电池系统工程

原书前言

第1章引言1

1.1储能应用1

1.2电池的作用3

1.3电池系统工程4

1.4基于模型的方法5

1.5电化学基础6

1.6电池设计7

1.7本书的目的8

第2章电化学10

2.1铅酸电池10

2.2镍-氢电池12

2.3锂离子14

2.4性能比较15

2.4.1能量密度和比能量15

2.4.2充电与放电17

2.4.3循环寿命19

2.4.4工作温度范围19

第3章控制方程20

3.1热力学与法拉第定律20

3.2电极动力学22

3.2.1Butler-Volmer方程23

3.2.2双电层电容24

3.3多孔电极的固相24

3.3.1嵌入物的传输25

3.3.2电荷守恒26

3.4多孔电极的电解液相27

3.4.1离子传输27

3.4.2电荷守恒30

3.4.3浓溶液理论32

3.5电池电压32

3.6电池温度33

3.6.1Arrhenius方程33

3.6.2能量守恒33

3.7副反应与老化34

习题36

第4章离散化方法41

4.1解析法42

4.1.1电解质扩散42

4.1.2铅电极中电解液-固相耦合扩散48

4.1.3锂离子电池和镍氢电池中的固相扩散49

4.2帕德近似法50

4.2.1锂离子电池中的固相扩散51

4.3积分近似法52

4.3.1电解液扩散52

4.3.2锂离子和镍氢电池中的固相扩散54

4.4Ritz法55

4.4.1单域中的电解液扩散55

4.4.2耦合域中的电解液扩散56

4.4.3铅电极中电解液-固相耦合扩散59

4.5有限元法60

4.5.1电解质扩散61

4.5.2锂离子电极中的电解液-固相耦合扩散62

4.6有限差分法63

4.6.1电解质扩散64

4.6.2在铅电极内的非线性电解质-固相耦合扩散64

4.7频域内的系统辨识66

4.7.1系统模型66

4.7.2最小二乘优化问题66

4.7.3优化方法68

4.7.4多重输出69

4.7.5系统辨识工具箱69

4.7.6实验数据70

习题70

第5章系统响应72

5.1时间响应73

5.1.1恒流充放电模式74

5.1.2铅酸电极对DST循环测试的响应80

5.2频率响应82

5.2.1电化学阻抗谱82

5.2.2离散效率84

5.3模型降阶89

5.3.1截断方法91

5.3.2群组划分91

5.3.3频率响应曲线的拟合92

5.3.4特性比较92

习题95

第6章电池系统建模99

6.1铅酸电池模型99

6.1.1控制方程100

6.1.2Ritz法离散化104

6.1.3数值收敛107

6.1.4仿真结果107

6.2锂离子电池模型112

6.2.1电子守恒113

6.2.2电荷守恒114

6.2.3反应动力学115

6.2.4电池电压115

6.2.5线性化115

6.2.6阻抗求解117

6.2.7FEM电解质扩散119

6.2.8整体系统的传递函数120

6.2.9时域模型和仿真结果121

6.3镍氢电池模型125

6.3.1固相扩散126

6.3.2电荷守恒128

6.3.3反应动力学128

6.3.4电池电压129

6.3.5仿真结果129

6.3.6线性化模型130

习题133

第7章估计135

7.1SOC（电池荷电状态）估计136

7.1.1SOC模型138

7.1.2瞬态SOC140

7.1.3电流积分法141

7.1.4电压查表法142

7.1.5状态估计法144

7.2最小二乘法模型校正148

7.2.1阻抗传递函数149

7.2.2最小二乘算法150

7.2.3举例说明152

7.2.4可辨识性153

7.3SOH估计155

7.3.1环境条件和电池寿命的参数化处理156

7.3.2参数估计157

7.3.3举例说明158

习题159

第8章电池管理系统161

8.1BMS硬件结构163

8.2充电模式166

8.3脉冲功率容量168

8.4动态功率限值171

8.5电池组管理174

8.5.1电池组动态特性174

8.5.2串联电池组中的电池均衡182

8.5.3热管理192

习题196

参考文献198

《电池系统工程》于电池系统工程的学科领域，提供了开发先进电池管理系统所必需的背景、模型、求解技术和系统理论。全书内容涵盖了从基本电化学到相关系统工程等多个方面，并提供了用于电动和混合动力汽车平台系统工程的电池建模基础。本书主要内容包括：电池相关的电化学知识、电池建模中的控制方程和离散化方法、系统响应及不同类型电池模型、电池相关参数估计与电池管理系统。
　　《电池系统工程》适合电池系统工程相关设计人员和技术人员，以及高等院校相关专业师生阅读。

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