现代有轨电车混合动力技术

《现代有轨电车混合动力技术》针对现代有轨电车新能源混合动力技术，分七章分别讲解了新能源技术发展现状、轨道交通行业节能减排技术、锂电池基础知识、超级电容基础知识以及超级电容/蓄电池混合动力有轨电车、燃料电池有轨电车相关的技术知识。本书从轨道交通行业及动力电池、超级电容行业基础知识和应用状况出发，结合节能减排等国家政策规划，由浅入深地讲解新能源技术、混合动力技术研究现状，为相关研究人员、技术人员提供参考。本书也可以作为新能源技术的入门教程或参考书。

目录

前言

第1章城市轨道交通新能源技术发展现状1

1.1城市交通运输对环境的影响1

1.1.1环境污染1

1.1.2全球变暖2

1.1.3石油资源3

1.1.4引发的思索 5

1.2城市交通运输发展策略 6

1.2.1新能源对交通运输的重要性 6

1.2.2新能源技术加快发展的国际背景 8

1.2.3中国发展新能源车辆的国内背景 15

1.3我国城市轨道交通行业新能源技术规划及发展趋势 18

1.3.1轨道交通行业十二五规划 18

1.3.2轨道交通行业新能源技术发展规划解读 19

1.3.3几种有轨电车供电方式对比分析 20

1.3.4几种有轨电车经济性对比分析 22

第2章燃料电池基础知识 28

2.1燃料电池的分类方式 28

2.1.1燃料电池的种类 28

2.1.2几种典型的燃料电池 33

2.1.3燃料电池的优缺点 36

2.1.4燃料电池急需解决的关键问题 37

2.2燃料电池系统结构与工作原理 38

2.2.1燃料电池的工作原理 38

2.2.2质子交换膜燃料电池系统的组成 40

2.2.3氢气系统概述 42

2.3燃料电池系统的失效分析 45

2.3.1燃料电池系统失效方式 45

2.3.2燃料电池系统控制器 46

2.4国内外燃料电池技术及应用现状 46

2.4.1国外燃料电池技术及应用现状 47

2.4.2国内燃料电池技术及应用现状 50

2.4.3国内外氢能及配套基础设施发展现状 51

第3章超级电容基础知识及应用技术 56

3.1超级电容结构与工作原理 56

3.1.1超级电容的种类 56

3.1.2超级电容的结构原理 57

3.1.3超级电容的基本特征与技术指标 60

3.1.4超级电容的数学模型 61

3.1.5超级电容的应用特性 62

3.2超级电容器在新能源车辆上的应用 64

3.2.1超级电容器在纯电动公交车/有轨电车上的应用 64

3.2.2超级电容器在油电混合动力车辆上的应用 64

3.2.3超级电容器使用的注意事项 65

3.3超级电容的发展 66

3.3.1超级电容技术的发展趋势 66

3.3.2国外的超级电容产品 67

3.3.3国内的超级电容产品 68

第4章动力电池基础知识 73

4.1电池的基本构成及性能指标 73

4.1.1电池的类型 73

4.1.2电池的基本构成 74

4.1.3电池及电池组的相关概念 74

4.1.4电池的性能指标 75

4.1.5常用蓄电池 79

4.1.6电动车辆对动力电池的要求 82

4.2锂电池结构与工作原理 86

4.2.1锂离子电池的种类与特点 86

4.2.2锂离子电池的结构与工作原理 88

4.2.3锂离子电池的充放电特性 90

4.2.4锂离子电池的充放电方法 91

4.2.5锂离子电池的模型 96

4.2.6锂离子电池的热特性与冷却方法 97

4.2.7锂离子电池的失效机理 101

4.2.8锂离子电池使用安全性的影响因素 102

4.2.9磷酸铁锂电池的外特性 103

4.2.10动力电池使用寿命的影响因素 105

4.3动力电池管理系统 106

4.3.1动力电池管理系统的基本构成和功能 107

4.3.2动力电池管理系统的设计 110

4.3.3动力电池状态监测的相关问题 112

4.4动力电池的特性测试 114

4.4.1动力电池特性测试的内容 114

4.4.2动力电池特性测试的相关标准及主要测试项目 118

4.4.3动力电池特性测试的相关仪器设备 120

4.4.4动力电池特性仿真分析工具 121

4.4.5动力电池特性测试平台实例 123

4.5动力电池SOC的评估 133

4.5.1动力电池SOC评估的作用 133

4.5.2动力电池SOC的评估方法 134

4.5.3动力电池SOC评估的难点 136

4.5.4提高动力电池一致性的措施 138

4.6动力电池的均衡控制 138

4.6.1动力电池均衡控制管理的意义 139

4.6.2动力电池均衡控制管理的难点 139

4.6.3动力电池均衡控制管理的方法 139

4.7电池组的匹配设计 143

4.7.1电动车辆能耗经济性评价参数 143

4.7.2电池组的功能要求 145

4.8动力电池的梯次利用与回收 146

4.8.1动力电池梯次利用 146

4.8.2动力电池回收 146

4.9国内外动力锂电池产品发展现状及主要生产厂家 147

4.9.1国外主要动力锂电池产品生产厂家 147

4.9.2国内主要动力锂电池产品生产厂家 148

第5章超级电容/动力电池混合动力有轨电车 151

5.1发展混合动力轨道交通车辆的背景及意义 151

