新能源汽車技術手冊

第1篇　新能源汽車技術基礎 001
第1章　新能源汽車概述 002
1.1　新能源汽車的基本概念 002
1.2　發(fā)展新能源汽車的現實意義 002
1.2.1　汽車與能源及環(huán)境的關系 002
1.2.2　汽車在社會發(fā)展中的地位 003
1.3　新能源汽車的現狀與發(fā)展路線 005
1.3.1　全球新能源汽車現狀 005
1.3.2　我國新能源汽車現狀 008
1.3.3　新能源汽車的發(fā)展路線 008
第2章　新能源汽車的通用關鍵技術 012
2.1　新能源汽車的主要技術類型 012
2.1.1　混合動力汽車技術 012
2.1.2　純電動汽車技術 014
2.1.3　燃料電池汽車技術 015
2.1.4　氫動力汽車技術 017
2.1.5　醇、醚和生物燃料汽車技術 018
2.2　新能源汽車的驅動理論 018
2.3　新能源汽車的控制策略 020
2.3.1　穩(wěn)態(tài)控制策略 021
2.3.2　動態(tài)控制策略 022
2.4　新能源汽車的仿真與實驗技術 022
第3章　新能源汽車的產業(yè)政策與法規(guī) 026
3.1　新能源汽車的產業(yè)政策及成效 026
3.1.1　碳達峰、碳中和相關政策 026
3.1.2　智能網聯汽車政策 027
3.1.3　新能源汽車產業(yè)幫扶政策 027
3.1.4　新能源汽車產業(yè)政策成效 027
3.2　新能源汽車產業(yè)法規(guī) 028
3.2.1　整車及車架系統(tǒng)專項要求 028
3.2.2　動力系統(tǒng)專項要求 029
3.2.3　傳動系統(tǒng)專項要求 031
3.2.4　電氣系統(tǒng)專項要求 031
3.2.5　整車附件系統(tǒng)專項要求 031
3.2.6　法規(guī)符合性控制 031
第2篇　新能源汽車的構型設計 033
第4章　純電動汽車構型 034
4.1　機械驅動布置方式 035
4.2　電動機-驅動橋組合式 036
4.3　電動機-驅動橋整體式 037
4.4　輪轂電機分散式 038
第5章　燃料電池汽車構型 040
5.1　燃料電池-蓄電池車輛構型 040
5.2　燃料電池-超級電容器車輛構型 041
5.3　燃料電池-蓄電池-超級電容器車輛構型 041
第6章　插電式混合動力汽車構型 043
6.1　混合動力汽車構型方案與特點 043
6.1.1　串聯式構型 044
6.1.2　并聯式構型 046
6.1.3　混聯式構型 048
6.2　插電式混合動力汽車構型方案與控制策略 048
第7章　典型新能源汽車構型示例 052
7.1　典型純電動汽車構型——Tesla model S  052
7.1.1　傳動系統(tǒng)工作原理 052
7.1.2　電機 052
7.1.3　電機控制器 053
7.1.4　電池模組 053
7.1.5　單級減速箱和差速器 054
7.2　典型插電式混合動力汽車構型 054
7.2.1　典型串聯式插電混合動力汽車構型 054
7.2.2　典型并聯式插電混合動力汽車構型 055
7.2.3　典型混聯式插電混合動力汽車構型 056
7.3　典型燃料電池汽車構型 058
7.3.1　整車參數 058
7.3.2　動力系統(tǒng)構型方案 059
7.3.3　動力系統(tǒng)運行分析 059
第3篇　新能源汽車的控制策略 061
第8章　穩(wěn)態(tài)能量管理策略 062
8.1　基于邏輯門限的控制策略 062
8.1.1　恒溫器＋功率跟隨型控制策略 062
8.1.2　電機助力型控制策略 067
8.2　模糊控制策略 069
8.2.1　模糊控制原理 070
8.2.2　模糊控制策略的應用 072
8.3　全局最優(yōu)控制策略 079
8.3.1　動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化控制算法 079
8.3.2　動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化控制算法的應用 081
8.4　ECMS 最優(yōu)化控制策略 082
8.4.1　ECMS 實時優(yōu)化控制策略的基本原理 083
8.4.2　實時優(yōu)化算法與邏輯門限值相結合的自適應控制策略 083
8.5　模型預測控制策略 086
8.5.1　模型預測控制理論基本原理 086
8.5.2　基于模型預測控制的能量管理 087
8.6　基于AI 的智能能量管理 092
