新能源汽車“三電”教學(xué)內(nèi)容融合及教學(xué)方法探索

高玉芝

新能源汽車“三電”教學(xué)內(nèi)容融合及教學(xué)方法探索

高玉芝

（唐山學(xué)院，河北 唐山 063000）

文章從目前地方應(yīng)用型本科院校的車輛工程專業(yè)、汽車服務(wù)工程專業(yè)以及高職院校的新能源汽車專業(yè)開設(shè)的新能源汽車“三電”課程入手，著重分析了新能源汽車三項(xiàng)核心技術(shù)與專業(yè)三門課程之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)人才培養(yǎng)方案和課程體系對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)要求，從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，結(jié)合新能源汽車技術(shù)發(fā)展，提出了“三電”課程教學(xué)內(nèi)容的界定以及課程之間有效融合途徑，并對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行了有效的探索。

新能源汽車；三電；教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)性；教學(xué)方法；探索

前言

針對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，目前，在開設(shè)有車輛工程、汽車服務(wù)工程專業(yè)的應(yīng)用型本科院校和新能源汽車技術(shù)專業(yè)的高職院校人才培養(yǎng)方案和課程體系中，都包含新能源汽車“三電”（動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)BMS、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制技術(shù)MCU、整車控制器VCU或電控，以上新能源汽車三項(xiàng)核心技術(shù)，簡稱電池、電機(jī)和電控，亦稱“三電”）課程。但是，由于新能源汽車在我國汽車工業(yè)發(fā)展中近幾年才出現(xiàn)較快的增長態(tài)勢，而高職院校新能源汽車技術(shù)專業(yè)基本上為2016年以后新增設(shè)專業(yè)，目前剛剛有一屆畢業(yè)學(xué)生；普通本科院校也是近年來才在課程體系中新增《新能源汽車技術(shù)》或《電動(dòng)汽車技術(shù)》等課程，各學(xué)校雖然在人才培養(yǎng)方案和課程體系中對(duì)新能源汽車“三電”教學(xué)內(nèi)容做出了規(guī)定和要求，但是，在具體在實(shí)踐教學(xué)中，有些教學(xué)內(nèi)容的選取、課程之間的銜接以及教學(xué)方法的實(shí)施還有不足之處，結(jié)合本人在高職院校和普通高校的教學(xué)實(shí)踐，在新能源汽車“三電”課程教學(xué)過程中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的融合和教學(xué)方法實(shí)施進(jìn)行了一些探索，為課程更好地服務(wù)教學(xué)提出了一些建議。

1 新能源汽車定義

1.1 新能源汽車定義與分類

根據(jù)中華人民共和國工業(yè)和信息化部《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》（工產(chǎn)業(yè)[2009]第44號(hào)），新能源汽車，是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置），綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他新能源（如高效儲(chǔ)能器、二甲醚）汽車等各類別產(chǎn)品[1]。

1.2 新能源汽車發(fā)展歷程

在我國新能源汽車發(fā)展過程中，先后出現(xiàn)了多種形式的新型車用燃料以及使用常規(guī)燃料的新型車載動(dòng)力裝置。主要有純電動(dòng)汽車( BatteryElectrical Vehicle，BEV) 、插電式混合動(dòng)力汽車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，HEV) 、燃料電池汽車( Fuel Cell ElectricVehicle，F(xiàn)CEV) 、燃?xì)馄嚒⒋济哑?、氫?dòng)力汽車等[2]。按照國務(wù)院印發(fā)的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》（以下簡稱《發(fā)展規(guī)劃》）所指的新能源汽車主要包括純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車及燃料電池汽車。因此下文所提到的新能源汽車主要指以上三種車型。

2 我國汽車產(chǎn)業(yè)及新能源汽車行業(yè)發(fā)展態(tài)勢

自1990年至2018年的此前28年，我國汽車年銷量一直保持增長勢頭，從2008年至2017年連續(xù)十年全球產(chǎn)銷量第一。但是，受宏觀經(jīng)濟(jì)下行壓力，我國汽車產(chǎn)銷量近年來表現(xiàn)并不樂觀，尤其2018年首次出現(xiàn)負(fù)增長。但是，新能源汽車的產(chǎn)銷量卻逆勢而上。截止2019年6月，中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)公布數(shù)據(jù)顯示，5月我國新能源汽車產(chǎn)銷完成11.21萬輛和10.44萬輛，比上年同期增長16.91%和1.8%，新能源汽車產(chǎn)銷保持穩(wěn)步增長[3]。

在國家產(chǎn)業(yè)政策支持下，經(jīng)過多年的發(fā)展，新能源汽車領(lǐng)域的研究成果完成了產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，新能源汽車研發(fā)技術(shù)步入成熟期，產(chǎn)業(yè)化市場推廣的條件已經(jīng)成熟[2]。以上統(tǒng)計(jì)資料表明，我國汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展重點(diǎn)在新能源汽車領(lǐng)域；今后一段時(shí)期，新能源汽車將會(huì)引領(lǐng)整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3 新能源汽車三大關(guān)鍵技術(shù)分析

