新能源汽车技术手册

《新能源汽车技术手册》分11篇共45章，依次介绍新能源汽车的技术基础、构型设计、控制策略、系统设计与开发、仿真技术、动力系统实验设计、电池及电源管理、驱动电机技术、热管理技术、节能技术和智能能量管理。其中，第1～6篇系统梳理了新能源汽车的产业法规及政策导向、构型方案、整车控制策略、系统设计与开发和车辆仿真与实验技术等核心内容；第7篇和第8篇围绕新能源汽车“三电”的核心组成——动力电池和驱动电机相关内容展开讨论，详细介绍了各型动力电池及其对应的电池管理技术、驱动电机系统的关键技术和发展趋势。第9～11篇围绕如何实现挖掘车辆的节能潜力展开介绍，系统探索了热管理技术和能量管理的内在联系、解析了新能源汽车的节能机理和关键技术，以及基于车辆网联信息的能量管理优化控制。 本手册内容系统、先进、实用，适合从事新能源汽车研究、开发、使用、维护及管理等工作的工程技术人员使用，也可作为高等院校汽车相关专业师生组织日常教学、课程设计、

曾小华，吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，教授，博士生导师，唐敖庆领军学者。 主要研究领域：节能与新能量汽车关键技术的研究，主要包括油电混合动力汽车、液压混合动力汽车的驱动理论、设计方法与控制技术。 1999年开始并一直进行节能与新能源汽车技术开发，已发表论文50余篇，为多家国内外权威期刊论文评审专家；申请专利10余项，已获授权发明专利7项。负责与参加20余项国家“863”项目、自然基金项目，省部级重点、重大项目以及龙头整车企业项目。积累了丰富的节能与新能源汽车技术开发经验和成果。

第1篇　新能源汽车技术基础 001 第1章　新能源汽车概述 002 1.1　新能源汽车的基本概念 002 1.2　发展新能源汽车的现实意义 002 1.2.1　汽车与能源及环境的关系 002 1.2.2　汽车在社会发展中的地位 003 1.3　新能源汽车的现状与发展路线 005 1.3.1　全球新能源汽车现状 005 1.3.2　我国新能源汽车现状 008 1.3.3　新能源汽车的发展路线 008 第2章　新能源汽车的通用关键技术 012 2.1　新能源汽车的主要技术类型 012 2.1.1　混合动力汽车技术 012 2.1.2　纯电动汽车技术 014 2.1.3　燃料电池汽车技术 015 2.1.4　氢动力汽车技术 017 2.1.5　醇、醚和生物燃料汽车技术 018 2.2　新能源汽车的驱动理论 018 2.3　新能源汽车的控制策略 020 2.3.1　稳态控制策略 021 2.3.2　动态控制策略 022 2.4　新能源汽车的仿真与实验技术 022 第3章　新能源汽车的产业政策与法规 026 3.1　新能源汽车的产业政策及成效 026 3.1.1　碳达峰、碳中和相关政策 026 3.1.2　智能网联汽车政策 027 3.1.3　新能源汽车产业帮扶政策 027 3.1.4　新能源汽车产业政策成效 027 3.2　新能源汽车产业法规 028 3.2.1　整车及车架系统专项要求 028 3.2.2　动力系统专项要求 029 3.2.3　传动系统专项要求 031 3.2.4　电气系统专项要求 031 3.2.5　整车附件系统专项要求 031 3.2.6　法规符合性控制 031 第2篇　新能源汽车的构型设计 033 第4章　纯电动汽车构型 034 4.1　机械驱动布置方式 035 4.2　电动机-驱动桥组合式 036 4.3　电动机-驱动桥整体式 037 4.4　轮毂电机分散式 038 第5章　燃料电池汽车构型 040 5.1　燃料电池-蓄电池车辆构型 040 5.2　燃料电池-超级电容器车辆构型 041 5.3　燃料电池-蓄电池-超级电容器车辆构型 041 第6章　插电式混合动力汽车构型 043 6.1　混合动力汽车构型方案与特点 043 6.1.1　串联式构型 044 6.1.2　并联式构型 046 6.1.3　混联式构型 048 6.2　插电式混合动力汽车构型方案与控制策略 048 第7章　典型新能源汽车构型示例 052 7.1　典型纯电动汽车构型——Tesla model S 052 7.1.1　传动系统工作原理 052 7.1.2　电机 052 7.1.3　电机控制器 053 7.1.4　电池模组 053 7.1.5　单级减速箱和差速器 054 7.2　典型插电式混合动力汽车构型 054 7.2.1　