李伯勇　黃紹金　賴城賢　林藝華

摘 要：隨著動(dòng)力電池更換期的到來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)動(dòng)力電池更換價(jià)格趕上了傳統(tǒng)汽車，而動(dòng)力電池的維修人員缺失，動(dòng)力電池訓(xùn)練“包”就應(yīng)運(yùn)而生，動(dòng)力電池訓(xùn)練“包”主要是模擬新能源汽車動(dòng)力電池維修，由動(dòng)力電池訓(xùn)練包以及線上課程組成，其課程內(nèi)容自由選取訓(xùn)練包中的配件進(jìn)行元器件識(shí)別，以及在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中可根據(jù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)及電氣原理圖進(jìn)行電池成組。動(dòng)力電池訓(xùn)練“包”由30cell磷酸鐵鋰電池、車規(guī)級(jí)分布式電池管理系統(tǒng)、散熱式負(fù) 載、功率電阻、國(guó)標(biāo)交流充電口、車載充電機(jī)、接觸器，熔斷器、直流數(shù)顯表、水泥電阻、薄膜電容、平板電腦、原廠級(jí)上位軟件等放置拉桿式鋁塑箱內(nèi)，箱內(nèi)置泡沫卡托可保證放置所有配件不會(huì)在移動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生碰撞。發(fā)生觸電時(shí)，訓(xùn)練箱內(nèi)置緊急制動(dòng)開(kāi)關(guān)保證使用者安全，使維修人員的安全得到充分的保障，可以快速解決當(dāng)下新能源維修人才市場(chǎng)空缺。

關(guān)鍵詞：新能源電動(dòng)汽車 動(dòng)力電池 培訓(xùn)教學(xué) 動(dòng)力電池系統(tǒng)

1 引言

目前，在我國(guó)汽車制造業(yè)快速轉(zhuǎn)型升級(jí)的背景下對(duì)于汽車職業(yè)技能人才的需求日益劇增，在這樣的市場(chǎng)需求下，本產(chǎn)品在一定程度上滿足了各類院校、4S店及汽車新能源技能培訓(xùn)機(jī)構(gòu)對(duì)于人才培養(yǎng)實(shí)訓(xùn)的需求。在這種環(huán)境下，新能源電動(dòng)汽車逐漸得到民眾的認(rèn)可和接受[1]。新能源電動(dòng)汽車不僅減少了對(duì)燃油的消耗，與此同時(shí)也杜絕了燃油燃燒時(shí)產(chǎn)生的尾氣污染。新能源電動(dòng)汽車以電力作為驅(qū)動(dòng)能源，一旦電力耗盡，汽車也就無(wú)法再運(yùn)行，因此給電動(dòng)汽車進(jìn)行充換電至關(guān)重要。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷的更新迭代，高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備亟待更新，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及裝備行業(yè)市場(chǎng)需求巨大，國(guó)內(nèi)不斷有新企業(yè)瞄準(zhǔn)這塊“蛋糕”，很多外國(guó)生產(chǎn)設(shè)備商也紛紛跟緊腳步進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，搶占先機(jī)。但是現(xiàn)在新能源汽車動(dòng)力電池維修的市場(chǎng)會(huì)維修的特別少，車主對(duì)汽車維修廠（維修難度大，不放心）、4S店（價(jià)格昂貴耗時(shí)長(zhǎng)）、返廠維修（太麻煩，異地維修，且耗時(shí)長(zhǎng)）；并且現(xiàn)在維修新能源汽車動(dòng)力電池并不安全，存在著高壓及維修“后遺癥”的危險(xiǎn)。

據(jù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的汽車產(chǎn)品信息收集平臺(tái)車質(zhì)網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年國(guó)內(nèi)純電動(dòng)車動(dòng)力電池故障總投訴量上漲30.9%。由此可見(jiàn)在現(xiàn)代新能源汽車發(fā)展的趨勢(shì)下動(dòng)力電池故障頻頻發(fā)生，市場(chǎng)需要一款可以快速培養(yǎng)維修動(dòng)力電池人才的產(chǎn)品。

現(xiàn)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)是高校培養(yǎng)人才必不可少的一部分；在基礎(chǔ)教育階段，新能源汽車實(shí)驗(yàn)室、電池檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中的應(yīng)用，可以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)作力，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

2 訓(xùn)練包結(jié)構(gòu)組成

新能源動(dòng)力電池訓(xùn)練“包”的整體組成設(shè)計(jì)：電源模塊：車載充電機(jī)、72V電池組、12V蓄電池；控制模塊：主控模塊、從控模塊；執(zhí)行模塊：放電負(fù)載、維修開(kāi)關(guān)、組裝臺(tái)；其他模塊：導(dǎo)線、CAN導(dǎo)線。如圖1所示。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

我們根據(jù)電源模塊、控制模塊、執(zhí)行模塊、其他模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)新能源汽車動(dòng)力電池模塊的模擬，可以讓維修人員在后續(xù)的維修時(shí)提高安全性，可以讓維修新能源汽車的人員增多，更好的推進(jìn)新能源汽車的政策要求。

