《電池質(zhì)量管理B》教學(xué)大綱

《電池質(zhì)量管理B》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03144051課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論32學(xué)時(shí)）先修課程：高等數(shù)學(xué)C、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、大學(xué)物理、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、材料物理化學(xué)、電工與電子技術(shù)、化學(xué)電源設(shè)計(jì)與制造、電化學(xué)測(cè)量技術(shù)A、電化學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)等后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)適用專業(yè)：新能源材料與器件開(kāi)課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《電池質(zhì)量管理B》是新能源材料與器件專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)必修課程。其任務(wù)主要是為本科學(xué)生介紹鋰離子電池一致性的必要性和熱失控成因，講解鋰離子電池管理系統(tǒng)類別、功能與實(shí)現(xiàn)以及算法研究等方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)。通過(guò)本課程大綱所規(guī)定全部教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解關(guān)于導(dǎo)致鋰離子電池?zé)崾Э氐脑?，保證電池一致性的必要性以及電池管理系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、均衡、能量控制調(diào)節(jié)與熱管理技術(shù)、狀態(tài)參數(shù)估算等相關(guān)理論。結(jié)合新能源汽車等對(duì)鋰離子電池的技術(shù)需求，使學(xué)生掌握鋰離子電池特性以及相關(guān)新能源電源測(cè)控與管理關(guān)鍵技術(shù)，為鋰離子電池安全有效利用提供有效指導(dǎo)。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握鋰離子電池?zé)崾Э爻梢蚝碗姵匾恢滦愿纳品椒ǎ徽莆针姵毓芾硐到y(tǒng)關(guān)于參數(shù)監(jiān)測(cè)、控制策略、SOC估算、電池均衡管理等基本概念。課程目標(biāo)2：掌握實(shí)現(xiàn)鋰離子電池管理系統(tǒng)涉及的電池基本或狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)、控制、電池均衡、SOC估算等功能的基本理論，具備針對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適電池管理系統(tǒng)的能力。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的科技理念、工程職業(yè)操守與崗位責(zé)任感；培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立較高的人文科學(xué)素養(yǎng)和勞動(dòng)精神；培養(yǎng)學(xué)生在工作崗位上學(xué)習(xí)電池生產(chǎn)管理及電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域知識(shí)的自學(xué)意識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生為我國(guó)鋰離子電池組管理系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)而貢獻(xiàn)力量的使命感。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《電池質(zhì)量管理B》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)新能源材料與器件專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.1掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)知識(shí)、工程基礎(chǔ)知識(shí)，并能將其用于本領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的恰當(dāng)表述。課程目標(biāo)1：掌握鋰離子電池?zé)崾Э爻梢蚝碗姵匾恢滦愿纳品椒?；掌握電池管理系統(tǒng)關(guān)于參數(shù)監(jiān)測(cè)、控制策略、SOC估算、電池均衡管理等基本概念。M1.2能運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)對(duì)新能源材料與器件領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行建模并求解。課程目標(biāo)2：掌握實(shí)現(xiàn)鋰離子電池管理系統(tǒng)涉及的電池基本或狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)、控制、電池均衡、SOC估算等功能的基本理論，具備針對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適電池管理系統(tǒng)的能力。1.3掌握相關(guān)自然科學(xué)知識(shí)、工程基礎(chǔ)知識(shí)和思維方法，并能將其應(yīng)用于解決新能源材料與器件專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問(wèn)題。課程目標(biāo)2：掌握實(shí)現(xiàn)鋰離子電池管理系統(tǒng)涉及的電池基本或狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)、控制、電池均衡、SOC估算等功能的基本理論，具備針對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適電池管理系統(tǒng)的能力。2.問(wèn)題分析2.1能夠應(yīng)用工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別和判斷新能源材料與器件專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。課程目標(biāo)2：掌握實(shí)現(xiàn)鋰離子電池管理系統(tǒng)涉及的電池基本或狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)、控制、電池均衡、SOC估算等功能的基本理論，具備針對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適電池管理系統(tǒng)的能力。H3.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案3.1能夠針對(duì)新能源材料與器件領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，提出具體解決方案。