第一章 新能源汽车概况（教案）《新能源汽车概论》同步精品课堂（上海交通版·第3版）

《新能源汽车概述》教案 课 题 第一章 新能源汽车概况 课 型 理论课 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课的内容是关于《新能源汽车概论》中的第一章。要求学生理解新能源汽车的功用、结构等，课标要求是掌握新能源汽车的作用。选用的教材是由上海交通大学出版社出版的《新能源汽车概论》（第三版），学习内容是新能源汽车的内容和各项方法。 学情分析 知识储备：对新能源汽车有着初步的了解。 能力水平：熟悉新能源汽车的各项方法。 学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。 学习目标 知识目标：理解新能源汽车的发展历程。 能力目标：能够掌握新能源汽车的发展现状和前景。 素质目标：1.认识到新能源汽车的重要性。 2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。 学习重难点 教学重点：1. 新能源汽车的发展历程。 2. 新能源汽车的发展现状和前景。 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、实物教学法 课前准备 教师准备：教学课件 学生准备：课前预习 教学媒体 多媒体教室、多媒体课件 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 1. 情境导入 让学生阅读教材导入情景，引导学生思考： 新能源汽车基本知识。 2. 展示学习目标 认识到新能源汽车的重要性。 掌握新能源汽车的基本知识的具体内容。 1.阅读导入情景，思考教师提问，结合生活中的实际，认真回答。 2.查看并记住本节任务的学习目标。 1.通过情景问话，引出本课主题。同时激发学习兴趣。 2.通过课件展示本节任务，让学生明确课堂任务。 活动二： 调动思维 探究新知 一.导入新课:组织教学、吸引学生注意力，使学生进入上课状态。 二.1.新课讲解:借助PPT讲授钣金件基本知识内容，利用课件进行讲授，对比课件中的构造简图 ，对新能源汽车基本知识有一个初步的了解。 第一节新能源汽车的定义及分类 一、认识新能源 1.新能源概念 新能源又称非常规能源，是指刚刚开始开发利用或正在积极研究并有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、水能、生物质能和核聚变能。 2.新能源汽车的分类 （1）纯电动汽车 纯电动汽车是指驱动能量完全由电能提供的、由电机驱动的汽车。 （2）插电式混合动力电动汽车 混合动力电动汽车是能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车：可消耗的燃料；可再充电能／能量储存装置。 （3）燃料电池电动汽车 燃料电池电动汽车是指动力系统主要由燃料电池发动机、燃料箱（氢瓶）、电机和动力蓄电池等组成，采用燃料电池发电作为主要能量源，通过电机驱动车辆前进。 （4）其他清洁能源汽车 ①气体燃料汽车；②生物燃料汽车；③氢燃料汽车；④其他能源汽车 二、新能源汽车常见标识 1.新能源汽车车牌 小型新能源汽车牌照为渐变绿色大型新能源汽车牌照为黄绿双拼色 2.新能源汽车铭牌 新能源汽车铭牌是标明车辆基本特征的标牌，通过铭牌，可以了解新能源汽车的主要信息。 （1）纯电动汽车铭牌 （2）混合动力电动汽车铭牌 图1-5 新能源汽车牌照 3.新能源汽车识别代码 车辆识别代码可由三部分组成，第一部分是世界制造厂识别代号(WMI)；第二部分是车辆说明部分(VDS)：第三部分是车辆指示部分(VIS)，如图1-6所示。 图1-6 车辆识别代码 4.新能源汽车常见的英文缩写 新能源汽车有很多常用英文缩写，初学者如果不了解其含义，会有很多不便。新能源汽车常见的英文缩写，见表1-8。 三、新能源汽车基本参数 1.质量参数 整车整备质量 整车整备质量是指电动汽车完全装备的质量，包括整车装备完好的空车质量，电池、润滑油、冷却液、随车工具、备用轮胎及备品等的质量，但不包括货物、驾驶员、乘客及行李的质量。 电动汽车总质量 电动汽车总质量是指汽车装备齐全，并按规定装满乘客（包括驾驶员）、货物时的质量。 电动汽车装载质量 电动汽车装载质量是指汽车满载时所能装载的货物和人员的总质量，即电动汽车总质量与整车整备质量之差。 电池质量 纯电动汽车电能消耗量与整备质量和电池质量密切相关，整备质量和电池质量越小，电能消耗量越少。车辆整备质量的变化与动力电池质量变化几乎完全同步。 2.