【新能源汽車動力電池技術】

內容介紹

《新能源汽車動力電池技術/新能源汽車關鍵技術研究叢書》主要涉及新能源汽車動力電池系統的安全與老化研究。在安全部分，基於ISO26262的安全要求，闡述車用動力電池系統的整體安全性概念和措施，介紹了電池的碰撞仿真，熱失控試驗過程的結果和分析。在電池老化部分，介紹了電池單體的電化學建模與仿真方法，定量分析了鋰離子電池老化的影響因素，貝葉斯反演模型的參數估計，最後基於數據驅動方法建立了電池SOC的狀態觀測器。 《新能源汽車動力電池技術/新能源汽車關鍵技術研究叢書》可供從事新能源汽車動力電池技術研發相關的工程師、研究人員、碩士博士研究生和高年級本科生參考閱讀。

目錄

1.新能源汽車動力電池技術

第1章 車用電池系統的整體安全性考慮

1．1 研究背景

1．2 技術背景

1．2．1 遵循IS026262標準的功能安全簡介

1．2．2 汽車電池系統的結構

1．3 汽車電池系統的安全措施分類與應用

1．3．1 組織安全措施與技術安全措施

1．3．2 電池系統單元中的安全措施應用

1．4 概念階段非E/E措施的考慮

1．5 結論

致謝

參考文獻

第2章 電池碰撞安全性的建模

2．1 引言

2．1．1 動機

2．1．2 電動汽車的特殊危險

2．1．3 可行的電池設計方法

2．2 汽車電池設計

2．2．1 電池模塊和元件

2．2．2 安全性相關的設計參數

2．3 考慮電池的汽車結構設計過程

2．3．1 標準方法和要求

2．3．2 電池的碰撞測試和碰撞仿真

2．4 電池的有限元模型

2．4．1 機械變形建模

2．4．2 材料和連接點失效的建模

2．4．3 電接觸和洩漏的建模

2．5 結論

致謝

參考文獻

第3章 熱失控：單體電池的熱失控成因和影響

3．1 引言

3．2 實驗

3．2．1 實驗台簡介

3．2．2 測試方法

3．2．3 氣體分析

3．2．4 單體成分辨識

3．2．5 鋰離子電池單體

3．2．6 電學特性

3．3 結果和討論

3．3．1 熱失控的典型過程

3．3．2 熱失控試驗

3．3．3 氣體分析

3．4 結論

致謝

參考文獻

第4章 與應用相關的電池建模：從經驗建模到機理

建模方法

4．1 引言

4．2 經驗模型

4．3 等效電路模型

4．4 機理模型

4．4．1 電荷轉移

4．4．2 離子轉移

4．4．3 電子轉移

4．4．4 多孔電極

4．4．5 嵌人

4．4．6 生熱

4．4．7 電池老化

4．5 大尺度建模

4．5．1 熱特性

4．5．2 電特性

4．5．3 分佈式微結構建模

致謝

參考文獻

第5章 鋰鋰離子電池老化研究分析方法

5．1 引言

5．1．1 鋰離子電池的工作原理

5．1．2 鋰鋰離子電池的老化

5．1．3 鋰離子電池研究

5．2 電池材料的提取

5．2．1 打開電池

5．2．2 電解質的提取

5．2．3 電極取樣

5．3 電極的分析

5．3．1 X射線光？

5．3．2 掃描電子顯微鏡（SEM）和能量色散X射線

光譜？

5．3．3 元素分析（ICP

5．3．4 拉曼光譜

5．4 隔膜分析

5．5 電解質的老化

5．5．1 氣相色譜儀

5．5．2 離子色譜法

5．5．3 電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-OES）/全反射

X射線熒光分析（

5．6 商用電解質的分解途徑

5．7 定量測量

致謝

參考文獻

第6章 鋰鋰離子電池參數估計的貝葉斯推論

6．1 簡介

6．2 反問題：變無形為有形

6．2．1 簡介

6．2．2 確定性方法：線性和線性化模型

6．2．3 貝葉斯方法

6．2．4 馬爾可夫鏈-蒙特卡羅方法（MCMC方法）

6．3 鋰鋰離子電池單體模型

6．4 參數的靈敏度

6．5 基於MCMC方法的統計反演

6．5．1 數據和先驗分佈

6．5．2 後驗採樣

6．5．3 參數的後變性

6．5．4 統計效率

6．5．5 計算效率的說明

6．6 結論

致謝

參考文獻

第7章 數據驅動方法設計電池SOC觀測器

7．1 引言

7．2 數據驅動校準工作流程

7．3 荷電狀態觀測器設計

7．3．1 試驗設計

7．3．2 數據驅動的電池建模

7．3．3 非線性觀測器設計

7．4 結論

致謝

參考文獻

【燃料電池汽車建模及仿真技術】

內容介紹

《燃料電池汽車建模及仿真技術/新能源汽車關鍵技術研究叢書》以建模作為重點，理論聯繫實際，描述了燃料電池汽車、關鍵零部件或功能模塊（如燃料電池電堆、電機、氫儲存器、增濕器和DC／DC變換器等）的仿真，並結合MATLAB／Simulink的模型實現．通過有代表性的仿真實例，全面介紹了燃料電池汽車系統（包括燃料電池發動機）的結構、原理、設計和參數設定等知識。

通過建模原理、模型的MATLAB／Simulink實現和實際案例的關聯學習，汽車行業的研發工程師、車輛工程專業的學生以及其他專業的對燃料電池汽車感興趣的工程師或學生都可以從中獲得有關建模知識和運用仿真工具實現仿真分析的能力。

