內容大鋼
本書通過案例詳細討論了電池實驗和數學模型方面的進展，包括在工業界中的專家將數學模型應用於商用單體電池的多個實際案例。本書從解耦了單體電池幾何設計與化學相關參數的多尺度多域模型出發，呈現了商用單體電池和模組設計的實例，並提供了各尺度的豐富驗證；對於模型參數辨識，特別是難以獲取的機械和熱濫用情況下的模型參數進行了詳細討論。同時結合實際案例，重點說明了在確定給定電池或模組設計時，機械、熱和電化學現象之間的複雜相互作用，並揭示了精細現象學模型在解析電池安全性方面存在的差距。最後一章重點介紹了新興趨勢——高性能計算在電池建模中的應用，提供尺度橋接的切實案例並探討數據科學和機器學習在這個信息豐富的領域中所帶來的機遇。
本書適合電池行業的從業人員，以及高等院校電氣工程、新能源、材料科學等專業師生閱讀。
作者介紹
(美)施萊姆·桑塔那戈帕蘭|責編:劉星寧//閭洪慶|譯者:方彥彥//徐冉//馬小利
施萊姆·桑塔那戈帕蘭（Shriram Santhanagopalan）領導著美國國家可再生能源實驗室（NREL）綜合移動系統中心的電池材料、分析和診斷團隊。他在南卡羅來納大學獲得了化學工程博士學位，並在過去十年間，在NREL開發了模型、材料和測試方法，以解決電池性能和安全限制方面的問題。他與世界各地幾家領先的電池製造商和汽車OEM進行了廣泛合作。在加入NREL之前，他是Celgard, LLC的高級研究科學家，主要負責電極的基礎研究工作，並評估聚合物性能，同時還開發了用於大規格電池的新型表徵工具，並設計出汽車電池的Li-2組件。此外，他積极參与電池標準委員會的工作，並撰寫了60多篇文章以及參編了幾本專著，其中包括一本與NREL團隊聯合撰寫的專著。
目錄
序
前言
致謝
第1章 商用軟體在鋰離子電池建模和模擬領域的應用
1.1 引言
1.2 商用電腦輔助工程軟體概述
1.3 鋰離子電池設計與模擬的商用軟體產品
1.4 具體應用場景
1.4.1 材料設計
1.4.2 電極模擬
1.4.3 單體電池設計和模擬
1.4.4 模組和電池包設計
1.4.5 電池管理系統設計
1.4.6 系統設計
1.5 結論
1.5.1 材料設計
1.5.2 電極設計
1.5.3 單體電池設計
1.5.4 模組/電池包設計
1.5.5 電池管理和系統設計
參考文獻
第2章 大尺寸鋰離子電池電流分佈的原位測量
2.1 引言
2.2 利用分段式鋰離子電池直接測量電流分佈的方法
2.2.1 使用分段式鋰離子電池的實驗方法
2.2.2 分段式鋰離子電池的研究結果
2.3 通過局部電勢測量間接推斷電流分佈
2.3.1 改裝商用圓柱形電池的實驗方法
2.3.2 改裝商用圓柱形電池的實驗結果
2.3.3 單層軟包鋰離子電池的實驗方法
2.3.4 單層軟包鋰離子電池的實驗結果
2.4 磁共振成像對電流分佈的無損診斷
2.4.1 磁共振成像測量方法
2.4.2 磁共振成像的實驗結果
2.5 總結與後續研究
參考文獻
第3章 電化學能源系統的介觀尺度建模與分析
3.1 引言
3.2 電化學物理
3.2.1 鋰離子電池的熱-電化學耦合
3.2.2 鋰硫電池電極的物理化學相互作用
3.2.3 聚合物電解質燃料電池中的多相多組分傳輸
3.3 典型電化學系統的介觀建模案例研究
3.3.1 鋰離子電池
3.3.2 鋰硫電池微觀結構演化與電解質傳輸動力學
3.3.3 聚合物電解質燃料電池
3.4 總結與展望
參考文獻
第4章 汽車用電池電腦輔助設計工具的開發
4.1 背景
4.2 引言
4.3 電池模擬技術的發展
4.3.1 基於MSMD方法的場模擬
4.3.2 系統模擬
4.3.3 降階模型
4.3.4 熱濫用/失控模型
4.4 電池測試和驗證
4.4.1 單體電池性能測試和驗證
4.4.2 模組/電池包級驗證
4.5 後續計劃
參考文獻
第5章 場致機械損傷條件的實驗模擬
5.1 引言
5.2 實驗設計
5.3 單個電池接近熱失控時的力學行為
5.4 12個電池組成的堆疊模組的圓柱形變形
5.5 總結
參考文獻
第6章 電池受機械衝擊時的濫用響應
6.1 引言
6.2 機械建模框架
6.2.1 機械模型的本構特性
6.2.2 機械模型的數值實現
6.2.3 組件級驗證
6.2.4 擴展至電池和電池包級模擬
6.2.5 代表性三明治模型
6.3 與電化學和熱模型的耦合
6.3.1 電化學建模框架
6.3.2 數值實現
6.3.3 幾何和網格化
6.4 電氣短路的描述
6.4.1 固定幾何形狀的內部短路
6.4.2 帶幾何演變的內部短路
6.4.3 短路電阻的隨機描述
6.4.4 短路響應的電化學-熱建模
6.5 單電池模擬結果
6.5.1 同時模擬與順序模擬
6.5.2 固液相中的物質組分分佈
6.5.3 短路電阻與電壓和溫度響應
6.6 多電池模擬
6.6.1 多電池失效響應的耦合MECT模擬
6.6.2 多電池結果的可視化
6.6.3 使用機械-電化學-熱模擬的設計權衡
6.7 影響電池安全的其他因素
6.7.1 應變速率的影響
6.7.2 溫度的影響
6.7.3 老化的影響
6.7.4 SOC的影響
6.8 數值考慮
6.9 下一步工作
6.9.1 氣相反應
6.9.2 數據科學與電池安全
6.9.3 總結
參考文獻
第7章 使用高性能計算和機器學習的機遇加速電池模擬
7.1 引言
7.2 電池的連續電化學和熱模型
7.3 新型電池架構
7.3.1 在非平面交錯幾何中的應用
7.4 熱管理
7.5 安全性
7.6 鋰離子電池數據和機器學習的機遇
7.6.1 原子建模
7.6.2 連續尺度電化學系統
參考文獻
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