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《鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)峁芾砑夹g(shù)》結(jié)合作者的研究成果，根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)外研究進(jìn)展，圍繞車用鋰離子電池?zé)峁芾砑夹g(shù)，介紹了車用鋰離子電池的充放電溫度特性、鋰離子電池電熱耦合建模方法，重點(diǎn)論述了鋰離子電池的風(fēng)冷與液冷散熱、鋰離子電池基于 PTC與寬線金屬膜加熱方法、電池正弦交流電自加熱與電池安全演變特性與管理策略等方面實(shí)驗(yàn)研究與仿真模擬的重要結(jié)論。

目錄

叢書序

前言

第1章　動(dòng)力電池?zé)峁芾硌芯楷F(xiàn)狀

1.1　新能源汽車與動(dòng)力電池

1.2　動(dòng)力電池?zé)峁芾砗蜔岚踩?/p>

1.3　動(dòng)力電池?zé)峁芾硌芯糠椒?/p>

1.3.1　動(dòng)力電池組加熱方法

1.3.2　動(dòng)力電池組散熱方法

1.4　動(dòng)力電池?zé)崽卣鹘Ｑ芯楷F(xiàn)狀

1.4.1　動(dòng)力電池產(chǎn)熱模型研究

1.4.2　動(dòng)力電池?zé)崾Э亟Ｑ芯?/p>

參考文獻(xiàn)

第2章　鋰離子電池充放電溫度特性分析

2.1　鋰離子電池結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1.1　鋰離子電池的結(jié)構(gòu)

2.1.2　鋰離子電池的工作原理

2.2　溫度對(duì)鋰離子電池充放電性能的影響

2.2.1　電池充放電溫度特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

2.2.2　鋰離子電池常溫充放電特性

2.2.3　溫度對(duì)電池放電電壓的影響

2.2.4　溫度對(duì)電池放電容量的影響

2.2.5　溫度對(duì)電池充電容量的影響

2.2.6　溫度對(duì)電池內(nèi)阻的影響

2.3　鋰離子電池充放電溫度特性實(shí)驗(yàn)分析

2.3.1　鋰離子電池放電溫度特性分析

2.3.2　鋰離子電池充電溫度特性分析

參考文獻(xiàn)

第3章　鋰離子電池電熱耦合建模

3.1　鋰離子電池產(chǎn)熱和熱傳導(dǎo)原理

3.1.1　鋰離子電池產(chǎn)熱

3.1.2　鋰離子電池?zé)醾鲗?dǎo)

3.2　鋰離子電池?zé)嵛镄詤?shù)

3.2.1　導(dǎo)熱系數(shù)

3.2.2　電池密度

3.2.3　電池比熱容

3.3　基于 Bernardi 生熱率的電池電熱耦合模型

3.3.1　電池電熱耦合模型建模及驗(yàn)證

3.3.2　引入電流密度的電熱耦合模型建模及驗(yàn)證

3.4　基于電化學(xué)理論的電池電熱耦合模型

3.4.1　偽二維電化學(xué)模型

3.4.2　擴(kuò)展單粒子電化學(xué)模型

3.4.3　鋰離子電池?zé)崮Ｐ?/p>

3.4.4　電熱耦合模型

3.4.5　電熱耦合模型驗(yàn)證

3.5　圓柱形電池徑向分層電熱耦合模型

3.5.1　徑向分層電熱耦合建模

3.5.2　基于遺傳算法的電池?zé)嵛镄詤?shù)辨識(shí)

3.5.3　徑向分層模型驗(yàn)證

參考文獻(xiàn)

第4章　鋰離子電池組風(fēng)冷散熱建模與優(yōu)化

4.1　鋰離子電池組風(fēng)冷散熱分類

4.2　電池組散熱流場(chǎng)理論

4.3　鋰離子電池組風(fēng)冷散熱有限元仿真建模

4.3.1　有限元仿真流程

4.3.2　電池組幾何模型

4.3.3　電池組流場(chǎng)選擇

4.3.4　電池組穩(wěn)態(tài)散熱仿真計(jì)算

4.4　鋰離子電池組風(fēng)冷散熱方案仿真優(yōu)化

4.4.1　導(dǎo)熱鋁板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

4.4.2　進(jìn)出風(fēng)口優(yōu)化

4.4.3　電池箱高度優(yōu)化

4.4.4　進(jìn)風(fēng)速度影響

4.4.5　電池組散熱溫度一致性仿真分析

4.5　風(fēng)冷散熱電池組實(shí)例分析

4.5.1　電池組散熱方案

4.5.2　電池組散熱仿真分析

參考文獻(xiàn)

