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第1章 汽车面临的各种形势1

总论1

1.1 地球环保问题4

1.1.1 地球环保问题的定义4

1.1.2 全球气候变暖4

1.1.3 小结12

1.2 能源问题12

1.2.1 近年来汽车周边状况12

1.2.2 关于汽车方面的“节省石油”“摆脱石油”13

1.2.3 运输用能源的前景14

1.2.4 小结16

1.3 汽车的历史17

1.3.1 概述17

1.3.2 黎明期的汽车17

1.3.3 汽油机车的兴起19

1.3.4 20世纪初期的混合动力车19

1.3.5 第二次世界大战前后的电动车19

1.3.6 1960—1970年的电动车开发19

1.3.7 ZEV规定、对节能政策的应对20

1.3.8 混合动力车的研究开发21

1.3.9 氢燃料电池22

1.3.10 插电式混合动力车23

1.3.11 世界各地的电动车战略23

1.4 汽车的电动化24

1.4.1 电动车辆的历史24

1.4.2 电动汽车的分类24

1.4.3 电动汽车技术26

1.4.4 电动汽车的特点28

1.4.5 电动车辆的未来29

1.5 由汽车电子到动力电子31

1.5.1 汽车电子的历史31

1.5.2 汽车电子扩展带来的冲击31

1.5.3 汽车电动机的历史33

1.5.4 系统整合33

1.5.5 电子、电动化、综合控制的课题36

1.6 汽车稀有金属和回收利用37

1.6.1 概述37

1.6.2 稀有金属的现状37

1.6.3 稀有金属本身的问题点40

1.6.4 稀有金属的供需平衡和价格变动41

1.6.5 稀有金属的供需和资源环境问题43

1.6.6 稀有金属的枯竭性49

1.6.7 汽车用稀有金属的原始使用单位50

1.6.8 稀有金属的回收利用52

1.6.9 降低稀有金属的使用量及替代技术的开发54

1.6.10 小结55

参考文献57

第2章 电池和电容器61

总论61

2.1 铅酸蓄电池（36 V、 12 V）66

2.1.1 汽车用铅酸蓄电池的概况66

2.1.2 铅酸蓄电池的原理67

2.1.3 汽车用铅酸蓄电池的结构、制造方法及其类别68

2.1.4 汽车用铅酸蓄电池的基本特性70

2.1.5 汽车用铅酸蓄电池的劣化形式及其抑制对策71

2.1.6 关于在汽车中的应用现状74

2.1.7 关于汽车用铅酸蓄电池的安全性77

2.1.8 课题和今后的实施77

2.2 镍氢蓄电池77

2.2.1 镍氢蓄电池的概要77

2.2.2 镍氢蓄电池的原理78

2.2.3 电动汽车用镍氢蓄电池79

2.2.4 混合动力车用镍氢电池81

2.3 锂电池84

2.3.1 锂电池的历史84

2.3.2 基本工作原理与结构85

2.3.3 锂离子电池的组成材料86

2.3.4 锂离子电池的基本特性88

2.3.5 汽车用电池89

2.3.6 安全性93

2.3.7 今后的课题93

2.4 双电层电容器95

2.4.1 概述95

2.4.2 双电层电容器的历史95

2.4.3 双电层电容器的基本工作原理96

2.4.4 双电层电容器的组成材料97

2.4.5 双电层电容器的基本性能98

2.4.6 双电层电容器的安全性100

2.4.7 对今后的展望103

2.5 燃料电池104

2.5.1 燃料电池的历史104

2.5.2 燃料电池的种类105

2.5.3 基本工作原理106

2.5.4 燃料电池的特性107

2.5.5 在汽车用途方面的现状109

2.5.6 课题及今后的实施110

2.6 下一代电池112

2.6.1 下一代电池的路线图112

2.6.2 第二代锂离子电池115

2.6.3 革新型锂离子蓄电池——革新型电池的可能性118

参考文献121

第3章 电动机126

总论126

3.1 电动机基础128

3.1.1 电动机相关的电磁学128

3.1.2 磁化132

3.1.3 转矩及功率133

3.1.4 电动机工作点134

3.1.5 旋转磁场及电动机绕组135

3.2 各种电动机136

3.2.1 直流电动机137

3.2.2 感应电动机140

3.2.3 永磁同步电动机142

3.2.4 磁阻电动机143

3.3 电动机设计144

3.3.1 电动机设计（HEV THS）144

3.3.2 电动机设计（HEV并联）148

3.3.3 电动机设计（EV）150

3.4 汽车搭载电动机实例154

3.4.1 丰田（Prius·雷克萨斯）154

3.4.2 本田（Insight）155

3.4.3 三菱（i-MiEV ）156

3.4.4 富士重工（Plug-in Stella）157

