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隨著能源危機(jī)的加劇和碳減排壓力的上升，交通運(yùn)輸業(yè)的新能源轉(zhuǎn)型日益迫切，日益上漲的能量密度為動力電池系統(tǒng)的安全性和可靠性帶來了空前挑戰(zhàn)。本書介紹了新能源汽車發(fā)展背景、動力電池及管理系統(tǒng)的應(yīng)用要求；深入分析了動力電池不一致性表現(xiàn)形式、發(fā)展規(guī)律及故障模式，闡明了動力電池安全性隨不一致性非線性擴(kuò)展的劣化趨勢；系統(tǒng)介紹了動力電池溫度、電壓、SOC、SOP、SOE等安全狀態(tài)預(yù)測和LSTM、GRU、SAM等方法原理與驗(yàn)證過程；探索并建立了適用于實(shí)車動力電池SOH近似衰退模型；詳細(xì)分析了動力電池各種故障類型及觸發(fā)原因，提出基于信息熵的故障診斷方法；多角度闡述了動力電池安全風(fēng)險，提出離散小波分解和多尺度熵的熱失控風(fēng)險預(yù)警算法；基于多模型融合理論提出了面向?qū)嵻噭恿﹄姵厝珘勖\(yùn)行周期的安全控制策略。

本書適合新能源汽車以及動力電池開發(fā)者、設(shè)計(jì)者、科研工作者和入門者，可協(xié)助高校、車企、動力電池企業(yè)建立動力電池大數(shù)據(jù)分析能力，快速進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)與迭代，也可作為相關(guān)院校及科研院所的新能源汽車相關(guān)專業(yè)師生的參考書。

新能源汽車作為中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一和國家重點(diǎn)支撐領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用規(guī)模和技術(shù)水平發(fā)展迅速，累計(jì)銷量和保有量已連續(xù)多年位居全球第一。為了消除消費(fèi)者對新能源汽車的安全焦慮，積極推進(jìn)新能源汽車動力電池故障診斷和安全控制研究非常必要且迫切。
國內(nèi)外研究人員從動力電池故障機(jī)理等基礎(chǔ)理論到安全管控技術(shù)開展了系列研究。在故障機(jī)理方面，以故障特征分析及參數(shù)辨識方法研究為重點(diǎn)；在故障診斷預(yù)警方面，開展了從單體、模組到系統(tǒng)的故障診斷和熱失控預(yù)報(bào)警方法研究；在安全管控方面，開展了安全控制方法和安全防護(hù)設(shè)計(jì)研究。然而，由于實(shí)車動力電池采樣數(shù)據(jù)稀疏、特征參數(shù)耦合、動態(tài)載荷多變、非線性和時變性強(qiáng)等問題的制約，上述研究均未能有效規(guī)避新能源汽車安全事故的發(fā)生，具備高效率智能防控和高質(zhì)量決策輸出能力的實(shí)車動力電池安全防控體系尚未建立。
本書綜合了作者多年研究成果，對動力電池運(yùn)行安全大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。第１章介紹了新能源汽車及動力電池管理系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；第２章闡述了動力電池系統(tǒng)安全性與一致性耦合機(jī)制相關(guān)研究；第３章論述了動力電池ＳＯＨ估計(jì)與預(yù)測相關(guān)研究成果；第４章展示了動力電池安全狀態(tài)預(yù)測方法；第５章深入介紹了動力電池典型故障機(jī)理及故障診斷方法；第６章介紹了實(shí)車動力系統(tǒng)多級風(fēng)險預(yù)警策略；第７章系統(tǒng)總結(jié)和分析了動力電池系統(tǒng)常見的安全問題及其解決思路，提出了面向?qū)嵻噭恿﹄姵叵到y(tǒng)全壽命運(yùn)行周期的安全控制策略。除了相關(guān)技術(shù)說明和闡述，本書還使用了大量圖片、表格、公式來幫助說明，力圖降低本書技術(shù)內(nèi)容的理解難度，讓讀者更樂于閱讀。