典型串联式插电混合动力汽车构型 054 7.2.2　典型并联式插电混合动力汽车构型 055 7.2.3　典型混联式插电混合动力汽车构型 056 7.3　典型燃料电池汽车构型 058 7.3.1　整车参数 058 7.3.2　动力系统构型方案 059 7.3.3　动力系统运行分析 059 第3篇　新能源汽车的控制策略 061 第8章　稳态能量管理策略 062 8.1　基于逻辑门限的控制策略 062 8.1.1　恒温器＋功率跟随型控制策略 062 8.1.2　电机助力型控制策略 067 8.2　模糊控制策略 069 8.2.1　模糊控制原理 070 8.2.2　模糊控制策略的应用 072 8.3　全局最优控制策略 079 8.3.1　动态规划优化控制算法 079 8.3.2　动态规划优化控制算法的应用 081 8.4　ECMS 最优化控制策略 082 8.4.1　ECMS 实时优化控制策略的基本原理 083 8.4.2　实时优化算法与逻辑门限值相结合的自适应控制策略 083 8.5　模型预测控制策略 086 8.5.1　模型预测控制理论基本原理 086 8.5.2　基于模型预测控制的能量管理 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　动态协调控制策略 100 9.1　动态品质评价指标 101 9.2　系统动力学模型分析 101 9.2.1　前行星排动力学分析 101 9.2.2　后行星排动力学分析 102 9.2.3　系统输出 102 9.2.4　系统冲击度分析 103 9.3　动态协调控制 105 9.3.1　发动机转矩估计 105 9.3.2　电机MG1 的转矩协调控制策略 105 9.3.3　电机MG2 的转矩协调控制策略 106 9.4　动态协调控制策略的仿真与验证 108 第4篇　新能源汽车系统设计与开发 113 第10章　新能源汽车的性能指标 114 10.1　动力性能指标 114 10.1.1　最高车速 115 10.1.2　最大爬坡度 116 10.1.3　加速时间 117 10.2　经济性能指标 118 10.3　平顺性能指标 119 10.4　排放性能指标 121 第11章　新能源汽车的参数匹配及优化 123 11.1　动力性参数匹配基本原则 123 11.2　经济性参数匹配基本原则 125 11.2.1　发动机高效区匹配原则 125 11.2.2　电机高效区匹配原则 127 11.3　参数匹配方案性能验证 128 第12章　新能源汽车整车控制器定义 131 12.1　整车控制器的功能定义 132 12.2　整车控制器的硬件设计和接口定义 135 12.2.1　系统功能定义和离线仿真 135 12.2.2　快速控制器原型和硬件详细设计 136 12.2.3　硬件系统测试及HIL 仿真验证 139 第13章　新能源汽车的工作模式设计 141 13.1　纯电动汽车工作模式设计基本原则 141 13.2　燃料电池电动汽车工作模式设计基本原则 144 13.3　插电式混合动力电动汽车工作模式设计基本原则 145 第14章　新能源汽车整车综合控制系统现代开发方法 149 14.1　基于V 流程的整车综合控制系统开发 149 14.2　基于SIL 的整车综合控制系统开发 151 14.2.1　SIL 在车用ECU 开发过程中的应用 151 14.2.2　MIL/SIL 开发实例 152 14.3　基于HIL 的整车综合控制系统开发 154 14.3.1　硬件在环仿真技术简介 154 14.3.2　基于HIL 的整车综合控制系统开发实例 155 14.4　基于Simulator 的整车综合控制系统协同开发 157 14.4.1　车辆模拟器研究现状 157 14.4.2　模拟器在V 流程开发过程中的应用 158 14.4.3　基于模拟器的整车综合控制系统协同开发过程 159 第15章　基于CCP 协议的整车控制器标定 160 15.1　混合动力汽车 HCU 测标流程 160 15.2　基于CCP 的在线测标系统开发 161 15.2.1　标定协议 161 15.2.2　标定系统软硬件设计 162 15.2.3　基于CCP 的在线测标系统开发实例 165 第5篇　新能源汽车仿真技术 169 第16章　仿真技术概述 170 16.1　仿真的基本概念 170 16.2　逆向仿真模型与正向仿真模型 170 第17章　新能源汽车整车仿真建模 