《电池质量管理B》教学大纲

《电池质量管理B》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03144051课程性质：专业必修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：高等数学C、线性代数、概率论与数理统计、大学物理、大学物理实验、材料物理化学、电工与电子技术、化学电源设计与制造、电化学测量技术A、电化学测量实验等后续课程：毕业设计、毕业实习适用专业：新能源材料与器件开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《电池质量管理B》是新能源材料与器件专业本科学生的专业必修课程。其任务主要是为本科学生介绍锂离子电池一致性的必要性和热失控成因，讲解锂离子电池管理系统类别、功能与实现以及算法研究等方面的基础理论知识。通过本课程大纲所规定全部教学内容的学习，使学生了解关于导致锂离子电池热失控的原因，保证电池一致性的必要性以及电池管理系统在应用时的状态监测、均衡、能量控制调节与热管理技术、状态参数估算等相关理论。结合新能源汽车等对锂离子电池的技术需求，使学生掌握锂离子电池特性以及相关新能源电源测控与管理关键技术，为锂离子电池安全有效利用提供有效指导。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握锂离子电池热失控成因和电池一致性改善方法；掌握电池管理系统关于参数监测、控制策略、SOC估算、电池均衡管理等基本概念。课程目标2：掌握实现锂离子电池管理系统涉及的电池基本或状态参数监测、控制、电池均衡、SOC估算等功能的基本理论，具备针对具体应用场景选择合适电池管理系统的能力。课程目标3：培养学生树立正确的科技理念、工程职业操守与岗位责任感；培养学生树立较高的人文科学素养和劳动精神；培养学生在工作岗位上学习电池生产管理及电池管理系统领域知识的自学意识；培养学生为我国锂离子电池组管理系统技术开发而贡献力量的使命感。三、课程目标与毕业要求《电池质量管理B》课程教学目标对新能源材料与器件专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.1掌握数学、自然科学领域的理论基础知识、工程基础知识，并能将其用于本领域复杂工程问题的恰当表述。课程目标1：掌握锂离子电池热失控成因和电池一致性改善方法；掌握电池管理系统关于参数监测、控制策略、SOC估算、电池均衡管理等基本概念。M1.2能运用数学、自然科学、工程基础和专业知识对新能源材料与器件领域的复杂工程问题进行建模并求解。课程目标2：掌握实现锂离子电池管理系统涉及的电池基本或状态参数监测、控制、电池均衡、SOC估算等功能的基本理论，具备针对具体应用场景选择合适电池管理系统的能力。1.3掌握相关自然科学知识、工程基础知识和思维方法，并能将其应用于解决新能源材料与器件专业相关复杂工程问题。课程目标2：掌握实现锂离子电池管理系统涉及的电池基本或状态参数监测、控制、电池均衡、SOC估算等功能的基本理论，具备针对具体应用场景选择合适电池管理系统的能力。2.问题分析2.1能够应用工程科学的基本原理，识別和判断新能源材料与器件专业相关复杂工程问题的关键环节和参数。课程目标2：掌握实现锂离子电池管理系统涉及的电池基本或状态参数监测、控制、电池均衡、SOC估算等功能的基本理论，具备针对具体应用场景选择合适电池管理系统的能力。H3.设计/开发解决方案3.1能够针对新能源材料与器件领域的复杂工程问题，提出具体解决方案。课程目标2：掌握实现锂离子电池管理系统涉及的电池基本或状态参数监测、控制、电池均衡、SOC估算等功能的基本理论，具备针对具体应用场景选择合适电池管理系统的能力。M课程目标3：培养学生树立正确的科技理念、工程职业操守与岗位责任感；培养学生树立较高的人文科学素养和劳动精神；培养学生在工作岗位上学习电池生产管理及电池管理系统领域知识的自学意识；培养学生为我国锂离子电池组管理系统技术开发而贡献力量的使命感。注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.锂离子电池与电池管理系统（BMS）概述1.1锂离子电池基本与状态参数1.2锂离子电池热失控机制1.3单体电池间一致性与改进措施1.4电池管理系统简介教学要求：掌握锂离子电池和电池管理系统的基本概念；掌握锂离子电池的基本和主要状态参数；掌握锂离子电池热失控机制；掌握电池管理系统对电池一致性差异的改善方法。重点：锂离子电池的基本和状态参数；锂离子电池热失控机制；电池管理系统的功能及分类。难点：锂离子电池热失控机制和单体间一致性及改进措施。41、2、32.BMS相关模拟与数字电子技术基础2.1正弦量及其向量表示2.2电容与电感器的基本特性及应用2.3二极管及其功能与特性2.4BJT晶体管的结构、工作原理、放大/开关功能及其在电路中的应用2.5MOSFET的结构、工作原理及开关功能2.6集成运算放大器及其信号运算与处理应用2.7逻辑门电路及由其组成的触发器2.8倒T型电阻网络式数/模转换器2.9逐次逼近型模/数转换器教学要求：掌握关于BMS电路中基本电子元件和逻辑元件的功能与特性；掌握满足BMS功能需求的各基本元件组合方式和原理。重点：电子电路中各基本元件的功能。难点：实现各元件功能的基本原理。121、23.BMS关键参数测量与热管理3.1电池关键参数的测量：电压、电流和温度3.2锂离子电池组的热管理教学要求：掌握电压、温度、电流等电池关键参数的测量方法；掌握锂离子电池组热管理方法。重点：电池关键参数测量方法；锂离子电池组热管理方式。难点：电池关键参数具体测量方法；热管理类型和管理方式。31、24.锂离子电池的等效模型及其参数辨识4.1电池模型概述4.2常用等效模型4.3模型参数辨识教学要求：掌握电池模型的基本概念；掌握常用电池等效模型种类；根据所构建的等效电路模型进行相关参数的辨识。重点：电池常用等效模型的经验方程构建。难点：模型参数辨识的实现过程。31、25.锂离子电池SOC估算方法5.1传统的SOC估算方法5.2基于卡尔曼滤波（KF）的新型SOC估算方法教学要求：掌握SOC估算方法与特点；了解与掌握卡尔曼滤波法或其扩展方法等新型锂离子电池SOC估算方法。重点：基于卡尔曼滤波的新型SOC估算方法。难点：卡尔曼滤波算法的实施。