新能源汽车技术教案

第    周   周      第     节

2.了解各类新能源汽车的定义、分类和发展及相关技术。

学

目

标

2. 了解新能源汽车发展现状及关键技术

2. 能够说出几种新能源汽车的类型

2.新能源汽车的定义与分类

2.新能源汽车的关键技术

《新能源汽车技术》   人民交通出版社   赵振宁 王慧怡主编

《新能源汽车技术》   国防工业出版社   邹政耀 王若平主编

（min）

任务一  新能源汽车定义和分类

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

汽车的发明极大的缩短了人与人之间的距离，方便了人类的生活，已经成为当今社会的重要交通工具，随着汽车保有量的大幅度增加，也产生了资源消耗过度，空气污染和气候变暖的负面问题。

【任务分析】

新能源汽车，是进入二十一世纪以来，汽车技术发展的重要方向。那么，为什么要推广新能源汽车新能源汽车指的是什么哪些又能够被称为汽车新能源新能源汽车有哪些类型

【目标要求】

了解新能源汽车的定义与分类

了解发展新能源汽车的重要意义

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：30 分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

新能源汽车，是进入二十一世纪以来，汽车技术发展的重要方向。那么，为什么要推广新能源汽车新能源汽车指的是什么哪些又能够被称为汽车新能源新能源汽车有哪些类型

2.讲授新知识

一、新能源汽车的定义

1、定义：采用非常规的车用燃料作为动力来源或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。

2、非常规的车用燃料：除汽油、柴油、天然气、液化石油气、乙醇汽油、甲醇等之外的燃料。

新能源汽车的发展旨在通过技术创新，重点在能源消耗、环境污染等方面，改善汽车相关性能。因此其在排放与能源消耗方面，较传统内燃机汽车具有更大的优势。

二、新能源汽车的分类

1、纯电动汽车

纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。

它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。

2、增程式电动汽车

增程式电动汽车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。

其运行模式可以根据需要处于纯电动模式、增程模式或混合动力模式，是介于纯电动汽车和混合动力电动汽车之间的一种过渡车型，具有纯电动汽车和混合动力电动汽车的特征，有人把它划分为纯电动汽车范畴，也有人把它划分为混合动力电动汽车范畴，认为它是一种插电式串联混合动力电动汽车。

3、混合动力电动汽车

混合动力电动汽车是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆。

车辆的行驶功率，依据实际的车辆行驶状态，由单个驱动系统单独或多个驱动系统共同提供，因各个组成部件布局方式和控制策略的不同混合动力汽车，有多种形式混合动力电动汽车一般又分为常规混合动力电动汽车和插电式混合动力电动汽车。

4、燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下，在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。

燃料电池电动汽车实质上是一种纯电动汽车，主要区别在于动力电池的工作原理不同，一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气因此最早开发的燃料电池电动汽车都是直接采用氢燃料，氢气的储存可以采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。

5、其他新能源汽车

其他新能源汽车类型很多，没有统一标准。生物燃料汽车、氢发动机汽车、太阳能汽车及使用超级电容器、飞轮等高效储能器的汽车，都属于其他新能源汽车。

有人把天然气汽车、液化石油气汽车、乙醇燃料汽车、甲醇燃料汽车等也划分为新能源汽车。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                                  （时间：45 分钟）

【任务实施】

新能源汽车的认识

1.基本设备

一台混合动力汽车、一台电动汽车。

2.操作步骤

认识新能源汽车的结构特点、各系统基本组成。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 5分钟）

不同新能源的优缺点。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

通过对普通燃油汽车与新能源汽车的对比，掌握新能源汽车的概念，根据驱动汽车的能量不同，掌握新能源汽车的类型。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务二  新能源汽车的发展

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1.新能源汽车的定义

    2.新能源汽车的分类

【任务分析】

2008 年经济危机之后，面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力。世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措，新能源汽车产业成为全球各国竟相追逐的战略性新兴产业之一。

目前，新一轮的新能源汽车研发、示范和产业化已经开始，而且得到各国和企业的高度重视，新能源汽车正处于产业爆发前期阶段。

各国新能源汽车的发展现状怎样带着问题我们一起进入下面的学习吧。

【目标要求】

了解国内外新能源汽车发展现状及趋势。

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

2008 年经济危机之后，面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力。世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措，新能源汽车产业成为全球各国竟相追逐的战略性新兴产业之一。

目前，新一轮的新能源汽车研发、示范和产业化已经开始，而且得到各国和企业的高度重视，新能源汽车正处于产业爆发前期阶段。

各国新能源汽车的发展现状怎样带着问题我们一起进入下面的学习吧。

2.讲授新知识

一、国内新能源汽车的发展

1、2001年，新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题。

2、2006年6月，“十一五”的“863”计划节能与新能源汽车重大项目通过论证。

3、2006~2007年，中国新能源汽车产业取得了重大的发展

4、2008年至今，新能源汽车在国内已呈全面出击之势。

二、国外新能源汽车的发展

1、美国新能源汽车发展现状

2、日本新能源汽车发展现状

3、法国新能源汽车发展现状

4、德国新能源汽车发展现状

进入21世纪，国外各大汽车公司纷纷制订新的新能源汽车开发计划。在这个“环保竞技场”上，包括通用、奔驰、大众、宝马、丰田、本田、福特、克莱斯勒、日产等先行者，更是当仁不让地扮演了新能源车的主角。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 分钟）

四、项目拓展                                               （时间： 40分钟）

我国各汽车制造企业新能源汽车介绍。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

通过对国内外（包括美国、日本、德国、法国、中国）新能源汽车发展现状的分析，可以对新型能源汽车有较全面的了解，以便更好的发展我国新能源汽车。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务三  新能源汽车技术路线及关键技术

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1.新能源汽车的定义、分类

    2.国内个新能源汽车发展现状及趋势

【任务分析】

在过去的十几年里我国在纯电动、混合动力及燃料电池汽车，电池、电机及其管理控制技术开发，整车控制与集成等关键技术均取得了较大改进与突破。在电动汽车科技发展“十二五”专项规划中，也明确提出了我国电动汽车发展的技术路线和需要突破的关键技术。下面我们一起进入新能源汽车技术路线及关键技术的学习。

【目标要求】

1.了解新能源汽车的技术路线

2.掌握新能源汽车“三纵三横”关键技术

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

在过去的十几年里我国在纯电动、混合动力及燃料电池汽车，电池、电机及其管理控制技术开发，整车控制与集成等关键技术均取得了较大改进与突破。在电动汽车科技发展“十二五”专项规划中，也明确提出了我国电动汽车发展的技术路线和需要突破的关键技术。下面我们一起进入新能源汽车技术路线及关键技术的学习。

2.讲授新知识

一、新能源汽车技术路线

（1）确立“纯电驱动”的技术转型战略

混合动力汽车技术逐步成熟，已进入产品市场竞争期；纯电动汽车电池技术进步加速，世界主要汽车制造商加快了纯电动汽车量产步伐；插电式混合动力作为一种具有纯电动和混合动力双重特征的电动汽车技术成为全球新的研发热点；以电池租赁为代表的纯电动汽车商业模式创新取得进展。

（2）坚持“三纵三横”的研发布局

    “十五”期间，科技部在节能与新能源汽车的研发上投入超过8亿元，“十一五”期间，节能与新能源汽车重大专项的投入规模为11亿元。

经过10年左右的研发投入与攻关，我国新能源汽车已经形成“三纵三横”的研发格局。“三纵”就是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车;“三横”就是多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统。

在“三纵三横”的研发格局中，参与的车企与科研机构也有不同的分工与侧重，如清华大学侧重氢燃料电池大巴，北京理工大学侧重纯电动大巴，同济大学侧重燃料电池轿车;一汽、东风、长安、奇瑞等企业主攻混合动力轿车;上汽主攻氢燃料电池轿车;中国汽车技术研究中心下属的天津清源主攻纯电动轿车;中信盟固利、中科院大连化学物理研究所则主攻锂电池、氢燃料电池的研发。

“三纵三横”研发格局的形成，为我国新能源汽车的产业化打下了产业链基础。但是，汽车业界对于国家的新能源汽车战略一直有不同看法，其中一大争议是技术路线不明，主次不分，混合动力、纯电动、氢燃料、代用燃料等各种技术路线都投入，均衡用力，没有重点。

二、新能源汽车关键技术

（1）电池

（2）电动机

（3）电控

（4）混合动力电动汽车

（5）纯电动汽车

（6）燃料电池电动汽车

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 分钟）

四、项目拓展                                               （时间： 40分钟）

我国新能源汽车发展存在的问题（充电站、售价、消费者认知）

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

通过对新能源汽车发展战略，和发展趋势的认识，可以指导发展新能源汽车的方向，包括电池、电机、汽车产业。通过学习电动汽车技术发展十二五专项规划明确我国新能源汽车的技术路线和关键技术。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

第    周   周      第     节

2.掌握纯电动汽车的结构与原理，

3.掌握纯电动汽车驱动系统的布置形式，

4.掌握纯电动汽车动力系统的选择。

学

目

标

2.掌握纯电动汽车的结构与原理

2.掌握纯电动汽车驱动系统的布置形式，

3.4.掌握纯电动汽车动力系统的选择

2.能够描述几款纯动汽车的性能

2.纯电动汽车驱动系统的布置形式。

2.纯电动汽车动力系统的选择。

《新能源汽车技术》   人民交通出版社   赵振宁 王慧怡主编

《新能源汽车技术》   国防工业出版社   邹政耀 王若平主编

（min）

任务一  纯电动汽车

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、世界新能源汽车的主要品牌

2、我国新能源汽车的主要车型品牌

3、系能源汽车的主要技术，何为三纵三横

【任务分析】

通过本节的学习，掌握纯电动汽车的定义、类型及总体结构，明确纯电动汽车的优势及劣势，理解纯电动汽车的关键技术及主要技术指标。

【目标要求】

1.掌握纯电动汽车的类型与各总成结构结构；

2.熟知纯电动汽车的特点；

3.了解纯电动汽车的关键技术及主要技术指标。

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：100分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

由于纯电动汽车具有零排放、不依赖石油、耗电低，操作维修简便等优点，世界主要汽车公司和专业电动汽车生产集团公司都在研发和生产纯电动汽车。同时消费者对纯电动汽车的了解和接受程度也越来越强。今后电动汽车的发展方向将是以电池、电机及整车等技术为着力点，提高其可靠性、动力性和续驶里程，降低成本，加强充电基础设施的规划，加快电动汽车智能充换电服务网络建设。下面我们一起进入纯电动汽车的学习。

2.讲授新知识

一、纯电动汽车简介

纯电动汽车广义上可理解成由电动机驱动的车辆，电动机的驱动电能来源于车载储能装置（如蓄电池、超级电容、飞轮储能装置等），它包括在道路上行驶的电动车辆，低速的工业用电瓶车，机场、码头、仓库用的电动运输车和电动叉车，电动观光游览车，电动巡逻车及各种电动专用车等。纯电动汽车狭义上指的是从车载储能装置获得电能，由电机驱动，同时满足道路安全法规对汽车的各项要求，允许在正规道路行驶的车辆。总的来说，纯电动汽车是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品，是与燃油汽车相对应的。

二、纯电动汽车分类

纯电动汽车根据动力源的不同可分为2类，即用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。

1.用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车

用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组，它的电力和动力传输系统如图所示。

    2.装有辅助动力源的纯电动汽车

用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，蓄电池的比能量和比功率较低，蓄电池组的质量和体积较大。因此，在某些纯电动汽车上增加辅助动力源，如超级电容器、发电机组、太阳能等，由此改善纯电动汽车的启动性能和增加续驶里程。装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统如图所示。

    三、纯电动汽车的结构组成与原理

燃油汽车主要由发动机，底盘、车身和电气四大部分组成，纯电动汽车的结构与燃油汽车相比，主要增加了电力驱动控制系统，而取消了发动机，由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。当汽车行驶时，由蓄电池输出电能（电流）通过控制器驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。电动汽车续驶里程与蓄电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素。要提高一次充电续驶里程，必须尽可能地节省蓄电池的能量。

典型的纯电动汽车结构如下图所示。动力蓄电池组输出电能驱动电动机，从而推动车辆行驶。蓄电池的电能通过充电系统在车辆行驶一定里程后进行补充。

电力驱动控制系统工作原理

1.电力驱动主模块

①组成：电力驱动主模块主要包括控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置和车轮等。

②功用：将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。

2.车载电源模块

电源电源模块主要包括蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器等。它的功用是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。

3.辅助模块

辅助系统主要包括辅助动力源、动力转向系统、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。辅助系统除辅助动力源外，依据不同车型而不同。

    四、纯电动汽车驱动系统布置形式 

    1. 传统机械传动型 

    传统机械传动型纯电动汽车由燃油汽车底盘改装，基本保留燃油汽车的机械传动系统（离合器、变速器、差速器等），内燃机换成电动机。

    2.无变速器型

无变速器型纯电动汽车的结构特点是取消了离合器和变速器，采用了固定传动比的减速器，通过对电动机的控制实现变速功能。这种布置形式的优点是机械传动系统得到简化，质量、体积减小，但对电动机要求较高，要求较大的起动转矩及较大后备功率，以保证汽车的起步、加速、爬坡等动力性要求。

