锂离子电池智能感测与管理

在全球能源需求激增、可再生能源广泛应用的当下，锂离子电池已成为电动汽车、储能系统、移动设备等领域的主流能源储存装置。然而，其安全性、寿命和效率问题也日益突出，传统管理方法难以满足精细化和智能化需求。
本书聚焦锂离子电池智能感测技术，为该领域从业者和研究人员提供了极具价值的参考。书中内容均源自技术一线，注重系统性与实用性，实操性强。章节结构清晰，详细介绍了光纤传感、超声无损检测、电化学阻抗谱测量等智能感测技术的原理和应用案例，每章以研究现状、技术原理、方法延伸和应用案例为主线，深入浅出。
本书特别强调实践指导，通过案例分析和操作范例，助力不同知识层次的读者学以致用。同时，探讨了不同章节和技术间的关联性与互补关系，提供全面系统的学习体验。
作者对该技术前沿进展和应用趋势理解深刻，致力于解决锂离子电池应用难题。本书不仅能为读者提供实用性指导，还能促进锂离子电池技术的进一步发展。

本书系统探讨了锂离子电池智能感测技术及其在电池管理中的应用，包含从电池管理算法到各种感测技术的原理和应用案例，有助于读者深入了解电池检测、状态估计、寿命评估、电池均衡和故障诊断等多方面基础知识和前沿进展。书中详细介绍了电池光纤传感技术、超声无损检测技术和电化学阻抗谱检测技术等智能感测技术的原理和应用，意在通过实例分析引导读者学习如何利用这些技术对电池进行实时监测和精准管理，提高电池的安全性、寿命和性能。同时，书中还重点关注这些技术在电动汽车、储能系统等领域的应用，为读者提供了丰富的实践经验和应用指南。
本书主要面向电动汽车和储能技术领域尤其是电池测试和管理方面的工程师和研究人员。本书既可以作为电池管理感测开发的参考工具书，也可以作为电池智能感测与管理相关课程的入门级教材。

前言
第1章　锂离子电池感测技术概述01
1.1　引言01
1.2　电池系统监测与管理综述08
1.2.1　状态估计10
1.2.2　寿命评估14
1.2.3　电池均衡18
1.2.4　故障诊断与预警21
1.2.5　充电控制24
1.3　电池多维感测技术29
1.3.1　新型感测技术29
1.3.2　基于新型感测技术的状态估计36
1.3.3　基于新型感测技术的故障诊断38
参考文献 39
第2章　电池光纤传感技术51
2.1　引言51
2.2　测量原理与多变量解耦测量52
2.2.1　光纤光栅传感器测量原理53
2.2.2　光纤倏逝波传感器测量原理54
2.2.3　分布式光纤传感器测量原理55
2.2.4　光纤测量发展趋势56
2.3　锂离子电池光纤传感综述58
2.3.1　基于光纤传感的温度监测59
2.3.2　基于光纤传感的应变监测60
2.3.3　基于光纤传感的电化学监测62
2.4　光纤传感测量案例分析63
2.4.1　光纤光栅测量电池内部温度应变63
2.4.2　分布式光纤测量电池内部温度应变68
2.4.3　光纤倏逝波测量电池内部折射率71
参考文献 71
第3章　光纤传感在电池测量方面的应用75
3.1　引言75
3.2　多尺度力学模型76
3.2.1　电化学模型76
3.2.2　颗粒尺度力学模型77
3.2.3　电极尺度力学模型79
3.2.4　模型验证80
3.3　基于力学模型的快充策略81
3.3.1　约束应力充电策略81
3.3.2　策略对比83
3.3.3　电池衰退分析83
3.3.4　电池拆解验证84
3.4　分布式热模型85
3.4.1　产热模型86
3.4.2　多点集总参数热模型86
3.4.3　基于LSTM神经网络的补偿88
3.4.4　级联分布式热模型91
3.4.5　级联分布式热模型验证92
3.5　温度状态估计与热诊断95
3.5.1　基于级联分布式热模型的观测器设计95
3.5.2　分布式电池温度估计方案验证96
3.5.3　温度异常检测自适应阈值99
3.5.4　温度异常序列修剪程序103
3.5.5　温度异常检测方法验证105
参考文献 108
第4章　电池超声无损检测技术111
4.1　引言 111
4.2　电池超声无损检测技术综述 112
4.2.1　透射波检测 112
4.2.2　反射波检测 114
4.2.3　导波检测 115
4.2.4　超声无损检测技术的比较与总结 115
4.2.5　其他锂离子原位表征技术 116
4.3　电池超声无损检测原理与装置 117
4.3.1　超声检测锂离子电池的原理 117
4.3.2　超声检测精度120
4.3.3　超声检测装置121
4.4　电池超声无损检测案例分析122
4.4.1　基于超声的电解液浸润检测122
4.4.2　基于超声的荷电状态估计和老化评估122
4.4.3　基于超声的电池内部结构缺陷和SOH检测124
参考文献 132
第5章　超声无损检测技术在电池上的应用135
5.1　引言135
5.2　基于超声的热参数测量136
5.2.1　基于超声技术的电池温度估计原理136
5.2.2　电池温度同ΔTOFt的关系137
5.2.3　电池热模型的搭建141
5.2.4　方波交流脉冲下电极内的锂浓度143
5.2.5　超声估计比热容145
5.2.6　绝热加速量热仪测量电池比热容152
5.2.7　小结154
5.3　基于超声的析锂诊断156
5.3.1　超声诊断锂枝晶的原理156
5.3.2　超声诊断锂枝晶的模型157
参考文献 159
第6章　电池电化学阻抗谱检测技术161
6.1　引言161
6.2　电化学阻抗谱技术原理162
6.2.1　EIS技术基本原理162
6.2.2　锂离子电池电化学阻抗谱建模164
6.3　电化学阻抗谱在电池管理方面的应用167
6.3.1　荷电状态估计168
6.3.2　健康状态估计168
6.3.3　温度估计169
6.3.4　内部故障检测170
6.3.5　热失控预警170
6.4　电化学阻抗谱检测案例分析171
6.4.1　电化学阻抗谱检测电池温度和SOC172
6.4.2　电化学阻抗谱结合等效阻抗模型检测电池析锂173
6.5　在线/原位电化学阻抗谱技术综述176
6.5.1　加装额外激励硬件的研究177
6.5.2　信号采样架构179
6.5.3　激励条件181
6.5.4　基于运行数据的阻抗估计方法183
6.5.5　局限性分析183
参考文献 184
第7章　电化学阻抗谱检测技术应用188
7.1　引言188
7.2　车载环境原位电化学阻抗谱测量方案设计189
7.2.1　整体方案设计189
7.2.2　激励产生器和激励分配器设计191
7.2.3　电池数据采样系统设计194
7.2.4　控制与数据处理算法设计198
7.2.5　样机测试199
7.3　智能电池环境原位电化学阻抗谱测量方法设计203
7.3.1　智能电池实验平台介绍204
7.3.2　智能电池原位电化学阻抗谱方法设计204
7.3.3　智能电池原位电化学阻抗谱方案验证206
7.4　基于原位电化学阻抗谱的电池析锂诊断209
7.4.1　析锂电池制备210
7.4.2　在位阻抗测量测试212
7.4.3　拆解分析与析锂量化213
7.4.4　阻抗特征提取与参数拟合215
参考文献 217
附录　常用缩写词 219