感謝我的博士導(dǎo)師王震坡教授對本書編寫工作的指導(dǎo)，他的鼓勵讓我有動力將多年的研究工作總結(jié)出來，并以專著的形式呈現(xiàn)給各位同仁和廣大讀者。另外，博士生孫旭東、李仁政、張景涵、山彤欣、楊健、張震、杜善霄，碩士生楊海旭、張昕陽、張華欽、梁峰偉等在資料整理等方面提供了幫助，在此對他們表示衷心的感謝。
但是，由于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)方向依然在探討，因此本書還存在很多不足，希望廣大讀者和同仁批評指正。更希望本書能夠拋磚引玉，增進(jìn)大家的溝通和交流，共同探索大數(shù)據(jù)驅(qū)動方案在新能源汽車動力系統(tǒng)安全控制領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，解決行業(yè)的難點(diǎn)和痛點(diǎn)問題。
洪吉超
２０２２年于北京科技大學(xué)

叢書序
序
前　言
第1 章　概　述
1.1 　新能源汽車發(fā)展背景／００１
1.1.1　新能源汽車發(fā)展的必要性／００１
1.1.2　新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀／００２
1.1.3　動力電池系統(tǒng)安全性／００３
1.1.4　動力電池管理系統(tǒng)／００４
1.2 　動力電池及管理系統(tǒng)的應(yīng)用要求／００５
1.2.1　純電動汽車／００５
1.2.2　混合動力汽車／００８
1.2.3　插電式混合動力汽車／０１１
1.2.4　燃料電池汽車／０１３
1.3　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀／０１４
1.3.1　動力電池失效模式及故障機(jī)理／０１４
1.3.2　動力電池安全性與一致性耦合／０２４
1.3.3　動力電池系統(tǒng)安全狀態(tài)預(yù)測／０２５
1.3.4　動力電池故障診斷與風(fēng)險預(yù)警／０３１
1.3.5　動力電池系統(tǒng)安全控制管理／０３４
1.4　當(dāng)前研究存在的問題與不足／０３５
1.5　本書主要研究內(nèi)容／０３７
第2 章　動力電池系統(tǒng)安全性與一致性耦合機(jī)制研究
2.1　概述／０３８
2.2 　動力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理／０３９
2.2.1　動力電池的發(fā)展背景／０４０
2.2.2　動力電池原理與分類／０４１
2.2.3　磷酸鐵鋰電池／０４２
2.2.4　三元鋰電池／０４３
2.3　實(shí)車動力電池運(yùn)行大數(shù)據(jù)特征分析／０４４
2.3.1　大數(shù)據(jù)平臺介紹／０４４
2.3.2　動力電池系統(tǒng)大數(shù)據(jù)特征分析／０４５
2.4　動力電池系統(tǒng)不一致性分析／０４７
2.4.1　動力電池系統(tǒng)不一致性的表現(xiàn)形式／０４７
2.4.2　動力電池系統(tǒng)不一致性的發(fā)展規(guī)律／０４９
2.5　動力電池系統(tǒng)安全性與一致性的耦合機(jī)制／０５１
2.5.1　動力電池一致性和安全性的耦合關(guān)系／０５１
2.5.2　動力電池系統(tǒng)不一致性的改進(jìn)措施／０５３
2.6　動力電池一致性及剩余價值評估技術(shù)／０５４
2.6.1　動力電池梯次應(yīng)用性能檢測現(xiàn)狀／０５４
2.6.2　動力電池大數(shù)據(jù)健康度評估原理／０５５
2.7　本章小結(jié)／０５８
第3 章　動力電池SOH 估計(jì)與預(yù)測
3.1　概述／０５９
3.2　動力電池衰退機(jī)理及外特性研究／０５９
3.2.1　動力電池衰退機(jī)理／０５９
3.2.2　動力電池外特性參數(shù)及表征方法／０６０
3.3　SOH 定義／０６１
3.3.1　SOH 定義／０６１
3.3.2　SOH 估計(jì)與SOH 預(yù)測／０６１
