新能源车辆燃料电池-动力系统设计与控制

★本书的主要内容包括新能源车辆燃料电池理论、动力系统设计方法、燃料电池-动力系统仿真技术和智能网联应用技术等； ★书中既有新能源车辆燃料电池与动力系统的新理论、新方法、新技术和新思路等，又有国内外该领域研究的亮点成果； ★本书在新能源车辆燃料电池系统的基础上，充分阐述了燃料电池与动力系统的设计理论、仿真方法和应用技术，在内容上突出工业背景和实用性； ★适合车辆、交通、力学、机电、航空航天等多个专业的科研、设计人员及工程技术人员阅读参考，也适合作高等院校相关方向的教学用书。

新能源车辆燃料电池-动力系统是当今世界汽车行业发展的动力引擎，发展新能源车辆燃料电池-动力系统关键技术极为迫切。燃料电池系统和高效能量系统是新能源车辆替代传统车辆的重要标志。燃料电池与动力系统技术是新能源车辆的核心技术之一，高效的燃料电池技术与安全的动力系统技术构成新能源车辆发展的双引擎。
2019 年诺贝尔化学奖授予锂离子电池领域的3 位科学家，使新能源领域的科技工作者受到鼓舞。随着智能网联车辆能量安全、电池、电制动、电驱动、电转向与电控等技术的迅猛发展，新能源车辆的推广与普及率得到显著提升。为适应新技术、新产业、新设计、新应用的发展需求，特编写此书。本书是根据笔者近年在新能源车辆燃料电池与能源技术方面的积累，系统凝练和归纳而撰写成的学术著作。书中不仅有新能源车辆燃料电池与动力系统的新理论、新方法、新技术和新思路等，还充分融入国内外该领域研究的亮点成果。本书主要内容包括新能源车辆燃料电池理论、动力系统设计方法、燃料电池-动力系统仿真技术和智能网联应用技术等。本书在介绍新能源车辆燃料电池系统的基础上，充分阐述了燃料电池与动力系统的设计理论、仿真方法和应用技术。在内容上突出工业背景、实用性、新思路、新设计和新颖性，力求对读者有所启迪和帮助。
本书由北京理工大学李永和清华大学宋健编著。书中研究的内容得到了汽车安全与节能国家重点实验室开放基金和北京理工大学科研项目（ 202020141344A，GZ2017015105，201720141052，201720141103，201720141104，20160141090） 的资助，在此表示感谢。
本书中引用的文献、报告等尽可能列在参考文献中，但由于工作量大及作者不详，在此对没有说明的文献作者表示歉意和感谢。
由于笔者水平有限，书中难免有疏漏之处，欢迎读者不吝指正。

编著者
2023年谷雨于北京理工大学良乡校区北湖之畔

本书系统而全面地阐述了新能源车辆燃料电池与动力系统新理论及这些理论在新能源车辆工业中的应用，是新能源车辆燃料电池与动力系统方面的一部学术著作。全书共8 章，前4 章完整地介绍了新能源车辆燃料电池-动力系统理论体系，包括设计、分析、匹配；后4 章介绍了新能源车辆动力解耦与动力系统控制策略、实验方法及工程应用等，以新能源车辆燃料电池与动力系统为主线，重点围绕匹配问题，阐述燃料电池与动力系统理论在新能源车辆动力学中的应用。本书可以为新能源车辆动力学的仿真和实验提供理论及方法。
本书适合车辆、交通、力学、机电、航空航天等专业的科研、设计人员及工程技术人员阅读参考，并可兼作高等院校相关方向的教师、博士研究生、硕士研究生教学用书，也可作为相关专业本科生的教材、学习参考书和工具书。

第1章　绪论
1.1　能源科学与新能源技术的发展沿革 001
1.2　氢能产业链 007
1.3　制氢技术 010
1.3.1　制氢技术比较 010
1.3.2　典型制氢技术 012
1.3.3　不同电解水制氢技术原理对比 017
1.3.4　不同电解水制氢技术对比 020
1.4　氢气输送技术 022
1.5　储运氢技术 023
1.5.1　物理储运氢 024
1.5.2　化学储运氢 025
1.5.3　氢能产业趋势 026
1.5.4　氢气储运技术分析 026
1.5.5　储氢复合材料 027
1.6　氢能运用技术 030
1.7　燃料电池技术具体应用 035

第2章　新能源车辆氢燃料电池宏细观理论
2.1　氢燃料电池车辆发展契机 049
2.2　燃料电池车辆发展趋势 053
2.3　氢燃料电池工作原理 060
2.4　燃料电池产学研融合发展 066
2.5　燃料电池宏细观结构 071
2.6　介孔材料 080
2.7　核壳结构 082
2.8　非均质纳米晶结构分析 090
2.9　氢燃料电池能源在新能源车辆中的具体应用 092
2.10　趋势与展望 103

第3章　新能源车辆动力电池梯度结构设计
3.1　动力电池的核壳-浓度梯度-复合纳米正极结构 108
3.2　动力电池负极纳米梯度结构 113
3.3　L-i O2 电池纳米梯度技术 116
3.3.1　锂-空气电池反应机理 116
3.3.2　锂-空气电池的厚电极设计 118
3.4　梯度结构电池储能技术 120
3.5　动力电池的电芯一致性 122

第4章　新能源车辆动力电池纳米结构设计
4.1　动力电池纳米结构电极 132
4.2　纳米电催化剂力学-化学耦合机制 139
4.3　纳米电池失效分析与控制策略 141
4.4　纳米动力电池综合性能分析 142
4.5　纳米电池SEI 膜 145
4.6　新能源车辆纳米电池技术展望 147

第5章　新能源车辆动力稳定-变速系统解耦控制策略
5.1　EDWCS 制动系统解耦模型 152
5.2　基于驾驶员意图的稳定控制实验 157
5.3　基于自动驾驶的稳定控制实验 159
5.4　自动驾驶模式与驾驶员模式下制动控制的对标实验 160
5.5　新能源车辆变速系统解耦模型、功能需求分析与硬件开发 162
5.6　变速控制系统的软件开发 165
5.7　电动车辆变速系统动态性能测试 167

第6章　新能源车辆动力系统转向设计与控制
6.1　新能源车辆原地转向分析 179
6.2　新能源车辆转向系统模型 182
6.3　转向系统稳定性与可行性 183
6.4　数据采集系统硬件与微控制器（MCU）设计 186
6.5　转向动力学计算仿真 194

第7章　基于电机调节的离合器到离合器换挡控制策略
7.1　换挡原理 200
7.2　正扭矩换挡控制策略 205
7.3　负扭矩换挡过程控制策略 209
7.4　实验验证 218

第8章　基于换挡品质的制动器动态建模及力矩特性
8.1　制动器影响AMT 换挡品质 225
8.1.1　换挡品质的评价指标 225
8.1.2　制动器的力矩优化 226
8.2　制动带的选型及其执行机构的设计 229
8.2.1　制动带的选型 229
8.2.2　制动带执行机构的设计 229
8.3　制动器模型 233
8.4　动力学仿真计算 237

参考文献

附录A　新能源车辆动力电池系统设计

附录B　新能源车辆智能网联系统

附录C　燃料电池-动力系统及其在燃料电池车辆上的应用

附录D　燃料电池车辆线控逻辑结构