實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)不斷進(jìn)步，大部分學(xué)科領(lǐng)域都在向前不斷發(fā)展。但在實(shí)際教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)很難達(dá)到良好的教學(xué)效果。因此，通過實(shí)訓(xùn)教學(xué)可以深化對(duì)理論知識(shí)認(rèn)識(shí)的程度，幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)點(diǎn)。本文從實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在新能源汽車教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用出發(fā)，分析了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的重要性，也對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在新能源汽車教學(xué)中的不足之處提出了合理的改善措施。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái) 新能源汽車 教學(xué)應(yīng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用背景

隨著資源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)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(yán)峻的考驗(yàn)，為了更好地落實(shí)節(jié)能減排的發(fā)展理念，新能源汽車漸漸進(jìn)入大眾視線，在此過程中離不開新能源汽車相關(guān)實(shí)用型技術(shù)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(dòng)力汽車為主，中長期將以純電動(dòng)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(shí)代進(jìn)步的標(biāo)志，也體現(xiàn)著生產(chǎn)技術(shù)更加智能化，同時(shí)新能源汽車是低碳經(jīng)濟(jì)理念下的環(huán)保產(chǎn)物，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

許多學(xué)校開設(shè)了新能源汽車技術(shù)等相關(guān)專業(yè)，屬于工程實(shí)踐學(xué)科，培養(yǎng)模式分為理論教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)，分期授課，實(shí)訓(xùn)也是對(duì)理論的一個(gè)檢驗(yàn)，是培養(yǎng)新能源汽車研究領(lǐng)域人才必不可少的環(huán)節(jié)，同時(shí)實(shí)訓(xùn)的進(jìn)展離不開實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。實(shí)訓(xùn)室建設(shè)受多種因素共同制約，比如場地條件、經(jīng)費(fèi)有限、實(shí)訓(xùn)儀器占用等問題，嚴(yán)重影響了實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

實(shí)訓(xùn)教學(xué)可有效提高學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)探究能力和參與動(dòng)手實(shí)踐的主動(dòng)性，克服以往授課模式中理論與實(shí)踐無法聯(lián)系的弊端。在新能源汽車實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生圍繞使用新能源和減少汽車尾氣排放的熱點(diǎn)問題展開探究，探索的主動(dòng)性和積極性促使他們查找對(duì)應(yīng)的文獻(xiàn)和書籍，將現(xiàn)實(shí)問題分析透徹，與實(shí)訓(xùn)伙伴互相協(xié)調(diào)合作，逐漸引導(dǎo)自己不斷深入研究。

利用實(shí)訓(xùn)教學(xué)可以改善學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，優(yōu)化教學(xué)效果。課堂理論教學(xué)可以快速全面地講授基本概念及信息，按部就班完成教學(xué)計(jì)劃，但教師和學(xué)生互動(dòng)較少，學(xué)生全程覺得枯燥乏味，阻礙了學(xué)生的思維延伸。近年來實(shí)訓(xùn)教學(xué)愈來愈受重視，已普及其他眾多學(xué)科，其中也包括新能源汽車教學(xué)。學(xué)生通過在課堂上的聽講，課后認(rèn)真研讀教材并及時(shí)完成老師布置的作業(yè)，已經(jīng)對(duì)新能源汽車有了理論認(rèn)識(shí)，但沒有通過實(shí)踐對(duì)這些理論知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，課堂上老師的授課讓學(xué)生對(duì)新能源汽車實(shí)踐操作產(chǎn)生濃厚的興趣，對(duì)以后積累新能源汽車實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)很有幫助。

實(shí)踐教育的根本目標(biāo)就是要充分挖掘每個(gè)學(xué)生的潛能，整個(gè)過程旨在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)眼、動(dòng)腦的能力，通過老師的引導(dǎo)，學(xué)會(huì)循序漸進(jìn)，學(xué)生利用自己的想法，通過對(duì)身邊實(shí)際問題的理解，自行設(shè)置實(shí)驗(yàn)方案。老師通過實(shí)踐教學(xué)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的興趣愛好，激發(fā)他們的求知欲望，使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣和需要，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

