《电动汽车结构与检修》教案 项目八 电动汽车高压辅助系统（4课时）

《电动汽车电气设备构造与检修》电子教案PAGEPAGEPAGE2《电动汽车电气设备构造与检修》教案课题8.1功率转换设备（DC/DC、DC/AC）的认识课时安排4课时授课班级21新能源2授课类型理实一体型学情分析1.知识：完成了电动汽车各个系统的学习，具备了功率转换设备认知的能力。2.学习者：中职学生思维活跃，接受新生事物的能力较强，具有较大的可塑性。其次，中职生对新知识有极大地兴趣，具有较强的学习动机。3.教学方法与策略：采用项目教学策略，创设教学任务情景，理论实践一体化学习方式，达到理论知识和实践操作的融会贯通，从而提升学习者的综合职业技能。4.职业发展：明确学员的职业发展方向，引导学员树立正确的人生观和价值观。内容分析1.项目化教学设计：突出以工作过程为导向，以工作成效构成模块为主线，以职业能力为核心；教材结构着重反映产品构造和技能点，把工作岗位所需技能分成若干单元，从每个单元中选取若干典型任务，每个学习任务采用实例分析或案例导入的形式，通过学以致用的方式激励学生的学习兴趣。2.技能训练的设计：以行动导向展开，让学生以个体或小组合作的方式围绕明确的学习目标，通过完成一系列的综合性任务，掌握新的知识与技能、提高综合职业能力。实现“行动过程完整”（获取信息、制定计划、实施计划和行动反馈）和“手脑并用”（理论实践一体化学习）的教学方法。教学目标知识目标：1.掌握功率转换设备的结构与工作原理。2.拆装电机控制器装置（MCU），并认识各个接口。技能目标：熟练拆装电机控制器装置（MCU），并正确识别各个接口素养目标：养成安全规范操作、文明生产的职业素质及节约能源、原材料与爱护工具设备、保护环境的观念和意识。课程思政结合高压辅助系统的工作特点，能够为提高车辆舒适与安全贡献力量，培养团结协作、淡泊名利的品质。教学重点拆装电机控制器装置（MCU），并认识各个接口教学难点功率转换设备的结构与工作原理教学方法讲授法、演示法、项目教学法、任务驱动法、实践教学法、案例教学学习方法自主学习法、小组协作学习法、探究性学习法、行动学习法教具准备多媒体教室、汽车维修教学实训室、汽车设备相关实物教学过程（4课时）环节时长教学内容学生活动设计意图课前自主学习在学习通平台发布安全操作拆装电机控制器装置（MCU）示范视频，布置操作任务:根据本学习目标拆装电机控制器装置（MCU）注意事项进行全面资料收集，并制作多媒体课件进行小组讨论。认真观看学习通平台视频和完成操作任务做好课前准备导入学习任务（5分钟）电动汽车维修与燃油车有很大的区别，电动汽车没有汽油车的发电机，怎样给低压蓄电池充电呢？这样才能确保检修过程中人物和设备安全。接下来任务就是认识纯电动汽车功率转换器DC/DC，AC/DC转换器基础知识。引入课题——功率转换设备（DC/DC、DC/AC）的认识（团结协作、淡泊名利）引导学员思考引入课题——功率转换设备（DC/DC、DC/AC）的认识（团结协作、淡泊名利）电机控制器装置（MCU）（25分钟）1.电机控制器装置（MCU）DX3电动车的电机控制装置位于前引擎舱内，如图8-1所示，部件4为电机控制器装置。该装置的任务是将高电压蓄电池的直流电压（最高约400VDC）转换为用于控制驱动电机（作为电机）的三相交流电压（最高约360VAC）。反之，当驱动电机作为发电机使用时，电机控制器装置将驱动电机的三相交流电压转换为直流电压，从而为高电压蓄电池充电。该过程在制动能量回收利用期间进行。对于这两种运行方式来说都需使用双向DC/AC转换器，该转换器可作为逆变器和直流整流器工作。通过同样集成在电机控制器装置内的DC/DC转换器来确保为12V车载网络供电。此外电机控制器装置还有一个控制单元，该控制单元与电机控制器装置名称相同，缩写为“MCU”。DX3电动车的整个电机控制器装置位于一个铝合金壳体内。在该壳体内装有控制单元、用于将交流电压转换为直流电压从而为高电压蓄电池充电以及将高电压蓄电池直流电压转换为三相交流电压的双向AC/DC转换器以及用于为12V车载网络供电的DC/DC转换器。