电驱动系统 混动、纯电动与燃料电池汽车的能量系统 功率电子和传动

前言
第1部分车辆与能量源
第1章电动性和环境3
11电机动力总成简史4
111第一部分——电动汽车诞生4
112第二部分——电机动力总成的复苏4
113第三部分——电机动力总成 终成功6
12能源推进和排放9
121燃料碳排放10
122温室气体和污染物11
13法规的出现13
131监管注意事项和排放趋势15
132大型货车法规16
14EPA行驶工况17
15BEV燃油消耗、续驶里程和等效燃油经济性21
16传统动力总成和电机动力总成碳排放22
161油井-车轮和摇篮-坟墓排放25
162输电网络产生的排放25
17传统汽车、电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车电力系统概论26
171传统内燃机汽车26
172纯电动汽车27
173混合动力汽车28
174燃料电池汽车30
175传统汽车、电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车效率对比30
176传统汽车、电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车案例研究对比31
18汽车和其他交通运输技术对比32
参考文献33
扩展阅读34
问题34
作业35
第2章车辆动力学36
21车辆载荷36
211基础动力、能量和速度之间的关系37
212空气动力阻力37
213滚动阻力40
214根据EPA滑行试验的车辆道路-载荷系数41
215恒速下纯电动汽车的续驶里程44
216 爬坡度45
22车辆加速47
221车辆制动能量回收48
222牵引电机特征48
223车辆加速度50
23简化行驶工况车辆对比53
参考文献55
扩展阅读55
问题55
MATLAB代码示例56
作业：BEV模型59
第3章电池61
31电池介绍61
311电池类型和电池组61
312电池基本原理64
313基础电化学66
314电池能量储存单位68
315放电率69
316电池参数和比较70
32生命周期和规格考虑事项72
321电池选型案例75
322电池组放电曲线和寿命77
33电池充电、保护和管理系统78
331电池充电78
332电池失效和保护79
333电池管理系统80
34电池模组80
341适应纯电动汽车电池模型的简化新曲线82
342电池组电压、电流、电阻和效率84
343混合动力汽车电池的简单曲线86
344充电87
345计算给定输出/输入功率下的电池/电池组电压88
346电池单体能量和放电率89
35例：某固定齿轮速比纯电动汽车的能耗91
参考文献94
扩展阅读94
问题94
附录：一种简化的适应于纯电动汽车电池的模拟曲线96
第4章燃料电池99
41燃料电池介绍99
411燃料电池排放和上游排放100
412氢气的安全因素101
42基本原理102
421燃料电池模型和电池电压103
422燃料电池单体和燃料电池动力系统的功率和效率105
423燃料电池特征曲线106
43燃料电池动力系统选型107
431例：燃料电池单体选型107
432丰田Mirai108
433配套设施108
434DC-DC升压变换器109
44燃料电池寿命109
45例：重型货物牵引车-拖车组合燃料电池系统选型110
46例：燃料电池汽车燃油经济性112
参考文献115
问题115
作业116
第5章传统和混合动力总成117
51混合动力汽车概述117
52制动比油耗119
53传统发动机、串联和串并联混合系统的比较123
531例：使用汽油或柴油发动机的内燃机汽车的燃油经济性123
532例：串联HEV的燃油经济性128
533例：串并联混合动力汽车的燃油经济性130
534比较总结132
54行星齿轮作为动力分配装置133
5412004款丰田普锐斯动力总成134
542例：在电驱动模式下运行的CVT（车辆起动和低速）135
543例：CVT在全功率模式下运行137
544例：CVT在巡航和发电模式下运行138
参考文献139
问题139
作业139第2部分电机
第6章牵引电机介绍143
61驱动电机概论143
611直流电机144
612交流电机145
613牵引电机对比149
614案例研究——火星探测器牵引电机150
62电机定义151
621四象限运行152
622额定参数152
623额定转矩153
624额定转速和基本转速153
625额定功率153
626峰值转矩153
627堵转转矩154
63电机特性曲线154
631恒转矩模式154
632恒功率模式154
633 高转速模式155
634效率谱155
64电机单元转换因子157
参考文献157
第7章有刷直流电机158
71直流电机结构158
72直流电机等效电路160
73直流电机电路方程161
731空载旋转损耗163
732空载转速163
733 功率163
734额定条件163
74永磁直流电机功率、损耗及效率164
75应用电力电子进行电机控制165
76正向或反转模式下电机作为电动机或者发电机运转167
761例：应用永磁直流电机发电或者制动168
762例：反转驱动169
77磁饱和与电枢反应170
78电动汽车动力总成使用PM直流电机171
79电动汽车动力总成使用WF直流电机173
710案例研究——火星探测器牵引电机177
711电机热特性179
7111稳态温升案例179
7112瞬态温升案例180
参考文献181
问题181
第8章感应电机183
81定子绕组和旋转磁场183
