新能源汽车能量管理

能量管理技术是新能源汽车整车控制技术的核心和关键。 《新能源汽车能量管理》结合目前新能源汽车能量管理系统的发展现状，系统介绍了新能源汽车电驱动系统及电力电子器件，以及新能源汽车储能技术、动力蓄电池管理技术、动力蓄电池热管理技术和复合电源系统；总结了纯电动汽车、混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车的基本构型和能量管理策略。 《新能源汽车能量管理》介绍了新能源汽车动力总成部件特性及模型，包括车辆动力学建模及分析，电驱系统工作特性及模型，电池模型建立，内燃机模型建立，燃料电池模型建立。 《新能源汽车能量管理》分析了世界主要的汽车驾驶循环工况，并对能量管理策略仿真环境进行了概述。 《新能源汽车能量管理》适合从事新能源汽车动力系统设计、能量管理相关行业的研发和工程技术人员学习参考，也可作为相关专业师生的参考书。

熊树生，工学博士、研究员、博士生导师、浙江大学求是科研教授、中科院客座教授。国家级能源与动力实验中心副主任、浙江大学龙泉创新中心主任、浙江大学嘉兴研究院先进能源科创中心副主任、浙江省汽车空调标技委主任委员，龙泉市人民政府党组成员、市长助理。 主要研究领域为：燃料电池汽车、混合动力系统、纯电动汽车，以及氢气、氨、LNG、LPG、沼气、煤气、醇醚等新能源和清洁能源动力及车船的研究，特别聚焦于热管理系统的研发。 担任汽车空调国家CNAS实验室以及浙江省汽车空调检测中心学科带头人、浙江省标准化技术专家，浙江省F22、F28、F26、F23领域技术调查官。完成国家重点研发项目---燃料电池增程式电动轿车及SUV的研发及产业化，主研“十四五”高性能燃料电池汽车国家重点项目，完成了多项国家和省部级基金项目，以及企业的重大研究开发项目。指导硕博士研究生、博士后以及国际留学生近百名。在国家一级刊物或国际学术刊物及会议上发表论文100多篇，其中被SCI、EI收录的七十多篇；申请专利100多项，其中发明专利九十多项。起草国标、行标以及浙江制造标准近10项，出版了“十三五”规划教材《新能源汽车技术解析》。获中国发明创新二等奖、中国产学研合作创新奖、吴文俊人工智能科技奖及省部级科技进步奖等多项。