图8-1为电机控制器装置。图8-1电机控制器装置电机控制器装置内部由三个子组件构成：即双向DC/AC转换器、单向AC/DC转换器、DC/DC转换器和MCU控制单元。功率电子电路也由中间电路电容器构成，用于平滑电压和过滤高频部分。电机控制器装置的高电压接口设备如图8-2所示。图中，部件2为驱动电机，部件6为低压蓄电池，部件3为高压蓄电池，从图中不难看出，通过部件10AC/DC转换器位于电机控制器装置内，驱动电机和高压蓄电池之间，具有整流和逆变的双重功能，可以控制驱动电机的转速和扭矩；通过部件14DC/DC转换器位于高压蓄电池和低压蓄电池之间，可以在需要的时候，利用高压蓄电池来为12V车载网络供电，并给低压蓄电池进行充电。图8-2为电机控制器装置的高电压接口设备。图8-2电机控制器装置的高电压接口设备观摩学习示范教学，让学员熟悉电机控制器装置的（MCU）结构及功能结合高压辅助系统的工作特点，能够为提高车辆舒适与安全贡献力量，培养团结协作、淡泊名利的品质。DC/DC转换器（30分钟）2.DC/DC转换器从技术角度而言，DX3电动车电机控制器装置内的DC/DC转换器能够启用以下运行模式：待机（即使出现组件故障或短路、供电电子装置关闭时）、向下转换（“下降模式”）（量流至低电压侧，转换器调节低电压侧的电压）、高电压中间电路放电（互锁故障，事故，主控单元要求）。电机控制器装置未运行时，DC/DC转换器处于“待机”运行模式。例如，总线端状态等未向MCU控制单元供电时，DC/DC变换器就会处于“待机”运行模式。但出现故障时，MCU控制单元也会要求DC/DC转换器执行“待机”运行模式。在此运行模式下不会在两个车载网络间进行能量传输，并断开二者之间的导电连接。运行模式“向下转换”又称为“下降模式”，是高电压系统启用状态下的正常运行模式。DC/DC转换器将电能从高电压车载网络传输到12V车载网络内，同时执行普通车辆上发电机的功能。为此，DC/DC转换器必须将来自高电压车载网络的变化电压降至低电压车载网络的电压。在此高电压车载网络内的电压取决于高电压蓄电池的充电状态（约260V至约390V）等。DC/DC转换器通过调节低电压车载网络内的电压确保为12V蓄电池提供最佳充电，同时根据蓄电池的充电状态和温度调节约14V电压。为此，MCU控制单元与DC/DC控制单元进行通信，由后者执行12V电源管理系统功能。由此产生DC/DC转换器应在低电压车载网络内调节的电压规定值，DC/DC转换器的持续输出功率为2500W。如图8-3所示。图8-3DC/DC转换器（1-高压车载网络电压，约250V至约410V。2-转换。3-DC/DC转换器，4-低压车载网络电压，约14V）DX3电动车的DC/DC转换器技术也能实现运行模式“向上转换”（“助推模式”），例如F04上的DC/DC转换器。但在DX3电动车上无法使用这种运行模式。因此无法通过12V车载网络的能量为DX3电动车高电压蓄电池充电。（正常或快速）关闭高电压系统时，采用上次的DC/DC转换器运行模式。关闭高电压系统时，必须在规定时间内放电至没有危险的60V电压以下。为此DC/DC转换器带有一个中间电路电容器放电电路。该电路首先尝试将存储在中间电路电容器内的能量传输至低电压车载网络。如果该能量不足以实现快速降低电压，就会通过一个为此主动连接的电阻进行放电。通过这种方式使高电压车载网络在5s内放电。出于安全考虑，还有一个始终并联连接的被动放电电阻。即使故障导致前两项放电措施无法正常进行，该电阻也能确保高电压车载网络可靠放电。放电至60V电压以下的所需时间较长，最长为120s。如图8-4所示。DC/DC转换器的温度由一个温度传感器测量并通过DC/DC控制单元监控。如果在冷却液冷却的情况下温度仍超出允许范围，DC/DCC控制单元就会降低DC/DC转换器功率以保护组件。