新能源汽车动力电池结构与检修教学设计

2021-10-14南充职业技术学院杨明轩

汽车维护与修理 2021年18期

南充职业技术学院杨明轩

随着新能源汽车产业的高速发展，迫切需要新能源汽车领域的专业技术人才，然而如何将新能源汽车技术专业建设好，在专业课程的教学设计中，强化实训教学，化解专业技能课的重点难点，培养更多更好的技术技能型人才成为关键。对此，笔者对新能源汽车动力电池结构与检修课程作了探索和研究。

1 课程整体设计

1.1 课程定位

新能源汽车动力电池结构与检修课程以新能源汽车对动力电池的性能要求为出发点，主要学习新能源汽车对动力电池的性能要求、各类动力电池的工作原理及应用、锂离子动力电池成组技术、动力电池管理系统、动力电池的保养维护及故障检测、动力电池检测及设备等内容。在专业核心课的教学中，为充分发挥学校和企业作为专业人才培养模式中的双主体作用，将现代学徒制与企业新型学徒制相融合，在吉利四川商用车公司开展对动力电池安全性检测及拆卸、安装等实训教学，因此，课程定位在培养学生掌握新能源汽车专业技术技能为主。

1.2 学情分析

本课程授课对象为新能源汽车技术专业二年级学生，根据教学安排，前期已经学习过机械制图、汽车机械基础、新能源汽车概论、电学基础与高压安全等课程，在第四学期学习本课程，同期还学习新能源汽车装配工艺、新能源汽车电机及控制系统检修等课程，后期还将学习新能源汽车故障诊断与排除、新能源汽车电气技术等课程，已经开展过电学基础与高压安全、新能源汽车构造认知等实训，学生经过前三个学期的学习，已经具有以下基础。

（1）知识基础。具备电工作业和安全用电基本知识，能够拆装和检测电器元件，对电器元件的安装与检测有一定的基础；了解新能源汽车和动力电池的构造，能使用数字式万用表等检测工具，会使用棘轮扳手等拆装工具，对操作高压电设备有安全意识。

（2）能力基础。能充分利用信息化等教学手段，具备一定的自主学习和信息搜索能力，能在提升技能过程中，培养一丝不苟、精益求精的工匠精神和职业素养。

（3）学习特点。习惯通过网络获取碎片化知识，喜欢在真实的生产场所开展实训，喜欢合作、开放、动手的学习方式，乐于展示自我。

1.3 教学目标

（1）知识目标。了解主流动力电池-锂离子电池的应用、结构及电池管理系统功能，了解主流车型的动力电池的性能参数、维护保养及故障检修。了解新能源汽车自燃的原因；掌握动力电池安全性检测方法，掌握新能源（商用）车动力电池包安装工艺；了解高压电安全防护。

（2）能力目标。能对动力电池性能参数做检测，特别是能够对动力电池包进行安全性检测，能够在新能源（商用）车装配生产线上安装动力电池包；能对动力电池做维护保养及简单故障进行检修；能借助信息化手段自主学习和探究，能查找资料和制定学习计划的能力。

（3）素质目标。在搜集信息、整理信息中增强创新意识；培养团队协作精神，增强合作意识，培养学生具备从事汽车行业工作的职业素养和职业道德，培养一丝不苟、精益求精的工匠精神。

1.4 教法与学法

为了更好地开展1+X证书试点工作，课程设计以岗证对接为依托，充分利用学校与吉利四川商用车公司开展现代学徒制、新型学徒制，通过企业装配生产线和学校新能源汽车动力电池拆装平台现场开展对动力电池结构与检修教学，采取以行动导向法、示范法、项目法、头脑风暴法等教法，凸显理实结合，重在培养技术技能；以行动导向、自主探究、总结归纳、协作交流、实训操作等学法，可进一步拓展与提升学生的学习空间。因此，在教与学的过程中，可以综合使用分组教学、一体化教学、项目教学、讨论法与探究学习法等教学方法。

1.5 教学流程

在教学过程中，将学生以小组为单位，按“资讯→计划、决策→实施→检查、评估”的工作流程组织教学，如图1所示。资讯是在课前由教师通过智慧树、微信公众号（问卷星）等信息平台布置任务，引导学生自主学习涉及动力电池结构和检修的知识，帮助学生学习新知识，为后续的检测与安装做准备。计划、决策是教师在学生填写工作页和总结工作页内容时给予实时指导与评价，对学生出现的问题加以引导，发挥教师咨询者和协调者的作用。实施是教师引导学生按拟订的装配工艺和检测要求，领取元器件，检查其型号，在安装、调试和安全作业时，加强与学生交流，监控每个团队工作进程，并设置问题，引导学生思考，教师仍然是咨询者的角色。检查、评估是通过验收各小组项目实施的结果，向学生检查了解情况，听取学生的反馈信息，并对项目进行总结。

