Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles

Modern Electric, Hybrid

Electric, and Fuel Cell

Vehicles

Third Edition

Modern Electric, Hybrid

Electric, and Fuel Cell

Vehicles

Third Edition

Mehrdad Ehsani

Yimin Gao

Stefano Longo

Kambiz M. Ebrahimi

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To my Wonderful Wife, Zohreh

Mehrdad Ehsani

To my Wife Anni, and my Daughter, Yuan

Yimin Gao

To my Mum, Dad and Little Brother

Stefano Longo

To my Wife and Daughter

Kambiz Ebrahimi

Contents

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii

Acknowledgments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi

Authors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxiii

1. Environmental Impact and History of Modern Transportation ..................... 1

1.1 Air Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1.1 Nitrogen Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.2 Carbon Monoxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.3 Unburned HCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.4 Other Pollutants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Global Warming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Petroleum Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.4 Induced Costs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.5 Importance of Different Transportation Development Strategies

to Future Oil Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.6 History of EVs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.7 History of HEVs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.8 History of Fuel Cell Vehicles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2. Fundamentals of Vehicle Propulsion and Braking ................................. 17

2.1 General Description of Vehicle Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2 Vehicle Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2.1 Rolling Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2.2 Aerodynamic Drag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.2.3 Grading Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3 Dynamic Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.4 Tire–Ground Adhesion and Maximum Tractive Effort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.5 Power Train Tractive Effort and Vehicle Speed. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.6 Vehicle Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.6.1 Maximum Speed of a Vehicle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.6.2 Gradeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.6.3 Acceleration Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.7 Operating Fuel Economy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7.1 Fuel Economy Characteristics of IC Engines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7.2 Computation of Vehicle Fuel Economy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.7.3 Basic Techniques to Improve Vehicle Fuel Economy . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.8 Brake Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.8.1 Braking Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.8.2 Braking Distribution on Front and Rear Axles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.8.3 Braking Regulation and Braking Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . 45

2.8.3.1 Braking Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

vii

2.8.3.2 Braking Performance Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3. Internal Combustion Engines ....................................................... 51

3.1 Spark Ignition Engine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.1.1 Basic Structure and Operation Principle with Otto Cycle . . . . . . . . . . . . 51

3.1.2 Operation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.1.2.1 Rating Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.1.2.2 Indicated Torque and Indicated Mean Effective Pressure. . 53

3.1.2.3 Brake Mean Effective Pressure (bmep) and

Brake Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.1.2.4 Emission Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.1.2.5 Engine Operation Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.1.3 Basic Techniques for Improving Engine Performance, Efficiency, and

Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.1.3.1 Forced Induction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.1.3.2 Gasoline Direct Injection and Lean-Burn Engines . . . . . . . . . 61

3.1.3.3 Multivalve and Variable Valve Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.1.3.4 Variable Compression Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.1.3.5 Exhaust Gas Recirculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.1.3.6 Intelligent Ignition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.1.3.7 New Engine Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.1.4 Brief Review of SI Engine Control System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.1.5 Operation Principle with Atkinson Cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.1.5.1 Original Engine with Atkinson Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.1.5.2 Modern Engine with Atkinson Cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.2 Compression Ignition Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3 Alternative Fuels and Alternative Fuel Engines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.3.1 Alternative Fuels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.3.1.1 Ethanol and Ethanol Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.3.1.2 Compressed Natural Gas and Natural Gas Engine. . . . . . . . 70

3.3.1.3 Enhanced Hydrogen (H2 Combustion). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4. Vehicle Transmission................................................................ 73

4.1 Power Plant Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.2 Transmission Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.3 Manual Gear Transmission (MT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.4 Automatic Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.4.1 Conventional Automatic Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.4.1.1 Torque Converter Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.4.1.2 Planetary or Epicyclic Gear Train. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

4.4.1.3 Compound Epicyclic Gear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.4.2 Automated Manual and Dual-Clutch Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