目錄

第1章 燃料電池汽車仿真技術

1．1 燃料電池汽車研究現狀

1．2 燃料電池汽車的基本結構

1．3 燃料電池汽車的效率

1．4 燃料電池汽車仿真研究

1．5 仿真係統模型頂層圖介紹

第2章 整車控制系統

2．1 典型行駛工況

2．1．1 美國行駛工況

2．1．2 歐洲行駛工況

2．1．3 日本行駛工況

2．1．4 其他行駛工況

2．1．5 國內車輛行駛工況的研究

2．2 駕駛員模型

2．2．1 駕駛員模型介紹

2．2．2 駕駛員模型建模介紹

2．2．3 駕駛員模型建模

2．3 車輛運行環境模型

2．3．1 車輛運行環境模型介紹

2．3．2 車輛運行環境模型

2．4 車輛模型介紹

2．4．1 汽車驅動力

2．4．2 汽車行駛阻力

2．4．3 車輛轉矩

2．5 車輛模型建模

2．6 能量控制單元（ECU）

2．6．1 能量系統結構

2．6．2 能量控制策略

2．6．3 ECU模型

2．7 車輛控制單元（VCU）

2．7．1 車輛控制單元介紹

2．7．2 車輛控制單元建模

第3章 PEMFC發動機

3．1 PEMFC發動機介紹

3．1．1 PEMFC發動機基本原理

3．1．2 PEMFC模型概述

3．2 PEMFC發動機建模

3．2．1 燃料電池堆模塊

3．2．2 空氣供應模塊

3．2．3 供氫模塊

第4章 動力電池系統

4．1 動力電池概述

4．1．1 鉛酸電池

4．1．2 鎳氫電池

4．1．3 鋰離子電池

4．2 動力電池系統建模及SOC估計

4．2．1 動力電池模型概述

4．2．2 機理模型

4．2．3 半機理半經驗模型

4．2．4 SOC估計算法

4．3 動力電池系統控制策略

4．3．1 動力電池控制器

4．3．2 動力電池開關控制策略

4．4 DC DC變換器

4．4．1 DC DC變換器的工作原理

4．4．2 DC DC變換器的穩態模型

第5章 驅動電機系統

5．1 典型驅動電機介紹

5．1．1 直流電機

5．1．2 交流感應電機

5．1．3 永磁同步電機

5．1．4 開關磁阻電機

5．2 驅動電機模型

5．2．1 驅動電機機理法建模

5．2．2 驅動電機實驗法建模

第6章 熱管理系統

6．1 熱平衡分析

6．1．1 熱管理系統介紹

6．1．2 熱管理系統建模

6．1．3 熱管理系統控制策略

6．2 輔助系統介紹

6．2．1 輔助系統電功率消耗模塊

6．2．2 輔助系統電功率消耗模塊建模

第7章 燃料電池汽車、燃料電池發動機系統及部件建模與仿真實例

7．1 燃料電池汽車仿真

7．1．1 仿真參數及系統和部件實測特性的設定

7．1．2 仿真運行及部分運行結果分析

7．2 燃料電池發動機系統仿真

7．2．1 針對一款45 kW級PEMFC發動機系統的電壓建模與仿真

7．2．2 針對一款83 kW車用高壓PEMFC發動機系統的仿真以及與低壓方案的比較

7．3 燃料電池系統部件仿真

7．3．1 車用PEMFC系統中氣 氣增濕器動態建模與影響因素分析

7．3．2 PEMFC發動機系統中冷器仿真案例

附錄 命名法及符號含義

參考文獻

【混合動力耦合系統構型與耦合裝置分析設計方法】

內容介紹

本書敘述了混合動力耦合系統構型與耦合裝置分析設計方法中的關鍵技術。詳細分析了車輛工況能耗和功率需求，闡述了現有行星式混聯混合動力系統構型及其特點，介紹了混合動力系統仿真技術的應用；重點介紹了差速動力耦合器的設計、差速動力耦合器的熱分析、接觸分析及動力學相關分析；差速動力耦合器現代優化設計方法，最後闡述了混合動力汽車關鍵零部件耐久性設計有關的載荷譜編制理論中的幾個前沿技術。本書內容豐富，理論性、實用性強，可作為從事新能源汽車相關領域的工程技術人員和科研人員的參考書。

