第四章 纯电动汽车（教案）《新能源汽车概论》同步精品课堂（上海交通版·第3版）

《新能源汽车概论》教案 课 题 第四章 纯电动汽车 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》中的第四章。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：理解纯电动汽车的类型。 能力目标：能够掌握纯电动汽车的结构与工作原理。 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. 纯电动汽车的类型。 2. 纯电动汽车的结构与工作原理。 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： 纯电动汽车基本知识。 2. 展示学习目标 认识到纯电动汽车的重要性。 掌握纯电动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 ，对纯电动汽车基本知识有一个初步的了解。 第一节纯电动汽车概述 一、纯电动汽车特点 ①无污染，噪声低 ②能源效率高，多样化 ③结构简单，使用维修方便 ④动力电源使用成本高，续驶里程短 2.纯电动汽车的缺点 ①续驶里程较短。 ②采用蓄电池及电动机控制器使成本较高。 ③充电时间长。 ④目前没有授权服务站，维护成本较高。 ⑤蓄电池寿命短。 二、纯电动汽车类型 1.按储能装置分类 纯电动汽车目前所采用的储能装置主要有铅酸蓄电池、锂电池、镍氢蓄电池等。 2.按驱动结构布局分类 （1）传统驱动方式 （2）电动机-驱动桥组合式驱动方式 （3）电动机-驱动桥整体式驱动方式 （4）轮毂电动机分散式驱动方式 3.按驱动电动机分类 纯电动汽车电动机按其驱动类型可分为四种：直流电动机、交流电动机、永磁无刷电动机和开关磁阻电动机。 三、增程式电动汽车 1.增程式电动汽车的概念 增程式电动汽车是指为了解决纯电动汽车续航里程短的问题，在纯电动汽车的基础上，发动机／发电机增加一个增程器( RE)以增加电动汽车的续航里程。RE通常是以一台小排量发动机带动一个发电机给蓄电池充电的辅助能量装置。 2.增程式电动汽车的工作模式 （1）纯电动工作模式 如图4-5(a)所示为纯电动工作模式 （2）增程工作模式 如图4-5(b)所示为增程工作模式，此阶段属于电量维持阶段。 3.增程式电动汽车的特点 增程式电动汽车源于电动汽车电控系统的发展，兼备纯电动汽车和传统发动机汽车的优点，其主要特点如下： （1）增程式电动汽车相对于传统汽车，其发动机只是相当于常规轿车的小型发动机，其功率小、噪声低、可靠性高，且发动机总是保持在高效率区工作，燃油消耗和排放都得到大幅度降低。 （2）相对于传统混合动力汽车，增程式电动汽车蓄电池容量比较大，车辆在较长距离内以纯电动模式运行。 （3）增程式电动汽车可以通过车载发电机随时对蓄电池充电，因此其蓄电池只需配置同级别纯电动汽车电池用量的30%～40%，其生产及使用成本大幅下降。 （4）由于增程式电动汽车的电池容量相对较小，充电所需时间减少，因此可以利用小功率充电桩或家庭用电进行充电，而且还可以利用晚间和午间休息时间充电，避免了新辟充电站等供电设施建设，节约了大量人工成本，而且还帮助电网“分散调峰”，进一步提高了能源利用率。 四、汽车车型举例 1.增程式电动汽车的概念 2009年日产发布世界第一款经济型零排放汽车——LEAF。2017年日产发布了全新一代LEAF，巡航里程提高到400km，日产LEAF的充电方式也非常便捷，通过快速充电，只需30min即可充至80%的电量，通过10min的快速充电就可行驶50km。在家充电时，使用家用交流电，大约需要8h可以使车辆充满。 2.荣威E50 荣威E50是一辆纯电动的轿车，由上汽集团历时3年自主研发，汇集众多国际先进技术，合力打造出的一款通过电池和电机有机结合，实现零排放、纯电驱动的新能源车。 3.江淮iEV6S iEV6S是江淮旗下新能源SUV车型，该车于2016年4月25日第十四届北京车展正式发布上市，如图4-8所示。它是江淮汽车历经9年技术积累，6代产品研发的品质产品。 第二节纯电动汽车结构与原理 一、纯电动汽车基本构造 纯电动汽车的主要部件由动力电池组及其控制器、车身与底盘、驱动电机及其控制器、传动系统组成。其代表结构如图4-10所示。 1.电池及管理系统主要结构 电动汽车的电池一般称为动力电池，原因就是电动汽车对电池的功率密度与能量密度都要求很高。 动力电池组管理系统的基本组成如图4-11所示。带有温度测量装置的动力电池组管理系统的基本组成如图4-12所示。 