包邮动力蓄电池实用技术:工作机理 · 热特性 · 热管理

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作者：[加]马克· A. 罗森（Marc A. Rosen） [加] 艾达·法尔西(Aida Farsi) 著

出版社：机械工业出版社

本类榜单：工业技术

分类：工业技术 > 汽车与交通运输 > 汽车

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图文详情

ISBN：9787111770398
装帧：平装-胶订
册数：暂无
重量：暂无
开本：16开
页数：170
出版时间：2018-01-01
条形码：9787111770398 ; 978-7-111-77039-8

本书特色

1. 本书英文原著由加拿大国家工程院院士、安大略理工大学教授Marc A. Rosen领衔撰写，由同济大学研究团队翻译。
2. 本书从电池热特性出发，对相关热力学、电化学、热物理概念及原理进行了讲解，指导电池产热量定量计算及对应热管理方法及系统设计、分析和优化。
3. 本书详尽介绍了电池热管理系统的新进展，为高导热系数换热介质及更大换热面积的热管理系统设计提供新思路。
4. 本书基于大量现有研究，讨论了电池温度对其寿命和性能的影响，并提出蓄电池热管理系统设计对寿命、性能改善的潜在措施。
5. 本书对电池系统总成的设计方法及原理进行了详尽阐述。

内容简介

本书基于大量现有研究结论讨论了动力蓄电池热特性对其寿命和性能影响的主要问题，并提出动力蓄电池热管理系统设计针对寿命、性能改善的潜在措施。本书从动力蓄电池热特性出发，对相关热力学、电化学、热物理概念及原理进行了讲解，揭示了其充放电工况下的产热规律，指导产热量定量计算和对应热管理方法及系统设计、分析和优化；详尽介绍了动力蓄电池热管理系统的新进展，为高导热系数换热介质及更大换热面积的热管理系统结构设计提供新思路，以期在有限的空间、成本下实现更高的换热效率，同时保障动力蓄电池系统的能量密度及热安全性；另外，对动力蓄电池包的主要设计步骤进行了凝练，对动力蓄电池系统总成设计等系统设计方法及原理进行了详尽阐述；*后，本书对动力蓄电池技术可持续发展面临的挑战和未来的发展方向做了系统性分析与展望。本书关于原理机制的阐述深入浅出，关于研究手段的介绍系统清晰，案例选择也较好地体现了相关技术的前沿研究水平及未来发展趋势。本书既适合作为动力蓄电池领域科研工作者与工程技术人员手边常备的参考资料，也可帮助新进入该领域的学生和研究人员了解锂离子蓄电池的基本概念、技术体系和发展方向。

