《汽车动力装置仿真与设计》 教案大纲;新能源汽车动力电池

2-汽车动力装置仿真与设计课程教学大纲（仅供参考）课程名称：汽车动力装置仿真与设计英文名称：SimulationandDesignofAutomotivePowerUnit课程号：课程类型：专业××课总学时及学分：32学时（包括24授课学时和8上机学时），2学分适应对象：能源与动力工程、车辆工程等专业主要先修课程：高等数学、工程力学、传热学、工程流体力学等执行学期：第×学期一、课程的性质与任务本课程是能源与动力工程专业的一门专业××课，是提升学生在内燃机、动力电池和燃料电池领域的现代化设计仿真理论和技术的重要课程。通过本课程的学习，加深对内燃机、动力电池和燃料电池的仿真基本理论、仿真方法、评价依据和优化设计措施的仿真设计体系理解和实践能力。主要包括内燃机受力和平衡分析，曲轴、连杆、活塞、缸盖、机体、缸套等内燃机主要零部件的仿真与设计，配气机构运动学和动力学仿真与设计，活塞环-缸套润滑、径向轴承润滑、冷却水腔流动传热和活塞喷油冷却的仿真与设计，新能源汽车动力电池热管理和结构的仿真与设计，新能源汽车燃料电池水热管理仿真与双极板结构设计。培养学生树立高效、节能意识及绿色发展理念，培养学生精益求精的大国工匠精神。二、课程目标1.课程目标课程目标1：使学生掌握内燃机的受力和平衡计算，能正确分析主要零部件所受负荷的大小与性质，掌握其工作特点、设计要求、基本尺寸、结构确定原则及仿真计算方法，熟悉配气机构运动学，掌握对润滑和冷却的基本要求，了解内燃机设计有关的新技术成就与发展趋势，阐述内燃机“中国梦”，激发学生科技报国。课程目标2：认识新能源汽车动力电池和燃料电池系统组成，了解机械结构设计和热管理设计要求，调研有关的新技术、发展趋势和解决方案，阐述新能源发展与生态环境、能源安全和工程伦理的关系。课程目标3：针对内燃机和新能源汽车动力装置分别开展工程实例仿真，进行仿真模型简化、边界处理和算法运用，分析其设计及特性，培养学生精益求精的大国工匠精神。2.课程目标与毕业要求指标点支撑矩阵表1：课程目标与毕业要求指标点支撑关系矩阵毕业要求毕业要求分指标点课程目标1.××1.3××课程目标12.××2.1××课程目标25.××5.2××课程目标3三、教学内容及其基本要求第一模块绪论教学内容：汽车动力装置开发流程与仿真应用，仿真概述基本要求：了解汽车动力装置开发流程，明确仿真在开发流程中起到的作用；知晓不同仿真场景适合使用的仿真软件。熟悉仿真计算的步骤，能够编程完成插值计算。增强学生对中国汽车动力装置绿色发展趋势的认识和科技创新意识。第二模块内燃机受力和平衡分析教学内容：内燃机受力计算和分析，内燃机平衡计算和分析基本要求：1）掌握活塞运动学，理解缸内工作过程计算方法，掌握中心曲柄连杆机构受力分析，掌握多缸扭矩的求法。2）掌握旋转惯性力/力矩和往复惯性力/力矩的计算和平衡。3）培养学生数学和物理理论与实际工程问题结合的理解和实践能力。第三模块内燃机主要零部件仿真与设计教学内容：曲轴组仿真与设计，连杆组仿真与设计，活塞组仿真与设计，机体组仿真与设计基本要求：1）掌握扭振系统当量原则，理解曲轴扭转的分析和评价；理解曲轴结构仿真方法，提高曲轴疲劳强度的措施。2）理解连杆强度计算与校核方法，掌握计算工况。3）理解活塞温度和强度仿真方法，掌握活塞温度场评价标准，掌握活塞温度优化设计方法，掌握销座棱缘负荷的形成以及提高活塞销座强度的措施。4）理解机体组温度和强度仿真方法，掌握机体组温度场分析评价和优化措施，掌握提高机体组强度和刚度措施。5）培养学生创新意识和精益求精的大国工匠精神。第四模块配气机构仿真与设计教学内容：配气机构运动学与凸轮型线，配气机构动力学，配气机构与发动机性能仿真基本要求：1）理解平底挺柱运动规律，掌握凸轮型线的概念和缓冲段必要性，理解工作段高次方凸轮型线的表达式及边界条件，掌握运动学评价参数；2）清楚产生气门动态运动规律与静态运动规律差异的原因，了解动力学模型，掌握动力学评价参数。3）培养学生高效、可靠和优化的工程理念。第五模块润滑和冷却系统仿真和设计教学内容：1）润滑基础，活塞环-缸套润滑仿真与设计，径向滑动轴承润滑仿真与设计；2）冷却水腔流动传热仿真与设计，活塞喷油冷却仿真与设计基本要求：1）掌握雷诺润滑方程和线性滑块仿真，理解活塞环-缸套润滑仿真与设计，掌握活塞环润滑关注参数，了解径向滑动轴承润滑仿真与设计，理解径向滑动轴承润滑评价。2）理解冷却水腔流动传热仿真与设计，掌握水腔结果分析和设计。