第5章　鋰離子電池組液冷散熱建模與優(yōu)化

5.1　鋰離子電池組液冷散熱方案

5.2　鋰離子電池組液冷散熱有限元仿真建模

5.2.1　幾何模型

5.2.2　模型設(shè)置

5.2.3　仿真分析

5.3　鋰離子電池組液冷散熱方案仿真分析

5.3.1　環(huán)境溫度對(duì)電池組液冷散熱的影響

5.3.2　充放電倍率對(duì)電池組液冷散熱的影響

5.3.3　流速對(duì)電池組液冷散熱的影響

5.3.4　介質(zhì)對(duì)電池組液冷散熱的影響

參考文獻(xiàn)

第6章　鋰離子電池外部加熱技術(shù)

6.1　基于 PTC 加熱電池特性研究

6.1.1　PTC 加熱原理

6.1.2　PTC 加熱實(shí)驗(yàn)方案

6.1.3　PTC 加熱電池溫度特性分析

6.2　基于 PTC 加熱電池有限元仿真分析

6.2.1　模型簡化

6.2.2　初始條件和邊界條件

6.2.3　模型驗(yàn)證及仿真結(jié)果分析

6.3　基于 PTC 電池自加熱特性研究

6.3.1　自加熱方案與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

6.3.2　自加熱方案溫度特性分析

6.3.3　電池組 PTC 自加熱生熱特性

6.4　基于 PTC 電池自加熱仿真分析

6.4.1　模型簡化

6.4.2　幾何模型建立

6.4.3　仿真結(jié)果分析

6.5　基于金屬膜加熱電池充放電性能

6.5.1　低溫外部供電加熱后恒流充放電性能

6.5.2　低溫外部供電加熱后脈沖充放電性能

6.5.3　低溫自加熱電池充放電特性

6.6　基于金屬膜加熱電池有限元仿真分析

6.6.1　鋰離子電池三維幾何模型簡化

6.6.2　鋰離子電池比熱容實(shí)驗(yàn)獲取方法

6.6.3　仿真結(jié)果分析

參考文獻(xiàn)

第7章　基于正弦交流電的鋰離子電池內(nèi)部加熱

7.1　鋰離子電池正弦交流電加熱原理

7.2　電池正弦交流電加熱電熱耦合模型

7.2.1　交流電加熱的等效電路模型

7.2.2　交流電加熱鋰離子電池?zé)崮Ｐ?/p>

7.2.3　交流電加熱電池電熱耦合機(jī)制

7.3　鋰離子電池正弦交流電加熱實(shí)驗(yàn)與模型驗(yàn)證

7.3.1　實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

7.3.2　不同溫度及 SOC 下電池阻抗特性

7.3.3　正弦交流電加熱的等效電路模型驗(yàn)證

7.3.4　電 - 熱耦合模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

7.4　交流電頻率和幅值對(duì)電池的加熱效果分析

7.5　交流電加熱對(duì)電池壽命影響的機(jī)理分析

7.5.1　低溫極化電壓與低溫鋰離子沉積的影響

7.5.2　低溫交流電加熱電極反應(yīng)原理

7.6　鋰離子電池正弦交流電加熱控制策略

7.6.1　正弦交流電加熱優(yōu)化

7.6.2　SQP 優(yōu)化算法基本理論

7.6.3　優(yōu)化加熱控制策略仿真結(jié)果分析

7.7　正弦交流電加熱電池溫度場(chǎng)仿真與實(shí)驗(yàn)

7.7.1　電化學(xué) - 熱耦合建模

7.7.2　基于電化學(xué)的電熱耦合模型驗(yàn)證

7.7.3　正弦交流電加熱的電池溫度場(chǎng)仿真

7.7.4　基于優(yōu)化的加熱控制策略實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

7.8　正弦交流電加熱方案實(shí)現(xiàn)

7.8.1　電動(dòng)車輛自加熱系統(tǒng)方案

7.8.2　電池組參數(shù)匹配

7.8.3　自加熱系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與仿真

7.8.4　自加熱前后電池組性能仿真

參考文獻(xiàn)

