项目三 任务5 镍镉镍氢电池的工作特性（教案）《新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修》同步精品课堂（机工版）

《新能源车动力蓄电池系统构造与检修》教案 课 题 项目三任务5 镍镉镍氢电池的工作特性 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《新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修》中的项目三。要求学生理解新能源汽车动力蓄电池的功用、结构等，课标要求是掌握新能源汽车动力蓄电池的作用。选用的教材是由机械工业出版社出版的《新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修》（第一版），学习内容是新能源汽车动力蓄电池基本知识的内容和各项方法。 学情分析 知识储备：对电动汽车结构基本知识有着初步的了解。 能力水平：熟悉电动汽车结构基本知识的各项方法。 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：理解镍镉电池的特性。 能力目标：能够掌握镍氢电池的特点。 素质目标：1.认识到新能源汽车动力蓄电池基本知识的重要性。 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. 镍镉电池的特性。 2. 镍氢电池的特点。 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： 新能源汽车动力蓄电池基本知识基本知识。 2. 展示学习目标 认识到新能源汽车动力蓄电池基本知识的重要性。 掌握汽新能源汽车动力蓄电池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讲授新能源汽车动力蓄电池基本知识内容，利用课件进行讲授，对比课件中的构造简图 ，对新能源汽车动力蓄电池基本知识有一个初步的了解。 镍镉、镍氢电池的工作特性 1、镍镉电池的特性 镍镉电池标称电压为1.2V，具有使用寿命长(可充放电循环1000次以上)、机械强度高、密封性能好、使用温度范围大(-40～+50℃)维护保养方便、能耐受大电流(高于正常使用电流的几倍乃至10倍)的瞬时冲击等优点。 1、镍镉电池的特性 (1)充放电性能 镍镉电池的标准电动势是1.299V，额定电压是1.2V，平均工作电压为1. 20～1. 25V。剐充完电的电池开路电压较高，可以到达1.4V以上，放置一段时间，正极不稳定的NiO2发生分解，开路电压会降低到1.35V左右。 (2)倍率持续放电特性 动力镍镉电池允许大电流放电而不会损坏，允许放电倍率在10C以上，但是大电流放电时，电压下降很快，电池可放出的能量下降。 (3)高低温放电性能 温度升高时，镍镉电池的容量会增加，但温度超过50℃时，电池可能失效。 低温情况下，镍镉电池的容量下降。如-45℃以O.2C放电镍镉电池一般只能提供50%左右的额定容量；-18℃以3C放电一般可以放出30%以上的额定容量。 (4)耐过充电和过放电性能 镍镉电池具有很好的耐过充电和过放电能力。1C恒电流持续充电2h，或强迫过放电不超过2h，电池不会损坏。铅酸及锂离子电池在这种情况下，将产生永久的损坏。 2、镍镉电池应用存在的问题 （1）记忆效应 镍镉电池长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象称为电池记忆效应。比如，镍镉电池长期只放出80%的电量后就开始充电，一段时间后，电池充满电后也只能放出80%的电量。 记忆效应的出现主要是由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块，造成Ni电极膨胀或生成不导电的Ni(OH)2，从而引起电池电压下降或容量减少，使电池放电时形成次级放电平台。镍镉电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。 （2）环境污染 镉是镍镉电池的必备原材料，但有大量研究表明，在人体内，镉的半衰期长达730年，可蓄积50年之久，摄入或吸人过量的镉可引起肾、肺、肝、骨、生殖效应及癌症。基于环境保护的原因，许多发达国家已建议禁止使用镍镉电池。 3、镍氢电池与镍镉电池的对比分析 同镍镉电池相比，镍氢电池具有以下显著优点： 1)能量密度高，同尺寸电池，容量是镍镉电池的1.5～2倍。 2)环境相容性好,无镉污染， 3)可大电流快速充放电，充放电倍率高。 4)无明显的记忆效应。 5)低温性能好，耐过充放能力强。 6)工作电压与镍镉电池相同，为1.2V。 镍氢电池的缺点是自放电与寿命不如镍镉电池。 4、镍氢电池特性 （1）充电特性 充电特性曲线如图所示，该曲线大致可分为三段。 开始时电压上升较快，然后比较平坦，随着充电过程的进行，当充电容量接近电池的额定容量的75%左右时，充电电压就再次呈现快速上升的趋势。当充电量超过电池设计容量之后就进入过充电阶段。此时正极析出的氧会在负极储氢合金表面进行还原、去极化，使负极电位正移，电池温度迅速升高，加之镍氢电池反应温度系数是负值，因此电池的充电电压就会下降。 镍氢电池常用恒流充电的方式进行充电，充电电压越低，电池在充电过程中的极化就越小，电池的充电效率就越高，电池的使用寿命就可能越长。 4、镍氢电池特性 （2）放电特性 镍氢电池工作电压为1.2V，指的是放电电压的平台电压，是镍氢电池的重要性能指标。如下图所示。电池的放电特性受电流／环境温度等因素的影响，电流越大，温度越低，电池放电电压和放电效率越低，长期大电流放电对电池的寿命也会造成一定的影响。