172 17.1　整车动力学模型 172 17.2　车轮动力学模型 173 17.3　变速器模型 175 17.4　电机/控制器模型 175 17.5　能量存储系统模型 177 第18章　离线仿真技术 178 18.1　基于Advisor 仿真平台的新能源汽车动力系统开发 180 18.2　基于AVL Cruise 仿真平台的新能源汽车动力系统开发 186 18.3　基于Matlab 工具箱的新能源汽车动力系统开发 193 18.4　基于AMESim 仿真平台的新能源汽车动力系统开发 195 第19章　硬件在环仿真技术 206 19.1　技术方案概述 206 19.2　新能源汽车整车被控对象模型 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　硬件在环试验台 214 19.5　实验结果分析 216 第6篇　新能源汽车动力系统实验设计 219 第20章　新能源汽车实验台架概述 220 20.1　台架测试平台的发展 220 20.2　混合动力实验台架 223 第21章　动力系统实验关键技术 225 21.1　动力总成控制技术 225 21.1.1　动力控制技术 225 21.1.2　负载调节与动态控制技术 228 21.2　CAN 通信技术 230 21.2.1　CAN 技术简介 230 21.2.2　混合动力汽车CAN 总线的应用 231 21.3　实验台架监控技术 234 21.3.1　dSPACE实时仿真技术 234 21.3.2　监控测试技术 235 第22章　实验台架设计与开发 238 22.1　实验台架功能分析 238 22.1.1　元件实验及标定功能 239 22.1.2　整车台架实验功能 241 22.2　实验台架功能模块设计 243 22.2.1　按部件划分方案 243 22.2.2　按功能划分方案 245 22.3　实验设计与测试 249 22.3.1　CAN 通信的台架实验 249 22.3.2　主要部件典型实验 251 第23章　动力系统测试技术 253 第7篇　新能源汽车电池及电源管理 257 第24章　对动力电池的要求及评价 258 24.1　动力电池的性能指标 258 24.2　新能源汽车对动力电池的要求 262 24.3　动力电池的性能测试与评价 263 第25章　铅酸动力电池 266 25.1　铅酸蓄电池的工作原理 266 25.2　铅酸蓄电池的构成 267 25.3　铅酸蓄电池的特点 269 第26章　碱性动力电池 270 26.1　镍镉电池 270 26.1.1　镍镉电池的分类及特点 270 26.1.2　镍镉电池的结构及工作原理 271 26.1.3　镍镉电池的基本性能 272 26.2　镍氢电池 273 26.2.1　镍氢电池的特点 273 26.2.2　镍氢电池的结构和工作原理 273 26.2.3　镍氢电池的使用性能 274 第27章　锂离子动力电池 278 27.1　锂离子电池的构成 278 27.1.1　锂离子电池正极材料 278 27.1.2　锂离子电池负极材料 279 27.1.3　锂离子电池电解液 282 27.1.4　锂离子电池的隔膜 284 27.1.5　锂离子电池外壳 285 27.2　锂离子电池的特点 285 27.3　锂离子电池的分类 286 27.4　锂离子电池的工作原理 288 27.5　锂离子电池行业发展趋势 289 第28章　燃料电池 291 28.1　燃料电池概述 291 28.2　燃料电池的分类 291 28.3　燃料电池的基本组成和工作原理 294 28.4　燃料电池的特点 296 28.5　燃料电池发电系统结构原理 298 第29章　其他电池 302 29.1　飞轮电池 302 29.1.1　飞轮电池的储能原理 302 29.1.2　飞轮电池的结构 303 29.1.3　飞轮电池的优势与不足 304 29.2　超级电容器 305 29.2.1　超级电容器的工作原理 305 29.2.2　超级电容器的结构与分类 306 29.2.3　超级电容器的优势与不足 307 29.3　锌空气电池 309 29.3.1　锌空气电池的工作原理 309 29.3.2　锌空气电池的结构与分类 309 29.3.3　锌空气电池的优势与不足 310 第30章　动力电池管理系统 312 30.1　电池管理系统的基本构成和功能 312 30.2　数据采集方法 314 30.2.1　