《現(xiàn)代有軌電車混合動力技術》針對現(xiàn)代有軌電車新能源混合動力技術，分七章分別講解了新能源技術發(fā)展現(xiàn)狀、軌道交通行業(yè)節(jié)能減排技術、鋰電池基礎知識、超級電容基礎知識以及超級電容/蓄電池混合動力有軌電車、燃料電池有軌電車相關的技術知識。本書從軌道交通行業(yè)及動力電池、超級電容行業(yè)基礎知識和應用狀況出發(fā)，結合節(jié)能減排等國家政策規(guī)劃，由淺入深地講解新能源技術、混合動力技術研究現(xiàn)狀，為相關研究人員、技術人員提供參考。本書也可以作為新能源技術的入門教程或參考書。
現(xiàn)代交通運輸工具如汽車、城市軌道車輛為現(xiàn)代社會的發(fā)展和人類生活流動性需求做出了重大貢獻。目前城市軌道車輛多采用電力驅(qū)動，對環(huán)境影響不大，但汽車的大量使用則對環(huán)境造成了巨大的影響。全世界大量汽車的應用，已經(jīng)產(chǎn)生并正在繼續(xù)引發(fā)嚴重的環(huán)境問題。大氣污染、全球變暖以及地球石油資源儲量的迅速減少，已經(jīng)成為當前人們關注的重點問題。
新能源與節(jié)能減排技術是目前國內(nèi)外交通行業(yè)大力支持的新興技術。隨著燃料電池、超級電容、蓄電池等新能源供電部件功率密度、能量密度及充放電效率等技術水平的提升，現(xiàn)代車輛已開始逐漸采用燃料電池、超級電容、蓄電池等新能源材料作為車輛起動、加速、長距離運行、能量回收的替代能源�；旌蟿恿ζ�、純電動汽車、混合動力輕軌車的生產(chǎn)制造在歐洲、日本、中國已迅速發(fā)展為重點扶持的新興產(chǎn)業(yè)。
本書針對現(xiàn)代交通行業(yè)新能源技術，共6章分別講解了城市軌道交通新能源技術發(fā)展現(xiàn)狀、燃料電池基礎知識、鋰電池基礎知識、超級電容基礎知識以及超級電容/蓄電池混合動力有軌電車、燃料電池有軌電車相關的技術知識。本書從軌道交通行業(yè)及動力電池、超級電容行業(yè)基礎知識和應用狀況出發(fā)，結合節(jié)能減排等國家政策規(guī)劃，由淺入深地講解新能源技術和混合動力技術，為相關研究人員、技術人員提供參考。本書也可以作為新能源技術的入門教程或參考書。
本書主要由孫幫成、李明高、李明編著。此外，參與編寫的還有高峰、付穩(wěn)超、石俊杰、黃烈威、邵楠、劉斌、孔繁冰、于淼、李國清、韓璐、劉楠、臧曉艷、張秋敏、汪星華、唐晨、姚峰、周德來、陳倩倩、邵蓉、李欣偉、張繼業(yè)、裴春興等。由于編者水平有限，書中難免有不妥、疏漏之處，歡迎廣大讀者對本書提出批評和建議，以便做進一步的修改和補充。
編者
前言
第1章城市軌道交通新能源技術發(fā)展現(xiàn)狀1
1.1城市交通運輸對環(huán)境的影響1
1.1.1環(huán)境污染1
1.1.2全球變暖2
1.1.3石油資源3
1.1.4引發(fā)的思索 5
1.2城市交通運輸發(fā)展策略 6
1.2.1新能源對交通運輸?shù)闹匾?6
1.2.2新能源技術加快發(fā)展的國際背景 8
1.2.3中國發(fā)展新能源車輛的國內(nèi)背景 15
1.3我國城市軌道交通行業(yè)新能源技術規(guī)劃及發(fā)展趨勢 18
1.3.1軌道交通行業(yè)十二五規(guī)劃 18
1.3.2軌道交通行業(yè)新能源技術發(fā)展規(guī)劃解讀 19
1.3.3幾種有軌電車供電方式對比分析 20
1.3.4幾種有軌電車經(jīng)濟性對比分析 22
第2章燃料電池基礎知識 28
2.1燃料電池的分類方式 28
2.1.1燃料電池的種類 28
2.1.2幾種典型的燃料電池 33
2.1.3燃料電池的優(yōu)缺點 36
2.1.4燃料電池急需解決的關鍵問題 37
2.2燃料電池系統(tǒng)結構與工作原理 38
2.2.1燃料電池的工作原理 38
2.2.2質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的組成 40
