纯电动汽车动力电池实训教学台架设计

陈晓鹏 张京京 陈享姿

摘 要：文章阐述了纯电动汽车动力电池及管理系统实训教学台架设计的意义与设计思路，此实训教学台架可模拟纯电动汽车动力电池及管理系统的工作情况，通过模拟演示和故障设置检修的过程使学生理解各个系统的组成结构和工作原理。设计中主要完成教学台架的结构设计、布局、元器件和调试等工作。

关键词：纯电动汽车;动力电池;教学台架;故障设置盒

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

随着新能源汽车的快速发展，市场保有量的不断的增加，新能源汽车维修人才需求不断扩大，培养一批能够从事新能源汽车检测维修的高素质技术技能型人才成为迫切解决问题。面对这种情况，各高等职业院校纷纷开设新能源汽车技术专业，设置针对新能源汽车维修的专业课程[1]，其中《动力电池及管理系统检修》为新能源汽车技术专业核心课，主要涉及动力电池及管理系统结构原理的讲解、故障的检测、维修技能的学习。课程实施过程中需要使用动力电池及管理系统实训教学台架，若无实训教学台架，只进行课堂的纯理论教学，容易导致课堂教学枯燥乏味，学生毫无兴趣，对于学生掌握动力电池及管理系统理论知识和实践技能而言是十分不利的。因此，在新能源汽車技术专业建设发展时期，高等职业院校需要针对动力电池及管理系统的理实一体化教学台架。

1 教学台架的现状和研究意义

目前市场上一些企业针对动力电池及管理系统教学台架进行研究，通过网络调研，对市场上现有的动力电池及管理系统教学台架从价格、性能、功能等方面分析，目前教学台架功能单一，主要针对动力电池及管理系统的原理、概念进行设计，可进行一定程度上操作，但学生动手实践操作空间有限，对学生的吸引力不够，不能有效激发学生上课激情。现有动力电池及管理系统教学台架故障设置功能为厂家固化设置，学生不能进行创造性的故障尝试、调试，验证特有的故障现象的功能。

针对上述问题，设计一种操作性强，可以真实反应动力电池及管理系统组成、组装、工作原理，且能模拟纯电动汽车动力电池及管理系统不同故障的教学台架。课堂教学中通过项目化、任务驱动方式教学，配合教学台架使用完成理实一体化课堂，激发学生课堂学习激情，使学生在实践操作的基础上能够更好的理解动力电池及管理系统的结构与原理[2]。

2 教学台架设计

2.1 整体设计

动力电池及管理系统教学台架以市场上知豆301纯电动汽车的动力电池及管理系统为参考对象，结合本校实际教学资源进行开发和设计。该教学台架主要适用于高等职业院校新能源汽车技术专业核心课—动力电池及管理系统理实一体化课堂教学，能实现了理论与实践深度融合[3]。

（1）设计方案

纯电动汽车具有“三大电”—动力电池、驱动电机、高压控制系统，其中动力电池作为整车的能量来源，为车辆提供高压电，具有高压危险性。在进行动力电池及管理系统教学台架设计的过程中，安全考虑为重中之重，针对此问题，在动力电池实践操作过程中，严格依据标准规定对动力电池采取绝缘措施，对实操人员进行安全防护，有效保护实操人员的安全。

教学台架可以进行组装和拆解，学生能够使用提供的教学台架部件，根据知豆301C动力电池及管理系统电路图和维修手册，进行动力电池及管理系统组装，通过添加模拟负载和充电系统，从而组成完整的放电和充电系统。

教学台架架体采用轻质铝合金制成，美观、坚实、耐用，台架底部采用自锁万向轮进行支撑，可实现教学台架根据课堂教学需要移动和固定。

（2）设备选型

教学台架中部件选型大部分采用知豆301C拆车零部件，包括单体电池、电池管理系统、接触器、高压保险丝、充电机、仪表、基于原车线束改装的信号线束，教学台架整体布局在原车动力电池基础上进行适当改装，以方便课堂教学中学生操作[4]。