3. 轮边电动机驱动型

轮边电动机驱动型纯电动汽车不带变速器，通过电动机控制实现变速功能；驱动系统采用多电动机（2个或4个），电动机位于车轮一侧，每个电动机配备一个减速器，没有机械差速器，两侧电动机的控制系统实现电子差速的功能。

4. 轮毂电动机驱动型

轮毂电动机驱动型纯电动汽车将电机置于驱动轮内部，进一步缩短了电动机与驱动轮间的动力传递路径。按照是否配备减速器，分为带减速器式左下图和不带减速器式右下图两类。

带减速器式轮毂电动机一般采用高速内转子电动机，转速可高达10 000 r/min，必须配置减速器来降低转速，如下图a。

不带减速器式轮毂电动机一般采用低速外转子电动机，外转子就安装在车轮轮缘上，电动机转速和车轮转速相等，最高转速在1000～1500 r/min，不需要减速装置，如下图b所示。但是，低速外转子电动机的体积、质量较大，成本较高。

五、纯电动汽车动力系统的选择 

纯电动汽车动力系统中电池、电动机、传动系统这三种动力部件的参数对汽车的动力性和经济性有很大影响。在确定这些参数的时候，必须充分考虑满足这两个基本性能要求。

1．电动机的选择 

（1）电动机类型的选择

电动机类型的选择不仅要考虑电动机的转矩特性和效率，还需要从电动汽车的整车设计目标、驱动系统的结构、成本控制等方面出发，综合考虑电动机的环境适应性、可维护性、质量体积、结构强度、成本等其他因素。下表为纯电动汽车用电动机的性能比较。

（2）电动机功率的选择

电动机的功率大小对电动汽车的动力性和经济性有直接的影响。电动机如果选择 过小，就不能在正常状态下实现电动汽车要求的性能指标，经常在过载状态下运行，易损坏电动机及相关电力器件；相反，如果电动机功率选择太大，虽然车辆的后备功率增加，有利于提升车辆的加速和爬坡能力，但是电动机经常在欠载状态下运行，工作效率低、浪费电能，缩短了车辆的续驶里程。因此，合理选择电动机功率非常重要。

（3）电动机额定转速和最高转速的选择

额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机体积越小，质量越轻，造价越低，因此选择高速电动机比较经济。但是电动机转速越高，需要的传动机构的传动比越大，使传动机构越复杂。

（4）电动机额定电压的选择

额定电压是电动机的一个重要性能参数。纯电动汽车用电动机的额定电压选择与 动力电池组电压密切相关。在相同输出功率条件下，电池组电压高则电流小，对导线和电力器件要求较低。但较高的电压需要较多的电池串联，会增加整车成本和总质量，并且车载设备的安全保护级别也需要提高。电动机的额定电压如果选得太低，则要求导线截面积更大，电力器件额定电流更大，增加了导线布置安装的难度及电力器件的成本，并且会使电力器件的额外损耗增加，使用寿命缩短。 

2．电池的选择 

（1）电池类型的选择

电池是纯电动汽车的动力来源，为了达到动力性和续驶里程的要求，对它的 基本要求是具有较高的比功率和比能量。此外，为了能够更好地使用电池，还要求其可靠性强、循环寿命长、充电快、易维护、环保性能好、充放电效率高及成本不过高。动力电池的类型应当根据车辆的性能指标、动力系统的类型与布置及整车成本控制，综合考虑各类型电池的各项性能指标进行选定。 

铅酸电池由于质量大、充电时间长等不足，目前只在小型电动车辆上应用，镍氢电池和锂离子电池是当前动力电池的主流。

（2）电池数量的选择

由于单块电池不能满足整车的电压和能量的要求，因此纯电动汽车的 电池系统需要采用多块电池，它们以串联、并联或混联方式形成电池组。 

电池的数量要满足纯电动汽车的两项基本要求，一是能够满足车辆最大行驶功率的要求，二是要携带足够的能量以满足规定的车辆续驶里程要求。

3．传动系统的选择

由于电动机的特性接近于理想驱动特性，理论上是可以直接用于驱动电动汽车的，但要达到整车的动力性和经济运行的性能指标，对电动机的负载能力、高效率区范围有极高的要求，符合这种要求的电动机的设计和制造成本目前还很高。因此，目前的纯电动汽车只有少数采用电动轮直接驱动的形式，多数车辆的驱动系统为电动机匹配了机械传动机构，以满足整车的动力性要求，并可减轻电动机的负荷，提高它在复杂行驶工况下的运行效率，有利于获得较大的续驶里程。

六、纯电动汽车的特点

（1）无污染，噪声低。纯电动汽车不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，有“零污染”的美称；电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机噪声小。

（2）能源效率高，多样化。电动汽车的能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。

电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。

（3）结构简单，使用维修方便。电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，当采用交流感应电动机时，电动机无需保养维护，更重要的是电动汽车易操纵。

（4）动力电源使用成本高，续驶里程短。目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电池的寿命短，使用成本高。电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。但随着电动汽车技术的发展，电动汽车存在的缺点会逐步得到解决。

七、纯电动汽车示例 

1．比亚迪宋EV300纯电动汽车

在2016年度新能源车销量前20车型榜单中，比亚迪旗下车型就占了5席，年销量超过10万辆，比2015年增长%。其“542”（百公里加速5秒、4轮驱动、百公里油耗2升）战略确实取得了新的突破。随着排放压力越来越大，2017年新能源市场还会继续暴涨。比亚迪计划今年推出7款新车来稳固市场的地位。 

宋EV300是比亚迪推出的首款纯电动SUV如下图所示，综合续航里程达300公里，同时该车还配备了遥控驾驶等配置。

2．特斯拉Model S 纯电动汽车

特斯拉Model s是由美国Tesla汽车公司制造的一款全尺寸高性能轿车，最高车速为200km/h，0 ～100km/h的加速时间仅为，充满电最大行驶里程可达502km。特斯拉Model S车身尺寸为4978mm×19mm×1435mm，轴距为2595mm，最小离地间隙为152mm;整备质量为2108kg；乘坐5人。

3．上汽荣威E50纯电动汽车

荣威E50是由上汽集团历时三年自主研发，汇集众多国际先进技术，合力打造出的一款纯电汽车。不同于多数纯电动车是在原有内燃机车型上升级而来，荣威E50采用专为纯电动力而全新开发的整车平台，是中国首款完全意义上的纯电动汽车，在电机、电池的布置和车身的设计过程中，充分考虑了整车性能和人机工程之间的平衡，既获得最好的车内空间，又满足了整车性能目标的要求，减少了碰撞时对人体的伤害。荣威E50荣威E50车身尺寸为3569x1551x1540mm，轴距2305mm，整备质量1080kg，该车为3门4座两厢车。上汽荣威E50 纯电动汽车如下图所示。

4．日产Leaf纯电动汽车

日产Leaf是在骐达车型的基础上开发的电动汽车，采用传统的五门掀背型结构，其车身尺寸为4445 mm×1770mm×1550mm，轴距为2700mm；整备质量为1525kg；乘坐4人，如左下图所示。该车充分考虑空气动力学因素，车身前端设计很有特色，V形设计使前保险杠与前风窗玻璃平滑地融为一体，可有效减小风阻。车头灯竖直凸出向后延伸的设计则能够分散导向两侧后视镜的气流，有利于降低风噪和风阻。

5．北汽E150EV纯电动汽车

北汽E150 EV是北京汽车新能源汽车有限公司自主研发的一款两厢纯电动汽车如下图所示。该车具有450L的后备空间，人性化的22处储物空间，再加上电动灭窗、寸液晶触摸导航大屏、多功能转向盘、一键升降车窗、电动折叠外后视镜、主副驾安全气囊、四六折叠后排座椅、泊车雷达十可视化泊车辅助等27项全功能安全和舒适配置，使其在日常使用和驾驶体验上丝毫不逊于传统燃油汽车。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                                  （时间：60 分钟）

【任务实施】

纯电动汽车的认识

1.基本设备

一台电动汽车。

2.操作步骤

认识新能源汽车的结构特点、基本组成，熟悉驱动系统的布置形式。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

我国纯电动汽车发展现状。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

学习纯电动汽车的结构原理，传动系统布置形式和特点

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务二  混合动力汽车

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、纯电动汽车的概念

2、纯电动汽车的优缺点分析

3、纯电动汽车的主要组成及各组成部分的结构类型

4、目前市场上有哪些纯电动车型

【任务分析】

混合动力汽车是燃油汽车向纯电动汽车发展过程中的过渡车型。目前，最常见的混合动力汽车是同时带有内燃机和电动机两种能量转换装置的车辆，俗称“油——电混合动力汽车”。这类车辆的储能装置其中一个是汽油或者柴油燃油箱，为汽油机或者柴油机提供能量，另一个是能够充电的储能装置，可以是蓄电池、超级电容、飞轮储能装置等，他们为电动机提供电能推动车辆，在必要时还可以吸收发动机多余能量和制动能量转换过来的电能。

【目标要求】

1.了解混合动力汽车的分类

2.掌握混合动力汽车的结构与原理

3.掌握混合动力汽车动力系统的选择

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：60分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

    混合动力汽车是燃油汽车向纯电动汽车发展过程中的过渡车型。目前，最常见的混合动力汽车是同时带有内燃机和电动机两种能量转换装置的车辆，俗称“油——电混合动力汽车”。这类车辆的储能装置其中一个是汽油或者柴油燃油箱，为汽油机或者柴油机提供能量，另一个是能够充电的储能装置，可以是蓄电池、超级电容、飞轮储能装置等，他们为电动机提供电能推动车辆，在必要时还可以吸收发动机多余能量和制动能量转换过来的电能。下面我们一起进入混合动力汽车的学习。

2.讲授新知识

引导问题  1：什么样的车可称为混合动力汽车呢

教学开展：通过课件展示几款混合动力汽车的图片，总结归纳纯电汽车的概念。可设置互动，有学生从教材上找出概念并总结回答

一、混合动力汽车的概念

1、广义：混合动力汽车通常是指由两种以上不同动力源驱动的汽车；

例如：油电混合动力汽车、气电混合动力汽车。目前天然气汽车通常也是油气混合动力的一种。（目前新能源汽车主要介绍油电混合动力汽车）

2、狭义：混合动力电动汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）：指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。

引导问题2： 混合动力汽车有哪些类型

教学开展：直观讲演法，通过PPT展示国家对会合动力汽车的类型划分标准，请学生结合教材总结区分。

二、混合动力汽车的分类

根据2010年颁布的QC/T 837—2010《混合动力电动汽车类型》，混合动力电动汽车的有多种分类方式：

1、根据驱动系统能量流和功率流的配置结构关系，混合动力电动汽车可分为串联式、并联式、混联式。

2、按照两种不同能量的搭配比例不同，混合动力电动汽车可分为微混合型、轻度混合型、中度混合型及重度混合型。

3、按照外接充电能力，混合动力电动汽车分为可外接充电型（插电式）、不可外接充电型。

引导问题2： 混合动力汽车有哪些优缺点

教学开展：通过问题引发思考，组织学生结合预习的知识和教材讨论，并提问，最终教师评价并进行总结。

二、混合动力汽车的优缺点

1、优点分析：

  混合动力技术被公认为是目前最可行、最现实的节能技术，而混合动力电动汽车也是目前世界上唯一能实现量产的节能环保型汽车，这是混合动力电动汽车的最大优势所在，具体地：

（1）排放性能良好

（2）动力性能佳

（3）耗油量低

（4）对电池的性能要求相对较低

2、缺点分析：

（1）由于混合动力电动汽车仍需要燃烧汽油，因此无法从根本上摆脱对石油的依赖和彻底解决环保问题，也因此混合动力电动汽车没有太大的市场号召力。

（2）混合动力系统的生产成本比内燃发动机系统的成本更高。

（3）混合动力车需要配置普通汽车并不需要的昂贵配件，例如庞大笨重的电池组、电力发动机以及精密的电子控制模板。

（4）另外受限于动力电池与能量储存等技术难题，以及充换电站等基础配套设施目前未完善，混合动力电动汽车要得到大规模发展尚需要一定的时间。

引导问题3： 混合动力汽车的组成结构

教学开展：由于不同类型的混动汽车结构存在差别，采取以串联式为例引导学生举一反三的方法进行教学。

三、混合动力汽车的组成

1、串联式混合动力电动汽车

（1）串联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电机和电动机三个动力总成，以串联方式组成其动力单元系统。

（2）系统结构图：

（3）动力路线图：

（4）串联式的工作模式通常有三种：纯电动模式、纯发动机模式、混合模式。

   纯电动模式即发动机关闭，车辆行驶完全依靠电池组供电驱动；

   纯发动机模式则仅在发动机运行情况下驱动车辆，蓄电池电力充足时作为储备，不足时，发动机同时为其充电；

   混合模式，即整车动力是通过发动机与电池组共同提供。

*串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，主要用于客车。

教学开展：以串联式为例，布置任务，引导学生自学，并答疑、总结

2、并联式混合动力电动汽车

（1）并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式。 

（2）系统结构图：

（3）动力路线图：

（4）并联式的具体结构有三种：驱动力合成式、转矩合成式、转速合成式。

教学开展：以串联式为例，布置任务，引导学生自学，并答疑、总结

3、混联式混合动力电动汽车

（1）混联式混合动力电动汽车综合了串联式和并联式结构特点组成的，由发动机、电动机或发动机和驱动电机三大动力总成组成。

（2）系统结构图：

（3）动力路线图：

（4）混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，

两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式的结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。

