起动机-发电机一体化技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:阿尔弗雷德·克拉普尔

出品人:

页数:257

译者:中国第一汽车集团公司技术中心

出版时间:1970-1

价格:56.00元

装帧:

isbn号码:9787564016463

丛书系列:

图书标签:

• 汽油机
• 柴油机
• 起动机
• 发电机
• 一体化
• 电力系统
• 电气工程
• 汽车工程
• 新能源技术
• 电机控制
• 节能技术
• 发电技术

驱动未来：新能源汽车核心技术解析 前言 随着全球对可持续发展和环境保护的日益重视，新能源汽车已不再是遥远的未来概念，而是正在深刻改变我们出行方式的现实。这场波澜壮阔的技术革命，其核心驱动力在于不断突破的动力系统创新。本书旨在深入剖析新能源汽车动力系统的关键技术，从最基础的能量转换原理，到最前沿的控制策略，为读者呈现一幅全面而细致的图景。我们不局限于某一特定部件，而是着眼于整个动力系统的协同工作，以及其背后蕴含的科学原理和工程挑战。 第一章：新能源汽车动力系统概述 新能源汽车的动力系统相较于传统燃油车，在结构、工作原理以及能量管理上都发生了根本性的变化。本章将首先对新能源汽车的动力系统进行宏观的定义和分类。我们将详细介绍纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（HEV）以及插电式混合动力汽车（PHEV）等不同类型新能源汽车的动力系统架构，阐述它们各自的优势、劣势以及应用场景。 我们将着重分析这些动力系统中的几个核心组成部分： 动力电池系统： 作为新能源汽车的“心脏”，动力电池的能量密度、功率密度、循环寿命、安全性以及成本直接决定了车辆的续航里程、性能表现和市场竞争力。本章将介绍目前主流的电池技术，如锂离子电池（包括三元锂、磷酸铁锂等），以及它们的基本工作原理、材料构成、能量存储和释放机制。此外，我们还会探讨电池管理系统（BMS）的重要性，它在电池的充放电控制、热管理、均衡管理和安全保护方面扮演着至关重要的角色。 电动机： 电动机是新能源汽车的“肌肉”，负责将电能转化为机械能驱动车辆。我们将深入探讨不同类型的电动机，如永磁同步电机（PMSM）、异步感应电机（IM）等，分析它们的结构特点、工作原理、效率曲线以及各自在不同工况下的优势。同时，我们还会介绍电动机的功率密度、扭矩特性以及如何实现精确的转速和扭矩控制。 功率电子器件： 功率电子器件是连接电池、电动机以及其他电力设备的“神经中枢”，负责对电能进行高效的变换和控制。本章将重点介绍电力电子转换器，如DC/DC变换器（用于电池电压的升降）、DC/AC逆变器（用于将直流电转换为交流电驱动电动机）以及AC/DC整流器（用于车载充电）。我们将分析这些器件的工作原理、损耗机理、拓扑结构以及高效率、高可靠性设计的重要性。 能量管理策略： 在混合动力汽车和插电式混合动力汽车中，能量管理策略是决定车辆整体效率和性能的关键。本章将介绍不同的能量管理模式，如串联、并联、混联式混合动力系统，以及它们在不同驾驶场景下的能量分配逻辑。我们将探讨如何通过优化能量管理策略，实现燃油经济性、动力性能和排放标准的最佳平衡。 第二章：电力电子变换器的理论与设计 功率电子器件在新能源汽车动力系统中扮演着至关重要的角色，它们直接影响着能量的传输效率、系统的可靠性和整体性能。本章将聚焦于电力电子变换器，深入剖析其核心理论和设计要点。 我们将从基础的电力电子原理出发，详细介绍以下关键的变换器拓扑： DC/DC变换器： 升压（Boost）变换器： 分析其工作原理，如何将较低的直流电压升高到所需的更高电压，并探讨其在电池升压、充电回路中的应用。 降压（Buck）变换器： 讲解其工作原理，如何将较高的直流电压降低到所需的更低电压，以及其在车载电子设备供电中的作用。 升降压（Buck-Boost）变换器： 介绍其工作原理，能够实现电压的升高或降低，提供更大的灵活性。 多相DC/DC变换器： 探讨其在提高功率处理能力、降低纹波和改善效率方面的优势。 