《国规新能源汽车整车控制系统检修（第2版）》教案 第8课 整车控制系统功能测试（四）

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课题整车控制系统功能测试（四）课时2课时（90min）教学目标知识目标：（1）了解制动能量回收的意义（2）掌握制动能量回收的控制策略（3）理解制动能量回收系统的工作原理（4）熟悉制动能量回收与机械制动的融合技术（5）掌握制动能量回收功能测试的方法技能目标：能够完成制动能量回收功能测试素质目标：（1）关注行业资讯，提高工作热情和职业素养（2）学习楷模事迹，培养勤奋进取和不断学习的精神教学重难点教学重点：制动能量回收的控制策略教学难点：完成制动能量回收功能测试教学方法任务引入法、问答法、讨论法、实践操作法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：传授新知（28min）课堂讨论（10min）第2节课：实践操作（35min）拓展阅读（5min）

课堂小结（3min）作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单——制动能量回收功能测试”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，收集制动能量回收功能的相关资料，并进行了解【学生】提前上网观看相关资料，熟悉教材通过课前的预热，让学生了解所学课程的大概内容，激发学生的学习欲望考勤（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务引入（5min）【教师】讲述“制动能量回收系统”的案例，然后提出以下问题：（1）在汽车行业中，怎样做到“环保”？（2）汽车制动能量回收系统回收的是哪些能量？【学生】聆听、思考、举手回答通过与本任务相关的案例引出任务，激发学生的学习兴趣，让学生带着相关背景去探索新知识传授新知（28min）【教师】通过大家的发言，引入新知，讲解制动能量回收的意义、控制策略、工作原理、制动能量回收与机械制动的融合技术及制动能量回收功能测试等内容2.4.1制动能量回收的意义传统燃油汽车易造成能量的浪费，这是因为传统燃油汽车在制动或惯性滑行时会释放多余的能量，该能量一般会转化为热能散发到环境中，直接损失掉了。而新能源汽车则普遍采用了制动能量回收技术，将因惯性产生的动能回收利用起来，不仅提高了能源的利用效率，还减少了新能源汽车续驶里程短、充电时间长、动力电池更换率高等问题。【教师】提出问题大家是否注意过这种现象，当传统燃油汽车停在身旁时总会带来一阵热风。请回忆一下，新能源汽车停在身旁时是否有这种现象？你更喜欢传统燃油汽车还是新能源汽车？为什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答新能源汽车的制动能量回收（也称再生制动）是靠驱动电机来实现的。当车辆制动或惯性滑行时，驱动电机工作在发电状态，可将车辆制动或惯性滑行时产生的动能转化为电能充入动力电池，从而实现制动能量的再生利用，提高能源的利用效率。2.4.2制动能量回收的控制策略1．制动能量回收的控制过程制动能量回收系统的控制过程如图所示。（1）在车辆制动或惯性滑行过程中，制动能量回收系统的制动控制单元通过检测到的ABS信号和制动踏板信号识别出驾驶员的制动或减速意图及所期望的制动或减速强度。（2）制动控制单元结合动力电池荷电状态（SOC）等，判断是否启用制动能量回收。（3）结合当前的驱动电机信息计算出最大回收电流。（4）计算出再生制动力矩，进行制动能量回收。同时，随着各信号的变化，逐渐修正制动力矩。（5）将修正的制动力矩反馈给防抱死制动系统（ABS）。（6）重复步骤（1）至步骤（5）。2．典型新能源汽车制动能量回收的控制策略下面分别介绍比亚迪e5新能源汽车和吉利帝豪EV450新能源汽车制动能量回收的控制策略。1）比亚迪e5新能源汽车制动能量回收的控制策略比亚迪e5新能源汽车制动能量回收的控制策略如图所示。