2.2.3氫氣系統(tǒng)概述 42
2.3燃料電池系統(tǒng)的失效分析 45
2.3.1燃料電池系統(tǒng)失效方式 45
2.3.2燃料電池系統(tǒng)控制器 46
2.4國內(nèi)外燃料電池技術及應用現(xiàn)狀 46
2.4.1國外燃料電池技術及應用現(xiàn)狀 47
2.4.2國內(nèi)燃料電池技術及應用現(xiàn)狀 50
2.4.3國內(nèi)外氫能及配套基礎設施發(fā)展現(xiàn)狀 51
第3章超級電容基礎知識及應用技術 56
3.1超級電容結構與工作原理 56
3.1.1超級電容的種類 56
3.1.2超級電容的結構原理 57
3.1.3超級電容的基本特征與技術指標 60
3.1.4超級電容的數(shù)學模型 61
3.1.5超級電容的應用特性 62
3.2超級電容器在新能源車輛上的應用 64
3.2.1超級電容器在純電動公交車/有軌電車上的應用 64
3.2.2超級電容器在油電混合動力車輛上的應用 64
3.2.3超級電容器使用的注意事項 65
3.3超級電容的發(fā)展 66
3.3.1超級電容技術的發(fā)展趨勢 66
3.3.2國外的超級電容產(chǎn)品 67
3.3.3國內(nèi)的超級電容產(chǎn)品 68
第4章動力電池基礎知識 73
4.1電池的基本構成及性能指標 73
4.1.1電池的類型 73
4.1.2電池的基本構成 74
4.1.3電池及電池組的相關概念 74
4.1.4電池的性能指標 75
4.1.5常用蓄電池 79
4.1.6電動車輛對動力電池的要求 82
4.2鋰電池結構與工作原理 86
4.2.1鋰離子電池的種類與特點 86
4.2.2鋰離子電池的結構與工作原理 88
4.2.3鋰離子電池的充放電特性 90
4.2.4鋰離子電池的充放電方法 91
4.2.5鋰離子電池的模型 96
4.2.6鋰離子電池的熱特性與冷卻方法 97
4.2.7鋰離子電池的失效機理 101
4.2.8鋰離子電池使用安全性的影響因素 102
4.2.9磷酸鐵鋰電池的外特性 103
4.2.10動力電池使用壽命的影響因素 105
4.3動力電池管理系統(tǒng) 106
4.3.1動力電池管理系統(tǒng)的基本構成和功能 107
4.3.2動力電池管理系統(tǒng)的設計 110
4.3.3動力電池狀態(tài)監(jiān)測的相關問題 112
4.4動力電池的特性測試 114
4.4.1動力電池特性測試的內(nèi)容 114
4.4.2動力電池特性測試的相關標準及主要測試項目 118
4.4.3動力電池特性測試的相關儀器設備 120
4.4.4動力電池特性仿真分析工具 121
4.4.5動力電池特性測試平臺實例 123
4.5動力電池SOC的評估 133
4.5.1動力電池SOC評估的作用 133
4.5.2動力電池SOC的評估方法 134
4.5.3動力電池SOC評估的難點 136
4.5.4提高動力電池一致性的措施 138
4.6動力電池的均衡控制 138
4.6.1動力電池均衡控制管理的意義 139
4.6.2動力電池均衡控制管理的難點 139
4.6.3動力電池均衡控制管理的方法 139
4.7電池組的匹配設計 143
4.7.1電動車輛能耗經(jīng)濟性評價參數(shù) 143
4.7.2電池組的功能要求 145
4.8動力電池的梯次利用與回收 146
4.8.1動力電池梯次利用 146
4.8.2動力電池回收 146
4.9國內(nèi)外動力鋰電池產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及主要生產(chǎn)廠家 147
4.9.1國外主要動力鋰電池產(chǎn)品生產(chǎn)廠家 147
4.9.2國內(nèi)主要動力鋰電池產(chǎn)品生產(chǎn)廠家 148
第5章超級電容/動力電池混合動力有軌電車 151
5.1發(fā)展混合動力軌道交通車輛的背景及意義 151