考虑到使用过程中动力电池放电问题，教学台架具有车载充电机，在电量消耗到一定程度后，能够实现电量的补充。

（3）实训台架电路图设计[5]

教学台架的电路原理图在知豆301C动力电池及管理系统基础上改进绘制而成，添加信号线束中间插头和故障模拟盒图标，通过此种改进可以准确定位设置故障位置。电路原理图绘制准确、清晰，可以清楚直观地表明单体电池、电池模组、高压保险丝、电池管理系统弄等各部件的位置、连接关系，信号走向等。

2.2 教学台架故障设计[6]

教学台架设计过程，动力电池管理系统信号线束使用自主设计的信号线束，具有中间插头，该插头可断开，连接移动故障设置盒，通过改变故障设置盒的位置，可以实现动力电池管理系统全部信号线故障设置，从而达到实现故障模拟、调试、验证的功能。

故障设置以稳定的、实车发生故障为基础，主要为传感器、信号控制线故障，简单易操作，且具有代表性，能够满足课堂教学的要求，故障设置盒留有测量端口，可以利用万用表、示波器、等进行检测、分析和排除。

故障设置盒为手动设置和手动复位故障方式，故障设置盒中通过拨码开关实现信号线、电源线、搭铁线、控制线、通讯线等线路的故障设置，元器件故障可通过更换保险丝盒内部元器件进行设置。

3 教学台架的功能

3.1 基本功能[7]

（1）部件认知

对知豆301C纯电动汽车动力电池及管理系统部件的基本认知。

（2）原理展示

结合电路图和实际拆解、组装操作，更好展示动力电池及管理系统的工作原理。

（3）设置故障

采用故障设置盒，采集原车常见故障点和故障现象，模拟实际情况。

（4）检测功能

通过故障设置盒测量点，可进行非故障条件下和故障条件下信号测量功能。

（5）组装与拆解

使用提供的动力电池及管理系统的部件，完成教学台架的组装、调试功能，掌握动力电池及管理系统部件功能、控制逻辑，理解动力电池及管理系统工作原理。

3.2 故障检修功能

动力电池及管理系统教学台架通过动力电池及管理系统自主设计线束和故障盒进行故障设置，通过非故障条件下数据采集，结合故障条件下测量数据，可完成动力电池及管理系统故障排除功能。由于管理系统控制线、信号线、电源线、搭铁线等各类线束均设置中间插头，通过断开中间插头，接入故障诊斷盒，可是上述线束全部故障设置。

4 总结

考虑高职学生特点，理论学习兴趣不高，动手操作兴趣较强特点，结合动力电池及管理系统教学台架课堂教学的实际需求，以提高学生操作性、实践性为出发点，设计了纯电动汽车动力电池及管理系统教学台架，挑选优秀学生协助进行了台架的设计与制作工作，通过教学台架研发，教师和学生均提高理论水平和实践技能，达到教学相长的目的。该教学台架能够满足高等职业院校学生理实一体化课堂的需要，但仍存在不足和需要改进的地方。

参考文献

[1] 曹晓娟，张如义.纯电动汽车理实一体化教学智能实训台的创新设计[J].电子制作，2018（08）：50-51.

[2] 刘新磊，刘立邦，赵星洋.电动汽车电驱动系统连接实训台设计与开发[J].机械研究与应用，2019，32（03）：213-214.

[3] 陈静.基于BCM控制的汽车灯光系统故障诊断台架的研制[J].汽车实用技术.

[4] 靳聪，郭强，侯学轶，蒋海波.智能网联车辆技术及相关测试方法分析[J].汽车文摘，2019（10）：51-58.

[5] 刘臣富，罗凯，李晓霖，张希通.浅谈新能源汽车实训台的设计与应用[J].内燃机与配件，2017（19）：95-97.

[6] 孙虎，韩奇光，宋鑫鑫，张畅，王帅，石顺.一种电动汽车直流充电教学台架的研制[J].内燃机与配件，2020（03）：256-257.

[7] 贾志涛.汽车电气实训台的设计与研究[J].工业设计，2017（07）：130- 131.