Battery System Modeling and Simulation

上海交通大学硕士研究生课程教学大纲

 

课程基本信息(Course Information

课程代码

Course Code

PE8611

*学时

Credit Hours

32

*学分

Credits

2

*课程名称

Course Name

(中文)电池系统建模与仿真

(英文)Battery System Modeling and Simulation

课程性质

(Course Type)

专业前沿课

授课语言

(Language of Instruction)

英语

*开课院系

School

中英国际低碳学院

先修课程

Prerequisite

电路分析、自动控制理论、电化学原理等及同等课程

授课教师

Teacher

韩伟吉

课程网址

(Course Webpage)

/

 

*课程简介

    在我国达成双碳目标的宏大愿景下,发展电池储能技术成为促进节能减排、推动绿色发展和升级产业结构的重要措施。电池储能锂离子电池系统已经大规模应用于手机、笔记本电脑、电动汽车、电网储能电站等各类设备的能量存储,这些都需要电池管理系统来维持安全和高效的运行。在电池管理系统研发和设计中,电池系统数学建模与仿真分析起到了重要的作用,因此成为本课程讲授和探讨的主要课题。本课程旨在帮助研究生掌握分析电池储能系统实时运行所需的建模工具,也可以为进一步研究电池管理系统各项关键功能打好基础。课程内容主要涉及先导知识回顾、电池单体等值电路模型、电池单体电化学模型、模型参数识别、多电池系统状态空间建模仿真、以及前沿应用案例分析。先导课程包括微积分、电路分析、自动控制理论、电化学原理等,及其对等课程。

* Description

Under the grand vision of achieving carbon peak and neutrality, developing battery energy storage technology has become an important measure to promote energy conservation and emission reduction, green development, and industrial structure upgrade. Lithium-ion battery systems have been widely used for energy storage in various devices such as mobile phones, laptops, electric vehicles, grid-level energy storage plants, etc., in which battery management systems are needed to maintain safe and efficient operation. In the research, development, and design of battery management systems, the mathematical modeling and simulation analysis of battery systems play an important role, and, hence, they become the main topics to be taught and discussed in this course. This course is designed to equip graduate students with necessary modeling tools for analyzing the operation of battery energy storage systems, as well as to lay a solid foundation for further study of key functionalities of battery management systems. The course content mainly involves the review of the prerequisite knowledge, equivalent circuit models, electrochemical models of battery cells, model parameter identification, state space modeling and simulation of multi-battery systems, and analysis of cutting-edge application cases. Prerequisite courses include calculus, circuit analysis, automatic control theory, electrochemical theories, or their equivalent courses.

课程教学大纲(Course Syllabus

*学习目标

(Learning Outcomes)

通过学习本课程,研究生预期掌握分析电池储能系统运行的基本建模和仿真工具,从各类电池单体模型到串并联电池系统状态空间模型,为进一步学习和研究电池管理系统的各项关键功能奠定基础。

*教学内容、进度安排及要求

(Class Schedule

& Requirements)

 

章节

主要内容

预估周数

教学与评价

  1. 电池储能系统概述

综合介绍各类电池储能系统及应用场景

 

1

课堂授课

 

  1. 先导知识回顾

必要的电路分析、自动控制等理论

3

  1. 电池单体等值电路模型

主要理论推导、建模编程

1

  1. 模型参数识别及仿真分析

介绍常用的模型参数识别方法并开展建模仿真分析

2

  1. 电池单体电化学模型

主要理论公式、数学建模及仿真分析

2

  1. 多电池系统建模仿真

串联、并联及多层次混合连接系统的模型建立及仿真分析

2

  1. 前沿研究案例介绍分析

通过应用案例介绍电池系统状态估计和电量均衡等的基本研究思路

2

  1. 文献报告

前沿文献总结以及课程设计选题

1

书面和

口头报告

  1. 课程设计

课程设计研究课题汇报

1

书面和

口头报告

  1. 期末考试

考察基本概念、理论和建模分析方法

1

纸笔考试

 

*考核方式

(Grading)

考核共计约4次课后作业、1次文献报告、1次课程设计、1次期末考试分别占比30%10%30%30%。分数等级划分如下:90~100=A ~ A+; 80~89=B~ B+; 70~79=C~ C+; 60~69=D~ D +; 0~59=F.

*教材或参考资料

(Textbooks & Other Materials)

美国科罗拉多大学Gregory L. Plett教授的两门开源课程:

ECE5710: Modeling, Simulation, and Identification of Battery Dynamics (uccs.edu)

ECE5720: Battery Management and Control (uccs.edu)

其它

More

 

备注

Notes