（5）与并联式混合动力系统相比，混联式混合动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。唯一的缺点就是价格高，结构复杂。

引导问题4：纯电动汽车的关键技术

教学开展：由学生自学并提出问题，教师解答，最后教师做相应总结。

四、混合动力电动汽车的关键技术

1、驱动电机及其控制技术

2、动力电池及其管理系统

3、整车能量管理控制系统

4、动力传动系统匹配

5、能量再生控制回收系统

6、先进车辆控制技术的应用

引导问题5：现有纯电动汽车知多少

拓展知识，由学生观看视频结合搜集的资料及教材自学并提出问题，教师解答，最后教师做相应总结。

五、混合动力电动汽车实例

1、丰田普锐斯

2、荣威550

3、比亚迪秦 

4、沃尔沃S60L

5、大众XL1和高尔夫GTE等

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：45 分钟）

【任务实施】

纯电动汽车的认识

1.基本设备

一台混合动力汽车。

2.操作步骤

认识混合动力汽车的结构特点、基本组成，熟悉驱动系统的布置形式。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 10分钟）

混合动力汽车的应用。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

学习混合动力电动汽车的结构原理，传动系统布置形式和特点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务三  增程式电动汽车

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、按动力系统结构形式分混合动力电动汽车分为哪几类

2、混合动力电动汽车按混合程度分如何划分

3、说出几种混合动力电动汽车，并说出其属于哪一类

【任务分析】

通过本节的学习，掌握增程式电动汽车的定义、类型及总体结构，明确增程式电动汽车的优势及劣势，理解增程式电动汽车的关键技术及主要技术指标。

【目标要求】

1.了解增程式纯电动汽车基本组成

2.掌握增程器的分类

3.掌握增程式电动汽车工作原理

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

增程式电动汽车是以电能为主要驱动能源、发动机为辅助动力源的一种新型电动汽车。其动力系统主要由蓄电池和小型发电机组组成。在日常行驶时，增程式电动汽车类似于纯电动汽车，发动机关闭处于纯电动模式，该模式完全可以满足城市日常上下班行驶需求。而在蓄电池荷电状态达到较低水平时，发动机起动作为主动力源，补充车辆行驶所需的电能，多余的电能对动力电池进行充电。下面我们一起进入增程式电动汽车的学习。

3.讲授新知识

引导问题  1：什么样的车可称为增程式电动汽车呢

教学开展：大家知道传电动汽车存在着续航里程这一软肋，那么如何在纯电动的基础上解决这一问题呢

一、增程式电动汽车的概念

1、增程式电动汽车E-REV，是一种由可充电电池为主要驱动能源，以増程器为辅助动力源的新型电动汽车。

2、在电池电量充足时，动力电池驱动电机，提供整车驱动功率需求，此时増程器不参与工作。当电池电量消耗到一定程度时，増程器启动，为电池提供能量对动力电池进行充电。当电池电量充足时，増程器又停止工作，由电池驱动电机，提供整车驱动。

引导问题2：从概念可知增程式电动汽车和纯电动汽车相比有哪些优势

教学开展：通过问题引发思考，组织学生讨论，并提问，最终教师评价并进行总结。

二、增程式电动汽车的优缺点

1、增程式电动车相同点

（1） 动力由纯电能驱动，可以满足要求的动力性能。

（2） 能纯电模式行驶，实现“零排放”

2、增程式电动车不同点

纯电动：

（1）电池的用量很大才能满足续驶里程。

（2）电池深度DOD放电，电池使用寿命会有影响 。

（3）必须建立大功率充电站或换电站 。

增程式：

（1）电池用量小，续驶里程长，可与HEV相同 。

（2）电池可以浅度DOD充放电，电池寿命延长 。

（3）不需建充电站即可运行，需要时建立小功率充电桩。

结论：增程式电动车是一种配有车载供电功能的纯电动车辆

引导问题3： 增程式电动汽车的组成结构

教学开展：讲演法，通过展示系统结构图引导学生与纯电汽车系统比较，最终得出增程式电动汽车组成结构

三、增程式电动汽车的组成

1、整体由电力驱动系统、动力电池系统、整车控制系统、増程器和功率分配装置等几部分组成

2、増程器：

（1）按布置位置分类：挂车式、插拔式、车载式

（2）按结构组成分类：大容量蓄电池、燃料电池、发动机/发电机组

教学开展：讲演法，分别简单介绍各类型増程器的特点，适时加入互动。

引导问题4：增程式电动汽车的工作方式和纯电汽车有何不同

拓展知识，由学生自学并提出问题，教师解答，最后教师做相应总结。

四、增程式电动汽车的工作模式

1、纯电动模式

2、增程模式

引导问题5：现有增程式电动汽车知多少

拓展知识，由学生观看视频结合搜集的资料及教材自学并提出问题，教师解答，最后教师做相应总结。

五、增程式电动汽车实例

1、瑞麒X1

2、马自达EV

3、雪佛兰Volt

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：30分钟）

【任务实施】

认识增程式电动汽车的结构及原理。

1.基本设备

一台增程式电动汽车。

2.操作步骤

认识增程式电动汽车的结构、基本组成，熟悉驱动系统的布置形式。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

增程器的类型及原理。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

学习增程式电动汽车的结构原理，传动系统布置形式和特点

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务四  燃料电池汽车

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、增程式电动汽车和纯电动汽车的主要区别

2、增程式电动汽车的主要车型品牌

3、増程器的类型

【任务分析】

燃料电池也是电池，那么燃料电池汽车与电动汽车的区别是什么燃料电池作为汽车的动力来源，它是如何工作的

【目标要求】

1.了解燃料电池汽车的基本组成

2.掌握燃料电池汽车的分类

3.掌握燃料电池汽车的工作原理

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

氢能作为洁净、高效的新能源，已经引起全世界的广泛关注。近年来，以氢为动力的燃料电池汽车得到世界各国的高度重视，并取得了很大进展，为全球的能源紧缺和空气污染问题提供了有效的解决方案。下面我们一起进入燃料电池汽车的学习。

4.讲授新知识

引导问题  1：什么样的车可称为燃料电池汽车呢

教学开展：通过一段小视频展示，引导学生总结归纳纯电汽车的概念。可设置互动，有学生从教材上找出概念并总结回答

一、燃料电池汽车的概念

1、燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。

2、燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。

引导问题2： 燃料电池汽车有哪些类型

教学开展：直观讲演法，通过PPT展示国家对会合动力汽车的类型划分标准，请学生结合教材总结区分。

二、燃料电池汽车的类型

1、纯燃料电池驱动的FCEV

纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。 

2、燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的FCEV 

3、燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的FCEV

燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）的FCEV引导问题3： 燃料电池汽车的组成原理

教学开展：通过PPt课件展示，示意图绘制，使学生直观了解其组成结构，同时采取互动问答加交流讨论的方法认识各部分功用。

三、燃料电池汽车的组成与原理

1、燃料电池电动汽车的动力系统主要由燃料电池发动机、辅助动力源、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、电动机和动力电控系统等组成。

2、具体结构有串联式和并联式两种

3、主要组成部件的作用：

（1）燃料电池发动机

（2）辅助动力源

（3）DC/DC变换器

引导问题4： 燃料电池汽车有哪些优缺点

教学开展：通过问题引发思考，组织学生结合预习的知识和教材讨论，并提问，最终教师评价并进行总结。

四、燃料电池汽车的优缺点

1、优点分析：

1）燃料电池的能量转换效率极高。

2）零排放或近似零排放。

3）车辆性能接近内燃机汽车。

4）结构简单、运行平稳 2、其发展的主要因素有：

1）生产成本高

2）使用配套不足

3）需要配备辅助电池系统 

引导问题5：纯电动汽车的关键技术

教学开展：由学生自学并提出问题，教师解答，最后教师做相应总结。

四、燃料电池汽车的关键技术

1、燃料电池系统电池系统

2、制氢及储存技术

3、整车能量管理控制系统

4、整车布置及热管理

引导问题6：现有燃料电池汽车知多少

拓展知识，由学生观看视频结合搜集的资料及教材自学并提出问题，教师解答，最后教师做相应总结。

五、燃料电池汽车实例

1、本田FCX Clarity

2、荣威950

3、丰田

4、奔驰B级F-Cell

5、现代途胜iX

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：30分钟）

【任务实施】

认识燃料电池汽车的结构及原理。

1.基本设备

一台燃料电池汽车。

2.操作步骤

认识燃料电池汽车的结构、基本组成，熟悉驱动系统的布置形式。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

燃料电池发动机工作原理。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

学习燃料电池电动汽车的结构原理，传动系统布置形式和特点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务五  其他新能源汽车

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、按多源配置不同燃料电池汽车分为哪几类

2、简述燃料电池汽车的优缺点

3、说出几种燃料电池汽车，并说出品牌和车型

【任务分析】

作为有效的替代燃料，天然气可以有效地减少排放，提高整车运行效率。通过学习，重点理解天然气汽车的基本根据，同时熟悉其他类型新能源汽车的车型和特点。

【目标要求】

1.了解天然气汽车的类型及结构

2.掌握醇类汽车的结构与特点

3.掌握二甲醚燃料汽车的结构与特点

4.掌握压缩空气汽车的结构与特点

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课

新能源汽车除了前面几个任务中所提到的各种电动车以外，还有采用非常规的车用燃料作为动力源的新能源汽车。非常规的车用燃料指除柴油、汽油以外的其他车用燃料，包括天然气、液化石油气、甲醇、二甲醚、氢燃料、生物燃料等。下面我们一起进入这些新能源汽车的学习。  

2.讲授新知识

引导问题  1：什么是气体燃料汽车各自的类型和特点

教学开展：顾名思义：采用气体作为燃料，那么你知道目前常用在汽车上的燃料有哪些吗类型提出问题引导学生自学教材并回答问题，教师进行总结，最终用ppt展示结论。

一、气体燃料汽车

1、车用气体燃料与燃气汽车：

（1）压缩天然气（Compressed Natural Gas，CNG）是指压缩到 的天然气，储存在车载高压气瓶中。压缩天然气（CNG）是一种无色透明、无味、高热量、比空气轻的气体，主要成分是甲烷。-----压缩天天然气CNG汽车

（2）液化天然气（Liquid Natural Gas，LNG）是指常压下、温度为 的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。液化天然气（LNG）燃点高、安全性能强，适于长途运输和储存。-----液化天然气（LNG）汽车

（3）液化石油气（Liquid Petrol Gas，LPG）是一种在常温常压下为气态的烃类混合物，比空气重，有较高的辛烷值，具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿命，而且一次载气量大、行驶里程长。----液化石油气（LPG）汽车三种

*按照燃料使用状况的不同，天然气汽车可分为：专用燃料天然气汽车、两用燃料天然气汽车。

2、气体燃料汽车（天然气汽车）的特点

教学开展：通过一段小视频展示，引导学生总结归纳纯电汽车的概念。可设置互动，有学生从教材上找出概念并总结回答，教师评价并展示结果

优势分析

1）天然气汽车是清洁燃料汽车

2）天然气资源丰富

3）天然气汽车有显著的经济效益

4）比汽油汽车更安全

缺点分析

1）续驶里程有限

2）有效控件减少，自重增加

3）天然气是气态燃料，不容易储存和携带

4）将现有的汽车改用天然气作燃料时，需增加发动机燃料系统的部件，如储气瓶、减压阀、混合器等，需要一定的改装投入。

3、天燃气燃料汽车结构与原理（以CNG为例）

教学开展：通过ppt展示图片，分别介绍几种车型实例，学生也可提出自己知道的车型作为探讨。

CNG 汽车燃料供给系统的总体组成如下图所示，主要有燃料供给系统和电控系统两大部分。前者主要由天然气瓶、充气阀、高压燃料切断阀、减压阀、混合器部件、压力表、高压电磁阀等组成，实现燃料压缩天然气的随车储存、在各种管路内输送、充装和向发动机喷射等功能；后者主要由气体压力传感器、温度传感器、电子节气门等，与原车的 ECU 配合，实现燃料 CNG 的定时定量喷射。

CNG 发动机工作原理：

如下图所示，工作时，高压的压缩天然气从储气瓶出来，经过天然气滤清器过滤后， 经高压电磁阀进入高压减压器，高压电磁阀的开合由ECM 控制。高压减压器的作用是 将高压的压缩天然气（工作压力25MPa 左右），经过减压加热将压力调整到 ～  MPa。高压天然气在减压过程中由于减压膨胀，需要吸收大量热量，为防止减压器结冰，将发动机冷却液引出到减压器对天然气进行加热。经减压后的天然气进入电控调压器。 

