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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

3.2.1 Butler-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

3.6.1 Arrhenius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

4.4 Ritz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

6.1.2 Ritz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

6.2.7 FEM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

7.1 SOC（电池荷电状态）估计 154

7.1.1 SOC模型 156

7.1.2瞬态SOC 159

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

7.3 SOH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

8.1 BMS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