图8-4DC/DC转换器中间放电电路（1-电机，2-12V车载网络接口，3-DC/DC转换器，4-电机电子装置，5-高压蓄电池总成，6-EME控制单元，7-电机绕组短路继电器，8-电容器主动放电继电器，9-双向DC/AC转换器，10-SME控制单元，11-电动机械式接触器，12-高压蓄电池）观摩学习示范教学，让学员熟悉DC/DC转换器的位置及功能。正视国产车和非国产车的产品差异，提升学生职业素养，成为优秀的技能型人才AC/DC转换器（30分钟）3.AC/DC转换器用于控制电机的供电电子装置主要由双向DC/AC转换器构成。这是一种脉冲变流器，带有一个两芯直流电压接口和一个三相交流电压接口。如图8-5所示，该DC/AC转换器可作为逆变器工作，作为电机工作时将电能从高电压蓄电池传输至驱动电机。它也可以作为整流器工作，将电能从驱动电机传输至高电压蓄电池。进行制动能量回收利用时采用这种运行模式，此时驱动电机作为发电机工作并“产生”电能。图8-5双向DC/AC转换器（A-示意图，B-带有组件的图示。1-高压蓄电池，2-逆变器运行模（电机作为负载工作），3-整流器运行模式（电机作为发电机工作），4-DC/AC转换器，5-电流传感器）DC/AC转换器的运行模式由MCU控制单元决定。为此，MCU控制单元从EMCU控制单元接收主要输入参数——驱动电机提供的扭矩规定值（数量和符号）。MCU控制单元根据该规定值和当前驱动电机运行状态（转速和扭矩）确定DC/AC转换器的运行模式以及驱动电机相电压的振幅和频率。根据这些规定值以脉冲方式控制DC/AC转换器的功率半导体。除DC/AC转换器外，供电控制器装置还包括DC/AC转换器交流电压侧所有三相内的电流传感器。MCU控制单元通过电流传感器信号监控供电控制器装置和驱动电机内的电功率以及驱动电机产生的扭矩。通过电流传感器信号以及驱动电机内转子位置传感器信号还能接通电机控制器装置控制电路。电机控制器装置和驱动电机的功率数据在研发过程中进行了相互匹配。因此电机控制器装置能够持续提供45kW电功率并短时提供90kW最大功率。为了防止供电电子装置过载，在DC/AC转换器上还有一个温度传感器。如果根据该传感器信号识别出功率半导体温度过高，MCU控制单元就会降低输出至电机的功率，以保护供电电子装置。如果功率降低程度能够让客户明显感觉到，就会通过一条检查控制信息提示客户。如果电机温度超出允许范围，客户也会获得相同的故障响应（降低功率）和相同的检查控制信息。观摩学习示范教学，让学员熟悉AC/DC转换器的位置及功能。实践训练（90分钟）让学员参与拆装电机控制器装置（MCU），并正确识别各个接口。准备每人1份的操作实训工单按照工单要求认真完成任务和训练锻炼学生实践动手操作的能力课后拓展知识拓展：纯电动汽车功率转换设备和混合电动汽车功率转换设备的差异？小组协作，让学生查阅资料，自主探索学习。自主探索学习，完成内容回顾《电动汽车电气设备构造与检修》教案课题8.2电动汽车空调系统的使用课时安排2课时授课班级授课类型理实一体型学情分析1.知识：完成了电动汽车电气设备构造的整体学习，对电动汽车有了全面的了解。2.学习者：中职学生思维活跃，接受新生事物的能力较强，具有较大的可塑性。其次，中职生对新知识有极大地兴趣，具有较强的学习动机。3.教学方法与策略：采用项目教学策略，创设教学任务情景，理论实践一体化学习方式，达到理论知识和实践操作的融会贯通，从而提升学习者的综合职业技能。4.职业发展：明确学员的职业发展方向，引导学员树立正确的人生观和价值观。内容分析1.项目化教学设计：突出以工作过程为导向，以工作成效构成模块为主线，以职业能力为核心；教材结构着重反映产品构造和技能点，把工作岗位所需技能分成若干单元，从每个单元中选取若干典型任务，每个学习任务采用实例分析或案例导入的形式，通过学以致用的方式激励学生的学习兴趣。2.技能训练的设计：以行动导向展开，让学生以个体或小组合作的方式围绕明确的学习目标，通过完成一系列的综合性任务，掌握新的知识与技能、提高综合职业能力。实现“行动过程完整”（获取信息、制定计划、实施计划和行动反馈）和“手脑并用”（理论实践一体化学习）的教学方法。教学目标知识目标：1.掌握电动汽车空调系统的基本结构及组件功能。