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

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(美)  Mehrdad Ehsani， Yimin Gao， Ali Emadi著 倪光正 倪培宏 熊素铭 译    （容量受限，pdf文件上传不了 ，本人新手）
译者的话
    全球石油资源递减、大气环境污染以及温室效应显露的态势, 对人类社会与经济的可持续发展带来了不容忽视的影响。聚焦于交通运输的应用领域, 近年来, 以节能、环保为终极目标的电动汽车、混合动力电动汽车的工程科学技术, 其发展进程令人瞩目, 并已开始在传统的汽车制造业中呈现出新科技成果的生长点。毫无疑问, 在明天的、生活更美好的城市、乡村及其辐射的公路网中, 各种类型的电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车必将构建并实现全球清洁汽车行动计划的蓝图。
    本书诚如作者所言, 它在原书第1 版畅销的基础上, 立足于全面的车辆驱动系系统的观点, 进行了更深层次的论述, 并引入了若干新的应用技术专题。从而, 全书为开发安全、清洁和高效率的电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车提供了丰富、系统的工程科学技术知识与实践设计的经验、数据和资料。译者深信, 机械工业出版社继续选择并引入这一专著(原书第2 版), 将极大地有助于我国从事电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车研发以及实践产业化的学术和工程界借鉴与参考。译者还愿进一步指出, 本书新增内容对当前我国已较成熟的混合动力电动汽车的商品化开发, 尤其具有重要的应用价值。
    在本书翻译过程中, 译者得到了浙江大学电气工程学院及其所属电动汽车研究室的关注与支持, 并承浙江大学电动汽车、内燃机和电力电子学科领域的陈立铭、夏来庆和徐德鸿教授对有关译文内容的指点。为此, 谨再次致以衷心的谢意。译文中不妥或失当之处, 敬请读者指正。
                                                                                                                                            译者
                                                                                                                                 于浙江大学求是园
                                                                                                                                    2010 年6 月
作者简介
梅尔达德·爱塞尼(Mehrdad Ehsani)梅尔达德·爱塞尼于1973 和1974 年在美国奥斯汀的德克萨斯大学先后获电机工程学士与硕士学位, 并于1981年获美国威斯康星大学麦迪逊分校电机工程博士学位。
1974 ~1977 年, 梅尔达德·爱塞尼在美国德克萨斯大学核聚变研究中心任研究工程师。1977 ~1981 年, 在美国伊利诺斯州的阿贡国家实验室任驻室副研究员, 同时在美国威斯康星大学麦迪逊分校进行能量与控制系统方面的博士学位课题工作。1981 年至今, 为美国德克萨斯农工大学电机工程学院教授, 美国德克萨斯应用电力电子中心主任。他在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表彰。1984 年, 他被美国德克萨斯专业工程师学会的布拉佐斯(Brazos) 分会提名为该年度杰出的年轻工程师。1992 年在美国德克萨斯农工大学被提名为该校工程学院的哈力伯顿(Halli鄄burton) 教授, 1994 年又被提名为工程学院的德莱塞(Dresser) 工业教授。2001 年, 在美国德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冶中, 他被选为2001 ~ 2002 年度工程学院的鲁思和威廉·尼莱(Ruth & William Neely) / 道尔(Dow) 化学教授会会员。