序（一）
FOREWORD

降低碳排放、实现碳中和是当今世界能源领域面临的重要议题之一，正深刻影响着不同行业。汽车碳排放占交通碳排放的70%以上，持续开展汽车电动化对迈向交通碳中和具有决定性意义。电动汽车包括了混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车三种典型的类型，三种车辆的技术路线经历了高度竞争和统合的过程，而电源技术是车辆动力系统最核心的自变量，直接决定了电动汽车的动力性、安全性、可靠性、环境适应性等特性。因此，车用电源系统受到了极大关注，已经成为新能源汽车产业技术竞争的制高点，产生了许多深刻的变革，新概念、新技术、新趋势不断涌现，其中，锂离子电池和质子交换膜燃料电池这两种电化学电源已经成为车用电源的主流技术。

在混合动力、纯电动和燃料电池这三种动力系统技术路线中，纯电动汽车和燃料电池汽车可以做到油箱到车轮（T2W）零排放，支撑这两种动力系统的锂离子电池和质子交换膜燃料电池有相似的电化学原理、不同的物理化学特性，在车辆应用中既有竞争又有互补。竞争性体现在部分场景中应用规模的此消彼长，而互补性体现在功能和性能上的取长补短，互补性的典型应用如燃料电池汽车的动力系统几乎都是由质子交换膜燃料电池和锂离子电池相互搭配而形成的，而面向未来的具有间歇性、分布式的可再生能源消纳，这两种电池体系也可以在短期和长期、小规模和大规模消纳上形成互补。从更加宏观的视角来看，这两种电池对锂、镍、钴、铂等金属等自然资源需求不同，相互搭配可以避免形成新的资源瓶颈。

锂离子电池和燃料电池两种电池虽然具有两种不同的呈现形式，但它们都是典型的电化学电源，其外特性背后蕴含着统一的物理化学规律。正是抓住了规律上的统一性和应用上的互补性，本书从燃料电池电动汽车动力系统出发，对锂离子电池和质子交换膜燃料电池这两种电源的原理、建模和管控进行了深入剖析。在此基础上，系统论述了将这两种电源融合为复合电源系统的概念及其技术体系，打通了电化学理论、机理建模、复合电源设计、复合电源车载工况下管控等共性技术，尤其是引入了基于电力电子技术的电流变换技术，又将电化学电源和电力电子电源的特性做了一层融合，具有极强的现实意义和学术价值。

以零碳交通作为大目标，在基于电动汽车的技术路线解决了T2W的零排放之后，还需要解决电动汽车的零碳能源供给问题，即油井到油箱（W2T）问题。大规模发展的电动汽车越来越深刻地影响着能源网络，在时间和空间上对其能源供给网络形成燃油汽车时代所未有的影响方式，如电动汽车虽然会因充电对电网形成冲击，但同时又可为电网提供分布式储能，并以车网互动（V2G）的方式与电网双向交互，燃料电池汽车既受困于氢基础设施的短缺，又为氢能发展提供了巨大的动力。本书尝试回答了氢、电这两种二次能源在达成交通碳中和方面的重要价值和实现路径，提出了基于绿氢和绿电，以氢电二元架构为特征的零碳交通能源系统的构思，并阐述了车用复合电源系统与氢电二元架构的结构同构性、技术同源性、资源的互补性和应用中的相互依赖关系。交通能源基础设施建设需要更长周期，影响更为深远，希望我国可以以交通零碳化为先导，带动整个能源体系的低碳化发展。

作者团队从事新能源汽车动力系统，尤其是车载电化学电源系统科学研究已有二十多年的时间，对电动汽车电源系统的原理、发展历程、技术前沿和未来发展有深刻的理解和把握。本书的知识体系横跨车辆技术、电化学技术、电池技术、电子技术和控制技术，体现了现代车辆技术综合而深入的特点，是车用能源动力领域难得的专业书籍，本书所呈现的观点、逻辑和技术可以为整个行业提供非常有价值的参考。

钟志华

中国工程院院士