第1章 概述 1
1.1可持续发展的交通运输 2
1.1.1人口、能源和交通运输 3
1.1.2环境 5
1.1.3经济增长 6
1.1.4新的燃油经济性要求 7
1.2混合动力电动汽车简史 7
1.3 20世纪90年代，纯电动汽车出现和失败的原因以及从中能获得的启示 9
1.4混合动力电动汽车架构 11
1.4.1串联式混合动力电动汽车 11
1.4.2并联式混合动力电动汽车 12
1.4.3混联式混合动力电动汽车 14
1.4.4复合式混合动力电动汽车 14
1.4.5柴油机混合动力电动汽车 14
1.4.6车辆动力源混合的其他方法 15
1.4.7混合度 16
1.5混合动力电动汽车的跨学科性质 16
1.6混合动力电动汽车技术现状 17
1.6.1丰田Prius 19
1.6.2本田Civic 20
1.6.3福特Escape 20
1.6.4双模式混合动力电动汽车 20
1.7混合动力电动汽车的关键技术和面临的挑战 21
1.8看不见的手——政府的支持 22
参考文献 24
第2章 汽车动力源混合的概念 25
2.1汽车基础知识 25
2.1.1传统汽车的结构 25
2.1.2驱动负载和非驱动负载 26
2.1.3循环工况和驾驶地形 27
2.2纯电动汽车基础知识 29
2.2.1为什么需要纯电动汽车 29
2.2.2纯电动汽车的结构 29
2.2.3驱动负载和非驱动负载 31
2.3混合动力电动汽车基础知识 32
2.3.1为什么需要混合动力电动汽车 32
2.3.2混合动力电动汽车的结构 32
2.4插电式混合动力电动汽车基础知识 33
2.4.1为什么需要插电式混合动力电动汽车 33
2.4.2插电式混合动力电动汽车的结构 34
2.4.3常规混合动力电动汽车与插电式混合动力电动汽车的比较 35
2.5燃料电池电动汽车基础知识 35
2.5.1为什么需要燃料电池电动汽车 35
2.5.2燃料电池电动汽车的结构 35
2.5.3燃料电池电动汽车的相关课题 35
参考文献 36
第3章 混合动力电动汽车基本原理 37
3.1引言 37
3.2车辆模型 37
3.3车辆性能 40
3.4纯电动汽车动力系统部件设计 42
3.5串联式混合动力电动汽车 45
3.6并联式混合动力电动汽车 50
3.6.1电力峰值混合概念 51
3.6.2内燃机特性 56
3.6.3爬坡度要求 56
3.6.4内燃机到车轮的传动比选择 56
3.7车轮动力学 58
参考文献 59
第4章 先进混合动力电动汽车结构和传动系统动力学 61
4.1行星齿轮机构基本原理 61
4.2丰田Prius和福特Escape混合动力系统 63
4.3通用双模式混合动力变速器 66
4.3.1双模式动力系统的工作原理 67
4.3.2模式0：车辆起步和倒车 67
4.3.3模式1：短里程 68
4.3.4模式2：长里程 69
4.3.5模式3：再生制动 70
4.3.6从模式0到模式3的切换 70
4.4双离合混合动力变速器 73
4.4.1传统的双离合变速器技术 73
4.4.2换挡规律 74
4.4.3基于双离合变速器的混合动力系统 75
4.4.4基于双离合变速器的混合动力系统工作模式 76
4.5张毅等人提出的混合动力变速器 78
4.5.1电动机单独工作模式 78
4.5.2发动机和电动机共同工作模式 79
4.5.3发动机单独工作模式 79
4.5.4电动无级变速器工作模式 79
4.5.5能量回收模式 80
4.5.6停止模式 80
4.6雷诺无级变速混合动力变速器 80
4.7铁姆肯双模式混合动力变速器 81
4.7.1模式0：起动和倒车 82
4.7.2模式1：低速工作模式 82
4.7.3模式2：高速工作模式 82
4.7.4模式3：串联工作模式 82
4.7.5模式切换 84
4.8蔡隆文提出的混合动力变速器 84
4.9带有转速耦合和转矩耦合机构的混合动力变速器 86
4.10电子四轮驱动的丰田Highlander和Lexus混合动力系统 87
4.11 Camry混合动力系统 88
4.12 Chevy Volt混合动力系统 89
4.13基于行星齿轮机构的变速器动力学 91
4.13.1行星齿轮机构中的非理想化齿轮 91
4.13.2行星齿轮变速器动力学 91
4.14结论 92
参考文献 93
第5章 插电式混合动力电动汽车 94
5.1引言 94
