本虚拟仿真实验项目，主要针对新能源汽车的高压电气相关部分，完成电气系统和高压控制实验项目的预习、实验、考核测试等步骤，学生能在虚拟环境中完成实验，并生成电子版本的实验报告。整个实验过程均留有过程记录，指导教师根据学生的实验情况，及时掌握分析学生实践能力的达成情况，及时进行针对性的指导。

具体实验目的为：

（1）熟练掌握并严格遵守电气相关的安全规定和操作规程；

（2）进一步熟悉新能源电动汽车基本运行原理，掌握其工作流程；

（3）掌握新能源电动汽车的电气总成构造，以及各电气部件的构造原理；

（4）掌握新能源电动汽车的电气原理、驱动原理；

（5）在仿真平台上通过对驱动电器控制器的拆装工艺、功能调试、故障检测及排查进行训练，进一步掌握其工作原理及设计方法；

（6）通过对高压控制盒的拆装工艺、功能调试进行训练，掌握其工作原理、结果分析和设计方法；

（1）实验原理

本实验项目以夯实基础，强化工程实践能力，培养学生系统性思维为宗旨和主线，将新能源电动汽车的结构、原理、以及拆解安装相结合，通过校企合作开发的新能源汽车电气系统与高压控制虚拟仿真实验平台完成在线虚拟实验，并在线互动和考核，完成实践过程的质量监控。实验项目包含了动力电池模块拆解与安装、高压控制盒模块拆解与安装、驱动电机控制器模块拆解与安装、电气原理、功能调试五大模块，整体架构如图1所示。

知识点：共 4 个

1.新能源汽车整车结构

2.新能源汽车工作原理

3.新能源汽车电机控制器虚拟装配

4.新能源汽车高压控制盒虚拟装配

（2）核心要素仿真设计（对系统或对象的仿真模型体现的客观结构、功能及其运动规律的实验场景进行如实描述，限500字以内）

1.新能源汽车整车结构

图1新能源汽车整车结构

通过真实的三维虚拟新能源汽车向受训者提供相关零部件的结构展示与功用，便于受训者对新能源汽车构造全方面的认知与了解。整车结构包括空调系统、转向系统、车载充电系统、DC/DC系统、动力电池系统、冷却系统、驱动电机系统、电机控制系统、高压控制盒、制动系统、主减速器、车身控制系统。

2.新能源汽车工作原理

通过三维动画展示各部分原理，包含电驱系统原理（驱动原理、减速原理）；电动机组件原理（驱动原理、制动能量回收原理）；驱动电机控制器原理（驱动原理、制动原量回收原理）；减速器总成原理（主动状态原理、从动状态原理）；电驱冷却系统原理（驱动电机温度调节、电机控制器温度调节）；动力电池系统原理（驱动原理、制动能量回收原理、慢充原理、快充原理）；动力电池组件原理（放电原理、充电原理、电池加热管理、电池管理原理）；高压控制盒原理（能量回收原理、驱动原理、慢充原理、快充原理、空调制热原理、空调制冷原理、低压供电原理）；车载充电机原理（车载充电机机内温度调节）；DC/DC转换器原理；电控系统原理（快充原理、慢充原理、加速控制、制动控制、换档控制）；整车路况原理（可通过键盘模拟驾驶，包含触发ABS系统、ESP系统、开关灯光、隐藏车身等功能）等。

图2整车控制原理系统

3.新能源汽车电机控制器虚拟装配

采用纯电动汽车为三维虚拟操作对象，维修车间为三维虚拟操作环境，包含动力电池系统总成拆卸、安装工具；总成安装时包含动力电池外壳、内六方螺栓、高压盒总成、外六角螺栓、电器集成组件总成、加热装置总成、1号电池系统管理模块、2号电池系统管理模块、十字螺栓、电池组正极接线柱盖罩、连接电缆、盖罩、高压输出插接件、电池接线柱盖罩、1-10电池组总成、搭铁线盖罩、电池组负极接线柱盖罩、主控盒、主控盒护板。任务中包含教学模式及仿真考核模式，在教学模式下，系统采用引导教学法提示用户每一步的所需操作；在仿真考核模式下，学生可根据实际工艺流程及装配安装流程完成指定考核任务，教师可设置允许错误的最大步骤及考核时间，用户在考核过程中所得分数、错误步数、所用时长均可由系统记录，以便于教师掌握每个学生的实验状况。