2.电动机及其控制器的主要结构 电动机是纯电动汽车的唯一动力源，其结构包括电动机的转子与定子、电动机控制器两大部分。 3.辅助系统的主要结构 辅助系统主要是提供一个安全、舒适、方便的汽车使用环境。辅助系统主要包含娱乐、通信、空调、灯光、人机交互等系统。纯电动汽车常采用DC/DC转换器和单独设立低压辅助电池组的方式提供低压电源，其供电方式如图4-14所示。 4.驱动系统的布置形式 驱动系统是纯电动汽车的核心，其性能直接关系着电动汽车运行性能的好坏。其布置方式不止一种，常见的如图4-15所示。 二、纯电动汽车工作原理 驾驶者通过加速或制动踏板发出信号，电子控制器发出相应的控制信号，以控制功率转换器的开关。功率转换器的作用是调节电动机和能量源之间的能量流动。能量的回馈是因为电动汽车制动能量的再生，通过能量转换器由能量源吸收。 第三节纯电动汽车的核心技术 一、动力电池技术 动力电池作为纯电动汽车的能量来源，堪称电动汽车的心脏，也是影响电动汽车发展的关键因素和核心技术。产生巨大影响并商业化使用至今的电动汽车电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。电动汽车要求动力电池系统具有较高的比能量和比功率，以满足汽车的续驶里程和动力性的要求，同时也希望动力电池系统具有与汽车使用寿命相当的充放电循环寿命，拥有高效率、良好的性价比以及免维护特性。 第三节纯电动汽车的核心技术 一、动力电池技术 动力电池作为纯电动汽车的能量来源，堪称电动汽车的心脏，也是影响电动汽车发展的关键因素和核心技术。产生巨大影响并商业化使用至今的电动汽车电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。电动汽车要求动力电池系统具有较高的比能量和比功率，以满足汽车的续驶里程和动力性的要求，同时也希望动力电池系统具有与汽车使用寿命相当的充放电循环寿命，拥有高效率、良好的性价比以及免维护特性。 电池组数目必须满足电动汽车行驶时所需的最大功率和续驶里程的要求。 满足电动汽车行驶时所需的最大功率要求的电池组数目为： 二、驱动电动机的选择及功率匹配 1.电动机的额定功率和峰值功率 （1）根据电动汽车最高车速确定电动机功率 设计中初步选择电动机的额定功率应不小于汽车以最高车速行驶时行驶阻力消耗的功率之和，电动汽车以最高车速行驶消耗的功率为： （2）根据电动汽车最大爬坡度确定电动机功率 电动汽车以某一车速爬上最大坡度消耗的功率为： （3）根据电动汽车加速性能确定电动机功率 电动汽车在水平路面上加速行驶消耗的功率为： 2.电动机的最高转速和额定转速 电动汽车最高行驶速度与电动机最高转速之间的关系为： 电动机额定转速为： 3.电动机最大转矩 电动机最大转矩的选择需要满足汽车起动转矩和最大爬坡角的要求，同时结合传动系统最大传动比来确定。 4.电动机额定电压 额定电压由所选取的电动机的参数来决定 三、减速器传动比的确定 由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，通常在驱动系统中采用大速比的减速器或2挡变速器。作用：减速、增扭，减速器或变速器中不设置倒挡齿轮，倒车是靠电动机的反转来实现的。 传动系统传动比的上限由电动机最高转速和最高行驶车速确定。 由电动机最高转速对应的输出转矩和最高行驶车速对应的行驶阻力确定传动系统传动比下限为 四、电池管理系统与电池组热管理 1.电池管理系统 电池管理系统的作用是实时监控电池的工作状态，实际使用的过程中使用不当会对电池寿命有非常大的影响，而最大的影响因素是电池过度放电与单体电池的差异过大，导致整个电池组提前报废。 2.电池组热管理系统 电池组热管理系统包括电池箱、风机、传热介质、监测设备等部件。 电池组热管理系统设计过程中的关键技术包括： （1）确定电池最优工作温度范围 （2）电池热场计算及温度预测 （3）传热介质选择 （4）热管理系统散热结构设计 （5）风机与测温点选择 第四节纯电动汽车的充电技术 一、对充电设备的要求 电动汽车对充电设备有以下基本要求： （1）安全性。电动汽车充电时，要确保人员的人身安全和蓄电池组的安全。 （2）使用方便。充电设备应具有较高的智能性，不需要操作人员过多干预充电过程。 （3）成本经济。成本经济、价格低廉的充电设备有助于降低整个电动汽车的成本，提高运行效益，促进电动汽车的商业化推广。 （4）效率高。高效率是对现代充电设备最重要的要求之一，效率的高低对整个电动汽车的能量效率具有重大影响。 （5）对供电电源污染要小。 二、充电设备的种类 1.