理解活塞喷油冷却仿真与设计，掌握活塞强制振荡冷却评价。3）培养学生节能设计工程理念和精益求精的大国工匠精神。第六模块新能源汽车动力和燃料电池仿真与设计教学内容：1）新能源汽车动力电池系统概述，动力电池系统热管理仿真与设计，动力电池结构仿真与设计；2）新能源汽车燃料电池系统概述，氢燃料电池的水热管理仿真与设计，双极板结构设计。基本要求：1）了解纯电动和混合动力汽车发展政策和趋势，掌握锂电池工作原理和性能参数，掌握动力电池热管理必要性，理解单电池产热仿真方法，理解热管理系统仿真方法，掌握热管理系统设计目标和评价，理解动力电池结构仿真与设计。2）了解氢燃料电池汽车发展政策和趋势，掌握质子交换膜氢燃料电池电池工作原理和性能参数，掌握PEMFC水热管理必要性，理解水热管理系统仿真方法，理解双极板结构设计。3）培养学生新能源发展与生态环境理念、能源安全和工程伦理意识。四、各教学环节学时分配表2：各教学环节学时分配表学时环节课堂讲授实验课上机课合计教学模块模块一、绪论22模块二、内燃机受力和平衡分析44模块三、内燃机主要零部件仿真与设计6410模块四、配气机构仿真与设计22模块五、内燃机润滑和冷却仿真与设计44模块六、新能源汽车动力和燃料电池仿真与设计6410共计24832五、教学策略与方法1．采用多样化教学模式,体现以学生为主体的教育理念，采用讨论式教学和启发式教学，提高学生的学习兴趣，着眼于学生的思维能力的培养。采用多样化教学模式，形式有课堂讨论,案例教学,随机提问等。上机课以学生为主体开展，锻炼学生自主能力。2．将板书和现代教育技术手段进行有效结合,包括板书、多媒体课件、学习互动群、微信专业公众号、专业网站、上机课等，把抽象的概念形象化，提高学生仿真实践能力，起到了有利于学生理解、提高学习兴趣的作用。3．将课程创新应用于毕业设计、科技竞赛等，引导学生参与相关项目。六、考核评价方法及要求考核类型：考查课考核与评价方式：建议采用平时表现、课程上机、作业、课程考试等多种环节相结合；成绩构成及比例：笔试（开卷）50%+平时成绩50%（上机20%、作业20%、平时表现10%）成绩评定标准：笔试按试卷百分制打分，上机按报告百分制打分，作业每次按百分制，根据作业次数求平均，根据课堂积极性和回答问题等评价平时表现成绩。表3考核评价及依据平时成绩平时表现10%课后作业20%上机报告20%期末考试50%。。七、教材与主要教学参考资源教材：刘晓日,李孟涵，张铁臣.汽车动力装置仿真与设计[M].北京：机械工业出版社,2023主要教学参考资源：××制定：××审核：××批准：××年月能力模块一新能源汽车动力电池及管理系统认知任务一调研分析新能源汽车动力电池教学信息课时实训场地理论2实训4一、教学目标知识目标1.了解动力电池的行业术语。2.了解动力电池的型号编码规则。3.掌握动力电池的分类及使用情况。技能目标1.具备辨识秦EV车型动力电池主要部件的能力。2.具备辨识单体电池种类的能力。素养目标1.获得分析问题和解决问题的一些基本方法；2.尝试多元化思考解决问题的方法，形成创新意识；3.养成定期反思与总结的习惯，改进不足，精益求精；4.积极主动与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升。5.了解我国动力电池产业的发展历程，感受国内新能源汽车企业攻坚克难的探索精神。6.探索我国动力电池产业的发展历程，了解其重要性，树立职业自豪感。二、教学重难点重点1.动力电池的分类和结构。2.关于磷酸铁锂电池、三元锂电池、钛酸锂电池的基本知识。3.安全防护及操作知识。难点磷酸铁锂（LFP）电池、三元锂（NCM）电池以及钛酸锂（LTO）电池的工作原理及特点；三、教学方法教法1.采用讲授法、案例教学法、情景教学法、讨论法、观摩教学法、任务驱动式教学法。2.整个教学环节按照“明确任务—获取信息—制定计划—做出决策—实施检修—评价与总结”六步法来组织教学。学法合作学习法、自主学习法等。四、教学组织形式1.分组教学：教师以学生学习小组为重要的教学组织手段，通过指导小组成员展开合作，形成组内成员相互合作与竞争的学习模式，发挥群体的积极功能，提高个体的学习动力和能力，达到完成实训教学任务的目的；2.班级授课：根据教学目的和任务，对全班学生进行理论知识的教授，引导学生思考并最终获取到课堂知识。五、资源配备设备工具比亚迪秦EV、工位防护套装、人员防护套装、电池升降平台、一体化工量具、NCM电池、LFP电池、圆柱电池教学资源活页式教材（含微课、动画）、实训指导书、课件、案例、习题。