5.1.1插电式混合动力电动汽车和增程式混合动力电动汽车 94
5.1.2混合型插电式混合动力电动汽车 94
5.1.3为什么需要插电式混合动力电动汽车 95
5.1.4插电式混合动力电动汽车能够使用的电能 96
5.2插电式混合动力电动汽车结构 97
5.3混合型插电式混合动力电动汽车的等效电动里程 98
5.4插电式混合动力电动汽车的燃油经济性 98
5.4.1从油井到车轮的效率 99
5.4.2插电式混合动力电动汽车的燃油经济性 99
5.4.3电动因子 100
5.5插电式混合动力电动汽车的能量管理 101
5.6插电式混合动力电动汽车设计及部件选型 103
5.7增程式混合动力电动汽车设计及部件选型 104
5.8混合型插电式混合动力电动汽车设计及部件选型 104
5.9常规混合动力电动汽车向插电式混合动力电动汽车转化 105
5.9.1替换已有的电池组 105
5.9.2增加电池组 107
5.9.3传统汽车向插电式混合动力电动汽车转化 107
5.10插电式混合动力电动汽车的相关课题 107
5.10.1废旧电池用来支持电网 107
5.10.2插电式混合动力电动汽车冷起动排放的减少 108
5.10.3插电式混合动力电动汽车极端天气下性能的强化 108
5.10.4插电式混合动力电动汽车的维修 109
5.10.5插电式混合动力电动汽车的安全 109
5.11车辆到电网技术 110
5.11.1插电式混合动力电动汽车的充电机制 110
5.11.2 G2V的影响 112
5.11.3 V2G的概念 117
5.11.4 V2 G的优势 117
5.11.5 V2 G案例研究 118
5.12结论 121
参考文献 121
第6章 特殊的混合动力汽车 123
6.1液压式混合动力汽车 123
6.2越野混合动力电动汽车 127
6.3柴油机混合动力电动汽车 132
6.4电动或混合动力轮船、飞机和机车 133
6.4.1轮船 133
6.4.2飞机 136
6.4.3机车 139
6.5其他工业用途车辆 142
参考文献 142
拓展阅读 143
第7章 混合动力技术在军用车辆上的应用 144
7.1为什么混合动力电动汽车有利于军事用途 144
7.2地面车辆的军事用途 145
7.2.1架构——串联式、并联式和复合式 145
7.2.2哪种车辆最好 146
7.3非地面车辆的军事应用 149
7.3.1电磁发射器 150
7.3.2混合动力轮船 150
7.3.3飞机上的应用 151
7.3.4单兵系统上的应用 151
7.4耐久性问题 153
参考文献 154
拓展阅读 155
第8章 混合动力电动汽车的故障诊断和预测、可靠性、电磁兼容及其他相关议题 156
8.1混合动力电动汽车和纯电动汽车的故障诊断和预测 156
8.1.1车载故障诊断 156
8.1.2故障预测问题 158
8.2混合动力电动汽车的可靠性 160
8.2.1混合动力电动汽车结构可靠性分析 161
8.2.2可靠性和稳定降功率 163
8.2.3软件可靠性问题 165
8.3电磁兼容问题 167
8.4 NVH、机电和其他问题 169
8.5报废和回收问题 171
参考文献 172
拓展阅读 172
第9章 混合动力电动汽车电力电子学 173
9.1引言 173
9.2电力电子学基本原理 175
9.3混合动力电动汽车用整流器 176
9.3.1理想整流器 176
9.3.2实际整流器 176
9.3.3单相整流器 177
9.3.4电压纹波 179
9.4混合动力电动汽车用降压变换器 182
9.4.1工作原理 182
9.4.2非线性模型 183
9.5非隔离式双向DC-DC变换器 184
9.5.1工作原理 184
9.5.2保持恒定的转矩范围和功率能力 186
9.5.3减小电池的电流纹波 187
9.5.4再生制动 189
9.6电压源逆变器 189
9.7电流源逆变器 191
9.8隔离式双向DC-DC变换器 191
9.8.1基本原理和稳态操作 192
9.8.2电压纹波 197
9.9混合动力电动汽车PWM整流器 200
9.10纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车电池充电器 202
9.10.1正激/反激变换器 203
9.10.2半桥DC-DC变换器 203
9.10.3全桥DC-DC变换器 204
