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第1章 概述1

1.1 背景1

1.2 混合动力电动汽车基础知识2

1.2.1 混合动力电动汽车基本概念2

1.2.2 混合动力电动汽车传动系的工作原理2

1.3 仿真平台：高级车辆仿真器（ADVISOR）软件3

参考文献5

第2章 电动汽车和插电式混合动力电动汽车传动系的拓扑结构6

2.1 电动汽车、混合动力电动汽车和插电式混合动力电动汽车的概念6

2.1.1 电动汽车6

2.1.2 混合动力电动汽车6

2.1.3 插电式混合动力电动汽车7

2.2 混合动力电动汽车传动系的拓扑结构7

2.2.1 基本的混合动力电动汽车传动系配置7

2.2.2 当前和未来的混合动力电动汽车的拓扑结构9

2.3 插电式混合动力电动汽车传动系的拓扑结构9

2.4 纯电动汽车传动系的拓扑结构11

参考文献12

第3章 电动汽车和插电式混合动力电动汽车能量存储系统13

3.1 简介13

3.2 电池13

3.2.1 理想模型14

3.2.2 线性模型14

3.2.3 戴维南模型15

3.3 超级电容器的电气模型16

3.3.1 双层超级电容器模型16

3.3.2 电池／超级电容器混合模型17

3.4 飞轮储能系统的电气模型19

3.5 燃料电池的工作原理21

3.5.1 可再生燃料电池电源的详细电气模型23

参考文献25

第4章 混合动力和燃料电池混合动力电动汽车26

4.1 混合动力电动汽车的基本原理和概念26

4.1.1 混合动力电动汽车的概念26

4.1.2 混合动力电动汽车传动系的工作原理26

4.2 串联式与并联式混合动力电动汽车传动系的效率27

4.2.1 简介27

4.2.2 基于部件级的效率分析28

4.3 不同的行驶模式和再生制动效率分析29

4.3.1 简介29

4.3.2 车辆的规格及建模31

4.3.3 基于多样化行驶模式的总效率比较33

4.4 再生制动效率分析35

4.5 总电气传动系效率分析36

4.6 燃料电池混合动力电动汽车：建模与控制38

4.6.1 建模环境38

4.6.2 功率组件的建模与选择38

4.6.3 燃料电池系统39

4.6.4 电池系统39

4.6.5 电动机-控制器系统41

4.6.6 基准车辆42

4.6.7 小结43

4.6.8 控制燃料电池混合动力电动汽车43

4.7 燃料电池和牵引系统的电力电子接口47

4.7.1 简介47

4.7.2 动力传动系配置47

4.7.3 功率部件建模49

4.8 燃料电池插电式混合动力电动汽车的概念51

4.8.1 燃料电池混合动力电动汽车架构51

参考文献52

第5章 电动汽车和插电式混合动力电动汽车的电池技术55

5.1 电动汽车和插电式混合动力电动汽车的能量存储问题55

5.1.1 电池类型56

5.1.2 电池模型与仿真58

5.1.3 锂离子电池68

5.1.4 锂离子电池的特性70

5.1.5 循环寿命与荷电状态70

5.1.6 关键问题的解决方案71

参考文献73

第6章 车载电源电池管理76

6.1 电池组电压均衡的问题76

6.1.1 简介76

6.2 传统和先进均衡器介绍76

6.2.1 电阻式均衡器76

6.2.2 电容式均衡器77

6.2.3 电感式均衡器78

6.2.4 Cuk均衡器78

6.2.5 基于变压器的均衡器79

6.2.6 新型电池电压均衡器80

6.2.7 小结81

6.3 电池电压均衡的经济性82

6.3.1 简介82

6.3.2 电池均衡器的重要性82

6.3.3 插电式混合动力电动汽车／电动汽车电池均衡器83

6.3.4 电池均衡器的成本分析84

6.3.5 插电式混合动力电动汽车的经济性分析85

6.3.6 小结88

6.4 新型电池均衡器的设计和性能89

6.4.1 简介89

6.4.2 设计规格89

6.4.3 新型电池电压均衡器的电路分析91

6.4.4 新型电池电压均衡器的数学模型93

6.4.5 仿真与实验结果的对比分析97

6.4.6 典型均衡器与样机之间的实验结果比较102

6.4.7 均衡器连接方式103

6.4.8 小结104

6.5 电池均衡器的控制电路设计105

6.5.1 简介105

6.5.2 控制器功能105

6.5.3 锂离子电池的等效电路模型106

6.5.4 VOC的确定107

6.5.5 VOC的估计方法108

6.5.6 电池均衡器控制策略109

6.5.7 新型电池均衡器控制器建模111

6.5.8 电池均衡器控制系统简化111

6.5.9 电池均衡器控制器的数学推导113

6.5.10 频域下的电池均衡器控制器稳定性分析117

6.5.11 时域下的电池均衡器控制器稳定性分析120

6.5.12 新型电池均衡器实验结果分析122

6.5.13 理论和实验结果比较123

6.5.14 小结125

参考文献125