谐振式DC/DC变换器： 分析其软开关特性，如何降低开关损耗，提高效率，并探讨其在无线充电等领域的应用潜力。 DC/AC逆变器： 电压源逆变器（VSI）： 介绍其基本结构和工作原理，以及通过脉宽调制（PWM）技术实现对输出电压和频率的控制。我们将重点分析不同PWM策略，如SPWM、DPWM等，以及它们对谐波抑制、效率和动态响应的影响。 电流源逆变器（CSI）： 介绍其基本结构和工作原理，以及与VSI的对比。 多电平逆变器： 探讨其在高压大功率应用中的优势，如减少开关器件的电压应力，降低谐波含量。我们将介绍三电平、五电平等常见的多电平拓扑。 AC/DC变换器（整流器）： 相控整流器： 介绍其在交流电网充电应用中的作用，以及如何通过控制移相角来调节输出直流电压。 有源功率因数校正（APFC）整流器： 重点分析其如何提高功率因数，降低对电网的谐波污染，以及对提高充电效率的重要性。 除了对各种变换器拓扑进行详细介绍，本章还将深入探讨电力电子器件的选择和应用，如MOSFET、IGBT、SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）等新型半导体材料，分析它们在耐压、开关速度、导通损耗、散热等方面的性能差异，以及如何根据具体应用场景选择最优的器件。此外，我们还将讨论变换器的设计考量，包括热设计、电磁兼容性（EMC）、可靠性设计以及控制回路的设计。 第三章：电机控制技术在新能源汽车中的应用 电机是新能源汽车的动力源泉，其高效、精确的控制是实现优异驾驶性能和能源效率的关键。本章将深入探讨电机控制技术在新能源汽车领域的应用。 我们将从电机控制的基本原理出发，逐步深入到面向新能源汽车的复杂控制策略： 同步电机控制： 永磁同步电机（PMSM）控制： 重点介绍基于矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）的控制策略。我们将详细讲解FOC的基本原理，包括坐标变换（Clarke变换、Park变换）、电流和磁链的解耦控制，以及如何实现对电机转矩和磁场的独立控制。我们将深入分析FOC的实现框图，包括各种反馈和前馈控制环节。 基于滑模变结构控制（Sliding Mode Control, SMC）的PMSM控制： 介绍SMC在提高系统鲁棒性、抗干扰能力方面的优势，以及其在新能源汽车电机控制中的应用。 异步感应电机（IM）控制： 直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）： 讲解DTC的基本原理，如何直接控制电机的转矩和磁链，其优点在于控制速度快、结构简单。 间接转矩控制（Indirect Torque Control, ITC）/矢量控制： 介绍ITC的实现方式，以及与DTC的对比。 电机控制器的设计考量： 最大转矩控制（MTPA）和最大效率控制（MEC）： 探讨如何根据不同的工况，实时优化电机的运行点，以获得最大的转矩输出或最高的运行效率。 弱磁控制： 讲解在电机高速运行时，如何通过弱磁技术拓展电机的运行范围，提高车辆的最高速度。 转矩脉动抑制： 分析引起转矩脉动的原因，并介绍相应的控制策略以减小转矩脉动，提升驾驶平顺性。 新能源汽车专用控制算法： 介绍针对新能源汽车特性，如频繁启停、能量回收等场景下的特殊控制算法。 能量回收（再生制动）控制： 再生制动原理： 详细阐述电机作为发电机工作，将车辆的动能转化为电能回收到电池中的原理。 再生制动控制策略： 探讨如何与液压制动系统协同工作，实现平顺、高效的制动和能量回收，以及如何根据驾驶员的制动意图进行精确控制。 本章还将触及电机驱动器中的关键部件，如驱动芯片、栅极驱动电路的设计，以及如何实现对 IGBT/MOSFET 的精确驱动和保护。此外，我们还会探讨传感器在电机控制中的作用，如编码器、霍尔传感器等，以及无传感器控制技术的发展趋势。 第四章：热管理系统与能量效率优化 新能源汽车动力系统的各组成部分，尤其是动力电池和电力电子器件，在工作过程中会产生大量的热量。