3.4.5 日产（聆风）158

3.4.6 日野（客车）159

3.4.7 东洋电动机（轮毂电动机）161

参考文献162

第4章 电力电子学164

总论164

4.1 电力电子学164

4.1.1 电力电子学的定义164

4.1.2 电力转换的种类165

4.1.3 电力电子学的进化165

4.1.4 交流电动机驱动实用化166

4.1.5 其他电力电子学166

4.2 电力转换器166

4.2.1 斩波器167

4.2.2 逆变器168

4.2.3 DC-DC转换器171

4.3 电动装置172

4.3.1 IGBT的特点及开发动向172

4.3.2 总成、安装技术的开发动向174

4.3.3 车载动力装置的可靠性175

4.3.4 耐热性能的改善及高温化176

4.3.5 SiC、 GaN的可行性与今后的发展177

4.4 控制177

4.4.1 电动机控制177

4.4.2 转速传感器184

4.5 电力电子学设计187

4.5.1 逆变器187

4.5.2 DC-DC转换器190

4.5.3 车载充电器及AC 100V用逆变器192

4.6 汽车搭载电力电子学198

4.6.1 丰田（普锐斯）198

4.6.2 本田（Insight）199

4.6.3 三菱（i-MiEV ）199

4.6.4 富士重工（Plug-in Stella ）202

4.6.5 日产（聆风）203

4.6.6 日野（载货车）204

参考文献205

第5章 系统集成207

总论207

5.1 丰田混合动力系统（THS）211

5.1.1 第一代普锐斯（THS） （1997—2003）211

5.1.2 第二代普锐斯（THSⅡ）（2003—2009）214

5.1.3 RX 400h （THS Ⅱ）（2005—2009）216

5.1.4 GS 450h（THS Ⅱ）（2006—）217

5.1.5 第三代普锐斯（THS Ⅲ）（2009—）218

5.1.6 减振控制219

5.1.7 其他混联式混合动力系统221

5.2 IMA系统222

5.2.1 系统目的与目标222

5.2.2 系统构成223

5.2.3 IMA系统工作模式概要229

5.2.4 系统发展前景230

5.3 e-4WD四驱230

5.3.1 开发背景230

5.3.2 系统构成230

5.3.3 后轮驱动电动机的驱动扭矩控制231

5.3.4 4WD性能设计概念232

5.3.5 4WD控制232

5.3.6 低油耗设计概念232

5.3.7 主要组成部件233

5.3.8 e-4WD系统成效235

5.3.9 今后发展前景235

5.4 怠速停机系统235

5.4.1 怠速停机系统定位235

5.4.2 怠速停机系统开发背景235

5.4.3 怠速停机系统的历史和特点237

5.4.4 怠速停机的技术课题和对策243

5.4.5 怠速停止的普及和扩大245

5.5 电池系统246

5.5.1 系统构成246

5.5.2 电池组246

5.5.3 电池管理系统247

5.5.4 电池冷却系统249

5.5.5 动力电池系统搭载设计250

5.6 电源系统250

5.6.1 汽车用电源系统特点250

5.6.2 汽车电源的变迁和动向251

5.6.3 汽车电力管理255

5.6.4 高电压电源系统设计注意事项258

5.7 冷却系统264

5.7.1 THS电池冷却系统264

5.7.2 THS逆变器的冷却系统266

5.8 空调系统268

5.8.1 概述268

5.8.2 降低热负荷技术268

5.8.3 热源创新技术270

5.8.4 电动压缩机、逆变器271

参考文献274

第6章 性能（设计方法·评价方法·试验方法）276

总论276

6.1 电驱动系统的设计278

6.1.1 电动车的特点及高电压系统的构成278

6.1.2 驱动用电动机的输入／输出功率特性278

6.1.3 附件类高电压设备279

6.1.4 驱动电池280

6.2 EV、 HEV的评价283

6.2.1 前言283

6.2.2 EV试验方法283

6.2.3 HEV试验方法283

6.2.4 PHEV的试验方法284

6.2.5 关于EV等评价的其他课题287

6.3 尾气排放、油耗、电能消耗率及动力性能试验方法288

6.3.1 EV试验方法288

6.3.2 HEV试验方法289

6.3.3 大型HEV的排放气体及油耗试验方法291

6.4 基于Well to Wheel分析的C02换算法293

6.4.1 WtW分析与汽车LCA293

6.4.2 WtT分析295

6.4.3 WtW分析298