单体电压检测方法 314 30.2.2　动力电池温度采集方法 316 30.2.3　动力电池系统电流检测方法 317 30.3　电量管理系统 317 30.3.1　准确估算蓄电池SOC 的作用 317 30.3.2　电池SOC 估算精度的影响因素 318 30.3.3　SOC 估计算法 319 30.4　均衡管理系统 320 30.4.1　动力电池均衡控制方法 320 30.4.2　均衡方案典型实例 322 30.5　热管理系统 324 30.5.1　动力电池内部的热传递方式 324 30.5.2　动力电池的热管理策略 324 30.5.3　典型的热管理实现方案 327 30.6　电池热安全管理 329 30.7　电安全管理系统 331 30.8　数据通信系统 333 30.9　电池组的峰值功率预测 334 30.10　BMS 控制策略 336 30.10.1　整车上下电策略 336 30.10.2　快慢充电策略 337 30.10.3　热管理策略 338 30.10.4　高压互锁功能检测 338 30.11　BMS 系统可靠性设计 338 30.11.1　电源电路可靠性设计 339 30.11.2　CAN 通信电路可靠性设计 339 30.11.3　绝缘电阻检测电路可靠性设计 340 第31章　新能源汽车的充电管理 342 31.1　新能源汽车的充电类型 342 31.2　直流充电系统的结构与充电原理 344 31.3　交流充电系统的结构与充电原理 346 31.4　新能源汽车的充电装置 349 31.4.1　充电机 349 31.4.2　充电桩 351 31.4.3　充电站 353 31.4.4　充电技术发展趋势 354 第8篇　新能源汽车驱动电机技术 355 第32章　电机学基本定律与驱动电机 356 32.1　电机学基本定律 356 32.2　驱动电机 357 32.2.1　直流电机 357 32.2.2　交流感应电动机 364 32.2.3　永磁同步电机 368 32.2.4　开关磁阻电机 369 32.2.5　新能源汽车用驱动电机的基本要求与参数对比 371 第33章　驱动电机系统构型与关键技术 373 33.1　驱动电机系统的研究现状和发展趋势 373 33.2　混合动力系统用驱动电机系统构型 376 33.3　集中式驱动和分布式驱动 377 33.4　中央集成桥 381 33.5　一体化驱动传动 383 33.6　驱动电机系统关键技术 385 33.6.1　驱动控制器关键技术 385 33.6.2　驱动电机关键技术 386 第34章　驱动电机的性能检测 388 34.1　驱动电机性能参数 388 34.2　驱动电机性能测试 388 34.3　驱动电机性能优化手段及技术 389 第9篇　新能源汽车热管理技术 391 第35章　新能源汽车热管理技术概述 392 第36章　新能源汽车热管理系统设计与建模 397 36.1　动力系统构型与工作模式 397 36.2　热管理系统方案设计 398 36.3　动力系统产热模型 401 36.3.1　发动机模型 401 36.3.2　动力电池模型 402 36.3.3　驱动电机模型 403 36.4　热管理系统模型 403 36.4.1　动态传热模型 404 36.4.2　散热器模型 405 36.4.3　系统能耗模型 405 第37章　新能源汽车热管理系统设计与仿真 407 37.1　控制策略设计与开发 407 37.1.1　模式切换规则设计 407 37.1.2　控制策略搭建 407 37.2　热管理系统仿真验证 409 第38章　计及热特性的整车能量管理策略 412 38.1　CD-CS 能量管理策略 412 38.2　融合系统热特性的自适应等效油耗最小策略 413 38.3　离线仿真测试 416 38.4　策略对比分析 419 第10篇　新能源汽车的节能技术 421 第39章　混合动力汽车的功率需求与能耗计算 422 39.1　需求功率的计算方法 422 39.2　能量消耗分析模型 426 39.3　基于工况的油耗分析方法 431 第40章　基于传统汽车的能耗分析 432 40.1　典型循环工况的分析 433 40.2　整车传动系统工作效率 436 40.3　能量消耗特点及混合动力节能途径 437 第41章　新能源汽车的节能机理 438 41.1　再生制动能量回收的节能贡献 438 41.2　消除怠速的节能贡献 441 41.3　