4.5 Continuously Variable Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.6 Infinitely Variable Transmissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.7 Dedicated Hybrid Transmission (DHT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

viii Contents

5. Electric Vehicles ..................................................................... 95

5.1 Configurations of Electric Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

5.2 Performance of Electric Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

5.2.1 Traction Motor Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

5.2.2 Tractive Effort and Transmission Requirement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

5.2.3 Vehicle Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

5.3 Tractive Effort in Normal Driving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

5.4 Energy Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

6. Hybrid Electric Vehicles ............................................................ 113

6.1 Concept of Hybrid Electric Drivetrains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

6.2 Architectures of Hybrid Electric Drivetrains. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

6.2.1 Series Hybrid Electric Drivetrains (Electrical Coupling) . . . . . . . . . . . . . 117

6.2.2 Parallel Hybrid Electric Drivetrains (Mechanical Coupling). . . . . . . . . 119

6.2.2.1 Parallel Hybrid Drivetrain with Torque Coupling. . . . . . . . 120

6.2.2.2 Parallel Hybrid Drivetrain with Speed Coupling. . . . . . . . . 126

6.2.2.3 Hybrid Drivetrains with Both Torque and

Speed Coupling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

7. Electric Propulsion Systems ........................................................ 139

7.1 DC Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

7.1.1 Principle of Operation and Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

7.1.2 Combined Armature Voltage and Field Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

7.1.3 Chopper Control of DC Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

7.1.4 Multiquadrant Control of Chopper-Fed DC Motor Drives . . . . . . . . . . 149

7.1.4.1 Two-Quadrant Control of Forward Motoring and

Regenerative Braking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

7.1.4.2 Four-Quadrant Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

7.2 Induction Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

7.2.1 Basic Operation Principles of Induction Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

7.2.2 Steady-State Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

7.2.3 Constant Volt/Hertz Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

7.2.4 Power Electronic Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

7.2.5 Field Orientation Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

7.2.5.1 Field Orientation Principles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

7.2.5.2 Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

7.2.5.3 Direct Rotor Flux Orientation Scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

7.2.5.4 Indirect Rotor Flux Orientation Scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

7.2.6 Voltage Source Inverter for FOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

7.2.6.1 Voltage Control in Voltage Source Inverter . . . . . . . . . . . . . . 179

7.2.6.2 Current Control in Voltage Source Inverter . . . . . . . . . . . . . . 181

7.3 Permanent Magnetic BLDC Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

7.3.1 Basic Principles of BLDC Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

7.3.2 BLDC Machine Construction and Classification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

7.3.3 Properties of PM Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Contents ix

7.3.3.1 Alnico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

7.3.3.2 Ferrites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

7.3.3.3 Rare-Earth PMs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

7.3.4 Performance Analysis and Control of BLDC Machines. . . . . . . . . . . . . . 190

7.3.4.1 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

7.3.4.2 Control of BLDC Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

7.3.5 Extend Speed Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

7.3.6 Sensorless Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

7.3.6.1 Methods Using Measurables and Math. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

7.3.6.2 Methods Using Observers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

7.3.6.3 Methods Using Back EMF Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

7.3.6.4 Unique Sensorless Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

7.4 SRM Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

7.4.1 Basic Magnetic Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

7.4.2 Torque Production. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

7.4.3 SRM Drive Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

7.4.4 Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

7.4.5 Generating Mode of Operation (Regenerative Braking) . . . . . . . . . . . . . 207

7.4.6 Sensorless Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

7.4.6.1 Phase Flux Linkage-Based Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

7.4.6.2 Phase Inductance-Based Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

7.4.6.3 Modulated Signal Injection Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

7.4.6.4 Mutually Induced Voltage-Based Method. . . . . . . . . . . . . . . . 214

7.4.6.5 Observer-Based Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

7.4.7 Self-Tuning Techniques of SRM Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

7.4.7.1 Self-Tuning with Arithmetic Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

7.4.7.2 Self-Tuning Using an ANN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

7.4.8 Vibration and Acoustic Noise in SRM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

7.4.9 SRM Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

7.4.9.1 Number of Stator and Rotor Poles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

7.4.9.2 Stator Outer Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

7.4.9.3 Rotor Outer Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

7.4.9.4 Air Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

7.4.9.5 Stator Arc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

7.4.9.6 Stator Back Iron. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

7.4.9.7 Performance Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

8. Design Principle of Series (Electrical Coupling) Hybrid

Electric Drivetrain .................................................................. 229