3.1 維修單元

維修單元主要負(fù)責(zé)車輛電池信息讀取、故障碼查詢、故障點(diǎn)查詢。根據(jù)該單元所負(fù)責(zé)的內(nèi)容，該單元硬件設(shè)備包括：車載充電機(jī)、72V電池組、12V蓄電池、主控模塊、從控模塊、放電負(fù)載、維修開(kāi)關(guān)、組裝臺(tái)、導(dǎo)線、CAN導(dǎo)線。

（1）車載充電機(jī)是一種固定安裝在電動(dòng)汽車上的充電機(jī)，具有為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，安全、自動(dòng)充滿電的能力，充電機(jī)依據(jù)電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成充電過(guò)程[2][3]。如圖2所示。

（2）72V電池組主要用于給動(dòng)力電池訓(xùn)練“包”提供足夠電力，保證在培訓(xùn)和維修時(shí)保持電力供給，主要由6個(gè)12V蓄電池串聯(lián)而成。

（3）12V蓄電池主要用于給非高壓設(shè)備的其他設(shè)備供電，主要包括：主控模塊、從控模塊、CAN導(dǎo)線等等。

（4）主控模塊主要作用是控制整個(gè)訓(xùn)練包的電路和故障查詢、設(shè)置故障點(diǎn)等等，是整個(gè)設(shè)備的核心，可以更好配合培訓(xùn)人員完成操作。

（5）從控模塊主要用途是輔助主控模塊完成故障查詢、設(shè)置故障點(diǎn)等等，同時(shí)控制其他設(shè)備與主控模塊進(jìn)行交互。更好完成教學(xué)。

（6）放電負(fù)載是一個(gè)執(zhí)行元件，可以通過(guò)主、從控制模塊的設(shè)置故障點(diǎn)，主要用途是給蓄電池組深度放電維護(hù)和容量檢測(cè)的儀器，具有功率大、安全性高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在測(cè)試過(guò)程中能實(shí)時(shí)顯示電壓、電流等數(shù)據(jù)；經(jīng)過(guò)參數(shù)設(shè)定后，自動(dòng)恒流或恒阻控制完成動(dòng)力電池容量試驗(yàn)。如圖3所示。

（7）維修開(kāi)關(guān)主要用途是在維修動(dòng)力電池時(shí)候給維修人員安全，在拔開(kāi)維修開(kāi)關(guān)時(shí)整個(gè)電路斷路。

（8）組裝臺(tái)可以讓整體更整潔、方便、輕松，使維修人員的操作更加規(guī)范舒適；可以任意設(shè)計(jì)，可以模擬多種車輛的動(dòng)力電池，設(shè)置故障點(diǎn)方便，能大大提高培訓(xùn)質(zhì)量。

（9）導(dǎo)線是連接各設(shè)備的重要元件，也是最容易設(shè)置故障點(diǎn)的地方，導(dǎo)線的規(guī)格主要看電壓、電流的大小。

（10）CAN導(dǎo)線的作用就是將執(zhí)行器、控制模塊、各種傳感器等多個(gè)控制單元連接在一起，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)同步。

3.2 設(shè)置故障點(diǎn)單元

故障點(diǎn)單元包括兩個(gè)部分：故障點(diǎn)設(shè)置、故障點(diǎn)監(jiān)控。

故障點(diǎn)設(shè)置：根據(jù)教學(xué)目的，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，選擇合適的故障點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，本產(chǎn)品通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)置故障點(diǎn)；由于電池出現(xiàn)的問(wèn)題會(huì)影響到車輛的動(dòng)力性能、安全性能、續(xù)駛里程等。本產(chǎn)品通過(guò)設(shè)置不同的故障點(diǎn)，讓學(xué)員可以了解不同的故障情況，并且在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)應(yīng)的動(dòng)作；通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，確定電池是否存在問(wèn)題。

本產(chǎn)品在設(shè)置故障點(diǎn)單元主要分為人為故障和自然故障；主要是讓培訓(xùn)人員可以更好應(yīng)對(duì)各種故障情況。

人為故障：汽車制造和維修過(guò)程中，由于零件存在瑕疵或裝配不規(guī)范或者使用不當(dāng)?shù)热藶橐蛩卦斐傻墓收稀?/p>

自然故障：汽車在使用壽命期間，由于外部和內(nèi)部不可抗拒的自然因素造成的故障。

故障點(diǎn)監(jiān)控：通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，確定是否有問(wèn)題，根據(jù)學(xué)員掌握情況來(lái)進(jìn)行調(diào)整。本產(chǎn)品通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，確定是否存在問(wèn)題；從而判斷電池是否存在問(wèn)題。

4 軟件設(shè)計(jì)

