作者简介
作者:(美)瑞恩
目录
目录
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
序言
原 书 前 言
储能是推动电力系统效率及效益提高的关键，并且其需求日益增长。在追求更高燃油效率过程中，储能在地面运输方面变得越来越重要。回收制动时消耗能量的混合动力汽车，在轿车、卡车和公共汽车的市场份额也在不断增长。电动汽车和插电式混合动力汽车可利用电网的低成本能源充电。风能和太阳能等可再生能源，需要储能以缓冲电力生产不足。家庭储能可通过在谷荷时间段（例如，夜间）存储电网电能，在峰荷时间段少用电网电能的方式来减少开销。存储能量的方法有很多……。电池从规模上可以分为小规模应用（手机）、中等规模应用（混合动力汽车）和大规模应用（电网）。它们高效且比能量高，具有安全和可回收设计。然而，对成本和电池寿命的顾虑阻碍了电池储能更广泛的应用。研究人员正在不断研发成本更低、寿命更长的电池化学物质。用本书中描述的技术进行设计的高效和可延长寿命的电池管理系统，可以解决这些问题。许多储能应用的动态环境对电池管理系统的要求比普通电池供电设备（如笔记本电脑或手机）的要求要高。简单的电池供电设备只需要定期充电，然后电池组低电流缓慢放电，直到需要再次充电。混合动力汽车不同，需要快速和高电流的储能配合车辆不断变化的加速和制动。电池组这种快速的充放电循环，要求复杂的电池管理系统实时调节电池组充放电流。为了将电池寿命最大化和保证安全，一种有效的电池管理系统可以将充电电流限制设得足够低，同时为满足功率输出最大，可以将放电电流设置足够高。电池系统工程是化学、动态建模和系统/控制工程的交叉学科，需要多学科方法。电池化学家/工程师了解设计电池所需的电化学及材料问题，但未必有高效电池管理算法所需的解决复杂数学建模及控制系统设计的背景。数学建模者可能能够开发出精确的电池单体模型，但由于底层偏微分方程的复杂性，使得这些模型常常不能轻松应用于实际系统。系统工程师有控制学和动力学背景，能够对系统反馈进行分析、设计和仿真，但可能不理解底层的化学反应过程或建模原理。本书旨在研究电池系统工程的多学科领域，提供了先进电池系统开发所需的背景、模型、解决技术和系统理论。有兴趣对先进电池系统了解更多的化学工程、机械工程、电气工程和航空航天工程的系统工程师们，将从本书中获益。化学、材料工作者和数学建模者，也可以在学习他们的专业知识如何影响电池管理中受益。本书可作为一门先进的本科技术选修课程或工程研究生课程的教材。
作者:(美)瑞恩
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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
序言
原 书 前 言
储能是推动电力系统效率及效益提高的关键，并且其需求日益增长。在追求更高燃油效率过程中，储能在地面运输方面变得越来越重要。回收制动时消耗能量的混合动力汽车，在轿车、卡车和公共汽车的市场份额也在不断增长。电动汽车和插电式混合动力汽车可利用电网的低成本能源充电。风能和太阳能等可再生能源，需要储能以缓冲电力生产不足。家庭储能可通过在谷荷时间段（例如，夜间）存储电网电能，在峰荷时间段少用电网电能的方式来减少开销。存储能量的方法有很多……。电池从规模上可以分为小规模应用（手机）、中等规模应用（混合动力汽车）和大规模应用（电网）。它们高效且比能量高，具有安全和可回收设计。然而，对成本和电池寿命的顾虑阻碍了电池储能更广泛的应用。研究人员正在不断研发成本更低、寿命更长的电池化学物质。用本书中描述的技术进行设计的高效和可延长寿命的电池管理系统，可以解决这些问题。许多储能应用的动态环境对电池管理系统的要求比普通电池供电设备（如笔记本电脑或手机）的要求要高。简单的电池供电设备只需要定期充电，然后电池组低电流缓慢放电，直到需要再次充电。混合动力汽车不同，需要快速和高电流的储能配合车辆不断变化的加速和制动。电池组这种快速的充放电循环，要求复杂的电池管理系统实时调节电池组充放电流。为了将电池寿命最大化和保证安全，一种有效的电池管理系统可以将充电电流限制设得足够低，同时为满足功率输出最大，可以将放电电流设置足够高。电池系统工程是化学、动态建模和系统/控制工程的交叉学科，需要多学科方法。电池化学家/工程师了解设计电池所需的电化学及材料问题，但未必有高效电池管理算法所需的解决复杂数学建模及控制系统设计的背景。数学建模者可能能够开发出精确的电池单体模型，但由于底层偏微分方程的复杂性，使得这些模型常常不能轻松应用于实际系统。系统工程师有控制学和动力学背景，能够对系统反馈进行分析、设计和仿真，但可能不理解底层的化学反应过程或建模原理。本书旨在研究电池系统工程的多学科领域，提供了先进电池系统开发所需的背景、模型、解决技术和系统理论。有兴趣对先进电池系统了解更多的化学工程、机械工程、电气工程和航空航天工程的系统工程师们，将从本书中获益。化学、材料工作者和数学建模者，也可以在学习他们的专业知识如何影响电池管理中受益。本书可作为一门先进的本科技术选修课程或工程研究生课程的教材。
| ISBN | 7111605799,9787111605799 |
|---|---|
| 出版社 | 机械工业出版社 |
| 作者 | 克里斯多夫·D.瑞恩 |
| 尺寸 | 16 |