隨著能源危機的加劇和碳減排壓力的上升，交通運輸業(yè)的新能源轉型日益迫切，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)預測和LSTM、GRU、SAM等方法原理與驗證過程；探索并建立了適用于實車動力電池SOH近似衰退模型；詳細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險，提出離散小波分解和多尺度熵的熱失控風險預警算法；基于多模型融合理論提出了面向實車動力電池全壽命運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、設計者、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)據分析能力，快速進行產品開發(fā)與迭代，也可作為相關院校及科研院所的新能源汽車相關專業(yè)師生的參考書。
1.本書內容來自于動力電池大數(shù)據分析一線，具有較強的實操性。從動力電池的行業(yè)背景開始講起，并介紹了動力電池工作原理、電池管理系統(tǒng)功能、動力電池狀態(tài)估計、動力電池故障診斷、動力電池風險預警、動力電池安全控制以及算法基礎。這些對于沒有動力電池經驗的初學者來說是非常有用的。之后會沿著動力電池大數(shù)據分析的技術路線，詳細介紹各個環(huán)節(jié)中所涉及的技術，算法以及相關工具。并且在最后展望了動力電池安全管理的未來發(fā)展趨勢及需要解決的問題。
2.本書涵蓋了動力電池大數(shù)據分析的全流程，對于剛進入動力電池大數(shù)據技術開發(fā)領域的人員，可以參考這些章節(jié)補足知識上的不足；對于動力電池大數(shù)據技術的開發(fā)人員，也可以加深對于其他環(huán)節(jié)的了解，擴展知識面；對于動力電池系統(tǒng)開發(fā)人員來說，可以作為很好的借鑒；對于高校及企業(yè)研發(fā)人員來說，可以作為科研項目選題的參考。
新能源汽車作為中國戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一和國家重點支撐領域， 產業(yè)應用規(guī)模和技術水平發(fā)展迅速， 累計銷量和保有量已連續(xù)多年位居全球第一。為了消除消費者對新能源汽車的安全焦慮， 積極推進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。
國內外研究人員從動力電池故障機理等基礎理論到安全管控技術開展了系列研究。在故障機理方面， 以故障特征分析及參數(shù)辨識方法研究為重點； 在故障診斷預警方面， 開展了從單體、模組到系統(tǒng)的故障診斷和熱失控預報警方法研究；在安全管控方面， 開展了安全控制方法和安全防護設計研究。然而， 由于實車動力電池采樣數(shù)據稀疏、特征參數(shù)耦合、動態(tài)載荷多變、非線性和時變性強等問題的制約， 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量決策輸出能力的實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， 對動力電池運行安全大數(shù)據分析與應用技術進行了詳細的敘述。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制相關研究； 第３ 章論述了動力電池ＳＯＨ 估計與預測相關研究成果； 第４ 章展示了動力電池安全狀態(tài)預測方法；第５ 章深入介紹了動力電池典型故障機理及故障診斷方法； 第６ 章介紹了實車動力系統(tǒng)多級風險預警策略； 第７ 章系統(tǒng)總結和分析了動力電池系統(tǒng)常見的安全問題及其解決思路， 提出了面向實車動力電池系統(tǒng)全壽命運行周期的安全控制策略。除了相關技術說明和闡述， 本書還使用了大量圖片、表格、公式來幫助說明， 力圖降低本書技術內容的理解難度， 讓讀者更樂于閱讀。
感謝我的博士導師王震坡教授對本書編寫工作的指導， 他的鼓勵讓我有動力將多年的研究工作總結出來， 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， 由于相關領域技術發(fā)展迅速， 技術方向依然在探討， 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， 增進大家的溝通和交流， 共同探索大數(shù)據驅動方案在新能源汽車動力系統(tǒng)安全控制領域的應用潛力， 解決行業(yè)的難點和痛點問題。
洪吉超
２０２２ 年于北京科技大學