41、2、36.锂离子电池SOC估算实例6.1Matlab基本使用方法6.2KF的Matlab实现教学要求：掌握Matlab的特点、使用方法和语法规则；利用Matlab演示KF滤波。重点：掌握Matlab的语法规则和使用方法。难点：演示Matlab的KF滤波过程。21、27.电池组的均衡控制与充放电管理7.1均衡调节的意义7.2电池组均衡管理方式7.3均衡能量转移策略7.4电池组充放电管理方法教学要求：掌握均衡电路拓扑结构；掌握被动均衡和主动均衡电路的特点；掌握均衡能量转移策略；掌握电池组充放电策略。重点：均衡电路的拓扑结构；主动与被动均衡的实现方式；充放电管理策略的实施。难点：主动和被动均衡的实现；充放电管理策略的实施。41、2、3合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授和课后作业为主，结合讨论、案例、视频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相关能力培养。使学生比较全面地理解锂离子电池基本与状态参数、热失控成因、使用电池管理系统管理电池组的必要性，掌握电池管理系统的基本功能（例如电压、温度和电流的测量，电池均衡，热管理等），掌握SOC估算方法等基本概念与相关理论。在掌握锂离子电池基本特性和电池管理系统基本功能的前提下，使学生掌握根据具体应用场合选择合适功能电池管理系统的基本方法。六、课程资源1.推荐教材：王顺利等.新能源技术与电源管理[M].北京:机械工业出版社,2019.2.参考书：（1）秦曾煌等.电工学(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2009.（2）董艳艳等.纯电动汽车动力电池及管理系统设计[M].北京:北京理工大学出版社,2017.（3）王青松等.锂离子电池热危险性及安全对策[M].北京:科学出版社,2017.（4）杨光明等.电动汽车动力电池及管理系统原理与检修[M].北京:化学工业出版社,2019.3.期刊：（1）张照娓,郭天滋,高明裕,等.电动汽车锂离子电池荷电状态估算方法研究综述[J].电子与信息学报,2021,43(7):1803-1815.（2）梁新成,张勉,黄国钧.基于BMS的锂离子电池建模方法综述[J].储能科学与技术,2020,9(6):1933-1939.（3）杨坤,雷洪钧,肖博文,等.锂离子电池热失控机理分析与解决策略[J].江汉大学学报(自然科学版),2020,48(5):14-20.（4）张凯,赵鹏,王友仁,等.基于荷电状态的锂离子电池组主动均衡控制[J].中国机械工程,2020,31(16):1931-1939.（5）刘小杰,张英,刘洋,等.锂离子电池热管理系统综述[J].电池,2022,52(2):208-212.（6）WeiZB,ZhaoDF,HeHW,etal.Anoise-tolerantmodelparameterizationmethodforlithium-ionbatterymanagementsystem[J].AppliedEnergy,2020,268:114932.4.网络资源：（1）宋文吉.锂离子储能电池管理系统(BMS)关键技术[EB/OL].广州:中国科学院广州能源研究所,2013[2013-12-27]./jgdy2016/kybm2016/201312/t20131227_4006648.html.（2）雷晶晶,李秋红,陈立宝,等.动力锂离子电池管理系统的研究进展[EB/OL].杭州:新能源网,2016[2016-5-24]./tech/93531.html.（3）格雷戈里·普利特.新能源汽车电池管理系统BMS[EB/OL].美国:科罗拉多大学,2020[2020-3-23]./video/av98395542/.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现12（1）根据课堂出勤情况和课堂互动讨论情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√363阶段测试12（1）根据每次阶段测试情况单独评分，满分100分；（2）每次阶段测试单独评分，取各次测试的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以阶段测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√363作业16（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√682

期末考核60（1）卷面（开卷）成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）主要考核锂离子电池热失控机制、改善电池一致性的方法、电池各项基本参数的测定方法、电池模型及参数辨识、BMS基本功能与实现、电池热管理方式、电池均衡策略、SOC估算等内容；（3）考核题型为：选择题、填空题、判断题、简答题、计算或论述题等。√√2436合计：100分36568八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、阶段测试、作业、期末考试（开卷）等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为选择题、填空题、判断题、简答题、计算或论述题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、阶段测试、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100＞x≥9090＞x≥8080＞x≥7070＞x≥60x＜60课堂表现30无缺课现象，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。无缺课现象，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。无故缺课一次，参与教学活动，回答问题准确率大于70%。无故缺课两次，上课不认真，偶尔参与教学活动。无故缺课三次以上，上课不认真，不参与教学活动。阶段测试30阶段测试中的概念、思路清晰