第7章 电动汽车／插电式混合动力电动汽车的电池充电：电网和可再生能源接口127

7.1 简介127

7.2 电池的充电方式128

7.2.1 电池参数128

7.2.2 充电方式129

7.2.3 充电的终止方式131

7.2.4 充电的程序设定132

7.3 电网充电134

7.3.1 线路的稳定问题135

7.3.2 逆变器畸变和直流电的接入135

7.3.3 本地的分布配置136

7.4 可再生能源充电136

7.4.1 光伏系统成为电池充电的基本组成部分136

7.4.2 光伏阵列模型137

7.4.3 控制系统的设计138

7.4.4 仿真结果143

7.4.5 小结144

7.5 为电动汽车和插电式混合动力电动汽车充电的电力电子技术145

7.5.1 插电式混合动力电动汽车应用所需的电力电子技术145

7.5.2 光伏系统的传统结构145

7.5.3 中央逆变器146

7.5.4 串联式逆变器146

7.5.5 模块式逆变器147

7.6 光伏逆变器的拓扑结构147

7.6.1 配有DC-DC变换器和隔离器的光伏逆变器148

7.6.2 只配有DC-DC变换器的光伏逆变器149

7.6.3 只配有隔离器的光伏逆变器149

7.6.4 无DC-DC变换器和隔离器配置的光伏逆变器149

7.6.5 可能的光伏互连方案150

7.6.6 推荐的结构150

7.7 功率变换器的拓扑结构153

7.7.1 最大功率点跟踪器环节153

7.7.2 整流器／逆变器环节153

7.7.3 充电器环节153

参考文献154

第8章 为电动汽车／插电式混合动力电动汽车充电的电力电子变换器拓扑结构157

8.1 为电动汽车／插电式混合动力电动汽车充电的电网和光伏系统157

8.1.1 电力电子逆变器的拓扑结构157

8.1.2 推荐的功率变换拓扑结构158

8.1.3 Z型变换器159

8.2 用于电网和光伏系统互连的DC-DC变换器和DC-AC逆变器164

8.2.1 双向隔离DC-DC变换器的设计164

8.2.2 匝数比的计算165

8.2.3 DC-DC变换器的等效平均电路的演变165

8.2.4 Z型电路的设计：电容166

8.2.5 Z型电路的设计：电感167

8.2.6 Z型变换器的交流分析167

8.2.7 备注168

8.2.8 成本168

8.2.9 可靠性169

8.2.10 与光伏电源和电网交互的动态性能169

8.2.11 设计的灵活性170

8.3 为电动汽车／插电式混合动力电动汽车充电的新型集成式DC-AC-DC变换器170

8.4 基于高频变压器的隔离式充电器的拓扑结构170

8.4.1 背景170

8.4.2 隔离器和直流环节170

8.5 组件的设计171

8.5.1 隔离变压器匝数比的计算171

8.5.2 直流环节滤波器171

8.5.3 逆变器桥和DC-DC变换器的功率器件171

8.6 评估172

8.6.1 成本172

8.6.2 可靠性173

8.6.3 与光伏电源和电网交互的动态性能173

8.6.4 设计的灵活性173

8.7 无变压器的充电器拓扑结构173

8.7.1 背景173

8.7.2 组件的设计175

8.8 评估176

8.8.1 成本176

8.8.2 可靠性176

8.8.3 与光伏电源和电网交互的动态性能177

8.8.4 设计的灵活性177

8.9 测试系统的建模与仿真结果177

8.9.1 Z型变换器177

8.9.2 无电池系统（方案1）178

8.9.3 带电池系统（方案1）178

8.9.4 带电池系统（方案2）180

8.9.5 IPV纹波、光伏利用率、最大功率点跟踪器182

8.9.6 功率损耗（效率）185

8.9.7 基于可替代Z型变换器中拓扑结构的效率结果190

8.10 结论191

8.11 配置直流环节的高频隔离式拓扑结构191

8.12 无变压器的拓扑结构192

8.12.1 动态性能192

8.13 效率192

参考文献194

第9章 电动汽车／插电式混合动力电动汽车在智能电网中的应用196

9.1 简介196

9.2 车辆到电网与电网到车辆的能量传输问题196

9.3 车辆到电网的辅助服务197

9.4 车辆到家庭和家庭到车辆的概念197

9.5 互连条件198

9.5.1 变换器损耗的计算198

9.5.2 变换器的拓扑结构199

9.6 案例分析201

9.6.1 方案201

9.6.2 小结202

9.7 结论204

参考文献205

第10章 电动汽车和插电式混合动力电动汽车油井到车轮的效率分析206

10.1 油井到车轮的效率分析206

10.2 先进车辆传动系的理论效率计算207

10.3 研究车辆的仿真设定209

10.4 基于混合动力电动汽车和燃料电池汽车传动系仿真结果的总效率分析210

10.5 混合动力电动汽车和燃料电池汽车传动系的加速性能和油井到车轮的温室气体排放212

10.6 未来的研究工作213

参考文献214