前言
致謝
第1章電動汽車介紹1
1.1引言1
1.2技術發展和商業化2
1.3汽車架構4
1.3.1內燃機汽車4
1.3.2純電動汽車5
1.3.3混合動力汽車6
1.3.4燃料電池汽車8
1.4混合度9
1.4.1微混混合動力汽車10
1.4.2輕混混合動力汽車11
1.4.3強混或功率輔助混合動力汽車11
1.4.4插電式混合動力汽車（或增程式電動汽車）11
1.5混合動力車輛架構12
1.5.1串聯混合動力汽車12
1.5.2並聯混合動力汽車13
1.5.3並聯/串聯混合動力汽車13
1.5.4復雜混合動力汽車13
1.6儲能繫統13
1.6.1電池13
1.6.2超級電容（UCS）15
1.6.3飛輪儲能器16
1.6.4燃料電池17
1.7電網連接18
1.7.1充電器的功率水平和基礎設施18
1.7.2傳導充電19
1.7.3感應充電20
1.7.4智能電網和V2G/V2H/V2X繫統21
1.8可持續性、環境影響和成本24
1.9車輛熱管理26
1.9.1散熱器回路26
1.9.2電力電子冷卻回路26
1.9.3冷卻回路27
1.9.4空調回路27
1.10車輛駕駛模式和循環29
1.11案例研究30
1.11.1引言30
1.11.2研究項目31
1.11.3政府獎勵31
1.12結語38
縮略語39
問題39
參考文獻40
第2章電動汽車電池技術42
2.1引言42
2.2當前的電池技術42
2.2.1鉛酸電池43
2.2.2鎳鎘電池44
2.2.3鎳氫電池45
2.2.4鋰離子電池46
2.3正在開發的電池技術49
2.3.1鋅-空氣電池51
2.3.2鈉-空氣電池51
2.3.3鋰-硫電池52
2.3.4鋁-空氣電池53
2.3.5鋰-空氣電池53
2.4電池特性55
2.4.1電池成本55
2.4.2電池對環境的影響56
2.4.3電池材料資源58
2.4.4各種負荷和環境條件的影響61
2.5電池管理繫統（BMS）63
2.5.1數據采集65
2.5.2電池狀態評估66
2.5.3均衡充電68
2.5.4安全管理/故障診斷72
2.5.5熱管理72
2.6電池制造和測試過程72
2.6.1制造過程73
2.6.2測試流程74
2.7結語76
縮略語77
問題77
參考文獻78
第3章被動式熱管理繫統中相變材料的使用81
3.1引言81
3.2相變材料的基本特性和類型81
3.2.1有機 PCM86
3.2.2無機化合物 PCM89
3.2.3共晶化合物 PCM90
3.3相變材料熱物性參數的測量92
3.4增強傳熱能力93
3.5相變材料的成本和環境影響96
3.6相變材料的應用97
3.7案例1:使用PCM的EV電池包換熱器設計與優化100
3.7.1繫統描述及參數設置100
3.7.2潛熱熱能儲存繫統的設計和優化104
3.8案例2：強制對流作用下球形殼體中石蠟的熔化與凝固112
3.8.1數值模型驗證和模型獨立性測試115
3.8.2性能指標117
3.8.3結果和討論119
3.9結語125
術語125
希臘字母126
下標126
縮略語127
問題127
參考文獻128
第4章電池熱管理繫統的仿真及試驗研究130
4.1引言130
4.2電芯和模組的數值模型開發130
4.2.1PCM應用數值研究的物理模型131
4.2.2初始條件、邊界及模型假設131
4.2.3材料特性和模型輸入參數133
4.2.4控制方程和本構定律138
4.2.5模擬模型的開發140
4.3電芯和模組級別的實驗搭建和過程141
4.3.1電芯和模組儀表化141
4.3.2換熱器的儀表化143
4.3.3相變材料和納米顆粒混合物的制備144
