實驗教學平臺在新能源汽車教學中的應用

摘 要：隨著現(xiàn)代社會不斷進步，大部分學科領域都在向前不斷發(fā)展。但在實際教學中，傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)很難達到良好的教學效果。因此，通過實訓教學可以深化對理論知識認識的程度，幫助學生更好地掌握知識點。本文從實驗教學平臺在新能源汽車教學領域中的應用出發(fā)，分析了實訓教學的重要性，也對實驗教學平臺在新能源汽車教學中的不足之處提出了合理的改善措施。

關鍵詞：實驗教學平臺 新能源汽車 教學應用

Abstract：With the continuous progress of modern society， most subject areas are moving forward. However， in actual teaching， it is difficult for the traditional teaching mode to achieve good teaching results. Therefore， through practical training， we can deepen the degree of understanding of theoretical knowledge and help students better grasp the knowledge points. Starting from the application of experimental teaching platform in the field of new energy vehicle teaching， this paper analyzes the importance of practical training teaching， and also puts forward reasonable improvement measures for the shortcomings of experimental teaching platform in new energy vehicle teaching.

Key words：experimental teaching platform， new energy vehicles， teaching applications

1 實驗教學平臺在新能源汽車教學中的應用背景

隨著資源危機和環(huán)境保護問題的日益加劇，目前傳統(tǒng)汽車在發(fā)展制造過程中面臨著嚴峻的考驗，為了更好地落實節(jié)能減排的發(fā)展理念，新能源汽車漸漸進入大眾視線，在此過程中離不開新能源汽車相關實用型技術人才的培養(yǎng)。新能源汽車在未來的競爭中更有優(yōu)勢，短期內(nèi)新能源汽車發(fā)展將以混合動力汽車為主，中長期將以純電動汽車為主，未來存在需求量增加的趨勢。新能源汽車的出現(xiàn)也是時代進步的標志，也體現(xiàn)著生產(chǎn)技術更加智能化，同時新能源汽車是低碳經(jīng)濟理念下的環(huán)保產(chǎn)物，促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

許多學校開設了新能源汽車技術等相關專業(yè)，屬于工程實踐學科，培養(yǎng)模式分為理論教學和實訓教學，分期授課，實訓也是對理論的一個檢驗，是培養(yǎng)新能源汽車研究領域人才必不可少的環(huán)節(jié)，同時實訓的進展離不開實驗室建設。實訓室建設受多種因素共同制約，比如場地條件、經(jīng)費有限、實訓儀器占用等問題，嚴重影響了實訓教學效果。

2 實驗教學平臺在新能源汽車教學中的應用優(yōu)勢

實訓教學可有效提高學生們的團隊學習探究能力和參與動手實踐的主動性，克服以往授課模式中理論與實踐無法聯(lián)系的弊端。在新能源汽車實訓教學中，學生圍繞使用新能源和減少汽車尾氣排放的熱點問題展開探究，探索的主動性和積極性促使他們查找對應的文獻和書籍，將現(xiàn)實問題分析透徹，與實訓伙伴互相協(xié)調合作，逐漸引導自己不斷深入研究。

利用實訓教學可以改善學生的學習現(xiàn)狀，優(yōu)化教學效果。課堂理論教學可以快速全面地講授基本概念及信息，按部就班完成教學計劃，但教師和學生互動較少，學生全程覺得枯燥乏味，阻礙了學生的思維延伸。近年來實訓教學愈來愈受重視，已普及其他眾多學科，其中也包括新能源汽車教學。學生通過在課堂上的聽講，課后認真研讀教材并及時完成老師布置的作業(yè)，已經(jīng)對新能源汽車有了理論認識，但沒有通過實踐對這些理論知識進行進一步的認識，課堂上老師的授課讓學生對新能源汽車實踐操作產(chǎn)生濃厚的興趣，對以后積累新能源汽車實踐操作經(jīng)驗很有幫助。

