中职《新能源汽车概论》教案 第3课 认识动力蓄电池.docx

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1、课题认识动力蓄电池课时2课时(90min)教学目标知识目标：(I)掌握锂离子电池的结构和分类(2)熟悉锂离子电池的工作原理(3)掌握锂离子电池的特点和应用技能目标：能够识别动力蓄电池的基本结构素质目标：(1)坚定民族自豪感和文化自信心(2)强化安全意识和节能环保意识(3)培养团结协作、顾全大局的团队精神教学重难点教学重点：掌握锂离子电池的结构、工作原理、特点和应用教学难点：能够识别动力电池的基本结构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：课前任务T考勤(2min)任务引入(5min)传授新知(33min)课堂讨论(5min)第2节课

2、：传授新知(30min)课堂讨论(10min)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“任务工单认识动力蓄电池”，井根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过APP或其他学习软件，收集纯电动汽车动力蓄电池的相关资料，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勒(2min)【教师】使用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】讲述力蓄电池相关知识【学生】聆听

3、、思考通过讲解任务相关背景知识，让学生带着相关背景去探索新知识传授新知(33min)【教师】讲解锂离子电池的结构、分类、工作原理、特点纯电动汽车常用的动力电池主要是锂离子电池(包括三元锂电池、磷酸铁锂电池等)，此外还包括超级电容、飞轮电池、钠离子电池等储能设备.通过讲解、图片展示、课堂互动等教学方法，让学生了解锂离子电池的结构、分 类、工作原理、特点2.1.1锂离子电池的结构和分类如图所示，锂离子电池一般由正极、负极、隔膜、电解质(图中未标出)、电池外壳、保护阀等组成。锂离子电池中，正极材料占整个电池成本的40%以上，且在当前的技术条件下，锂离子电池的能量密度主要取决于正极材料。锂离子电池根据

4、正极材料的不同，可分为钻酸锂电池、镒酸锂电池、三元锂电池、磷酸铁锂电池等类型。2.1.2锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理目前是以固体物理学中嵌入的概念来解释的，这里的嵌入是指可移动的客体粒子(分子、原子、离子)可逆地嵌到具有合适尺寸的主体晶格中的网络空格点上的方式。锂离子电池的正极和负极材料都是由锂离子和电子的混合导体嵌入化合物形成的.典型的锂离子电池体系为(一)CILiPF6ECDECILiCoO2(+)式中：(一)C石墨,为负极材料；1.iPF6六氟磷酸锂，电解质；EC+DEC碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯混合电解液；1.iCoO2(+)钻酸锂，为正极材料。如图所示，当锂离子电池充电时，锂

5、离子从正极材料晶格中脱出，通过电解质和隔膜嵌入到负极材料晶格中；放电时，锂离子从负极材料晶格中脱出，通过电解质和隔膜嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正、负极之间。同时，由于隔膜的作用，电子只能通过外电路由正极移动至负极(充电时)形成充电电流，或由负极移动至正极(放电时)形成放电电流。锂离子电池充/放电过程正极隔膜负极在充放电过程中，锂离子处于正极一负极-正极的运动状态，反应过程中既不消耗电解质，也不产生气体，因此锂离子电池可以做成完全封闭的结构，从根本上解决了锂离子电池的循环性和安全性问题。锂离子电池内部时刻都在发生副反应。在每次充放电循环中，任何能够产生或消耗锂离子(或

6、电子)的副反应都会改变锂离子电池容量的平衡，并且这种改变是不可逆的。经过多次循环累积，锂离子电池的性能将会出现衰退甚至失效。因此，通常使用锂离子电池的充放电循环次数来表示其使用寿命。2.1.3锂离子电池的特点锂离子电池有许多显著特点，它的优点主要表现在以下几方面。(1)电池单体的工作电压高。锂离子电池单体的工作电压为3.23.8V,是传统银氢电池和银镉电池单体工作电压的3倍。(2)电池的能量密度高。锂离子电池的能量密度已达到9()260Whkg,是传统锲镉电池的2倍、镶氢电池的1.5倍。(3)电池的循环寿命长。目前锂离子电池的循环寿命可达2OOO次以上，在低放电深度下可达几万次，超过了其他几种

7、动力电池。(4)自放电率低。锂离子电池的自放电率仅为6%8%,远低于银镉电池(25%30%)和镰氢电池(15%20%),与铅酸蓄电池相当。(5)无记忆性。锂离子电池可以根据要求随时充电，而不会降低其充放电性能.(6)可实现快速充电。(7)对环境无污染。锂离子电池中不存在镉、铅、汞等对环境有污染的有害物质，是名副其实的“绿色电池”.(8)能够制造成任意形状，目前以圆柱形和方形为主。锂离子电池也有一些不足，主要表现在以下两个方面。(1)成本高。成本高主要是因为正极材料钻的价格高，但按单位能量(Wh)价格来计算，较镇氢电池低，与银镉电池持平，但高于铅酸蓄电池，且电解质提纯困难。(2)电池单体需要过充