电控调压器的作用是根据发动机运行工况精确控制天然气喷射量。天然气与空气在混 

合器内充分混合，进入发动机缸内，经火花塞点燃进行燃烧，火花塞的点火时刻由ECM 控制，氧传感器即时传递燃烧后的尾气的氧含量，ECM 根据氧气传感器反馈的信号，及时修天然气喷射量。 

引导问题2：什么是生物燃料汽车

教学开展：通过一段小视频引入。分车型进行介绍，重点介绍二甲醚燃料汽车。

二、生物燃料汽车

1、甲醇燃料汽车

（1）定义：甲醇燃料汽车是指利用甲醇燃料做能源驱动的汽车。甲醇作为燃料在汽车上的应用主要有掺烧和纯甲醇替代两种。

（2）发展：甲醇汽车的地位日益提升。甲醇的资源丰富，可以再生，属于生物质的能源。合成甲醇可以固体（如煤、焦炭）液体（如原油、重油、轻油）木材干馏或气体（如天然气及其他可燃性气体提取。在汽车上使用甲醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使汽车缸内燃烧更完全，可以降低尾气的害物的排放。

2、乙醇燃料汽车

乙醇汽车是使用车用乙醇汽油作为主要的动力燃料的机动车。

一直以来，生物乙醇燃料备受争议，因为有人批评大规模使用乙醇作为燃料，会导致食品价格上涨，此外，传统的制造乙醇过程中会消耗很多能源，因此，从所谓的“油井到车轮”全过程来看，乙醇燃料并不环保。但是，通用汽车打算结束这种争论，在2008年北美车展上，通用汽车大打“E85牌”，推出了多款E85乙醇燃料车，同时，作为推动车用能源多样化的战略手段，正式宣布与美国Coskata能源公司携手，在乙醇燃料技术领域内开展合作。

3、二甲醚燃料汽车

二甲醚作为环保、清洁、安全的新型替代能源，已经得到国际社会的公认。二甲醚是汽车发动机，特别是柴油发动机燃料的理想替代品。

引导问题3：什么是氢燃料汽车

教学开展：设置问题引导学生自学教材，教师收集材料展示，并答疑，考察提问。

三、氢燃料汽车

1.特点

氢燃料汽车是在传统内燃机的基础上加以修改后可以直接用氢为燃料燃烧，产生动力，是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。

氢能由于具有清洁、高效、可再生等特点被誉为21世纪理想能源，但许多关键技术尚未成熟，而且生产成本高昂，短期内很难实现产业化。

2.发展情况

（1）1984年，宝马公司胜场第一辆氢/汽油双燃料汽车BMW745i

（2）福特汽车公司问哦世界首个正式生产氢燃料发动机的厂商， V10发动机

（3）日本马自达公司2003奶奶展出RX-8 Hydrogen

引导问题4：什么是太阳能汽车

教学开展：教学开展：通过一段小视频引入，配合PPt展示介绍

四、太阳能汽车

1、太阳能基础知识

（1）太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。

（2）太阳能汽车（Solar Car）主要是利用太阳能发电系统对太阳能电池进行充电，再经由汽车本身的动力单元为驱动轮提供动力，从而驱动汽车。

（3）依据所用半导体材料不同，通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等，其中最常用的是硅太阳能电池。

2、发展情况

1978年，世界上第一辆太阳能汽车在英国研制成功，时速达到13公里。

1982年，墨西哥研制出三轮太阳能车，速度达到 ，由于这辆汽车每天所获得的电能只能行 ，所以它还不能跑远路。

1999年5月巴西圣保罗大学的科研人员设计出一款新型太阳能汽车。最高车速超过 。

1984年9月，我国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成功，并开进了北京中南海的勤政殿。该车车顶上安装了2808块单晶硅片，组成的硅板，装有三个车轮。

引导问题5：其他新能源汽车知多少

教学开展：由学生根据预习时收集的资料，提出老师没讲到的集体讨论。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：30分钟）

【任务实施】

认识天燃气燃料汽车的结构及原理。

1.基本设备

一台天燃气燃料汽车。

2.操作步骤

认识天燃气燃料汽车的结构、基本组成，熟悉驱动系统的布置形式。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

各种气体燃料的特点。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

学习天然气汽车、液化石油气汽车、甲烷燃料汽车、乙醇燃料汽车、二甲醚燃料汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车的基本知识。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

第    周   周      第     节

学

目

标

2.各种电池的结构原理及特性。

3.掌握电动汽车对动力电池的性能要求

2.新能源汽车电池的基本原理。

2.各种新能源汽车电池的结构原理。

《新能源汽车技术》   人民交通出版社   赵振宁 王慧怡主编

《新能源汽车技术》   国防工业出版社   邹政耀 王若平主编

（min）

任务一  电池概述

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1.新能源汽车的定义及分类。

2.新能源汽车的关键技术。

3.各种新能源汽车的基本结构与原理。

【任务分析】

新能源汽车，是进入二十一世纪以来，汽车技术发展的重要方向。那么，为什么要推广新能源汽车新能源汽车指的是什么哪些又能够被称为汽车新能源新能源汽车有哪些类型

【目标要求】

1.了解电池的类型；

2.掌握电池的主要性能指标；

3.知道电动汽车对电池的要求

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：30 分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

与内燃机汽车上的常用蓄电池不同，在电动汽车上，动力电池组必须是具有强大能量的动力电源，除了作为驱动动力能源外，还要向空调系统、动力转向系统等提供电力能源。另一方面，电动汽车上的电池还要为照明系统、信号系统、刮水器以及车载娱乐和通信设备等装备提供低压电源。下面我们一起进入电池概述的学习。

2.讲授新知识

    引导问题 1：什么是动力电池汽车上的动力电池有哪些类型

教学开展：采用图片展示介绍不同的车用电池，并结合生活中常见电池作为实例大致介绍各种类型的电池。

一、车用电池的类型

1、常见车用动力电池：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、超级电容、飞轮电池等

2、按工作原理分

（1）化学电池：化学电池是利用物质的化学反应发电。

     按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。

（2）物理电池：利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。

（3）生物电池：利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。

教学开展：练习环节，收集不同类型的图片让学生判断属于哪种类型的的电池，可采取互动抢答的方式。

引导问题 2：如何衡量电池的工作能力，有何指标

教学开展：本节内容为本次课的重难点，采用自学讲解加练习的方法进行突破，先引设置问题导学生自学并找到不懂的地方提吃疑问，答疑后进行练习。

二、电池的工作原理 

电池由电极（正极、负极）、电解质、隔膜和容器（外壳）四部分组成，其中最主要的是正（电）极（电源内部称阴极）、负（电）极（电源内部称阳极）和电解质三个部分。

电池正极P和负极N都浸在电解液E中。放电时，负极发生氧化反应向外电路释放电子，正极发生还原反应，从外电路得到电子。充电时，过程正好相反，负极得到电子发生还原反应，正极失去电子发生氧化反应。电池基本工作原理如右图所示。

三、电池的性能指标

1、电池的性能指标有哪些

   电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等

2、电压分为端电压、开路电压、额定电压、充电终止电压和放电终止电压等。

（1）端电压

（2）开路电压

（3）额定电压

（4）充电终止电压

（5）放电终止电压

练习：看看你手机或者充电宝上面有没有标注额定电压如何测端电压开路电压等电压

3、容量：电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安培小时，它等于放电电流与放电时间的乘积。

练习：看看你手机或者充电宝的容量，相互比较，计算不同电流下可使用的时间。

4、内阻：池的内阻是指电流流过电池内部时所受到的阻力。（了解）

5、能量：电池的能量是指在一定放电制度下，电池所能输出的电能，单位是Wh或kWh。它影响电动汽车的行驶距离。

6、功率：电池的功率是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。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。

引导问题3：汽车对蓄电车有何要求

教学开展：了解内容，观看视频，并答疑，考察提问。

四、汽车对蓄电池的要求

1、比能量高。提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动力电池尽可能储存多的能量，但电动汽车又不能太重，其安装电池的空间也有限。

2、比功率大。为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力和负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争。

3、充放电效率高。电池中能量的循环必须经过充电—放电—充电的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。

4、相对稳定性好。电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定，使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。5、使用成本低。除了降低电池的初始购买成本外，还要提高电池的使用寿命以延长其更换周期。

6、安全性好。电池应不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                                  （时间：45 分钟）

【任务实施】

新能源汽车电池的检测

1.基本设备

一台电动汽车实验台。

2.操作步骤

新能源汽车电池的结构特点、性能参数检测。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

  四、项目拓展                                               （时间： 5分钟）

动力电池的技术使用。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本任务主要学习了新能源汽车电池的类型、基本原理、性能参数，以及电动汽车对电池的性能要求等。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务二  镍氢电池

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1.新能源汽车电池的类型、基本原理和性能参数

    2.新能源汽车对动力电池的要求。

【任务分析】

本次课学习内容包括镍氢电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【目标要求】

1.掌握镍氢电池的工作原理

2.掌握镍氢电池正负极材料的要求

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

镍氢蓄电池是一种绿色镍金属电池，它的正负极分别为镍氢氧化物和储氢合金材料，不存在重金属污染问题，且其在工作过程中不会出现电解液增减现象，蓄电池可以实现密封设计。镍氢蓄电池在比能量、比功率及循环寿命等方面都比镍镉蓄电池有所提高，使用镍氢蓄电池的电动汽车一次充电后的续驶里程曾经达到600km，目前在欧美已实现批量生产和使用。下面我们一起进入镍氢电池的学习。

2.讲授新知识

    引导问题 ：镍氢蓄电池的结构特点及用用情况

    教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

一、镍氢电池简介

镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型电池。它的正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由储氢合金制成，是一种碱性蓄电池。镍氢电池具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、无污染等优点，被誉为“绿色电源”。

二、镍氢电池结构

镍氢电池可以分为方形（左下图）和圆形（右下图）两种类型。镍氢蓄电池主要由正极、负极、极板、隔板、电解液等组成。隔板采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。为了防止充电过程后期蓄电池内压过高，蓄电池中装有防爆装置。

三、镍氢电池的工作原理

镍氢电池正极是活性物质氢氧化镍，负极是储氢合金，用氢氧化钾作为电解质，在±极之间有隔膜，共同组成镍氢单体电池。在金属铂催化作用下，完成充电和放电可逆反应。

四、镍氢电池正极材料

镍氢电池的正极以质量轻、孔隙率高的泡沫镍作为电极基体，起导电和电极骨架的作用，泡沫镍的使用可增加电池容量。正极的活性物质是平均粒径为10～20μm的Ni（OH） 2粉末，由于纯Ni（OH）2的导电性很差，通常在Ni（OH） 2粉末中加入一定量的导电物质如CoO、镍粉、石墨或乙炔黑等来增加活性物质的导电性。粉料混合均匀后加入一定浓度的黏结剂调成膏糊状，然后涂至泡沫镍基体中，再经烘干、压片制成镍电极。 

五、镍氢电池负极材料

镍氢电池负极材料为储氢合金，在充电和放电过程中发生吸氢和放氢反应，涉及电极表面电化学及体相扩散过程。特别是在大电流或高温工作时，储氢电极对镍氢电池的性能有重要影响。

六、镍氢电池充放电特性

1.充电特性 

充电特性与充电电流大小有关。充电电流越大（充电速度越快），电池充电电压越高，越早地达到充电截止电压，能充人的电量越少，充电效率也越低。

2．放电特性

下图为镍氢电池的放电特性图。在刚开始放电时，电压快速下降，后缓慢下降，在接近放电终了时，放电电压又急剧下降。另外，放电电流越大，放电电压越低，越早地到达放电终止电压，放电时间越短，能放出的容量越小。

七、镍氢电池的优缺点

1、优点

（1）比能量达50～70 Wh/kg，比功率达150～300 W/kg。

（2）使用寿命较长，循环充放电达1 000次。

（3）耐过充、过放电能力较强。

（4）绿色环保，无铅、镉等对人体有害金属的污染。

（5）使用温度范围宽，可以在-23～55℃下正常工作。

2、缺点

（1）自放电损耗较大，月损失20%～40%。

（2）对温度敏感，温度对放电电压和容量有较大影响。

（3）目前成本较高，是铅酸电池价格的5倍以上。

（4）单体电池电压较低，为 V。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 30分钟）

【任务实施】

镍氢电池的检测

1.基本设备

一块镍氢电池。

2.操作步骤

镍氢电池的结构特点、性能参数检测。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

镍氢电池的应用现状。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括镍氢电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务三  锂离子电池

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1.镍氢电池的结构原理及特点

    2.镍氢电池的充放电特性。

【任务分析】

本次课学习内容包括锂离子电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【目标要求】

1.了解锂电池的类

2.掌握锂电池的结构和工作原理

3.了解锂电池正负极材料

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池，是目前世界上最新一代的充电电池。与其他蓄电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点，它已成为未来电动汽车较为理想的动力电池。下面我们起进入锂离子电池的学习。

5.讲授新知识

引导问题 ：锂离子电池的结构特点及使用情况

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

一、锂电池简介

锂离子电池:是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态;放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

