新能源汽车“三电”教学内容融合及教学方法探索

高玉芝

新能源汽车“三电”教学内容融合及教学方法探索

高玉芝

（唐山学院，河北 唐山 063000）

文章从目前地方应用型本科院校的车辆工程专业、汽车服务工程专业以及高职院校的新能源汽车专业开设的新能源汽车“三电”课程入手，着重分析了新能源汽车三项核心技术与专业三门课程之间的对应关系。根据人才培养方案和课程体系对学生能力培养要求，从教学实践出发，结合新能源汽车技术发展，提出了“三电”课程教学内容的界定以及课程之间有效融合途径，并对教学方法进行了有效的探索。

新能源汽车；三电；教学内容关联性；教学方法；探索

前言

针对新能源汽车产业发展现状，目前，在开设有车辆工程、汽车服务工程专业的应用型本科院校和新能源汽车技术专业的高职院校人才培养方案和课程体系中，都包含新能源汽车“三电”（动力电池及管理系统BMS、驱动电机及控制技术MCU、整车控制器VCU或电控，以上新能源汽车三项核心技术，简称电池、电机和电控，亦称“三电”）课程。但是，由于新能源汽车在我国汽车工业发展中近几年才出现较快的增长态势，而高职院校新能源汽车技术专业基本上为2016年以后新增设专业，目前刚刚有一届毕业学生；普通本科院校也是近年来才在课程体系中新增《新能源汽车技术》或《电动汽车技术》等课程，各学校虽然在人才培养方案和课程体系中对新能源汽车“三电”教学内容做出了规定和要求，但是，在具体在实践教学中，有些教学内容的选取、课程之间的衔接以及教学方法的实施还有不足之处，结合本人在高职院校和普通高校的教学实践，在新能源汽车“三电”课程教学过程中，对教学内容的融合和教学方法实施进行了一些探索，为课程更好地服务教学提出了一些建议。

1 新能源汽车定义

1.1 新能源汽车定义与分类

根据中华人民共和国工业和信息化部《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》（工产业[2009]第44号），新能源汽车，是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品[1]。

1.2 新能源汽车发展历程

在我国新能源汽车发展过程中，先后出现了多种形式的新型车用燃料以及使用常规燃料的新型车载动力装置。主要有纯电动汽车( BatteryElectrical Vehicle，BEV) 、插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，HEV) 、燃料电池汽车( Fuel Cell ElectricVehicle，FCEV) 、燃气汽车、醇醚汽车、氢动力汽车等[2]。按照国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》（以下简称《发展规划》）所指的新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。因此下文所提到的新能源汽车主要指以上三种车型。

2 我国汽车产业及新能源汽车行业发展态势

自1990年至2018年的此前28年，我国汽车年销量一直保持增长势头，从2008年至2017年连续十年全球产销量第一。但是，受宏观经济下行压力，我国汽车产销量近年来表现并不乐观，尤其2018年首次出现负增长。但是，新能源汽车的产销量却逆势而上。截止2019年6月，中国汽车工业协会公布数据显示，5月我国新能源汽车产销完成11.21万辆和10.44万辆，比上年同期增长16.91%和1.8%，新能源汽车产销保持稳步增长[3]。

在国家产业政策支持下，经过多年的发展，新能源汽车领域的研究成果完成了产业化转化，新能源汽车研发技术步入成熟期，产业化市场推广的条件已经成熟[2]。以上统计资料表明，我国汽车产业未来的发展重点在新能源汽车领域；今后一段时期，新能源汽车将会引领整个汽车产业发展。

3 新能源汽车三大关键技术分析

新能源汽车与传统化石燃料汽车在驱动方式上有本质区别[4]。以北汽新能源EV160车型为例进行说明，其关键技术主要包括以下三个方面，即所谓“三电”。

3.1 电池部分

新能源汽车主能源子系统中主电源核心部件是动力电池箱内的动力电池，在EV160电动汽车的动力箱内安装10组磷酸铁锂蓄电池，它是电动汽车的动力源，控制系统和高压导线将其电能输送给电动机使其运转，产生扭矩并通过机械传动系统和驱动车轮，使电动汽车行驶。

能源管理系即电池管理系统BMS，是电池保护和管理的核心部件，其作用是保证电池安全可靠的使用，控制动力电池组的充放电，并向VCU上报动力电池系统的基本参数及故障信息[5]。

3.2 电机部分

驱动电机系统是纯电动汽车的心脏，是车辆行驶的主要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾驶感受。电机驱动系统由驱动电机（DM）、驱动电机控制器（MCU）、各种检测传感器和电源（动力蓄电池）组成，通过CAU总线、高低压线束、冷却管路，与整车其它控制系统作电气和散热连接[5]。

3.3 电控部分

在新能源汽车上，从整车层面理解它的控制系统，即整车控制系统。它有一个核心元件，就是整车控制电脑板，也叫整车控制单元（器）Vehicle Control Unit，缩写为VCU。VCU电脑板内里存在着控制软件，即控制策略。EV160的VCU线束端子有A、B两个插件，共121芯，A插件控制1-81号端子，B插件控制82-121号端子，可以直接接收传感器的信息，如加速踏板传感器信号、档位信号、制动踏板信号、充电确认连接信号、低压电池的电量、空调加热面板等信号，VCU控制器接收到这些信号然后计算出车辆当前的需求和模式。也可以通过电机控制器MCU、电池管理系统控制单元BMS等采集电机转速、电池电量、温度等,这些数据是通过CAN总线送到VCU控制器[5]。

