本书是聚焦汽车动力系统的专业书籍,系统介绍了各类动力系统的技术原理与发展脉络。首章概述汽车动力系统的发展历史、基本组成、性能评价指标及发展趋势,随后分章详述内燃机动力系统、动力电池系统、车用驱动电机系统、车用燃料电池发动机、混合动力系统、纯电驱动动力系统等内容。
本书是清华大学车辆与运载学院系列教材,与《汽车构造——底盘工程》对应,《汽车构造——动力系统》整合了学院的教师资源以及企业资源,结合现在动力系统发展的新趋势,系统介绍各类动力系统的技术原理与发展脉络。既涵盖内燃机的曲柄连杆机构、配气机构等传统结构,也深入解析锂离子电池成组技术、燃料电池堆构造等新能源技术,同时展望各动力系统在高效化、电气化、低碳化、智能化等方面的发展趋势,兼具理论深度与技术前瞻性。
前言
随着汽车行业的飞速发展,动力系统作为汽车的“心脏”,其技术革新呈现电动化、智能化的趋势。《汽车构造——动力系统》旨在为车辆工程及相关专业学生,以及汽车动力领域的技术与管理人员,提供全面深入的专业知识,可作为专业教材与参考书籍使用。
当前,对环保与能源问题的关注度日益提升,汽车动力技术呈现出多元化的发展态势。内燃机动力系统凭借其能量密度高、续航里程长、产业链成熟等优势,在相当长时期内仍将是汽车动力的重要组成部分;混合动力系统通过内燃机与电机的协同工作,能有效降低能耗与污染排放,已成为乘用车的重要动力之一; 纯电驱动动力系统因其低能耗、零污染排放的优势,发展前景日益广阔;燃料电池动力系统则因续航里程长、零污染排放等特点,在长途重型车辆领域展现出巨大潜力。
本书围绕上述汽车动力系统展开全面介绍。第1章概述,介绍汽车动力系统的发展历史、基本组成、性能评价指标以及发展趋势。第2章介绍内燃机动力系统,阐述内燃机的发展简史、基本术语和工作过程、典型结构与组成、基本性能参数等。第3章介绍动力电池系统,阐述锂离子电池单体、成组和系统等。第4章介绍车用驱动电机系统,阐述其发展简史,介绍车用驱动电机结构、电机控制器基本结构、车辆对驱动电机系统的性能要求等。第5章介绍车用燃料电池发动机,阐述燃料电池类型,发动机的结构与组成、基本特性,车载储氢系统的结构与组成,等等。第6章介绍混合动力系统,阐述串联式、并联式、混联式混合动力的结构与组成等。第7章介绍纯电驱动动力系统,阐述了轿车纯电驱动系统、商用车纯电驱动系统、锂电池纯电驱动系统与燃料电池纯电驱动系统的基本构成、系统构型等。
本书在内容编排上,注重各动力系统间的对比与联系,以帮助读者更好地理解不同动力系统的工作原理、特点及应用场景。书中内容力求贴合行业发展前沿,反映技术成果。希望通过本书,读者能够全面掌握汽车动力系统的知识,为从事汽车行业相关工作奠定坚实基础。
本书由李建秋担任主编,全书共7章: 第1章由李建秋负责编写; 第2章由王志负责编写,齐运亮参与部分编写; 第3章由李哲和冯旭宁负责编写,张剑波参与部分编写; 第4章由高大威负责编写; 第5章由裴普成、徐梁飞负责编写; 第6章由张俊智负责编写,何承坤参与部分编写; 第7章由胡尊严负责编写,李建秋、黄朝胜、李亮参与部分编写。
此外,对本书编写作出贡献的还有刘伟、蔡开源、刘世宇、张启航、刘尚、张昊、雷诺、林哲龙、刘奕、毛建树、张翼霄、王巍、李莉、吴芷璇、彭勇、毛烁源、邹梦珍、周伟男、邵扬斌、徐领、赵阳、张曦元、于世航、刘浩云、马瑞海、李亚伦、胡家毅、魏一凡、余波阳、严可汗、陈正先、石秉坤、姬雪等。
本书在编写过程中得到了本领域和企业的大力支持。感谢比亚迪汽车工业有限公司杨冬生正高级工程师、陆国祥高级工程师,中国科学院电工研究所苟晋芳博士和张仲石博士,东风商用车有限公司张宏飞正高级工程师、余宏峰高级工程师,中国优质汽车集团有限公司韩令海正高级工程师,北京新能源汽车股份有限公司向长虎高级工程师,以及北京亿华通科技股份有限公司、南京清研易为新能源动力有限责任公司。
最后,殷切希望广大读者对书中漏误之处予以批评指正。
编者
2025年6月
李建秋,清华大学车辆与运载学院院长,中国汽车工程学会会士,长期从事汽车电子和新能源汽车动力系统的教学与科研。
目录
第1章汽车动力系统概述
1.1汽车动力系统的发展历史
