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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。

《锂离子动力蓄电池热管理技术》主要面向新能源汽车行业从业人员，适合新能源汽车、热管理、电池等相关领域的研究人员和工程技术人员阅读和参考，也可作为能源与动力、电动汽车、电池等相关专业的本科生与研究生的教材或参考书。

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

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编辑推荐

1.介绍了车用锂离子电池的充放电温度特性、锂离子电池的风冷与液冷散热、电池安全演变特性与管理策略等基础理论。

2.介绍了车用锂离子电池热管理建模与仿真设计，尤其是试验研究和仿真模拟的结论。

3.从电池外在表现特征入手，到理论研究、实验分析再到工程设计逐层递进。

3.本书可以作为新能源汽车、动力电池管理等领域的相关研究人员与工程技术人员的参考书，也可以作为汽车专业（特别是新能源汽车专业）高年级和研究生的专业课教科书。

前言

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 。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。

而低温条件下，锂离子电池的容量、充放电功率等性能将大打折扣，极大限制了其在高寒地区的应用。为解决锂离子电池低温使用限制的问题，对电池的加热与保温也至关重要。同样，如何快速、均匀、安全且无损伤地实现电池加热也成为当前热管理研究中的热点。

同时，锂离子电池存在热安全性问题，轻则导致电池性能下降，重则引发安全事故。其诱因主要包括机械滥用、电滥用与热滥用，其中过充电电滥用是导致锂离子电池热安全问题 常见的诱因之一。因此分析热失控演变特性和建模方法，研究锂电池热安全管理策略，成为电池热管理研究新的热点问题。

《锂离子动力蓄电池热管理技术》结合作者研究实践及国内外研究进展，较为详尽地论述了锂离子电池热管理相关原理及方法。本书对电池热管理研究现状展开综述，并对锂离子电池温度特性、电热耦合建模方法进行分析与介绍，着重叙述了电池风冷散热、液冷散热、PTC 外部加热、宽线金属膜外部加热及正弦交流电内部加热建模与仿真分析。此外，进一步对锂离子电池过充电热安全演变特性及管理策略进行了阐述，可以为新能源汽车、动力电池及热管理等领域的相关研究人员与工程技术人员提供理论建模、仿真分析和工程实际的参考。

《锂离子动力蓄电池热管理技术》由李军求、张承宁、雷治国、金鑫、孙丹妮共同著写，共 8 章。李军求负责第 1、3~4、5、8 章的编写工作和第 7 章部分编写工作，并负责全书组织和各章统稿审核工作；张承宁负责第 6 章的编写工作，第 2 章的部分编写工作；雷治国负责第 2 章的部分编写工作和第 6 章的数据处理，金鑫和孙丹妮负责第 7 章的部分编写工作。第 1 章介绍了车用动力电池发展概况，归纳总结了当前电池热管理及热特征建模的研究现状；第 2 章介绍了锂离子电池结构及工作原理，并基于特性实验分析了锂离子电池的温度特性；第 3 章介绍了锂离子电池产热及热传导原理，并着重阐述了电池电热耦合模型的构建；第 4、5 章则分别叙述了风冷散热与液冷散热电池模组的建模，并基于模型仿真分析了相关因素对散热性能的影响；第 6 章介绍了基于 PTC 与基于宽线金属膜这两类外部加热技术方案，并结合实验与数值仿真展示了两类技术的加热性能；第 7 章从加热原理、加热实验、建模仿真及方案设计等方面详细介绍了基于正弦交流电的内部加热方法；第 8 章针对电池热安全管理，重点论述了过充电滥用过程中锂电池特征参数和内部机理演变特性，过充电安全预警、诊断及安全防护方法。

《锂离子动力蓄电池热管理技术》作者力图将动力电池热管理领域国内外 新的研究开发成果，以及北京理工大学电动车辆国家工程实验室团队的研究成果和心得体会奉献给同仁，以助新能源汽车动力电池热管理的研究向前发展一臂之力。但由于作者能力有限，本书内容并不能涵盖动力电池系统热管理相关的所有知识，希望广大读者积极提出批评和斧正意见，推动本书的修改和完善。

对于本书出版和发行给予大力支持的行业同仁，作者在此表示诚挚的感谢！

书籍介绍

《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。