电池基本参数 电压： 开路电压、工作电压、充电终止电压、放电终止电压 电池容量： 指完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总的电量，单位为A·h或kA·h，它等于放电电流与放电时间的乘积。 电池能量： 指在一定放电制度下电池所能输出的电能，单位为W·h或kW·h，它等于电压与电池容量的乘积。 能量密度： 指单位体积或单位质量的蓄电池所释放的电能，用W·h/L、W·h/kg来表示。 电池功率： 指电池在一定放电制度下，单位时间内所输出能量的大小，单位为W或kW。 放电倍率： 指在规定时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。 荷电状态(SOC)： 也叫剩余电量，代表电池放电后剩余容量与其完全充电状态的容量的比值。 寿命： 循环寿命：指电池可以循环充放电的次数，即在理想的温度和湿度条件下，以额定的充放电电流进行充放电，计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。 日历寿命： 指电池在使用环境条件下，经过特定的使用工况，达到寿命终止条件（容量衰减到80%）的时间跨度。 3.新能源汽车性能参数 电动汽车性能参数主要有： 最高车速、加速能力、坡道起步能力、爬坡车速、续航里程、能量消耗率、放电能量、再生能量、动力系效率和总功率。 图1-7 部分纯电动汽车续航里程 第二节新能源汽车的关键技术 一、新能源汽车关键技术 “十五”期间，启动了“863”计划电动汽车重大科技专项，确立了如图1-9所示的“三纵三横”研发格局，取得了一大批电动汽车技术创新成果。 图1-9 新能源汽车“三纵三横”布局图 1.“三纵”的关键技术 （1）混合动力电动汽车 对中度混合动力方面： 突破混合动力电动汽车关键技术，深化发动机控制技术研究，解决动力源工作状态切换和动态协调控制，以及能源优化管理，掌握整车故障诊断技术，进一步提高整车的可靠性、耐久性、性价比，开发出高性价比、具有市场竞争力、可大规模产业化的混合动力电动汽车系列产品。 对深度混合动力方面： 突破混合动力系统构型技术，能量管理协调控制技术，开发深度混合动力新构型；开发出高性价比、可大规模批量生产的深度混合动力轿车和商用车产品。 对插电式混合动力电动汽车方面： 掌握插电式混合动力构型及专用发动机系统研发技术；突破高效机电耦合技术、轻量化、热管理、故障诊断、容错控制与电磁兼容技术、电安全技术；开发出高性价比、可满足大规模商业化示范需求的插电式混合动力轿车和商用车系列产品。 （2）纯电动汽车 以小型纯电动汽车关键技术研发作为纯电动汽车产业化突破口，开发纯电动小型轿车系列产品（包括增程式），并实现大规模商业化示范；开发公共服务领域纯电动商用车并大规模商业示范推广；加强插电式混合动力电动汽车研发力度，开发系列化插电式混合动力轿车和商用车系列产品。 纯电动商用车方面，重点研究整车NVH、轻量化、热管理、故障诊断、容错控制与电磁兼容及电安全技术。 （3）燃料电池汽车 面向高端前沿技术突破需求，基于高功率密度、长寿命、高可靠性的燃料电池发动机突破新型氢-电-结构耦合安全性等关键技术，攻克适应氢能源供给的新型全电气化技术，底盘驱动系统平台技术，研制出达到国际先进水平的燃料电池电动轿车和客车，并进行示范考核；掌握车载供氢系统技术，实现关键部件的自主开发，掌握下一代燃料电池电动汽车动力系统平台技术，研制下一代燃料电池电动轿车和客车产品，并进行运行考核。 为了加速推进新能源汽车产业市场化进程，科技部已经启动了“十三五”电动汽车科技规划的制定。“十三五”电动汽车科技规划将紧跟电动汽车产业和新能源新材料等新型经济发展，把握关键重点，在下一代电机电控系统、新能源汽车的智能化技术和安全等重点领域开展技术攻关。 2.“三横”的关键技术 （1）电机 面向混合动力大规模产业化需求，开发混合动力发动机／电机总成（发动机+ ISG/BSG）和机电耦合传动总成（电机+变速器），形成系列化产品和市场竞争力，为混合动力电动汽车大规模产业化提供技术支撑。 （2）电控系统 重点开发混合动力专用发动机先进控制算法（满足国Ⅳ以上排放法规）、混合动力系统先进实时控制网络协议、多部件间的转矩耦合和动态协调控制算法，研制高性能的混合动力系统（整车）控制器，满足混合动力电动汽车大规模产业化技术需求。 （3）动力电池 以动力电池模块为核心，实现我国以能量型锂离子动力电池为重点的车用动力电池大规模产业化突破。重点研究新型锂离子动力电池；研究新型锂离子动力电池设计、性能预测、安全评价及安全性新技术。新体系动力电池方面，重点研究金属空气电池、多电子反应电池和自由基聚合物电池等，并通过实验技术验证，建立动力电池创新发展技术研发体系。 二、新能源汽车关键技术发展趋势 1.