2003 年, 他因在工程学院中的杰出教学获BP 阿莫可(Amoco) 学院奖, 也因在“混合动力电动汽车的理论和设计冶方面的贡献被IEEE 车辆学会推选获2001 年度创新奖。2003 年因电力电子和驱动技术的高级课程开设和教学的杰出贡献, 被授予IEEE 大学教学奖。2004 年, 在美国德克萨斯农工大学电机工程学院被选罗伯特郾M郾肯尼迪(Robert M. Kennedy) 讲座教授。2005 年, 被选为汽车工程学会会员。他在脉冲电源、高电压工程、电力电子、电机驱动和现代
车辆系统方面已发表300 余篇论文, 并为电力电子、电机驱动和现代车辆系统方面12 部(含本书第1 版) 著作的合作作者。他有超过23 项已批准或正在申报的美国和欧洲专利。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。
爱塞尼博士是IEEE 电力电子学会(PELS) 执行委员会的成员, 曾任PELS 教育事务委员会和IEEE鄄IAS 工业功率变换器委员会主席以及IEEE 迈伦·祖克尔(Myron Zucker) 学生—教授会资助规划的前任主席。1990 年,担任IEEE 电力电子专家会议总主席。他是IEEE 动力和推进会议的发起人, 也是创造IEEE VTS 车辆动力、推进委员会的主席和联谊委员会的主席。2002 年, 被选入VTS 指导委员会。他是多个技术刊物编辑委员会的成员, 也是IEEE 工业电子学、车辆技术应用科学两会刊的副主编。他是IEEE 会员, 既是IEEE 工业电子学和车辆技术应用科学两学会, 也是IEEE工业应用学会和电力工程学会杰出的演讲者, 是美国德克萨斯州注册的专业工程师。
目录
第1章 环境影响与现代交通运输的历史
第2章 车辆驱动和制动的基本原理
第3章 内燃机
第4章 电动汽车
第5章 混合动力电动汽车
第6章 电驱动系统
第7章 串联式（电耦合）混合动力电驱动系的设计原理
第8章 并联式（机械耦合）混合动力电驱动系的设计
第9章 混联式（转矩和转速耦合）混合动力电驱动系设计和控制方法
第10章 插塞式混合动力电动汽车设计和控制原理
第11章 轻度混合动力电驱动系的设计
第12章 峰值电源盒能量储存装置
第13章 再生制动的基本原理
第14章 燃料电池
第15章 燃料电池混合动力电驱动系设计
第16章 应用于越野车辆的串联式混合动力电驱动系设计
附录 丰田Prius技术概述
索引
样章
第1 章 环境影响与现代交通运输的历史
    内燃机车辆, 尤其是汽车, 其发展是现代工业技术最重大的成就之一。汽车为现代社会的发展, 在满足人们每天生活流动性的许多需求上已经做出了重大贡献。迅速发展的汽车工业不同于其他工业, 它促使了人类由早期社会到高度发展的工业社会的进步。汽车工业和服务于它的其他工业一起, 构成了世界经济的支柱, 并提供了雇用劳动群体最大的份额。
然而, 全世界大量汽车的应用, 已经产生并正在继续引发严重的环境与人类生存问题。大气污染、全球变暖以及地球石油资源的迅速递减, 成为当前人们首要关注的问题。
    近十年来, 在与交通运输相关的研究开发领域中, 人们致力于发展高效、清洁和安全的运输工具。电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车已被代表性地提议为日后用以替代传统车辆的运输工具。
本章将阐述大气污染、因可燃气体排放导致的全球变暖以及石油资源枯竭的问题, 并且概要地回顾了电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池应用科技的发展历史。
1.1 大气污染
    目前, 所有车辆依靠碳氢化合物类燃料的燃烧, 以获得其驱动力所必需的能量。燃烧是燃料与空气之间的反应, 它释放出热量和燃烧生成物。热量经发动机转换为机械功率, 而燃烧生成物则排入大气。碳氢化合物是由碳和氢原子组成分子的化学化合物。理想情况下, 碳氢化合物的燃烧仅生成二氧化碳和水,不会损害环境。当然, 绿色植物通过光合作用“消化冶二氧化碳, 二氧化碳是植物生存中必需的组成部分。动物不会因呼吸二氧化碳而受到损害, 除非空气中二氧化碳的浓度增加到使氧气几乎消失的程度。
事实上, 在热力发动机内碳氢化合物类燃料的燃烧绝非是理想化的, 即除生成二氧化碳和水之外, 燃烧生成物还含有一定量的氧化氮化合物（NOx )、一氧化碳(CO) 和未完全燃烧的碳氢化合物(HC), 所有这些生成物对人的健康都是有毒性的。