截止电压一般设定在0.9～1V，截止电压设定得太高,电池容量不能被充分利用，反之，则容易引起电池过放。 （3）容量特性 电池的实际容量受到理论容量的限制，但与实际放电机制和应用工况密切相关。在高倍率即大电流放电条件下，电极的极化增强，内阻增大，放电电压下降很快，电池的能量效率降低，电池的实际容量一般都低于额定容量。相应地，在低倍率放电条件下，放电电压下降缓慢．电池实际放出的容量常常高于额定容量。镍氢电池的充电电流、搁置时间、放电终止电压和放电电流等均会对放电容量产生影响。 充电电流倍率增大，导致充电效率和放电容量降低；搁置时间对镍氢电池放电容量的影响本质上就是镍氢电池的自放电问题；放电电流增大，电极极化也增大，电化学极化内阻就大，其端电压相对较低；放电容量随放电终止电压的降低而增加。 （3）容量特性 电池的实际容量受到理论容量的限制，但与实际放电机制和应用工况密切相关。在高倍率即大电流放电条件下，电极的极化增强，内阻增大，放电电压下降很快，电池的能量效率降低，电池的实际容量一般都低于额定容量。相应地，在低倍率放电条件下，放电电压下降缓慢．电池实际放出的容量常常高于额定容量。镍氢电池的充电电流、搁置时间、放电终止电压和放电电流等均会对放电容量产生影响。 充电电流倍率增大，导致充电效率和放电容量降低；搁置时间对镍氢电池放电容量的影响本质上就是镍氢电池的自放电问题；放电电流增大，电极极化也增大，电化学极化内阻就大，其端电压相对较低；放电容量随放电终止电压的降低而增加。 （4）内压 镍氢电池在充放电过程中，正极析出氧气和负极析出氢气，从而产生电池的内压。镍氢电池的内压是一直存在的，通常都维持在正常水平，不会引起安全问题。但在过充或过放情况下，电池内压升高到一定程度，就有可能带来安全问题。 （5）自放电和储存性能 电池的自放电主要是由电极材料、制造工艺、储存条件等多方面因素决定的，在2℃下，镍氢电池的月自放电率达到20%～25%。 镍氢电池的存放条件为：存放区应保持清洁、凉爽、通风；温度应在10—25℃之间，一般不应超过30℃；相对湿度以不大于65%为宜。 （6）温度特性 镍氢电池在中高温环境下，电池放电容量明显比低温时放电容量大。 （7）循环寿命 镍氢电池一般采用浅充浅放的应用机制，即SOC在40%～80%之间应用，因此电池的使用寿命已经可以达到5年以上,甚至达到10年以上。 三、镍镉、镍氢电池的实际应用 1、应用概况 最早的碱性蓄电池是瑞典W.Jungner于1899年发明的镍镉电池(Cd-Ni)和爱迪生1901年明的镍铁电池(Fe-Ni)。20世纪70~80年代，镍镉蓄电池曾用作电动车辆的动力电池。但随着新技术的发展以及对金属镉造成环境危害和对人的危害的认识，其使用量逐年减少，以欧盟、美因为主的工业国家，已经出台法规或相关法律禁止镍镉电池的生产和应用。 1984年荷兰飞利浦公司成功研制出LaNi5储氢合金用于制各镍氢电池(MH-Ni)，它成为取代镍镉电池的理想产品。20世纪90年代开始，镍氢电池在多种电子产品上广泛应用，并成为混合动力电池汽车的主流动力电源。目前丰田公司的PRIUS混合动力汽车和本田公司的CIVIC混合动力汽车都采用镍氢动力电池。 镍镉电池仅在某些领域，由于其特有的高功率特性和良好的低温性能仍在应用。如在航空领域用做飞机发动机起动及随航备用电源、电力装置开关瞬间分合闸和事故照明电源、铁路系统电力机车供电电源等。 2、镍氢动力电池在电动汽车上的应用 镍氢电池能满足混合动力电动汽车高功率密度的要求，该类电池目前在混合动力电动汽车尤其是在日系车型中应用广泛，如丰田凯美瑞混合动力车、普锐斯、雷克萨斯CT200.本田思域CIVIC等。福特公司推出的Escape混合动力汽车也采用了额定电压在300V左右的镍氢电池组。 普锐斯的HV蓄电池采用的就是288V，6.5A·h的镍氢动力电池。该电池组可以通过发电机和电动机实现充放电，且输出功率大、重量轻、寿命长、耐久性好。 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 学习新能源汽车动力蓄电池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、理解电动汽车结构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动力蓄电池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动力蓄电池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动力蓄电池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.提问学生镍镉电池的特性。 2.提问学生镍氢动力电池的应用。 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动力蓄电池基本知识等内容，培养了学生对于新能源汽车动力蓄电池这门课程的兴趣，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动力蓄电池的基本内容，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2.作业： (1)简述镍镉电池的特性。 (2)简述镍氢动力电池的应用。 板书设计 三、镍氢与镍镉电池的对比分析 1.显著优点 2..充电特性 3.放电特性 一、镍镉电池的特性 1.标称电压 2.使用寿命 3.机械强度 4.充放电性能 5.倍率持续放电 二、镍镉电池应用问题 1.记忆效应 2.环境污染 3.其他因素 4.特性分析 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 $