實踐教育的根本目標就是要充分挖掘每個學生的潛能，整個過程旨在培養(yǎng)學生動手、動眼、動腦的能力，通過老師的引導，學會循序漸進，學生利用自己的想法，通過對身邊實際問題的理解，自行設置實驗方案。老師通過實踐教學，不僅可以培養(yǎng)學生的興趣愛好，激發(fā)他們的求知欲望，使學生對學習產(chǎn)生興趣和需要，更重要的是培養(yǎng)學生的實驗操作技能，提高學生的學科素養(yǎng)。

3 實驗教學平臺在新能源汽車教學中的應用實例

實踐課程貫穿理學、工學、航天、軍事等研究領域，這些學科的共同點都是通過實驗檢驗基本原理的正確性，新能源汽車工程也不例外，它屬于工學領域，是一門實踐性與理論性很強的學科，需要學生具有很好的邏輯思維和思考問題的能力。

將新能源汽車按技術路線不同進行分類，主要分為混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車，目前純電動汽車市場行情最佳，其中高效儲能電池是新能源汽車的核心元件，是汽車運行的動力來源，目前主要產(chǎn)品是鋰離子電池，其充電放電效率高。新能源汽車根據(jù)能源供應源不同，主要分為純電動汽車和油電混合動力汽車。人體安全電壓遠遠低于新能源汽車發(fā)動機內(nèi)部動力電池的工作電壓，學生在進行實驗操作時稍有不慎，便會發(fā)生觸電事故，因此新能源高壓系統(tǒng)安全操作是實驗室負責人及學校相關安全部門時刻關注的焦點。在新能源汽車結構元件中上，帶有高壓電的零部件有動力電池、驅動電機、高壓配電箱、電動壓縮機、高壓線束等，這些部件組成了新能源汽車的高壓系統(tǒng)，其中動力電池、驅動電機、高壓控制系統(tǒng)組成純電動汽車上的三大核心部件。同時高壓系統(tǒng)操作環(huán)節(jié)危險系數(shù)較高，在實驗過程中必須在老師的監(jiān)護下進行。在新能源汽車高壓系統(tǒng)實驗操作過程中需要掌握以下幾個要點：

3.1 高壓互鎖回路

高壓互鎖回路被稱為危險電壓互鎖回路，是利用低壓電源通過控制器發(fā)出和接收相應信號來判斷被監(jiān)測高壓回路是否安全有效連接及車輛高壓系統(tǒng)是否有安全隱患以提高新能源汽車高壓安全的一種低壓電路系統(tǒng)。高壓互鎖系統(tǒng)在新能源汽車中的核心組成之一。隨著新能源汽車市場需求量的不斷擴容，電動汽車從業(yè)人數(shù)激增，部分工作人員的專業(yè)知識不夠完善，掌握高壓互鎖系統(tǒng)的工作原理及檢修方法都是非常有必要的。高壓互鎖回路操作是用來檢測高壓電組件線束插接器的連接狀態(tài)。如果在沒有按照規(guī)定程序斷開高壓供電的前提下，拆卸了高壓電組件線束插接器，車身控制單元會強令高壓系統(tǒng)斷電，以防止實驗意外事故的發(fā)生。

3.2 高壓放電電路

即使按照規(guī)定要求切斷電閘，將動力電池從高壓電網(wǎng)中斷開，形成斷路，但高壓系統(tǒng)的部分電路中仍會保持高壓狀態(tài)，該高壓狀態(tài)對實驗人員的人身安全造成威脅。因此高壓系統(tǒng)在每次斷電結束后，都必須進行高壓狀態(tài)繼續(xù)放電，待電壓低于安全標準時即可。實驗過程中教師應該在新能源汽車高壓放電回路中接入主動放電電阻，該電阻安裝在供電電子裝置內(nèi)。關閉高壓系統(tǒng)時，供電電子裝置內(nèi)的電容器通過該電阻放電，在其他高壓系統(tǒng)組件內(nèi)，也通過該電阻主動放電。

