中职《新能源汽车概论》教案第14课认识燃料电池电动汽车.docx

课题认识燃料电池电动汽车课时2课时(90min)教学目标知识目标：(4)掌握燃料电池电动汽车的结构及工作原理(5)熟悉燃料电池电动汽车的分类和特点(6)熟悉燃料电池电动汽车的关键技术技能目标：能够分析燃料电池电动汽车的工作原理和特点素质目标：(1)树立科技成才、技能报国的人生理想(2)强化安全生产意识和集体责任感(3)践行节能环保、共筑绿色家园的生活理念教学重难点教学重点：掌握燃料电池电动汽车的结构及工作原理、熟悉燃料电池电动汽车的分类和特点教学难点：能够分析燃料电池电动汽车的工作原理和特点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：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“任务工单认识燃料电池电动汽车“，并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，收集认识燃料电池的相关资料，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“燃料电池汽车”的案例，然后提出以下问题：3)燃料电池汽车有哪些优势？(2)为什么选用料电池电动客车，为2022年北京冬奥会及冬残奥会提供出行保障？【学生】聆听、思考、举手回答通过与本任务相关的创新故事引出任务，激发学生的学习兴趣，让学生带着相关背景去探索新知识【教师】通过大家的发言，引入新知，洪解燃料电池电动汽车结构及工作原理燃料电池电动汽车是以燃料电池作为动力源或主动力源的汽车.燃料电池电动汽车一般采用质子交换膜燃料电池。7.2.1燃料电池电动汽车的结构【多媒体演示】组织学生观看“燃料电池电动汽车“视频，帮助学生了解燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车主要由燃料电池系统、辅助动力源、DaDC变换器、驱动电机、控制系统、高压储氢罐等组成，如图所示。传授新知(33 min )通过讲解、图 片展示、课堂互 动等教学方法， 让学生了解燃料 电池电动汽车结 构及工作原理图7.3燃料电池电动汽车的结构1 .燃料电池系统燃料电池系统为燃料电池电动汽车提供主要动力，其主要由燃料电池、供氧系统、排水系统、供氢系统、冷却系统等组成02 .辅助动力源辅助动力源主要用于燃料电池电动汽车的快速启动，储存制动能量回收系统提供的电能，还可以为低压设备提供低压电源。辅助动力源通常有锂离子电池、超级电容、飞轮电池等类型。燃料电池电动汽车的设计方案不同，其所采用的辅助动力源也有所不同.可以采用从辅助动力源中选择一种与燃料电池组成双电源的混合动力系统，也可采用锂离子电池+超级电容+燃料电池或锂离子电池+飞轮电池+燃料电池组成三电源的混合动力系统。配备辅助动力源的作用有以下几点.(I)在车辆启动时，由辅助动力源提供电能，带动燃料电池启动或带动车辆起步。(2)在车辆运行过程中，当燃料电池输出的电能大于车辆行驶所需的电能时，辅助动力源可用于储存燃料电池剩余的电能。(3)在车辆加速或爬坡时，辅助动力源可协助供电，弥补燃料电池输出功率的不足，使驱动电机获得足够的电能，燃料电池电动汽车产生满足车辆加速或爬坡所需的动力.(4)向车辆的各种电子设备、电器提供工作所需的电能。(5)在车辆制动时，由制动能量回收系统回收多余的制动能量，将车辆的动能转换为电能储存起来。【大道至简】拓展知识面【教师】讲述辅助动力源的作用辅助动力源的作用就像人体四肢上的关节。它虽然不起眼，但总在关键的地方发挥作用，没有它，燃料电池电动汽车将不能正常运行。这就像平凡生活、平凡岗位上每个看似平凡的人,都有自己的价值,都在自己的位置上发挥着不平凡的作用。【学生】聆听、思考3 .DC/DC变换器DCDC变换器主要用于调节燃料电池的输出电压,由电子控制器控制。燃料电池的电流是单向流动的，电子控制器通过调节DCDc变换器的输出电压，使燃料电池输出的较低电压上升至驱动电机所需的电压，如图所示.4 .驱动电机驱动电机的作用是将燃料电池所提供的电能转换为电磁转矩，通过传动装置驱动车辆行驶。燃料电池电动汽车用的驱动电机主要有直流电机、交流电机、永磁电机和开关磁阻电机等。驱动电机的选型必须结合整车开发目标，综合考虑驱动电机的特点。5 .控制系统控制系统用于控制燃料电池的反应过程和驱动电机的运行过程。控制系统主要由传感器、电控中心、各监控模块等组成。传感器负责采集燃料电池电动汽车的所有工作状态，并反馈给电控中心；电控中心进而通过各监控模块控制燃料电池和驱动电机的运行。6 .高压储氢罐高压储氢罐是氢气的储存装置，用于给燃料电池提供氢气。为保证燃料电池电动汽车的续驶里程，一般轿车需要24个高压储氢罐，大客车需要510个高压储氢罐。7 .2.2燃料电池电动汽车的工作原理燃料电池电动汽车通常以氢气或高含氢重整气作为燃料，其工作原理如图所k八人八A人人八八7高压储氢罐中的氢气或高含氢重整气通过供氧系统进入燃料电池堆，大气中的氧气通过供氧系统进入燃料电池堆，氧气与氧气在燃料电池堆中发生氧化还原反应，产生化学能。燃料电池将化学能转化为电能，并通过DCZDC变换器变为稳定的直流电。直流电经过电机控制器变为交流电，带动驱动电机工作。驱动电机产生的机械能经减速器传给驱动轮，驱动车辆行驶。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 【学生】聆听、思考、理解、记忆 【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：课堂讨论(5 min)燃料电池电动汽车主要由哪几部分组成？ 