實(shí)踐課程貫穿理學(xué)、工學(xué)、航天、軍事等研究領(lǐng)域，這些學(xué)科的共同點(diǎn)都是通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)基本原理的正確性，新能源汽車工程也不例外，它屬于工學(xué)領(lǐng)域，是一門實(shí)踐性與理論性很強(qiáng)的學(xué)科，需要學(xué)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(shù)路線不同進(jìn)行分類，主要分為混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車，目前純電動(dòng)汽車市場行情最佳，其中高效儲(chǔ)能電池是新能源汽車的核心元件，是汽車運(yùn)行的動(dòng)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(yīng)源不同，主要分為純電動(dòng)汽車和油電混合動(dòng)力汽車。人體安全電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新能源汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部動(dòng)力電池的工作電壓，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)稍有不慎，便會(huì)發(fā)生觸電事故，因此新能源高壓系統(tǒng)安全操作是實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人及學(xué)校相關(guān)安全部門時(shí)刻關(guān)注的焦點(diǎn)。在新能源汽車結(jié)構(gòu)元件中上，帶有高壓電的零部件有動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓配電箱、電動(dòng)壓縮機(jī)、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(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓控制系統(tǒng)組成純電動(dòng)汽車上的三大核心部件。同時(shí)高壓系統(tǒng)操作環(huán)節(jié)危險(xiǎn)系數(shù)較高，在實(shí)驗(yàn)過程中必須在老師的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行。在新能源汽車高壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作過程中需要掌握以下幾個(gè)要點(diǎn)：

3.1 高壓互鎖回路

高壓互鎖回路被稱為危險(xiǎn)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(yīng)信號(hào)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(kuò)容，電動(dòng)汽車從業(yè)人數(shù)激增，部分工作人員的專業(yè)知識(shí)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(huì)強(qiáng)令高壓系統(tǒng)斷電，以防止實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(huì)保持高壓狀態(tài)，該高壓狀態(tài)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的人身安全造成威脅。因此高壓系統(tǒng)在每次斷電結(jié)束后，都必須進(jìn)行高壓狀態(tài)繼續(xù)放電，待電壓低于安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)即可。實(shí)驗(yàn)過程中教師應(yīng)該在新能源汽車高壓放電回路中接入主動(dòng)放電電阻，該電阻安裝在供電電子裝置內(nèi)。關(guān)閉高壓系統(tǒng)時(shí)，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(dòng)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(shí)別所有高壓組件與其他元件之間存在的安全隱患。如果設(shè)備接地處與另一個(gè)高壓組件之間存在危險(xiǎn)電壓，則說明有危險(xiǎn)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(huì)通過儀表盤向駕駛?cè)税l(fā)出警告，為了安全起見，高壓系統(tǒng)也會(huì)隨之關(guān)閉。

4 實(shí)驗(yàn)故障分析

在從事新能源汽車實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的實(shí)驗(yàn)故障，以新能源汽車高壓系統(tǒng)為例，其中包括絕緣故障、預(yù)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(gòu)成一個(gè)整體。維護(hù)人員在檢查電池包絕緣性時(shí)，只要將電池包舉起，關(guān)閉開關(guān)并拔掉外部插件，就可以利用檢測儀對(duì)其各個(gè)電阻進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)，檢查方式主要包括液體檢查和機(jī)械檢查兩個(gè)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(yīng)該對(duì)底板是否存在裂紋進(jìn)行檢查。如果經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)明顯裂紋，工作人員要及時(shí)更換底板，隨后要嚴(yán)格檢查外部接口是否固定到位。對(duì)于新能源汽車經(jīng)過崎嶇路段時(shí)的持續(xù)晃動(dòng)，或者經(jīng)過積水路面時(shí)的電池包進(jìn)水問題，維護(hù)人員在維修過程中需要對(duì)低壓插件等相關(guān)部件進(jìn)行重新安裝，同時(shí)也要對(duì)電池包的密封性進(jìn)行嚴(yán)格測試。

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

4.3 預(yù)充電故障

新能源汽車首先需要進(jìn)行預(yù)充電才能進(jìn)行高壓上電，這樣做是為了讓新能源汽車提前適應(yīng)充電環(huán)境，避免充電過程中長時(shí)間的高壓電流損壞發(fā)動(dòng)機(jī)線路板。預(yù)充電過程本質(zhì)上是對(duì)新能源電動(dòng)汽車的電機(jī)控制器電容進(jìn)行充電。同時(shí)預(yù)充電還能有效預(yù)防繼電器瞬時(shí)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(yùn)行。

4.4 電容故障分析

新能源車在預(yù)充電過程中通常會(huì)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(shù)上的缺陷，導(dǎo)致個(gè)別電容介質(zhì)存在雜質(zhì)和導(dǎo)電離子等。在進(jìn)行預(yù)充電的過程中，電容通電時(shí)間過長會(huì)引發(fā)其表面產(chǎn)生電流，導(dǎo)致電功率持續(xù)增加，電路內(nèi)部溫度升高，嚴(yán)重影響絕緣強(qiáng)度。在絕緣強(qiáng)度較大的情況下，電容很可能被直接擊穿，從而導(dǎo)致預(yù)充回路中電流不斷增加，電阻的放熱量也會(huì)成比例增加，最終導(dǎo)致電阻被高溫毀壞。

