Batterier- modellering, styrning och reglering
Battery Modeling, Management and Control

EIEN85, 7.5 högskolepoäng, A (Avancerad nivå)

Gäller för: 2025/26
Fakultet: Lunds tekniska högskola
Beslutad av: Programledning E
Beslutsdatum: 2025-03-27
Ikraftträdande: 2025-05-05

Allmänna uppgifter

Fördjupning: Avancerad nivå, kurs/er som inte kan klassificeras
Valfri för: E4-el, F4, F4-es, N4, W5
Undervisningsspråk: Kursen ges på engelska

Syfte

Syftet med kursen är att ge studenterna kunskaper om dimensionering och användning av batteriteknologi så att de har kunskaper och färdigheter att arbeta med batterisystem i olika tillämpningar. Lärandet omfattar en genomgripande förståelse av batteriteknologin med dess huvudprinciper, komponenter och verkningssätt.

Kursen bygger upp en förståelse för byggstenarna till ett effektivt batteristyrningssystem med skattning av variablerna laddningsstatus (SOC), hälsostatus (SOH) och effektstatus (SOP) samt termisk styrning för att åstadkomma en säker och effektiv drift.

Kursen ger studenterna verktygen för att designa och använda regleralgoritmer för batteridrivna system inom olika tillämpningsområden.

Lärandet består av föreläsningar, räkneövningar, simuleringsarbete och labarbete där simuleringar och laborationer är tätt kopplade.

Mål

Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten

• enskilt och skriftligt kunna redogöra för för de huvudsakliga principerna inom batteriteknologin, inkluderande elektrokemiska processer, batterikomponenter, mätning av driftvariabler och funktionsprinciper.
• kunna utveckla precisa matematiska modeller för batterier och kunna använda mjukvara för simuleringar för att analysera och förutsäga batteriers prestanda i olika driftsituationer
• kunna beskriva funktioner och komponenter i ett batteristyrsystem samt förstå mätningar, statusuppskattningar, termisk styrning och säkerhetsreglering för en effektiv drift
• kunna planera, organisera och utföra batteritestning samt analysera och presentera resultaten.
• kunna beskriva funktioner, komponenter och reglermetoder för olika batteritillämpningar.

Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten

• enskilt kunna använda simuleringsverktyg t ex MATLAB/Python, känna till optimeringsalgoritmer och kunna använda estimeringsmetoder för att skapa batterimodeller och analysera batteriprestanda.
• ha kompetensen att sätta upp regleralgoritmer och energistyrningsstrategier för batterier och deras tillämpningar.
• kunna tillämpa sina kunskaper och färdigheter på praktiska ingenjörsuppgifter relaterade till batteriteknologi.

Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten

• enskilt kunna diskutera och bedöma relevanta problem gällande batterimodellering, simulering, styrning och reglering.
• enskilt kunna presentera analyser om batterier både skriftligt och muntligt.

Kursinnehåll

Föreläsningar och räkneövningar

Batteriteknologi, komponenter och kemi: batterityper och tillämpningar, elektrokemiska processer i batterier, anoder, katoder och elektrolytmaterial.

Batterimodellering: batterimodeller (fysiska, krets- och hybridmodeller) elektrokemiska modelleringsprinciper, tekniker för parameteruppskattning, modellutvärdering.

Batteritest och karakterisering: metoder för batteritestning, utvärdering av batteriprestanda och degradering, impedansspektroskopi samt utvärdering och verifiering av modeller.

Batteristyrning: Funktioner och komponenter för ett batteristyrningssystem, skattningsmetoder för tillståndsestimering och tekniker (SOC, SOH, SOP och SOE), cellbalansering och skydd i batteristyrningssystem.

Termisk styrning och batteriladdning: Termisk karakteristik för batterier, termisk modellering av batterier, termisk rusning och säkerhet, laddningsstrategier och optimerad laddningsreglering.

Tillämpningar: Batteritillämpningar inom elektromobilitet, kraftsystem och distribuerade energisystem med förnyelsebara energikällor (sol, vind etc) kraftelektronisk styrning och energistyrningsstrategier för batteriapplikationer.

Simuleringsuppgifter och laborationer

1. Parameterkalibrering för batterimodeller med experimentella data.
2. Batteri SOC/SOH-skattning med Kalmanfilter eller AI
3. Nätanslutet batterisystem med kraftelektronik och transformator.

Kursens examination

Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5) - (Underkänd, Tre, Fyra, Fem)
Prestationsbedömning:

För slutbetyg fordras godkända laborationer och simuleringar. Individuell skriftlig tentamen (5 tim) av problemlösningstyp med insprängda teorifrågor vid kursens slut.

Om så krävs för att en student med varaktig funktionsnedsättning ska ges ett likvärdigt examinationsalternativ jämfört med en student utan funktionsnedsättning, så kan examinator efter samråd med universitetets avdelning för pedagogiskt stöd fatta beslut om alternativ examinationsform för berörd student.

Moduler
Kod: 0125. Benämning: Skriftlig tentamen.
Antal högskolepoäng: 5.0. Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5). Prestationsbedömning: Godkänd tentamen Modulen omfattar: Tentamen
Kod: 0225. Benämning: Laborationer och simuleringar.
Antal högskolepoäng: 2.5. Betygsskala: UG - (U, G). Prestationsbedömning: Godkända laborationer och rapporter. Modulen omfattar: Godkända laborationer och rapporter.

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: EIEN75 Kraftelektronik reglering och designprojekt, ESSF01 Analog elektronik, ESS030, ESSF20 Komponentfysik, ESSF50 Elenergiteknik (E, W) eller MIE012, EIEF35 Elektroteknikens grunder (M) samt FRT010, FRTF05 Reglerteknik allmän kurs eller FRTF11 Processreglering (W)
Begränsat antal platser: Nej

Kurslitteratur

• Plett, Gregory L: Battery management systems, Volume I: Battery modeling. Vol. 1. Artech House, 2015.

Kontaktinfo

Kursansvarig: Ferdinand Grimm, ferdinand.grimm@iea.lth.se
Hemsida: https://www.lth.se/iea/utbildning/valfria-kurser-i-lund