4.3.4改善顆粒的表面排列147
4.3.5測試臺架搭建147
4.4整車級試驗搭建及流程149
4.4.1建立數據采集硬件149
4.4.2建立數據采集軟件152
4.5舉例說明:基於相變材料的液式電池熱管理繫統仿真和實驗155
4.5.1電芯級的模擬與實驗156
4.5.2模組中電芯之間的模擬和實驗168
4.5.3模組級的模擬和實驗173
4.5.4光學觀測184
4.5.5整車級試驗195
4.5.6案例研究結論205
4.6結語206
術語207
希臘字母207
下標208
縮略語208
問題208
參考文獻209
第5章電池熱管理繫統的能量分析和分析210
5.1引言210
5.2熱管理繫統對比211
5.2.1熱力學分析212
5.2.2電池傳熱分析215
5.3熱管理繫統關鍵零部件建模217
5.3.1壓縮機219
5.3.2熱交換器219
5.3.3熱力膨脹閥221
5.3.4電池222
5.3.5繫統參數222
5.4能量和分析223
5.4.1傳統分析224
5.4.2強化分析228
5.5舉例說明:液冷電池熱管理繫統230
5.6案例研究:基於跨臨界CO2的電動汽車電池熱管理繫統243
5.6.1引言244
5.6.2繫統開發244
5.6.3熱力學分析247
5.6.4結果與討論248
5.6.5結語252
5.7結語253
術語253
希臘字母254
下標254
縮略語255
問題255
參考文獻256
第6章電池熱管理繫統(TMS)的成本、環境影響和多目標優化258
6.1引言258
6.2經濟性分析259
6.2.1成本平衡方程259
6.2.2設備采購成本的相關性260
6.2.3成本核算261
6.2.4經濟性評價263
6.2.5增強的經濟性分析264
6.2.6環境經濟性（環境成本）分析264
6.3環境分析265
6.3.1環境影響平衡方程265
6.3.2環境影響的相關性266
6.3.3蓄電池的生命周期評價267
6.3.4環境影響核算268
6.3.5環境評價270
6.4優化方法271
6.4.1目標函數271
6.4.2決策變量和約束272
6.4.3遺傳算法273
6.5舉例說明：液冷電池熱管理繫統275
6.5.1常規經濟性分析結果275
6.5.2增強的經濟分析結果278
6.5.3電池的環境影響評估283
6.5.4環境分析結果285
6.5.5多目標優化結果288
6.6結語293
術語293
希臘字母294
下標294
縮略語295
問題295
參考文獻296
第7章案例研究297
7.1引言297

在過去的幾十年裡，人們對有限化石燃料的依賴、化石燃料價格的多變以及出於對環境污染和全球變暖的擔憂，激勵著研究人員、科學家和工程師對替代燃料汽車進行更積極廣泛的研究。如今，由於電池技術的改進，電動汽車（EV）正在開始取代傳統汽車。電動汽車可以使能源多樣化，具有平衡電網負載和提高能源可持續性的能力，同時還可以降低排放和運營成本。
在向電動汽車（EV）過渡的過程中，需要面臨的與車輛本身相關的主要問題是電池及其性能。為了使電池達到理想的性能，縮小電池 佳運行條件與實際運行條件之間的差異，就需要使用有效的熱管理繫統（TMS）。由於電動汽車的動力電池使用範圍廣、運行負載多變，而且尺寸和重量受到限制，因此實現電池熱管理繫統 佳的設計、架構和運行方式，對電動汽車技術的成功和廣泛應用起著至關重要的作用。
