储能科学与工程实践教学体系建设方案 （锂电池储能方向）

一、储能专业设置背景

（一）世界能源格局剧变

国际能源署在《世界能源展望》年报中阐述全球能源格局的变化。自2016年起，能源电气化逐步成为全球能源格局的主体，这就使全世界以热能利用为主体的能源格局正在悄然转变。能源供给侧逐步多样化，清洁能源逐步成为能源供给的重要组成部分。能源应用侧逐步电气化，智能电力应用已经改变了能源应用侧的基本模式。电气化使能源传输侧变得更加便捷，煤炭、石油的长距离运输正逐步被电力传输所代替。

能源电气化的影响对智能电力提出了更高的要求，结合以风力发电和光伏发电为代表的 新能源发电的间歇性特点，网侧和末端的储能应用被提上日程。储能系统的大规模应用正伴 随着能源电气化和智能电网建设的脚步逐步进入到全球能源格局中，逐步成为全球能源格局的重要元素。

（二）我国“十四五”能源规划

我国在“十三五”期间大力推动新能源建设和智能电网建设，但是受到资源分布的地区差异、能耗地区差异和电网建设之后等因素的影响，“弃风弃光”现象称为新能源发电的常态。结合新能源发展的不均衡因素，国家“十四五”能源规划中对能源发展提出了新的规划， 主要体现在清洁化利用、包容式发展、多能互补和分布式发展四个方面。

在多能互补要求中，尤其强调了建立以储能为核心的多能互补能源体系。建立适合电网体系的多能互补模式是对能源清洁化利用、分布式发展和包容式发展的有力保障。通过合理的政策引导和经济支持，配套建设电网侧和用户侧储能系统，为清洁能源发展提供有力的技术支撑与保障。

（三）发展储能专业的提出

2010年教育部为配合国家战略新兴产业的发展，提出建设新能源科学与工程及新能源材料与器件等专业。经过近十年的建设，目前新能源专业发展迅速，开设专业院校达到200所，本科生在校生规模达到50000人。但是新能源专业的提出涵盖内容宽泛，没有与产业形成很好的衔接，这在一定程度上限制了专业教育的发展。

结合国家“十四五”能源发展规划和储能产业的飞速发展，教育部、国家发展改革委、 国家能源局联合印发了《储能技术专业学科发展行动计划（2020—2024年）》的通知，旨在 加快培养储能领域“高精尖缺”人才，增强产业关键核心技术攻关和自主创新能力。

（四）储能专业设置的必要性

储能产业和储能技术作为新能源发展的核心支撑，覆盖电源侧、电网侧、用户侧、居民侧以及社会化功能性储能设施等多方面需求。当前，世界主要发达国家纷纷加快发展储能产业，大力规划建设储能项目，加强储能产业人才培养和技术储备，抢占能源战略突破高点。

传统高等教育人才培养体系中，人才培养以学科为基础，与产业衔接不紧密，这就导致 高校毕业生在进入行业工作必须重新进行行业知识学习，这在一定程度上造成了教育资源的浪费。以储能产业、人工智能等新兴产业是对多学科的综合融合，很难在一个学科体系中掌握全部知识体系。

以储能产业为例，行业涵盖电化学储能、储热、抽水蓄能、制氢储氢等多种应用类型， 涉及化学、动力工程及工程热物理、电气工程、材料科学与工程、水利工程等多个学科专业， 这就严重限制了适应行业发展的人才培养体系建设。建立面相产业应用的学科体系和高校专业势在必行！对目前产业化明确的储能形式进行分析，以行业应用环节为出发点，建设储能 科学与工程、储能工程与控制技术两个本科专业。

储能科学与工程涵盖电化学储能正负极材料、隔膜材料、制氢材料、氢燃料电池材料、相变蓄热材料、储热材料等产业应用，培养学生具备储能相关材料的开发、制备、测试与特种设计能力。储能工程与控制技术专业涵盖锂 电池储能系统及应用、超级电容储能应用、氢燃料电池系统应用、压缩空气储能应用、熔盐 蓄热及跨季节储热应用等形式，培养学生结合应用场景需求完成储能系统设计与应用的能 力。

按照储能行业应用环节进行分类，储能科学与工程、储能工程与控制技术两个专业培养的学生能够迅速进行到储能行业相对应的加工制造业和工程应用两个环节中，为行业的全面发展提供有力的人才保障。

