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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Prius19

1.6.2本田Civic20

1.6.3福特Escape20

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