新能源汽车动力电池发展趋势 （1）新能源汽车动力电池发展概况 混合动力电动汽车有汽油发动机作为动力来源，更强调加速性能和爬坡能力，因此更注重电池的比功率（要求高达800～1200W·h/kg）；插电式混合动力电动汽车和纯电动汽车完全以电池作为动力，更强调充电后的续驶能力，因而更关注电池的比能量（要求达到100～160W·h/kg）。由于各自性能、材料、成本等存在显著差异，因此不同类型动力电池的使用前景不同。目前技术最成熟的是镍氢动力电池，但商业化最成功的是锂离子电池，燃料电池则被广泛视作远期目标。 （2）锂离子动力电池技术发展趋势 当前正在使用和开发的锂电池正极材料主要包括钴酸锂、镍钴酸锂、镍锰钴三元材料，尖晶石型的锰酸锂，橄榄石型的磷酸铁锂等。根据正极材料分类，锂离子动力电池发展路线主要有三条：改性锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。目前钴酸锂依然是小型锂电领域正极材料的主力，主要用于传统3C[Computer（计算机）、Communication（通信）和Consumer Electronic（消费电子产品）]领域等；三元材料和锰酸锂主要用于电动工具、电动自行车和电动汽车等领域，在日本与韩国，其作为动力电池的技术较成熟；磷酸铁锂主要应用于我国的动力电池领域，还用于基站和数据中心储能、家庭储能、风光电储能等领域。 知识拓展 锂电池产品技术的发展趋势 1.钴酸锂将逐渐被三元材料替代 2.锰酸锂占比将上升 3.磷酸铁锂仍存较大技术提高空间 2.我国充电设施建设发展趋势 根据《电动汽车充电基础设施发展指南（2015—2020年）》规划，2014～2020年我国充电设施发展趋势如图1-11所示。 截至2021年2月，全国共有30个省份出台了充电配套设施相关政策的规划。地方相应国家号召，各地推出的各项与电动汽车充电配套设施相关的政策与补贴，将充电配套设施的发展从地方向中央推进。 2.我国充电设施建设发展趋势 （1）新能源汽车对驱动电机的要求 电动汽车对于电机驱动系统的要求可以归纳为：低速大转矩，该要求来源于爬坡和汽车起动初始加速度的要求；宽恒功率区，电动汽车电机驱动系统要求恒功率区是恒转矩区的3～10倍，该要求来源于汽车高速行驶和高速超车的动力要求；电机驱动系统效率达到80%及以上的区域要大于50%，该要求来源于电动汽车要求全工作范围高效；高功率密度，该要求来源于整车空间和高效节能的要求，在严酷的运行环境下，通常电动汽车电机驱动系统要求工作环境温度为-40～105℃，最高振动加速度大于10g；高可靠性，通常电动汽车电机驱动系统的寿命为20万公里以上；低成本，美国FCVT计划提出将电机驱动系统的成本降到每千瓦8～12美元。 （2）新能源汽车车用驱动电机发展趋势 新型永磁无刷电机如图1-12所示，是目前最有前景的电机之一 新型永磁无刷电机包括： ①混合励磁电机 ②双定子永磁电机 ③记忆电机 ④磁性齿轮永磁无刷复合电机 ⑤非晶电机 图1-12 新型永磁无刷电机 第三节新能源汽车的发展现状和前景 一、全球新能源汽车市场发展现状分析 1.全球销量呈上涨趋势，市场步入加速发展阶段 根据Mark Lines数据显示，2020年全球新能源汽车销量达到289.0万辆，同比增长44.3%，与全球整体汽车市场双位数下滑的趋势大相径庭（图1-13）。 2.政策持续推动欧盟发力新能源，欧洲实现对中国市场的反超 在欧盟的促进下，欧盟各成员国强化新能源汽车现金补贴或者税收减免的相关政策发布，整体支持力度进一步加大，显著刺激电动车的需求，助力欧洲新能源市场迎来快速发展期。根据Mark Lines数据显示，在欧洲各国的多项政策促进下，叠加在汽车工业发展层面的丰富经验和雄厚技术，2020年欧洲以41.9%的市占率超越中国，开始反超中国成为全球第一大新能源汽车市场。2021年1～7月，欧洲新能源汽车累计销售104.9万辆，同比增长112.0%，政策推动下延续高增长态势。 二、我国新能源汽车发展现状分析 1.我国新能源汽车渗透率逐年提升 近年来，随着我国新能源汽车的普及以及国家和各省份对新能源汽车的政策激励，外加北上广深等超一线城市对传统燃油车的号牌管制，促进了我国新能源汽车的发展，我国新能源汽车的渗透率也由2015年的1.4%提升至2020年的5.4%。 2020年，我国新能源汽车销量达136.7万辆，同比增长10.9%。目前我国的新能源汽车仍以电动汽车为主，特别是纯电动汽车（图1-14）。 2.国家层面目标明确促进新能源汽车渗透率的提升 3.各省市确立明确的目标促进新能源汽车渗透率的提升 4.“北上广深”限制燃油车号牌促进新能源汽车渗透率提升 5.新能源汽车使用过程更为实惠 三、新能源汽车的发展趋势分析 1.突破电池技术是关键 作为动力源，现在还没有任何一种电池能与石油相提并论，动力电池已成为限制电动汽车发展的瓶颈。 2.