菲利普·維柯爾

第1章引言
1.1電池管理系統及應用
1.2技術現狀
1.3面臨的挑戰
 
第2章鋰離子電池原理
2.1電池運行
2.2電池結構
2.3電池化學
2.4安全性
2.5壽命
2.6性能
2.7集成
 
第3章大規模系統
3.1定義
3.2輔助設備
3.3負荷交互
3.4變化與差異
3.5應用參數
 
第4章系統描述
4.1典型輸入
4.2典型輸出
4.3典型功能
4.4總結
 
第5章結構
5.1單片式
5.2分散式
5.3半分散式
5.4連接方式
5.5額外的可擴展性
5.6電池組架構
5.7電源
5.8控制電源
5.9計算架構
 
第6章測量
6.1電池電壓測量
6.2電流測量
6.2.1電流感測器
6.2.2電流感測
6.3電流和電壓同步
6.4溫度測量
6.5測量不確定度和電池管理系統性能
6.6互鎖狀態
 
第7章控制
7.1接觸器控制
7.2軟起動或預充電電路
7.3控制拓撲
7.4接觸器分閘瞬態
7.5顫動檢測
7.6節能器
7.7接觸器拓撲
7.8接觸器故障檢測
 
第8章電池管理系統功能
8.1充電策略
8.1.1恒流/恒壓充電方法
8.1.2目標電壓充電方法
8.1.3恒流充電方法
8.2熱管理
8.3運行模式
 
第9章高壓電子的基本原理
9.1高壓直流故障
9.2高壓電子安全性
9.3導電性負極細絲
9.4浮動測量
9.4.1Y型電容
9.5高壓絕緣
9.6絕緣設備靜電抑制
9.7絕緣檢測
 
第10章通信
10.1概念
10.2網路技術
10.2.1I2C/SPI
10.2.2RS-232 和 RS-485
10.2.3局域互聯網
10.2.4CAN
10.2.5Ethernet和TCP/IP
10.2.6Modbus
10.2.7FlexRay
10.3網路設計
 
第11章電池模型
11.1概述
11.2大衛南等效電路
11.3滯後現象
11.4庫侖效率
11.5非線性元件
11.6自放電模型
11.7電池物理模型
11.7.1Doyle-Fuller-Newman模型
11.7.2單粒子模型
11.8電池模型的狀態空間表示
參考文獻
 
第12章參數識別
12.1蠻力方法
12.2線上參數識別
12.3SOC/OCV 特徵
12.4卡爾曼濾波
12.5遞迴最小二乘法
12.6電化學阻抗譜
 
第13章限制演算法
13.1用途
13.2目標
13.3限制策略
13.4確定安全操作區域
13.5溫度
13.6SOC/DOD
13.7電池電壓
13.8故障
13.9一階預測功率限制
13.10極化依賴極限
13.11限制違規檢測
13.12多串聯電池組並行的限制
 
第14章平衡充電
14.1平衡策略
14.2平衡優化
14.3電荷轉移平衡
14.3.1快速電容
14.3.2感應電荷轉移平衡
14.3.3變壓器電荷平衡
14.4耗散平衡
14.5平衡故障
 
第15章荷電狀態估測演算法
15.1概述
15.2技術
15.3定義
15.4庫侖計數
15.5SOC的校正
15.6OCV的測量
15.7溫度補償
15.8卡爾曼濾波
15.9其他觀察方法
參考文獻
 
第16章健康狀態估測演算法
16.1健康狀態
16.2故障機制
16.3預測性SOH模型
16.4阻抗檢測
16.4.1被動法
16.4.2主動法
16.5容量估算
16.6自放電檢測
16.7參數估算
16.8雙回路系統
16.9剩餘使用壽命估算
16.10粒子濾波器
參考文獻
 
第17章故障檢測
17.1概述
17.2故障檢測
17.2.1過度充電/過度放電
17.2.2過溫
17.2.3超載電流
17.2.4電池失衡/過度自放電
17.2.5內部短路檢測
17.2.6鋰電鍍層檢測
17.2.7通風檢測
17.2.8過度容量減損
17.3應對策略
參考文獻
 
第18章硬體實現
18.1包裝和產品研發
18.2電池管理系統的積體電路選擇
18.3構件選型
18.3.1微處理器
18.3.2其他構件
18.4電路設計
18.5佈局
18.6EMC
18.7電源架構
18.8製造
 
第19章軟體實現
19.1安全關鍵軟體
19.2設計目標
19.3安全關鍵軟體的分析
19.4驗證
19.5模型實現
19.6平衡
19.7溫度對SOC估算的影響
 
第20章安全
20.1功能安全
20.2危害分析
20.3安全目標
20.4安全概念和策略
20.5安全參考設計
 
第21章資料收集
21.1使用壽命資料收集
 
第22章魯棒性與穩定性
22.1故障模式分析
22.2環境耐久性
22.3濫用情況
22.4可靠性工程
 
第23章最佳案例
23.1工程系統開發
23.2行業標準
23.3品質
 
第24章未來發展
24.1子模組建模
24.2自我調整演算法
24.3高級安全性
24.4系統集成

譯者序
 
近年來，在世界各國政府的大力支持下，以鋰離子電池為首的電化學電池技術受電力儲能、電動汽車等新型應用需求的帶動，市場規模以可觀的增長率逐步提高，現代電池管理系統受到越來越多領域的關注。現代電池管理系統部件為幾乎每個應用領域提供了高可靠性和高品質的電子控制系統。因此，電池系統有望成為一種安全可靠的能源，通過現代電池單體和化學技術提供高性能的表現。
 
本書全面詳細地介紹了鋰離子電池領域的發展狀況和技術發展。本書中的方法、設計和技術旨在實現以合理的成本提供可接受性能的系統。通常，降低電路、模型和演算法的複雜性是實現實際成本目標所必需的，書中概述了這些權衡的有效方法。用於測量和計算隱性電池參數(如充電狀態)的預測演算法的發展也取得了相當大的進步。現代電池管理系統結合了從基本物理和電池性能測試的機理模型發展而來的電池模型，該模型可以在電池工作時通過動態測量模型參數進行更新，這不僅確保模型保持正確，而且可以監控電池隨時間的老化，同時可以測量電池的健康狀況，並在適當的情況下採取行動。
 
本書引言介紹了電池管理系統及應用、技術現狀和面臨的挑戰；鋰離子電池原理，講述了電池運行、電池結構和電池化學；大規模系統的定義，講述了輔助設備、負荷交互、變化與差異及應用參數；系統描述、結構和測量；並對有關系統控制的各方面、電池管理系統功能方面、高壓電子的基本原理、通信、電池模型、參數識別、限制演算法、平衡充電、荷電狀態估測演算法、健康狀態估測演算法、故障檢測、硬體實現、軟體實現等都進行了描述和介紹。
 
本書將重點介紹最常見的技術，並討論可用于開發實際系統的合適的實現方法。與其他電池相比，鋰離子電池在計算電池充電狀態時面臨著獨特的挑戰，這需要更複雜的方法，而大規模鋰離子系統應用需要比以往電池供電應用更高的精度。在科學文獻中已經提出了許多模擬和建模技術，用於完成電池管理系統所需的許多複雜軟體任務，如計算充電狀態、電池容量、模型參數和功率限制。控制理論和狀態估計的許多概念已被用於確定電池參數。
 
本書適合想要瞭解和研究電池相關技術的讀者，電氣專業領域的教師、研究生以及相關工作人員。
 
許多人都對本書做出了很大的貢獻，感謝機械工業出版社為本書的出版提供指導，感謝所有人的支持！