9.10.4功率因数校正级 204
9.10.5双向电池充电器 207
9.10.6其他充电器拓扑结构 207
9.10.7感应充电 208
9.10.8无线充电 208
9.11混合动力电动汽车电力电子建模和仿真 210
9.11.1设备级仿真 210
9.11.2系统级模型 211
9.12新兴电力电子设备 211
9.13电路封装 212
9.14混合动力电动汽车电力电子热管理 212
9.15 结论 214
参考文献 215
第10章 混合动力电动汽车电机及其驱动 217
10.1引言 217
10.2感应电动机驱动 217
10.2.1感应电动机的基本原理 218
10.2.2感应电动机的等效电路 219
10.2.3感应电动机的转速控制 222
10.2.4感应电动机的变频变压控制 223
10.2.5感应电动机的效率和损耗 224
10.2.6由PWM供电引起的附加损耗 225
10.2.7感应电动机的定向磁场控制 234
10.3永磁电动机驱动 240
10.3.1永磁电动机基本构造 241
10.3.2永磁电动机的基本工作原理 242
10.3.3内置式永磁电动机的磁路分析 246
10.3.4永磁电动机的磁铁尺寸计算 253
10.3.5永磁电动机的涡流损耗 257
10.4开关磁阻电动机 258
10.5双凸极永磁电动机 260
10.6牵引电动机的设计计算 263
10.6.1 A和B的选取 264
10.6.2牵引电动机的额定转速 264
10.6.3内部功率的确定 264
10.7牵引电动机热分析和建模 264
10.8结论 271
参考文献 271
第11章 电池、超级电容器、燃料电池及其控制 278
11.1引言 278
11.2电池特性参数 279
11.3混合动力电动汽车上不同储能技术的比较 283
11.4基于等效电路的建模 286
11.4.1电池建模 286
11.4.2电池建模实例 288
11.4.3超级电容器建模 289
11.4.4电池和超级电容器混合储能单元的建模实例 291
11.5电池的充电控制 294
11.6储能装置的电量管理 298
11.7飞轮储能系统 300
11.8液压储能系统 303
11.9燃料电池和混合燃料电池储能系统 304
11.9.1燃料电池简介 304
11.9.2燃料电池建模 308
11.9.3混合燃料电池储能系统 309
11.9.4混合燃料电池动力系统控制策略 311
11.10总结和讨论 317
参考文献 317
第12章 纯电动汽车和混合动力电动汽车的建模和仿真 319
12.1引言 319
12.2车辆系统建模的基本原理 320
12.3使用ADVISOR对混合动力电动汽车建模 322
12.4使用PSAT对混合动力电动汽车建模 324
12.5基于物理的建模 325
12.6键合图和其他建模技术 332
12.7对数值积分方法的思考 335
12.8结论 335
参考文献 336
第13章 混合动力电动汽车的设计和优化 339
13.1引言 339
13.2混合动力电动汽车设计的全局优化算法 340
13.2.1 DIRECT算法 340
13.2.2模拟退火算法 344
13.2.3遗传算法 345
13.2.4粒子群优化算法 348
13.2.5不同优化算法的优缺点 350
13.3模型在环优化设计过程 350
13.4并联式混合动力电动汽车的优化设计实例 351
13.5串联式混合动力电动汽车的优化设计实例 356
13.5.1串联式混合动力电动汽车动力系统的控制框图 357
13.5.2串联式混合动力电动汽车的参数优化 358
13.5.3优化结果 360
13.6结论 362
参考文献 363
第14章 车辆功率控制策略和能量管理 364
14.1通用的框架、定义和需求 364
14.2实现方法 365
14.2.1优化方法 370
14.2.2成本函数优化 372
14.3能量管理的好处 377
参考文献 378
拓展阅读 378
第15章 混合动力电动汽车技术的商业化、标准化及未来的交通运输 379
15.1商业化及其对混合动力电动汽车的重要性 379
15.2商业化的优缺点以及实现的途径 379
15.3标准化和商业化的关系 380
15.4不同类型车辆的商业化问题和影响 380
15.5混合动力电动汽车的商业化和未来的交通运输 381
拓展阅读 382