图1 教学流程

2 教学展示

以新能源汽车动力电池检测的教学活动为例进行教学设计展示。该课程以呈现动力电池的安装及安全性检测为重点，对此，教师在吉利汽车制造厂与安装、检验师傅一起，用生产线上即将装配到商用车的动力电池和检测设备开展气密性检测与安装，同时开展现场教学。因此，必须要让学生熟悉生产流程和条件，自己拟订装配工艺和任务单，领取物料，跟着师傅和老师去安装、检测，直到接收评估和验收，学生全程参与整个装配流程，实操技能得到了历练。

教学流程设计如下：以新能源汽车自燃现象和安全教育为课堂导入（5 min）→现场学习；新能源商用车动力电池布置和安全性分析（35 min）→现场观看布局；动力电池包安全性检测（40 min）→现场测试；生产线上动力电池包安装（75 min）→现场安装；最后对教学进行总结反馈与拓展提升（5 min）→现场总结与提升。

2.1 影响动力电池包安全性的因素

影响电动汽车安全事故的原因在于动力电池包的滥用，一般可分为机械滥用、电滥用和热滥用三类，其中，以机械滥用和电滥用情形较多，但热滥用将直接引发热失控。如动力电池包布置和轻量化技术等机械滥用会引起电池包受到挤压而严重变形，当车辆发生碰撞时就会引起安全问题。因此，在电池失控的主要触发条件中，因碰撞引起的短路占绝大多数（超过90%），且事故中将伴随着冒烟、起火和爆炸现象，这就是新能源汽车自燃现象并不少见的原因。

（1）动力电池包的布置。吉利SV0冷藏商用车的电池因体（面）积大，为了避免电池包托底，4块电池位于车架两翼，如图2所示。对于乘用车，其动力电池几乎覆盖了大部分底板，如图3所示。纯电动汽车大多数是将动力电池布置在底板下方，由于电池距车身边缘的间距较小，电池底面又不受车身结构保护，而且面积又大，容易受到剐蹭和撞击，在碰撞或托底时容易受挤压，造成安全隐患，从而导致冒烟、起火和爆炸事故的几率增大。

图2 吉利SV0冷藏商用车动力电池的布置

图3 乘用车动力电池的布置

（2）轻量化技术。新能源汽车为适应轻量化技术需要，将电池包壳体结构做得尽量轻巧，有可能导致对内部模组和高压器件的防护不足，也容易发生热失控等问题，因此，轻量化不当也容易引起安全事故。

2.2 动力电池包气密性检测

（1）检测要求。虽然电池箱体有足够的强度、刚度，良好的散热性及防水、绝缘等要求，但动力电池包却存在泄漏问题，因此，对气密性检测至关重要。对此，国家工信部装备工业发展中心在《关于开展新能源乘用车、载货汽车安全隐患专项排查工作的通知》文件中，明确规定对新能源汽车动力电池安全性检测中，开展气密性检查项目。新规定要求动力电池包要做气密性检测，并将此纳入了强检项目，气密性检测也是衡量电池安全性能的一项重要指标。

由于新能源汽车动力电池包一般都比较大，基本长度都在1 m以上，对于整个腔体而言，内部的容积是非常大，过去用简单的水检法变得越来越不实用，因此，现在用压缩空气做气密性测试，充气会引起电池表面凸起、冒包，测试难度高于一般常规产品。

（2）检测方法与步骤。领取动力电池包、气密性检查仪及工具夹具等。先作目测，进行外观检察，观察电池包有没有碰撞损伤等缺陷。堵塞各接口和电极等，对电池包做密封处理，合格后把气密夹具卡爪套进防爆安全阀凹槽中，顺时针旋转锁紧转轴，把防爆阀上盖压紧，将快速接头插入进气管中，用肥皂水检测电池包有无漏气，确认无误后，连接检测仪电源，打开气密性检测仪电源开关，设置充气时间、保压时间等参数，接通压缩空气。

生产上根据现场装配的动力电池，常采用压降法测试。开始检测时设定充气压力在3.5 kPa以上，等30 s平衡后，再测试稳定60 s，气压≥3.5 kPa，若电池箱内漏气量气压≤30 Pa，则泄漏量小，气密性检测合格，绿色指示灯亮；如果红色指示灯亮表明不合格，存在泄漏。记录气密性检测结果，并对检测合格的电池包贴上“气密合格”标签，即可装车使用。

