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《锂离子动力蓄电池热管理技术》结合作者的研究成果，根据相关领域的国内外研究进展，围绕车用锂离子电池热管理技术，介绍了车用锂离子电池的充放电温度特性、锂离子电池电热耦合建模方法，重点论述了锂离子电池的风冷与液冷散热、锂离子电池基于 PTC与宽线金属膜加热方法、电池正弦交流电自加热与电池安全演变特性与管理策略等方面实验研究与仿真模拟的重要结论。

目录

丛书序

前言

第1章　动力电池热管理研究现状

1.1　新能源汽车与动力电池

1.2　动力电池热管理和热安全

1.3　动力电池热管理研究方法

1.3.1　动力电池组加热方法

1.3.2　动力电池组散热方法

1.4　动力电池热特征建模研究现状

1.4.1　动力电池产热模型研究

1.4.2　动力电池热失控建模研究

参考文献

第2章　锂离子电池充放电温度特性分析

2.1　锂离子电池结构与工作原理

2.1.1　锂离子电池的结构

2.1.2　锂离子电池的工作原理

2.2　温度对锂离子电池充放电性能的影响

2.2.1　电池充放电温度特性实验平台

2.2.2　锂离子电池常温充放电特性

2.2.3　温度对电池放电电压的影响

2.2.4　温度对电池放电容量的影响

2.2.5　温度对电池充电容量的影响

2.2.6　温度对电池内阻的影响

2.3　锂离子电池充放电温度特性实验分析

2.3.1　锂离子电池放电温度特性分析

2.3.2　锂离子电池充电温度特性分析

参考文献

第3章　锂离子电池电热耦合建模

3.1　锂离子电池产热和热传导原理

3.1.1　锂离子电池产热

3.1.2　锂离子电池热传导

3.2　锂离子电池热物性参数

3.2.1　导热系数

3.2.2　电池密度

3.2.3　电池比热容

3.3　基于 Bernardi 生热率的电池电热耦合模型

3.3.1　电池电热耦合模型建模及验证

3.3.2　引入电流密度的电热耦合模型建模及验证

3.4　基于电化学理论的电池电热耦合模型

3.4.1　伪二维电化学模型

3.4.2　扩展单粒子电化学模型

3.4.3　锂离子电池热模型

3.4.4　电热耦合模型

3.4.5　电热耦合模型验证

3.5　圆柱形电池径向分层电热耦合模型

3.5.1　径向分层电热耦合建模

3.5.2　基于遗传算法的电池热物性参数辨识

3.5.3　径向分层模型验证

参考文献

第4章　锂离子电池组风冷散热建模与优化

4.1　锂离子电池组风冷散热分类

4.2　电池组散热流场理论

4.3　锂离子电池组风冷散热有限元仿真建模

4.3.1　有限元仿真流程

4.3.2　电池组几何模型

4.3.3　电池组流场选择

4.3.4　电池组稳态散热仿真计算

4.4　锂离子电池组风冷散热方案仿真优化

4.4.1　导热铝板结构优化

4.4.2　进出风口优化

4.4.3　电池箱高度优化

4.4.4　进风速度影响

4.4.5　电池组散热温度一致性仿真分析

4.5　风冷散热电池组实例分析

4.5.1　电池组散热方案

4.5.2　电池组散热仿真分析

参考文献

第5章　锂离子电池组液冷散热建模与优化

5.1　锂离子电池组液冷散热方案

5.2　锂离子电池组液冷散热有限元仿真建模

5.2.1　几何模型

5.2.2　模型设置

5.2.3　仿真分析

5.3　锂离子电池组液冷散热方案仿真分析

5.3.1　环境温度对电池组液冷散热的影响

5.3.2　充放电倍率对电池组液冷散热的影响

5.3.3　流速对电池组液冷散热的影响

5.3.4　介质对电池组液冷散热的影响

参考文献

第6章　锂离子电池外部加热技术

6.1　基于 PTC 加热电池特性研究

6.1.1　PTC 加热原理

6.1.2　PTC 加热实验方案

6.1.3　PTC 加热电池温度特性分析

6.2　基于 PTC 加热电池有限元仿真分析

6.2.1　模型简化

6.2.2　初始条件和边界条件

6.2.3　模型验证及仿真结果分析

6.3　基于 PTC 电池自加热特性研究

6.3.1　自加热方案与实验设计.