8.6.1　基于DQN 的智能能量管理方法 094
8.6.2　基于DDPG 的智能能量管理方法 096
第9章　動態(tài)協調控制策略 100
9.1　動態(tài)品質評價指標 101
9.2　系統(tǒng)動力學模型分析 101
9.2.1　前行星排動力學分析 101
9.2.2　后行星排動力學分析 102
9.2.3　系統(tǒng)輸出 102
9.2.4　系統(tǒng)沖擊度分析 103
9.3　動態(tài)協調控制 105
9.3.1　發(fā)動機轉矩估計 105
9.3.2　電機MG1 的轉矩協調控制策略 105
9.3.3　電機MG2 的轉矩協調控制策略 106
9.4　動態(tài)協調控制策略的仿真與驗證 108
第4篇　新能源汽車系統(tǒng)設計與開發(fā) 113
第10章　新能源汽車的性能指標 114
10.1　動力性能指標 114
10.1.1　最高車速 115
10.1.2　最大爬坡度 116
10.1.3　加速時間 117
10.2　經濟性能指標 118
10.3　平順性能指標 119
10.4　排放性能指標 121
第11章　新能源汽車的參數匹配及優(yōu)化 123
11.1　動力性參數匹配基本原則 123
11.2　經濟性參數匹配基本原則 125
11.2.1　發(fā)動機高效區(qū)匹配原則 125
11.2.2　電機高效區(qū)匹配原則 127
11.3　參數匹配方案性能驗證 128
第12章　新能源汽車整車控制器定義 131
12.1　整車控制器的功能定義 132
12.2　整車控制器的硬件設計和接口定義 135
12.2.1　系統(tǒng)功能定義和離線仿真 135
12.2.2　快速控制器原型和硬件詳細設計 136
12.2.3　硬件系統(tǒng)測試及HIL 仿真驗證 139
第13章　新能源汽車的工作模式設計 141
13.1　純電動汽車工作模式設計基本原則 141
13.2　燃料電池電動汽車工作模式設計基本原則 144
13.3　插電式混合動力電動汽車工作模式設計基本原則 145
第14章　新能源汽車整車綜合控制系統(tǒng)現代開發(fā)方法 149
14.1　基于V 流程的整車綜合控制系統(tǒng)開發(fā) 149
14.2　基于SIL 的整車綜合控制系統(tǒng)開發(fā) 151
14.2.1　SIL 在車用ECU 開發(fā)過程中的應用 151
14.2.2　MIL/SIL 開發(fā)實例 152
14.3　基于HIL 的整車綜合控制系統(tǒng)開發(fā) 154
14.3.1　硬件在環(huán)仿真技術簡介 154
14.3.2　基于HIL 的整車綜合控制系統(tǒng)開發(fā)實例 155
14.4　基于Simulator 的整車綜合控制系統(tǒng)協同開發(fā) 157
14.4.1　車輛模擬器研究現狀 157
14.4.2　模擬器在V 流程開發(fā)過程中的應用 158
14.4.3　基于模擬器的整車綜合控制系統(tǒng)協同開發(fā)過程 159
第15章　基于CCP 協議的整車控制器標定 160
15.1　混合動力汽車 HCU 測標流程 160
15.2　基于CCP 的在線測標系統(tǒng)開發(fā) 161
15.2.1　標定協議 161
15.2.2　標定系統(tǒng)軟硬件設計 162
15.2.3　基于CCP 的在線測標系統(tǒng)開發(fā)實例 165
第5篇　新能源汽車仿真技術 169
第16章　仿真技術概述 170
16.1　仿真的基本概念 170
16.2　逆向仿真模型與正向仿真模型 170
第17章　新能源汽車整車仿真建模 172
17.1　整車動力學模型 172
17.2　車輪動力學模型 173
17.3　變速器模型 175
17.4　電機/控制器模型 175
17.5　能量存儲系統(tǒng)模型 177
第18章　離線仿真技術 178
18.1　基于Advisor 仿真平臺的新能源汽車動力系統(tǒng)開發(fā) 180
18.2　基于AVL Cruise 仿真平臺的新能源汽車動力系統(tǒng)開發(fā) 186
18.3　基于Matlab 工具箱的新能源汽車動力系統(tǒng)開發(fā) 193
18.4　基于AMESim 仿真平臺的新能源汽車動力系統(tǒng)開發(fā) 195
第19章　硬件在環(huán)仿真技術 206
19.1　技術方案概述 206
19.2　新能源汽車整車被控對象模型 206
