內容簡介
《電動汽車原理與構造(第2版)/普通高等教育“十三五”汽車類規劃教材》側重於電動汽車原理的係統分析和構造的舉例說明,內容涵蓋瞭純電動汽車、混閤動力電動汽車、燃料電池電動汽車等整車,電機驅動係統、動力電池組係統、電動化輔助係統等部件以及電動汽車的基礎設施和應用等各個方麵。每個獨立章節從功能定義、原理分析和典型構造舉例三方麵進行展開說明,內容新穎、圖文並茂。《電動汽車原理與構造(第2版)/普通高等教育“十三五”汽車類規劃教材》可作為高等院校車輛工程專業新能源汽車研究方嚮的專業基礎課教材,也可作為車輛工程專業的專業選修課教材、研究生的參考教材以及從事新能源汽車技術研究、生産管理、技術服務等方麵的工程技術人員的參考書。
內頁插圖
目錄
前言
第一章 緒論
第一節 電動汽車發展的技術背景
第二節 電動汽車的概念和種類
第三節 電動汽車的技術現狀
第四節 電動汽車的發展趨勢和特點
第二章 純電動汽車
第一節 純電動汽車的係統組成
第二節 純電動汽車的工作原理
一、電氣控製係統的工作原理
二、傳動係統的結構及工作原理
三、電源係統的結構及工作原理
第三節 典型的純電動汽車結構
一、改裝式的純電動汽車(福特公司純電動汽車福剋斯)
二、完全開發的純電動汽車
三、未來的純電動汽車技術
第三章 混閤動力電動汽車
第一節 混閤動力電動汽車的概念和類彆
一、串聯混閤動力汽車的概念
二、並聯混閤動力汽車的概念
三、混聯式混閤動力汽車的概念
第二節 串聯混閤動力電動汽車的係統組成和工作原理
第三節 並聯混閤動力電動汽車的係統組成和工作原理
第四節 混聯混閤動力電動汽車的係統組成和工作原理
第五節 插電式混閤動力電動汽車的係統組成和工作原理
第六節 增程式電動汽車的係統組成和工作原理
第七節 混閤動力電動汽車的關鍵部件
一、發動機
二、動力耦閤裝置
三、輔助功率單元
四、整車綜閤控製器
第八節 典型的混閤動力汽車結構
一、串聯混閤動力電動汽車的結構
二、並聯混閤動力電動汽車的結構
三、混聯混閤動力電動汽車的結構
四、插電式混閤動力電動汽車的結構
第四章 燃料電池電動汽車
第一節 燃料電池係統的組成和工作原理
一、燃料電池的定義和工作原理
二、燃料電池發電係統的組成和工作原理
三、汽車用燃料電池發電係統的結構和工作原理
第二節 燃料電池電動汽車的係統組成和工作原理
一、燃料電池單獨驅動汽車動力係統
二、燃料電池混閤動力汽車動力係統
第三節 典型的燃料電池汽車結構
第五章 電動汽車的電機驅動係統
第一節 電動汽車電機驅動係統綜述
第二節 直流電機驅動係統的組成和工作原理
一、直流電機的結構
二、直流電機的工作原理
三、直流電機的四象限工作調控
第三節 交流感應電機驅動係統的組成和工作原理
一、交流感應電機的結構
二、交流感應電機的工作原理
三、交流電機的調速控製
四、逆變器
五、交流感應電機的控製係統
第四節 永磁電機驅動係統的組成和工作原理
一、永磁同步電機的結構
二、永磁同步電機的工作原理
三、永磁同步電機的數學模型及控製係統
第五節 開關磁阻電機傳動係統的組成和工作原理
一、開關磁阻電機的結構
二、開關磁阻電機的工作原理
三、開關磁阻電機的數學模型及工作特性
第六節 電動汽車的再生製動
第七節 電動汽車電驅動係統關鍵部件介紹
一、功率器件
二、轉速測量元件
第八節 電機的冷卻形式
第九節 典型的電動汽車電驅動係統結構
第六章 電動汽車的車載能量源係統
第一節 電動汽車動力電池的種類及原理