本訓(xùn)練包的軟件控制部分采用了 LabVIEW軟件，該軟件以其簡(jiǎn)潔直觀的界面、強(qiáng)大的功能和豐富的命令集等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、人工智能、數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理等領(lǐng)域。LabVIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)面向?qū)ο蟮目梢暬幊汰h(huán)境，具有豐富的功能函數(shù)，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能和友好的用戶界面，是工業(yè)控制領(lǐng)域中最流行也是最重要的工具之一。

LabVIEW作為一個(gè)虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能儀表、機(jī)器人、航空航天、石油化工等行業(yè)。LabVIEW可以將系統(tǒng)中所有變量均顯示在界面上，并提供統(tǒng)一的操作界面。LabVIEW采用了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，與 VC++等傳統(tǒng)語(yǔ)言相比具有更強(qiáng)的靈活性和更多的功能。LabVIEW采用模塊化結(jié)構(gòu)，能夠方便地進(jìn)行程序修改和移植。

5 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

使用測(cè)試包模擬兩種不同的動(dòng)力電池進(jìn)行了自放電、動(dòng)力電池對(duì)蓄電池情況、電池內(nèi)部一致性、動(dòng)力電池SOH情況，具體測(cè)試過(guò)程如下：

（1）自放電：我們可以根據(jù)兩款動(dòng)力電池情況來(lái)模擬動(dòng)力電池在斷路或短路情況下自放電，啟動(dòng)測(cè)試包進(jìn)自放電測(cè)試，自放電結(jié)果分別為6%和5%；

（2）動(dòng)力電池對(duì)蓄電池情況：我們可以根據(jù)動(dòng)力電池在工作時(shí)，DC/DC對(duì)蓄電池充電情況的模擬，啟動(dòng)測(cè)試包后，給蓄電池進(jìn)行放電操作，放電容量為800 mAh的動(dòng)力電池放電容量為750 mAh；電池充電電壓為14.5V時(shí)，放電電壓為13.5V。

（3）電池包內(nèi)部的一致性：通過(guò)軟件的設(shè)計(jì)我們可以控制動(dòng)力電池內(nèi)部電流、電壓、電容量，讓它可以和市場(chǎng)上動(dòng)力電池達(dá)到一致性。

（4）動(dòng)力電池SOH情況：測(cè)試包會(huì)根據(jù)需要模擬的動(dòng)力電池從充滿狀態(tài)以一定倍率放電至截止電壓所放出的容量與其所對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱容量的比值來(lái)模擬動(dòng)力電池的健康情況。

6 結(jié)論

動(dòng)力電池訓(xùn)練包是一款用來(lái)進(jìn)行動(dòng)力電池充放電性能測(cè)試的專用設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、精度高、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；在保證測(cè)試安全的前提下，該訓(xùn)練包的精度高，能滿足不同電壓等級(jí)動(dòng)力電池的測(cè)試要求。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室方法相比，該訓(xùn)練包具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)試范圍廣等特點(diǎn)；在保證測(cè)試安全的前提下，該訓(xùn)練包能滿足不同電壓等級(jí)動(dòng)力電池的測(cè)試要求。本論文通過(guò)對(duì)動(dòng)力電池訓(xùn)練包的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，為動(dòng)力電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)汽車等新能源車輛的研發(fā)提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，提高了設(shè)計(jì)效率。在實(shí)際應(yīng)用中，該訓(xùn)練包還可以用來(lái)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)、壽命試驗(yàn)等。此外，該訓(xùn)練包還可以用于電動(dòng)車等新能源汽車的制造工藝研究、質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域。在今后的工作中，我們將繼續(xù)進(jìn)行研究工作，使之更好地為新能源汽車產(chǎn)業(yè)服務(wù)。

7 展望

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的大力扶持，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了飛速發(fā)展。與此同時(shí)，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，不僅表現(xiàn)在動(dòng)力電池產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，而且還表現(xiàn)在動(dòng)力電池安全性差、使用壽命短、充電速度慢等諸多問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，我國(guó)提出了“三縱三橫”新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略?！叭v”分別為純電動(dòng)汽車（EV）、混合動(dòng)力汽車（HEV）和燃料電池汽車（FCEV）；“三橫”分別為純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成技術(shù)、插電式混合動(dòng)力汽車技術(shù)和燃料電池汽車動(dòng)力總成技術(shù)[4]。這些戰(zhàn)略的實(shí)施必將推動(dòng)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，并極大地提升我國(guó)在國(guó)際新能源汽車市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。作為新能源汽車的重要組成部分，動(dòng)力電池的研發(fā)生產(chǎn)對(duì)于推動(dòng)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要意義。本研究針對(duì)動(dòng)力電池的特性，開(kāi)發(fā)了一套動(dòng)力電池訓(xùn)練包，以提高測(cè)試效率和準(zhǔn)確性，縮短測(cè)試時(shí)間。本研究成果可以為新能源汽車相關(guān)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)提供相關(guān)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

課題來(lái)源：福建省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目—?jiǎng)恿﹄姵赜?xùn)練“包”設(shè)計(jì)，項(xiàng)目編號(hào)：S202212928022。

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