电动汽车动力电池建模与管理系统设计_杨世春,刘新华_9787568078474

本书讨论了电动汽车及其电池管理系统的相关产业背景和关键技术难题，重点介绍了动力电池的状态估计、建模方法和控制策略，详细阐述了动力电池荷电状态、健康状态、功率状态、能量状态与安全状态估计方法，以及主被动均衡管理、优化充电控制策略与基于电池热安全的热管理策略。特别地介绍了电池管理系统的功能安全和信息安全技术，展望了基于数字孪生的下一代电池管理系统的设计与开发应用。本书以动力电池建模与控制为重点，管理系统设计为导向，理论和实用性强，可供电动汽车、动力电池等相关领域从业人员参考，还可供大专院校师生作为教学参考书使用。

近年来，电动汽车行业得到了迅猛发展，在5G、物联网、大数据和人工智能等新技术的助推下，以电动化、网联化、智能化、共享化为核心的汽车行业新四化正重塑汽车产业新格局，其中，电动化是所有这些高级智能技术的*佳基础载体。电动汽车在全球范围内普及与推广已成为一个重要的发展趋势。电动汽车主要的能量来源为动力电池，可用的动力电池包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池等，其中锂离子电池是目前主流应用的动力电池，也是本书主要介绍的动力电池类型。动力电池管理系统是新能源汽车不可或缺的关键部件，其核心功能主要包括参数采集、状态估计、均衡管理、热管理、通信及故障诊断等。本书探讨了动力电池的电化学模型、黑箱模型、等效电路模型等建模方法，并简述了相应的参数辨识方法。为了更好地利用动力电池，对电池管理系统（BMS）提出了越来越高的要求，尤其是在全气候、全电范围、全生命周期的高精度电池状态估算方面。本书结合仿真案例，从经验模型、基于电池模型的估算方法及数据驱动算法几个方面详细阐述了荷电状态的估算方法；从直接测量、间接分析、数据驱动和多尺度联合估算等方面，全面叙述了健康状态的估算方法；结合神经网络、数据驱动算法，详尽论述了功率状态、能量状态和安全状态的估算方法。动力电池组可用充电容量由当前容量*高单体的可充入容量决定，可用放电容量由当前容量*低单体的可放电容量决定，并且这种不一致性会随时间累积而逐渐增大，导致电池组提前老化，在充放电循环过程中可能导致过充和过放现象，进而存在热失控安全风险。因而，使用以*长寿命为目标的充电优化控制算法进行主动干预，配合被动均衡与无损主动均衡，缩小单体不一致性，*大限度地提高电池组的能量利用率，同时辅以高均温性能的热管理系统，将有效确保电池组充放电过程的安全。本书对这方面内容进行了重点讨论。随着汽车制造技术与信息通信技术等新一代技术的深度融合，汽车产业正加快向四化的方向发展，车载电子系统变得越来越复杂的同时，逐步具备了网联通信功能，包括与其他车辆、基础设施通信以及接入互联网，而系统的功能安全一直是汽车电子控制领域的研究重点，因此，对电池管理系统的整车集成搭载，也需要特别关注。数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性，具有实时同步、忠实映射、高保真度特性，能够实现物理世界与信息世界交互与融合的技术手段，不仅能实现全寿命周期管理，还能借助物联网和大数据技术，进行海量数据的挖掘，因此，基于数字孪生的下一代电池管理系统将成为很有前途的研究方向。感谢对本书提出宝贵意见的评审专家！在本书撰写过程中也得到了华中科技大学出版社的大力支持，在此致以诚挚的感谢！课题组研究生郭斌、高心磊、何瑢、华旸、周思达、周新岸、张正杰、张祚铭、范智伟、顾启蒙、金鑫娜、李佶翀、李琳、曹瑞、王明悦、张力开、于瀚卿等为本书编写也做出了贡献，在此表示感谢！由于作者水平有限，书中错误与不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。杨世春于北京航空航天大学

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