有效的热管理系统对于保障这些关键部件的性能、寿命和安全性至关重要，直接影响着车辆的整体能量效率。本章将深入探讨新能源汽车的热管理系统及其在优化能量效率中的作用。 我们将从以下几个方面进行详细阐述： 热管理系统的基本原理和构成： 冷却介质： 介绍液体冷却（水冷、乙二醇冷却）和风冷等不同的冷却方式，以及它们的适用范围和优缺点。 热交换器： 讲解散热器、热泵、冷却板等关键热交换组件的工作原理。 泵与风扇： 分析冷却液循环和空气流通的动力来源。 传感器与控制器： 阐述温度传感器、压力传感器等如何收集数据，以及控制单元如何根据数据调整冷却系统的运行。 动力电池的热管理： 电池温度对性能的影响： 详细分析过高或过低的温度如何影响电池的容量、功率输出、充电速度和循环寿命。 冷却/加热策略： 探讨主动冷却（如强制风冷、液冷）、被动冷却（如自然对流）以及加热技术（如PTC加热器、热泵）在不同环境温度下的应用。 电池组的均温设计： 分析如何设计电池包结构和冷却通道，以实现电池组内温度的均匀分布，避免局部过热或过冷。 电力电子器件的热管理： 功率器件的散热需求： 分析IGBT、MOSFET等功率器件在开关过程中产生的热量，以及散热不良可能导致的器件损坏。 散热设计： 探讨散热器、风扇、液冷等散热方式在逆变器、DC/DC变换器等功率模块中的应用。 热界面材料（TIM）的应用： 分析TIM在降低界面热阻，提高散热效率中的重要作用。 空调系统与热管理系统的集成： 热泵技术： 重点介绍热泵在制冷和制热过程中，如何与动力电池和电机系统进行能量耦合，实现高效的温控和乘客舱舒适性的提升。 能量协同与优化： 探讨如何通过集成化的热管理策略，最大化利用系统产生的余热，降低整体能耗。 能量效率优化策略： 低滚阻轮胎与空气动力学设计： 简要提及这些非动力系统因素对整体能耗的影响。 车辆轻量化： 分析轻量化材料和设计如何降低车辆的行驶阻力，提高能量效率。 驾驶行为与能量消耗： 探讨平稳驾驶、合理使用能量回收等驾驶习惯对续航里程的影响。 第五章：集成与展望——新能源汽车动力系统的未来发展 随着技术的不断进步，新能源汽车的动力系统正朝着更加集成化、智能化和高效化的方向发展。本章将对前述技术进行整合，并展望未来发展趋势。 集成式电驱动系统（Integrated Drive Units, IDU）： 概念与优势： 介绍将电机、减速器、逆变器等核心部件集成在一个紧凑的单元内，从而提高功率密度、减小体积和重量、降低制造成本。 集成设计中的挑战与解决方案： 探讨电磁干扰、热管理、结构强度等方面的设计挑战，以及相应的工程解决方案。 车载电源系统集成： DC/DC变换器、车载充电机（OBC）等的集成： 分析如何将这些辅助电源功能整合，提升系统效率和集成度。 智能化与网联化： 先进的控制算法与AI应用： 展望人工智能、机器学习在预测性维护、能量优化、自动驾驶等领域的应用，以及如何通过OTA（Over-the-Air）更新不断提升车辆性能。 V2X（Vehicle-to-Everything）通信： 探讨车辆与外部环境进行信息交互，在智能交通系统中发挥的作用，以及对动力系统控制策略的影响。 新材料与新技术的探索： 固态电池： 分析固态电池在能量密度、安全性、充电速度等方面的突破潜力。 新型电机材料与结构： 探讨更高效率、更高功率密度的电机技术。 碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等第三代半导体材料在电力电子领域的广泛应用： 分析其在高压、高温、高频应用中的优势，以及如何进一步提升效率和可靠性。 充换电基础设施与动力电池的协同发展： 探讨快速充电、无线充电等技术的发展，以及与电池管理系统、智能电网的联动。 结语 新能源汽车的动力系统是一门高度交叉的综合性学科，涉及电工、电子、机械、材料、控制等多个领域。本书力求从技术原理出发，深入浅出地解析这些核心技术，希望能为相关领域的工程师、研究人员以及对新能源汽车技术感兴趣的读者提供有价值的参考。驱动未来，技术先行，让我们共同期待新能源汽车为我们描绘更加美好的出行蓝图。

