增程器设计开发与应用

汽车动力系统的电动化趋势不可逆转，其中*重要的就是内燃机的电动化。将电机引入内燃机实现混合驱动是内燃机电动化的一种，将电机引入内燃机只用于高效发电也是内燃机电动化的一种。
上述高效发电系统被用于纯电机驱动的车辆时又被称为增程器。本书主要集中论述此类由内燃机和发电机组成的增程器，它是通过内燃机把燃料的化学能转换成机械能，又经过发电机把机械能转换成电能的电力供给装置。这样的增程器用于纯电机驱动的车辆，能够解决由动力电池技术局限所带来的诸如里程焦虑这样的市场适应性问题，这类车辆又被称为增程式电动汽车。相较于纯内燃机驱动的车辆，由于增程器中的内燃机更多地工作在高效率区域，使得增程式电动汽车的燃料消耗量更低，污染排放量更少。
增程器的设计开发和应用是本书论述的重点，包括如下内容：增程器总成以及增程式动力系统的匹配与设计、专用发动机和发电机系统的开发、增程器总成及增程式电动汽车控制系统的开发、增程器总成及增程式动力系统的热管理、增程器总成及增程式电动汽车的排放和故障诊断等。
书中几乎每章都设有试验验证一节，介绍设计开发的试验内容、验证过程及相关工具设备，以期反映设计开发与试验验证之间密不可分的关系，这也是工程技术区别于科学技术的特征之一。而工程技术实践中核心问题的攻关解决又依赖于科学技术理论，需要得到掌握前沿科学技术的企业和研究机构的鼎力支持，二者相辅相成。
因此，这本书既有工程技术的现实性，可用于指导增程器以及增程式电动汽车的产品开发；又有科学技术的前瞻性，可用于先进技术方向上的学术研究；在专业领域，也可用于学校辅导教学。
本书是数百位工程师在五年多的时间里所积累的工作经验和成果的文字体现，故本书署名代表着一个团队。团队经历了从内燃机、发电机到增程器总成的开发，经历了从动力系统集成到整车搭载的开发，以及从供应商组织到市场投放的整个过程。不是只开发了一款，而是开发了几款增程器，不是只开发了增程式乘用车，而且还开发了增程式商用车。因此，工程实践性强是本书的一大特点。

毫无疑问，行业里所有人的努力，包括工程界和学术界，所形成的经典成果都曾帮助这个团队克服重重困难。这些成果都有可能反映在本书之中。因此，在这里向所有为本书贡献素材的同事表示感谢！向业界前辈和专家朋友们表示感谢！
衷心地希望本书能够对读者的工程实践和学术研究有所帮助，由于著者的学识和经验所限，书中难免有所疏漏、不妥甚至错误，恳请读者批评指正。 
2021年初于北京

本书系统地阐述了增程器的开发与应用技术，主要内容包括增程器中的发动机系统、发电机系统和电控系统，以及增程器总成的工作原理、结构设计、控制与标定、性能、可靠性模拟仿真和台架试验验证等方面。另外，本书还对作为增程器的燃料电池的工作原理、关键技术、在汽车中的应用等进行了简要介绍。
本书兼具学术性与工程性，不仅运用大量严谨的数学语言、化学反应式等对技术原理进行了分析，而且对于一些关键技术如增程器的轴系匹配、故障诊断和增程式电动汽车的性能与排放、动力系统匹配、热管理及控制策略等，均结合实际工程案例进行了详细讲解。
本书可供新能源汽车行业相关工程技术人员阅读参考。