新能源汽車與傳統(tǒng)化石燃料汽車在驅(qū)動(dòng)方式上有本質(zhì)區(qū)別[4]。以北汽新能源EV160車型為例進(jìn)行說明，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下三個(gè)方面，即所謂“三電”。

3.1 電池部分

新能源汽車主能源子系統(tǒng)中主電源核心部件是動(dòng)力電池箱內(nèi)的動(dòng)力電池，在EV160電動(dòng)汽車的動(dòng)力箱內(nèi)安裝10組磷酸鐵鋰蓄電池，它是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，控制系統(tǒng)和高壓導(dǎo)線將其電能輸送給電動(dòng)機(jī)使其運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭矩并通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)車輪，使電動(dòng)汽車行駛。

能源管理系即電池管理系統(tǒng)BMS，是電池保護(hù)和管理的核心部件，其作用是保證電池安全可靠的使用，控制動(dòng)力電池組的充放電，并向VCU上報(bào)動(dòng)力電池系統(tǒng)的基本參數(shù)及故障信息[5]。

3.2 電機(jī)部分

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車的心臟，是車輛行駛的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特性決定了車輛的主要性能指標(biāo)，直接影響車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和用戶駕駛感受。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)（DM）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器（MCU）、各種檢測傳感器和電源（動(dòng)力蓄電池）組成，通過CAU總線、高低壓線束、冷卻管路，與整車其它控制系統(tǒng)作電氣和散熱連接[5]。

3.3 電控部分

在新能源汽車上，從整車層面理解它的控制系統(tǒng)，即整車控制系統(tǒng)。它有一個(gè)核心元件，就是整車控制電腦板，也叫整車控制單元（器）Vehicle Control Unit，縮寫為VCU。VCU電腦板內(nèi)里存在著控制軟件，即控制策略。EV160的VCU線束端子有A、B兩個(gè)插件，共121芯，A插件控制1-81號(hào)端子，B插件控制82-121號(hào)端子，可以直接接收傳感器的信息，如加速踏板傳感器信號(hào)、檔位信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、充電確認(rèn)連接信號(hào)、低壓電池的電量、空調(diào)加熱面板等信號(hào)，VCU控制器接收到這些信號(hào)然后計(jì)算出車輛當(dāng)前的需求和模式。也可以通過電機(jī)控制器MCU、電池管理系統(tǒng)控制單元BMS等采集電機(jī)轉(zhuǎn)速、電池電量、溫度等,這些數(shù)據(jù)是通過CAN總線送到VCU控制器[5]。

4 新能源汽車“三電”與課程教學(xué)融合及教學(xué)方法和策略分析

在傳統(tǒng)汽車相關(guān)教學(xué)中，所開設(shè)的課程主要有《發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造》、《底盤構(gòu)造》、《汽車電氣與電控》（或《汽車電器與電控》）、《汽車車身》（一般不單獨(dú)開設(shè)）。但是涉及到新能源汽車，由于驅(qū)動(dòng)方式的不同，所開設(shè)的課程也截然不同。按照人才培養(yǎng)方案，在本科專業(yè)中課程名稱一般為《新能源汽車技術(shù)》[6]或《電動(dòng)汽車技術(shù)》[7]，即一門課程包含了三部分內(nèi)容；在?？菩履茉雌嚰夹g(shù)專業(yè)中課程名稱一般為《新能源汽車電池及其管理技術(shù)》、《新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)》、《新能源汽車電子控制技術(shù)》[8]，即三門課程與三項(xiàng)技術(shù)基本上呈對(duì)應(yīng)關(guān)系?？偟膩碚f，課程內(nèi)容均與新能源汽車三大關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)，課程可以統(tǒng)稱為新能源汽車“三電”教學(xué)。按照學(xué)科性的安排，各部分具體教學(xué)內(nèi)容如下。

4.1 新能源汽車及其管理系統(tǒng)技術(shù)

課程內(nèi)容主要包括：動(dòng)力電池的基本概念、車輛對(duì)動(dòng)力電池的要求、動(dòng)力電池分類、電池的基本構(gòu)成、基本參數(shù)、工作原理、充放電要求、電池的能量和功率要求、動(dòng)力電池的評(píng)價(jià)參數(shù)、評(píng)價(jià)方法、測試原理與方法等。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS部分的內(nèi)容包括基本構(gòu)成和功能、數(shù)據(jù)采集方法、電量管理、均衡管理、熱管理、安全管理、BMS的控制策略等。

4.2 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)

目前，新能源汽車上最常用的是三相交流永磁同步電動(dòng)機(jī)、三相交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)等。課程重點(diǎn)講述電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性要求、電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、電機(jī)的性能參數(shù)等。電機(jī)控制系統(tǒng)部分中的動(dòng)力總成（驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（DM））、高壓配電設(shè)備、電機(jī)控制器（MCU）、高低壓線束和相關(guān)傳感器等組成。