图3电机控制器内部结构图

图4动力电池结构

4.新能源汽车高压控制盒虚拟装配

采用纯电动汽车为三维虚拟操作对象，维修车间为三维虚拟操作环境，包含高压控制盒总成拆卸、安装工具；总成安装时包含外六角螺栓、连接片、动力电池插件与高压配电面板连接线、快充插件与快充负极继电器连接片、PTC控制面板、动力电池插件连接线（短）、十字螺栓、高压配电板、低压控制插件、高压控制盒盖板、高压附件插件（高压控制盒）、高压控制盒快充插件、高压隔板组件、快充正极继电器、插接件与快充正极继电器连接片、快充负极继电器、ptc-A连接线、电池控制器插件、动力电池插件（高压控制盒）。任务中包含教学模式及仿真考核模式，在教学模式下，系统采用引导教学法提示用户每一步的所需操作；在仿真考核模式下，学生可根据实际工艺流程及装配安装流程完成指定考核任务，教师可设置允许错误的最大步骤及考核时间，用户在考核过程中所得分数、错误步数、所用时长均可由系统记录，以便于教师掌握每个学生的实验状况。

图5高压控制盒结构

1.学生交互性操作步骤。

2、交互性步骤详细说明

（1）实验方法描述：

软件将新能源汽车结构、电气原理、动力电池拆解安装、高压控制盒拆解安装、驱动电机控制器拆解安装集成在一个虚拟仿真平台中，学生通过软件引导信息自主选择不同的实验项目，完成规范操作。

