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