插电式混合动力与纯电动汽车的能量管理策略

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交通运输

作者：（加）谢尔顿 S.威廉森（Sheldon S. Williamson）着
出版社：北京：机械工业出版社
出版年份：2016
ISBN：9787111523956
页数：215 页

图书介绍：为找到一种在车辆上安全、可持续、环保，并且可以商业化运用电能的方法，本书针对电动汽车和插电式混合动力电动汽车传动系的拓扑结构和能量存储系统，混合动力和燃料电池混合动力汽车及其电池技术，车载电源的电池管理、充电以及电网和可再生能源接口，为电动汽车和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以及其在电网中的作用、效率等方面进行了阐述。本书使用了大量具体的实例，论述生动形象，易于被读者接受。查看图书目录点击购买PDF全本电子书上一篇：高速铁路线路工程设计理论、施工及养护技术国际学术会议论文集下一篇：图解车用新型柴油机结构与维修 《插电式混合动力与纯电动汽车的能量管理策略》目录 标签：电动汽车能量混合电动策略

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

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摘要：本文以“插电式混合动力与纯电动汽车的能量管理策略.pdf电子书版文档下载”为中心，详细阐述了插电式混合动力与纯电动汽车的能量管理策略，包括能量管理系统的设计、能量管理策略的优化以及能量管理效果的评价。通过对该文档的深入分析，为我国新能源汽车产业的发展提供了有益的参考。

1、能量管理系统设计

能量管理系统是插电式混合动力与纯电动汽车的核心组成部分，其设计直接影响到车辆的续航里程、动力性能和能源效率。在能量管理系统设计中，首先需要确定电池、电机和发动机等关键部件的参数，然后根据这些参数设计能量管理系统。具体来说，包括电池管理系统、电机控制系统和整车能量管理系统等。

电池管理系统主要负责电池的充放电管理、电池状态监测和电池安全保护等功能。电机控制系统负责电机的启动、停止、调速和制动等功能。整车能量管理系统则负责协调电池、电机和发动机之间的能量流动，实现能量的高效利用。

在能量管理系统设计中，还需要考虑以下因素：电池的充放电特性、电机的驱动特性、发动机的运行特性以及整车动力学特性等。通过综合考虑这些因素，设计出满足实际需求的能量管理系统。

2、能量管理策略优化

能量管理策略是能量管理系统中的关键环节，其优化直接影响到车辆的续航里程和能源效率。在能量管理策略优化过程中，主要考虑以下因素：电池的充放电状态、电机的驱动需求、发动机的运行状态以及整车动力学特性等。

针对电池的充放电状态，需要根据电池的SOC（荷电状态）和SOH（健康状态）来调整充电和放电策略。对于电机的驱动需求，需要根据车辆的行驶速度、加速度和制动需求来调整电机的驱动策略。对于发动机的运行状态，需要根据发动机的负荷和转速来调整发动机的运行策略。

此外，还可以通过优化能量管理策略，实现电池的均衡充电和放电，延长电池的使用寿命。同时，通过优化能量管理策略，提高车辆的能源效率，降低能耗。

3、能量管理效果评价

能量管理效果评价是衡量能量管理系统性能的重要手段。在评价过程中，主要关注以下指标：续航里程、能源效率、动力性能和电池寿命等。

续航里程是衡量新能源汽车性能的重要指标之一。通过测试不同工况下的续航里程，可以评估能量管理系统的性能。能源效率是指车辆在行驶过程中消耗的能源与实际行驶里程的比值，是衡量新能源汽车能源利用效率的重要指标。动力性能是指车辆的加速性能和最高车速等指标，是衡量新能源汽车动力性能的重要指标。电池寿命是指电池在充放电过程中能够保持性能的时间，是衡量新能源汽车使用寿命的重要指标。

通过对能量管理效果的评价，可以找出能量管理系统的不足之处，为后续的优化提供依据。