19.3　能量管理控制策略及模型 208
19.3.1　能量管理策略 208
19.3.2　Simulink 模型 211
19.4　硬件在環(huán)試驗臺 214
19.5　實驗結果分析 216
第6篇　新能源汽車動力系統(tǒng)實驗設計 219
第20章　新能源汽車實驗臺架概述 220
20.1　臺架測試平臺的發(fā)展 220
20.2　混合動力實驗臺架 223
第21章　動力系統(tǒng)實驗關鍵技術 225
21.1　動力總成控制技術 225
21.1.1　動力控制技術 225
21.1.2　負載調節(jié)與動態(tài)控制技術 228
21.2　CAN 通信技術 230
21.2.1　CAN 技術簡介 230
21.2.2　混合動力汽車CAN 總線的應用 231
21.3　實驗臺架監(jiān)控技術 234
21.3.1　dSPACE實時仿真技術 234
21.3.2　監(jiān)控測試技術 235
第22章　實驗臺架設計與開發(fā) 238
22.1　實驗臺架功能分析 238
22.1.1　元件實驗及標定功能 239
22.1.2　整車臺架實驗功能 241
22.2　實驗臺架功能模塊設計 243
22.2.1　按部件劃分方案 243
22.2.2　按功能劃分方案 245
22.3　實驗臺架設計與測試 249
22.3.1　CAN 通信的臺架實驗 249
22.3.2　主要部件典型實驗 251
第23章　動力系統(tǒng)測試技術 253
第7篇　新能源汽車電池及電源管理 257
第24章　對動力電池的要求及評價 258
24.1　動力電池的性能指標 258
24.2　新能源汽車對動力電池的要求 262
24.3　動力電池的性能測試與評價 263
第25章　鉛酸動力電池 266
25.1　鉛酸蓄電池的工作原理 266
25.2　鉛酸蓄電池的構成 267
25.3　鉛酸蓄電池的特點 269
第26章　堿性動力電池 270
26.1　鎳鎘電池 270
26.1.1　鎳鎘電池的分類及特點 270
26.1.2　鎳鎘電池的結構及工作原理 271
26.1.3　鎳鎘電池的基本性能 272
26.2　鎳氫電池 273
26.2.1　鎳氫電池的特點 273
26.2.2　鎳氫電池的結構和工作原理 273
26.2.3　鎳氫電池的使用性能 274
第27章　鋰離子動力電池 278
27.1　鋰離子電池的構成 278
27.1.1　鋰離子電池正極材料 278
27.1.2　鋰離子電池負極材料 279
27.1.3　鋰離子電池電解液 282
27.1.4　鋰離子電池的隔膜 284
27.1.5　鋰離子電池外殼 285
27.2　鋰離子電池的特點 285
27.3　鋰離子電池的分類 286
27.4　鋰離子電池的工作原理 288
27.5　鋰離子電池行業(yè)發(fā)展趨勢 289
第28章　燃料電池 291
28.1　燃料電池概述 291
28.2　燃料電池的分類 291
28.3　燃料電池的基本組成和工作原理 294
28.4　燃料電池的特點 296
28.5　燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結構原理 298
第29章　其他電池 302
29.1　飛輪電池 302
29.1.1　飛輪電池的儲能原理 302
29.1.2　飛輪電池的結構 303
29.1.3　飛輪電池的優(yōu)勢與不足 304
29.2　超級電容器 305
29.2.1　超級電容器的工作原理 305
29.2.2　超級電容器的結構與分類 306
29.2.3　超級電容器的優(yōu)勢與不足 307
29.3　鋅空氣電池 309
29.3.1　鋅空氣電池的工作原理 309
29.3.2　鋅空氣電池的結構與分類 309
29.3.3　鋅空氣電池的優(yōu)勢與不足 310
第30章　動力電池管理系統(tǒng) 312
30.1　電池管理系統(tǒng)的基本構成和功能 312
30.2　數據采集方法 314
30.2.1　單體電壓檢測方法 314
30.2.2　動力電池溫度采集方法 316
30.2.3　動力電池系統(tǒng)電流檢測方法 317
30.3　電量管理系統(tǒng)           317
30.3.1　準確估算蓄電池SOC 的作用 317
30.3.2　電池SOC 估算精度的影響因素 318
30.3.3　SOC 估計算法 319
30.4　均衡管理系統(tǒng) 320
30.4.1　動力電池均衡控制方法 320
30.4.2　均衡方案典型實例 322