2.3 动力电池包安装工艺

课前通过智慧树、微信等信息平台发出“资讯”，分析动力电池包装配要求。主要考虑支架、动力电池包、DC-DC等装配工艺，要求学生列出应准备的机物油料、工具、量具、夹具等。

课上采用项目法、头脑风暴法引导学生制订“计划”，做出“决策”。使项目计划既符合目标要求、方案可行，又符合操作规范，把握好每个学习情境的难易程度，做到先易后难，有序推进，为实施项目创造条件，确保任务顺利完成。教师要引导学生梳理出电池包的装配内容、要求、工艺流程，以及装配作业中需要重点关注的内容，经教师和师傅审阅批准后方可实施。

教师再次检查学生拟订的装配工艺，并给与完善。组织学生通过实训操作教学来“实施”计划，现场操作流程如下。

（1）装配要求。安装支架上的孔位不得有错、漏等情况，车架上的铆钉及螺栓不得与零部件装配的螺栓干涉。支架无掉漆、无锈蚀、无扭曲变形等现象。对电池组与DC-DC变换器装配过程中，轻拿轻放，严禁碰撞。安装位置要准确，螺栓螺母预紧力要符合工艺要求。

（2）领取材料。领取电池支架、DC-DC支架、电机支架、动力电池、DC-DC变换器、螺栓、垫圈、螺帽、扭力扳手，起重机等物料，领取工具和检验器材等。

（3）外观检查。先检查电池、DC-DC等元器件外观是否有磕碰划伤等缺陷，必须是合格的产品才能安装。

（4）安装工艺。先安装支架，将动力电池支架安装在左右纵梁对应的位置，安装DC-DC变换器支架和电机支架到对应位置，拧上螺栓，紧固螺栓。然后再装配动力电池组，要先将胶皮垫好，将电池组吊起，轻放在支架上，对好卡口，调整位置，拧上螺丝。最后安装DC-DC变换器，拧上螺丝。

（5）检查评估。在动力电池包安装完成后，要开展“检查”与“评估”。先检查支架的安装，主要检查螺栓预紧力矩是否为70 N·m~90 N·m，检查合格后要涂色作标志。还要检查支架及纵梁外观是否完整，有无磕碰，有无掉漆等问题，若存在问题需要立即处理，直到没有问题，安装才算合格。

2.4 课后巩固与拓展

查阅国标，了解电动汽车锂离子动力电池主要测试项目及技术指标等；了解氢料电池，并与锂离子动力电池做比较。培养学生搜集和处理信息的能力及获取新知识的能力。

3 教学评价

3.1 校内考核

考核是引导学生自主学习、检查教学效果的重要环节，也是体现课程设计要求的标志。因此，应积极探索以素质教育为核心的考核方式，避免应试教育的弊病。校内考核采用过程考核（50%）+集中考核（50%）相结合，进行综合评定。

（1）过程考核。由态度纪律和实训技能组成，前者由作业、测验、课堂回答问题、考勤等进行综合评定，占比20%；后者根据学生在教学过程中的参与程度、动手能力等进行评定，可以根据任务完成的方法、创新、时间、质量等方面评定，占比30%。过程考核时也包含项目教学法实施过程中生成的文档、项目实施结果、小组分工中扮演的角色、电池包安装操作和检测中的创新、出勤纪律等情况进行评定。

（2）集中考核。由期末考试成绩进行评定。笔试时一般采用试题库，题型丰富，注重对基本理论、基本概念、基本方法和综合应用等方面的考核，重点考察学生掌握理论与技术技能结合的能力。

3.2 学校评价

为提升教学质量，培养更多技术技能型人才，学校支持教师到企业去开展理实一体化教学。但因各种原因，大多数课程仍以校内理论教学为主，效果不尽如人意。而动力电池结构与检修课程的教师，能充分利用与学校开展校企合作的吉利四川商用车公司生产线上开展教学，利用装配流程设计教学环节，注重强化学生独自学习的能力，淡化老师（师傅）的作用，实现以学生为主的教学理念，增强学生的动手能力，从而培养更多技术技能型人才。

3.3 企业评价

吉利四川商用车公司技术负责人对动力电池结构与检修教学活动的评价。由于吉利新能源商用车生产任务多，生产上需要大量的管理、检测、安装等技术技能人才，通过校企合作，使学校根据企业需要采取相应的教学模式培养人才，让学生在校期间就学到了到企业工作所需的内容和要求，让企业招聘到最需要的人，大大缩短学生与企业之间的磨合期，使企业大大降低培训员工成本。