电机控制器根据加速踏板位置信号、制动踏板信号判断车辆是否处于惯性滑行或制动状态，并进行能量回收控制。当电机控制器确定车辆处于惯性滑行或制动状态时，电机控制器将控制驱动电机由驱动工作状态转为发电工作状态，同时电机控制器将能量回收控制信号通过CAN-H总线和CAN-L总线传输给电池管理系统。电池管理系统根据检测到的动力电池状态参数，适时地控制高压配电箱内的接触器闭合，将驱动电机发电产生的能量及时储存在动力电池中，完成能量回收。在制动能量回收控制过程中，电机控制器负责收集和分析能量回收信号，并向电池管理系统发送能量回收控制信号。2）吉利帝豪EV450新能源汽车制动能量回收的控制策略吉利帝豪EV450新能源汽车制动能量回收的控制策略如图2-45所示。制动能量回收系统被默认为自动开启状态，在满足整车稳定的前提下，当驾驶员决定减速而踩制动踏板时，整车控制器根据当前动力电池状态和制动踏板信号，计算能量回收转矩并发送指令给电机控制器，电机控制器将控制驱动电机制动力矩的输出，使驱动电机由驱动工作状态转为发电工作状态。同时，整车控制器控制车载充电机工作，并将能量回收控制信号传输给电池管理系统。电池管理系统根据检测到的动力电池状态参数，控制动力电池内部的正极接触器和负极接触器闭合，使驱动电机在惯性滑行或制动状态下发电产生的能量及时回收储存在动力电池中，完成制动能量回收。2.4.3制动能量回收系统的工作原理车辆在惯性滑行或制动时，其动能将经过传动装置传递给驱动电机，然后驱动电机在制动控制单元的作用下以发电模式工作，并将车辆的动能转变为电能，给储能装置充电，达到制动能量回收的目的。制动能量回收系统的结构简图如图所示。当车辆正常行驶时，T1导通、T2截止，电流方向为A→B→C→D→E→A。当驾驶员踩下制动踏板时，车辆处于制动状态，T1、T2都截止，车辆开始进行制动能量回收。制动能量回收的工作过程包括续流阶段、电流反向阶段、能量回收阶段。1．续流阶段当T1、T2都截止时为续流阶段。该阶段驱动电机两端的电源被切断，电感L将向外释放存储的电能，电流流向节点D，并通过VD2续流，电流流经方向为D→F→G→C→D，即回路1，此过程驱动电机消耗电感L中的能量，当电感L中的能量消耗到一定量时，T2导通。2．电流反向阶段当T2导通、T1截止时为电流反向阶段。该阶段驱动电机工作于发电状态，回路中的电流方向与正常行驶时的电流方向相反，电流流经方向为D→C→G→F→D，即回路2，此过程驱动电机给电感L充能，当电感L充能到一定量时，T2再次截止。3．能量回收阶段当T2再次截止时为能量回收阶段。该阶段驱动电机工作于发电状态。但此时电感L与驱动电机形成串联电源，其电压大于动力电池电压，使二极管VD1导通，并使反向电流经VD1续流，形成回路3，电流流经方向为A→E→D→C→B→A，使产生的电能回收到动力电池。此后，驱动电机反复工作在电流反向阶段和能量回收阶段，直到完成新能源汽车制动过程。【资料卡】拓展知识面【教师】讲述制动能量回收的储能装置制动能量回收的储能装置主要有动力电池、超级电容、飞轮等，其特性如下。（1）动力电池是最常见的储能装置，其单位体积内能存储的能量多，但充电速度慢，成本较高。（2）超级电容的充放电速度快，但体积大，成本很高，使用寿命也很难保证，所以应用较少。（3）飞轮是用物理的方法实现储能，需要长时间处于高速运转状态，容易磨损，寿命较短。目前最佳的储能装置是将动力电池与超级电容并联使用，超级电容能延长动力电池的使用寿命，并改善制动能量回收效果。。【学生】聆听、思考2.4.4制动能量回收与机械制动的融合技术在新能源汽车中，制动能量回收与机械制动同时存在，为了保证制动能量回收与机械制动的性能，需要将二者合理地融合，以满足制动能量回收与机械制动不同的制动力要求。制动能量回收与机械制动的融合技术可以分为并联式和串联式两大类。1．并联式并联式是根据整车制动力需求和车辆行驶状态，在机械制动所需的制动力（以下简称“机械制动力”）上按比例附加制动能量回收所需的制动力（以下简称“回收制动力”），使制动踏板开度与所需制动力形成一定比例，如图所示。