1.1.1 氧化氮化合物
    氧化氮化合物(NOx ) 起因于空气中氮和氧之间的反应。理论上, 氮是一种惰性气体。然而在发动机内, 高温和高压对氧化氮化合物的形成创造了有利条件。在氧化氮化合物形成中, 温度显然是最重要的参数。最易生成的氧化氮化合物是一氧化氮(NO), 不过也产生少量的二氧化氮(NO2 ) 和微量的一氧化二氮( N2 O)。一旦NO 排放在空气中, 它与氧反应生成NO2 。由于日光的紫外线辐射作用, 随后NO2 被分解回归到NO, 并生成攻击活细胞薄膜的、有高度活性的氧原子。二氧化氮在一定程度上形成了烟雾, 其带褐色的色泽使烟雾可见。同样, 二氧化氮与空气中的水反应, 生成硝酸(HNO3 )。硝酸在雨中稀释, 这一现象被称为“酸雨冶。在工业化国家中,雨导致森林的破坏[1] , 并且酸雨也对由大理石建造的历史遗迹产生剥蚀作用[1] 。
1.1.2 一氧化碳
    因缺氧而形成的碳氢化合物的不完全燃烧, 其结果生成了一氧化碳[1] 。对人和动物而言, 吸入一氧化碳即意味着中毒。一旦一氧化碳到达血细胞, 它替代氧附着于血红蛋白, 这样就减少了到达器官的氧供给量, 并降低了生命体的体力和智力[1] 。眩晕是一氧化碳中毒的最初症状, 它能迅速导致死亡。一氧化碳与血红蛋白之间的结合比氧稳固得多, 这一结合键的强固程度使正常的人体功能难以使之分离。因一氧化碳中毒的人们必须在压力舱中医治, 舱中的压力将使一氧化碳和血红蛋白之间的键易于离解。
1.1.3 未完全燃烧的碳氢化合物
    未完全燃烧的碳氢化合物是碳氢化合物不完全燃烧的结果[1,2] 。基于其本质, 未完全燃烧的碳氢化合物对生命体是有害的[2] , 其中有些是直接的毒物或致癌的化学制品, 如颗粒状物、苯或其余的物质。同样, 未完全燃烧的碳氢化合物是烟雾的成因: 日光的紫外线辐射与未完全燃烧的碳氢化合物和大气中的NO 互相作用, 产生臭氧和其他生成物。臭氧是由三个氧原子构成的一个分子。臭氧是无色的, 但非常危险, 当其侵入活细胞薄膜时, 引发生命体加速老化或产生致死的毒物。学步的小孩、老人和哮喘病患者因高浓度臭氧的辐照均将受到极大的损害。每年, 在被污染的城市中, 都有因高臭氧峰值导致的死亡报告[3] 。
1.1.4 其他的污染物质
    燃料的杂质产生在污染物质的排放中, 主要杂质是硫, 它基本上存在于内燃机和喷气发动机燃料之中, 而且也在汽油和天然气中存在[1] 。硫(或硫的化合物, 如硫化氢) 同氧一起燃烧将生成氧化硫化合物(SOx )。二氧化硫(SO2 )是燃烧中的主要生成物, 当其与空气接触时, 将产生三氧化硫(SO3 ), 随后它和水反应生成硫酸, 成为酸雨的主要成分。应该注意, 氧化硫的排放源于交通运输, 同时也大量地来自于发电厂和钢铁制造厂中煤的燃烧。此外, 有争议的是, 它还源于自然资源过度的作用, 如火山。为改善发动机的性能或寿命, 石油公司在其燃料产品中添加了化学的化合物[1] 。四乙基铅(常简称为“铅冶) 被用于改善汽油的抗爆性, 因此得以有更好的发动机性能。然而这一化合物的燃烧析出铅金属, 而铅是导致“铅中毒冶的神经疾病的缘由。目前, 在大多数发达国家中, 已禁用四乙基铅, 且其已被其他化学化合物所替代[1] 。
1.2 全球变暖
    全球变暖是“温室效应冶的结果, 而“温室效应冶系由二氧化碳和其他气体(如大气中的甲烷) 所引发。这些气体截获了由地面反射的日光的红外辐射效应, 因而在大气中截留了能量, 并使之升温。地球温度的升高导致对其生态系统多数生态的破坏, 并引发影响人类的许多自然界的灾害[2] 。
    因全球变暖引发的生态破坏, 某些受损害物种的消失关系到一些人口的自然资源供应的稳定性。同样, 这也关联着某些物种从温暖的海洋迁徙到以前较冷的北部海洋, 在那里这些物种会潜在地毁灭固有的物种及其赖以生存的体系。地中海可能正在发生这类情况, 那里现已观察到来自红海的梭子鱼。
    由于自然界灾难引起的伤害之广, 使人们对自然界灾难的关注多于对生态灾害的关注。全球变暖被认为是招致如“厄尔尼诺(El Nin～o)冶气象征兆的原因, 该气象征兆干扰了南太平洋区域, 并定期地引发龙卷风、洪水和干旱。极地冰盖的融化是全球变暖的另一主要的后果, 它提升了海平面, 而且可引发沿
    二氧化碳是碳氢化合物和煤燃烧的生成物。运输工具对二氧化碳的排放占有大量的份额(1980 ~ 1999 年为32%)。二氧化碳排放量的分布如图1-1所示[4] 。