驱动电动机呈多样化发展 美国倾向于采用交流感应电动机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但控制技术较复杂。日本多采用永磁无刷直流电动机，优点是效率高、启动转矩大、质量较小，但成本高，且有高温退磁、抗震性较差等缺点。德国、英国等大力开发开关磁阻电动机，优点是结构简单、可靠，成本低，缺点是质量较大，易于产生噪声。 3.超微型发展趋势 纯电动汽车向超微型发展，受续驶里程的影响，这种汽车降低了对动力性和续驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高，较适合于市内或社区小范围内使用。 4.体现内燃机技术优势 混合动力汽车是内燃机汽车和纯电动汽车之间的过渡产品，既充分发挥了现有内燃机技术优势，又尽可能发挥电动机驱动无污染的优势。 5.燃料电池汽车成为竞争的焦点 燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是续驶里程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，并且燃料电池所用的燃料来源广泛，又可再生，还可以实现无污染、零排放等环保标准。 6.开发新一代车用能源动力系统 发展新能源汽车应重点发展各种液态代用燃料发动机及其混合动力汽车，并逐步过渡到发展采用生物燃料的混合动力汽车和可充电的混合动力汽车；进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络；以天然气发动机为基础，发展各种燃气动力，尤其是天然气/氢气内燃机及其混合动力；发展新一代燃料电池发动机及其混合动力；大力推进动力电池的技术进步，发展适合中国国情的纯电动汽车，尤其是微型纯电动汽车。 本章导读 电动化、网联化、智能化、共享化正在成为汽车产业的发展潮流和趋势，新能源汽车融汇新能源、新材料和互联网、大数据、人工智能等多种变革性技术，推动汽车从单纯交通工具向移动智能终端、储能单元和数字空间转变，带动能源交通、信息通信基础设施改造跃升，有效促进能源消费结构优化、智能交通体系和智慧城市建设，具有广阔市场前景和巨大增长潜力。本章主要介绍新能源汽车的基本概念，主要包含新能源汽车的定义和类型，新能源汽车的关键技术，了解全球新能源汽车发展现状，尤其是我国新能源汽车的发展状况，通过本章节的学习，应对新能源汽车有初步的了解认识，熟悉新能源汽车的基本标识、相关参数、关键技术，为后续的专业知识的学习做好铺垫，为新能源汽车相关专业的岗位工作打下基础。 三.课堂互动: 组织学生进行小组讨论，分享学习心得和体会，教师进行点评和指导。 四.巩固练习:布置相关练习题和思考题，让学生巩固所学知识，教师进行个别辅导 学习新能源汽车基本知识的总体认知 学生以小组为单位，巩固旧课，展示预习情况 (1) 听课、思考、结合生活实际，认真回答教师提出的问题。 (2) 听课、理解新能源汽车基本知识的总体认知 积极发言 (3) 结合生活实际，思考现代新能源汽车基本知识的总体构造及作用。 请学生先结合教材自行归纳分类 观看PPT、图片及动画，学生自主分析，各小组派代表阐述本组学习成果。 针对特点，提出相应的保育要点 注意要点，提醒学生结合生活经验分析。 通过视频、多媒体学习。以小组为单位进行阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 1.通过导入情景以及学生思考结果引出新能源汽车基本知识的总体内容。为进一步学习本课重点奠定基础。 2.教师讲述新能源汽车基本知识总体认知等重点知识。 活动三： 巩固练习 素质提升 1.提问学生新能源汽车的定义。 2.提问学生新能源汽车的发展现状。 学生课上复习，并完成本节教学重点。 加深对本节内容的理解并加强课堂知识点的记忆。 课堂小结 作业布置 1.课堂小结： 本节课通过讲解、示范、小组讨论和案例分析等多种教学方法和手段，使学生掌握了新能源汽车基本知识等内容，培养了学生对于新能源汽车概述这门课程的兴趣，树立了良好的职业道德观念。同时，也让学生认识到新能源汽车的基本内容，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2.作业： (1)简述新能源汽车的定义。 (2)简述新能源汽车的发展现状。 板书设计 三、新能源汽车的发展现状和前景 1.全球新能源汽车分析 2..政策持续推动 3.我国新能源汽车发展 一、新能源汽车的定义及分类 1.定义 2.纯电动汽车 3.插电式混合动力 4.燃料电池 5.其他清洁能源 二、新能源汽车基本参数 1.质量参数 2.电动汽车总质量 3.电动汽车装载质量 4.电池质量 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$