智慧型新能源汽车充电管理故障诊断平台在教学中的应用

张范范

摘 要：智慧型新能源汽车充电管理故障诊断平台可以很好地辅助新能源汽车专业教学，让学生学会新能源汽车各系统结构组成、工作原理、信号特点分析；学会观察故障现象，分析、设计故障诊断方案、准确的排除故障。运用实车教学，营造真实感触式的学习环境，实现感性到理性的高效转换，提高学习兴趣。充电管理故障诊断平台能够设置并模拟车辆多种故障，平台可以实现教学与考核两种模式的切换，完成教学环节后，教师可以通过设置故障点，让学生单人或分组进行故障点的排查，从而实现对学生考核。

关键词：新能源汽车 充电管理故障诊断平台 故障诊断 故障点

1 引言

新能源汽车故障诊断类课程主要是通过任务导入、故障原因与诊断流程分析讲解以及典型案例讨论分析相结合的方式，了解电动汽车常见故障，加深对电动汽车关键部件的结构、工作原理的理解与认识，并能对电动汽车核心部件的常见故障进行诊断与排除，为进一步学习新能源汽车方面的知识打下基础。

2 研究背景

利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障的过程是故障检测，而进一步确定故障所在大致部位的过程是故障定位[1-2]。故障诊断的作用包括以下3个方面：

（1）预防或消除故障，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性。

（2）充分挖掘设备的潜力，延长服务期限和使用寿命。

（3）方便数据检测，为设备结构修改、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。[3-5]

新能源汽车工程专业以机械工程、电气工程和车辆工程为主干学科，培养能在新能源汽车工程领域从事设计制造、零部件开发、生产、实验、运用过程知识和能力储备的高层次应用型人才。新能源汽车工程专业在全国开设的学校相对不多，教学经验相对不足。

3 新能源汽车教学中的问题

3.1 高压上电操作安全性问题

与传统车最大的区别是新能源汽车具有高压电源[6-8]。在实训学习环节，需要进行高压上电实验，而车内高压带电部件如果操作不当，将会存在一定的安全隐患。

3.2 师资授课水平限制

从事新能源汽车专业的专任教师主要包括两个群体，一是经验丰富的传统汽车专任教师，由于学校开设了新能源汽车专业，这些老师中的一部分会承担一部分新能源专业课程，但对新能源专业知识了解相对不足；另一个群体是新入职或者入职一段时间的年轻老师，学习能力快，接受新事物的能力强，可以通过多种渠道让自己的专业知识得到提升，但毕竟经验不足，有一些专业知识掌握不到位。

3.3 设备、场地、经费限制

一方面，大多数学校对于该专业的课程设计均为传统的教师上课学生听课状态，对于科研经费不足的院校，无法准备相应的实验车让学生对新能源汽车更好地去认知，则学生学习效率将会大大降低。

4 传统故障诊断课程

传统的故障诊断课程主要是按照通过故障现象、分析可能发生故障的原因（如图1所示），进而制定一系列的诊断流程（如图2所示），最终将故障排除。但在授课过程中以讲授知识点为主，虽然能说清楚导致故障可能发生的原因，但学生缺乏动手操作的能力，并且从理论的理解到实际应用还存在着一定的差距，等到真正实操时也可能会出错。

对于“理实一体化”[9-10]类的故障诊断课程，理论与实践相结合，可以达到一定程度实操方面的锻炼，但实车故障的排查需要花费大量的时间，对于一些较为复杂的故障点，则需花费更多时间。对于一个30人左右的班级而言，只能分组进行，每位同学不能得到充分的锻炼。

另外，对于新能源汽车的充电管理系统而言，涉及到高压电，学生在实操过程中，若操作不当，存在一定的安全隐患。

5 智慧型充电管理故障诊断平台在新能源汽车教学中的应用

5.1 智慧型故障诊断平台优势

与传统故障诊断课程相比，智慧型故障诊断平台，如图3所示，模拟了新能源汽车充电管理系统，即在原车基础上安装嵌入式教学系统，使车辆在教学过程中实时发挥作用，提高课堂讲授的真实感，大量引入验证性试验，使学生更容易理解抽象的控制逻辑。能够完整展示相关系统及元器件的安装逻辑和工作状态；能够模拟常见的系统故障，可以进行常见故障的诊断与排除。