6.4.4 WtW分析298

6.4.5 小结298

6.5 车载电力电子学装置的EMC298

6.5.1 序言298

6.5.2 EMC标准与试验方法299

6.5.3 电动机、逆变器系统的EMC理论300

6.5.4 EMC车载电动机、逆变器系统的设计实例302

6.5.5 小结305

6.6 LCA（生命周期评估法）305

6.6.1 LCA305

6.6.2 汽车的LCA评估方法306

6.6.3 HEV、 EV等的评估309

参考文献312

第7章 车辆运动控制314

总论314

7.1 运动控制（机理）316

7.1.1 左右驱动力分配317

7.1.2 俯仰318

7.1.3 驱动318

7.1.4 乘坐舒适性319

7.2 运动管理（控制）320

7.2.1 前言320

7.2.2 基于检测器的并行防侧滑控制320

7.2.3 利用横摆力矩监测器进行行驶稳定性控制321

7.2.4 利用转向系统刚度推算值进行行驶稳定性控制322

7.2.5 车辆控制仿真结果323

7.2.6 车辆控制的试验结果324

7.2.7 小结326

7.3 线控系统（By Wire System）326

7.3.1 线控的优点326

7.3.2 系统的种类326

7.3.3 关于系统的可靠性331

7.3.4 关于线控车辆331

7.3.5 线控技术的未来333

7.4 群行车控制333

7.4.1 概述333

7.4.2 基于自动驾驶的群行车优点333

7.4.3 实现群行车的技术课题334

7.4.4 队列行驶334

7.4.5 鱼群行驶336

参考文献339

第8章 充电设备（基础设施）340

总论340

8.1 电动汽车充电（快速充电）344

8.1.1 快速充电方式的概要344

8.1.2 安全性的确保345

8.1.3 充电方式的标准化动向345

8.2 插电式混合动力车的充电（普通充电）347

8.2.1 何谓插电式混合动力车347

8.2.2 丰田插电式混合动力系统概要348

8.2.3 插电式混合动力车的充电系统348

8.2.4 普通充电系统的注意要点350

8.2.5 公共充电351

8.3 充电插接器、通信351

8.3.1 充电系统概论351

8.3.2 车辆连接器352

8.3.3 通信354

8.4 非接触式供电（电磁感应）355

8.4.1 前言355

8.4.2 电磁感应式非接触供电技术的基本原理355

8.4.3 EV的非接触式电力传输技术的开发动向358

8.4.4 行驶中充电360

8.4.5 电磁感应方式的课题361

8.5 非接触式供电（电磁共鸣）361

8.5.1 前言361

8.5.2 磁场共鸣的特征362

8.5.3 磁场共鸣的基本特性362

8.5.4 近场电磁场状态365

8.5.5 磁场共鸣的等效电路365

8.5.6 kHz～MHz～GHz的扩展366

8.5.7 中继线圈的可行性368

8.5.8 小结369

8.6 非接触式供电（微波）369

8.6.1 开发背景、目的369

8.6.2 无线充电系统原理369

8.6.3 本系统的设备概要370

8.6.4 本系统的特征及优点372

8.6.5 目前的开发状况372

8.6.6 课题及今后的展望373

8.7 电池更换系统374

8.7.1 概述374

8.7.2 应用实例374

8.7.3 优点及技术课题375

8.8 家与汽车376

8.8.1 前言376

8.8.2 房地产开发商在环保方面的努力376

8.8.3 带有蓄电池的HEMS377

8.8.4 小结378

8.9 智能电网与微电网378

8.9.1 前言378

8.9.2 智能电网378

8.9.3 智能电网的技术内容379

8.9.4 配电系统的电压控制概要381

8.9.5 微电网381

8.9.6 基于微电网的监控控制技术382

8.9.7 电动汽车与电力系统的联动383

8.9.8 与电动汽车联动时对主干系统的影响383

8.9.9 小结384

参考文献385

第9章 车辆介绍（小型车、客车、个人移动工具）388

总论388

9.1 三菱i-MiEV389

9.1.1 概述389

9.1.2 目标389

9.1.3 特点389

9.1.4 主要组件390

9.1.5 显示系统390

9.1.6 操作系统390

9.1.7 安全性390

9.2 斯巴鲁（ Subaru）插电式Stella391

9.2.1 开发目标391

9.2.2 车辆概要391

9.2.3 动力装置393

9.2.4 电池组393

9.2.5 电池管理系统393

9.2.6 充电系统394

9.2.7 车辆应用技术394

