电气工程新技术丛书 新能源技术与电源管理PDF电子书下载

第1章 锂离子电池与管理系统概述 1

1.1 锂离子电池简介 1

1.1.1 特点与优势 1

1.1.2 基本类型 1

1.1.3 工作原理 3

1.1.4 命名规则 4

1.2 锂离子电池的基本参数 5

1.2.1 电压 5

1.2.2 容量 6

1.2.3 内阻 7

1.2.4 能量 8

1.2.5 能量密度 8

1.2.6 功率与功率密度 9

1.3 锂离子电池的状态参数 9

1.3.1 荷电状态 9

1.3.2 温度性能 9

1.3.3 放电性能 10

1.3.4 使用寿命 10

1.4 电池管理系统 11

1.4.1 定义 11

1.4.2 功能 11

1.4.3 集成芯片 14

1.5 单体间一致性与改进措施 17

1.5.1 一致性差异来源 18

1.5.2 一致性差异体现 19

1.5.3 一致性差异的改善方法 19

1.6 电池管理系统的分类 21

1.6.1 按功能分类 21

1.6.2 按技术分类 22

1.6.3 按拓扑结构分类 24

第2章 BMS参数测量与控制策略 27

2.1 电池关键参数的测量 27

2.1.1 电压 27

2.1.2 温度 28

2.1.3 电流 28

2.2 锂离子电池安全保护 29

2.2.1 基础安全保护措施 29

2.2.2 锂离子电池安全 30

2.2.3 电池管理单元 30

2.2.4 永久性失效保护 32

2.2.5 BMS设计规范 33

2.2.6 锂电芯的品质保障 34

2.2.7 提高电池安全性 34

2.3 锂离子电池组的热管理 35

2.3.1 热管理的必要性 35

2.3.2 风冷 37

2.3.3 液冷 37

2.3.4 相变冷却 38

2.3.5 热管冷却 38

2.4 常规充电管理 39

2.4.1 恒流充电法 39

2.4.2 恒压充电法 40

2.4.3 阶段充电法 40

2.4.4 充电器设计 41

2.5 快速充电管理 41

2.5.1 脉冲式充电法 41

2.5.2 变电流间歇充电法 42

2.5.3 变电压间歇充电法 42

2.5.4 充电过程保护 43

第3章 锂离子电池的状态测定与评价 44

3.1 锂离子电池的容量与内阻测定 44

3.1.1 容量测定 44

3.1.2 内阻分析 44

3.1.3 内阻测定 46

3.2 电池健康状态评价 47

3.2.1 健康状态的定义 47

3.2.2 容量衰减的影响因素 47

3.2.3 健康状态的评价方法 48

第4章 锂离子电池的等效建模及其参数辨识 49

4.1 电池模型概述 49

4.2 常用等效模型 49

4.2.1 电化学模型 49

4.2.2 内阻模型 50

4.2.3 电池Thevenin模型 51

4.2.4 电池PNGV模型 52

4.2.5 电池RC等效模型 52

4.2.6 二阶等效模型 53

4.3 电池成组等效建模 54

4.3.1 复合等效模型构建 54

4.3.2 状态空间数学描述 57

4.4 模型参数辨识 59

4.4.1 参数辨识的实验设计 59

4.4.2 开路电压的参数辨识 61

4.4.3 欧姆内阻的数学描述 65

4.4.4 充放电内阻 66

4.4.5 自放电效应的表征 68

4.4.6 等效RC参数辨识 69

第5章 锂离子电池SOC估算方法 73

5.1 荷电状态估算 73

5.1.1 荷电状态 73

5.1.2 放电深度和容量 76

5.1.3 SOC估算的数学描述 77

5.1.4 估算效果的评价方法 78

5.2 传统的SOC估算方法 79

5.2.1 开路电压法 79

5.2.2 安时积分法 80

5.3 基于KF的新型SOC估算方法 80

5.3.1 卡尔曼滤波法 80

5.3.2 扩展卡尔曼滤波法 82

5.3.3 无迹卡尔曼滤波法 83

5.3.4 双卡尔曼滤波法 87

5.3.5 自适应卡尔曼滤波法 88

5.3.6 二次方根无迹卡尔曼滤波法 91

5.4 其他的新型SOC估算方法 93

5.4.1 支持向量机 93

5.4.2 粒子滤波法 95

5.4.3 神经网络法 96

5.4.4 基于优势互补的算法融合 97

第6章 锂离子电池SOC估算设计实例 98

6.1 基于二分法的静态SOC估算 98

6.1.1 静态SOC估算问题分析 98

6.1.2 二分法的迭代计算过程 99

6.1.3 BMS中的实现流程 100

6.2 基于无迹卡尔曼的动态SOC估算 101

6.2.1 非线性迭代计算 106

6.2.2 无迹变换 106

6.2.3 基于UKF的迭代运算 107

6.2.4 估算方法的改进策略 110

6.2.5 估算模型的模块化设计 114

第7章 电池组的均衡控制管理 120

7.1 均衡调节的意义 120

7.2 电池组的均衡管理分类 121

7.2.1 均衡电路拓扑结构 121

7.2.2 被动均衡电路 123

7.2.3 主动均衡电路 124

7.3 均衡能量转移策略 129

7.3.1 单体均衡 129

7.3.2 成组均衡 130

第8章 BMS中的CAN通信技术 132

8.1 CAN通信技术概述 132

8.1.1 发展历程 132

8.1.2 技术特点 133

8.1.3 应用趋势 133

8.2 国内外研究现状 134

8.2.1 国内应用 134

8.2.2 国外应用 134

8.3 技术分析 135

8.3.1 基本概念 135

8.3.2 CAN总线的特点 136

8.3.3 分层结构及功能 137

8.3.4 调度算法 138

第9章 BMS集成电路与设计实例 140

9.1 基于MPS430的BMS设计 140

9.2 基于STM32的BMS设计 143

9.3 基于ISL78600的BMS设计 145

9.4 基于AD7280A的BMS设计 148

9.5 基于LTC6804的BMS设计 151

第10章 锂离子电池性能测试与BMS故障诊断 154

10.1 单体电池的性能测试 154

10.2 成组电池的性能测试 155

10.2.1 标准充放电测试 155

10.2.2 不同倍率充放电测试 157

10.2.3 循环充放电测试 158

10.3 BMS性能测试 162

10.4 BMS故障排除 163

10.4.1 故障原因及其分析 163

10.4.2 故障解决方法 164

参考文献 166