教学过程与教学内容步骤一明确任务教师活动学生活动任务导入（10分钟）1.讲解本课任务、任务关键词。2.讲解教学目标、目标关键词。3.提出评价标准。1.听取任务要求、理解任务关键词。作为一名汽修的初学者，需对新能源汽车的电池有基本的认知了解。2.明确该掌握的知识和技能。3.明确评价表要求。任务分组（5分钟）根据工作任务所需的工作要求，结合学生的学习能力、性格和态度等个体差异，兼顾自愿的原则，组建学习小组。根据老师的引导，组建学习小组，各组以自愿的原则或者小组成员投票的方式来选定小组长。步骤二获取信息教师活动学生活动（120分钟）1.以活页式教材、动画、PPT课件为主要媒介，通过“任务导入”讲解理论知识。2.在讲解完“获取信息”后，组织小组讨论。1.课前预习时，通过“任务导入”主动学习理论知识；课堂上，认真听讲，做好笔记。2.小组长带头展开对拆解动力电池进行讨论；然后，小组代表发言，其他成员可做补充；最后，认真听老师点评和总结。（10分钟）提问，并反馈。认真思考，积极回答，查缺补漏。步骤三制定计划教师活动学生活动（50分钟）以活页式教材、微课视频、实训指导书为主要媒介，按照“引导问题”的排序：1.带领学生获取动力电池的基本知识，编码规则等，了解磷酸铁锂电池、三元锂电池以及钛酸锂电池的分类、结构和工作原理，了解安全防护用具等相关知识。2.结合课堂上的内容完成任务实施秦EV动力电池认知。3.观看微课视频，了解如何认知单体电池和拆解动力电池，并简述操作要点。4.组织小组讨论，引导各小组制定检修方案并做好任务分工。课前预习时，通过“任务导入”自主地初步获取动力电池的基本知识，编码规则等，了解磷酸铁锂电池、三元锂电池以及钛酸锂电池的分类、结构和工作原理，了解安全防护用具等相关知识。课堂上，认真听讲，做好笔记：1.观看微课视频，了解如何认知单体电池和拆解动力电池，并简述操作要点。2.掌握实施的步骤，尤其是重点步骤。3.小组长组织成员讨论实施方案，明确组员分工；其中，小组长统筹实施的全过程，其他组员的角色分工包括但不限于安全监督员、（文字&拍照）操作记录员等。步骤四做出决策教师活动学生活动（30分钟）1.记录各组展示的优缺点。2.点评各组方案。3.引导完善方案。1.小组代表展示实施方案。2.听取老师点评。3.完善方案。步骤五实施操作教师活动学生活动（120分钟）以活页式教材、实训指导书、课件为主要媒介，按照“任务导入”的排序：1.讲解并强调安全操作规程。2.说明要记录的操作步骤的内容。3.提出工单表中的要点。4.分发设备及工具。5.分配工位。6.组织检修，并巡回指导纠错。（1）对重点操作步骤进行示范操作和讲解，带领学生全员观摩，督促小组长必须掌握重点操作步骤。（2）指导小组长组织小组操作，比如小组长先示范操作，然后小组成员轮流操作；或者以自愿为原则，小组成员逐个操作。在学生操作过程中全场巡视，及时发现问题并解决；监督各个小组分工情况，确保每个小组成员都能基于工作过程进行完整的操作训练。7.检修结束，引导学生进行“7S”现场管理。（如需进行下一步骤中的拓展实训，则此处未进行此操作）课前预习时，通过“任务导入”主动做好预习；课堂上，认真听讲，做好操作记录和笔记。1.认真听取安全操作规程。2.明确要记录的操作步骤的内容。3.明确工单表中的要点。4.领取设备及工具。5.到指定工位检修。6.进行检修，听取老师指导。（1）认真听讲和观看老师对重点操作步骤的示范操作，并做好记录。（2）到老师指定工位进行任务操作。小组长：以确保组内成员都能进行完整的操作训练为原则，根据老师指导或者根据组员实际情况灵活确定小组成员的操作训练顺序；监督每位成员的操作，及时进行指导或者遇到无法解决的问题时请老师指导；根据小组分工，监督每个组员的职责落实到位。其他小组成员：根据小组长的引导，进行个人的操作训练，遇到无法解决的问题时及时请示小组长；遵守小组任务分工，完成个人承担的那部分任务。7.检修结束，按要求规范执行“7S”现场管理。（如需进行下一步骤中的拓展实训，则此处未进行此操作）教师活动学生活动1.在学生完成课本的实训后，教师引导学生选择性进行本步骤中的实训，具体步骤参照智能电学套装中的《实训指导书》；2.根据课程的进展，学生对理论和实训的整体掌握情况，安排学生进行实训操作；3.可以根据实际的教学情况实际安排或根据不同小组的完成情况，引导学生完成此部分内容。4.检修结束，引导学生进行“7S”现场管理。1.在完成课本要求的实训后，听取教师的引导，开始实训准备；2.根据智能电学套装中《实训指导书》的实训项目要求进行实