8.1 Operation Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

8.2 Control Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

8.2.1 Max. SOC-of-PPS Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

8.2.2 Engine On–Off or Thermostat Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

8.3 Design Principles of a Series (Electrical Coupling) Hybrid Drivetrain. . . . . . . . 234

8.3.1 Electrical Coupling Device. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

8.3.2 Power Rating Design of Traction Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

8.3.3 Power Rating Design of Engine/Generator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

x Contents

8.3.4 Design of PPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

8.3.4.1 Power Capacity of PPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

8.3.4.2 Energy Capacity of PPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

8.4 Design Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

8.4.1 Design of Traction Motor Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

8.4.2 Design of Gear Ratio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

8.4.3 Verification of Acceleration Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

8.4.4 Verification of Gradeability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

8.4.5 Design of Engine/Generator Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

8.4.6 Design of Power Capacity of PPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

8.4.7 Design of Energy Capacity of PPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

8.4.8 Fuel Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

9. Parallel (Mechanically Coupled) Hybrid Electric Drivetrain Design.............. 255

9.1 Drivetrain Configuration and Design Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

9.2 Control Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

9.2.1 Max. SOC-of-PPS Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

9.2.2 Engine On–Off (Thermostat) Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

9.2.3 Constrained Engine On–Off Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

9.2.4 Fuzzy Logic Control Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

9.2.5 Dynamic Programming Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

9.3 Parametric Design of a Drivetrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

9.3.1 Engine Power Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

9.3.2 Transmission Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

9.3.3 Electric Motor Drive Power Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

9.3.4 PPS Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

9.4 Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

10. Design and Control Methodology of Series–Parallel (Torque and Speed Coupling)

Hybrid Drivetrain................................................................... 281