3.3 絕緣監(jiān)控電路

新能源汽車高壓電網(wǎng)采用絕緣監(jiān)控電路，目的是識別所有高壓組件與其他元件之間存在的安全隱患。如果設備接地處與另一個高壓組件之間存在危險電壓，則說明有危險的絕緣故障。通過新能源汽車的安全系統(tǒng)檢測絕緣電阻。如果駕駛過程中發(fā)生故障，則會通過儀表盤向駕駛人發(fā)出警告，為了安全起見，高壓系統(tǒng)也會隨之關閉。

4 實驗故障分析

在從事新能源汽車實驗教學時，難免會出現(xiàn)各種各樣的實驗故障，以新能源汽車高壓系統(tǒng)為例，其中包括絕緣故障、預充電故障和電容故障。故障分析與診斷一般遵循由前到后和由易到難的原則。幾種常見的故障類型如下所示：

4.1 外包絕緣故障

新能源汽車的電池包通常是利用螺栓等工具固定在車體內(nèi)部的，從而與車內(nèi)其他元件構成一個整體。維護人員在檢查電池包絕緣性時，只要將電池包舉起，關閉開關并拔掉外部插件，就可以利用檢測儀對其各個電阻進行逐一檢查。如果經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)電池絕緣阻值低于標準要求，則表示該絕緣部分存在故障。

4.2 內(nèi)包絕緣故障

新能源汽車的內(nèi)包絕緣出現(xiàn)故障時，檢查方式主要包括液體檢查和機械檢查兩個部分。如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)電池包底板出現(xiàn)了大量液體，或者存在水干痕跡，檢修人員就應該對底板是否存在裂紋進行檢查。如果經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)明顯裂紋，工作人員要及時更換底板，隨后要嚴格檢查外部接口是否固定到位。對于新能源汽車經(jīng)過崎嶇路段時的持續(xù)晃動，或者經(jīng)過積水路面時的電池包進水問題，維護人員在維修過程中需要對低壓插件等相關部件進行重新安裝，同時也要對電池包的密封性進行嚴格測試。

在機械排查過程中，維護人員按照規(guī)范要求應定期對新能源汽車機械元件逐一進行檢查，可以按照導線、采樣線束、電池管理控制器的順序進行拆解排查。電池包內(nèi)部通常由銅排來連接各個電池模組，維護人員如果檢查發(fā)現(xiàn)銅排存在磨破等現(xiàn)象，要及時進行換新。在檢查過程中，維護人員還需要對電池控制器是否存在電壓采集接插件松動或者出現(xiàn)退端子等情況給予關注，及時換新退端子。插接件出現(xiàn)歪針現(xiàn)象后，維護人員要第一時間進行矯正，并重新固定。

4.3 預充電故障

新能源汽車首先需要進行預充電才能進行高壓上電，這樣做是為了讓新能源汽車提前適應充電環(huán)境，避免充電過程中長時間的高壓電流損壞發(fā)動機線路板。預充電過程本質上是對新能源電動汽車的電機控制器電容進行充電。同時預充電還能有效預防繼電器瞬時閉合產(chǎn)生電火花，營造高溫環(huán)境破壞高壓回路的正常運行。

4.4 電容故障分析

新能源車在預充電過程中通常會出現(xiàn)電容器擊穿故障、開路故障以及電容參數(shù)退換故障等三種失效故障。電容擊穿故障的主要原因是：生產(chǎn)電容元件的企業(yè)制造工藝不完善，存在技術上的缺陷，導致個別電容介質存在雜質和導電離子等。在進行預充電的過程中，電容通電時間過長會引發(fā)其表面產(chǎn)生電流，導致電功率持續(xù)增加，電路內(nèi)部溫度升高，嚴重影響絕緣強度。在絕緣強度較大的情況下，電容很可能被直接擊穿，從而導致預充回路中電流不斷增加，電阻的放熱量也會成比例增加，最終導致電阻被高溫毀壞。

