“纯电驱动”是我国新能源汽车发展的主要战略取向，车载储能系统是各类电动汽车的核心，对其展开深入系统的研究与探索对于掌握电动汽车核心关键技术、促进我国汽车产业战略化转型具有重要意义。本书重点论述了电动汽车储能系统的相关原理、理论和方法。本书共8章，主要介绍了电动汽车动力系统、电动汽车储能系统、电池管理系统、动力电池组主动均衡控制方法、电动汽车混合储能系统、电流特征对锂离子电池性能的影响、混合储能系统三端口功率变换器设计、混合储能系统的小波功率分流方法。本书可以作为相关领域技术人员的参考书，也可以作为电气工程、车辆工程等相关专业高年级本科生和研究生的参考书。

前 言 发展以纯电动汽车为主的新能源汽车是我国汽车产业转型升级的战略选择，也是必然选择。世界范围内的汽车电动化战略已经初步启动，在未来十年内将处于加速推进阶段。从市场规模、技术水平等方面来看，中国在电动汽车领域已处于全球第一梯队，未来将围绕电动化、智能化和网联化目标持续推进。 2020年10月，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，指出坚持电动化、网联化、智能化发展方向，深入实施发展新能源汽车国家战略，以融合创新为重点，突破关键核心技术，提升产业基础能力，构建新型产业生态，完善基础设施体系，优化产业发展环境，推动我国新能源汽车产业高质量可持续发展，加快建设汽车强国。《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》提出了以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为“三横”的关键零部件技术供给体系。 以动力电池与管理系统为核心的储能系统是电动汽车的能量来源，在成本、技术和安全3个方面扮演着重要角色，对其展开深入系统的研究与探索对于掌握电动汽车核心关键技术、促进我国汽车产业战略化转型具有重要意义。 本书包含笔者在“复杂运行条件下智能网联电动汽车综合节能优化控制研究”“增程式电动汽车辅助动力单元综合效率模型与优化方法研究”“增程式电动汽车功率分流与运行优化方法研究”“电动汽车混合储能系统多端口变换器协调控制方法研究”“混合储能装置多维建模与协调控制方法研究”“混合动力客车镍氢电池管理系统”“乘用车三元锂电池分布式电池管理系统”等项目中的研究实践总结。 本书共8章，第1章介绍了电动汽车发展背景及现状，以及新能源汽车结构；第2章阐述了电动汽车储能装置的分类和工作原理，并对电池盒超级电容器的结构和特性进行了介绍；第3章对BMS功能、结构、充电控制导引、绝缘电阻检测等进行了分析；第4章提出了“单体解耦—分布式控制器串联”的分布式主动均衡控制系统；第5章对混合储能系统发展背景、拓扑结构和控制策略进行了介绍；第6章揭示了不同电流特征对镍钴锰酸锂离子电池、镍钴铝酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池、钛酸锂离子电池可用能量和温度的影响；第7章开发了集成能量型储能装置端口、功率型储能装置端口、负载端口的三端口功率变换器及其控制系统；第8章在分析Haar小波基本理论的基础上，提出了Haar及sym3小波功率分流方法。 参与本书资料整理、插图绘制、部分文字撰写的研究生有葛高瑞、孙建彬、李元丰、孙嵩楠、刘迪、赫婷、谢俊超等。 本书是在郑州轻工业大学“电气装备智能制造河南省特色骨干学科建设学科（群）”、国家自然科学基金项目（62273313、61803345,）、河南省重点研发与推广专项（科技攻关）（222102240005）、河南省青年骨干教师培养计划（2021GGJS089）、郑州市协同创新专项（2021ZDPY0204）的资助下完成的。笔者在开展科研工作时和在本书的编写过程中，得到了许多专家和学者的指导和帮助，他们是湖南大学王耀南教授、袁小芳教授；郑州轻工业大学王延峰教授；湖南工程学院张细政教授；湘潭大学孟步敏副教授；长沙理工大学刘东奇副教授，在此向他们表示衷心的感谢。感谢电子工业出版社冯琦老师在本书编辑和出版过程中给予的悉心指导。 由于笔者能力、研究视野有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。 申永鹏 2022年11月

第1章 电动汽车动力系统概述 001 1.1 电动汽车发展背景及现状 001 1.1.1 电动汽车发展背景 001 1.1.2 电动汽车的定义与分类 006 1.1.3 电动汽车发展现状 008 1.2 新能源汽车结构 018 1.2.1 纯电动汽车 018 1.2.2 插电式混合动力汽车和增程式电动汽车 025 1.2.3 燃料电池汽车 030 1.3 本章小结 034 参考文献 035 第2章 电动汽车储能系统概述 037 2.1 储能装置的分类和工作原理 037 2.1.1 储能装置的分类 037 2.1.2 电池和超级电容器的工作原理 042 2.2 电池和超级电容器的结构 048 2.2.1 电池单体、电池模块、电池包与电池系统 048 2.2.2 超级电容器单体、模组与系统 051 2.3 电池特性 053 2.3.1 电学特性 055 2.3.2 安全特性 064 2.3.3 其他特性 069 2.4 超级电容器特性 072 2.4.1 基本电学特性 072 2.4.2 采用不同电流恒流放电对超级电容器放电能量的影响 077 2.4.3 恒流放电、阶跃电流放电对超级电容器放电能量的影响 