新能源汽车虚拟仿真实验简介

适用专业：车辆工程、汽车工程、汽车与交通工程、能源与动力工程等相关专业。

新能源汽车类课程是车辆工程、汽车工程等相关专业的一门主干基础课，其理论性和实践性都很强，它的实验教学是新能源汽车课程教学中的一个重要实践环节。目前，现实中的新能源汽车实验存在以下局限性：

1、硬件依存性较强，只能在特定实验室中进行；

2、需要数量较大的仪器设备，才能满足学生人手一套设备独立进行实验的需求；

3、部分实验的操作过程比较繁琐，导致学生在实物实验中操作不顺畅，

随着招生规模的逐年扩大，教学改革的不断深入，新能源汽车实验的教学任务越来越重，仪器设备台套数和实验教师数量相对不足等问题愈加突出。为了以最少的经费投入解决以上问题，并进一步激发学生的学习兴趣、增强实验效果、提高实验教学质量，我们开发了汽车构造三维虚拟实验教学系统软件。

该软件可在网上开展的虚拟实验，软件模拟实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境，提供网上实验教学过程管理功能，包括：典型实验库的维护、实验安排、提交实验报告、实验批改、成绩统计、实验答疑等功能模块。可满足高等学校和各类培训机构实验教学环节的需要，尤其适用于远程教学。

使用现有器材模型，系统可开展如下9个常用汽车构造虚拟实验的训练：

1）、单体锂电池实验

2）、单体铅酸电池充放电实验

3）、锂电池组充电实验

4）、永磁同步电机工作原理实验

5）、永磁同步电机加载实验

6）、直流电机原理及调速实验

7）、直流电机机械特性实验

8）、插电式混合动力汽车多能源工作流实验

9）、插电式混合动力汽车动力系统参数虚拟匹配设计实验

1、单体锂电池充放电实验

实验包括单体锂电池充放电、单体铅酸电池充放电、锂电池组充电三个主要功能模块。用户在虚拟实验室场景中自由漫游而不受任何限制，可以进行恒温箱的温度设置、电池导线的链接、充电参数的设置、电池电压的测量等操作。

图1设定恒温箱温度

图2链接导线

图3将电池放入恒温箱

图4设定充电参数

图5测定电池电压示意图

2、单体铅酸电池充放电实验

实验包括单体铅酸锂电池充电、放电两个实验模块。用户可以在虚拟实验环境中自由走动，不受任何限制，可以进行恒温箱的温度设置、电池导线的链接、充电参数的设置、放电参数的设置、电池电压的测量等操作。

图6充电参数设置

图7恒温箱中取出电池操作示意图

图8万用表测电压操作示意图

图9恒温箱温度参数设置示意图

图10放电参数设置示意图

3、锂电池组充电实验

实验包括锂电池组无均衡充电实验、锂电池组有均衡充电两个实验模块。用户可以在虚拟实验环境中自由走动，不受任何限制，可以进行恒温箱的温度设置、电池导线的链接、充电参数的设置、放电参数的设置、万用表测量电池组电压等操作。

图11实验过程选择示意图

图12锂电池组示意图

图13恒温箱参数设置示意图

图14充电参数设置示意图

图15锂电池组电压测量示意图

图16锂电池组有均衡充电过程电池组连线示意图

4、永磁同步电机工作原理实验

用户可进行永磁同步电机的结构认知、了解电机零部件的功能和特点、学习旋转磁场的形成原理、转子转动的工作原理、鼠笼在电机启动时的作用等。

图17电机的结构认知

图18电机零部件的功能介绍

图19旋转磁场的形成原理

图20转子转动的原理

图21小测验

图22鼠笼在电机启动时的作用

5、永磁同步电机加载实验

软件模拟真实的电动机加载实验流程，用户可进行实验设备的认知、高速性能实验、低速性能实验等。

图23电机加载实验场景

图24在虚拟操作台上进行相关操作

图25最终得到电机特性曲线

1）直流电机原理及调速实验

实验中用户可进行电机的结构认知、学习直流电机的工作原理、进行调速性能实验。

图26直流电机工作原理

图27直流电机结构认知

图28直流电机调速

6、直流电机原理及调速实验

用户可以在该实验中学习电机机构的组成，了解电机工作原理以及直流电机在不同的转速下电压的变化情况等。

图29电压、转速变化曲线

图30直流电机转速调节

图31直流电机机构展示

图32工作原理展示

7、 直流电机机械特性实验

用户可通过改变电压、串联电阻、改变电机磁通的方式进行实验，支持对实验过程数据进行记录，并最终绘制出点击的机械特性曲线。

图33测试控制台

图34进行数据记录

图35绘制特性曲线

8、插电式混合动力汽车多能源工作流实验

用户可以自由选择单轴并联构型或混连构型开展实验。针对不同的构型，又分别支持纯电动驱动、联合驱动、纯发动机驱动、行车发电、再生制动几种模式开展实验。

图36实验过程示意图

图37纯电动驱动

图38联合驱动

图39纯发动机驱动

9、插电式混合动力汽车动力系统参数虚拟匹配设计实验

该实验包括混合动力驱动、发动机单独驱动、电机单独驱动、负载及电机/发动机、电机/电池成本参数的设置以及优化部件设置产生三种方案，并能够对三种方案进行分析。

图40客车参数选型设置示意图

图41客车参数选型设置示意图

图42系统默认参数修改

图43工况设置

图44方案分析结果

图45系统默认参数修改

图46工况设置

图47方案分析结果