1.2汽车动力系统的基本组成
1.2.1内燃机动力系统
1.2.2混合动力系统
1.2.3纯电动力系统
1.3汽车动力系统的性能评价指标
1.3.1动力性评价指标
1.3.2经济性评价指标
1.3.3排放性能评价指标
1.3.4环境适应性评价指标
1.3.5汽车动力系统的其他评价指标
1.4汽车动力系统的发展趋势
第2章内燃机动力系统
2.1内燃机发展简史
2.1.1车用汽油机演变
2.1.2车用柴油机演变
2.2内燃机的基本术语和工作过程
2.2.1内燃机的分类
2.2.2基本术语
2.2.3四冲程内燃机的工作过程
2.3汽油机的典型结构与组成
2.3.1曲柄连杆机构
2.3.2配气机构
2.3.3燃料供给系统
2.3.4进排气系统
2.3.5点火系统
2.3.6润滑系统
2.3.7冷却系统
2.4柴油机的典型结构与组成
2.4.1喷油系统
2.4.2燃烧系统
2.4.3排放控制系统
2.5内燃机的基本性能参数
2.5.1动力性能指标
2.5.2经济性指标
2.5.3排放性能指标
2.5.4运转性能指标
2.6内燃机未来的发展趋势
2.6.1高效化
2.6.2电气化
2.6.3低碳化
2.6.4智能化
思考题
参考文献
第3章动力电池系统
3.1电池发展简史与动力电池兴起
3.1.1电池发展简史
3.1.2车用电池与车用动力电池
3.2锂离子电池单体
3.2.1锂离子电池的基本电化学反应与过程
3.2.2锂离子电池的主要材料与部件
3.2.3锂离子电池单体及其结构
3.3锂离子电池的成组和系统
3.3.1电池系统设计要求
3.3.2电池系统电气结构
3.3.3电池系统机械结构
3.3.4电池热管理系统结构
3.3.5电池控制系统结构
3.4动力电池发展趋势
3.4.1整车需求的发展趋势
3.4.2动力电池材料及单体的发展趋势
3.4.3动力电池系统的发展趋势
思考题
参考文献
第4章车用驱动电机系统
4.1车用驱动电机系统发展简史
4.1.1车用驱动电机系统的构成
4.1.2车用驱动电机的主要类型
4.1.3车用驱动电机系统的发展历程
4.1.4各类驱动电机的发展与应用
4.2车用驱动电机结构
4.2.1永磁同步电机结构
4.2.2交流感应电机结构
4.2.3开关磁阻电机结构
4.3车用驱动电机控制器基本结构
4.4车辆对驱动电机系统的性能要求
4.5车用驱动电机系统的发展趋势
思考题
参考文献
第5章车用燃料电池发动机
5.1燃料电池发展简史
5.2燃料电池类型
5.3燃料电池发动机的结构与组成
5.3.1燃料电池发动机概述
5.3.2燃料电池堆
5.3.3氢气系统
5.3.4空气系统
5.3.5热管理系统
5.3.6电控系统与电力电子系统
5.4燃料电池发动机的基本特性
5.5车载储氢系统结构与组成
5.5.1系统组成
5.5.2气瓶及其组合阀
5.6车用燃料电池发展趋势
思考题
参考文献
第6章混合动力系统
6.1混合动力类型简介
6.2串联式混合动力结构与组成
6.2.1串联式混合动力的概念
6.2.2串联式混合动力的方案
6.2.3串联式混合动力的组成与原理
6.3并联式混合动力结构与组成
6.3.1并联式混合动力的概念
6.3.2并联式混合动力的方案
6.3.3并联式混合动力的组成与原理
6.4混联式混合动力结构与组成
6.4.1混联式混合动力的概念
6.4.2混联式混合动力的方案
6.4.3混联式混合动力的组成与原理
6.5混合动力的发展趋势
思考题
参考文献
第7章纯电驱动动力系统
7.1轿车纯电驱动系统
7.1.1纯电驱动系统的基本构成
7.1.2纯电驱动系统形式
7.1.3集中式驱动系统
7.1.4分布式驱动系统
7.1.5纯电驱动系统技术发展趋势
7.2商用车纯电驱动系统
7.2.1商用车集中驱动
7.2.2商用车纯电驱动系统构型
7.2.3商用车重载电动轮
7.3锂电池纯电驱动系统
7.3.1动力电池系统的布置方式
7.3.2动力电池充换电方式变化
7.3.3智慧能源车网互动
7.4燃料电池纯电驱动系统
7.4.1燃料电池动力系统构型
7.4.2车载储氢与液氢重卡
7.4.3整车综合热管理
思考题
参考文献