，发动机是最重要的子系统。对传统汽车和混合动力电动汽车的设计与控制而言，必须完整理解发动机的特性。

第4章引入了电动汽车，该章主要讲述电驱动系统和储能装置的设计，牵引电机和传动装置的设计，车辆性能的预测及其仿真。

第5章建立了混合动力牵引的基本概念。讨论了多种混合动力电动汽车的配置，例如，串联武、并联武混合动力配置，以及转矩耦合与速度耦合的混合动力配置等。并且给出了这些配置的主要运行特性。

第6章介绍了几类电驱动系统，包括直流、交流、永磁无刷直流电机和开关磁阻电机驱动系统。并从牵引应用观点着手，论述了这些系统的结构、运行原理．以及控制和运行特性。

第7章给出了串联式混合动力电驱动系的设计方法。该章关注于发动机和储能装置的功率设计，牵引电机、传动装置特性和控制策略的设计。此外还提供了一个设计实例。

第8章给出了并联武混合动力电驱动系的设计方法。该章内容包含驱动型式和模式分析，控制策略，主要部件(发动机、储能装置和传动装置)的设计，以及车辆的性能仿真。

第9章介绍了采用两种主要配置(并联武转矩耦台，以及串、并联式的转矩一转速耦合)的轻度混合动力驱动系的设计方法。该章关注于运行分析，控制的开发，以及仿真。

第10章中引入了包括蓄电池、超级电容器和飞轮储能器的各不相同的储能应用技术。论述集中干它们的功率和能量容量。此外，还介绍了混合储能的概念。

第11章中介绍了车辆的再生制动。其中，分析了各种再生制动的控制，包括前、后轮制动力的分布，各种驾驶模式中制动能量的总量，以及通过再生制动回收的能量。

第12章中描述了各种燃料电池系统。主要关注于它们的工作原理和特性，应用技术和燃料的供给，也阐明了燃料电池车的应用。

第13章中介绍了燃料电池混合动力驱动系的系统设计。首先，建立燃料电池混合动力车的概念；其次，分析驱动系的运行原理和控制；最终，阐述了设计方法，集中关注于燃料电池系统、电驱动系统和储能系统的功率设计，并提供了一个设计实例，及其相应的仿真检验。

本书素材可推荐应用于研究生或高年级大学生的课程。取决于不同学科如机械、电气工程类的学生背景，讲课中，教员由本书可灵活选取素材或略去某些导言性章节。在得克萨斯农工大学已有应用于研究生课程的教科书。基于课程中学生们的评论和反应，该书早期版本已多次修订，在此，感谢学生们的帮助。

本书对与汽车相关的制造工业、管理机构和学术界的工程师、从业者、研究生、高年级大学生、研究工作者和经理们而言，在关于现代汽车体系方面．也是一本内容广泛、综合的参考书。

除指明的他人工作外，书中许多应用技术和进展是作者们和得克萨斯农工大学现代车辆系统研究计划的其他成员们多年研究和开发成果的汇集。作者感谢现代车辆研究组，肚及电力电子和电机驱动研究组全体成员，特别是Hyung．WooLee博士和皮门·阿萨迪(PeymenAsadi)分别对书中无刷直流电机和开关磁阻电

机驱动部分做出了很多贡献。关于开关磁阻电机的振动、噪声及其设计部分大量取自于巴贝克一法希米(BabakFahlmi)教授的博士论文，谨致谢意。此外，作者衷心感谢哈斯桑-穆比林(HassanMoghbeUi)教授仔细审阅本书早期的手稿．并就完善本书提出7宝贵的建议。

我们也衷心感谢格伦·C·克雷尔(GlennC．Krell)对本书的校对和修正．并且感谢CRC出版社编辑们，尤其是诺雷-科诺卡(NoraKonopka)和杰弗．霍尔(JeffHall)的努力和帮助。最后但一样重要的是，作者们感谢各自家庭在写作本书期间所给予的无条件的支持和绝对的理解。

梅尔达德-爱塞尼(MehrdadEhsani)

高义民(YiminGao)

文摘插图：