前言

在过去的几十年里，人们对能源和环境的关注日益增加。电气、机械工程师与材料、电化学专家间的跨学科交流不断深入，动力蓄电池（本书简称为蓄电池）技术市场急速扩张，蓄电池技术的应用规模也在不断扩大。与此同时，化石燃料能源系统排放的温室气体日益增多，人们对能源安全的担忧加剧。这些推动了人们开发以可再生能源为基础的发电系统，以及建立采用稳定的智能电网和清洁能源的智慧城市。通常，为了增加可再生能源系统的使用量，需要增加对储能系统的使用，其中就包括蓄电池系统。这是因为储能系统可以平衡电力生产时的间歇和波动，从而提高能源系统的可靠性和总体实用性。此外，能源价格的不稳定和化石燃料汽车碳排放量的增加，也促使电动汽车的使用量增加，相关研究也呈显著增长趋势。电动汽车，特别是采用动力蓄电池系统的电动汽车，凭借其高效率、低排放和低噪声的优点，被视为极具发展前景、能产生巨大效益。
蓄电池技术要想广泛应用于汽车或其他领域，需满足诸多重要需求，包括降低储能成本、降低对环境的影响、提高功率密度和能量密度、增强电网兼容性、改善快速充电技术以及保证运行安全。为满足上述需求，研究人员就必须深入了解各种类型的单体蓄电池，并对其进行分析。此外，为了减少不均匀的电流分布、正确控制充放电操作、避免蓄电池组出现故障，还需要优化蓄电池成组设计，以延缓单体蓄电池的老化。在过去的几十年里，人们对能源和环境的关注日益增加。电气、机械工程师与材料、电化学专家间的跨学科交流不断深入，动力蓄电池（本书简称为蓄电池）技术市场急速扩张，蓄电池技术的应用规模也在不断扩大。与此同时，化石燃料能源系统排放的温室气体日益增多，人们对能源安全的担忧加剧。这些推动了人们开发以可再生能源为基础的发电系统，以及建立采用稳定的智能电网和清洁能源的智慧城市。通常，为了增加可再生能源系统的使用量，需要增加对储能系统的使用，其中就包括蓄电池系统。这是因为储能系统可以平衡电力生产时的间歇和波动，从而提高能源系统的可靠性和总体实用性。此外，能源价格的不稳定和化石燃料汽车碳排放量的增加，也促使电动汽车的使用量增加，相关研究也呈显著增长趋势。电动汽车，特别是采用动力蓄电池系统的电动汽车，凭借其高效率、低排放和低噪声的优点，被视为极具发展前景、能产生巨大效益。 蓄电池技术要想广泛应用于汽车或其他领域，需满足诸多重要需求，包括降低储能成本、降低对环境的影响、提高功率密度和能量密度、增强电网兼容性、改善快速充电技术以及保证运行安全。为满足上述需求，研究人员就必须深入了解各种类型的单体蓄电池，并对其进行分析。此外，为了减少不均匀的电流分布、正确控制充放电操作、避免蓄电池组出现故障，还需要优化蓄电池成组设计，以延缓单体蓄电池的老化。 根据上述需求，本书介绍了动力蓄电池技术，着重介绍了动力蓄电池热特性和通过蓄电池系统实现可持续高效电能存储的方法。鉴于人们对蓄电池技术热特性及其热管理的关注相对较晚，对这些领域展开更多聚焦研究显得尤为重要。这些方法对蓄电池在电动汽车中的应用也非常关键。 作为可充电蓄电池技术的综合性参考资料，本书介绍了蓄电池操作、分析、性能和应用等重要方面的内容，包括蓄电池老化机制和蓄电池热管理系统。本书对相关热力学、电化学、热物理概念及原理进行了讲解，理解这些有助于蓄电池系统的设计、分析和优化。此外，本书介绍了蓄电池热管理系统的新进展，以及蓄电池包的主要设计步骤。*后，本书讨论了蓄电池热特性对其寿命和性能影响的主要问题，以及蓄电池技术可持续发展面临的挑战和未来的发展方向。本书穿插了案例研究和实例，以帮助读者理解蓄电池技术并进行实际应用。本书有关蓄电池系统及其分析的综合知识，可用于指导学生、研究人员和工程师对该领域关键概念和前沿发展的理解和应用。 本书的结构旨在让读者建立连贯的知识体系。第1章介绍了可充电蓄电池系统的基本原理，便于读者了解可充电蓄电池系统如何开发和使用。此外，还介绍了可充电蓄电池系统的一般工作原理以及各种类型蓄电池的特性和应用。第2章介绍了蓄电池技术的热力学理论，包括电池系统的反应焓和反应的吉布斯函数的定义，推导基于**定律和第二定律的广义电池系统的能斯特方程，为蓄电池系统建立一个通用的能量平衡式，用以计算电化学反应中的损失，并确定蓄电池内的产热率。第3章建立了蓄电池的电化学模型，该模型全面描述了蓄电池系统中由过电位导致的不可逆性、电化学反应，以及离子和电荷转移过程导致的产热率和蓄电池系统的能量效率。第4章介绍了蓄电池的热特性，包括蓄电池系统的热特性与产热、老化机制、热失效和热管理系统之间的联系。此外，还建立了蓄电池的热-电化学耦合模型，该模型可以确定蓄电池的平均温度和蓄电池内部的温度分布。*后描述和讨论了蓄电池的主要衰退机制、其热物理问题对性能和寿命的影响，以及相关的挑战和机遇。第5章介绍了传统和现代蓄电池热管理技术，对传统蓄电池热管理系统（如基于空气、液体和相变材料的装置）以及新开发的技术（如基于蒸发池沸腾的蓄电池热管理系统）进行了介绍和比较。第6章介绍了蓄电池组设计的主要流程步骤，包括蓄电池管理系统的设计以及蓄电池组的电气、机械和热学设计；讨论了蓄电池的成组设计，该设计既能延长单体蓄电池的寿命，又能保证蓄电池组安全可靠地运行。第 7 章介绍和说明了各种蓄电池技术的集成系统，并对两种不同应用的集成蓄电池系统进行了全面的建模、分析和评估；讨论了相关案例研究中涉及的系统整体性能，并进一步对改进基于蓄电池的集成系统提出了建议。*后，第 8 章讨论了蓄电池技术可持续发展所面临的挑战和未来方向，以及蓄电池系统未来发展需考虑的因素。 我们希望这本书能让蓄电池技术得到更广泛的应用并不断发展，同时让该技术通过结合传统系统和可再生技术，促进整个能源系统的可持续发展。通过对可持续蓄电池技术进行热力学、电化学和热物理分析，我们相信这些技术会使蓄电池成为更加清洁、可持续和高效的电能存储手段。 马克·A.罗森　　 艾达·法尔西