5 新能源汽車教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)改善措施

5.1 減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本投入

學(xué)生在新能源汽車實(shí)訓(xùn)室中做實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)訓(xùn)設(shè)備難免會(huì)有損耗的情況，實(shí)訓(xùn)室負(fù)責(zé)部門需要安排專業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行維修保養(yǎng)。實(shí)訓(xùn)進(jìn)行前需進(jìn)行預(yù)處理，確保實(shí)訓(xùn)前的儀器可以正常運(yùn)行，排除工作故障。設(shè)備儀器在長時(shí)間運(yùn)行過程中需要消耗大量的電力能源和材料。實(shí)訓(xùn)后需要對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行檢查，整理器材，離開實(shí)訓(xùn)室之前需要檢查電源情況，預(yù)防故障發(fā)生。做實(shí)訓(xùn)教學(xué)的人數(shù)越來越多，從根本上增加了實(shí)訓(xùn)教學(xué)運(yùn)營成本。

5.2 重視注意事項(xiàng)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作

學(xué)生在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，一定要認(rèn)真閱讀新能源汽車實(shí)訓(xùn)的注意事項(xiàng)，提前尋找出實(shí)訓(xùn)室存在的安全隱患，避開多種危險(xiǎn)因素。注意實(shí)訓(xùn)設(shè)備的正確使用操作，為了降低高壓系統(tǒng)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中應(yīng)及時(shí)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(diào)將實(shí)訓(xùn)室室溫控制在合理范圍內(nèi)。實(shí)訓(xùn)室負(fù)責(zé)人應(yīng)組織工作人員對(duì)危險(xiǎn)因子進(jìn)行排查，將學(xué)生的生命安全擺在第一位，盡最大努力為學(xué)生提供安全舒適的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

5.3 引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

教師應(yīng)該時(shí)刻引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們獨(dú)立思考的能力。實(shí)訓(xùn)教學(xué)能夠提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和激起探索未知領(lǐng)域的欲望，讓學(xué)生更加熟練地理解實(shí)驗(yàn)的基本原理和流程，從而對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行一個(gè)鞏固。學(xué)生在實(shí)踐過程中，大腦會(huì)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(shí)踐內(nèi)容完成后，教師也可以引導(dǎo)他們繼續(xù)訓(xùn)練其他新能源汽車實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的興趣。

5.4 使用實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)軟件

由于新能源汽車實(shí)訓(xùn)涉及的步驟較多，知識(shí)點(diǎn)龐大，在實(shí)際操作過程中，需要指導(dǎo)教師一個(gè)個(gè)步驟進(jìn)行現(xiàn)場演示教學(xué)。同時(shí)這種教學(xué)模式的弊端在于任務(wù)量大，無法取得顯著成效。而使用新能源汽車實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)軟件，可以有效解決此類問題。在學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤行為時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出對(duì)話框，顯示無效操作。學(xué)生再回頭重新尋找步驟中出錯(cuò)的地方，及時(shí)記錄好，不斷練習(xí)操作，必須確保每個(gè)流程的熟練程度。課程考核可以采用上機(jī)考試的形式，教師只需提前將試題和答案儲(chǔ)存至軟件中，由學(xué)生隨機(jī)抽題，通過軟件計(jì)算出考試成績。利用軟件仿真模擬系統(tǒng)來替代實(shí)物實(shí)訓(xùn)操作作為實(shí)訓(xùn)輔助教學(xué)的手段，不僅具有顯著優(yōu)勢，而且還節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本，綜合性價(jià)比極高。仿真系統(tǒng)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，未來的實(shí)訓(xùn)教學(xué)也在往智能化方向發(fā)展。隨著智能化管理技術(shù)的普及，對(duì)新能源汽車領(lǐng)域的研究也有非常深遠(yuǎn)的意義。

6 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在新能源汽車教學(xué)中應(yīng)用前景良好，得到了政府大力支持，也獲得大眾的認(rèn)可，也是以傳統(tǒng)教學(xué)模式為基礎(chǔ)的一種創(chuàng)新。新能源汽車教學(xué)領(lǐng)域有了實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的輔助，大幅度提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)他們更好地理解書上的理論知識(shí)，希望在未來的一段時(shí)間內(nèi)，新能源汽車在實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xiàng)目“新能源汽車高壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用”（編號(hào)：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(shù)。