【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第二节课【教师】通过大家的发言，引入新知，讲解燃料电池电动汽车的分类及特点7.2.3燃料电池电动汽车的分类通过讲解、图1.按有无其他储能装置分类片展示、课堂互传授新知燃料电池电动汽车按照有无其他储能装置，可分为纯燃料电池电动汽车和混动等教学方法，合燃料电池电动汽车两大类。让学生了解燃料(40min)电池电动汽车的1)纯燃料电池电动;气车纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，车辆需要的所有功率负荷都由燃料电池承担。纯燃料电池电动汽车的驱动系统将燃料电池产生的电能传递给驱动电机，驱动电机将电能转化为机械能再传递给减速器，驱动车辆行驶。纯燃料电池电动汽车动力系统的结构如图所示。分类及特点和燃料电池电动汽车的关键技术这种动力系统结构简单，部件少，控制容易，有利于整车的轻量化，提高了能量传递效率。但燃料电池功率大、成本高，对燃料电池系统的动态性撕口可靠性提出了很高的要求。此外，纯燃料电池电动汽车无法回收车辆制动能量，因此目前应用较少。2）混合燃料电池电动汽车为了改善纯燃料电池电动汽车的缺点，在车上配备其他储能装置（如动力电池、超级电容和飞轮电池等）,便成为混合燃料电池电动汽车。在混合燃料电池电动汽车中，一般燃料电池与其他储能装置一起为驱动电机提供电能，驱动电机将电能转化为机械能再传递给减速器，驱动车辆行驶。混合燃料电池电动汽车按照动力源配置的不同，可分为燃料电池与锂离子电池联合驱动（FC+B）的电动汽车、燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的电动汽车、燃料电池与锂离子电池超级电容联合驱动（FC+B+C）的电动汽车。燃料电池与锂离子电池联合驱动（FC+B）的电动;气车：由燃料电池和锂离子电池一起为驱动电机提供能量，如图所示。目前这种结构形式应用较为广泛，它具有整车成本低、燃料电池效率高等优点旦也具有整车质量较大、系统控制和整体布置困难等缺点。燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的电动:气车：与FC+B的电动汽车结构相似，只是把锂离子电池换成超级电容，如图所示。相对于锂离子电池，超级电容充放电效率高，能量损失小，循环寿命长，但超级电容的能量密度较小。燃料电池与锂离子电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）的汽车：由燃料电池、锂离子电池和超级电容一起为驱动电机提供能量，如图所示。在这种结构形式中，各动力源的分工更加明确，因此它们的优势也能得到更好的发挥；但是缺点也更加明显，整车质量明显增大、系统更加复杂。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述混合燃料电池电动汽车中储能装置的作用混合燃料电池电动汽车中，由于储能装置可协助供电，因此可以适当减小燃料 电池的功率,而且储能装置还可用于车辆制动能量回收,可提高车辆的能量利用率.【学生】聆听、思考2.按所使用的燃料分类根据燃料电池所使用燃料的不同，燃料电池电动汽车可分为直接燃料电池电 动汽车和重整燃料电池电动;气车两大类。1 ）直接燃料电池电动汽车直接燃料电池电动汽车的燃料主要是氢气。如图所示为直接燃料电池电动汽 车的结构。动力电池DCZDC变换器驱动电机直接燃料电池电动汽车的排放物无污染，被认为是最理想的燃料电池电动汽车，但存在氢气的制取和储存困难等缺点。2）重整燃料电池电动汽车重整燃料电池电动汽车的燃料主要有汽油、天然气、甲醇、甲烷、液化石油 气等。重整燃料电池电动汽车的结构要比氢燃料电池电动汽车复杂得多。例如， 甲醇重整燃料电池电动汽车需要对甲醇进行200°C左右的加热以从中分解出氢 气,汽油重整燃料电池电动汽车则需要对汽油进行1 Oo（Te左右的加热以从中分解出氢气。无论采用什么燃料，重整燃料电池电动汽车均需设置重整装置，将其他燃料转化为燃料电池所需的氢气.如图所示为重整燃料电池电动汽车的工作原理。STEPSSTEP41瓶前电机希动东前进：电流愉送到劾电机甲辞重整制氢,_比I电流1燃料电池动力电池骅动电机电流发电,STEP 1 透气UMl入Iet空气 (含氧气)氧气氢气112盘%1*h'°水STEP2STEP3STEP6乳/林，被输送到IRX电椎：化学反戌产生电Hl和水藻,；护由水蕉气7.2.4燃料电池电动汽车的特点1 .优点(1)能量转换效率高。因燃料直接通过电化学反应产生电能，无热能转换过程，故不受卡诺循环的限制，能量转换效率较高。(2)绿色环保。燃料电池没有燃烧过程，当用纯氧作燃料时，生成物只有水，属于零排放；当用甲醇、汽油等燃料时，生成物有水及少量二氧化碳，接近零排放。(3)续驶里程长。采用燃料电池作为能量源，克服了纯电动汽车续驶里程短的缺点，其长途行驶能力及动力性已接近传统汽车。(4)过载能力强。燃料电池除了在较宽的工作范围内具有较高的工作效率外，其短时过载能力可达到额定功率的200%或更大。(5)低噪声。燃料电池除了空气压缩机和冷却系统外无其他运动部件，因此运行过程中振动小、噪声低。(6)设计灵活。燃料电池电堆可由若干个电池单体串联或并联而成，可根据质量分配均衡和空间有效利用的原则，机动灵活地进行配置。2 .缺点(1)制造成本和使用成本过高。目前，由燃料