锂离子电池智能感测与管理

　　本书系统探讨了锂离子电池智能感测技术及其在电池管理中的应用，包含从电池管理算法到各种感测技术的原理和应用案例，有助于读者深入了解电池检测、状态估计、寿命评估、电池均衡和故障诊断等多方面基础知识和前沿进展。书中详细介绍了电池光纤传感技术、超声无损检测技术和电化学阻抗谱检测技术等智能感测技术的原理和应用，意在通过实例分析引导读者学习如何利用这些技术对电池进行实时监测和精准管理，提高电池的安全性、寿命和性能。同时，书中还重点关注这些技术在电动汽车、储能系统等领域的应用，为读者提供了丰富的实践经验和应用指南。本书主要面向电动汽车和储能技术领域尤其是电池测试和管理方面的工程师和研究人员。本书既可以作为电池管理感测开发的参考工具书，也可以作为电池智能感测与管理相关课程的入门级教材。

　　魏中宝，北京理工大学机械与车辆学院教授，国家高层次青年人才，入选IET会士、科睿唯安世界高被引科学家、爱思唯尔中国高被引科学家。长期从事新能源汽车储能系统管理与综合控制研究。发表论文200余篇，被引10000余次，授权发明专利20余项，国际专利1项，出版专著2部。主持国家自然科学基金联合重点/面上/专项项目、国家重点研发计划青年科学家项目、GF科工局基础产品创新科研课题等。担任IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems、IEEE Transactions on Transportation Electrification、IET Renewable Power Generation等学术期刊Subject Editor/Associate Editor，以及7本知名国际学术期刊客座编辑。获得中国仿真学会自然科学一等奖（排名1）、中国电动技术学会青年科技奖（个人奖）、科技进步一等奖（排名3）。

前言第1章　锂离子电池感测技术概述 011.1　引言 011.2　电池系统监测与管理综述 081.2.1　状态估计 101.2.2　寿命评估 141.2.3　电池均衡 181.2.4　故障诊断与预警 211.2.5　充电控制 241.3　电池多维感测技术 291.3.1　新型感测技术 291.3.2　基于新型感测技术的状态估计 361.3.3　基于新型感测技术的故障诊断 38参考文献 39第2章　电池光纤传感技术 512.1　引言 512.2　测量原理与多变量解耦测量 522.2.1　光纤光栅传感器测量原理 532.2.2　光纤倏逝波传感器测量原理 542.2.3　分布式光纤传感器测量原理 552.2.4　光纤测量发展趋势 562.3　锂离子电池光纤传感综述 582.3.1　基于光纤传感的温度监测 592.3.2　基于光纤传感的应变监测 602.3.3　基于光纤传感的电化学监测 622.4　光纤传感测量案例分析 632.4.1　光纤光栅测量电池内部温度应变 632.4.2　分布式光纤测量电池内部温度应变 682.4.3　光纤倏逝波测量电池内部折射率 71参考文献 71第3章　光纤传感在电池测量方面的应用 753.1　引言 753.2　多尺度力学模型 763.2.1　电化学模型 763.2.2　颗粒尺度力学模型 773.2.3　电极尺度力学模型 793.2.4　模型验证 803.3　基于力学模型的快充策略 813.3.1　约束应力充电策略 813.3.2　策略对比 833.3.3　电池衰退分析 833.3.4　电池拆解验证 843.4　分布式热模型 853.4.1　产热模型 863.4.2　多点集总参数热模型 863.4.3　基于LSTM神经网络的补偿 883.4.4　级联分布式热模型 913.4.5　级联分布式热模型验证 923.5　温度状态估计与热诊断 953.5.1　基于级联分布式热模型的观测器设计 953.5.2　分布式电池温度估计方案验证 963.5.3　温度异常检测自适应阈值 993.5.4　温度异常序列修剪程序 1033.5.5　温度异常检测方法验证 105参考文献 108第4章　电池超声无损检测技术 1114.1　引言 1114.2　电池超声无损检测技术综述 1124.2.1　透射波检测 1124.2.2　反射波检测 1144.2.3　导波检测 1154.2.4　超声无损检测技术的比较与总结 1154.2.5　其他锂离子原位表征技术 1164.3　电池超声无损检测原理与装置 1174.3.1　超声检测锂离子电池的原理 1174.3.2　超声检测精度 1204.3.3　超声检测装置 1214.4　电池超声无损检测案例分析 1224.4.1　基于超声的电解液浸润检测 1224.4.2　基于超声的荷电状态估计和老化评估 1224.4.3　基于超声的电池内部结构缺陷和SOH检测 124参考文献 132第5章　超声无损检测技术在电池上的应用1355.1　引言1355.2　基于超声的热参数测量1365.2.1　基于超声技术的电池温度估计原理1365.2.2　电池温度同ΔTOFt的关系1375.2.3　电池热模型的搭建1415.2.4　方波交流脉冲下电极内的锂浓度1435.2.5　超声估计比热容1455.2.6　绝热加速量热仪测量电池比热容1525.2.7　小结1545.3　基于超声的析锂诊断1565.3.1　超声诊断锂枝晶的原理1565.3.2　超声诊断锂枝晶的模型157参考文献 159第6章　电池电化学阻抗谱检测技术1616.1　引言1616.2　电化学阻抗谱技术原理1626.2.1　EIS技术基本原理1626.2.2　锂离子电池电化学阻抗谱建模1646.3　电化学阻抗谱在电池管理方面的应用1676.3.1　荷电状态估计1686.3.2　健康状态估计1686.3.3　温度估计1696.3.4　内部故障检测1706.3.5　热失控预警1706.4　电化学阻抗谱检测案例分析1716.4.1　电化学阻抗谱检测电池温度和SOC1726.4.2　电化学阻抗谱结合等效阻抗模型检测电池析锂1736.5　在线/原位电化学阻抗谱技术综述1766.5.1　加装额外激励硬件的研究1776.5.2　信号采样架构1796.5.3　激励条件1816.5.4　基于运行数据的阻抗估计方法1836.5.5　局限性分析183参考文献 184第7章　电化学阻抗谱检测技术应用1887.1　引言1887.2　车载环境原位电化学阻抗谱测量方案设计1897.2.1　整体方案设计1897.2.2　激励产生器和激励分配器设计1917.2.3　电池数据采样系统设计1947.2.4　控制与数据处理算法设计1987.2.5　样机测试1997.3　智能电池环境原位电化学阻抗谱测量方法设计2037.3.1　智能电池实验平台介绍2047.3.2　智能电池原位电化学阻抗谱方法设计2047.3.3　智能电池原位电化学阻抗谱方案验证2067.4　基于原位电化学阻抗谱的电池析锂诊断2097.4.1　析锂电池制备2107.4.2　在位阻抗测量测试2127.4.3　拆解分析与析锂量化2137.4.4　阻抗特征提取与参数拟合215参考文献 217附录　常用缩写词 219