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前言
第1章　蓄电池技术简介　// 1
1.1　引言　// 2
1.2　蓄电池工作原理　// 3
1.2.1　电极　// 4
1.2.2　电解质　// 5
1.2.3　蓄电池容量　// 7
1.3　蓄电池类型　// 8
1.3.1　铅酸蓄电池　// 8
1.3.2　镍基蓄电池　// 9
1.3.3　钠硫蓄电池　// 16
1.3.4　锂离子蓄电池　// 17
1.3.5　金属-空气蓄电池　// 19
1.4　蓄电池的应用　// 20
1.5　各种类型蓄电池对比研究　// 21
1.6　结束语　// 22
问题与思考　// 22
参考文献　// 23
第2章　蓄电池热力学　// 25
2.1　引言　// 26
2.2　蓄电池热力学及电压　// 26
2.3　蓄电池可逆电势　// 28
2.4　蓄电池能量守恒　// 33
2.4.1　相变项　// 35
2.4.2　反应焓项　// 35
2.4.3　混合效应　// 36
2.5　蓄电池产热率　// 37
2.6　结束语　// 38
问题与思考　// 39
参考文献　// 39
第3章　蓄电池电化学建模　// 41
3.1　引言　// 42
3.2　蓄电池的总电压　// 42
3.3　电化学极化　// 44
3.4　浓差极化　// 48
3.5　欧姆极化　// 51
3.6　单体蓄电池性能　// 53
3.7　结束语　// 55
问题与思考　// 55
参考文献　// 56
第4章　蓄电池热特性　// 57
4.1　引言　// 58
4.2　蓄电池老化机理　// 58
4.2.1　循环老化和日历老化　// 60
4.2.2　锂离子蓄电池的老化　// 61
4.3　热失控　// 62
4.4　蓄电池的产热率和温度变化　// 63
4.5　蓄电池的热特性模型　// 65
4.6　蓄电池中热特性的影响：挑战与机遇　// 68
4.6.1　尽量降低应力因素对蓄电池老化机理的影响　// 68
4.6.2　快速充电方法　// 69
4.7　结束语　// 69
问题与思考　// 70
参考文献　// 71
第5章　蓄电池热管理系统　// 73
5.1　引言　// 73
5.2　蓄电池热管理系统的设计　// 74
5.3　蓄电池热管理系统的分类　// 75
5.4　基于空气的蓄电池热管理系统　// 76
5.5　基于液体的蓄电池热管理系统　// 80
5.6　基于相变材料（PCM）的蓄电池热管理系统　// 84
5.7　基于液气相变的蓄电池热管理系统　// 87
5.7.1　基于热管的蓄电池热管理系统　// 87
5.7.2　基于蒸发池沸腾的蓄电池热管理系统　// 89
5.8　蓄电池热管理系统的*新进展　// 90
5.9　结束语　// 92
问题与思考　// 93
参考文献　// 94
第6章　蓄电池系统设计　// 98
6.1　引言　// 99
6.2　蓄电池管理系统　// 100
6.3　蓄电池包电气设计　// 104
6.3.1　蓄电池包内单体蓄电池的配置　// 104
6.3.2　蓄电池包的电气故障　// 105
6.4　蓄电池包的机械设计　// 106
6.4.1　应力-应变理论　// 108
6.4.2　基板的设计　// 109
6.4.3　隔振　// 110
6.5　蓄电池组的热设计　// 113
6.5.1　示例：蓄电池组中的热负荷测定　// 114
6.5.2　蓄电池热管理系统　// 115
6.5.3　蓄电池热管理系统的选择　// 117
6.6　设计整合与总结　// 119
6.7　结束语　// 119
问题与思考　// 120
参考文献　// 120
第7章　基于蓄电池的集成系统　// 122
7.1　引言　// 123
7.2　交通运输中的集成蓄电池系统　// 125
7.3　案例研究　// 127
7.4　案例研究1：结合空冷热管理系统，以PEM
燃料电池为辅助的锂离子蓄电池电动汽车　// 128
7.4.1　锂离子蓄电池的电化学模型　// 130
7.4.2　锂离子蓄电池的产热通量　// 135
7.4.3　风冷式蓄电池热管理单元　// 135
7.4.4　PEM燃料电池堆　// 136
7.4.5　结果与讨论　// 141
7.4.6　进一步结果与讨论　// 145
7.5　案例研究 2：混合动力飞机推进系统　// 146
7.5.1　系统描述　// 147
7.5.2　建模与分析　// 148
7.5.3　结果与讨论　// 155
7.5.4　总结与展望　// 161
7.6　结束语　// 161
问题与思考　// 162
参考文献　// 163
第8章　蓄电池及其热管理未来方向　// 165
8.1　引言　// 165
8.2　本书概况　// 165
8.3　可持续蓄电池技术的挑战和未来方向　// 166
8.4　未来蓄电池技术的总体考虑因素　// 168
8.5　结束语　// 169
问题与思考　// 169
参考文献　// 169