二、锂离子电池的分类

（1）按照锂离子电池外形形状，可以分为方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池。

（2）按照锂离子电池所用电解质材料不同，可以分为聚合物锂离子电池和液态锂离子电池。

（3）按照锂离子电池正极的材料不同，可以分为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池、镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。

第一代车用锂离子电池是锰酸锂离子电池，成本低，安全性较好，但循环寿命欠佳，在高温环境下循环寿命更短，高温时会出现锰离子溶出的现象。第二代是具有美国专利的磷酸铁锂离子电池，是锂离子电池的发展方向，由于原材料价格低且磷、铁、锂的资源丰富，且工作电压适中，充放电特性好，高放电功率，可快速充电且循环寿命长，高温和高热稳定性好，储能特性强，完全无毒。

三、锂离子电池的结构

锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。圆柱形锂离子电池结构如图P96所示。

四、锂离子电池的工作原理 

锂离子电池正极材料采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物LixC6，电解液为有机溶液。锂离子电池的工作原理，电池在充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于±极之间。

充电时:xLi + xe + 6C →LixC6

放电时:LixC6 → xLi + xe + 6C

锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为"摇椅电池"。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

一般锂电池充电电流设定在至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。

五、锂电池的正极材料

六、锂电池的负极材料

七、锂离子电池的特点

锂离子电池有许多显著特点，它的优点主要表现为：

（1） 工作电压高。锂离子电池工作电压为，是镍氢和镍镉电池工作电压的3倍。

（2） 比能量高。锂离子电池比能量已达到150Wh/kg，是镍镉电池的3倍，镍氢电池的倍。

（3） 循环寿命长。目前锂离子电池循环寿命已达到1000次以上，在低放电深度下可达几万次，超过了其它几种二次电池。

（4） 自放电率低。锂离子电池月自放电率仅为6~8%，远低于镍镉电池（25~30%）和镍氢电池（15~20%）。

（5） 无记忆性。可以根据要求随时充电，而不会降低电池性能。

（6） 对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。

（7） 能够制造成任意形状。

锂离子电池也有一些不足，主要表现在：

（1） 成本高。主要是正极材料LiCoO2的价格高，但按单位瓦时的价格来计算，已经低于镍氢电池，与镍镉电池持平，但高于铅酸蓄电池。

（2） 必须有特殊的保护电路，以防止过充。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：30 分钟）

【任务实施】

汽车用锂电池的检测

1.基本设备

一组汽车用锂电池。

2.操作步骤

汽车用锂电池的结构特点、性能参数检测。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

我国电动汽车锂电池应用现状。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括锂离子电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务四  铅酸电池

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1. 锂离子电池的结构原理及特点

    2. 锂离子电池的充放电特性。

【任务分析】

本次课学习内容包括铅酸电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【目标要求】

1.了解铅酸电池的类

2.掌握铅酸电池的结构和工作原理

3.了解铅酸电池正负极材料

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

铅酸电池自1859年发明以来，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。铅酸电池作为纯电动汽车动力源，在比能量、深放电循环寿命、快速充电等方面均比镍氢电池、锂电池差，不适合于电动轿车。但由于其价格低廉，国内外将它的应用定位在速度不高、路线固定、充电站设立容易规划的车辆上。铅酸电池的主要发展方向是提高比能量，增大循环使用寿命。下面我们一起进入铅酸电池的学习。

6.讲授新知识

引导问题 ：铅酸电池的结构特点及使用情况

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

一、铅酸电池简介

铅酸电池（如右图所示）自发明以来已有150余年的历程，在基础理论、性能等方面持续发展，很长时期内在化学电源中占据重要地位。目前形成了很大的产业链，在交通、通信、电力、航海、航空等领域有广泛的应用。早期的电动车辆多以铅酸电池为能量源。

二、铅酸电池的结构

铅酸蓄电池的主要部件有正负极板、电解液、隔膜、电池壳、电池盖、安全阀，另外还有端子、连接条、极柱等附件。下图为普通铅酸电池结构图。

三、铅酸电池的工作原理 

1。放电过程

2. 充电过程

四、铅酸电池的特性

1.放电特性

铅酸电池放电终了的特征如下：

（1）电压降到放电终止电压。

（2）电解液密度降到最小终止值。 

2.充电特性

铅酸电池充电终了的特征如下：

（1）端电压和电解液密度上升到最大限值，并且在2h内不上升。

（2）电解液发生剧烈的电解水反应，生成大量气体。 

五、铅酸电池的特点

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：30 分钟）

【任务实施】

汽车用铅酸电池的检测、充电。

1.基本设备

一组汽车用铅酸电池。

2.操作步骤

汽车用铅酸电池的结构特点、性能参数检测和充电。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

我国电动汽车电池应用现状。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括铅酸电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务五  超级电容电池

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1. 铅酸电池的结构原理及特点

    2. 超铅酸电池的充放电特性。

【任务分析】

本次课学习内容包括超级电容电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【目标要求】

1.了解超级电容电池的类

2.掌握超级电容电池的结构和工作原理

3.了解超级电容电池正负极材料

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

超级电容电池是一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源，它是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置。超级电容电池主要是利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第准电容来实现电荷和能量的储存。下面我们一起进入超级电容电池的学习。

2.讲授新知识

引导问题 2：超级电容的概念和相关知识

教学开展：以一辆超级电容汽车引发学生探索兴趣，然后提出引导问题引导学生探索超级电容的相关知识。

一、超级电容电池简介

超级电容器是一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源。它是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置。

二、超级电容电池的结构

超级电容电池的结构如下图所示，是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。

三、超级电容电池的工作原理 

1. 双电层电容的基本原理

一对浸在电解质溶液中的固体电极在外加电场的作用下，在电极表面与电解质接触的界面电荷会重新分布、排列。作为补偿，带正电的正电极吸引电解液中的负离子，负极吸引电解液中的正离子，从而在电极表面形成紧密的双电层，由此产生的电容称为双电层电容。双电层电容原理是，由于正负离子在固体电极与电解液之间的表面上分别吸附，造成两固体电极之间的电势差，从而实现能量的存储。 

2. 法拉第赝电容的基本原理

法拉第赝电容也叫法拉第准电容，是在电极表面活体相中的二维或三维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。这种电极系统的电压随电荷转移的量呈线性变化，表现出电容特征，故称为“准电容”，是作为双电层型电容的一种补充形式。法拉第准电容的充放电机理为：电解液中的离子（一般为H+或OH-）在外加电场的作用下向溶液中扩散到电极/溶液界面，而后通过界面的电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中；若电极材料是具有较大比表面积的氧化物，就会有相当多这样的电化学反应发生，大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路释放出来。

四、超级电容电池的电极材料

1. 碳基材料电极

碳基材料超级电容主要是利用储存在电极/电解液界面的双电层的能量，碳材料的比表面积是决定电容器容量的重要因素，因此要求碳基材料的比表面积要大。碳基材料的类型如右:

2. 金属氧化物材料电极

最初研发的金属氧化物电极超级电容， 主要采用贵金属氧化物二氧化钌 （RuO2）作为电极材料。用作电极材料的RuO2通常是由溶胶一凝胶法制得前驱体，然后经高温（300～800℃）热处理得到。实验发现，RuO2的准电容来自于RuO2的表面反应且随比表面积的增大而增大。这表明增加容量的最直接的方式是增大比表面积，从而达到有足够的微孔来满足电解液的扩散。为了增大比表面积达到提高容量的目的，可采取将RuO2。薄膜沉积在有粗糙表面的基底上或将RuO2涂在有高比表面积的材料上（如乙炔黑、碳纤维等）等方法。

3. 导电聚合物材料电极

导电聚合物材料电极电容器作为一种新型的电化学电容器，具有高性能 和比贵金属超级电容器更优越的电性能。可通过设计选择相应聚合物的 结构，进一步优选提高聚合物的性能，从而提高电容器的性能。

4. 复合材料电极

应用复合材料电极是近年来超级电容的一个发展方向，通过利用各组分 之间的协同效应来提高超级电容器的综合性能。复合材料主要有碳/金属 氧化物复合材料，碳导电聚合物复合材料，以及金属氧化物导电聚合物复合材料等。

五、超级电容电池的特点

超级电容器具有以下优点：

（1） 高功率密度。超级电容的内阻小，输出功率密度高，是一般蓄电池的数十倍。

（2） 循环寿命长。具有至少十万次以上的充电寿命，没有“记忆效应”。

（3） 充电速度快。可以用大电流给超级电容充电，充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95％以上。

（4） 工作温度范围宽。能在-40~60℃的环境温度中正常上作。

（5） 简单方便。充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；检测方便，剩余电量可直接读出。

（6） 绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其它有害化学物质，因而在生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是一种新型的绿色环保电源。

超级电容自身也存在一定的缺点：

（1） 线性放电。超级电容线性放电的特性使它无法完全放电。

（2） 低能量密度。目前超级电容可储存的能量比化学电源少得多。

（3） 低电压。超级电容单体电压低，需要多个电容串联才能提升整体电压。

（4） 高自放电。它的自放电速率比化学电源要高。

六、应用情况

（1）起动，制动、爬坡时的辅助动力

（2）汽车零部件用电

（3）短距离快充电的公交系统：扬州亚星

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：20 分钟）

【任务实施】

汽车用超级电容电池的认识（视频）。

1.基本设备

超级电容电池视频。

2.操作步骤

汽车用超级电容电池的结构特点、性能参数。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

我国超级电容电池的应用。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括超级电容电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务六  金属空气电池

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1. 超级电容池的结构原理及特点

    2. 超级电容电池的充放电特性。

【任务分析】

本次课学习内容包括金属空气电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【目标要求】

1.了解金属空气电池的类

2.掌握金属空气的结构和工作原理

3.了解金属空气电池正负极材料

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

金属空气电池是用金属燃料代替氢能源形成的一种新概念电池，有望成为新一代绿色能源。它发挥了燃料电池的众多优点，将锌、铝等金属像氢气一样提供到电池中的反应位置，与氧气一起构成一个连续的电能产生装置，金属空气电池既有丰富的廉价资源，又能再生利用，而且比氢燃料电池结构简单，是很有发展和应用前景的新能源。下面我们一起进入金属空气电池的学习。

2.讲授新知识

引导问题 2：金属空气的概念和相关知识

教学开展：以一金属空气电池汽车引发学生探索兴趣，然后提出引导问题引导学生探索超级电容的相关知识。

一、金属空气电池简介

金属空气电池（MAB ）是一类特殊的燃料电池，也是新一代绿色二次电池的代表之一。金属空气电池发挥了燃料电池的优点，以空气中的氧作为正极活性物质，金属锌（或铝、锂等）作为负极活性物质，空气中的氧气可源源不断地通过气体扩散电极到达电化学反应界面与金属锌（或铝）反应而放出电能。金属空气电池具有成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高等优点，因此，被称为是面向21世纪的绿色能源。

二、金属空气电池的结构及工作原理

1. 正极（空气电极）

一个空气电极一般由三层组成：催化层、防水透气层及用来增加电极机械强度的金属集流导电网。空气中的氧在电极参加反应时，首先通过扩散溶入溶液，然后在液相中扩散，在电极表面进行化学吸附，最后在催化层进行电化学还原。因此，催化层的性能和催化剂的选择直接关系到空气电极性能的好坏。而空气电极反应是在气、液、固三相界面上进行的，电极内部能否形成尽可能多的有效三相界面，将影响催化剂的利用率和电极的传质过程。在放电过程中，氧气在三相界面上被电化学催化还原为氢氧根离子。

2. 负极（金属电极）

金属空气电池的理论能量密度只取决于负极，即燃料电极，这是电池中传递的唯一活性物质。金属阳极通常都要根据具体的金属性质进行金属成分或形态的加工处理，以满足电池要求。目前负极主要研究的有铝或锌等金属合金。

3. 电解液

空气电极在反应过程中产生氢氧根离子，它的电动势一般由溶液中的氢氧根离子的浓度决定。倘若OH-离子局部地增加，那么由于电势变化过速会引起严重的极化。缓冲溶液能减低pH变化，也即减低氢氧根离子浓度的变化，这样可减小极化而提供更大的电流。酸和碱都是比较好的缓冲溶液，因此最令人满意的空气电极均采用高浓度的碱性或酸性电解液。碱性和酸性电解液均有缺点，碱性电解液会被空气中的二氧化碳污染，酸性电解液会与低廉的催化剂作用使之腐蚀，同时也腐蚀用于空气电极的集流体。

三、金属空气电池的类型和特点

1.类型

有锌空气电池、铝空气电池、铁空气电池和锂空气电池。

2. 锌空气电池优点：

（1）比能量高。由于正极活性物质来自电池的外部，无需占用电池的空间，在相同体积、质量的情况下，锌空气电池内可以装入更多的负极活性物质，使得锌空气电池比普通电池的容量高出很多，其理论比能量达到1350W·h/kg以上，实际比能量在1000W·h/kg以上，属于大容量高能化学电池。