811定子磁流密度185
812空间向量电流和旋转磁场188
82感应电机转子电压、电流和转矩191
821转子结构191
822感应电机运转理论192
83电机模型和稳态运转193
831三相感应电机功率196
832三相感应电机转矩197
833感应电机相量分析199
834当供给电流源时的电机运转199
84感应电机的变速运转207
841每Hz运转的恒定电压208
842变速运行208
85电机测试212
851直流电阻测试213
852锁定转子测试213
853空载测试214
参考文献216
扩展阅读216
问题217
MATLAB代码示例218
第9章面置式永磁交流电机221
91SPM电机基本运转221
911单线圈的反电动势221
912单相反电动势222
92SPM电机的单相分析227
921SPM电机的单相等效电路模型227
922SPM电机的相量分析227
923电机磁饱和234
924SPM电机转矩-速度特性234
925超过额定转速的SPM电机的高速运行235
926磁场弱化运行的电机特性240
参考文献242
扩展阅读242
问题242
MATLAB代码示例243
第10章内置式永磁交流电机245
101电机结构和转矩方程245
102d轴和q轴电感247
103内置式永磁电机测试250
1031空载旋转测试250
1032直流转矩测试251
104低转速运转和基础理论254
1041例：额定条件下驱动255
1042单位电流 转矩(MTPA)257
1043单位电压 转矩（MTPV）或单位磁通 转矩(MTPF)257
105内置式电机高速运转257
106电机dq模型259
1061恒定电流变换260
1062恒定功率变换262
参考文献263
扩展阅读263
问题264
作业265第3部分功率电子
第11章DC-DC变换器269
111简介269
112电力变换的基本原则272
1121基本拓扑关系273
1122半桥降压-升压型双向变换器274
113降压变换器274
1131CCM模式降压变换器电压增益分析276
1132降压变换器BCM运行283
1133降压变换器DCM运行285
114升压变换器290
1141CCM模式下升压变换器电压增益分析291
1142升压变换器BCM运行295
1143升压变换器DCM运行297
115功率半导体300
1151功率半导体功率损耗301
1152半导体功率总损耗和结温304
116电力变换器无源元件305
1161电感选型305
1162电容选型306
117交错306
参考文献309
扩展阅读309
问题309
作业312
附录Ⅰ312
附录Ⅱ：降压-升压变换器313
第12章隔离型DC-DC变换器31412
1211隔离型电力变换器的优点314
1212电力变换器类型315
122正激变换器316
1221正激变换器中的CCM电流318
1222正激变换器中的CCM电压322
1223变压器选型324
123全桥变换器324
1231硬开关全桥变换器的运行模式325
1232全桥变换器中的CCM电流329
1233全桥变换器中的CCM电压334
124谐振电力变换器334
1241LCLC串联-并联谐振变换器335
1242用于感应充电的理想变换器特性335
1243基本模式分析和电流源运行339
1244模拟342
参考文献344
扩展阅读345
问题345
作业346
附录Ⅰ斜坡和阶梯波形的RMS值和
平均值346
附录Ⅱ反激变换器347
第13章牵引驱动器和三相逆变器348131三相逆变器348
132调制方案350
1321正弦调制350
1322三次谐波的正弦调制351
1323过调制和方波352
133正弦调制354
1331调制指数m355
1332逆变器电流356
1333开关、二极管和输入平均电流357
1334开关、二极管、直流母线、输入电容的有效电流358
1335例：变换器电流359
134变换器功率损耗360
1341IGBT和二极管传导损耗360
1342IGBT模块开关损耗360
1343半导体总功率损耗和结温362
1344例：再生电流363
参考文献364
扩展阅读364
问题364
作业365
第14章电池充电367
141充电系统基本要求367
142充电器架构368
143电网电压、频率和配线370
144充电器功能372
145充电标准和技术377
1451SAEJ1772377
1452VDE-AR-E 2623-2-2377
1453CHAdeMO377
1454Tesla379
1455无线充电379
146功率因数校正升压变换器380
1461升压PFC功率级381
1462升压电感选型383
1463整流器中的平均电流384
1464开关和二极管平均电流385
1465开关、二极管和电容电流有效值386
1466功率半导体充电387
参考文献390
扩展阅读391
问题391
作业392
第15章电驱动装置控制393
151控制介绍393
152电动机械系统建模394
1521机械系统394
1522永磁直流电机396
1523直流-直流变换器397
1524PI控制器398
153转矩回路补偿设计398
154速度控制回路补偿设计400
155使用永磁直流电机电动汽车的加速性401
156使用电磁直流电机电动汽车的加速性402
参考文献404
问题404
MATLAB代码示例405第4部分电磁学
第16章电磁、铁磁和机电能量转换411161电磁411
162铁磁415
1621磁滞417
1622硬铁磁和软铁磁材料418
163自