（2）学生交互性操作步骤说明：

1）工作原理考核操作

①高压控制盒原理部分：

a：高压控制盒快充口充电原理

图6高压控制盒快充口结构

步骤1：了解快充口针角定义

步骤2：了解高压控制盒外部接口定义

步骤3：连接充电枪与车辆快充接口

步骤4：VCU（整车控制器） v17和快充接口CC2连接确认

步骤5：快充接口A+唤醒信号发送给VCUv105和仪表3（唤醒信号）

步骤6：仪表唤醒后显示充电状态

步骤7：VCU被唤醒并控制高压控制盒快充继电器开关吸合。

步骤8：VCUv81输送唤醒信号至BMS。

步骤9：BSM唤醒后检测电池内部有无异常。

步骤10：控制充电继电器吸合，通过CAN总线传输给充电桩。

步骤11：充电桩开始输出电流充电。

b：高压控制盒空调系统供电原理

图7压控制盒空调系统供电原理框图 图8等效图

图9高压控制盒内部结构图

制冷功能步骤：

步骤1：打开点火开关

步骤2：高压控制盒检测内部有无异常

步骤3：空调面板冷热模式旋钮调节到制冷模式

步骤4：按下A/C开关

步骤5：VCU采集空调A/C开关信号

步骤6：直流高压直流电从高压控制盒内空调压缩机熔断器输出

步骤7：高压控制盒高压线束传输给空调压缩机控制器

步骤8：高压电路接通，空调压缩机运行

步骤9：通过调节风量旋钮调整风速大小

加热功能步骤：

步骤1：打开点火开关

步骤2：高压控制盒检测内部有无异常

步骤3：空调面板冷热模式旋钮调节到暖风模式

步骤4：采集VCU控制信号和PTC内部温度传感器信号

步骤5：直流高压直流电从高压控制盒内PTC熔断器输出

步骤6：高压控制盒高压线束传输给PTC控制器

步骤7：高压电路接通，PTC控制模块运行工作

步骤8：通过调节风量旋钮调整风速大小

c：高压控制盒慢充口充电原理

步骤1：了解慢充口针角定义

步骤2：连接充电枪与车辆慢充接口

步骤3：车辆充电机在充电开始时与VCU进行通讯

步骤4：车载充电机A11和VCU36发出慢充连接确认信号

步骤5：车载充电机A15把唤醒信号发送给VCU105和仪表

步骤6：仪表显示充电状态

步骤7：高压直流电从车载充电输出给高压控制盒熔断器

步骤8：通过熔断器给电池充电

②动力电池原理部分

a：电池组装工作原理考核步骤

步骤1：教师设置单体电压（3.2V或3.7V）

步骤2：教师设置电池组电压（12V或24V或36V或48V）

步骤3：学生根据教师设置的单体电池电压、电池组电压进行组装电池组

步骤4：组装前选择万能表对单体电池电压进行测量

步骤5：选择单体电池数量和连接片

步骤6：使用专用工具组装电池组

步骤7：根据电池组的尺寸选择电池加热板

步骤8：选择导线

步骤9：使用绝缘测试仪测量导线绝缘值

步骤10：将组装后电池箱的正负极连接到电源输出继电器

步骤11：根据整车控制器的需求控制电池管理系统继电器吸合输出电压

b：电池管理系统放电工作原理考核步骤

步骤1：选择专用工具

步骤2：检测每节电池的放电量

步骤3：检测到任意一节电池电压低于3.1V

步骤4：当低于3.1V时电池管理系统控制电源输出继电器关闭，停止输出电压

c：电池管理系统充电工作原理考核步骤

步骤1：连接充电设备

步骤2：电池管理系统被唤醒

步骤3：检测电池内部有无异常

步骤4：电池管理系统控制充电继电器吸合

步骤5：充电电源输送到电池管理系统（BMS）

步骤6：BMS分配给单体电池充电

步骤7：充电主动均衡原理

2）电气部件拆解考核操作

①新能源汽车动力电池系统虚拟拆卸。

步骤1：高压操作人员穿戴安全装备

要求：学生通过仿真软件依次选择护目镜、防护服、绝缘手套及绝缘鞋，并按确认键后方可进入下一步骤，否则报错停留在本步骤。

步骤2：选择工具箱组合工具。

要求：学生通过操作依次选择小号棘轮扳手、小号接杆、小号10#套筒。正确选择后进入下一步骤，否则报错停留在本步骤。

步骤3：使用组合工具拆下动力电池护板螺栓（9个）

步骤4：取下动力电池护板

步骤5：将动力电池拆装举升机移至电池下方

步骤6：用脚踏板把举升支架上升至与电池总成之间的高度并拖住电池

步骤7：选择工具箱组合工具

要求：学生通过软件依次选择中号棘轮扳手、中号接杆及中号18#套筒，正确选择后进入下一步骤，否则报错停留在本步骤。

步骤8：使用组合工具拆下固定动力电池总成螺栓（10个）

要求：学生通过软件对角拧松，分三次拆下，正确选择后进入下一步骤，否则报错停留在本步骤。

步骤9：用手拉下动力电池举升机泄压杆，慢慢下降至一定高度，推出动力电池总成。

步骤10：选择工具箱组合工具

要求：学生通过软件依次选择中号棘轮板手+中号接杆+中号13#套筒。正确选择后进入下一步骤，否则报错停留在本步骤。

步骤11：将电池从举升机上放置到指定拆装区域并拆解

要求：学生通过软件使用组合工具拆卸电动真空泵支架四颗固定螺栓（75Nm）

完成拆卸任务

②新能源汽车高压控制盒整车虚拟安装

步骤1：高压操作人员穿戴安全装备

要求：学生通过仿真软件依次选择护目镜、防护服、绝缘手套及绝缘鞋，并按确认键后方可进入下一步骤，否则报错停留在本步骤。

步骤2：将高压控制盒放置在整车安装位置上

步骤3：选择工具箱组合工具

要求：学生通过软件依次选择小号棘轮扳手+小号接杆+小号8#套筒。正确选择后进入下一步骤，否则报错停留在本步骤。

步骤4：选择工具箱组合工具

要求：学生通过软件使用组合工具安装高压控制盒三颗固定螺栓，安装扭矩为30Nm。正确选择后进入下一步骤，否则报错停留在本步骤。

步骤5：安装电机控制插件

步骤6：安装动力电池插件

步骤7：安装高压附件插件

步骤8：安装低压控制插件

步骤9：安装快充插件

步骤10：安装动力电池高压插件