在這本書中，首先介紹了電動汽車的架構以及所用電池的化學機理，以便為讀者提供必要的背景信息；然後全面介紹了行業中使用的各種傳統的和目前 進的或有潛在使用可能的電動汽車電池熱管理繫統（包括相變材料）。在接下來的章節中，為讀者提供了在各種運行條件下選擇或開發合適的電池熱管理繫統設計、結構和參數的工具、方法和程序。通過、經濟和環境分析，指導電池熱管理繫統以 有效、 經濟、 環保的方式運行。此外, 針對當前的技術問題和局限性采取了進一步的措施，以更廣闊的視角進行了研究， 終確定這些技術成功和廣泛使用的更微妙的因素，並詳細說明了對電動汽車技術的未來展望與熱管理繫統的技術趨勢。 後，給出了實際應用中的各種案例研究，進一步闡明本書中的工具、方法和程序對電動汽車電池熱管理繫統設計、開發和優化的有效性。
本書詳細介紹了實際的代碼、模型、經濟和環境數據庫，為讀者設計、分析、多準則評估和改進熱力學繫統提供幫助，這在其他純學術教科書中是沒有的。在每章結尾和本書結尾，結合大量的數值分析例子和案例研究，為讀者提供了大量的評估和設計實際應用的熱管理繫統的經驗。本書是培養主流機械工程和化學工程領域工程師、研究人員和研究生的不可多得的手冊。全書共分8章，從廣義的替代燃料汽車技術到考慮能量、效率、經濟性和環境可持續性的詳細熱力學模型的特定應用。
第1章介紹了目前替代燃料汽車的類型、架構、混合度、儲能繫統以及新興的電網連接。同時也介紹了個別的車輛熱管理繫統，並詳細闡述了可持續性問題。
第2章詳細介紹了現有和未來的化學電池，並從性能、成本和技術準備狀態方面進行了評估。此外，提供了側重於評估電池狀態和電池均衡充電的電池管理方法和技術，以提高電池單體的性能和壽命。本章末尾提供了電池從單體到電池包開發、制造和驗證必需的步驟。
第3章介紹了相變材料的類型和基本性質，以及它們的優缺點和提高它們傳熱能力的措施及方法。此外，呈現了采用更輕、更便宜和更高效的PCM方案替換液體電池熱管理繫統的新方法的各種應用。
電動汽車動力電池熱管理技術前言第4章提供了典型電池模型從單體到整包的開發的關鍵步驟，實現可靠的模擬，形成硬件和軟件數據采集的正確設置，以及使用正確的程序對電池、車輛進行試驗設置。電池單體和子模塊的模擬，主要關注的是單體電池散熱背後的基本概念和整個電池組的熱傳播。本章旨在提供對電池單體電化學原理的深入理解，以及熱管理繫統的熱力學特性，為後續章節更詳細的分析做準備。
在第5章中，對各種先進的電動汽車電池熱管理繫統進行了考察和評估。隨後，逐步建立熱管理繫統熱力學模型，對於主要的部件采用和能量的方法在多變量和實際約束條件下進行評估，並為讀者提供了方法以及相應的分析結果。每個步驟都附有解釋程序，盡可能地使用通用的和廣泛應用的參數，盡可能地使讀者將這些分析與他們工作研究的繫統相關聯。
第6章呈現了經濟與環境分析的發展，以便為讀者提供必要的分析工具，用來分析繫統組件相關的投資成本和評估建議措施的經濟可行性及對環境的影響（使用LCA）。同時為讀者提供了決定流的相關程序以及投資/運營成本和環境影響相關性數據庫，為讀者準確建模提供了幫助，而不需要繁瑣的實驗關繫。 後，介紹了電池熱管理繫統（BTMS）多目標優化研究的關鍵步驟，根據所開發的目標函數和繫統約束得到、經濟和環境分析結果，證明了使用帕累托 優化方法在不同的條件下優化繫統參數的正確性。
此外，在第7章提供了使用本書中展現的工具、方法和程序的各種研究案例以及實際應用分析，進一步證明其在電動汽車電池熱管理繫統的設計、開發和優化中的有效性。
終，第8章展現了電動汽車技術和熱管理繫統更廣闊的前景，羅列了未來迎接的挑戰和可能為這些技術成功廣泛應用提供必要解決方案的新興技術。此外，介紹了目前正在開發的廣泛應用的各種熱管理繫統技術，預示將來電池熱管理繫統可能包含什麼。
我們希望這本書為電動汽車電池熱管理繫統帶來新的維度，使讀者能夠開發出新的設計方案和產品，解決現有的挑戰，有助於實現更可持續的未來。