非车载充电机 非车载充电机是指安装在电动汽车车体外，将电网的交流电能变换为直流电能，采用传导方式为电动汽车动力蓄电池充电的专用装置。 2.车载充电机 车载充电机是指固定安装在电动汽车上运行，将交流电能转换为直流电能，采用传导方式为电动汽车动力蓄电池充电的专用装置。 3.交流充电桩 交流充电桩是指固定在电动汽车外，与交流电网连接，采用传导方式为具有车载充电装置的电动汽车提供交流电源的专用供电装置。 4.直流充电桩 直流充电桩是指固定在电动汽车外，与交流电网连接，可以为车载电动汽车动力蓄电池提供直流电源的供电装置。 5.交直流充电桩 交直流充电桩是采用交直流充电方式于一体的结构，既可实现直流充电，也可以交流充电。白天充电业务多的时候，使用直流充电方式进行快速充电，当夜间充电站用户少时可用交流充电方式进行慢充操作。 三、车载充电机的组成及原理 1.车载充电机的组成 车载充电机由交流输入端口、功率单元、控制单元、低压辅助单元及直流输出端口等组成 2.车载充电机技术参数 输出电流可根据各厂家蓄电池组电压情况设定。车载充电机在额定输入电压、额定负载的状态下，效率应不低于90%，功率因数应不低于0.92。 3.电动汽车车载充电机的充电接口 电动汽车车载充电机的充电接口属于交流充电接口。交流充电接口（慢充接口）有7个孔，中间三个大孔分别接中线（火线）、地线、交流电源（零线），用来传导交流电。 四、非车载充电机的组成及原理 1.非车载充电机的组成 非车载充电机主要由充电机主体和充电终端两部分组成。充电机主体包括三相输入接触器、功率模块和管理模块，其中三相输入接触器与电网相连，将交流电转换为电压、电流可调的直流电。 2.非车载充电机技术参数 电动汽车非车载充电机输入技术参数见表4-3。 3.电动汽车非车载充电机的充电接口 电动汽车非车载充电机的充电接口属于直流充电接口。非车载充电机的充电接口（快充口）有9个孔，中间两个大孔分别接直流正极和直流负极。 非车载充电机车辆供电插头和充电插座。车辆插头和车辆插座在连接过程中触头耦合的顺序为保护搭铁，直流电源正、直流电源负、车辆端连接确认，低压辅助电源正与低压辅助电源负、充电通信与供电端连接确认；脱开的过程则顺序相反。 4.电动汽车非车载充电机的充电过程 非车载充电机直流充电安全保护系统的基本方案如图4-32所示 本章导读 随着电动汽车行业竞争的不断加剧，大型电动汽车企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的电动汽车企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。本章节介绍了纯电动汽车的基本构造、工作原理、核心技术的发展以及充电技术的发展。中国电动汽车的发展虽然不如欧美国家起步早，但从“八五”规划开始到现在，电动汽车研究一直是国家计划项目，并在2001年设立了“电动汽车重大科技专项”。通过组织企业、高等院校和科研机构，集中各方面力量进行联合攻关，现正处于研发势头强劲阶段，部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。 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，思考现代电动机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。 结合生活实际，思考现代车载充电机基本知识的总体构造及作用 结合生活实际，思考现代非车载充电机基本知识的总体构造及作用 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.提问学生纯电动汽车类型。 2.提问学生充电设备的种类。 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，使学生掌握了纯电动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，也让学生认识到纯电动汽车的基本内容，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2.作业： (1)简述纯电动汽车类型。 (2)简述充电设备的种类。 板书设计 三、纯电动汽车结构与原理 1.基本构造 2..主要结构 3.纯电动汽车的核心技术 一、纯电动汽车概述 1纯电动汽车特点 2.纯电动汽车的缺点 二、纯电动汽车类型 1.按储能装置分类 2.按驱动结构布局 3.按驱动电动机分类 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 $$