10.1 Drivetrain Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

10.1.1 Speed-Coupling Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

10.1.2 Drivetrain Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

10.2 Drivetrain Control Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

10.2.1 Control System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

10.2.2 Engine Speed Control Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

10.2.3 Traction Torque Control Approach. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

10.2.4 Drivetrain Control Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

10.2.4.1 Engine Speed Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

10.2.4.2 Traction Torque Control Strategy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

10.2.4.3 Regenerative Braking Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

10.3 Drivetrain Parameter Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

10.4 Simulation of an Example Vehicle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

Contents xi

11. Design and Control Principles of Plug-In Hybrid Electric Vehicles .............. 305

11.1 Statistics of Daily Driving Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

11.2 Energy Management Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

11.2.1 AER-Focused Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

11.2.2 Blended Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

11.3 Energy Storage Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

12. Mild Hybrid Electric Drivetrain Design ........................................... 323

12.1 Energy Consumed in Braking and Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

12.2 Parallel Mild Hybrid Electric Drivetrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

12.2.1 Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

12.2.2 Operating Modes and Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

12.2.3 Drivetrain Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

12.2.4 Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

12.3 Series–Parallel Mild Hybrid Electric Drivetrain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

12.3.1 Configuration of Drivetrain with Planetary Gear Unit . . . . . . . . . . . . . . 330

12.3.2 Operating Modes and Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

12.3.2.1 Speed-Coupling Operating Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

12.3.2.2 Torque-Coupling Operating Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

12.3.2.3 Engine-Alone Traction Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

12.3.2.4 Motor-Alone Traction Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

12.3.2.5 Regenerative Braking Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

12.3.2.6 Engine Starting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

12.3.3 Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

12.3.4 Drivetrain with Floating-Stator Motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

13. Peaking Power Sources and Energy Storage ....................................... 343

13.1 Electrochemical Batteries. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

13.1.1 Electrochemical Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

13.1.2 Thermodynamic Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

13.1.3 Specific Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

13.1.4 Specific Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

13.1.5 Energy Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351

13.1.6 Battery Technologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351

13.1.6.1 Lead–Acid Battery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

13.1.6.2 Nickel-Based Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

13.1.6.3 Lithium-Based Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

13.2 Ultracapacitors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

13.2.1 Features of Ultracapacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

13.2.2 Basic Principles of Ultracapacitors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

13.2.3 Performance of Ultracapacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

13.2.4 Ultracapacitor Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

13.3 Ultra-High-Speed Flywheels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

13.3.1 Operation Principles of Flywheels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

xii Contents

13.3.2 Power Capacity of Flywheel Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

13.3.3 Flywheel Technologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

13.4 Hybridization of Energy Storages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

13.4.1 Concept of Hybrid Energy Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

13.4.2 Passive and Active Hybrid Energy Storage with Battery and

Ultracapacitor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

13.4.3 Battery and Ultracapacitor Size Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374

14. Fundamentals of Regenerative Braking............................................ 377

14.1 Braking Energy Consumed in Urban Driving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

14.2 Braking Energy versus Vehicle Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

14.3 Braking Energy versus Braking Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381

14.4 Braking Power versus Vehicle Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381

14.5 Braking Energy versus Vehicle Deceleration Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

14.6 Braking Energy on Front and Rear Axles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

14.7 Brake System of EV, HEV, and FCV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

14.7.1 Parallel Hybrid Brake System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

14.7.1.1 Design and Control Principles with Fixed Ratios between

Electric and Mechanical Braking Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

14.7.1.2 Design and Control Principles for Maximum Regenerative

Braking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

14.7.2 Fully Controllable Hybrid Brake System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

14.7.2.1 Control Strategy for Optimal Braking Performance . . . . . . 391

14.7.2.2 Control Strategy for Optimal Energy Recovery . . . . . . . . . . 392

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

15. Fuel Cells ........................................................................... 397

15.1 Operation Principles of Fuel Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

15.2 Electrode Potential and Current–Voltage Curve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400

15.3 Fuel and Oxidant Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

15.4 Fuel Cell System Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404

15.5 Fuel Cell Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406

15.5.1 Proton Exchange Membrane Fuel Cells. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406

15.5.2 Alkaline Fuel Cells. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

15.5.3 Phosphoric Acid Fuel Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409

15.5.4 Molten Carbonate Fuel Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

15.5.5 Solid Oxide Fuel Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

15.5.6 Direct Methanol Fuel Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411

15.6 Fuel Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

15.6.1 Hydrogen Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

15.6.1.1 Compressed Hydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

15.6.1.2 Cryogenic Liquid Hydrogen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414

15.6.1.3 Metal Hydrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414

15.6.2 Hydrogen Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416

15.6.2.1 Steam Reforming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416

Contents xiii

15.6.2.2 POX Reforming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

15.6.2.3 Autothermal Reforming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

15.6.3 Ammonia as Hydrogen Carrier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418

15.7 Non-Hydrogen Fuel Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419

16. Fuel Cell Hybrid Electric Drivetrain Design....................................... 421

16.1 Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421

16.2 Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

16.3 Parametric Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424

16.3.1 Motor Power Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

16.3.2 Power Design of Fuel Cell System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

16.3.3 Design of Power and Energy Capacity of PPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426

16.3.3.1 Power Capacity of PPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426

16.3.3.2 Energy Capacity of PPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426

16.4 Design Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430

17. Design of Series Hybrid Drivetrain for Off-Road Vehicles ....................... 431

17.1 Motion Resistance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

17.1.1 Motion Resistance Caused by Terrain Compaction. . . . . . . . . . . . . . . . . . 432

17.1.2 Motion Resistance Caused by Terrain Bulldozing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

17.1.3 Internal Resistance of Running Gear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

17.1.4 Tractive Effort of Terrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

17.1.5 Drawbar Pull . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437

17.2 Tracked Series Hybrid Vehicle Drivetrain Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437

17.3 Parametric Design of Drivetrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438

17.3.1 Traction Motor Power Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

17.3.1.1 Vehicle Thrust versus Speed. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

17.3.1.2 Motor Power and Acceleration Performance . . . . . . . . . . . . . 440

17.3.1.3 Motor Power and Gradeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441

17.3.1.4 Steering Maneuver of a Tracked Vehicle . . . . . . . . . . . . . . . . . 443

17.4 Engine/Generator Power Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447

17.5 Power and Energy Design of Energy Storage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449

17.5.1 Peaking Power for Traction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449

17.5.2 Peaking Power for Nontraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450

17.5.3 Energy Design of Batteries/Ultracapacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

17.5.4 Combination of Batteries and Ultracapacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454

18. Design of Full-Size-Engine HEV with Optimal Hybridization Ratio ............. 457

18.1 Design Philosophy of Full-Size-Engine HEV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457

18.2 Optimal Hybridization Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459

18.2.1 Simulation under Highway Driving Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459

18.2.2 Optimal Hybridization of Electrical Drive Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

18.3 10–25 kW Electrical Drive Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

xiv Contents