純電動汽車動力電池實訓教學臺架設計

陳曉鵬 張京京 陳享姿

摘 要：文章闡述了純電動汽車動力電池及管理系統實訓教學臺架設計的意義與設計思路，此實訓教學臺架可模擬純電動汽車動力電池及管理系統的工作情況，通過模擬演示和故障設置檢修的過程使學生理解各個系統的組成結構和工作原理。設計中主要完成教學臺架的結構設計、布局、元器件和調試等工作。

關鍵詞：純電動汽車;動力電池;教學臺架;故障設置盒

Abstract： This paper expounds the significance and design ideas of the training teaching platform design of the pure electric vehicle power battery and management system. The training teaching platform can simulate the work of the pure electric vehicle power battery and management system. Through the process of simulation demonstration and troubleshoo -ting， students can understand the composition structure and working principle of each system. In the design， it mainly completes the structure design， layout， components and debugging of the teaching platform.

Keywords： Blade electric vehicles; Power battery; Teaching platform; Fault setting box

引言

隨著新能源汽車的快速發展，市場保有量的不斷的增加，新能源汽車維修人才需求不斷擴大，培養一批能夠從事新能源汽車檢測維修的高素質技術技能型人才成為迫切解決問題。面對這種情況，各高等職業院校紛紛開設新能源汽車技術專業，設置針對新能源汽車維修的專業課程[1]，其中《動力電池及管理系統檢修》為新能源汽車技術專業核心課，主要涉及動力電池及管理系統結構原理的講解、故障的檢測、維修技能的學習。課程實施過程中需要使用動力電池及管理系統實訓教學臺架，若無實訓教學臺架，只進行課堂的純理論教學，容易導致課堂教學枯燥乏味，學生毫無興趣，對于學生掌握動力電池及管理系統理論知識和實踐技能而言是十分不利的。因此，在新能源汽車技術專業建設發展時期，高等職業院校需要針對動力電池及管理系統的理實一體化教學臺架。

1 教學臺架的現狀和研究意義

目前市場上一些企業針對動力電池及管理系統教學臺架進行研究，通過網絡調研，對市場上現有的動力電池及管理系統教學臺架從價格、性能、功能等方面分析，目前教學臺架功能單一，主要針對動力電池及管理系統的原理、概念進行設計，可進行一定程度上操作，但學生動手實踐操作空間有限，對學生的吸引力不夠，不能有效激發學生上課激情。現有動力電池及管理系統教學臺架故障設置功能為廠家固化設置，學生不能進行創造性的故障嘗試、調試，驗證特有的故障現象的功能。

針對上述問題，設計一種操作性強，可以真實反應動力電池及管理系統組成、組裝、工作原理，且能模擬純電動汽車動力電池及管理系統不同故障的教學臺架。課堂教學中通過項目化、任務驅動方式教學，配合教學臺架使用完成理實一體化課堂，激發學生課堂學習激情，使學生在實踐操作的基礎上能夠更好的理解動力電池及管理系統的結構與原理[2]。

2 教學臺架設計

2.1 整體設計

動力電池及管理系統教學臺架以市場上知豆301純電動汽車的動力電池及管理系統為參考對象，結合本校實際教學資源進行開發和設計。該教學臺架主要適用于高等職業院校新能源汽車技術專業核心課—動力電池及管理系統理實一體化課堂教學，能實現了理論與實踐深度融合[3]。

（1）設計方案

純電動汽車具有“三大電”—動力電池、驅動電機、高壓控制系統，其中動力電池作為整車的能量來源，為車輛提供高壓電，具有高壓危險性。在進行動力電池及管理系統教學臺架設計的過程中，安全考慮為重中之重，針對此問題，在動力電池實踐操作過程中，嚴格依據標準規定對動力電池采取絕緣措施，對實操人員進行安全防護，有效保護實操人員的安全。

教學臺架可以進行組裝和拆解，學生能夠使用提供的教學臺架部件，根據知豆301C動力電池及管理系統電路圖和維修手冊，進行動力電池及管理系統組裝，通過添加模擬負載和充電系統，從而組成完整的放電和充電系統。