30.5　熱管理系統(tǒng) 324
30.5.1　動力電池內部的熱傳遞方式 324
30.5.2　動力電池的熱管理策略 324
30.5.3　典型的熱管理實現方案 327
30.6　電池熱安全管理 329
30.7　電安全管理系統(tǒng) 331
30.8　數據通信系統(tǒng) 333
30.9　電池組的峰值功率預測 334
30.10　BMS 控制策略 336
30.10.1　整車上下電策略 336
30.10.2　快慢充電策略 337
30.10.3　熱管理策略 338
30.10.4　高壓互鎖功能檢測 338
30.11　BMS 系統(tǒng)可靠性設計 338
30.11.1　電源電路可靠性設計 339
30.11.2　CAN 通信電路可靠性設計 339
30.11.3　絕緣電阻檢測電路可靠性設計 340
第31章　新能源汽車的充電管理 342
31.1　新能源汽車的充電類型 342
31.2　直流充電系統(tǒng)的結構與充電原理 344
31.3　交流充電系統(tǒng)的結構與充電原理 346
31.4　新能源汽車的充電裝置 349
31.4.1　充電機 349
31.4.2　充電樁 351
31.4.3　充電站 353
31.4.4　充電技術發(fā)展趨勢 354
第8篇　新能源汽車驅動電機技術 355
第32章　電機學基本定律與驅動電機 356
32.1　電機學基本定律 356
32.2　驅動電機 357
32.2.1　直流電機 357
32.2.2　交流感應電動機 364
32.2.3　永磁同步電機 368
32.2.4　開關磁阻電機 369
32.2.5　新能源汽車用驅動電機的基本要求與參數對比 371
第33章　驅動電機系統(tǒng)構型與關鍵技術 373
33.1　驅動電機系統(tǒng)的研究現狀和發(fā)展趨勢 373
33.2　混合動力系統(tǒng)用驅動電機系統(tǒng)構型 376
33.3　集中式驅動和分布式驅動 377
33.4　中央集成橋 381
33.5　一體化驅動傳動 383
33.6　驅動電機系統(tǒng)關鍵技術 385
33.6.1　驅動控制器關鍵技術 385
33.6.2　驅動電機關鍵技術 386
第34章　驅動電機的性能檢測 388
34.1　驅動電機性能參數 388
34.2　驅動電機性能測試 388
34.3　驅動電機性能優(yōu)化手段及技術 389
第9篇　新能源汽車熱管理技術 391
第35章　新能源汽車熱管理技術概述 392
第36章　新能源汽車熱管理系統(tǒng)設計與建模 397
36.1　動力系統(tǒng)構型與工作模式 397
36.2　熱管理系統(tǒng)方案設計 398
36.3　動力系統(tǒng)產熱模型 401
36.3.1　發(fā)動機模型 401
36.3.2　動力電池模型 402
36.3.3　驅動電機模型 403
36.4　熱管理系統(tǒng)模型 403
36.4.1　動態(tài)傳熱模型 404
36.4.2　散熱器模型 405
36.4.3　系統(tǒng)能耗模型 405
第37章　新能源汽車熱管理系統(tǒng)設計與仿真 407
37.1　控制策略設計與開發(fā) 407
37.1.1　模式切換規(guī)則設計 407
37.1.2　控制策略搭建 407
37.2　熱管理系統(tǒng)仿真驗證 409
第38章　計及熱特性的整車能量管理策略 412
38.1　CD-CS 能量管理策略 412
38.2　融合系統(tǒng)熱特性的自適應等效油耗最小策略 413
38.3　離線仿真測試 416
38.4　策略對比分析 419
第10篇　新能源汽車的節(jié)能技術 421
第39章　混合動力汽車的功率需求與能耗計算 422
39.1　需求功率的計算方法 422
39.2　能量消耗分析模型 426
39.3　基于工況的油耗分析方法 431
第40章　基于傳統(tǒng)汽車的能耗分析 432
40.1　典型循環(huán)工況的分析 433
40.2　整車傳動系統(tǒng)工作效率 436
40.3　能量消耗特點及混合動力節(jié)能途徑 437
第41章　新能源汽車的節(jié)能機理 438
41.1　再生制動能量回收的節(jié)能貢獻 438
41.2　消除怠速的節(jié)能貢獻 441
41.3　減小發(fā)動機排量的節(jié)能貢獻 442
41.4　發(fā)動機工作區(qū)域控制的節(jié)能貢獻 444
41.5　新能源汽車的節(jié)能潛力分析 444