2.掌握电动汽车空调系统的制冷原理和制热原理。3.掌握电动汽车空调系统的主要部件拆装、保养方法及其注意事项。技能目标：学会电动汽车空调系统的主要部件拆装及保养方法素养目标：养成安全规范操作、文明生产的职业素质及节约能源、原材料与爱护工具设备、保护环境的观念和意识。课程思政对比传统汽油车空调系统主要零部件和新能源汽车主要零部件组成和原理的差异，培养学生勤于思考、举一反三的学习习惯，培养学生良好的团队合作精神教学重点电动汽车空调系统的主要部件拆装、保养方法及其注意事项教学难点电动汽车空调系统的制冷原理和制热原理教学方法讲授法、演示法、项目教学法、任务驱动法、实践教学法、案例教学学习方法自主学习法、小组协作学习法、探究性学习法、行动学习法教具准备多媒体教室、汽车维修教学实训室、汽车设备相关实物教学过程（第2课时）环节时长教学内容学生活动设计意图课前自主学习在学习通平台发布电动汽车空调系统的主要部件拆装、保养方法示范视频，布置操作任务:根据本学习目标电动汽车空调系统的主要部件拆装、保养方法进行全面资料收集，并制作多媒体课件进行小组讨论。认真观看学习通平台视频和完成操作任务做好课前准备导入学习任务（5分钟）电动汽车与燃油车有很大的区别，传统汽油车空调系统主要零部件和新能源汽车主要零部件组成和原理的差异有哪些？接下来任务就是学习电动汽车空调系统的基本结构及组件功能。引入课题——电动汽车空调系统的使用（勤于思考、举一反三）引导学员思考引入课题——电动汽车空调系统的使用（勤于思考、举一反三）认识电动汽车空调系统（25分钟）1.认识电动汽车空调系统（1）空调系统概述电动汽车空调系统由制冷、供暖、通风、控制等部分组成。主要实现制冷、供暖、除霜除雾、换气、除湿等功能。其中供暖利用PTC加热，制冷采用蒸汽压缩式。本空调系统可实现自动恒温控制，电机驱动风门，鼓风机7档调速。空调系统所用制冷剂为R134a。制冷系统主要由空调驱动器、电动压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器五大部件组成，辅助设备有制冷管路、储液干燥器等；供暖系统主要由空调驱动器、PTC加热器等组成；通风系统主要由鼓风机、通风管道等组成；控制系统主要由室外温度传感器、室内温度传感器、日光照射传感器、蒸发器温度传感器、PTC温度传感器、PTC一次性熔断器、PTC温度控制开关、调速模块、三态压力开关、内外循环电机、主驾冷暖电机、副驾冷暖电机、空调控制器。（2）制冷系统原理空调制冷系统如图8-6所示，由空调驱动器驱动的电动压缩机将气态的制冷剂从蒸发器中抽出，并将其压入冷凝器。高压气态制冷剂经冷凝器时液化而进行热交换（释放热量），热量被车外的空气带走。高压液态的制冷剂经膨胀阀的节流作用而降压，低压液态制冷剂在蒸发器中气化而进行热交换（吸收热量），蒸发器附近被冷却了的空气通过鼓风机吹入车厢。气态的制冷剂又被压缩机抽走，泵入冷凝器，如此使制冷剂进行封闭的循环流动，不断地将车厢内的热量排到车外，使车厢内的气温降至适宜的温度。图8-6制冷系统工作原理（3）供暖系统原理如图8-7所示，供暖系统采用PTC水加热器总成加热冷却液，先由水泵抽空调暖风出水管总成内的冷却液，将冷却液泵进PTC水加热器总成，加热后的冷却液流经暖风芯体，再流回至空调暖风出水管总成，如此循环。加热后的空气，通过鼓风机鼓风将热量送至乘员舱或风窗玻璃，用以提高车厢内温度和除霜。图8-7供暖系统原理图（4）电池热管理系统原理5AEV采用如下图8-8所示的系统来实现电池冷却的。其中，电池冷却介质通过板式换热器和空调制冷介质进行热量交换。在板换里面降温后的电池冷却介质通过电动水泵带到动力电池包里面与电池进行热量交换，从而带走电池的发热量，达到电池降温的效果。空调根据电池包目标水温，通过调节板换处冷媒的状态（压力、温度、流量）和压缩机转速（或开启机械压缩机）来控制电池包进水温度，从而达到较精准电池热管理控制。电池热管理工作模式主要有如下4种：1）乘员舱制冷关闭电池冷却电子膨胀阀。根据目标通道温度来控制电