电池系统工程PDF电子书下载

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

3.2.1 Butler-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

3.6.1 Arrhenius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

4.4 Ritz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

6.1.2 Ritz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

6.2.7 FEM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

7.1 SOC（电池荷电状态）估计 136

7.1.1 SOC模型 138

7.1.2 瞬态SOC 140

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

7.3 SOH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

8.1 BMS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