新能源汽車動力蓄電池系統(tǒng)構造與檢修 教案-項目三任務3-2 鎳氫動力蓄電池認知

課題任務3-2鎳氫動力蓄電池認知課時4課時（180min）教學目標知識技能目標：（1）掌握鎳氫動力蓄電池的結構及工作原理（2）掌握鎳氫動力蓄電池的特性（3）能完成鎳氫動力蓄電池組的拆卸與檢查素質目標：（1）培養(yǎng)學生的愛國主義精神和創(chuàng)新精神，立志科技報國（2）培養(yǎng)學生具備從事汽車行業(yè)工作的職業(yè)素養(yǎng)和團隊協(xié)作精神教學重難點教學重點：鎳氫動力蓄電池的結構及工作原理；鎳氫動力蓄電池的特性教學難點：鎳氫動力蓄電池組的拆卸與檢查教學方法情景模擬法、問答法、理實一體化教學法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學過程主要教學內容及步驟課前任務【教師】布置課前任務，和學生負責人取得聯(lián)系，組織學生下載“任務工單——鎳氫動力蓄電池認知”，并根據任務工單進行組內分工，同時提醒同學通過超星APP或其他學習軟件，收集鎳氫動力蓄電池的相關資料，并進行了解【學生】提前上網觀看相關資料，熟悉教材考勤【教師】使用超星APP進行簽到【學生】按照老師要求簽到互動導入【教師】講述“一輛卡羅拉雙擎混合動力汽車出現(xiàn)動力蓄電池單體電壓過低、動力蓄電池性能下降的故障”案例，并提出問題如果你作為一名新入職新能源汽車維護檢測人員，現(xiàn)在車間主管安排你完成此任務，你應該如何處理呢？【學生】聆聽、思考、討論、回答傳授新知【教師】通過大家的發(fā)言，引入新的知識點，講解鎳氫動力蓄電池的結構及工作原理、鎳氫動力蓄電池的特性、應用等內容鎳氫動力蓄電池是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型電池。它的正極活性物質主要由鎳制成，負極活性物質主要由儲氫合金制成，是一種堿性蓄電池。鎳氫動力蓄電池具有高比能量、高功率、適合大電流放電、可循環(huán)充放電、無污染，被譽為“綠色電源”。與鉛酸蓄電池相比，鎳氫動力蓄電池具有比能量高、質量輕、體積小、循環(huán)壽命長的特點。1．鎳氫動力蓄電池的結構【教師】通過多媒體展示“鎳氫動力蓄電池的結構”圖片，并進行講解鎳氫動力蓄電池的正極材料采用球形氫氧化鎳，負極板的主要材料是鎳的儲氫合金。一個完整的單體鎳氫動力蓄電池由正極材料、負極材料以及具有保液能力和良好透氣性的隔膜、堿性電解液、金屬殼體、具有自動密封的安全閥及其他部件組成。2．鎳氫動力蓄電池的工作原理【教師】通過多媒體播放“鎳氫動力蓄電池的工作原理”視頻，并進行講解鎳氫動力蓄電池正極板的活性物質為NiOOH（放電時）和Ni(OH)2（充電時），負極板的活性物質為H2（放電時）和H2O（充電時），電解液采用30%的氫氧化鉀溶液，其電化學反應如下：負極反應式：正極反應式：電池總反應式：鎳氫動力蓄電池在充、放電過程中，正、負極板在進行電化學反應時不發(fā)生任何中間態(tài)的可溶性金屬離子，電解液中沒有任何組分消耗和生成，因而鎳氫動力蓄電池可以做成密封型結構。3.鎳氫動力蓄電池的特性鎳氫動力蓄電池具有能量密度高，與同尺寸鎳鎘動力蓄電池相比，其容量是鎳鎘動力蓄電池的1.5～2倍；環(huán)境相容性好，無污染；可大電流快速充放電，充放電倍率高；無明顯的記憶效應；低溫性能好，耐過充放能力強等優(yōu)點。工作電壓與鎳鎘動力蓄電池相同為1.2V。鎳氫動力蓄電池的缺點是自放電率高與壽命短，但也能達到500次循環(huán)壽命和國際電工委員會的推薦標準。1）充電特性【教師】通過多媒體展示“鎳氫動力蓄電池的充電特性曲線”圖片，并進行講解開始時電壓上升較快，然后比較平坦。這是由于Ni(OH)2導電性極差，但充電產物NiOOH導電性是前者的10倍，因而充電剛開始時，電壓上升很快。有NiOOH生成后，充電電壓上升速率降低，電壓變得比較平坦。隨著充電過程的進行，當充電容量接近電池的額定容量的75%左右時，儲氫合金中的氫原子擴散速度減慢。由于氧在儲氫合金中的擴散速度受負極反應速度的限制，以及此時正極開始逐步析出O2，充電電壓就再次呈現(xiàn)快速上升的趨勢。當充電量超過電池設計容量之后就進入過充電階段。