在并联式下，机械制动力和回收制动力始终同时存在于车辆制动过程中。2．串联式串联式是通过调节机械制动力，使得回收制动力和机械制动力之和满足制动力需求，如图2-48所示。在串联式下，车辆首先使用回收制动力进行制动，当所需制动力大于最大回收制动力时，再在最大回收制动力的基础上加上机械制动力共同进行制动。2.4.5制动能量回收功能测试制动能量回收功能测试是在制动或惯性滑行时观察组合仪表显示情况。1．制动时的能量回收测试启动车辆后，首先，将车辆加速至高速，松开加速踏板，踩下制动踏板；然后，在不同制动能量回收强度下，观察组合仪表功率表是否为负值，信息显示屏上的能量流方向是否由车轮回流至动力电池，并通过故障诊断仪读取相关数据。2．惯性滑行时的能量回收测试首先，将车辆开到长坡上，在车辆下长坡时缓慢松开制动踏板，使车辆利用惯性滑行；然后，在不同制动能量回收强度下，观察组合仪表功率表是否为负值，信息显示屏上的能量流方向是否由车轮回流至动力电池，并通过故障诊断仪读取相关数据。【学生】聆听、思考、理解、记忆通过讲解、图片展示、课堂互动等教学方法，让学生了解制动能量回收的意义、控制策略、工作原理、制动能量回收与机械制动的融合技术及制动能量回收功能测试等内容课堂讨论（10min）【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：制动能量回收系统的工作原理是怎样的？【学生】聆听、思考、小组讨论，由小组代表发表讨论结果【教师】与学生一起评价各组的发言通过课堂讨论，激发学生的学习兴趣，加深学生对所学知识的理解第二节课实践操作（35min）【教师】组织学生扫码观看“制动能量回收功能测试”视频，然后带领学生到实操间进行实践操作下面以吉利帝豪EV450新能源汽车为例，进行制动能量回收功能测试。1．准备工作（1）所用车型：吉利帝豪EV450。（2）作业工具：绝缘手套、安全帽、护目镜、绝缘鞋、车外三件套、车内四件套、故障诊断仪等。2．操作步骤（1）连接故障诊断仪，如图所示。滑行回馈等级默认为中等级（见下图），将车辆加速至较高车速。（3）松开加速踏板，踩下制动踏板。进入故障诊断仪电池管理系统模块，读取数据流。如图所示，电池包总电流为-6.7A，电流流向动力电池，回收能量。（4）调节制动能量回收强度旋钮（见下图），使滑行回馈等级为强等级，如图所示。松开制动踏板，踩下加速踏板，将车辆加速至较高车速。（5）松开加速踏板，踩下制动踏板。进入故障诊断仪电池管理系统模块，读取数据流。如图2-60所示，电池包总电流为-15.2A，电流流向动力电池，能量回收的强度较中等级更强。（6）调节制动能量回收强度旋钮，使滑行回馈等级为弱等级，如图2-61所示。松开制动踏板，踩下加速踏板，将车辆加速至较高车速。（7）松开加速踏板，踩下制动踏板。进入故障诊断仪电池管理系统模块，读取数据流。如图所示，电池包总电流为-1.1A，电流流向动力电池，能量回收的强度较弱。【学生】以小组为单位，进行实操，根据分工填写“任务工单——制动能量回收功能测试”【教师】根据学生表现，填写考核评价表以实际工作中需要的技能为出发点，切实帮助学生掌握操作技能，通过理论结合实践，加深对知识的理解和运用，锻炼学生应对实际问题的能力拓展阅读（5min）【教师】组织学生阅读“唐跃辉：新能源汽车行业的大工匠”案例，然后组织学生以小组为单位讨论以下问题：（1）为什么唐跃辉被称为“新能源汽车行业的大工匠”？（2）唐跃辉的事迹带给你哪些启发？思考、小组讨论，由小组代表上台发表讨论结果【教师】与学生一起评价各组的发言思想政治教育有机融入教学过程，加强学生学习模范事迹，追求不断进取、精益求精的劳模精神，领略科技前沿，增强民族自豪感和创新意识课堂小结（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了制动能量回收的意义、控制策略、工作原理、制动能量回收与机械制动的融合技术及制动能量回收功能测试，并通过实际操作掌握了制动能量回收功能测试的方法；希望大家课下能多练习，对制动能量回收的控制策略有一定认识，并能正确、熟练地完成制动