第8章　鋰離子電池?zé)岚踩葑兲匦耘c管理策略

8.1　鋰離子電池?zé)岚踩攀?/p>

8.2　鋰離子電池過充電實(shí)驗(yàn)外部特征參數(shù)演變特性

8.2.1　鋰離子電池過充電實(shí)驗(yàn)研究

8.2.2　鋰離子電池高溫 - 過充電耦合實(shí)驗(yàn)研究

8.2.3　鋰離子電池過放電 - 過充電耦合實(shí)驗(yàn)研究

8.2.4　鋰離子電池老化 - 過充電耦合實(shí)驗(yàn)研究

8.3　鋰離子電池過充電內(nèi)部機(jī)理特性分析

8.3.1　鋰離子電池過充電阻抗特性分析

8.3.2　鋰離子電池過充電容量增量分析

8.4　鋰離子電池過充電有限元分析建模

8.4.1　電熱耦合熱失控建模

8.4.2　鋰離子電池?zé)崾Э禺a(chǎn)熱模型驗(yàn)證

8.4.3　高溫 - 過充電耦合熱失控模型仿真分析

8.4.4　過放電 - 過充電耦合熱失控模型仿真分析.

8.5　鋰離子電池過充電安全預(yù)警策略

8.5.1　不同 SOH 下過充電熱失控特征參數(shù)提取

8.5.2　不同倍率下過充電熱失控特征參數(shù)提取

8.5.3　過充電熱失控安全預(yù)警策略設(shè)計(jì)

8.5.4　過充電安全預(yù)警策略仿真驗(yàn)證

8.6　鋰離子電池過充電安全診斷研究

8.6.1　基于多模型估計(jì)的故障診斷方法

8.6.2　基于多模型的故障診斷方法對(duì)比仿真

8.6.3　基于多模型的故障診斷方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

8.7　鋰離子電池組熱安全防護(hù)仿真分析

8.7.1　阻燃板防護(hù)分析

8.7.2　防護(hù)模型建立及分析

參考文獻(xiàn)

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前言/序言

現(xiàn)如今，世界各地仍嚴(yán)重依賴石油、煤炭等化石燃料來滿足能源需求。而在日漸嚴(yán)峻的環(huán)境問題重壓下，能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。大力發(fā)展節(jié)能與新能源汽車作為其中重要的一環(huán)，成為汽車長遠(yuǎn)發(fā)展方向上的一大共識(shí)。在國家政策的積極引導(dǎo)下，我國新能源汽車市場(chǎng)迅猛發(fā)展，市場(chǎng)滲透率由 2011 年的 0.3% 發(fā)展至 2018 年的 4% 以上。而在《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035）》提出的目標(biāo)中，到 2025 年，新能源汽車新車銷量占比將達(dá)到 25% 左右。

動(dòng)力電池是新能源汽車的重要能量來源，其高效穩(wěn)定的運(yùn)行是保障新能源汽

車性能的關(guān)鍵。鋰離子電池憑借能量密度高、功率密度高以及循環(huán)壽命長等方面的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前車用動(dòng)力電池的首選。但由于鋰離子電池的適宜工作溫度范圍相對(duì)較窄（通常為 10~30℃），而新能源汽車實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的溫度范圍則更為寬泛，所以隨著新能源汽車的大范圍普及，對(duì)動(dòng)力電池的高低溫環(huán)境適應(yīng)性的要求也更加嚴(yán)苛。為解決電池溫度特性與應(yīng)用場(chǎng)景需求間的矛盾，電池?zé)峁芾硇枰瓿缮?、加熱及控制溫差等方面的任?wù)。

過高的溫度將加快電池副反應(yīng)的發(fā)生，使電池老化加速，嚴(yán)重影響電池的使用壽命。而大電芯化的趨勢(shì)則使得電芯表面積與體積之比下降，造成電池內(nèi)部熱量較難散出。當(dāng)散熱條件惡劣時(shí)，熱量積累將使得電池的溫度急劇上升，增加熱失控風(fēng)險(xiǎn)。此外，伴隨著快速充電需求的持續(xù)增長，大倍率充電成為趨勢(shì)，無疑對(duì)電池系統(tǒng)的散熱效能提出了更高的要求。因此，如何實(shí)現(xiàn)高效且均勻的散熱、避免電池高溫運(yùn)行，一直以來都是電池?zé)峁芾硌芯恐械闹攸c(diǎn)。