此時正極析出的O2會在負極儲氫合金表面進行還原、去極化，使負極電位正移，電池溫度迅速升高，加之鎳氫動力蓄電池反應溫度系數是負值，因此電池的充電電壓就會下降。2）放電特性【教師】通過多媒體展示“鎳氫動力蓄電池典型的放電性能”圖片，并進行講解鎳氫動力蓄電池工作電壓為1.2V，指的是放電電壓的平臺電壓。它是鎳氫動力蓄電池的重要性能指標。鎳氫動力蓄電池的放電性能隨放電電流、溫度和其他因素的變化而變化。3）容量特性【教師】通過多媒體展示“鎳氫動力蓄電池的容量特性”圖片，并進行講解電池的實際容量受到理論容量的限制，但與實際放電機制和應用工況密切相關。在高倍率即大電流放電條件下，電極的極化增強，內阻增大，放電電壓下降很快，電池的能量效率降低，電池的實際容量一般都低于額定容量。相應地，在低倍率放電條件下，放電電壓下降緩慢，電池實際放出的容量常常高于額定容量。鎳氫動力蓄電池的充電電流、擱置時間、放電終止電壓和放電電流等均會對放電容量產生影響。4）內壓及溫度特性【教師】通過多媒體展示“鎳氫動力蓄電池充電過程中內壓變化曲線”圖片，并進行講解鎳氫動力蓄電池內壓產生的基本原因是電池在充放電過程中，正極析出氧氣和負極析出氫氣。從而產生電池的內壓。鎳氫動力蓄電池的內壓是一直存在的，通常都維持在正常水平，不會引起安全問題。5）自放電和儲存性能【教師】通過多媒體展示“鎳氫動力蓄電池的自放電和儲存性能”圖片，并進行講解電池的自放電主要是由電極材料、制造工藝、儲存條件等多方面因素決定的。影響自放電速率的因素主要是電池儲存的溫度和濕度條件等。溫度升高會使電池內正負極材料的反應活性提高，同時電解液的離子傳導速度加快，隔膜等輔助材料的強度降低，從而使自放電反應速率大大提高。6）循環(huán)壽命【教師】通過多媒體展示“鎳氫動力蓄電池的循環(huán)壽命”圖片，并進行講解鎳氫動力蓄電池的循環(huán)壽命受充放電濕度、溫度和使用方法的影響。在當前的技術狀態(tài)下，按照IEC標準充放電時，充放電循環(huán)可以超過500次。在電動車輛上應用，鎳氫動力蓄電池一般采用淺充淺放的應用機制，即SOC在40%～80%之間應用，因此電池的使用壽命可以達到5年以上，甚至達到10年以上鎳氫動力蓄電池失效的原因有多方面，主要歸納如下：①電解液的損耗②電極材料的改變③隔膜的變化4．鎳氫動力蓄電池的應用【教師】通過多媒體展示“鎳氫動力蓄電池的應用”圖片，并進行講解鎳氫動力蓄電池可以滿足混合動力汽車高功率密度的要求，該類電池目前在混合動力汽車，尤其是在日系車型中應用廣泛。豐田第一代混合動力汽車普銳斯的動力蓄電池采用的就是288V，6.5A·h的鎳氫動力蓄電池。該電池組可以通過發(fā)電機和電動機實現(xiàn)充放電，且輸出功率大、重量輕、壽命長、耐久性好，豐田凱美瑞混合動力車也采用了該鎳氫動力蓄電池組。此外，本田思域、福特Escape以及大眾公司的新途銳混合動力汽車也都采用了鎳氫動力蓄電池作為動力電源。新途銳混合動力汽車是大眾汽車旗下第一款采用電驅動技術的車型。該車型通過結合電力驅動、車輛滑行、能量回收和起動-停車系統(tǒng)四個方面的技術，使得這輛重達2.3t的SUV在城市路況的燃油效率較同級別車型提高了25%；在城市、高速公路和鄉(xiāng)間的綜合路況，平均油耗則降低了17%?！窘處煛坎贾萌蝿詹樵兿嚓P資料，思考鎳氫動力蓄電池的技術研究對于中國混動企業(yè)的發(fā)展有什么啟發(fā)？?！緦W生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生的回答實踐應用【教師】帶領學生到實操間進行實踐操作1．準備工作（1）實訓場所：理實一體化實訓室。（2）工具及設備：拆裝專用工具、防護用具等。（3）臺架/車輛：卡羅拉雙擎鎳氫動力蓄電池組。（4）輔助資料：車輛維修手冊、教材等。2．操作步驟【教師】通過多媒體展示圖片，并進行講解1）拔下鑰匙斷開12V蓄電池負極2）佩戴絕緣手套，拆下維修開關并妥善保管維修開關10min后進行驗電。3）拆卸后排座椅坐墊及其他飾板4）拆卸混合動力蓄電池1號進氣管和冷卻鼓風機總成5）拆卸動力蓄電池右側蓋6）拆卸動力蓄電池連接線束，并包裹絕緣7）拆卸動力蓄電池與車身連接6個螺栓8）抬出動力蓄電池9）根據鎳氫動力蓄電池實訓臺架的功能演示，完成鎳氫動力蓄電池的認知10）檢查驗收安裝情況，確認6S管理【學生】以小組為單位，進行實操，根據分工填寫“任務工