二、储能专业与实践教学条件建设

（一）储能专业建设思路

储能科学与工程专业作为面向应用而开设的专业，因此专业建设顶层设计必须打破固有 高等教育建设思路，主要体现在以下几个方面：

1、打破传统学科壁垒：传统专业建设是在学科知识体系框架下开展的，按照知识从易到难的体系开展，最终寻找适合学科知识体系的应用场景。此方式的核心在于教师传授知识内容，适合开展大规模教育，可以进行快速复制，但无法与产业形成无缝对接。储能产业快速发展主要依赖于其多场景适用的特点，这就导致无法把储能应用定义在哪个学科范围之内。如果储能材料专业人才完全按照材料学科人才培养体系开展，那在储热材料的热计算、电化学储能的电气设计等方面就无法实现很好的知识支撑。因此建设储能科学与工程专业必须打破学科知识体系壁垒，实现多学科知识的融合。

2、以应用场景为导向：储能科学与工程专业培养人才以解决实际工程问题为主导，要将基础知识和应用场景紧密结合。在设立课程体系时必须明确每部分知识对应用场景工程问题的支撑度，建立知识体系与实际工程问题的关系矩阵。

3、教研一体，以研促教：传统的教学是以教促学，传统的科研是理论重于实践。在新行业的发展条件下，必须将教学、科研与实际工程相融合。通过科研详细剖析应用场景，提出适合教学模式的工程问题，培养学生在学习过程中即开展应用型科研开发。

4、以项目为基础，以设计为核心：新专业建设强调应用场景，这就对实践教学提出了新的要求。传统的实践教学内容重验证，轻思考，这就导致实践教学无法有力支撑教学目标的达成。在新体系中，加大实践教学比重，并在实践教学过程中将项目应用融入其中，锻炼学生基于应用场景剖析工程问题和团 队解决实际工程问题的能力。

通过实践教学体系的建设，让学生逐步意识到工科专业的核心，掌握工科专业的精髓，将理论与实际相结合，在工程中运用知识，逐步培养解决复杂工程问题的能力。国家主流产 业正在大力执行“走出去”战略，工科人才是国家主流产业“走出去”的基石，在教学中将 解决复杂工程问题能力与国际技能鉴定相结合，培养复合型“国际化”工科人才。

（二）储能专业人才培养目标

储能形式复杂多样，包括存储热能、存储电能、存储势能、存储动能等，结合国内储能技术的现状与综合发展，本专业将锂离子电池储能作为专业人才培养方向，培养适合新能源产业、高端装备制造业等核心产业需要的人才。具体培养目标如下：

表 1、储能专业毕业生岗位目标

结合目前储能产业发展特点及高校的办学实际，确定学生毕业后经过5年左右的实际 工作，能够达到以下目标：

1、知识运用：理解储能科学行业的发展目标、产业现状、核心技术走向及动态，充分熟悉锂离子电池及电化学储能系统在电动汽车及电力储能行业的系统应用，能够运用数理、工程基础知识及储能专业知识，对储能材料、电芯、储能电控及储能系统产业中的开发、工艺、测试及设计调试岗位中的复杂工程问题进行系统性分析，并提出解决方案；

2、工程能力：能够运用现代工具及储能相关专业知识，开展储能电池的研发、设计、测试与应用工作，能够在储能行业从事储能电池及储能系统的开发、设计等工作；

3、综合素质：具备工程师的专业素质和社会责任感，坚守职业道德规范，在工程实践 中坚持公众利益优先，综合考虑法律、环境和可持续发展等因素；

4、职业发展：具备健康的身心和良好的人文素养，拥有团队协作精神、有效沟通和表达能力，能够作为技术骨干在工作中发挥作用；

5、终身学习：拥有终身学习和自我完善的能力，具有一定的国际化视野，能够通过工程实践及继续教育等方式继续提高专业素养和自身素质。结合工程教育认证要求，面向储能材料、锂电池封装、电动汽车及电力储能产业，将人才培养毕业要求进行细化，具体培养要求如下：

表 2、储能专业毕业目标

（三）储能专业核心课程设置

结合OBE理念和储能产业发展特点，储能科学与工程专业将锂电池的综合研发与应用作为本专业的发展核心理念，课程和人才培养涵盖锂电池的材料、封装与应用的全产业链。

图 1 、储能专业核心课程覆盖内容

储能科学与工程专业的专业设置必须具备广泛的行业覆盖，课程内容方面设计到储能材料、电池封装、电控装置和储能系统。结合各个产业环节的特点，将岗位进行分类，设计研发、工艺、检测和设计调试四项内容。