9.2.8 空调系统395

9.2.9 组合仪表395

9.2.10 动力、驾驶性能395

9.2.11 振动噪声性能395

9.3 日产聆风396

9.3.1 前言396

9.3.2 日产聆风EV系统396

9.3.3 日产聆风的车辆性能400

9.3.4 小结401

9.4 丰田插电式普锐斯401

9.4.1 PHEV的目标402

9.4.2 PHEV的有效性402

9.4.3 PHEV方式比较403

9.4.4 插电式普锐斯车辆概要403

9.5 本田Insight405

9.5.1 第一代Insight405

9.5.2 第二代Insight407

9.6 丰田第三代普锐斯412

9.6.1 第三代普锐斯的开发412

9.6.2 先进的混合动力性能412

9.6.3 功能模式化的“先进车型”413

9.6.4 领先时代的“先进装备”413

9.7 日野混合动力客车414

9.7.1 前言414

9.7.2 开发过程414

9.7.3 混合动力系统415

9.7.4 第四代混合动力客车（最新车型）416

9.7.5 小结及今后的课题417

9.8 丰田FCHV-adv417

9.8.1 丰田FCHV - adv概要417

9.8.2 车辆系统417

9.8.3 主要性能改进418

9.8.4 普及工作420

9.8.5 小结420

9.9 本田FCX Clarity420

9.9.1 概要420

9.9.2 开发目标421

9.9.3 车辆造型及装备421

9.9.4 动力传动系统搭载技术422

9.10 Eliica（Electric Lithium-Ion Car）424

9.10.1 高性能电动汽车Eliica的开发目标424

9.10.2 主要技术424

9.10.3 集成底盘425

9.10.4 车身设计425

9.10.5 性能试验426

9.10.6 小结426

9.11 Personal Mobility（个人移动器）426

9.11.1 概述426

9.11.2 技术概要427

9.11.3 面向实用化的努力428

9.11.4 Personal Mobility（个人移动器）「i-unit」 「 i -REAL」429

9.12 Segway432

9.12.1 概要432

9.12.2 技术构成434

9.12.3 Segway的环境性能434

9.13 上海电容器无轨电车435

9.13.1 前言435

9.13.2 上海市的无轨电车435

9.13.3 无架线·无轨电车的登场435

9.13.4 超级电容器436

9.13.5 公车站的充电台436

9.13.6 系统特征436

9.13.7 营业运行的经过436

9.13.8 小结437

参考文献438

第10章 法规·标准440

总论440

10.1 电动汽车的安全标准及标准动向445

10.1.1 概要445

10.1.2 ECE R100446

10.1.3 ECE R12、 ECE R94、ECE R95 （R12、 R94、R95）的修订方案447

10.1.4 联邦机动车辆安全标准305 （FMVSS305 ）449

10.1.5 其他标准、规范的动向449

10.2 电动车的燃料消耗率、电耗的试验方法与相关标准449

10.2.1 概述449

10.2.2 燃料消耗率及电量消耗率试验方法450

10.3 电池的运输规定455

10.3.1 概述455

10.3.2 危险品运输规则体系455

10.3.3 危险货物的分类及概要457

10.3.4 锂离子电池的运输规则457

10.3.5 对其他电池的运输规定459

10.3.6 汽车的运输规则459

10.4 关于充电系统的法规、标准459

10.4.1 标准459

10.4.2 法规463

10.5 电磁兼容性（EMC）、低频磁场的法规、标准动向463

10.5.1 概述463

10.5.2 国际协调标准ECE R10-03上的EV、 HEV464

10.5.3 充电系统中普通EMC指令的应用465

10.5.4 ICNIRP指导方针与低频电磁场限制的动向466

10.6 与电动车辆的静音性相关的问题和对策468

10.6.1 前言468

10.6.2 经过468

10.6.3 关于对策469

10.6.4 指导方针470

10.6.5 车辆接近警报装置的实际情况471

10.6.6 日本以外动向471

10.6.7 今后的课题472

10.7 氢燃料电池车的法规、标准472

10.7.1 概述472

10.7.2 填充插接器472

10.7.3 氢气填充协议473

10.7.4 氢气燃料标准474

参考文献476

国际单位制（SI）478