减小发动机排量的节能贡献 442 41.4　发动机工作区域控制的节能贡献 444 41.5　新能源汽车的节能潜力分析 444 第11篇　新能源汽车的智能能量管理 447 第42章　基于车联网信息行驶工况处理 448 42.1　车联网信息下汽车行驶工况数据获取 448 42.1.1　新能源汽车车联网平台介绍 448 42.1.2　基于车联网的行驶工况数据获取 451 42.1.3　车联网平台下行驶工况数据质量问题 452 42.2　车联网平台下行驶工况数据缺失与数据噪声处理 454 42.2.1　基于插补与神经网络的缺失数据估计方法 455 42.2.2　基于小波变换的噪声数据滤波方法 455 42.2.3　行驶工况噪声数据清洗方法 456 42.3　行驶工况数据处理的评价方法 458 42.3.1　行驶工况数据误差评价指标 458 42.3.2　行驶工况特征参数评价指标 458 第43章　基于车联网信息行驶工况数据挖掘 460 43.1　数据挖掘理论在行驶工况数据中的应用 460 43.2　基于能耗特性的公交线路行驶工况特征参数分析 461 43.2.1　公交线路特征统计分析 462 43.2.2　基于公交客车线路特点的行驶工况特征参数集 463 43.2.3　车辆能耗特性与工况特征关系分析 465 43.2.4　基于能耗回归分析模型的工况特征参数筛选 468 43.3　基于能耗特征与线路特征参数的固定线路行驶工况合成 470 43.3.1　基于K-means 算法的工况聚类分析 470 43.3.2　马尔科夫链状态转移矩阵 472 43.3.3　公交线路行驶工况合成结果分析 472 43.4　基于能耗特征与线路特征参数的未来行驶工况智能预测 473 43.4.1　基于LS-SVM 和BP-NN 的智能预测模型 474 43.4.2　未来工况智能预测模型对比 476 43.4.3　未来工况预测精度影响因素分析 478 43.4.4　未来工况预测模型的鲁棒性分析 481 第44章　基于行驶工况信息的分层优化自适应能量管理策略 483 44.1　行星式混合动力公交客车功率分流特性及其能量管理 483 44.1.1　双行星排功率分流式混合动力系统型 483 44.1.2　双行星排式混合动力系统功率分流状态分析 485 44.1.3　双行星排式混合动力系统能量管理策略 488 44.2　分层优化自适应智能能量管理策略概述 490 44.2.1　分层优化自适应能量管理策略研究内容 491 44.2.2　分层优化自适应智能能量管理策略架构 491 44.3　基于固定线路合成工况的近似全局最优控制 493 44.3.1　考虑终止约束的全局优化SOC轨迹求解 493 44.3.2　基于近似全局最优的模式切换规则提取 495 44.3.3　基于近似全局最优的SOC 轨迹规划模型 497 44.4　基于未来工况预测的A-ECMS 自适应控制 498 44.4.1　基于PMP 的等效燃油消耗最小策略 499 44.4.2　基于未来工况预测信息的自适应规律 502 44.4.3　基于LQR 控制器的SOC 跟随策略 503 44.5　分层优化自适应智能能量管理策略验证与分析 504 44.5.1　分层优化自适应智能能量管理策略最优性 504 44.5.2　分层优化自适应智能能量管理策略适应性 508 第45章　基于固定线路全局优化的深度强化学习能量管理 510 45.1　学习型智能能量管理控制策略概述 510 45.1.1　学习型智能能量管理策略研究进展 510 45.1.2　学习型智能能量管理的控制问题 512 45.2　基于固定线路全局优化的深度强化学习能量管理策略 513 45.2.1　Deep Q-Learning 深度强化学习算法 514 45.2.2　基于固定线路行驶信息的深度强化学习策略架构 515 45.2.3　Deep Q-Learning 能量管理策略算法设计 516 45.3　基于固定线路全局优化的深度强化学习能量管理策略验证 516 45.3.1　F-DQL-EMS 智能能量管理策略的最优性 517 45.3.2　F-DQL-EMS 智能能量管理策略的工况适应性 519 45.4　两种智能能量管理策略对比分析 520 45.4.1　智能能量管理策略的最优性 520 45.4.2　智能能量管理策略的工况适应性 521 45.4.3　智能能量管理策略的总结分析 522 参考文献 523 名词索引 531