5.1.1背景及意义 151

5.1.2国内外混合动力轨道车辆 151

5.1.3混合动力轨道车辆技术分析 155

5.1.4混合动力轨道车辆应用前景分析 158

5.2混合动力系统的组成及技术参数 158

5.2.1DC/DC变流器主要技术参数 160

5.2.2混合动力电源箱主要技术参数 160

5.2.3牵引逆变器 161

5.2.4制动电阻 161

5.2.5牵引电机 162

5.2.6控制系统 162

5.3混合动力系统性能参数估算 162

5.3.1混合动力系统相关参数 162

5.3.2车辆纵向动力学分析模型 164

5.3.3系统参数匹配计算方法 167

5.3.4储能设备能力计算 169

5.3.5动力电池及超级电容数量的确定 172

5.3.6混合动力有轨电车的制动能量回收 174

5.4双向DC/DC变流器工作原理 175

5.4.1混合动力有轨电车双向DC/DC变流器的工作要求 175

5.4.2混合动力有轨电车双向DC/DC变流器拓扑结构的选择 175

5.4.3混合动力有轨电车双向DC/DC变流器模型 177

5.5复合电源系统工作原理及仿真研究 180

5.5.1超级电容与动力电池模型 181

5.5.2复合电源系统控制方式 183

5.5.3复合电源功率分配控制策略 185

5.5.4功率流分配策略算法 187

5.5.5复合电源供电能力仿真分析 188

5.6混合动力有轨电车运行仿真研究 195

5.6.1混合动力仿真软件 195

5.6.2国内某线路的混合动力方案设计 197

5.6.3结论 214

5.7储能式有轨电车应用展望 214

第6章燃料电池/超级电容/动力电池混合动力有轨电

车开发 215

6.1氢燃料电池轨道车辆效益分析 215

6.2混合动力系统组成及技术参数 217

6.3混合动力系统详细设计方案 219

6.3.1车辆设备布局优化设计 219

6.3.2混合动力电源箱DC/DC主要技术参数 220

6.3.3超级电容主要技术参数 221

6.3.4动力电池组技术参数 222

6.3.5燃料电池系统技术参数 222

6.4混合动力系统匹配设计与牵引特性分析 224

6.4.1牵引特性分析 224

6.4.2能量控制策略 227

6.5混合动力系统集成设计技术 230

6.5.1气路接口 230

6.5.2冷却接口 232

6.5.3电气/机械接口 233

6.5.4冷起动系统 237

6.5.5防冻保护 238

6.5.6氢气泄漏检测 239

6.6能量综合利用及节能减排技术 239

6.6.1燃料电池有轨电车运行能耗影响因素权重分析 239

6.6.2系统功耗优化分配与节能分析 254

6.6.3动力电池箱综合冷却方案设计/引空调风冷却技术 257

6.6.4燃料电池系统冷却装置减振降噪技术 265

6.6.5余热利用技术 270

6.7燃料电池混合动力有轨电车高压氢气加注方案 272

6.7.1加注系统方案 272

6.7.2加注方案说明 273

6.7.3加注说明 276

6.7.4紧急事故处理预案 278

6.8燃料电池混合动力有轨电车应用展望 280

6.8.1氢燃料有轨电车解决方案需求分析 280

6.8.2顶层设计指标分析 280

6.8.3下一代燃料电池系统技术需求分析 282

6.8.4模块化设计 283

参考文献285

现代交通运输工具如汽车、城市轨道车辆为现代社会的发展和人类生活流动性需求做出了重大贡献。目前城市轨道车辆多采用电力驱动，对环境影响不大，但汽车的大量使用则对环境造成了巨大的影响。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问题。大气污染、全球变暖以及地球石油资源储量的迅速减少，已经成为当前人们关注的重点问题。

新能源与节能减排技术是目前国内外交通行业大力支持的新兴技术。随着燃料电池、超级电容、蓄电池等新能源供电部件功率密度、能量密度及充放电效率等技术水平的提升，现代车辆已开始逐渐采用燃料电池、超级电容、蓄电池等新能源材料作为车辆起动、加速、长距离运行、能量回收的替代能源。混合动力汽车、纯电动汽车、混合动力轻轨车的生产制造在欧洲、日本、中国已迅速发展为重点扶持的新兴产业。

本书针对现代交通行业新能源技术，共6章分别讲解了城市轨道交通新能源技术发展现状、燃料电池基础知识、锂电池基础知识、超级电容基础知识以及超级电容/蓄电池混合动力有轨电车、燃料电池有轨电车相关的技术知识。本书从轨道交通行业及动力电池、超级电容行业基础知识和应用状况出发，结合节能减排等国家政策规划，由浅入深地讲解新能源技术和混合动力技术，为相关研究人员、技术人员提供参考。本书也可以作为新能源技术的入门教程或参考书。

本书主要由孙帮成、李明高、李明编著。此外，参与编写的还有高峰、付稳超、石俊杰、 黄烈威、邵楠、刘斌、孔繁冰、于淼、李国清、韩璐、刘楠、臧晓艳、张秋敏、汪星华、唐晨、姚峰、周德来、陈倩倩、邵蓉、李欣伟、张继业、裴春兴等。由于编者水平有限，书中难免有不妥、疏漏之处，欢迎广大读者对本书提出批评和建议，以便做进一步的修改和补充。

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