5.1.1背景及意義 151
5.1.2國內(nèi)外混合動力軌道車輛 151
5.1.3混合動力軌道車輛技術分析 155
5.1.4混合動力軌道車輛應用前景分析 158
5.2混合動力系統(tǒng)的組成及技術參數(shù) 158
5.2.1DC/DC變流器主要技術參數(shù) 160
5.2.2混合動力電源箱主要技術參數(shù) 160
5.2.3牽引逆變器 161
5.2.4制動電阻 161
5.2.5牽引電機 162
5.2.6控制系統(tǒng) 162
5.3混合動力系統(tǒng)性能參數(shù)估算 162
5.3.1混合動力系統(tǒng)相關參數(shù) 162
5.3.2車輛縱向動力學分析模型 164
5.3.3系統(tǒng)參數(shù)匹配計算方法 167
5.3.4儲能設備能力計算 169
5.3.5動力電池及超級電容數(shù)量的確定 172
5.3.6混合動力有軌電車的制動能量回收 174
5.4雙向DC/DC變流器工作原理 175
5.4.1混合動力有軌電車雙向DC/DC變流器的工作要求 175
5.4.2混合動力有軌電車雙向DC/DC變流器拓撲結構的選擇 175
5.4.3混合動力有軌電車雙向DC/DC變流器模型 177
5.5復合電源系統(tǒng)工作原理及仿真研究 180
5.5.1超級電容與動力電池模型 181
5.5.2復合電源系統(tǒng)控制方式 183
5.5.3復合電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復合電源供電能力仿真分析 188
5.6混合動力有軌電車運行仿真研究 195
5.6.1混合動力仿真軟件 195
5.6.2國內(nèi)某線路的混合動力方案設計 197
5.6.3結論 214
5.7儲能式有軌電車應用展望 214
第6章燃料電池/超級電容/動力電池混合動力有軌電
車開發(fā) 215
6.1氫燃料電池軌道車輛效益分析 215
6.2混合動力系統(tǒng)組成及技術參數(shù) 217
6.3混合動力系統(tǒng)詳細設計方案 219
6.3.1車輛設備布局優(yōu)化設計 219
6.3.2混合動力電源箱DC/DC主要技術參數(shù) 220
6.3.3超級電容主要技術參數(shù) 221
6.3.4動力電池組技術參數(shù) 222
6.3.5燃料電池系統(tǒng)技術參數(shù) 222
6.4混合動力系統(tǒng)匹配設計與牽引特性分析 224
6.4.1牽引特性分析 224
6.4.2能量控制策略 227
6.5混合動力系統(tǒng)集成設計技術 230
6.5.1氣路接口 230
6.5.2冷卻接口 232
6.5.3電氣/機械接口 233
6.5.4冷起動系統(tǒng) 237
6.5.5防凍保護 238
6.5.6氫氣泄漏檢測 239
6.6能量綜合利用及節(jié)能減排技術 239
6.6.1燃料電池有軌電車運行能耗影響因素權重分析 239
6.6.2系統(tǒng)功耗優(yōu)化分配與節(jié)能分析 254
6.6.3動力電池箱綜合冷卻方案設計/引空調(diào)風冷卻技術 257
6.6.4燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置減振降噪技術 265
6.6.5余熱利用技術 270
6.7燃料電池混合動力有軌電車高壓氫氣加注方案 272
6.7.1加注系統(tǒng)方案 272
6.7.2加注方案說明 273
6.7.3加注說明 276
6.7.4緊急事故處理預案 278
6.8燃料電池混合動力有軌電車應用展望 280
6.8.1氫燃料有軌電車佳解決方案需求分析 280
6.8.2頂層設計指標分析 280
6.8.3下一代燃料電池系統(tǒng)技術需求分析 282
6.8.4模塊化設計 283
參考文獻285
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