一、電動汽車用動力電池分類
二、常用二次電池比較
三、鉛酸電池和鎳氫電池
四、鋰離子電池
第二節 電動汽車動力電池的性能
一、動力電池的性能參數
二、鉛酸電池的特性
三、鎳氫電池的特性
四、鋰離子電池的特性
第三節 電動汽車的動力電池係統
一、動力電池成組技術
二、動力電池組係統技術
三、動力電池的不一緻性及改進措施
四、動力電池管理係統
五、電池管理係統的關鍵技術
六、電動汽車電池管理係統舉例
第四節 典型的動力電池係統結構
一、豐田普銳斯電動汽車電池組係統
二、A123電池組係統
三、北京奧運用BK-EV型電動客車電池組係統
第五節 電動汽車的其他能量源
一、鋅空氣電池
二、太陽能電池
三、飛輪儲能裝置
四、超級電容器
第七章 電動汽車的電動化輔助係統
第一節 電動汽車的輔助係統概述
第二節 電動轉嚮係統
一、電動助力轉嚮係統的結構和原理
二、電動綫控轉嚮係統的結構和工作原理
三、電動液壓助力轉嚮係統(EHPS)的組成和工作原理
第三節 電控製動係統
一、電控製動係統的結構
二、電控製動係統的工作原理
三、典型的電控製動係統
四、電控真空助力製動係統
第四節 電動空調係統
一、熱泵式空調係統結構和工作原理
二、電裝電動客車一體式電動空調
第五節 電動冷卻係統
一、電動冷卻係統的結構
二、典型車輛的冷卻係統
三、電動冷卻係統中的特殊問題
第六節 輔助DC/DC變換器
一、降壓變換器
二、升壓變換器
三、升降壓變換器
四、帶隔離變壓器的直流變換器
第八章 電動汽車的基礎設施
第一節 電動汽車的充電站
一、電動汽車充電站建設的現狀
二、電動汽車充電站的功能
三、電動汽車充電站的運行模式
四、電動汽車充電機
前言/序言
能源短缺、環境汙染使汽車工業的可持續發展麵臨睏境,節能減排、動力升級推動汽車技術不斷創新,以電動汽車為特色的新能源汽車成為主要選擇。純電動汽車、混閤動力電動汽車、燃料電池電動汽車等多種形式的電動汽車技術取得明顯進步,電動汽車的市場占有率正逐步提升。
世界各國政府製定積極的戰略發展規劃推動電動汽車的技術研發和規模化應用。新能源汽車被確定為我國七大戰略性新興産業之一和、“中國製造2025”確定的重點領域。
圍繞電動汽車的技術研發、生産管理和運營服務,我國配套的技術開發人員、産業服務人員需求齣現短缺,亟須培養一批掌握電動汽車原理與構造技術的人纔隊伍。本教材立足從電動汽車原理與結構層麵的係統分析齣發,配以實際的案例,滿足本科生、研究生以及想從事電動汽車行業技術研發的技術人員的閱讀需求。在章節體係的安排上涵蓋瞭純電動汽車、混閤動力電動汽車和燃料電池電動汽車三種整車,電機驅動係統、動力電池組和電動化輔助係統三類部件,以及電動汽車基礎設施和應用技術,同時補充瞭近幾年齣現的新技術,如插電式混閤動力電動汽車、增程式電動汽車等。每個獨立章節立足從功能定義、原理分析、典型構造舉例三方麵進行展開說明。同時,這樣的章節安排也滿足國傢對電動汽車技術攻關的關鍵點布局規劃(整車集成及電機、電控、電池三大部件)。
本書由北京理工大學電動車輛國傢工程實驗室何洪文教授、熊瑞副教授等編著,其他編寫人員還有北京理工大學電動車輛國傢工程實驗室的施國標副教授、彭劍坤博士以及北京信息科技大學的霍為煒講師,研究生章政、閆梅、周娜娜等在資料收集整理過程中做瞭大量的工作,北京理工大學車輛工程係的孫逢春教授、張承寜教授、林程教授在全書的成稿過程中給予瞭建設性建議和修改意見。
在本書完稿之際,對書中所引參考文獻的作者緻以衷心的感謝!
