电池建模与电池管理系统设计

本书专注于电池系统工程的学科领域，提供了优选电池管理系统开发所必需的背景、模型、求解技术和系统理论。本书主题涵盖了从基本电化学到系统工程等多个方面，并提供了用于纯电动和混合动力汽车平台、电力储能等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。

   译者的话

原书前言

第1章引言1

1.1储能应用2

1.2电池的作用7

1.3电池系统工程8

1.4基于模型的方法9

1.5电化学基础10

1.6电池设计11

1.7本书的目的12

第2章电化学14

2.1铅酸电池15

2.2镍-氢电池19

2.3锂离子21

2.4性能比较22

2.4.1能量密度和比能量22

2.4.2充电与放电24

2.4.3循环寿命26

2.4.4工作温度范围27

第3章控制方程28

3.1热力学与法拉第定律29

3.2电极动力学32

3.2.1Butler-Volmer方程32

3.2.2双电层电容33

3.3多孔电极的固相34

3.3.1嵌入物的传输35

3.3.2电荷守恒35

3.4多孔电极的电解液相37

3.4.1离子传输37

3.4.2电荷守恒40

3.4.3浓溶液理论41

3.5电池电压42

3.6电池温度43

3.6.1Arrhenius方程43

3.6.2能量守恒43

3.7副反应与老化44

习题46

第4章离散化方法51

4.1解析法53

4.1.1电解质扩散53

4.1.2铅电极中电解液——固相耦合扩散60

4.1.3锂离子电池和镍氢电池中的固相扩散61

4.2帕德近似法62

4.2.1锂离子电池中的固相扩散63

4.3积分近似法64

4.3.1电解液扩散64

4.3.2锂离子和镍氢电池中的固相扩散66

4.4Ritz法67

4.4.1单域中的电解液扩散67

4.4.2耦合域中的电解液扩散68

4.4.3铅电极中电解液——固相耦合扩散71

4.5有限元法72

4.5.1电解质扩散73

4.5.2锂离子电极中的电解液——固相耦合扩散75

4.6有限差分法76

4.6.1电解质扩散76

4.6.2在铅电极内的非线性电解质——固相耦合扩散77

4.7频域内的系统辨识78

4.7.1系统模型79

4.7.2最小二乘优化问题79

4.7.3优化方法81

4.7.4多重输出82

4.7.5系统辨识工具箱83

4.7.6实验数据83

习题83

第5章系统响应85

5.1时域响应87

5.1.1恒流充放电模式88

5.1.2铅酸电极对DST循环测试的响应94

5.2频域响应96

5.2.1电化学阻抗谱96

5.2.2离散效率100

5.3模型降阶104

5.3.1截断方法105

5.3.2群组划分105

5.3.3频域响应曲线的拟合106

5.3.4特性比较106

习题109

第6章电池系统建模113

6.1铅酸电池模型114

6.1.1控制方程115

6.1.2Ritz法离散化119

6.1.3数值收敛122

6.1.4仿真结果122

6.2锂离子电池模型128

6.2.1电子守恒129

6.2.2电荷守恒130

6.2.3反应动力学131

6.2.4电池电压131

6.2.5线性化132

6.2.6阻抗求解133

6.2.7FEM电解质扩散136

6.2.8整体系统的传递函数137

6.2.9时域模型和仿真结果137

6.3镍氢电池模型141

6.3.1固相扩散142

6.3.2电荷守恒144

6.3.3反应动力学144

6.3.4电池电压145

6.3.5仿真结果145

6.3.6线性化模型147

习题149

第7章估计152

7.1SOC（电池荷电状态）估计154

7.1.1SOC模型156

7.1.2瞬态SOC159

7.1.3电流积分法160

7.1.4电压查表法160

7.1.5状态估计法162

7.2最小二乘法模型校正167

7.2.1阻抗传递函数168

7.2.2最小二乘算法169

7.2.3举例说明171

7.2.4可辨识性172

7.3SOH估计174

7.3.1环境条件和电池寿命的参数化处理175

7.3.2参数估计176

7.3.3举例说明177

习题179

第8章电池管理系统182

8.1BMS硬件结构186

8.2充电模式188

8.3脉冲功率容量190

8.4动态功率限值194

8.5电池组管理197

8.5.1电池组动态特性197

8.5.2串联电池组中的电池均衡204

8.5.3热管理216

习题220

参考文献222