目錄

第一章車輛工況能耗分析與功率需求 

1.1車輛工況能耗分析 

1.1.1循環工況燃油消耗 

1.1.2工況油耗特性分析方法 

1.1.3基於循環工況油耗特性統計分析 

1.1.4小結 

1.2車輛功率需求的實用求解方法 

1.2.1傳統功率汁算方法 

1.2.2實用的功率計算方法及應用 

1.2.3加速性動力源總功率應用 

1.2.4小結 

1.3本章小結 

參考文獻 

第2章行星式混聯混合動力系統 

2.1典型EVT構型 

2.1.1豐田的行星式混合動力系統 

2.1.2通用（CM）的行星式混合動力系統 

2.1.3小結 

2.2FVT系統工作原理 

2.2.1行星耦合裝置的基本原理 

2.2.2行星耦合裝置的分類 

2.2.3各分類構型的特點 

2.3DHS系統 

2.3.1動力總成連接方式對比 

2.3.2轉速、轉矩關係對比 

2.3.3小結 

2.4本章小結 

參考文獻 

第3章混合動力系統仿真技術應用 

3.1基於ADVISOR仿真平台的混合動力系統開發 

3.1.1差速耦合行星機構動力學建模 

3.1.2差速耦合系統建模及控制策略開發 

3.1.3性能仿真 

3.1.4小結 

3.2基於CRUISE仿真平台混合動力系統開發 

3.2.1技術方案概述 

3.2.2MATLAB／SIMULINK環境下的控制策略建模 

3.2.3基於CRLISE軟件正向仿真平台的優點 

3.2.4仿真測試 

3.2.5小結 

3.3基於AMESim的混合動力系統開發 

3.3.1AMESim應用實例背景介紹 

3.3.2混聯液壓驅動系統工作原理 

3.3.3混聯液壓驅動系統數學模型及系統建模 

3.3.4混聯液壓驅動系統參數匹配方法 

3.3.5混聯液壓驅動系統控制策略 

3.3.6混聯液壓驅動系統參數匹配結果驗證 

3.3.7小結 

3.4本章小結 

參考文獻 

第4章差速動力耦合器的設計 

4.1傳統差速器用作差速動力耦合器的分析 

4.2傳統差速器改型設計方案 

4.2.1軸承選型 

4.2.2行星齒輪軸設計 

4.2.3新型的差速動力耦合裝置結構 

4.3新型的差速動力耦合裝置驗證及分析 

4.3.1新型的差速動力耦合裝置仿真驗證 

4.3.2新型的差速動力耦合裝置台架試驗 

4.4本章小結 

參考文獻 

第5章差速動力耦合器的熱分析 

5.1基於熱網絡法的差速動力耦合器熱分析 

5.1.1熱網絡法概論 

5.1.2熱網絡模型的建立 

5.1.3功率損失汁算模型 

5.1.4熱阻計算模型 

5.1.5計算結果及分析 

5.2差速動力耦合器油膜溫度分析 

5.2.1錐齒輪潤滑數學模型 

5.2.2模型數值求解 

5.2.3計算結果與分析 

5.3差速動力耦合器齒輪溫度分析 

5.3.1熱分析有限元法概述 5.3.2熱邊界條件 

5.3.3熱載荷 

5.3.4熱分析有限元模型 

5.3.5結果及分析 

5.4本章小結 

參考文獻 

第6章差速動力耦合器的工程分析 