課程目標(biāo)2：掌握實(shí)現(xiàn)鋰離子電池管理系統(tǒng)涉及的電池基本或狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)、控制、電池均衡、SOC估算等功能的基本理論，具備針對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適電池管理系統(tǒng)的能力。M課程目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的科技理念、工程職業(yè)操守與崗位責(zé)任感；培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立較高的人文科學(xué)素養(yǎng)和勞動(dòng)精神；培養(yǎng)學(xué)生在工作崗位上學(xué)習(xí)電池生產(chǎn)管理及電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域知識(shí)的自學(xué)意識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生為我國(guó)鋰離子電池組管理系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)而貢獻(xiàn)力量的使命感。注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配理論教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.鋰離子電池與電池管理系統(tǒng)（BMS）概述1.1鋰離子電池基本與狀態(tài)參數(shù)1.2鋰離子電池?zé)崾Э貦C(jī)制1.3單體電池間一致性與改進(jìn)措施1.4電池管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介教學(xué)要求：掌握鋰離子電池和電池管理系統(tǒng)的基本概念；掌握鋰離子電池的基本和主要狀態(tài)參數(shù)；掌握鋰離子電池?zé)崾Э貦C(jī)制；掌握電池管理系統(tǒng)對(duì)電池一致性差異的改善方法。重點(diǎn)：鋰離子電池的基本和狀態(tài)參數(shù)；鋰離子電池?zé)崾Э貦C(jī)制；電池管理系統(tǒng)的功能及分類。難點(diǎn)：鋰離子電池?zé)崾Э貦C(jī)制和單體間一致性及改進(jìn)措施。41、2、32.BMS相關(guān)模擬與數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2.1正弦量及其向量表示2.2電容與電感器的基本特性及應(yīng)用2.3二極管及其功能與特性2.4BJT晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、放大/開(kāi)關(guān)功能及其在電路中的應(yīng)用2.5MOSFET的結(jié)構(gòu)、工作原理及開(kāi)關(guān)功能2.6集成運(yùn)算放大器及其信號(hào)運(yùn)算與處理應(yīng)用2.7邏輯門電路及由其組成的觸發(fā)器2.8倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器2.9逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器教學(xué)要求：掌握關(guān)于BMS電路中基本電子元件和邏輯元件的功能與特性；掌握滿足BMS功能需求的各基本元件組合方式和原理。重點(diǎn)：電子電路中各基本元件的功能。難點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)各元件功能的基本原理。121、23.BMS關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量與熱管理3.1電池關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量：電壓、電流和溫度3.2鋰離子電池組的熱管理教學(xué)要求：掌握電壓、溫度、電流等電池關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量方法；掌握鋰離子電池組熱管理方法。重點(diǎn)：電池關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量方法；鋰離子電池組熱管理方式。難點(diǎn)：電池關(guān)鍵參數(shù)具體測(cè)量方法；熱管理類型和管理方式。31、24.鋰離子電池的等效模型及其參數(shù)辨識(shí)4.1電池模型概述4.2常用等效模型4.3模型參數(shù)辨識(shí)教學(xué)要求：掌握電池模型的基本概念；掌握常用電池等效模型種類；根據(jù)所構(gòu)建的等效電路模型進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的辨識(shí)。重點(diǎn)：電池常用等效模型的經(jīng)驗(yàn)方程構(gòu)建。難點(diǎn)：模型參數(shù)辨識(shí)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。31、25.鋰離子電池SOC估算方法5.1傳統(tǒng)的SOC估算方法5.2基于卡爾曼濾波（KF）的新型SOC估算方法教學(xué)要求：掌握SOC估算方法與特點(diǎn)；了解與掌握卡爾曼濾波法或其擴(kuò)展方法等新型鋰離子電池SOC估算方法。重點(diǎn)：基于卡爾曼濾波的新型SOC估算方法。難點(diǎn)：卡爾曼濾波算法的實(shí)施。41、2、36.鋰離子電池SOC估算實(shí)例6.1Matlab基本使用方法6.2KF的Matlab實(shí)現(xiàn)教學(xué)要求：掌握Matlab的特點(diǎn)、使用方法和語(yǔ)法規(guī)則；利用Matlab演示KF濾波。重點(diǎn)：掌握Matlab的語(yǔ)法規(guī)則和使用方法。難點(diǎn)：演示Matlab的KF濾波過(guò)程。21、27.電池組的均衡控制與充放電管理7.1均衡調(diào)節(jié)的意義7.2電池組均衡管理方式7.3均衡能量轉(zhuǎn)移策略7.4電池組充放電管理方法教學(xué)要求：掌握均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；掌握被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡電路的特點(diǎn)；掌握均衡能量轉(zhuǎn)移策略；掌握電池組充放電策略。重點(diǎn)：均衡電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；主動(dòng)與被動(dòng)均衡的實(shí)現(xiàn)方式；充放電管理策略的實(shí)施。難點(diǎn)：主動(dòng)和被動(dòng)均衡的實(shí)現(xiàn)；充放電管理策略的實(shí)施。41、2、3合計(jì)32五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授和課后作業(yè)為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力培養(yǎng)。使學(xué)生比較全面地理解鋰離子電池基本與狀態(tài)參數(shù)、熱失控成因、使用電池管理系統(tǒng)管理電池組的必要性，掌握電池管理系統(tǒng)的基本功能（例如電壓、溫度和電流的測(cè)量，電池均衡，熱管理等），掌握SOC估算方法等基本概念與相關(guān)理論。在掌握鋰離子電池基本特性和電池管理系統(tǒng)基本功能的前提下，使學(xué)生掌握根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適功能電池管理系統(tǒng)的基本方法。