6.3.2　自加热方案温度特性分析

6.3.3　电池组 PTC 自加热生热特性

6.4　基于 PTC 电池自加热仿真分析

6.4.1　模型简化

6.4.2　几何模型建立

6.4.3　仿真结果分析

6.5　基于金属膜加热电池充放电性能

6.5.1　低温外部供电加热后恒流充放电性能

6.5.2　低温外部供电加热后脉冲充放电性能

6.5.3　低温自加热电池充放电特性

6.6　基于金属膜加热电池有限元仿真分析

6.6.1　锂离子电池三维几何模型简化

6.6.2　锂离子电池比热容实验获取方法

6.6.3　仿真结果分析

参考文献

第7章　基于正弦交流电的锂离子电池内部加热

7.1　锂离子电池正弦交流电加热原理

7.2　电池正弦交流电加热电热耦合模型

7.2.1　交流电加热的等效电路模型

7.2.2　交流电加热锂离子电池热模型

7.2.3　交流电加热电池电热耦合机制

7.3　锂离子电池正弦交流电加热实验与模型验证

7.3.1　实验平台搭建

7.3.2　不同温度及 SOC 下电池阻抗特性

7.3.3　正弦交流电加热的等效电路模型验证

7.3.4　电 - 热耦合模型实验验证与分析

7.4　交流电频率和幅值对电池的加热效果分析

7.5　交流电加热对电池寿命影响的机理分析

7.5.1　低温极化电压与低温锂离子沉积的影响

7.5.2　低温交流电加热电极反应原理

7.6　锂离子电池正弦交流电加热控制策略

7.6.1　正弦交流电加热优化

7.6.2　SQP 优化算法基本理论

7.6.3　优化加热控制策略仿真结果分析

7.7　正弦交流电加热电池温度场仿真与实验

7.7.1　电化学 - 热耦合建模

7.7.2　基于电化学的电热耦合模型验证

7.7.3　正弦交流电加热的电池温度场仿真

7.7.4　基于优化的加热控制策略实验验证

7.8　正弦交流电加热方案实现

7.8.1　电动车辆自加热系统方案

7.8.2　电池组参数匹配

7.8.3　自加热系统电路设计与仿真

7.8.4　自加热前后电池组性能仿真

参考文献

第8章　锂离子电池热安全演变特性与管理策略

8.1　锂离子电池热安全概述

8.2　锂离子电池过充电实验外部特征参数演变特性

8.2.1　锂离子电池过充电实验研究

8.2.2　锂离子电池高温 - 过充电耦合实验研究

8.2.3　锂离子电池过放电 - 过充电耦合实验研究

8.2.4　锂离子电池老化 - 过充电耦合实验研究

8.3　锂离子电池过充电内部机理特性分析

8.3.1　锂离子电池过充电阻抗特性分析

8.3.2　锂离子电池过充电容量增量分析

8.4　锂离子电池过充电有限元分析建模

8.4.1　电热耦合热失控建模

8.4.2　锂离子电池热失控产热模型验证

8.4.3　高温 - 过充电耦合热失控模型仿真分析

8.4.4　过放电 - 过充电耦合热失控模型仿真分析.

8.5　锂离子电池过充电安全预警策略

8.5.1　不同 SOH 下过充电热失控特征参数提取

8.5.2　不同倍率下过充电热失控特征参数提取

8.5.3　过充电热失控安全预警策略设计

8.5.4　过充电安全预警策略仿真验证

8.6　锂离子电池过充电安全诊断研究

8.6.1　基于多模型估计的故障诊断方法

8.6.2　基于多模型的故障诊断方法对比仿真

8.6.3　基于多模型的故障诊断方法实验验证

8.7　锂离子电池组热安全防护仿真分析

8.7.1　阻燃板防护分析

8.7.2　防护模型建立及分析

参考文献

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前言/序言

现如今，世界各地仍严重依赖石油、煤炭等化石燃料来满足能源需求。而在日渐严峻的环境问题重压下，能源结构的转变成为必然的发展趋势。大力发展节能与新能源汽车作为其中重要的一环，成为汽车长远发展方向上的一大共识。在国家政策的积极引导下，我国新能源汽车市场迅猛发展，市场渗透率由 2011 年的 0.3% 发展至 2018 年的 4% 以上。而在《新能源汽车产业发展规划（2021—2035）》提出的目标中，到 2025 年，新能源汽车新车销量占比将达到 25% 左右。

动力电池是新能源汽车的重要能量来源，其高效稳定的运行是保障新能源汽

车性能的关键。锂离子电池凭借能量密度高、功率密度高以及循环寿命长等方面的优势，成为当前车用动力电池的首选。但由于锂离子电池的适宜工作温度范围相对较窄（通常为 10~30℃），而新能源汽车实际应用场景的温度范围则更为宽泛，所以随着新能源汽车的大范围普及，对动力电池的高低温环境适应性的要求也更加严苛。为解决电池温度特性与应用场景需求间的矛盾，电池热管理需要完成散热、加热及控制温差等方面的任务。

过高的温度将加快电池副反应的发生，使电池老化加速，严重影响电池的使用寿命。而大电芯化的趋势则使得电芯表面积与体积之比下降，造成电池内部热量较难散出。当散热条件恶劣时，热量积累将使得电池的温度急剧上升，增加热失控风险。此外，伴随着快速充电需求的持续增长，大倍率充电成为趋势，无疑对电池系统的散热效能提出了更高的要求。因此，如何实现高效且均匀的散热、避免电池高温运行，一直以来都是电池热管理研究中的重点。