前言
第1章　电动汽车中的增程器..1 
1. 1　增程器定义及其技术特征 .. 1 
1. 2　增程器分类及其主要技术指标 ..9 
1. 3　增程式电动汽车发展历史..13 
1. 4　汽车动力系统进化路线 .. 17
参考文献..22
第2章　增程器的结构及其轴系匹配..23 
2. 1　增程器的结构..23 
2. 2　轴系结构设计及匹配方法..33 
2. 3　轴系机械匹配与开发.. 39 
2. 4　轴系控制策略匹配与开发..53
参考文献..68
第3章　增程器中的发动机系统..69 
3. 1　增程用发动机及其分类 .. 69 
3. 2　高效发动机关键技术和实现途径..76 
3. 3　专用发动机设计开发.. 83 
3. 4　增程用发动机标定与试验..89
参考文献..93
第 4章　增程器中的电机系统 .. 95 
4.1　车用电机分类..95 
4. 2　增程用发电机系统的特征及选型..99 
4. 3　发电机系统的设计开发 ..103 
4. 4　电磁兼容设计..109 
4. 5　发电机系统试验验证.. 112
参考文献..120 
第 5章　增程器的电控系统 .. 121 
5.1　增程器电气架构与指标体系..121 
5. 2　电控系统总体设计..129 
5. 3　电控系统的设计与开发 ..137 
5. 4　电控系统的测试与验证 ..142
参考文献..146
第 6章　增程器的故障诊断 .. 147 
6.1　故障诊断系统设计..147 
6. 2　增程器总成故障诊断..153 
6. 3　发动机故障诊断..158 
6. 4　发电机系统故障诊断..165
第 7章　增程器试验与评价 .. 171 
7.1　试验概要..171 
7. 2　专项试验..178 
7. 3　总成试验..181 
7. 4　动力系统试验..184 
7. 5　增程器与整车匹配试验 ..188
第 8章　增程式电动汽车的性能与排放 ..191 
8.1　增程式电动汽车性能与排放的关系..191 
8. 2　增程式电动汽车排放特性..198 
8. 3　常规排放的产品设计与标定..206 
8. 4　OBD排放的产品设计与标定..211
参考文献..217
第 9章　增程式电动汽车的动力系统匹配 ..218 
9.1　增程式动力系统概述..218 
9. 2 　电力驱动系统匹配..220 
9. 3　电力供给系统匹配..230 
9. 4　动力系统建模仿真..237 
9. 5　动力系统台架试验及整车动力性、经济性试验 ..244
参考文献..248
第 10章　增程式电动汽车的动力系统热管理 ..250 
10. 1　热管理概述..250 
10. 2　热管理系统设计..254 
10. 3　系统试验与评价..270 
10. 4　热管理其他相关技术 ..274
参考文献..278 
第 11章　增程式电动汽车的控制策略..279 
11.1　控制系统概述..279 
11. 2　整车控制目标和约束条件..282 
11. 3　整车控制策略..287 
11. 4　电力供给系统控制策略.. 295 
11. 5　控制系统测试与试验.. 301
参考文献..305 
第 12章　燃料电池增程器.. 306 
12.1　燃料电池概述..306 
12. 2　燃料电池增程器的关键技术..314 
12. 3　燃料电池汽车概述..326
参考文献..336

本书系统地阐述了增程器的开发与应用技术，主要内容包括增程器中的发动机系统、发电机系统和电控系统，以及增程器总成的工作原理、结构设计、控制与标定、性能、可靠性模拟仿真和台架试验验证等方面。另外，本书还对作为增程器的燃料电池的工作原理、关键技术、在汽车中的应用等进行了简要介绍。
本书兼具学术性与工程性，不仅运用大量严谨的数学语言、化学反应式等对技术原理进行了分析，而且对于一些关键技术如增程器的轴系匹配、故障诊断和增程式电动汽车的性能与排放、动力系统匹配、热管理及控制策略等，均结合实际工程案例进行了详细讲解。
本书可供新能源汽车行业相关工程技术人员阅读参考。

1. 聚焦设计开发和应用：讲述了增程器总成以及增程式动力系统的匹配与设计、专用发动机和发电机系统的开发、增程器总成及增程式电动汽车控制系统的开发、增程器总成及增程式动力系统的热管理、增程器总成及增程式电动汽车的排放和故障诊断等。
2.凝聚工程界和学术界的工作经验和成果：涵盖了从内燃机、发电机到增程器总成的开发，动力系统集成到整车搭载的开发，以及从供应商组织到市场投放的整个过程。不仅涉及增程式乘用车，还涉及增程式商用车。
3.以科学技术为基础：运用大量严谨的数学语言、化学反应式等对技术原理进行了分析，而且对于一些关键技术如增程器的轴系匹配、故障诊断和增程式电动汽车的性能与排放、动力系统匹配、热管理及控制策略等进行了详解。
4.工程实践性强：每章都设有试验验证一节，介绍设计开发的试验内容、验证过程及相关工具设备，以期反映设计开发与试验验证之间密不可分的关系。
5.《增程器设计开发与应用》系新能源汽车关键技术研发系列之一，可供新能源汽车行业相关工程技术人员阅读参考。