（2）价格低廉。阳极活性物质锌来源丰富，价格便宜。阴极活性物质氧气来源于周围空气，基本等同于现在普通使用的铅酸蓄电池。

（3）性能稳定，放电平稳。因放电时阴极催化剂本身不起变化，加之锌电极电压稳定，故放电时电压变化很小。

（4）储存寿命特佳。锌空气原电池实际上是属于储备型电池。因为在储存过程均采用密封措施，将电池的空气孔与外界空气隔离，因而电池的容量损失极小，每年小于2％。

（5）安全可靠，无污染。从生产到使用，从新产品到废品回收，都不会污染环境，更不会燃烧爆炸，堪称绿色能源。

3. 铝空气电池具有如下优点: 

（1）铝是一种活泼金属，它比锌、镁之类的金属更有吸引力。铝的电化学当 量很高，为2980A·h/kg，是除锂之外比能量最高的金属，铝空气电池的比能量 实际可达到450W·h/kg，比能量密度小于铅酸蓄电池，比功率为50～200W/kg，寿命达3～4年。因此，对铝的化学电源的研究和开发，具有诱人的前景。铝反应时每个原子释放3个电子，而锌、镁仅释放2个，锂释放1个。也就是说要产生相同数量的能量所需要的原料量，铝的最少。因此综合众多因素，铝成为金属空气电池阳极材料的最佳选择。 

（2）铝空气电池的正极活性物质来源于空气中的氧气，其正极是一种透气、不透液、能导电、有催化活性的薄膜，它在整个电池中所占的比例很小，余下的空间可以用来充填阳极材料。因此在现有的小型电池系统中具有最高的比能量。铝空气电池由于空气电极很薄，使得电池很轻巧，适用于便携式设备。

（3）铝空气电池可携带燃料长距离行驶，节约能源，元件可快速更换，是电动自行车的理想电源。另外，该电池用在电动自行车上，无毒、无有害气体，可减小因燃油和燃气带来的噪声，对保护环境有利。

（4）铝空气电池安全可靠，无污染，从生产到使用，从新产品到废品回收，都不会污染环境，更不会燃烧爆炸，堪称绿色能源。

（5）铝的储量丰富，价格便宜，铝是地球上含量最丰富的金属元素之一，在元素分布上占第3位，全球铝工业储量已超过250亿吨。铝是世界上产量最大，应用最广的金属。

（6）铝空气电池无需充电，补充铝电极和电解液后即可产生电流，放电曲线平稳，放电时间长，操作方便。

（7）铝电极的生产工艺和设备比较简单，投资少，研制费用低。铝空气电池可设计成电解液循环和不循环两种结构形式，便于因使用场合不同而进行选择。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：20 分钟）

【任务实施】

汽车用金属空气电池的认识（视频）。

1.基本设备

金属空气电池视频。

2.操作步骤

汽车用金属空气电池的结构特点、性能参数。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

我国金属空气电池的应用。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括金属空气电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务七  燃料电池

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1. 金属空气电池的结构原理及特点

    2. 金属空气电池的充放电特性。

【任务分析】

本次课学习内容包括燃料电池电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【目标要求】

1.了解燃料电池电池的类

2.掌握燃料电池的结构和工作原理

3.了解燃料电池电池正负极材料

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

燃料电池通过电化学反应将化学能直接转化为电能，其间没有热动能的转化。故转化效率高；由于燃料电池内部不存在机械传动装置，故噪声极低．且可靠性较高；当以纯氢为燃料时，其电化学反应产物仅为水，当以富氢气体为燃料时。其电化学反应产物含有少量二氧化碳，故其排放污染物极少，是一种十分清洁的能源方式。下面我们一起进入金属空气电池的学习。

 2.讲授新知识

引导问题 1：燃料电池的概念及和应用情况

教学开展：通过观看小视频结合教材引导学生得出知识点。

一、燃料电池的概念及应用情况

概念：FC是一种化学电池，它直接把物质发生化学反应时释放出的能量转换为电能。工作时需要持续供给燃料和氧化剂。

2、应用情况：

公认将成为未来汽车的最佳能源，但仍存在一些关键技术还未突破。

引导问题 2：燃料电池有哪些类型

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

二、燃料电池的分类

1、根据燃料电池的运行机理的不同，可分为酸性燃料电池、碱性燃料电池。

2、按电解质分按电解质分类

3、燃料使用类型不同，可分为直接型燃料电池、间接型燃料电池、再生型燃料电池。

4、根据燃料电池使用燃料的种类，可分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等。

5、根据燃料电池工作温度的不同，可分为低温型（温度低于200℃）；中温型（温度为200～750℃）；高温型（温度为750~1000℃）；超高温型（温度高于1000℃）。

6、根据燃料电池的燃料状态不同，可分为液体型燃料电池、气体型燃料电池。

引导问题 3：燃料电池的特点

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

三、燃料电池的特点

1、燃料电池的优点

（1） 节能、转换效率高。

（2） 排放基本达到零污染。

（3） 无振动和噪声、寿命长。

（4） 结构简单、运行平稳。

2、燃料电池的缺点

（1） 燃料种类单一。

（2） 要求高质量的密封。

（3） 价格高。

（4） 需要配备辅助电池系统

引导问题4：燃料电池的结构原理

教学开展：了解内容，观看视频，并答疑，考察提问。

四、燃料电池的结构原理

1、组成结构：燃料电池实际上不是“电池”，而是一个大的发电系统。对于质子交换膜燃料电池，需要有燃料供应系统、氧化剂系统、发电系统、水处理系统、热管理系统、电力系统以及控制系统、安全系统等组成。

2、储氢：高压储氢、液态储氢、储氢材料储氢

3、重整制氢：蒸汽重整、部分氧化重整、自动供热重整、等离子体重整

燃料电池电动汽车使用的燃料有氢气、醇类和汽油等碳氢化合物。其中，氢气可以作为燃料直接使用，醇类、汽油等碳氢化合物则必须通过车载重整制氢才能使用。

4、工作原理

燃料电池实质上是电化学反应发生器。燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。氢氧燃料电池实际上就是一个电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释放电能。氢气和氧气分别是燃料电池在电化反应过程中的燃料和氧化剂，反应产生的电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。

5、质子交换膜燃料电池 

质子交换膜燃料电池采用可传导离子的聚合膜作为电解质，所以也叫聚合物电解质燃料电池（PEFC）、固体聚合物燃料电池（SPFC）或固体聚合物电解质燃料电池（SPEFC）。

（1）质子交换膜燃料电池的基本结构：

（2）质子交换膜燃料电池的工作原理：

质子交换膜燃料电池在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜为电解质。质子交换膜燃料电池的工作原理如下图所示。 

（3）质子交换膜燃料电池的特点 

优点：

（1）能量转化效率高。

（2）可实现零排放。

（3）运行噪声低，可靠性高。

（4）维护方便。

（5）发动效率平稳。    

（6）氢来源广泛。

（7）技术成熟。

缺点：

（1）成本高。

（2）对氢的纯度要求高。

五、其他类型的燃料电池

根据电解质性质的不同，除质子交换膜燃料电池之外，燃料电池还有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐和固体氧化物燃料电池四种。五种燃料电池主要性能简单的比较见下表。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：20 分钟）

【任务实施】

汽车用燃料电池的认识（视频）。

1.基本设备

燃料电池视频。

2.操作步骤

汽车用燃料电池的结构特点、性能参数。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：10分钟）

我国燃料电池的应用。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括燃料电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

第    周   周      第     节

学

目

标

《新能源汽车技术》   人民交通出版社   赵振宁 王慧怡主编

《新能源汽车技术》   国防工业出版社   邹政耀 王若平主编

（min）

任务一  驱动电机概述

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1.新能源汽车的类型

2.新能源汽车的关键技术

3.新能源汽车的驱动系统。

【任务分析】

电动机驱动系统是电动汽车的心脏。它的作用是在驾驶员的控制下高效率的将动力电池组的能量转化为车轮的动能，或者将车轮上的动能反馈到动力电池组中。

【目标要求】

了解新能源汽车驱动电机的类型、额定指标，掌握电动汽车对驱动电机的要求，了解驱动电机的发展趋势。

  【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：30 分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

电动机是电动汽车驱动系统的核心部件、其性能的好坏直接影响电动汽车驱动系统的性能，特别是电动汽车的最高车速、加速性能及爬坡性能等。下面我们一起进入驱动电机概述的学习。

2.讲授新知识

引导问题 1：电动汽车电驱系统的基本知识

教学开展：以当2009年国庆阅兵上的国徽彩车引入电动汽车及其驱动系统，引发学生兴趣，提出问题：你对电驱系统有了解吗

一、驱动电机简介 

用于驱动车辆的电动机称为驱动电动机。其任务是在驾驶人的控制下，高效率地将蓄电池的电量转化为车轮的动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。

二、驱动电机的分类 

按照结构和工作原理不同，目前的驱动电动机有直流电动机、交流异步电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等几种。

（1）直流电动机

直流电动机通过定子绕组产生磁场，向转子绕组通人直流电，并用换向装置对绕组内电流在适当时候进行换向，使转子绕组始终受到固定方向的电磁转矩。

（2）无刷直流电动机;

（3）交流异步电动机

交流异步电动机的定子绕组通入交流电产生旋转的磁场，转子绕组切割磁力线产生感应电流，并受到电磁转矩而旋转。交流异步电动机按照转子绕组不同，分为笼型转子和绕线转子两种。

（4）永磁同步电动机

永磁同步电动机的定子与交流异步电动机类似，通入交流电产生旋转磁场，但转子用永磁体取代电枢绕组，电动机转速与旋转磁场转速同步。

 （5）开关磁阻电动机

开关磁阻电动机定子和转子都是凸电极结构，只有定子上有绕组，转子无绕组。通过向定子各相绕组按一定次序通入电流，在电机内部产生磁场，此时转子受电磁转矩，并沿着与通电次序相反的方向转动。

教学开展：有条件可以提供实物要求学生找出铭牌并记录铭牌上的相关参数，教师进行讲解，无条件采用图片展示

三、驱动电动机的额定指标 

（1） 额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机械功率（W或kW）。

（2） 额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压（V）。

（3） 额定电流。额定电流是指电动机额定运行（额定电压、额定输出功率）情况下电枢绕组（或定子绕组）的线电流（A）。

（4） 额定频率。额定频率是指电动机额定运行情况下电枢（或定子侧）的频率（Hz）。

（5） 额定转速。额定转速是指电动机额定运行（额定电压、额定频率、额定输出功率）的情况下，电动机转子的转速（r/min）。

四、电动汽车对电动机的要求 

（1） 电动机的运行特性要满足电动汽车的要求，在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足电动汽车起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足电动汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求；

（2） 电动机应具有瞬时功率大、带负载启动性能好、过载能力强，加速性能好，使用寿命长的特点；

（3） 电动机应在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高一次充电的续驶里程；

（4） 电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率；

（5） 电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作；

（6） 电动机应体积小，重量轻，一般为工业用电动机的1/2～1/3；

（7） 电动机的结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和维护；

（8） 价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性价比；

（9） 运行时噪声低，减少污染。

教学开展：引导学生自学，教师答疑

五、电动汽车电机驱动系统的发展趋势 

（1）电机的功率密度不断提高，永磁电机应用范围不断扩大。

（2）电机的工作转速不断提高，回馈制动的高效区不断拓宽。 

（3）电驱动系统的集成化和一体化趋势更加明显。

（4）电驱动系统的混合度与电功率比不断增加。

（5）车用电驱动控制系统的集成化和数字化程度不断加大。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                                  （时间：45 分钟）

【任务实施】

新能源汽车驱动电机的认识

1.基本设备

一台混合动力汽车或一台电动汽车。

2.操作步骤

认识新能源汽车驱动电机的结构特点、基本组成。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 5分钟）

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课主要学习了新能源汽车驱动电机的类型、额定指标，以及电动汽车对驱动电机的要求及驱动电机的发展趋势。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务二  直流电动机

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1.驱动电机的类型及额定指标。

    2.电动汽车对驱动电机的要求。

【任务分析】

本次课学习内容包括直流电动机的分类、结构原理及特点。

【目标要求】

1.了解直流电动机的结构

2.掌握直流电动机的分类

3.掌握直流电动机的工作原理

4.了解直流电动机的机械特性

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

直流电动机就是将直流直流电能转换成机械能的电动机，是电动机的主要类型之一，它具有结构简单、技术成熟、控制容易等特点，在早期的电动汽车或希望获得更简单结构的电动汽车中应用，特别是场地用电动汽车和专用电动汽车。下面我们一起进入直流电动机的学习。

2.讲授新知识

一、直流电动机的分类

直流电动机分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机。在电动汽车所采用的直流电动机中，小功率电动机采用的是永磁式直流电动机，大功率电动机采用的是绕组励磁式直流电动机。

绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同，可分为他励式、并励式、串励式和复励式四种类型。

1．他励式直流电动机

他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由其它直流电源对励磁绕组供电。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。永磁直流电动机也可看作他励直流电动机。

他励直流电动机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制，容易实现电动汽车的再生制动要求。但当采用永磁激励时，虽然电动机效率高，重量和体积较小，但由于励磁磁场固定，电动机的机械特性不理想，驱动电动机产生不了足够大的输出转矩来满足电动汽车起动和加速时的大转矩要求。

2．并励直流电动机

并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，共用同一电源，性能与他励直流电动机基本相同。并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过它的励磁电流较小。