6.1有限元法接觸分析概況 

6.1.1接觸問題概述 

6.1.2有限元法的求解簡介 

6.1.3接觸問題求解在ABAQUS中的實現 

6.2輪齒接觸的菲線性結構分析 

6.2.1建立結構分析有限元模型 

6.2.2定義有限元模型屬性 

6.2.3定義載荷及求解 

6.2.4結果後處理 

6.3差速動力耦合器的動力學分析 

6.3.1多體系統動力學簡介 

6.3.2建立DPSD多剛體模型 

6.3.3建立DPSD剛柔耦合模型 

6.3.4DPSD動力學仿真及模型驗證 

6.4本章小結 

參考文獻 

第7章基於代理模型的差速動力耦合器多目標優化 

7.1試驗設計方法 

7.1.1全因子試驗設計 

7.1.2正交試驗設計 

7.1.3均勻試驗設計 

7.1.4拉丁超立方試驗與優化的拉丁超立方試驗 

7.2代理模型技術 

7.2.1多項式響應面法 

7.2.2徑向基函數法 

7.2.3Kriging模型 

7.2.4代理模型誤差分析 

7.3優化算法 

7.3.1多島遺傳算法 

7.3.2非支配排序遺傳算法—Ⅱ 

7.3.3多目標粒子群算法 

7.4應用實例 

7.4.1混合動力汽車動力耦合器的殼體優化 

7.4.2動力耦合器內傳動齒輪多目標優化 

7.5本章小結 

參考文獻 

第8章關鍵傳動部件載荷譜編制中的幾個重要問題 

8.1載荷譜編制流程 

8.1.1載荷譜概述 

8.1.2多動力源下的載荷特性 

8.1.3混合動力汽車的載荷譜編制方法 

8.2基於多準則的優樣本長度確定方法 

8.2.1樣本長度確定的意義 

8.2.2樣本長度確定方法 

8.2.3基於多準則的優樣本長度的確定方法 

8.2.4多準則決策與準則權重的確定 

8.3基於混合模型的佳分佈函數建立方法 

8.3.1確定可行解 

8.3.2擬合精度儉驗 

8.3.3求解權重係數 

8.3.4確定佳個數 

8.4基於核函數的載荷外推方法 

8.4.1基於核函數估計的非參數外推方法 

8.4.2核函數的選擇準則 

8.5本章小結 

參考文獻

【地面車輛混合驅動系統建模與控制優化 】

內容介紹

《地面車輛混合驅動系統建模與控制優化/新能源汽車關鍵技術研究叢書》側重分析了地面車輛混合驅動系集成與控制的現狀、驅動系統構型以及混合驅動系建模與仿真技術，建模方面重點闡述了鋰離子電池參數辨識和優狀態估計技術。闡述了混合驅動系統優控制和系統優化的基礎理論和工程方法。闡述了以偽譜法和凸優化為代表的混合驅動系統非線性規劃系統優化控制的基礎理論和工程方法。終給出了相關理論和方法在輪式車輛和履帶車輛混合驅動系統建模與控制應用實例。 《地面車輛混合驅動系統建模與控制優化/新能源汽車關鍵技術研究叢書》採用基於模型的設計（MBD，Model-BasedDesign）思路，把混合驅動系統動態特性與控制理論密切結合，注重先進控制技術在混合驅動系統設計的深入應用，較為系統的闡述了作者在混合驅動系統集成與控制設計相關理論和方法及其工程技術實踐，具有較高的理論意義和工程應用價值。