4.3 新能源汽車電子控制技術(shù)

電控部分包括內(nèi)容較多，本部分既有與傳統(tǒng)汽車電氣電控相同的內(nèi)容，也有新能源汽車所特有的部分。如新能源汽車充電系統(tǒng)、暖風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)中的PTC加熱與電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)真空助力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。但是，更重要的是整車控制器VCU部分，概括來說，VCU控制主要包括三個(gè)部分：一是整車控制低壓電器部分，如燈光系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)等；二是整車控制高壓部分，電池箱內(nèi)的正負(fù)總繼電器、預(yù)充電繼電器、高壓盒內(nèi)的快速充電繼電器等。三是整車控制網(wǎng)絡(luò)部分，如PBUS車身網(wǎng)、EVBUS新能源網(wǎng)、FCBUS快速充電網(wǎng)。

在以上三門課程或“三電”教學(xué)過程中可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)校的課程強(qiáng)調(diào)的各門課程內(nèi)容的完整性，并課程更注重原理性內(nèi)容的講解；其實(shí)，在實(shí)踐中各部分內(nèi)容既相互獨(dú)立又密切關(guān)聯(lián)，特別是動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS和電機(jī)控制單元MCU與整車控制器VCU之間的關(guān)系，以上三個(gè)系統(tǒng)中，VCU擁有最高否決權(quán)。各個(gè)分支結(jié)構(gòu)（MCU/BMS等）工作與否，也就是動(dòng)力電池是不是有電輸出、DC/DC是否工作、充電是否工作等，都是由它決定的。但是它只決定是或否，并不具體執(zhí)行。如果決定是，剩下的任務(wù)實(shí)施交給BMS、MCU、車載充電機(jī)等這些分支機(jī)構(gòu)的電腦控制單元，去決定具體工作。

因此，在授課過程中，應(yīng)該將各部分內(nèi)容放在整體中去講解，而不是孤立分開，并且注重結(jié)合具體車型去講解，否則，學(xué)生在學(xué)習(xí)完三門課程之后，很難融會(huì)貫通，知識(shí)和技能只能呈現(xiàn)零散狀態(tài)，而不能形成完整體系。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)汽車專業(yè)課程與機(jī)械相關(guān)性更密切，但是，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展以及動(dòng)力和能源形式的改變，新能源汽車已經(jīng)與傳統(tǒng)汽車呈現(xiàn)出很大的不同。因此，“三電”課程在人才培養(yǎng)方案中的地位與作用將越來越受到重視。“電”與“控”的內(nèi)容在新能源汽車中占比會(huì)越來越大，作用也越來越重要。但是，“三電”課程之間的地位還是略顯不同，電控部分應(yīng)起統(tǒng)領(lǐng)作用。在教學(xué)過程中，對(duì)于看不見摸不到的“電”與“控”，只能借助萬用表、示波器、故障分析儀等進(jìn)行呈現(xiàn)，才能達(dá)到更好的效果。

[1] 新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則.中華人民共和國工業(yè)和信息化部http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/ n4509650/c4510293/content.html.

[2] 崔小發(fā),王凱.新能源汽車三大關(guān)鍵技術(shù)及其難點(diǎn)分析.[J]汽車零部件.2018年第3期:81-83.

[3] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部http://www.miit.gov.cn/n1146312 /n1146904/n1648362/n1648363/c6607134/content.html.

[4] 金雷,張麗麗等.高職新能源汽車技術(shù)教學(xué)內(nèi)容與方法探索[J].遼寧交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).2017年6月:68-71.

[5] 北京意中意教育裝備有限公司實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目書2018年12月.

[6] 唐山學(xué)院車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案[M] 2017年6月.

[7] 唐山學(xué)院汽車服務(wù)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案[M] 2017年6月.

[8] 唐山學(xué)院新能源汽車技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案[M] 2017年6月.

Integration of Teaching Contents and Exploration of Teaching Method on EIC System of New Energy Vehicle

Gao Yuzhi

( Tangshan University, Hebei Tangshan 063000 )

In this paper, the corresponding relationship between the three core technologies of new energy automobile and the three professional courses has been emphatically analyzed based on the current curriculum situation of the vehicle engineering major, the automotive service engineering major of local applied undergraduate colleges, and the new energy vehicle specialty in higher vocational colleges. According to the requirement of talent training program and curriculum system for students'ability training, starting from teaching practice and combining with the development of new energy automobile technology, the definition of the teaching content of EIC system course and the effective ways of integration between courses have been put forward, and the teaching methods have been explored effectively.

New energy vehicle; EIC system; Relevance of teaching content; Teaching method; Exploration

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.067

高玉芝（1974.10-）女，蒙古族，遼寧朝陽人，教授，博士研究生，就職于唐山學(xué)院交通與車輛工程系，主要研究方向：車輛工程、汽車服務(wù)工程專業(yè)教學(xué)及科研。