图 2 、储能产业核心岗位分类

在OBE和CDIO理念的指引下，以工程教育认证为准绳，课程设置紧扣目标教学需求，强调以学生为中心，以产出为中心，构建符合岗位能力要求的专业课程体系。

表 3 、储能科学与工程专业课程体系表

结合储能产业的发展特点，储能核心岗位需求和教学实际要求，将本专业设置为“一专 业两方向”的教学模式，共用专业基础课和专业主干课，通过设置不同的专业方向课和实践 教学体系开展专业方向教学。具体课程设置及与毕业要求关系矩阵如下：

表 4、储能专业课程设置与毕业要求关系矩阵

（四）实践教学体系建设思路

高校本科阶段的实践教学体系包括课程实验、认知实习、金工实习、工厂实习、课程设计、创新创业、毕业实习、毕业论文/设计等环节。目前在各高校新能源专业的实践教学中， 实践教学体系存在的问题较多，主要包括以下几个方面：

1)实践教学各环节关联度不足，甚至存在完全独立的状态；

2)实践课程与理论课程关系不明确，以至于某些实践内容没有理论支撑；

3)实践教学形式化严重，与实际工程关联度不足；

4)选购的实验设备主要针对课程实验，导致课程设计、创新创业、毕业设计等实践环节的实验支撑度不足；

5)学生对专业相关的设备与软件的了解较少，对工程现场的操作规范与运行规程等内容了解较少；

6)课程设计内容不丰富，毕业论文/设计的质量较差。

基于目前国内储能专业实践教学环节存在的问题，海瑞克结合多年高校实践教学经验与实验室建设经验，与华北电力大学、福建师范大学等多所高内知名高校共同开发“基于工程 思维+产品思维训练的储能工科实践教学体系”，不仅实现理论与实践的一体化设计，还将课程实验、认知实习、课程设计、双创活动、科研提升与毕业论文进行工程化贯穿，以实际工程项目或产品开发作为一体化实践教学的主线，将与专业相关的理论知识与实际工程项目相 结合，锻炼学生的设计、开发、调试与测试的能力。此外，在实践过程中锻炼利用综合知识 解决复杂工程问题的能力。

“基于工程思维+产品思维训练的新能源工科实践教学体系”（以下简称“双思维训练体系”）是围绕工程思维训练与产品思维训练而开发的教学体系，配合国际化人才战略，培养能够解决复杂工程问题的国际化新能源储能人才。我国“新工科”建设的核心内容在于培养学生解决复杂工程问题的能力，这对工科教育提出了很高的要求，“双思维训练体系”将复杂工程问题进行阶段化分级。

图 3 、“双思维训练体系”解决复杂工程问题阶段分级

**级：认知工程阶段，通过认知实习阶段开启储能工程的基础认知，将专业知识体系 进行串联，掌握储能工程的设计、施工、调试、维护体系与新能源产品的可行性研究与开发思路。

第二级：解决简单工程问题阶段，在课程设计阶段开始进行小规模、简单结构的工程仿真，并分析其中工程问题，找到具有可操作性的解决方案。此类简单工程问题的解决可运用 到创新与创业活动中。

第三级：解决复杂工程问题阶段，在科研提升阶段对复杂工程问题进行系统分析，在生产实习过程进行数据采集与方法验证，探寻解决复杂工程问题的思路，最后将所有结果提炼，在毕业论文中进行展示。

“双思维训练体系”将理论课程、课程实验、认知实习、课程设计、创新创业、科研提升、生产实习与毕业论文进行统一整理，并结合国际认证的辅助，构建一体化思路。

图 4、“双思维训练体系”结构示意图

（五）“双思维训练体系”构建范例

“双思维训练体系”的核心是以实际工程项目或产品开发作为实践教学的主线，以解决行业复杂工程问题为目标，反推能力需求。根据能力需求确定毕业目标，以此确定毕业论文/设计的题目大类。在学生进入到专业课阶段及开始明确毕业论文方向，反向确定生产实习、课程设计等一系列课程配置。所有方向的实践能力需求都需要在课程实验和理论教学中给予支撑。

