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在车辆工程专业中引入动力电池设计及管理课程
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期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN 15-1362/G4
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我刊投稿论文
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2018-12-25 | 所属栏目:我刊投稿论文 | 阅读次数:

作者:戴海峰
  【摘要】我国车辆工程专业现有课程设置与电动汽车发展需求无法有效衔接,需加大电动汽车及关键零部件相关课程的权重。本文探索了在车辆工程专业中引入动力电池设计及管理课程,从教学计划、实践教学设计、教学方式、考试考核方式及课程提升等方面进行了深入思考。
  【关键词】车辆工程 动力电池 课程引入
  【Abstract】The present course architecture of vehicle engineering in China university now can not meet the requirement from the technology development of electric vehicles. To solve this problem, more courses regarding electric vehicles and the key components should be added into the architecture. This paper makes an explore to introduce the course of power battery design and management into the architecture, and the teaching program, practice teaching, teaching mode, exam mode and course enhancement are considered deeply.
  【Keywords】vehicle engineering; power battery;course introducing
  【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)37-0238-02
  引言
  我国的现有车辆工程专业一般建立在机械大学科基础之上,并培养了一批又一批具备较好基础知识沉淀的学生。我国汽车工业的飞速发展,高校车辆工程专业的课程设置无疑功不可没。在传统汽车领域,高校车辆工程已有较为完备的课程体系[1]。随着技术的发展以及人类对能源与环境问题的思考,新能源汽车成为世界汽车工业的发展方向,也成为我国的国家发展战略。面对新能源汽车产业的飞速发展态势,我国高校一些汽车专业相继开始新能源汽车课程[2]。但总体而言,车辆工程专业有关电动汽车及其关键零部件的专业课程设置权重过低,导致现有车辆工程专业毕业生在电动汽车及关键零部件方面的知识积累不足,对我国电动汽车的发展无法提供足够的支撑作用。
  作为电动汽车的核心部件,动力电池的技术发展具有举足轻重的作用[3],表现为:动力电池的能量密度决定了电动汽车的续驶里程;动力电池的功率密度决定了电动汽车的动力性及充电快速性;动力电池的安全性影响整车的安全性;动力电池的成本占到电动汽车整车成本的40%以上。另一方面,电动汽车电池系统实际是一个复杂的机-电-流耦合的复杂多物理场系统,其中包含了物理学、化学、电工电子学、力学、机械结构、自动控制原理等多门课程的基础理论和知识,是上述基础课程极好的专业应用。但由于传统车辆工程专业建立于机械工程,在专业课程设置上,对上述基础课程的融合略显不足。
  可见,在车辆工程专业中设置电池设计及管理技术相关课程具有明显且重要的意义。
  一、教学计划设计及教材规划
  在对课程内容进行深入研究之后,本课程规划的总课时数为34课时,以每学期17教学周计算,则平均周学时为2。课程内容分为五个章节:第一章为基础理论及概念,介绍动力电池技术现状、电池的基本结构及工作原理、电池主要性能参数及测试方法、电池基本特性及分析方法等;第二章为电池特性建模及状态估计,介绍电池电-热-寿命耦合建模及状态估计;第三章为电池热管理,介绍电池的热特性及单体电池热建模、电池热管理系统的设计方法及基本流程、电池热管理系统设计案例分析等;第四章为电池管理系统设计,介绍电池管理系统功能定义、基本架构及软硬件设计;第五章为电池系统的测试及验证,覆盖从需求分析到系统设计及验证方面的测试,以及相关的测试标准及规范分析。
  在上述教学计划中,可以看出本课程与前导基础课程之间的关系。第一章是整个课程体系的基础,将涉及到物理、化学、力学、电工电子学和自动控制原理等相关基础知识。第二章关注电池特性建模与状态估计,将大量用到自动控制原理及物理学相关基础知识。第三章关注电池热管理,涉及到物理、热力学、机械结构、流体力学等相关基础知识。第四章关于电池管理系统设计,涉及到电工电子学、自动控制原理等相关知识。
  二、实践教学探讨
  电动汽车及动力电池技术发展迅速,因此,本课程是一门注重理论联系实际的课程。在本课程的教学中,会引入相应的实践教学环节[4,5]。
  (1)在第三章中,实践教学以企业参观为主。在讲解风冷、水冷电池系统设计,以及电池系统的机械设计的时候,为了让学生能有更直接的认识,一方面会在课堂教学中展示电池系统的三维数模设计,另一方面,联系动力電池企业,创造企业参观的机会,让学生能直接以第一视角接触到不同冷却方式的电池系统设计,从而加深对电池系统热-机-电-流耦合设计的理解。
  (2)在第四章中,实践教学以实验台架操作为主。在讲解电池管理系统软硬件设计的时候,将结合现有《嵌入式系统》课程,在汽车电子教学实验室中,让学生参与实际电池管理系统的软硬件设计,并利用控制器演示台架进行功能演示。由于电池管理系统与传统车用控制器存在不同,在这部分实践教学中,将重点突出电池均衡、高压采样、绝缘检测、继电器驱动等部分的设计。
  (3)在第五章中,实践教学以实验室参观为主。由于其测试与传统车辆中的机械部件测试有较大不同,在讲解电池管理系统、电池系统的测试验证技术时, 为了让学生更容易理解测试原理,将在电动汽车实验室中对实际测试平台及台架进行讲解。重点关注充放电测试、硬件在环测试等部分。


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