電動汽車原理與構造(第2版)/普通高等教育“十三五”汽車類規劃教材 簡介 引言 在新能源汽車浪潮席捲全球的今天,電動汽車以其環保、高效、智能化等諸多優勢,正深刻地改變著交通齣行方式,並成為未來汽車工業發展的必然趨勢。作為汽車工程領域麵嚮新時代的重要規劃教材,《電動汽車原理與構造(第2版)》緊隨行業發展脈搏,在深入剖析電動汽車核心技術的基礎上,係統闡述瞭其工作原理、關鍵構造與最新發展動態。本書不僅是高等院校汽車類專業的權威教材,更是廣大汽車工程技術人員、研發人員以及對電動汽車技術充滿好奇的讀者的必備參考。 第一部分:電動汽車概述與發展曆程 本書的開篇,將帶領讀者穿越曆史的河流,迴溯電動汽車從蹣跚學步到如今蓬勃發展的完整軌跡。我們將探討早期電動汽車的萌芽與興衰,分析其技術瓶頸與市場局限。隨後,我們將聚焦於近幾十年來,特彆是“十三五”期間,電動汽車技術實現的突破性進展。這部分內容將涵蓋: 電動汽車的定義與分類: 清晰界定不同類型的電動汽車,如純電動汽車(BEV)、混閤動力汽車(HEV)、插電式混閤動力汽車(PHEV)等,並深入分析它們的結構差異、工作模式及各自的優缺點。 電動汽車的發展驅動力: 從能源安全、環境保護、技術進步、政策法規等多個維度,全麵解析推動電動汽車産業快速發展的關鍵因素。 全球與中國電動汽車市場現狀與趨勢: 通過詳實的數據和深入的分析,呈現全球主要汽車市場的電動汽車發展格局,以及中國在電動汽車領域的領先地位和未來發展藍圖。 電動汽車的社會經濟效益: 探討電動汽車普及對能源結構、城市交通、空氣質量、就業等方麵産生的深遠影響。 第二部分:電動汽車核心驅動係統 作為電動汽車的心髒,驅動係統是本書重點闡述的核心內容。我們將深入剖析構成電動汽車驅動係統的各個關鍵部件,並詳細講解其工作原理、性能特點及技術演進。 電動機(Electric Motor): 類型與原理: 詳細介紹主流的電動機類型,包括直流電機(DC Motor)、交流異步電動機(AC Induction Motor)、永磁同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)等,深入解析它們的電磁原理、工作過程以及各自的優劣勢。 性能參數與選擇: 講解額定功率、峰值功率、轉矩、效率、功率密度等關鍵性能指標,以及如何根據車型需求選擇閤適的電動機。 冷卻方式與可靠性: 探討不同冷卻方式(風冷、液冷)的優缺點,以及影響電動機可靠性的關鍵因素。 電力電子控製器(Power Electronics Controller): 功能與作用: 闡述電力電子控製器在電動汽車中的核心作用,包括對電機轉速、轉矩的精確控製,能量的閤理分配,以及與其他子係統的協同工作。 主流技術: 重點介紹IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)等功率器件在控製器中的應用,以及PWM(脈衝寬度調製)等控製策略。 保護與診斷: 分析控製器需要具備的過壓、過流、過溫等保護功能,以及故障診斷與自我修復能力。 變速器(Transmission): 單速變速器: 講解純電動汽車常用的單速變速器的結構和原理,以及其在寬泛轉速範圍內的優勢。 多速變速器: 探討在某些特定車型上應用的多速變速器,分析其在提升效率和動力性能方麵的作用。 差速器與驅動橋: 介紹差速器的工作原理,以及與驅動橋在傳遞動力中的配閤。 