目錄

1 前言

1.1 地面車輛混合驅動系統現狀

1.1.1 地面車輛動力驅動系統發展歷史

1.1.2 地面車輛混合驅動系統現狀及發展

1.1.3 地面車輛混合驅動系統發展趨勢和技術特徵

1.2 地面車輛混合驅動系統控制技術

1.2.1 系統控制在混合驅動系統中的作用

1.2.2 混合動力驅動系統控制結構

1.3 基於模型的系統優化與最優控制

1.3.1 基於模型的控翻

1.3.2 地面車輛混合驅動系統優化設計

1.3.3 混合驅動系統最優控制

2 地面車輛混合驅動系統構型

2.l混合驅動系統基本構成和分類

2.1.1 混合驅動系統基本構成

2.1.2 混合驅動系統的分類

2.2 輪式車輛混合驅動系統

2.2.1 串聯式混合驅動系統

2.2.2 並聯式混合驅動系統

2.2.3 混聯式混合驅動系統

2.3 履帶車輛混合驅動系統

2.3.1 串聯式混合驅動系統

2.3.2 並聯、混聯式混合驅動系統 鈞

3 地面車輛混合驅動系統建模與仿真技術

3.1 混合驅動系統建模與仿真的作用及挑戰

3.2 地面車輛及混合驅動系統部件模型

3.2.1 車輛動力學模型

3.2.2 發動機模型

3.2.3 傳動系統模型

3.2.4 儲能係統模型

3.2.5 電機驅動系統模型

3.2.6 電功率母線以及電源變換器模型

3.3 地面車輛混合驅動系統仿真技術

3.3.1 面向控制的系統仿真技術

3.3.2 仿真軟件及環境

4 鍵離子動力電池建模與系統辨識

4.1 車用動力電池種類與比較

4.2 車用鋰離子電池種類與比較

4.3 鋰離子電池模型類型

4.3.1 電化學模型

4.3.2 黑箱電池模型

4.3.3 等效電路模型

4.4 鋰離子電池模型在整車仿真和電池管理中的應用

4.4.1 鋰離子電池模型在整車能量管理策略仿真中的應用

4.4.2 鋰離子電池模型在電池管理中的應用

4.5 鋰離子電池模型的辨識方法

4.6 鋰離子電池狀態卡爾曼濾波最優估計方法

4.6.1 濾波器係數及調整

4.6.2 擴展卡爾曼濾波器

4.7 實例

4.7.1 基於最小二乘算法的線性電池模型辨識

4.7.2 基於數值優化的非線性電池模型辨識

4.7.3 鋰離子電池SOC和S0H-卡爾曼濾波最優估計

5 地面車輛混合驅動系統最優控制及系統優化

5.1 地面車輛混合驅動系統優化控制的數學基礎

5.1.1 確定性動態規劃理論及算法基礎

5.1.2 隨機動態規劃理論及算法基礎

5.1.3 龐特里亞金極小值原理基礎

5.2 基於確定性動態規劃的並聯式商用車優化控制

5.2.1 車輛結構及其部件建模

5.2.2 基予靜態優化的控制方法設計

5.2.3 混合動力汽車能量管理優化問題的建立

5.2.4 相關結論

5.3 基於龐特里亞金極值原理的並聯式商用車優化控制

5.3.1 能量優化控制策略問題描述

5.3.2 基於極小值原理的求解結果

5.4 基於隨機動態規劃的優化控制

5.4.1 混合動力履帶車輛驅動系統及其建模

5.4.2 基於隨機動態規劃的優化控制模型

5.4.3 結果分析及相關結論

5.5 系統參數和控制的耦合優化

5.5.1 系統參數和控制的耦合優化問題

5.5.2 基於最優控制理論的系統參數和控制的耦合優化

6 車輛混合驅動系統非線性規劃優化控制

6.1 最優控制非線性規劃轉化

6.1.1 間接法

6.1.2 直接法

6.2 偽譜法的理論基礎

6.2.1 狀態和控制變量離散化

6.2.2 微分矩陣與導數近似

6.2.3 NLP問題的求解

6.3 混合動力車輛最優控制問題求解

6.3.1 整車模型與問題描述

6.3.2 結果分析與對比

6.4 凸優化基礎

6.4.1 凸優化的意義與優勢

6.4.2 凸優化的基本概念

6.5 凸優化在混合驅動系統優化控制中的應用

6.5.1 FCHV混合動力系統部件大小的選型問題

6.5.2 混合驅動系統的數學建模

6.5.3 優化結果

6.5.4 其他混合動力系統應用

7 輪式車輛混合驅動系統建模與控制實例

7.1 功率分流型混合驅動系統優化控制

7.1.1 動力驅動系統模型

7.1.2 功率分流型混合驅動系統最優控制問題

7.1.3 結果與討論

7.2 並聯式商用車控制實時仿真

7.2.1 基於dsPACE的硬件在環仿真(HIL)

7.2.2 混合動力商用車“駕駛員一綜合控制器”在環的實時仿真平台搭建

7.2.3 混合動力商用車“駕駛員一綜合控制器”在環的整車控制實時仿真

8 履帶車輛混合驅動系統建模與控制實例

8.1 混合動力高速履帶車輛實例

8.1.1 雙電機獨立驅動高速履帶車輛混合驅動系統參數匹配

8.1.2 雙電機獨立驅動離速履帶車輛控制策略設計

8.2 混合動力推土機實例

8.2.1 混合動力推土機驅動系統建模及其參數匹配

8.2.2 混合動力推土機的控制設計

8.2.3 混合動力推土機快速控制仿真工程