智慧型平台系统交互页面的优势主要包括：

（1）可以通过点击屏幕上的控制按钮完成对车辆的控制；

（2）通过点击线路图中的故障设置按钮可以设置线路虚接、断路、短路故障，通过点击线路图中传感器、执行器、或控制单元的管脚可以获取此管脚定义、电压特征描述和当前的实时电压值；

（3）可以实时采集各传感器、执行器及控制模块的信号，关键管脚信号定值电压用数字或指针显示，动态电压用波形显示；

（4）交互页面中的波形显示能够对波形显示的幅值进行调整，方便观察和分析。

5.2 故障诊断平台的使用及故障点的设置

故障诊断平台需和车用专用线束连接，同时结合故障诊断仪。故障诊断仪通过蓝牙与平台连接，同时故障诊断平台还与多媒体电脑相连。

故障诊断检测平台可以与教学测试车辆进行连接，在搭载的原理图上相应的端子位置进行故障设置，如可在高压线束接地、正负极线束之间进行虚接或短路的设置等。在教学模式下，测试平台上对应线路上的信号灯会显示红色（断路）或黄色（虚接），而绿色则为通路。

5.3 故障诊断平台的模式设置

在课堂教学、实训考核、故障设置功能模块下，可以实现软件和教学设备之间的实时互动，也可以通过软件采集原车系统的运行参数，用数字表或指针表或波形等恰当的方式显示出来，提高教学过程的真实感。

可以对充电管理故障诊断平台进行不同模式的设置。教学模式主要是教师授课时使用，利用多媒体电脑设置故障。此时，故障诊断平台上能看到所标记出来的故障，一般用红色灯示意。在教学的过程中逐步进行故障的排查，最终得到对应的故障点。而考核模式在利用多媒体电脑设置故障时，故障诊断平台上不显示红色故障灯，学生只能通过分析，利用故障诊断仪进行诊断，扫描故障码，有时也会利用万用表辅助排查，最终排查出教师在充电管理系统中所设置的故障。

5.4 故障诊断平台上课效果

多媒体电脑可以向故障设置装置发出故障设置指令，也可以接受数据采集装置采集到的信号，结合系统软件实现课堂教学和考核工作，学生独立或成组完成，并填写诊断报告，以考核学生的掌握水平。

学生可以利用万用表，示波器对故障进行检测，避免了在实车操作中存在的安全问题。同时也配备了车辆信号采集器，可以实时收集车辆的故障信息，判断车辆故障模块。

6 结论

智慧型充电管理故障诊断平台系统稳定、界面友好、操作方便，和数据库文件配合后，可以实现课堂教学、理论考核、实训考核、故障设置等功能，同时可以浏览课程教学大纲、课程内容，也可以实现师生间的互动；另外，平台能够与故障设置装置、数据采集装置、数据发送装置、数据测量装置等线路板进行实时通讯，运行稳定可靠。

基金项目：中国交通教育研究会 2022-2024 年度教育科学研究课题“技工院校高技能人才培养方案研究——以新能源汽车检测与维修专业为例”（JT2022YB310）。

参考文献：

[1]彭宇君. 混合动力系统故障诊断算法研究[D].长春：吉林大学，2015.

[2]李锡桥. 汽车远程在线检测与故障诊断系统的研究[D].长春：吉林大学，2015.

[3]塔丽. 汽车发动机故障诊断虚拟交互平台的开发[D].长春：吉林大学，2013.

[4]孔繁森，董因平，等.基于故障树知识的汽车故障诊断推理[J].汽车工程，2001（03）：209-213.

[5]孙振宇，王震坡，刘鹏，等.新能源汽车动力电池系统故障诊断研究综述[J].机械工程学报，2021，57（14）：87-104.

[6]曹宝健，谢先宇，魏学哲.电动汽车锂电池管理系统故障诊断研究[J].上海汽车，2012，268（12）：8-12.

[7]李伟豪.新能源汽车专业实训教学研究[J].时代汽车，2023，403（07）：98-100.

[8]李新慈，彭闪闪.电动汽车原理及构造课程教学改革与探索[J].汽车实用技术，2023，48（06）：175-178.

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[10]张晓慧.基于OBE理念的理实融合教学改革研究——以机电一体化系统设计课程为例[J].造纸装备及材料，2022，51（02）：252-254.