第11篇　新能源汽車的智能能量管理 447
第42章　基于車聯網信息行駛工況處理 448
42.1　車聯網信息下汽車行駛工況數據獲取 448
42.1.1　新能源汽車車聯網平臺介紹 448
42.1.2　基于車聯網的行駛工況數據獲取 451
42.1.3　車聯網平臺下行駛工況數據質量問題 452
42.2　車聯網平臺下行駛工況數據缺失與數據噪聲處理 454
42.2.1　基于插補與神經網絡的缺失數據估計方法 455
42.2.2　基于小波變換的噪聲數據濾波方法 455
42.2.3　行駛工況噪聲數據清洗方法 456
42.3　行駛工況數據處理的評價方法 458
42.3.1　行駛工況數據誤差評價指標 458
42.3.2　行駛工況特征參數評價指標 458
第43章　基于車聯網信息行駛工況數據挖掘 460
43.1　數據挖掘理論在行駛工況數據中的應用 460
43.2　基于能耗特性的公交線路行駛工況特征參數分析 461
43.2.1　公交線路特征統(tǒng)計分析 462
43.2.2　基于公交客車線路特點的行駛工況特征參數集 463
43.2.3　車輛能耗特性與工況特征關系分析 465
43.2.4　基于能耗回歸分析模型的工況特征參數篩選 468
43.3　基于能耗特征與線路特征參數的固定線路行駛工況合成 470
43.3.1　基于K-means 算法的工況聚類分析 470
43.3.2　馬爾科夫鏈狀態(tài)轉移矩陣 472
43.3.3　公交線路行駛工況合成結果分析 472
43.4　基于能耗特征與線路特征參數的未來行駛工況智能預測 473
43.4.1　基于LS-SVM 和BP-NN 的智能預測模型 474
43.4.2　未來工況智能預測模型對比 476
43.4.3　未來工況預測精度影響因素分析 478
43.4.4　未來工況預測模型的魯棒性分析 481
第44章　基于行駛工況信息的分層優(yōu)化自適應能量管理策略 483
44.1　行星式混合動力公交客車功率分流特性及其能量管理 483
44.1.1　雙行星排功率分流式混合動力系統(tǒng)構型 483
44.1.2　雙行星排式混合動力系統(tǒng)功率分流狀態(tài)分析 485
44.1.3　雙行星排式混合動力系統(tǒng)能量管理策略 488
44.2　分層優(yōu)化自適應智能能量管理策略概述 490
44.2.1　分層優(yōu)化自適應能量管理策略研究內容 491
44.2.2　分層優(yōu)化自適應智能能量管理策略架構 491
44.3　基于固定線路合成工況的近似全局最優(yōu)控制 493
44.3.1　考慮終止約束的全局優(yōu)化SOC軌跡求解 493
44.3.2　基于近似全局最優(yōu)的模式切換規(guī)則提取 495
44.3.3　基于近似全局最優(yōu)的SOC 軌跡規(guī)劃模型 497
44.4　基于未來工況預測的A-ECMS 自適應控制 498
44.4.1　基于PMP 的等效燃油消耗最小策略 499
44.4.2　基于未來工況預測信息的自適應規(guī)律 502
44.4.3　基于LQR 控制器的SOC 跟隨策略 503
44.5　分層優(yōu)化自適應智能能量管理策略驗證與分析 504
44.5.1　分層優(yōu)化自適應智能能量管理策略最優(yōu)性 504
44.5.2　分層優(yōu)化自適應智能能量管理策略適應性 508
第45章　基于固定線路全局優(yōu)化的深度強化學習能量管理 510
45.1　學習型智能能量管理控制策略概述 510
45.1.1　學習型智能能量管理策略研究進展 510
45.1.2　學習型智能能量管理的控制問題 512
45.2　基于固定線路全局優(yōu)化的深度強化學習能量管理策略 513
45.2.1　Deep Q-Learning 深度強化學習算法 514
45.2.2　基于固定線路行駛信息的深度強化學習策略架構 515
45.2.3　Deep Q-Learning 能量管理策略算法設計 516
45.3　基于固定線路全局優(yōu)化的深度強化學習能量管理策略驗證 516
45.3.1　F-DQL-EMS 智能能量管理策略的最優(yōu)性 517
45.3.2　F-DQL-EMS 智能能量管理策略的工況適應性 519
45.4　兩種智能能量管理策略對比分析 520
45.4.1　智能能量管理策略的最優(yōu)性 520
45.4.2　智能能量管理策略的工況適應性 521
45.4.3　智能能量管理策略的總結分析 522
參考文獻 523
名詞索引 531