    图1-2 表明了二氧化碳排放量的发展趋势。显然, 目前运输工具是二氧化碳排放的主要来源。应该注意, 发展中国家正在迅速增加其运输工具的总量, 而这些国家占有很大份额的世界人口。对此, 将在下一节中进一步展开讨论。
    近几十年期间的观测表明, 环球地面温度的升高基本上起因于人类活动在大气中释放的大量二氧化碳(见图1鄄3)。重要的是, 二氧化碳确实被植物吸收, 并由海洋以化合成碳酸盐的方式所收集。然而, 这些自然的同化过程是有限的, 它不可能同化所有排放的二氧化碳, 其结果是在大气中形成二氧化碳的累积。
1.3 石油资源
    运输工具应用的大部分燃料为源于石油的液态燃料。石油是从地下采掘的矿物燃料, 是活性物质分解的生成物, 这些物质几百万年前(600 ~ 400 百万年前的奥陶纪系) 被埋藏在稳定的地质层中。其过程大致如下: 活性物质(主要是植物) 死亡, 并慢慢地被沉积物所覆盖。在时间进程中, 这些累积的沉积物形成半固体层, 且变态为岩石。活性物质就被截获在一个密闭的空间内, 在该处高压和高温作用下, 取决于它们的类别, 被缓慢地或变换为碳氢化合物或变换为煤。该过程经百万年才始完成, 这便是以地下采掘的燃料形成为地球资源之所以有限的原因。
    已经证实的储藏量是指“经地质和工程信息可靠地预示的储藏量, 它们是在现阶段经济和运行条件下, 今后由已知的储油层可被开采的储藏量冶[5] 。因此, 并不能构成地球总储藏量的指标。已经证实的储藏量如英国石油(BritishPetroleum) 2001 年的估算值(表1鄄1 中以109t 计之) 所示[5] 。表1鄄1 中关于每一地区的R / P 比值是指若以当前水平连续生产, 则已知储量可开采的年数[5] 。
    在气候不成为重要问题的地区中, 当今抽出的位于地表面层附近的油是易于提取的。人们认为, 像西伯利亚或美国和加拿大的极地带这样的地区, 位于地壳下面的储油量要多得多。在上述地区内, 气候和对生态的关注是抽油或勘探油的主要障碍。因政治和技术原因, 估算地球的石油总储量是一项困难的任务。由美国地质勘探局(U郾S郾Geological Survey) 在2000 年估计的尚未勘探的油资源量列于表1鄄2 中[6] 。
    虽然R / P 比值不包括将来的发现, 但其意义深远。很明显, 该值基于已知的储量, 由此可易于为今天所理解。未来的储油量的发现是推测的, 且近期被发现的油是不易于开采的。R / P 比值也基于开采量保持为常量的前提。然而,十分明显, 油的消耗量(对应的生产量) 与发达国家和发展中国家的经济增长同步逐年增加。其中, 油消耗量随着某些人口大量聚居国家的迅速发展很可能呈现巨大的增长额, 特别是在亚太地区。图1鄄4 描绘了近20 年来石油消耗量的发展趋势[7] 。油消耗量以每日消耗油的千桶数给出(1 桶约合8t 油)。

Avlicht

好资料太多，信息爆炸，如何提取自己真正需要的才是关键。

weilai24xiaoshi

学习学习！！！

pat

论坛有英文版的，如果英文好，看原版更好！

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我已经购买这个书了，网上大概卖70多元的。

张老五

看上去不错的东东，楼主打个包上传一下吧

鹰派天平

楼主这么发不是办法啊,文件分块上传吧

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pat

回复 6# 张老五


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w  w  w .verycd.com/topics/2777956/

pat

我也传过，参考：
http://bbs.simol.cn/viewthread.php?tid=38035

张老五

回复 11# pat


    有木有中文版滴？
满篇e文看不懂啊

pat

张老五 发表于 2012-8-29 07:49

                               
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回复 11# pat

现在又中文的了，需要超星浏览器看
h t t p : // pan.baidu.com/share/link?shareid=66009&uk=1157640203

CG_HITsz

了解了解  谢谢啦