3．串励直流电动机

串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以串励直流电动机通常用较粗的导线绕成，它的匝数较少。

4．复励直流电动机

复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组，电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。

复励直流电动机的永磁励磁部分采用高磁性材料钕铁硼，运行效率高。由于电动机永磁励磁部分有稳定的磁场，因此用该类电动机构成驱动系统时易实现再生制动功能。同时由于电动机增加了增磁绕组，通过控制励磁绕组的励磁电流或励磁磁场的大小，能克服纯永磁他励直流电动机不能产生足够的输出转矩来满足电动汽车低速或爬坡时的大转矩要求，而电动机的重量或体积比串励电动机的小。

二、直流电动机的结构与特点

1．直流电动机的结构

直流电动机由定子与转子两大部分构成，定子和转子之间的间隙称为气隙。 

2．直流电动机的特点

（1） 调速性能好。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。

（2） 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节，因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都可用直流电动机拖动。

（3） 控制比较简单。一般用斩波器控制，它具有高效率、控制灵活、重量轻、体积小、响应快等优点。

（4） 有易损件。由于存在电刷、换向器等易磨损器件，所以必须进行定期维护或更换。

三、直流电动机的工作原理

直流电动机的工作原理P145图所示。图中，定子有一对N、S极，电枢绕组的末端分别接到两个换向片上，正、负电刷A和B分别与两个换向片接触。

四、 直流电动机的控制

1.直流电动机转速控制方法主要有电枢调压控制、磁场控制和电枢回路电阻控制。

2.电枢调压控制是指通过改变电枢的端电压来控制电动机的转速。这种控制只适合电动机基速以下的转速控制，它可保持电动机的负载转矩不变，电动机转速近似与电枢端电压成比例变化，所以称为恒转矩调速。直流电动机采用电枢调压控制可实现在宽广范围内的连续平滑的速度控制，调速比一般可达1:10，如果与磁场控制配合使用，调速比可达1:30。电枢调压控制的调速过程：当磁通保持不变时，减小电压，由于转速不立即发生变化，反电动势也暂时不变化，由于电枢电流减小了，转矩也减小了。如果阻转矩未变，则转速下降。随着转速的降低，反电动势减小，电枢电流和转矩就随着增大，直到转矩与阻转矩再次平衡为止，但这时转速已经较原来降低了。

3.磁场控制

①定义：是指通过调节直流电动机的励磁电流改变每极磁通量，从而调节电动机的转速，这种控制只适合电动机基数以上的控制。当电枢电流不变时，具有恒功率调速特性。磁场控制效率高，但调速范围小，一般不超过1:3，而且响应速度较慢。磁场控制可采用可变电阻器，也可采用可控整流电源作为励磁电源。

②磁场控制的调速过程：当电压保持恒定时，减小磁通，由于机械惯性，转速不立即发生变化，于是反电动势减小，电枢电流随之增加。由于电枢电流增加的影响超过磁通减小的影响，所以转矩也就增加。如果阻转矩未变，则转速上升。随着转速的升高，反电动势增大，电枢电流和转矩也随着减小，直到转矩和阻转矩再次平衡为止，但这时转速已经较原来升高了。

5.电枢回路串电阻控制是指当电动机的励磁电流不变时，通过改变电枢回路电阻来调节电动机的转速。这种控制方法的机械特性较软，而且电动机运行不稳定，一般很少应用。对于小型串励电动机，常采用电枢回路串电阻控制方式。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间：40 分钟）

新能源汽车用直流电机的拆装与检测

1.基本设备

一台电动汽车用直流电动机及相关拆装检测设备。

2.操作步骤

拆装并检测电动汽车用直流电动机。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 20分钟）

新能源汽车驱动电机应用现状。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括直流电动机的分类、结构原理及特点。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务三  永磁同步电动机

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1.直流电动机分类、结构及原理和特性。 

  【任务分析】

本次课学习内容包括永磁同步电动机的结构原理及特性。

【目标要求】

1.掌握永磁同步电动机机构与工作原理

2.了解永磁同步电动机的控制

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。下面我们一起进入永磁同步电动机的学习。

2.讲授新知识

一、永磁同步电动机的结构与特点

1.永磁同步电动机的结构

永磁同步电动机分为正弦波驱动电流的永磁同步电动机和方波驱动电流的永磁同步电动机。这里介绍的主要是三相正弦波驱动的永磁同步电动机。

永磁同步电动机的结构和传统电动机一样，主要由定子和转子两大部分构成。

按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动机的磁极结构可分为表面式和内置式二种。

（1） 表面式转子磁路结构。表面式转子磁路结构中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径向。表面式结构又分为凸出式和嵌入式两种。

（2） 内置式转子磁路结构。按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子结构又可分为径向式、切向式和混合式三种。

2.永磁同步电动机的特点

永磁同步电动机与其它电动机相比，具有以下优点：

（1） 用永磁体取代绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，以电子换向实现无刷运行，结构简单，运行可靠；

（2） 永磁同步电动机的转速与电源频率间始终保持准确的同步关系，控制电源频率就能控制电动机的转速；

（3） 永磁同步电动机具有较硬的机械特性，对于因负载的变化而引起的电动机转矩的扰动具有较强的承受能力，瞬间最大转矩可以达到额定转矩的三倍以上，适合在负载转矩变化较大的工况下运行； 

（4） 永磁电动机转子为永久磁铁无需励磁，因此电动机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围宽；

（5） 永磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子铜耗小，效率高； 

（6） 体积小、重量轻。近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电动机的功率密度得到很大提高，比起同容量的异步电动机来，体积和重量都有较大的减少，使其适合应用在许多特殊场合；

（7） 结构多样化，应用范围广。 

永磁同步电动机还存在以下缺点：

（1） 由于永磁同步电动机转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电动机的铜耗；

（2） 永磁电动机的磁钢价格较高。

由此可见，永磁电动机体积小，重量轻，转动惯量小，功率密度高（可达1kW/kg），适合电动汽车空间有限的特点；另外，转矩惯量比大，过载能力强，尤其低转速时输出转矩大，适合电动汽车的起动加速。因此，永磁电动机得到国内外电动汽车界的广泛重视，并已在日本得到了普遍应用，日本新研制的电动汽车大都采用永磁电动机驱动。比较典型的是在丰田Prius混联式混合动力轿车上的应用。

二、永磁同步电动机的工作原理与运行特性

1．电枢反应

永磁同步电动机带负载时，气隙磁场是永磁体磁动势和电枢磁动势共同建立的。电枢磁动势对气隙磁场有影响，电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应不仅使气隙磁场波形发生畸变，而且还会产生去磁或增磁作用，因此，气隙磁场将影响永磁同步电动机的运行特性。

对永磁同步电动机进行分析时，需要采用双反应理论，即需要把电枢电流和电枢电动势分解成交轴和直轴两个分量。交轴电枢电流产生交轴电枢电动势，发生交轴电枢反应；直轴电枢电流产生直轴电枢电动势，发生直轴电枢反应。

2．电压方程式

忽略磁饱和效应的影响，永磁同步电动机的电压方程式为

U=E0+IaRa+jIdXd+jIqXq

 3．功率与转矩

 电动机的电磁功率为

Pe=P1-Pcua

如果忽略电枢电阻的影响，则电动机的电磁功率为

电磁功率与功率角的关系称为永磁同步电动机的功角特性。

4．运行特性

永磁同步电动机的运行特性主要是机械特性和工作特性。

①永磁同步电动机稳态正常运行时，转速始终保持同步速不变，因此，其机械特性为平行于横轴的直线，调节电源频率来调节电动机转速时，转速将严格地与频率成正比例变化。

②永磁同步电动机的工作特性是指当电源电压恒定时，电动机的输入功率、电枢电流、效率、功率因数等随输出功率变化的关系。

三、永磁同步电动机的控制

1.恒压频比开环控制（VVVF）

VVVF的控制变量为电动机的外部变量即电压和频率。控制系统将参考电压和频率输入到实现控制策略的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施加在电动机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。按照这种控制策略进行控制，使供电电压的基波幅值随着速度指令成比例的线性增长，从而保持定子磁通的近似恒定。VVVF控制策略简单，易于实现，转速通过电源频率进行控制，不存在异步电动机的转差和转差补偿问题。但同时，由于系统中不引入速度、位置等反馈信号，因此无法实时捕捉电动机状态，致使无法精确控制电磁转矩；在突加负载或者速度指令时，容易发生失步现象；也没有快速的动态响应特性。因此，恒压频比开环控制控制电动机磁通而没有控制电动机的转矩，控制性能差。通常只用于对调速性能要求一般的通用变频器上。

2．矢量控制

矢量控制理论的基本思想为；以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对其进行控制，获得与直流电动机一样良好的动态特性。因其控制结构简单，控制软件实现较容易，已被广泛应用到调速系统中。

（1）id=0控制，是主要的矢量控制方式

（2）最大转矩/电流比控制

（3）弱磁控制

永磁同步电动机矢量控制策略与异步电动机矢量控制策略有些不同。由于永磁同步电动机转速和电源频率严格同步，其转子转速等于旋转磁场转速，转差恒等于零，没有转差功率，控制效果受转子参数影响小。因此，在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。

例：某电动汽车用永磁同步电动机矢量控制系统框。

3．直接转矩控制

永磁同步电机直接转矩控制系统的原理结构图。

4．智能控制

为了提高永磁同步电动机的控制性能和控制精度，模糊控制、神经网络控制等开始应用于同步电动机的控制。

采用智能控制方法的永磁同步电机控制系统，在多环控制结构中，智能控制器处于最外环充当速度控制器，而内环电流控制、转矩控制仍采用PI控制、直接转矩控制这些方法，这主要是因为外环是决定系统的根本因素，而内环主要的作用是改造对象特性以利于外环的控制，各种扰动给内环带来的误差可以由外环控制或抑制。

在永磁同步电机系统中应用智能控制时，也不能完全屏弃传统的控制方法，必须将两者很好地结合起来，才能彼此取长补短，使系统的性能达到最优。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 40分钟）

新能源汽车用永磁同步电机的拆装与检测

1.基本设备

一台电动汽车用永磁同步电机及相关拆装检测设备。

2.操作步骤

拆装并检测电动汽车用永磁同步电机。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：20分钟）

我国电动汽车驱动电动机的应用。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括永磁同步电动机的结构原理及特性。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务四  交流异步电动机

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

永磁同步电动机分类、结构及原理和特性。 

  【任务分析】

本次课学习内容包括交流异步电动机的结构原理及特性。

【目标要求】

1.掌握交流异步电动机机构与工作原理

2.了解交流异步电动机的控制

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

交流异步电动机是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现电能量转换为机械能量的一种电动机。交流异步电动机具有机构简单、造价便宜、坚固以及维护容易等优点。下面我们一起进入交流异步电动机的学习。

2.讲授新知识

一、异步电动机的结构与特点

1．异步电动机的结构

异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成，定子和转子之间存在气隙，此外，还有端盖、轴承、机座和风扇等部件。

（1）定子

异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座构成。

①定子铁心

一般由～毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。　定子铁心槽型有以下几种：半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。

　②定子绕组

A.作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。

B.构造：由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。

C.定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。

对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。

相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。

匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。

③机座　

A.作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。　

B.构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。

（2）转子

异步电动机的转子由转子铁芯、转子绕组、转轴组成。

①转子铁心：

A.作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。

B.构造：所用材料与定子一样，由毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。

通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300~400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。

②转子绕组　

A.作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。

B.构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。

鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为：阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种，起动转矩等特性各有不同。

绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。　特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。

（3）气隙

气隙是电机定转子之间的空隙。定子不转，转子需要转动，所以气隙是必须的，根据电机不同，气隙大小也不同。一般来讲，异步电机气隙小，同步电机气隙大。

2．异步电动机的特点

（1）异步电动机的基本特点是，转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其它电动机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。

以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。

（2）异步电动机的局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合，不如直流电动机经济、方便。

此外，异步电动机运行时，从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合不如用同步电动机合理。

二、异步电动机的工作原理与运行特性

1. 异步电动机的工作原理 

当异步电动机的三相定子绕组通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电动势，电动势的方向由右手定则来确定。由于转子绕组是闭合通路，转子中便有电流产生，电流方向与电动势方向相同，而载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电动机旋转方向与旋转磁场方向相同。 

2. 异步电动机的运行特性

异步电动机的运行特性包括工作特性和机械特性。

（1）异步电动机的工作特性是指电动机在保持额度电压和额定频率不变的情况下，电动机的转速、电磁转矩、定子电流、效率和功率因数随输出功率变化的特性。一般通过负载试验来测取。

（2）异步电动机的机械特性分为自然机械特性和人为机械特性。

①在电源电压和电源频率恒定且定、转子回路不接入任何附加设备时的机械特性称为自然机械特性。

②电源电压、电源频率、电动机极对数、定子或转子回路接入其它附属设备，其中任意一项改变得到的机械特性称为人为机械特性。

由于电源频率不变，所以同步转速点不变，电磁转矩与电源电压的平方成比例变化，但各条曲线的最大转矩点对应的转差率基本保持不变。

三、异步电动机的控制

目前对异步电动机的调速控制主要有恒压频比开环控制、转差控制、矢量控制以及直接转矩控制等。

恒压频比开环控制实际上只控制了电动机磁通而没有控制电动机的转矩，采用这样的控制系统对异步电动机来讲根本谈不上控制性能，通常只用于对调速性能要求一般的通用变频器上。