第三部分:電動汽車動力電池係統 動力電池係統是電動汽車的能量來源,其性能直接決定瞭電動汽車的續航裏程、充電速度、安全性和使用壽命。本書將對動力電池係統進行係統而深入的講解。 鋰離子電池技術: 基本原理: 詳細講解鋰離子電池的電化學原理,包括正負極材料、電解液、隔膜等關鍵組成部分的作用。 主流正負極材料: 深入剖析目前廣泛應用的鋰離子電池正負極材料,如鈷酸鋰(LCO)、錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)、三元材料(NCM/NCA)等,以及它們在能量密度、功率密度、循環壽命、安全性等方麵的差異。 電池單體與模組: 講解電池單體(Cell)的結構形式(圓柱形、方形、軟包),以及多個單體如何組閤成電池模組(Module),再由模組構成電池包(Pack)。 電池性能指標: 闡述能量密度(Wh/kg, Wh/L)、功率密度(W/kg, W/L)、循環壽命、倍率性能、內阻等關鍵性能參數。 電池管理係統(Battery Management System, BMS): 核心功能: 詳細介紹BMS在電動汽車中的關鍵作用,包括電池狀態監測(SOC、SOH)、單體電池一緻性管理、溫度控製、充電管理、放電管理、故障診斷與保護等。 硬件與軟件架構: 講解BMS的硬件構成(主控芯片、采樣電路、通信接口等)和軟件算法(SOC估算、SOH估算、均衡算法等)。 安全性的重要性: 強調BMS在保障電池安全方麵不可替代的作用,防止過充、過放、短路、過溫等危險情況發生。 電池熱管理係統(Battery Thermal Management System, BTMS): 必要性分析: 解釋為什麼電池需要有效的熱管理,以及溫度對電池性能、壽命和安全的影響。 冷卻方式: 詳細介紹不同類型的電池冷卻方式,如空氣冷卻、液體冷卻(直冷、間冷)、相變材料冷卻等,並分析其優缺點。 加熱方式: 介紹在寒冷環境下,電池需要加熱以保證性能和充電效率的必要性,以及相應的加熱技術。 集成化與智能化: 探討BTMS的集成化設計趨勢,以及與BMS的協同工作。 第四部分:電動汽車充電係統 充電是電動汽車用戶日常使用中最頻繁的環節,本書將全麵介紹電動汽車的充電技術與係統。 充電接口與通信協議: 國際標準: 介紹不同國傢和地區的主流充電接口標準,如CCS、CHAdeMO、GB/T等,以及充電接口的功能定義。 通信協議: 講解充電過程中車輛與充電樁之間的通信協議,如CAN、PLC等,以及信息交互的重要性。 充電方式與設備: 交流慢充(AC Charging): 介紹交流充電樁的工作原理、功率等級,以及其在傢用和公共場所的應用。 直流快充(DC Charging): 詳細闡述直流充電樁的工作原理,高功率直流充電技術,以及其在提升充電速度方麵的優勢。 無綫充電技術: 展望無綫充電技術的未來發展,介紹其工作原理、效率和應用前景。 充電安全性與管理: 充電安全規範: 強調充電過程中的電氣安全、通信安全,以及相關國傢和行業安全標準。 智能充電與V2G: 探討智能充電技術如何優化充電策略,以及V2G(Vehicle-to-Grid)技術在電網互動中的潛力。 第五部分:電動汽車整車控製與電子電氣架構 整車控製係統是電動汽車的“大腦”,它協調驅動、製動、轉嚮、空調等各個子係統,實現整車的平穩、高效、安全運行。 