前言 第1章绪论1 1.1新能源汽车简介1 1.1.1新能源汽车的定义与分类1 1.1.2新能源汽车发展现状21 1.2新能源汽车能量管理概述28 1.2.1新能源汽车能量管理研究现状28 1.2.2基于确定性规则的能量管理策略研究现状29 1.2.3新能源汽车能量管理发展趋势32 第2章新能源汽车电驱动系统及电力电子器件33 2.1驱动电机及发电机33 2.1.1直流电机35 2.1.2交流电机42 2.1.3永磁同步电机48 2.1.4开关磁阻电机55 2.2电力电子变换器59 2.2.1逆变器59 2.2.2DC/DC变换器64 2.3功率母线72 第3章新能源汽车储能技术84 3.1飞轮储能84 3.2超级电容器87 3.3燃料电池92 3.4复合电源系统96 3.5动力蓄电池97 3.5.1铅酸电池99 3.5.2镍氢电池103 3.5.3锂离子电池106 3.5.4钠硫电池107 3.6电池管理技术（BMS）109 3.6.1动力蓄电池管理系统的功能与性能要求109 3.6.2国内外研究现状110 3.7动力蓄电池热管理技术112 3.7.1动力蓄电池热管理性能要求与分类112 3.7.2研究电池热管理系统的意义和目的119 3.7.3电池热管理系统研究中存在的问题120 第4章纯电动汽车能量管理125 4.1纯电动汽车的基本构型125 4.1.1集中式驱动系统125 4.1.2分布式驱动系统126 4.2电动汽车能量管理策略129 4.2.1再生制动能量回收129 4.2.2基于降低整车能量消耗的能量管理策略129 4.2.3基于提高电池效率/寿命的能量管理策略130 4.3电动汽车整车热管理132 4.3.1新能源汽车热管理1.0技术架构（PTC电加热系统）133 4.3.2新能源汽车热管理2.0技术架构（热泵系统）133 4.3.3新能源汽车热管理3.0技术架构（模块化、间接式、新型制冷剂）136 4.4纯电动汽车能量管理方案实例137 4.4.1特斯拉Model S电池能量管理方案137 4.4.2宝马i3电池能量管理方案139 4.4.3小鹏P7电池热管理系统方案142 第5章混合动力汽车能量管理145 5.1混合动力汽车的基本构型及工作模式145 5.1.1串联式混合动力汽车的构型及工作模式145 5.1.2并联式混合动力汽车的构型及工作模式150 5.1.3混联式混合动力汽车的构型及工作模式163 5.1.4混合动力汽车的混合度168 5.1.5插电式混合动力汽车170 5.1.6增程式混合动力汽车171 5.2混合动力汽车的发动机技术172 5.2.1阿特金森循环发动机173 5.2.2米勒循环发动机174 5.2.3发动机起停技术175 5.2.4发动机闭缸技术175 5.2.5发动机工作区优化176 5.3混合动力汽车能量管理控制策略176 5.3.1基于规则的混合动力汽车能量管理策略176 5.3.2基于等效燃油消耗最小的混合动力汽车能量管理策略182 5.3.3全局最优能量管理策略195 5.3.4模型预测控制能量管理策略207 5.3.5基于智能算法的混合动力汽车能量管理策略218 5.4典型混合动力汽车能量管理方案234 5.4.1比亚迪DM-i混合动力系统234 5.4.2长城柠檬混动系统238 5.4.3吉利雷神混动系统240 第6章燃料电池汽车能量管理242 6.1燃料电池动力系统组件与运行242 6.1.1氢气-空气供应系统242 6.1.2热管理系统244 6.1.3储氢供氢系统244 6.1.4动力系统构型246 6.2燃料电池汽车能量管理策略247 6.2.1基于规则的能量管理策略247 6.2.2基于优化的能量管理策略248 6.2.3基于智能算法的能量管理策略249 6.2.4基于模型预测算法的能量管理策略250 6.3燃料电池汽车能量管理方案实例251 6.3.1丰田氢Mirai燃料电池汽车251 6.3.2现代NEXO燃料电池汽车257 6.3.3奔驰GLC F-CELL燃料电池插电混动汽车264 第7章新能源汽车动力总成部件特性及模型271 7.1车辆动力学建模及分析271 7.1.1车辆坐标系271 7.1.2轮胎力学与建模272 7.2电驱系统工作特性及模型278 7.2.1电机转矩特性279 7.2.2电机效率280 7.2.3直流电机模型282 7.2.4永磁同步电机模型283 7.3电池模型建立285 7.3.1等效电路模型286 7.3.2电化学模型287 7.3.3神经网络模型287 7.4内燃机模型建立288 7.4.1曲柄起动状态288 7.4.2发动机关闭状态290 7.4.3空转状态290 7.4.4发动机工作状态291 7.4.5发动机燃油经济性和废气排放291 7.5燃料电池模型建立292 7.5.1理想开路电压292 7.5.2欧姆极化电压294 7.5.3浓差极化电压294 7.6汽车驾驶循环295 7.6.1新欧洲驾驶循环工况（NEDC）295 7.6.2全球统一轻型车辆测试程序工况（WLTP）297 7.6.3中国轻型汽车测试循环工况（CLTC）298 7.6.4美国环保署测试工况（EPA）299 7.7能量管理策略仿真环境301 7.7.1基于ADVISOR环境的能量管理策略仿真301 7.7.2基于AVL Cruise环境的能量管理策略仿真307 7.7.3基于MATLAB/Simulink环境的能量管理策略仿真309 第8章新能源汽车发展前景与展望312 参考文献315