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这本书的价值在于其学术的纯粹性。作者显然是在某一特定领域耕耘了多年，积累了大量的实验数据和第一手的工程经验，并将其提炼成了极度精炼的数学描述。如果你是一名正在攻读相关方向的博士生，或者你需要为某个定制化的动力总成设计提供理论支撑，这本书绝对是一座宝库。它为你提供了超越现有通用教科书所能提供的理论深度。然而，对于那些希望通过阅读这本书来快速掌握如何“集成”和“应用”这些技术的读者来说，可能会感到有些“隔靴搔痒”。书中缺少对于标准化的接口协议、供应链成熟度评估，或者不同国家和地区的安全法规差异的探讨。它完完全全是一本关于“如何让这个部件工作得更好”的书，而不是一本关于“如何用这个部件造出一辆符合法规的汽车”的书。两者之间有着本质的区别，而我更偏向于后者所能带来的全面视角。

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这本书的封面设计倒是挺朴实的，没有太多花哨的装饰，一看就是那种专注于内容本身的专业书籍。拿到手里沉甸甸的，纸张的质感也挺好，印刷清晰，那些复杂的图表和公式看起来都很舒服。我本来是想找一些关于现代汽车电气化趋势的综合性介绍，想了解一下不同类型混合动力系统的工作原理和技术路线图。结果这本书似乎更侧重于深入挖掘某一类核心部件的构造和性能。我翻阅了几章，感觉作者的讲解非常细致，对每一个环节的物理基础都交代得很清楚，几乎可以当做一本教科书来啃。对于初学者来说，可能需要一定的工程背景知识才能完全跟上作者的思路，它没有提供那种高屋建瓴、概述性的内容，而是直接钻进了细节的海洋。所以，如果你是想快速了解行业全貌的门外汉，这本书可能不是你的首选，它更像是给已经有一定基础，想在特定领域深挖的技术人员准备的“武功秘籍”。我倒是希望看到更多关于不同品牌解决方案的对比分析，或者一些市场应用案例的剖析，但这本书似乎把精力完全放在了技术本身的构建上。

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这本书的排版和章节逻辑组织上，我感觉略显陈旧。虽然内容深度毋庸置疑，但阅读体验上稍显枯燥。大量的公式和截面图占据了大部分篇幅，缺乏那种能激发阅读兴趣的叙事性或者案例穿插。举个例子，在介绍到某一特定耦合结构的效率提升时，如果能结合一个具体的、具有里程碑意义的工业产品作为参照系，哪怕只是一个简化的示意图，都会让抽象的理论更容易被吸收。我花了好大力气才把几个关键的性能指标模型建立起来，过程中需要反复在不同章节间跳转，查找作者设定的那些假设前提。对于需要快速掌握核心概念并应用于快速原型开发的读者来说，这种深度聚焦于基础机理的写法，可能需要投入比预期更多的时间成本去“解码”。它更适合在安静的书房里，配着咖啡和草稿纸，进行长期的、沉浸式的学习和思考。

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我特地花了一整天时间，试图从头到尾理解其中关于电磁感应和功率变换的章节。坦白说，作者的数学功底深厚，推导过程严谨到几乎无可指摘的地步，每一个变量的引入和约束条件都解释得头头是道。然而，对于一个更偏向于系统集成和控制策略研究的工程师来说，这本书的“粒度”可能过细了。它似乎假设读者已经完全掌握了传统电机理论和电力电子学的基础，然后直接跳到了特定集成架构下的性能优化和热管理挑战。我更期待看到一些关于软件定义架构（Software-Defined Architecture）在这些新一代动力系统中如何落地的内容，或者说，在功能安全（Functional Safety）标准下，如何设计冗余和故障诊断机制的实践经验分享。这本书更像是理论研究的结晶，而不是面向实际工程项目交付的指导手册。它能帮你打下坚实的理论基础，但当你面对实际的平台集成问题时，可能还需要翻阅其他关于EMC/EMI或者系统级测试验证的资料来补充。

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说实话，这本书的技术深度是毋庸置疑的，它几乎是把某一特定机电耦合系统的“黑箱”彻底打开，展示了内部的每一个齿轮和线圈是如何协同工作的。我特别欣赏作者在材料科学与电磁性能相互影响方面的论述，这部分内容确实比我以前读过的任何一本教材都要深入。但是，一个现实的问题是，现代汽车动力系统的发展速度非常快，技术迭代周期极短。这本书所依据的数据和实验验证案例，虽然在理论上是稳固的，但它似乎没有充分体现出近两年来IGBT向SiC（碳化硅）器件过渡所带来的系统级冲击。我更想知道的是，在新的宽禁带半导体应用背景下，这些基于传统模型建立的优化策略是否还需要进行重构，或者说，作者对未来五年内功率密度和热管理极限的预测是什么。这本书更像是一份精美的“定格瞬间”，而不是一个“动态发展”的指南。

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