教學臺架架體采用輕質鋁合金制成，美觀、堅實、耐用，臺架底部采用自鎖萬向輪進行支撐，可實現教學臺架根據課堂教學需要移動和固定。

（2）設備選型

教學臺架中部件選型大部分采用知豆301C拆車零部件，包括單體電池、電池管理系統、接觸器、高壓保險絲、充電機、儀表、基于原車線束改裝的信號線束，教學臺架整體布局在原車動力電池基礎上進行適當改裝，以方便課堂教學中學生操作[4]。

考慮到使用過程中動力電池放電問題，教學臺架具有車載充電機，在電量消耗到一定程度后，能夠實現電量的補充。

（3）實訓臺架電路圖設計[5]

教學臺架的電路原理圖在知豆301C動力電池及管理系統基礎上改進繪制而成，添加信號線束中間插頭和故障模擬盒圖標，通過此種改進可以準確定位設置故障位置。電路原理圖繪制準確、清晰，可以清楚直觀地表明單體電池、電池模組、高壓保險絲、電池管理系統弄等各部件的位置、連接關系，信號走向等。

2.2 教學臺架故障設計[6]

教學臺架設計過程，動力電池管理系統信號線束使用自主設計的信號線束，具有中間插頭，該插頭可斷開，連接移動故障設置盒，通過改變故障設置盒的位置，可以實現動力電池管理系統全部信號線故障設置，從而達到實現故障模擬、調試、驗證的功能。

故障設置以穩定的、實車發生故障為基礎，主要為傳感器、信號控制線故障，簡單易操作，且具有代表性，能夠滿足課堂教學的要求，故障設置盒留有測量端口，可以利用萬用表、示波器、等進行檢測、分析和排除。

故障設置盒為手動設置和手動復位故障方式，故障設置盒中通過撥碼開關實現信號線、電源線、搭鐵線、控制線、通訊線等線路的故障設置，元器件故障可通過更換保險絲盒內部元器件進行設置。

3 教學臺架的功能

3.1 基本功能[7]

（1）部件認知

對知豆301C純電動汽車動力電池及管理系統部件的基本認知。

（2）原理展示

結合電路圖和實際拆解、組裝操作，更好展示動力電池及管理系統的工作原理。

（3）設置故障

采用故障設置盒，采集原車常見故障點和故障現象，模擬實際情況。

（4）檢測功能

通過故障設置盒測量點，可進行非故障條件下和故障條件下信號測量功能。

（5）組裝與拆解

使用提供的動力電池及管理系統的部件，完成教學臺架的組裝、調試功能，掌握動力電池及管理系統部件功能、控制邏輯，理解動力電池及管理系統工作原理。

3.2 故障檢修功能

動力電池及管理系統教學臺架通過動力電池及管理系統自主設計線束和故障盒進行故障設置，通過非故障條件下數據采集，結合故障條件下測量數據，可完成動力電池及管理系統故障排除功能。由于管理系統控制線、信號線、電源線、搭鐵線等各類線束均設置中間插頭，通過斷開中間插頭，接入故障診斷盒，可是上述線束全部故障設置。

4 總結

考慮高職學生特點，理論學習興趣不高，動手操作興趣較強特點，結合動力電池及管理系統教學臺架課堂教學的實際需求，以提高學生操作性、實踐性為出發點，設計了純電動汽車動力電池及管理系統教學臺架，挑選優秀學生協助進行了臺架的設計與制作工作，通過教學臺架研發，教師和學生均提高理論水平和實踐技能，達到教學相長的目的。該教學臺架能夠滿足高等職業院校學生理實一體化課堂的需要，但仍存在不足和需要改進的地方。

參考文獻

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[3] 陳靜.基于BCM控制的汽車燈光系統故障診斷臺架的研制[J].汽車實用技術.

[4] 靳聰，郭強，侯學軼，蔣海波.智能網聯車輛技術及相關測試方法分析[J].汽車文摘，2019（10）：51-58.

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[6] 孫虎，韓奇光，宋鑫鑫，張暢，王帥，石順.一種電動汽車直流充電教學臺架的研制[J].內燃機與配件，2020（03）：256-257.

[7] 賈志濤.汽車電氣實訓臺的設計與研究[J].工業設計，2017（07）：130- 131.