3.4　實(shí)車動力電池SOH 估計(jì)／０６２
3.4.1　SOH 特征值提取方法／０６２
3.4.2　SOH 損耗量提取技術(shù)／０６３
3.4.3　SOH 損耗量估計(jì)／０６４
3.4.4　SOH 估計(jì)結(jié)果分析／０６６
3.5　實(shí)車動力電池SOH 預(yù)測／０６９
3.5.1　老化特征提�。� ０６９
3.5.2　SOH 預(yù)測模型／０７５
3.5.3　使用實(shí)車數(shù)據(jù)的模型驗(yàn)證／０８１
3.5.4　SOH 預(yù)測結(jié)果分析／０８３
3.6　本章小結(jié)／０８６
第4 章　動力電池安全狀態(tài)預(yù)測
4.1　概述／０８７
4.2　動力電池SOS 預(yù)測／０８７
4.2.1　溫度預(yù)測／０８７
4.2.2　電壓預(yù)測／０９９
4.2.3　SOC 預(yù)測／１２０
4.2.4　SOP 預(yù)測／１３２
4.2.5　SOE 預(yù)測／１３５
4.3　SOS 聯(lián)合估計(jì)／１３７
4.3.1　基于LSTM 的多狀態(tài)聯(lián)合預(yù)測模型／１３７
4.3.2　超參數(shù)優(yōu)化及預(yù)測結(jié)果分析／１４１
4.3.3　結(jié)果驗(yàn)證與分析／１４７
4.4　本章小結(jié)／１５１
第5 章　動力電池系統(tǒng)故障診斷研究
5.1　概述／１５３
5.2　動力電池系統(tǒng)故障機(jī)理及診斷方法／１５４
5.2.1　動力電池系統(tǒng)故障機(jī)理分析／１５４
5.2.2　動力電池系統(tǒng)故障診斷方法／１５６
5.3　基于MOSE 的電壓類故障診斷／１６０
5.3.1　MOSE 算法／１６０
5.3.2　診斷策略及效果驗(yàn)證／１６１
5.4　基于MOSE 的溫度類故障診斷／１７２
5.4.1　動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)／１７２
5.4.2　診斷策略及效果驗(yàn)證／１７３
5.5　基于MOSE 關(guān)鍵計(jì)算因子與診斷效果的研究／１８２
5.6　本章小結(jié)／１８３
第6 章　動力電池系統(tǒng)風(fēng)險預(yù)警研究
6.1　概述／１８４
6.2　動力電池系統(tǒng)安全風(fēng)險分析／１８４
6.2.1　動力電池系統(tǒng)失效模式／１８４
6.2.2　動力電池系統(tǒng)安全風(fēng)險／１８８
6.3　基于MMSE 的動力電池系統(tǒng)安全風(fēng)險預(yù)警／１８９
6.3.1　MMSE 算法／１８９
6.3.2　基于振動掃頻實(shí)驗(yàn)的連接失效預(yù)警／１９２
6.3.3　基于實(shí)車運(yùn)行數(shù)據(jù)的安全風(fēng)險預(yù)警／１９７
6.3.4　基于MMSE 關(guān)鍵計(jì)算因子與診斷效果的研究／２０４
6.4 　基于NDWD 的動力電池系統(tǒng)熱失控風(fēng)險預(yù)警／２０４
6.4.1　時頻轉(zhuǎn)換算法／２０４
6.4.2　事故特征描述／２０８
6.4.3　預(yù)警結(jié)果分析／２１５
6.5　本章小結(jié)／２１８
第7 章　動力電池安全控制策略研究
7.1 　概述／２２０
7.2　動力電池安全問題分析／２２０
7.2.1　動力電池安全問題及解決方案／２２０
7.2.2　動力電池安全管理方案四維分析／２２３
7.3 　動力電池系統(tǒng)多故障早期協(xié)同預(yù)警／２２９
7.3.1　電壓類故障／２２９
7.3.2　溫度類故障／２３５
7.3.3　多故障早期協(xié)同診斷策略／２３９
7.4　動力電池系統(tǒng)安全控制策略／２４０
7.4.1　多模型融合方法／２４０
7.4.2　基于多模型融合的安全控制策略／２４３
7.5　本章小結(jié)／２４４
參考文獻(xiàn)

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