六、課程資源1.推薦教材：王順利等.新能源技術(shù)與電源管理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2019.2.參考書(shū)：（1）秦曾煌等.電工學(xué)(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2009.（2）董艷艷等.純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2017.（3）王青松等.鋰離子電池?zé)嵛ｋU(xiǎn)性及安全對(duì)策[M].北京:科學(xué)出版社,2017.（4）楊光明等.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)原理與檢修[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2019.3.期刊：（1）張照娓,郭天滋,高明裕,等.電動(dòng)汽車鋰離子電池荷電狀態(tài)估算方法研究綜述[J].電子與信息學(xué)報(bào),2021,43(7):1803-1815.（2）梁新成,張勉,黃國(guó)鈞.基于BMS的鋰離子電池建模方法綜述[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2020,9(6):1933-1939.（3）楊坤,雷洪鈞,肖博文,等.鋰離子電池?zé)崾Э貦C(jī)理分析與解決策略[J].江漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020,48(5):14-20.（4）張凱,趙鵬,王友仁,等.基于荷電狀態(tài)的鋰離子電池組主動(dòng)均衡控制[J].中國(guó)機(jī)械工程,2020,31(16):1931-1939.（5）劉小杰,張英,劉洋,等.鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)綜述[J].電池,2022,52(2):208-212.（6）WeiZB,ZhaoDF,HeHW,etal.Anoise-tolerantmodelparameterizationmethodforlithium-ionbatterymanagementsystem[J].AppliedEnergy,2020,268:114932.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）宋文吉.鋰離子儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)(BMS)關(guān)鍵技術(shù)[EB/OL].廣州:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所,2013[2013-12-27]./jgdy2016/kybm2016/201312/t20131227_4006648.html.（2）雷晶晶,李秋紅,陳立寶,等.動(dòng)力鋰離子電池管理系統(tǒng)的研究進(jìn)展[EB/OL].杭州:新能源網(wǎng),2016[2016-5-24]./tech/93531.html.（3）格雷戈里·普利特.新能源汽車電池管理系統(tǒng)BMS[EB/OL].美國(guó):科羅拉多大學(xué),2020[2020-3-23]./video/av98395542/.七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表3。表3課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)12（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂互動(dòng)討論情況進(jìn)行考核，滿分100分；（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?63階段測(cè)試12（1）根據(jù)每次階段測(cè)試情況單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次階段測(cè)試單獨(dú)評(píng)分，取各次測(cè)試的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)；（3）以階段測(cè)試成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√363作業(yè)16（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)；（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?82

期末考核60（1）卷面（開(kāi)卷）成績(jī)100分，以卷面成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)；（2）主要考核鋰離子電池?zé)崾Э貦C(jī)制、改善電池一致性的方法、電池各項(xiàng)基本參數(shù)的測(cè)定方法、電池模型及參數(shù)辨識(shí)、BMS基本功能與實(shí)現(xiàn)、電池?zé)峁芾矸绞?、電池均衡策略、SOC估算等內(nèi)容；（3）考核題型為：選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題、計(jì)算或論述題等。√√2436合計(jì)：100分36568八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、階段測(cè)試、作業(yè)、期末考試（開(kāi)卷）等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末試卷成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：期末試卷成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題、計(jì)算或論述題等類型，試卷中基本知識(shí)、基本理論、基本技能的試題分值不超過(guò)50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、階段測(cè)試、作業(yè)等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過(guò)程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表4。表4過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100＞x≥9090＞x≥8080＞x≥7070＞x≥60x＜60課堂表現(xiàn)30無(wú)缺課現(xiàn)象，積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問(wèn)題，準(zhǔn)確率大于90%。無(wú)缺課現(xiàn)象，認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于80%。無(wú)故缺課一次，參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于70%。無(wú)故缺課兩次，上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)。無(wú)故缺課三次以上，上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動(dòng)。階段測(cè)試30階段測(cè)試中的概念、思路清晰