079 2.4.4 温度对超级电容器放电能量的影响 081 2.5 本章小结 084 参考文献 084 第3章 电池管理系统 086 3.1 概述 086 3.1.1 动力电池系统是电动汽车的核心部件 086 3.1.2 BMS是动力电池系统的核心零部件 088 3.2 BMS功能 089 3.2.1 单体采集与均衡 089 3.2.2 状态监测 091 3.2.3 电池状态分析 091 3.2.4 安全防护和故障诊断 093 3.2.5 充放电管理 099 3.2.6 信息管理 100 3.3 BMS结构与典型BMS 102 3.3.1 BMS结构 102 3.3.2 典型BMS 104 3.4 BMS充电控制导引 115 3.4.1 交直流充电控制导引电路要求 115 3.4.2 交直流充电控制导引电路硬件设计 118 3.4.3 交流充电控制导引电路控制原理 121 3.4.4 直流充电控制导引电路控制原理 121 3.4.5 交直流充电控制导引电路控制算法 122 3.5 BMS绝缘检测 124 3.5.1 传统电桥法绝缘电阻检测分析 125 3.5.2 不平衡电桥法绝缘电阻检测分析 126 3.5.3 绝缘电阻检测电路硬件设计 131 3.5.4 绝缘电阻检测电路软件设计 132 3.6 本章小结 134 参考文献 134 第4章 动力电池组主动均衡控制方法 136 4.1 动力电池组单体不一致性机理分析 136 4.1.1 动力电池组单体不一致性产生原因 136 4.1.2 动力电池组单体不一致性表现 140 4.2 动力电池组单体不一致性改善方法 142 4.2.1 提高设备精度 143 4.2.2 改善生产工艺 143 4.2.3 采用分选技术 143 4.2.4 采用均衡控制技术 144 4.3 动力电池组均衡控制方法概述 146 4.3.1 动力电池组均衡控制意义 146 4.3.2 动力电池组均衡控制方法 148 4.4 分布式主动均衡控制系统 152 4.4.1 分布式主动均衡控制系统结构 152 4.4.2 分布式主动均衡控制系统工作模式 153 4.4.3 单体SOC估算 157 4.5 分布式主动均衡控制方法 158 4.5.1 放电速率计算 158 4.5.2 充电速率计算 159 4.5.3 充放电模式下的动态均衡控制方法 161 4.5.4 实验验证及分析 164 4.6 本章小结 179 参考文献 180 第5章 电动汽车混合储能系统 184 5.1 混合储能系统发展背景 184 5.2 混合储能系统拓扑结构 185 5.2.1 双向DC/DC变换器 186 5.2.2 被动式拓扑 193 5.2.3 半主动拓扑 193 5.2.4 全主动拓扑 195 5.3 混合储能系统控制策略 196 5.3.1 基于规则的控制策略 196 5.3.2 基于优化的控制策略 201 5.3.3 混合控制策略 204 5.4 本章小结 206 参考文献 207 第6章 电流特征对锂离子电池性能的影响 215 6.1 锂离子电池特性分析 216 6.1.1 锂离子电池外特性 216 6.1.2 4种锂离子电池 217 6.1.3 锂离子电池的性能参数 219 6.2 实验装置及实验流程 220 6.2.1 实验装置 220 6.2.2 恒流、阶跃电流放电对可用能量的影响实验 222 6.2.3 不同倍率恒流放电对可用能量的影响实验 224 6.2.4 平均电流相等的不同周期放电对可用能量的影响实验 227 6.2.5 不同温度放电对可用能量的影响实验 230 6.2.6 恒流、阶跃电流放电对电池温升的影响实验 233 6.3 实验结果分析 236 6.3.1 恒流、阶跃电流放电对可用能量的影响 236 6.3.2 不同倍率恒流放电对可用能量的影响 236 6.3.3 平均电流相等的不同周期放电对可用能量的影响 237 6.3.4 不同温度放电对可用能量的影响 237 6.3.5 恒流、阶跃电流放电对电池温升的影响 238 6.4 本章小结 239 参考文献 239 第7章 混合储能系统三端口功率变换器设计 241 7.1 三端口功率变换器的结构和工作模式 242 7.1.1 结构 242 7.1.2 工作模式 243 7.2 状态空间模型及传递函数 246 7.2.1 导通子电路 246 7.2.2 状态空间模型 247 7.2.3 传递函数 248 7.3 闭环控制系统设计 250 7.3.1 电流闭环控制器设计 250 7.3.2 电压闭环控制器设计 252 7.4 实验过程及结果 255 7.4.1 实验装置 255 7.4.2 模拟HWFET工况实验 256 7.4.3 阶跃负载实验 258 7.4.4 三端口功率变换器效率实验 259 7.5 本章小结 261 参考文献 261 第8章 混合储能系统的小波功率分流方法 241 8.1 系统结构 264 8.2 基于Haar小波变换的功率分流方法 265 8.2.1 Haar小波基本理论 265 8.2.2 Haar小波功率分流方法 270 8.3 实验过程及结果 275 8.3.1 实验装置 275 8.3.2 Haar小波功率分流实验结果 276 8.4 基于Symlets小波变换的混合储能系统能量管理方法 279 8.4.1 Symlets小波及sym3小波功率分流方法 279 8.4.2 实验结果分析 283 8.5 本章小结 286 参考文献 287