4 新能源汽车“三电”与课程教学融合及教学方法和策略分析

在传统汽车相关教学中，所开设的课程主要有《发动机构造》、《底盘构造》、《汽车电气与电控》（或《汽车电器与电控》）、《汽车车身》（一般不单独开设）。但是涉及到新能源汽车，由于驱动方式的不同，所开设的课程也截然不同。按照人才培养方案，在本科专业中课程名称一般为《新能源汽车技术》[6]或《电动汽车技术》[7]，即一门课程包含了三部分内容；在专科新能源汽车技术专业中课程名称一般为《新能源汽车电池及其管理技术》、《新能源汽车驱动电机及其控制技术》、《新能源汽车电子控制技术》[8]，即三门课程与三项技术基本上呈对应关系。总的来说，课程内容均与新能源汽车三大关键技术相关，课程可以统称为新能源汽车“三电”教学。按照学科性的安排，各部分具体教学内容如下。

4.1 新能源汽车及其管理系统技术

课程内容主要包括：动力电池的基本概念、车辆对动力电池的要求、动力电池分类、电池的基本构成、基本参数、工作原理、充放电要求、电池的能量和功率要求、动力电池的评价参数、评价方法、测试原理与方法等。动力电池管理系统BMS部分的内容包括基本构成和功能、数据采集方法、电量管理、均衡管理、热管理、安全管理、BMS的控制策略等。

4.2 新能源汽车驱动电机及其控制技术

目前，新能源汽车上最常用的是三相交流永磁同步电动机、三相交流感应式电动机和开关磁阻电机等。课程重点讲述电动汽车对驱动电机的特性要求、电机的结构、工作原理、电机的性能参数等。电机控制系统部分中的动力总成（驱动电动机（DM））、高压配电设备、电机控制器（MCU）、高低压线束和相关传感器等组成。

4.3 新能源汽车电子控制技术

电控部分包括内容较多，本部分既有与传统汽车电气电控相同的内容，也有新能源汽车所特有的部分。如新能源汽车充电系统、暖风与空调系统中的PTC加热与电动空调压缩机、制动系统中的电动真空助力系统、转向系统中的电动助力转向。但是，更重要的是整车控制器VCU部分，概括来说，VCU控制主要包括三个部分：一是整车控制低压电器部分，如灯光系统、仪表系统、娱乐系统等；二是整车控制高压部分，电池箱内的正负总继电器、预充电继电器、高压盒内的快速充电继电器等。三是整车控制网络部分，如PBUS车身网、EVBUS新能源网、FCBUS快速充电网。

在以上三门课程或“三电”教学过程中可以发现，学校的课程强调的各门课程内容的完整性，并课程更注重原理性内容的讲解；其实，在实践中各部分内容既相互独立又密切关联，特别是动力电池管理系统BMS和电机控制单元MCU与整车控制器VCU之间的关系，以上三个系统中，VCU拥有最高否决权。各个分支结构（MCU/BMS等）工作与否，也就是动力电池是不是有电输出、DC/DC是否工作、充电是否工作等，都是由它决定的。但是它只决定是或否，并不具体执行。如果决定是，剩下的任务实施交给BMS、MCU、车载充电机等这些分支机构的电脑控制单元，去决定具体工作。

因此，在授课过程中，应该将各部分内容放在整体中去讲解，而不是孤立分开，并且注重结合具体车型去讲解，否则，学生在学习完三门课程之后，很难融会贯通，知识和技能只能呈现零散状态，而不能形成完整体系。

5 结语

传统汽车专业课程与机械相关性更密切，但是，随着汽车电子技术的发展以及动力和能源形式的改变，新能源汽车已经与传统汽车呈现出很大的不同。因此，“三电”课程在人才培养方案中的地位与作用将越来越受到重视。“电”与“控”的内容在新能源汽车中占比会越来越大，作用也越来越重要。但是，“三电”课程之间的地位还是略显不同，电控部分应起统领作用。在教学过程中，对于看不见摸不到的“电”与“控”，只能借助万用表、示波器、故障分析仪等进行呈现，才能达到更好的效果。

[1] 新能源汽车生产企业及产品准入管理规则.中华人民共和国工业和信息化部http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/ n4509650/c4510293/content.html.

[2] 崔小发,王凯.新能源汽车三大关键技术及其难点分析.[J]汽车零部件.2018年第3期:81-83.

[3] 中华人民共和国工业和信息化部http://www.miit.gov.cn/n1146312 /n1146904/n1648362/n1648363/c6607134/content.html.

[4] 金雷,张丽丽等.高职新能源汽车技术教学内容与方法探索[J].辽宁交通高等专科学校学报.2017年6月:68-71.

[5] 北京意中意教育装备有限公司实训项目书2018年12月.

[6] 唐山学院车辆工程专业人才培养方案[M] 2017年6月.

[7] 唐山学院汽车服务工程专业人才培养方案[M] 2017年6月.

[8] 唐山学院新能源汽车技术专业人才培养方案[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

G30

B

1671-7988(2019)24-201-03

G30

B

1671-7988(2019)24-201-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.067

高玉芝（1974.10-）女，蒙古族，辽宁朝阳人，教授，博士研究生，就职于唐山学院交通与车辆工程系，主要研究方向：车辆工程、汽车服务工程专业教学及科研。