5 新能源汽車教學中的實驗改善措施

5.1 減少實驗教學成本投入

學生在新能源汽車實訓室中做實驗時，實訓設備難免會有損耗的情況，實訓室負責部門需要安排專業(yè)人員對其進行維修保養(yǎng)。實訓進行前需進行預處理，確保實訓前的儀器可以正常運行，排除工作故障。設備儀器在長時間運行過程中需要消耗大量的電力能源和材料。實訓后需要對儀器設備進行檢查，整理器材，離開實訓室之前需要檢查電源情況，預防故障發(fā)生。做實訓教學的人數(shù)越來越多，從根本上增加了實訓教學運營成本。

5.2 重視注意事項，規(guī)范實驗操作

學生在實訓室進行實際操作時，一定要認真閱讀新能源汽車實訓的注意事項，提前尋找出實訓室存在的安全隱患，避開多種危險因素。注意實訓設備的正確使用操作，為了降低高壓系統(tǒng)帶來的安全風險，學生在實訓過程中應及時測量電壓的變化情況，場地環(huán)境是否存在油漬和大顆粒粉塵，還要通過空調將實訓室室溫控制在合理范圍內(nèi)。實訓室負責人應組織工作人員對危險因子進行排查，將學生的生命安全擺在第一位，盡最大努力為學生提供安全舒適的實驗環(huán)境。

5.3 引導學生自主學習

教師應該時刻引導學生自主學習，培養(yǎng)他們獨立思考的能力。實訓教學能夠提高學生的自主學習能力和激起探索未知領域的欲望，讓學生更加熟練地理解實驗的基本原理和流程，從而對基礎知識進行一個鞏固。學生在實踐過程中，大腦會獲得很多客觀的信息，思維得到創(chuàng)新，理解能力得到大幅度提升。課上實踐內(nèi)容完成后，教師也可以引導他們繼續(xù)訓練其他新能源汽車實訓項目，激發(fā)學生的興趣。

5.4 使用實驗仿真教學軟件

由于新能源汽車實訓涉及的步驟較多，知識點龐大，在實際操作過程中，需要指導教師一個個步驟進行現(xiàn)場演示教學。同時這種教學模式的弊端在于任務量大，無法取得顯著成效。而使用新能源汽車實驗仿真教學軟件，可以有效解決此類問題。在學生在實驗過程中出現(xiàn)錯誤行為時，系統(tǒng)會自動彈出對話框，顯示無效操作。學生再回頭重新尋找步驟中出錯的地方，及時記錄好，不斷練習操作，必須確保每個流程的熟練程度。課程考核可以采用上機考試的形式，教師只需提前將試題和答案儲存至軟件中，由學生隨機抽題，通過軟件計算出考試成績。利用軟件仿真模擬系統(tǒng)來替代實物實訓操作作為實訓輔助教學的手段，不僅具有顯著優(yōu)勢，而且還節(jié)省了實驗成本，綜合性價比極高。仿真系統(tǒng)可以提高學生學習效率，未來的實訓教學也在往智能化方向發(fā)展。隨著智能化管理技術的普及，對新能源汽車領域的研究也有非常深遠的意義。

6 結語

實驗平臺在新能源汽車教學中應用前景良好，得到了政府大力支持，也獲得大眾的認可，也是以傳統(tǒng)教學模式為基礎的一種創(chuàng)新。新能源汽車教學領域有了實驗教學平臺的輔助，大幅度提高了學生的學習興趣，促進他們更好地理解書上的理論知識，希望在未來的一段時間內(nèi)，新能源汽車在實驗教學過程中能夠突破更多的難題。

基金課題：2021年度浙江省教育廳一般科研項目“新能源汽車高壓系統(tǒng)實驗教學平臺的開發(fā)與應用”（編號：Y202147095）。

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作者簡介

李倩：（1984.11—），女，漢族，浙江，本科，講師。研究方向：新能源汽車技術。