8、电保护、过放电保护等保护电路，电池模组则需要与电池管理系统配套使用。过充电保护：过充电将破坏正极结构而影响锂离子电池的性能和使用寿命，同时过充电易使电解质分解，锂离子电池会因内部压力过高而出现漏液等问题，故必须在最高限压4.14.2V下充电。过放电保护：过放电会导致活性物质恢复困难，故也需要有保护线路控制。对于不同类型的锂离子电池，其性能也不尽相同。各类锂离子电池的性能特点如表所示。电池类型钻酸锂电池钵酸锂电池硝酸铁锂电池三元锂电池正极材料钻酸锂钵酸锂硝酸铁锂像枯铉酸锂镇站铝酸锂结构类型层状尖晶石状缴横石状层状层状电压平台(V)，11/UA.37383.2363.7ttcKiSmWrvkg使用

9、寿命(次)50070300-700第2000IOOO2000NJOO热失控温度离博动力电池课堂讨论(5min) 【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：纯电动汽车上应用的三元锂电潮口磷酸铁锂电池的区别？ 【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传授新知(30min)【教师】通过大家的发言，引入新知，讲解锂离子电池的应用2.1.4锂离子电池的应用电池单体是一个电池系统的最小单元，电池单体是不能直接使用的。只有先通过严格筛选，将一致性好的多个电池单体按照精密设计组装成为电池模块，并加装

10、电池单体监控与管理装置，再将多个电池模块组成一个电池包，并加上保护电路和保护壳，才能构成动力电池模组。目前，纯电动汽车上应用较多的动力电池是三元锂电池和磷酸铁锂电池。1.三元锂电池三元锂电池是指使用镇钻铳酸锂(LiNixCoyMnl-x-yO2,NCM)或镶钻铝酸锂(LiNixCoyAl1-x-y02,NCA)三元复合材料作为正极材料的锂离子电池。其中NCM三元锂电池因综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMno2电池的优点，是目前国内应用较多的动力电池。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述三元锂电池增加银的含量的原因三元锂电池中,正极材料的各元素含量会对其电特性和电化学性能有很大的影响。增加银

11、的含量有利于提高三元锂电池的容量、放电功率和充放电循环性能。通常镁含量高于其他元素总和的三元锂电池称为高镇电池。【学生】聆听、思考目前，特斯拉、一汽大众、广汽埃安、北汽新能源、长城欧拉等多家品牌旗下的纯电动汽车采用了三元锂电池。通过讲解、图片展示、课堂互动等教学方法，让学生了解锂离子电池的应用2.磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池是一种使用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，破（石墨）作为负极材料的锂离子电池，电池单体的额定电压为3.2V,充电终止电压为3.63.65V,放电终止电压为2.0Ve充电过程中，正极磷酸铁锂材料中的部分锂离子脱嵌，经电解质传递到负极，嵌入负极材料晶格中；同时从正极释放出电

12、子，自外电路到达负极，维持化学反应的平衡。放电过程中，锂离子自负极材料晶格中脱嵌，经电解质到达正极，嵌入正极材料晶格中；同时负极释放电子，电子自外电路到达正极，为外界提供电能。磷酸铁锂电池安全性能优异，对于过充的承受力很好，热稳定性能好，循环寿命长，并且价格低廉。但其能量密度较三元锂电池低，且低温性能差，充放电倍率低，在纯电动汽车长续航和快速充电需求不断提升的背景下，其应用受到一定限制。目前，国内生产的特斯拉标准续航版MOdel3、ModelY纯电动汽车均已使用磷酸铁锂电池。小鹏G3、P7纯电动汽车也推出了搭载磷酸铁锂电池的车型。红旗E-QH5、比亚迪元PLUSEV、上汽奥迪Q5e-lron等

13、多款新车型也将搭载磷酸铁锂电池速。【教师】总结学生的回答【行业资讯】拓展知识面【教师】讲述刀片电池刀片电池是比亚迪公司于2020年推出的一种新型磷酸铁锂电池。刀片电池通过结构创新，将电池单体进行扁平化设计，使电池单体长度在600mm以上，然后跳过组成电池模块的环节，直接通过阵列方式排布集成为电池包（CTP技术），其形状就像刀片嵌入电池包内，因此而得名。相较传统的磷酸铁锂电池，刀片电池在体积利用率方面提升了50%以上，使其续驶里程大幅提升，达到了三元锂电池的同等水平。其突出优势是安全系数高，并且兼具长寿命和长续航的优点。宁德时代公司的磷酸铁锂电池也采用了CTP技术，酎是升体积利用率的同时，使动力

14、电池的零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,从而大幅降低了动力电池的制造成本。【学生】聆听、思考课堂讨论（10min） 【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：过度充电保护及过度放电保护的好处是什么？ 【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课堂小结（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了锂离子电池的结构、分类、工作原理、特点及应用；对锂离子电池的结构、分类、工作原理、特点有一定认识，并能正确、熟练的识别动力电池的基本结构总结知识点,巩固印象【学生】总结回顾知识点作业布置(2min)【教师】布置课后作业【学生】完成课后任务复习巩固学到的知识，并能学以致用教学反思本节课的效果较好，对于与实际问题接轨的题目，学生学习的积极性都很高，也乐于向教师请教做题时遇到的问题。但学生理解还是有一定难度，只有将学生从枯燥的理论知识中解放出来，提高学生的学习兴趣与主动性。