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 國內外研究現(xiàn)狀／ ０１４
1.3.1 動力電池失效模式及故障機理／ 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)預測／ ０２５
1.3.4 動力電池故障診斷與風險預警／ ０３１
1.3.5 動力電池系統(tǒng)安全控制管理／ ０３４
1.4 當前研究存在的問題與不足／ ０３５
1.5 本書主要研究內容／ ０３７
第2 章 動力電池系統(tǒng)安全性與一致性耦合機制研究
2.1 概述／ ０３８
2.2 動力電池系統(tǒng)結構及工作原理／ 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 實車動力電池運行大數(shù)據特征分析／ ０４４
2.3.1 大數(shù)據平臺介紹／ ０４４
2.3.2 動力電池系統(tǒng)大數(shù)據特征分析／ 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制／ ０５１
2.5.1 動力電池一致性和安全性的耦合關系／ ０５１
2.5.2 動力電池系統(tǒng)不一致性的改進措施／ ０５３
2.6 動力電池一致性及剩余價值評估技術／ ０５４
2.6.1 動力電池梯次應用性能檢測現(xiàn)狀／ ０５４
2.6.2 動力電池大數(shù)據健康度評估原理／ ０５５
2.7 本章小結／ ０５８
第3 章 動力電池SOH 估計與預測
3.1 概述／ ０５９
3.2 動力電池衰退機理及外特性研究／ ０５９
3.2.1 動力電池衰退機理／ 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 估計與SOH 預測／ ０６１
3.4 實車動力電池SOH 估計／ ０６２
3.4.1 SOH 特征值提取方法／ ０６２
3.4.2 SOH 損耗量提取技術／ ０６３
3.4.3 SOH 損耗量估計／ ０６４
3.4.4 SOH 估計結果分析／ ０６６
3.5 實車動力電池SOH 預測／ ０６９
3.5.1 老化特征提取／ ０６９
3.5.2 SOH 預測模型／ ０７５
3.5.3 使用實車數(shù)據的模型驗證／ ０８１
3.5.4 SOH 預測結果分析／ ０８３
3.6 本章小結／ ０８６
第4 章 動力電池安全狀態(tài)預測
4.1 概述／ ０８７
4.2 動力電池SOS 預測／ ０８７
4.2.1 溫度預測／ ０８７
4.2.2 電壓預測／ ０９９
4.2.3 SOC 預測／ １２０
4.2.4 SOP 預測／ １３２
4.2.5 SOE 預測／ １３５
4.3 SOS 聯(lián)合估計／ １３７
4.3.1 基于LSTM 的多狀態(tài)聯(lián)合預測模型／ １３７
4.3.2 超參數(shù)優(yōu)化及預測結果分析／ １４１
4.3.3 結果驗證與分析／ １４７
4.4 本章小結／ 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)故障機理及診斷方法／ １５４
5.2.1 動力電池系統(tǒng)故障機理分析／ 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 診斷策略及效果驗證／ １６１
5.4 基于MOSE 的溫度類故障診斷／ １７２
5.4.1 動力電池熱管理系統(tǒng)／ １７２
5.4.2 診斷策略及效果驗證／ １７３
5.5 基于MOSE 關鍵計算因子與診斷效果的研究／ １８２
5.6 本章小結／ １８３
第6 章 動力電池系統(tǒng)風險預警研究
6.1 概述／ １８４
6.2 動力電池系統(tǒng)安全風險分析／ 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)安全風險／ １８８
6.3 基于MMSE 的動力電池系統(tǒng)安全風險預警／ １８９
6.3.1 MMSE 算法／ １８９
6.3.2 基于振動掃頻實驗的連接失效預警／ １９２
6.3.3 基于實車運行數(shù)據的安全風險預警／ １９７
6.3.4 基于MMSE 關鍵計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)熱失控風險預警／ ２０４
6.4.1 時頻轉換算法／ ２０４
6.4.2 事故特征描述／ ２０８
6.4.3 預警結果分析／ ２１５
6.5 本章小結／ 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／ ２４４
參考文獻
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