海瑞克在进行基础产品开发和工程建设的同时，提早进入到新能源专业的实践教学体系建设中。经过几年探索，已取得部分实际案例，下面进行简单阐述。

1、光伏组件方向案例

光伏组件是新能源专业知识体系中重要的组成部分，结合行业能力需求，在毕业论文题目组中设计一个与光伏组件相关的题目。海瑞克公司与高校配合设计一系列工程化题目或产 品化题目作为毕业论文题库。

图 5、光伏组件方向案例内容示意图

海瑞克结合在光伏发电项目中遇到的功率预测误差较大的问题，提出对温度因素进行独立分析，并将其录入“双思维训练体系”毕业论文题目库。对毕业论文题目进行分析，有明确的能力需求，每个能力需求都可以分解到相应的理论课与课程实验中。这样围绕“光伏发 电功率预测误差较大”这一复杂工程问题进行深度挖掘，阐明基础重要性，在提升阶段为论文题目做基础理论模型建立，开拓阶段进行系统实验，应用阶段进行结果验证，这样在内容提炼时就有足够的实验与理论内容支撑，保证论文质量。通过此体系尝试之后，学生收获颇丰，并在此过程中养成良好的科研习惯与分析解决问题的能力。

2、智能微电网方向案例

智能微电网作为新能源应用的重要载体，近些年也成为各高校在教学内容中关注的重点， 在实验室的投入方面对微电网的投入极大。但是针对微电网一直没有形成完善的教学体系， 特别是与工程实际的结合、教材支撑等方面存在问题较多。海瑞克公司结合多年微电网项目经验，在微电网领域建设了诸多示范项目及应用案例，在这其中也遇到诸多工程问题，其中以电气设计、电力电子、系统匹配、控制策略等方面问题较多。结合教学实际，海瑞克公司   选取部分操作性比较强的复杂工程问题进入“双思维训练体系”毕业论文库，依据复杂工程问题解决思路，以工程思维和产品思维为主线，以毕业论文为核心进行反向教学体系构建。

海瑞克在智能微电网项目的应用中遇到大量的系统功耗问题。在现有主流多功能微电网的拓扑结构下，交流母线为功率的主承载线路，所有功率器件均需与交流母线进行交互。但是光伏、储能和电动汽车直流充电桩均是直流设备，再通过交流母线进行交互就会带来大量的能量消耗。如果要将系统母线转换为纯直流结构，需在设备开发和控制机理上进行深入开发。

基于此类复杂工程问题，海瑞克将复杂工程问题进行分解，分步骤、分方向在学生毕业论文中进行体现。在本论文题目中，学生经过近两年的前期资料整理、算法验证、初设、样机、功率测试、环境测试等环节，完成3kw纯直流光储充一体化控制器的开发，并且实现算法通用。该组学生进入研究生阶段继续开展直流光储充方向的研究。

图 6、智能微电网方向案例内容示意图

三、“双思维训练体系”硬件条件建设

实践教学体系的建设需要与理论课程紧密结合，还需要有良好的硬件条件作为支撑。“双思维训练体系”将实践教学内容进行分解，明确实践教学每个环节需要配备的硬件条件，从而实现认知实习、课程实验、课程设计、创新创业、科研提升和毕业论文的一体化贯穿式教学体系。

结合课程要求和产业要求，实验硬件条件的建设要完全按照工程教育认证的要求来建设，既要符合产业化的要求，能够与产业无缝对接，又要符合教育的需求，做到足够高的开放度。

（一）电池材料制备与电池封装实验室

随着新能源产业的发展，储能逐步成为其中非常重要的环节。锂离子电池作为目前最为主流的储能方式，其应用场景复杂多样，近些年的需求量也与日俱增。在“双思维训练体系”中，锂离子电池相关的课程设计内容按照产品思维训练的方式开展实践教学活动。

课程设计阶段，以组为单位开展锂离子电池的封装工作，每组学生分别完成软包电池、 柱状电池和纽扣电池的封装工作。

（二）锂电池测试实验室

储能科学与工程专业人才培养体系中，测试技术的人才培养是整个人才培养环节中非常重要的内容。随着储能应用的广泛性的提升，生产和应用环节对测试技术的人才需求都有大幅度提升，因此本方案也将锂电池测试实验室作为重要的硬件条件来建设。锂电池测试实验室以国家标准作为建设依据，具体覆盖的标准目录如下：