整車控製策略: 驅動與能量管理: 講解整車控製器如何根據駕駛需求,閤理分配驅動電機和電池的能量,優化續航裏程。 再生製動(Regenerative Braking): 深入分析再生製動的工作原理,以及其在迴收能量、提高效率方麵的作用。 滑行能量迴收: 介紹滑行能量迴收機製,進一步提升續航能力。 多種駕駛模式: 探討經濟模式、運動模式、舒適模式等不同駕駛模式下的控製策略。 電子電氣架構: 域控製器與集中式架構: 分析現代電動汽車日益復雜的電子電氣架構,以及域控製器(Domain Controller)和集中式架構的特點。 通信網絡: 講解CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、以太網等在車載通信中的應用,以及其在高帶寬、低延遲需求下的演進。 車聯網與OTA: 介紹車聯網技術如何實現車輛的遠程診斷、信息服務,以及OTA(Over-The-Air)技術在軟件升級中的重要性。 第六部分:電動汽車底盤與車身結構 雖然電動汽車的核心在於驅動係統,但其底盤和車身結構也發生瞭顯著變化,以適應新的動力總成和安全需求。 底盤結構優化: 電池包集成: 講解電池包如何集成到底盤中,形成“地闆式”電池布局,以及其對車輛重心、空間利用率和結構強度的影響。 輕量化材料: 介紹鋁閤金、碳縴維復閤材料等在底盤中的應用,以降低車身重量,提升續航裏程。 懸架與轉嚮係統: 分析電動汽車特有的懸架調校需求,以及電子助力轉嚮(EPS)等係統的應用。 車身結構設計: 碰撞安全性: 探討為保護電池包和乘員安全而進行的碰撞結構優化,如高強度籠式車身、潰縮吸能區設計。 隔音與隔熱: 分析電動汽車特有的噪音來源(電機噪音、風噪等),以及車身結構在隔音降噪方麵的改進。 空氣動力學: 介紹電動汽車在空氣動力學設計上的創新,以降低風阻,提升續航。 第七部分:電動汽車的智能化與未來發展 進入新世紀,電動汽車的發展早已超越瞭單一的動力形式,智能化已經成為其核心競爭力。 自動駕駛技術: 傳感器技術: 詳細介紹激光雷達(LiDAR)、毫米波雷達(Radar)、攝像頭(Camera)、超聲波傳感器等在自動駕駛中的作用。 決策與規劃: 闡述自動駕駛中的感知、決策、規劃、控製等關鍵技術環節。 ADAS(高級駕駛輔助係統): 介紹ACC(自適應巡航控製)、AEB(自動緊急製動)、LKA(車道保持輔助)等主流ADAS功能。 車內人機交互(HMI): 智能座艙: 探討大尺寸觸控屏、語音助手、手勢控製等在提升用戶體驗方麵的應用。 個性化設置: 分析車輛如何根據用戶習慣進行個性化設置,提供更加智能化的服務。 可持續性與循環經濟: 電池迴收與梯次利用: 關注動力電池的迴收、再利用和梯次利用技術,實現資源的可持續循環。 綠色製造: 探討電動汽車在生産製造過程中,如何減少環境影響,實現綠色生産。 未來展望: 展望電動汽車在固態電池、氫燃料電池、新型充電技術、AI融閤等方麵的未來發展趨勢,以及對交通齣行方式的革命性影響。 結論 《電動汽車原理與構造(第2版)》作為一本集理論深度、技術廣度與前沿性於一體的教材,旨在為讀者構建一個全麵、係統、深入的電動汽車知識體係。本書不僅梳理瞭電動汽車發展的脈絡,更深入剖析瞭其核心技術,並展望瞭未來的發展方嚮。通過學習本書,讀者將能夠深刻理解電動汽車的“是什麼”、“為什麼”以及“怎麼做”,為投身於電動汽車的研發、生産、應用和推廣打下堅實的基礎,共同迎接更加清潔、智能、高效的未來交通時代。