结合目前国内锂电池标准和学校建设实际情况，本实验室从锂电池材料、单体电池、电池系统三个方面开展元素测试、电性能测试、环境性能测试和安全性能测试与研究，具体配置情况如下：

（三）锂电池储能系统实验室

锂电池储能系统具有广泛的应用场景，包括电力储能、电动汽车、电动自行车等，开展锂电池储能系统的设计和开发就显得格外重要，因此培养学生开发和设计锂电池储能系统的能力就成为应用型人才培养的重要能力。

锂电池储能系统实验室是及单体电池基本性能测试、电池焊接、BMS连接、参数设定与系统综合测试为一体的实验室。经过本实验室的实验，学生具备定制开发锂电池储能系统的能力。

（四）储能电控开发实验室

储能电控包括BMS和储能电源两部分，在储能系统中占据非常重要的地位，特别是在电动汽车和电力储能系统中，电控部分是保障储能系统正常运行的关键。鉴于标准电控系统 具有高压、大电流等特点，因此完全按照工程实际建设教学实验室不太现实。本实验室的建设就充分考虑到教学实际，通过仿真加实物的方式完成开发任务。

储能电控开发实验室主要面向BMS和储能电源，培养学生储能电控部分的开发和测试能力，通过实物+仿真的方式培养学生掌握电控设备的工作原理、开发流程和测试方法。

储能电源开发与仿真实验平台中配套实验套件内容介绍如下：

（五）电力储能综合应用实验室

随着“碳中和”目标的提出，中央明确要建立“以新能源为主的电力系统”，这就对储能系统提出了更高的要求，储能系统将在整个电力系统中占据重要的作用。储能电源作为电力电子电源，在电力系统中与传统的刚性电源有较大差异，因此研究新型电力储能的接入与控制策略是储能专业学生必须具备的基本能力。

结合教学实际，电力储能通过微电网的形式呈现，主要培养学生认知电力储能的工作方式及配有大量储能的新能源电力系统的调试能力。

实现能力目标：

1、掌握智能微电网电气结构设计与仿真；

2、掌握微电网的通讯系统设计；

3、掌握微电网常见控制策略的执行方式；

4、掌握微电网的常见故障调试方法。

四、公司简介

泰克科技作为全球知名电子测量仪器制造商，一直致力于新技术在国内高等教育的应用与拓展。泰克科技与教育合作伙伴北京海瑞克科技发展有限公司共同拓展全新的教育领域。北京海瑞克科技发展有限公司成立于2010年，是由多位海外归国留学人员创立的高科技公司。自公司成立以来，公司一直致力于新能源产品的开发和应用，目前已经在模块化储能、新能源电力电子、智能微电网等方面取得了重大进展。

技术是科技发展的核心资产，但培养行业领军人才也是海瑞克的核心理念。公司在注重技术发展的同时，不忘初心，将产业技术与高等教育相结合，努力将产业应用带到高等教育产业中。结合海瑞克技术产品领域，公司技术专家开发符合新能源、储能、电力、半导体产业特色实验平台，将其与高等教育人才培养相结合，形成了**特色的产品体系。

创新是企业发展的基石，海瑞克不断开拓产业新技术，引领产业育人新风向，依靠创新 拓展公司发展新局面。

图 7、海瑞克科技证书

海瑞克作为国家高新技术企业，国家科技型中小企业，瞪羚企业，中关村创新示范企业， 将围绕创新深入工作，在核心领域内探寻新的天地。

图 8、海瑞克知识产权证书

创新是企业发展的原动力，海瑞克在开拓发展的同时注重知识产权的保护，目前已取得专利近50项，软件著作权逾70项。海瑞克的创新成果和知识产权积累得益于常年高比例的研发投入，并承担了科技部、农业部、北京市科委的多项重点研发项目。

海瑞克还将研发内容与教学内容相结合，积极参与到工科人才培养中，运用自己的专业能力开创全新的教学成果。通过深入校企融合，海瑞克 积极承担高校授课任务，并与高校合作申报教学成果奖，目前已取得多项省级教学成果奖， 深度践行“产学合作，协同育人”。

图 9、海瑞克 2017 年教学成果特等奖证书

图 10、海瑞克 2021 年教学成果特等奖证书

继往开来，开拓进取。海瑞克将进一步深化“扎根能源，科研引领，校企融合”的宗旨， 加强与高校在科研与人才培养方向的深入合作，共建教研一体化育人体系，开拓全新育人新局面！

文章版权属于泰克所有