转差控制是根据异步电动机电磁转矩和转差频率的关系来直接控制电动机的转矩的，可以在一定的转差频率范围内、一定程度上通过调节转差来控制电动机的电磁转矩，从而改善调速系统的控制性能，但其控制理论是建立在异步电动机的稳态数学模型基础上的，它适合于电动机转速变化缓慢或者对动态性能要求不高的场合。

1．异步电动机的矢量控制

矢量控制理论采用矢量分析的方法来分析交流电动机内部的电磁过程，是建立在交流电动机的动态数学模型基础上的控制方法。它模仿对直流电动机的控制技术，将交流电动机的定子电流解耦成互相的产生磁链的分量和产生转矩的分量。分别控制这两个分量就可以实现对交流电动机的磁链控制和转矩控制的完全解耦，从而达到理想的动态性能。

（1）异步电动机矢量控制方式的选择。异步电动机矢量控制是基于磁场定向的方法，其调速控制系统的方式比较复杂，常用的控制策略有以下4种。转子磁场定向矢量控制原理；转差率矢量控制原理；气隙磁场定向矢量控制原理；定子磁场定向矢量控制原理。

①转子磁场定向矢量控制原理

②转差率矢量控制原理

③气隙磁场定向矢量控制原理

④定子磁场定向矢量控制原理

（2）异步电动机矢量控制的特点。矢量控制变频器可以分别对异步电动机的磁通和转矩电流进行检测和控制，自动改变电压和频率，使指令值和检测实际值达到一致，从而实现了变频调速，大大提高了电动机控制静态精度和动态品质。转速精度约等于%，转速响应也较快。采用矢量变频器异步电动机变频调速是可以达到控制结构简单，可靠性高的效果。其主要表现在：可以从零转速起进行速度控制，因此调速范围很宽广；可以对转矩实行较为精确控制；系统的动态响应速度很快；电动机的加速度特性很好。

2. 异步电动机直接转矩控制

直接转矩控制是将电动机输出转矩作为直接控制对象，通过控制定子磁场向量控制电动机转速。它不需要复杂的坐标变换，也不需要依赖转子数学模型，只是通过控制PWM型逆变器的导通和切换方式，控制电动机的瞬时输入电压，改变磁链的旋转速度来控制瞬时转矩，使系统性能对转子参数呈现鲁棒性。并且这种方法被推广到弱磁调速范围。逆变器的PWM采用电压空间向量控制方式，性能优越。但同时不可避免地产生转矩脉动，调速性能降低的问题。该方法对逆变器开关频率提高的较大，定子电阻对电动机低速性能也有较大影响，如在低速区，定子电阻变化引起的定子电流和磁链的畸变，以及转矩脉动、死区效应和开关频率等问题。

（1）异步电动机直接转矩控制系统的结构与原理。

①异步电动机直接转矩控制系统的结构

它主要包括磁链调节器、转矩调节器、磁链和转矩观测器、转速调节器等。其中磁链观测器对磁链的观测是否准确对整个控制系统的稳定性有着举足轻重的作用，而开关策略和磁链、转矩调节是先进控制算法的核心部分。

②异步电动机直接转矩控制系统的原理

磁链观测器

磁链调节器

转矩观测器

转矩调节器

转速调节器

（2）直接转矩控制的特点

① 直接转矩控制所需要的信号处理工作特别简单，所用的控制信号使观察者对于交流电动机的物理过程能够做出直接和明确的判断。

②直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。

③直接转矩控制并非极力获得理想的正弦波波形，也不专门强调磁链完全理想圆形轨迹。相反，从控制转矩的角度出发，它强调的是转矩的直接控制效果，因而它采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念。

④直接转矩控制技术对转矩实行直接控制。它的控制效果不取决于电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况，它的控制既直接又简化。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 40分钟）

新能源汽车用交流异步电动机的拆装与检测

1.基本设备

一台电动汽车用交流异步电动机及相关拆装检测设备。

2.操作步骤

拆装并检测电动汽车用交流异步电动机。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：20分钟）

我国电动汽车驱动电动机的应用。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括交流异步电动机的结构原理及特性。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务五 开关磁阻电动机

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

交流异步电动机的结构及原理和特性。 

  【任务分析】

本次课学习内容包括开关磁阻电动机的结构原理及特性。

【目标要求】

1.掌握开关磁阻电动机结构与工作原理

2.了解开关磁阻电动机的控制

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

20世纪70年代，各种高速、全控开关器件的先后问世，带来了电力电子技术的蓬勃发展，这对开关磁阻电动机调速系统的研究起到了较大的推动作用。因此，自20世纪80年代以后，国际上掀起了开关磁阻电动机研究热，并持续至今，使开关磁阻电动机的应用领域不断扩大。下面我们一起进入开关磁阻电动机的学习。

 2.讲授新知识

一、开关磁阻电动机的结构与特点

1．开关磁阻电动机的结构

（1）开关磁阻电动机是由双凸极的定子和转子组成，其定子、转子的凸极均由普通的硅钢片叠压而成。定子极上绕有集中绕组，把沿径向相对的两个绕组串联成一个两级磁极，称为“一相”；转子既无绕组又无永磁体，仅由硅钢片叠成。

（2）开关磁阻电动机有多种不同的相数结构，如单相、二相、四相及多相等，且定子和转子的极数有多种不同的搭配。低于三相的开关磁阻电动机一般没有自起动能力。相数多，有利于减小转矩脉动，但结构复杂、主开关器件多、成本增高。目前应用较多的是四相8/6极结构和三相6/4极结构。

下面介绍的的开关磁阻电动机的结构为四相8/6极结构。

2. 开关磁阻电动机的特点

开关磁阻电动机与其它电动机相比，具有以下优点：

（1）可控参数多，调速性能好。可控参数有主开关开通角、主开关关断角、相电流幅值、直流电源电压，控制方便，可四象限运行，容易实现正转、反转和电动、制动等特定的调节控制；

（2） 结构简单，成本低。开关磁阻电动机转子无绕组，也不加永久磁铁，定子为集中绕组，永磁电动机及感应电动机都简单，制造和维护方便；它的功率变换器比较简单，主开关元件数较少，电子器件少；

（3）损耗小，运转效率高。开关磁阻电动机的转子不存在励磁及转差损耗，功率变换器元器件少，相应的损耗也小；控制灵活，易于在很宽转速范围内实现高效节能控制；

（4）起动转矩大，起动电流小。在15%额定电流的情况下就能达到100%的起动转矩。

由于开关磁阻电动机的特殊结构和工作方式，也存在一些缺点：

（1）转矩脉动现象较大；

（2）振动和噪声相对较大，特别是在负载运行的时候；

（3）电动机的出线头相对较多，还有位置检测器出线端；

（4）电动机的数学模型比较复杂，其准确的数学模型较难建立；

（5）控制复杂，依赖于电动机的结构。

二、开关磁阻电动机的工作原理与运行特性

1．开关磁阻电动机的工作原理

开关磁阻电动机的工作原理如P167图所示。图中，Sl、S2是电子开关；VD1、VD2是二极管，U是直流电源。

（1）电动机的定子和转子呈凸极形状

（2）开关磁阻电动机的磁阻随着转子随着定子磁极的中心线对准或错开而变化

（3）SR电动机的运行原理遵循"磁阻最小原理"- '磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。

2.开关磁阻电动机的运行特性

开关磁阻电动机运行特性可分为三个区域：恒转矩区、恒功率区、自然特性区（串励特性区）。

（1）恒转矩区

（2）恒功率区

（3）串励特性区

三、开关磁阻电动机的控制

1.角度位置控制方式（APC）

角度位置控制是在加在绕组上的电压一定的情况下，通过改变绕组上主开关的开通角和关断角，来改变绕组的通、断电时刻，调节相电流的波形，实现转速闭环控制。

根据电动势平衡方程式可知，当电动机转速较高时，旋转电动势较大，则此时电流上升率下降，各相的主开关器件的导通时间较短，电动机绕组的相电流不易上升，电流相对较小，便于使用角度位置控制方式。

因为开通角和关断角都可调节，角度位置控制可分为：变开通角、变关断角和同时改变开通角及关断角三种方式。改变开通角，可改变电流波形的宽度、峰值和有效值的大小，还可改变电流波形与电感波形的相对位置，从而改变了电动机的转矩和转速。而关断角一般不影响电流的峰值，但可改变电流波形的宽度及其与电感曲线的相对位置，进而改变电流的有效值。故一般采用固定关断角、改变开通角的控制方式。

根据SRM的转矩特性分析可知，当电流波形主要位于电感的上升区时，产生的平均电磁转矩为正，电动机运行在电动状态；当电流波形主要位于电感的下降段时，产生的平均电磁转矩为负，电动机工作在制动状态。而通过对开通角、关断角的控制，可以使电流的波形处在绕组电感波形的不同位置。因此，可以用控制开通角、关断角的方式来使电动机运行在不同的状态。

角度位置控制的优点在于：转矩调节的范围宽；可同时多相通电，以增加电动机的输出转矩，同时减小了转矩波动；通过角度的优化，能实现效率最优控制或转矩最优控制。

根据上面的分析可知，此法不适于低速场合。因为在低速时，旋转电动势较小，使电流峰值增大，必须采取相应措施进行限流，故一般用于转速较高的场合。

2.电流斩波控制

根据电动势平衡方程式可知，电动机低速运行特别是启动时，旋转电动势引起的压降很小，相电流上升快，为避免过大的电流脉冲对功率开关器件及电动机造成损坏，需要对电流峰值进行限定，因此，可采用电流的斩波控制，获取恒转矩的机械特性。电流斩波控制一般不会对开通、关断角进行控制，它将直接选择在每相的特定导通位置对电流进行斩波控制。

目前常用的有两种方案：对电流上、下限进行的控制，及电流上限值和恒定关断时间的控制。

该控制的优点在于：它适用于电动机的低速调速系统，可以控制电流峰值的增长，并有很好的电流调节作用：因每相电流波形会呈现出较宽的平顶状，使得产生的转矩比较平稳，转矩的波动相应地比其它控制方式要小。

然而，由于电流的峰值受到了，当电动机转速在负载的扰动作用下发生变化时，电流的峰值无法做出相应的改变，使得系统的特性比较软，因此系统在负载扰动下的动态响应很缓慢。

3.电压控制（VC）

VC方式是保持开通角、关断角不变的前提下，使功率开关器件工作在脉冲宽度调制（PWM）方式。通过调节PWM波的占空比，来调整加在绕组两端电压的平均值，进而改变绕组电流的大小，实现对转速的调节。若增大调制脉冲的频率，就会使电流的波型比较平滑，电动机出力增大，噪声减小，但对功率开关器件的工作频率的要求就会增大。

按照续流方式的不同，分为单管斩波和双管斩波方式。单管方式中，连接在每相绕组中的上、下桥臂的两个开关管只有一个处于斩波状态，另一个一直导通。而双管斩波方式中，两个开关管同时导通和关断，对电压进行斩波控制。考虑到系统效率等因素，实际应用中一般常用单管方式。

电压控制的优点在于，它通过调节绕组电压的平均值进而调节电流，因此可用在低速和高速系统，且控制简单，但它的调速范围有限。

在实际的SRD运用中，也可以采用多种控制方式相组合的方法。如高速角度控制和低速电流斩波控制组合，变角度电压斩波控制和定角度电压斩波控制等。这些组合方式各有优势及不足，因此必须针对不同的应用场合和不同的性能要求，合理地选择控制方式，才能使电动机运行于最佳状态。

4.控制电路的功能：

根据系统性能要求的不同，控制电路的具体结构形式会有很大差异，但一般均应包含以下功能：

（1） 用于接受外部指令信号，如起动、转速、转向信号的操作电路；

（2） 用于给定量与控制量相比较，并按规定算法计算出控制参数的调节量的调节器电路；

（3） 用于决定控制电路的工作逻辑，如正反转相序逻辑、高低速控制方式的工作逻辑电路；

（4） 用于检测系统中的有关物理量，如转速、角位移、电流和电压的传感器电路；

（5） 用于当系统中某些物理量超过允许值时，采取相应保护措施的保护电路，如过压保护和过流保护；

（6） 用于控制各被控量信号的输出电路，如控制功率开关器件的导通与关断；

（7） 用于指示系统的工作状况和参数状态显示电路，如指示电动机转速、指示故障保护情况的显示。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 40分钟）

新能源汽车用开关磁阻电动机的拆装与检测

1.基本设备

一台电动汽车用开关磁阻电动机及相关拆装检测设备。

2.操作步骤

拆装并检测电动汽车用开关磁阻电动机。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间：20分钟）

我国电动汽车驱动电动机的应用。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括开关磁阻电动机的结构原理及特性。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

第    周   周      第     节

2.掌握制动能量回收系统的结构及原理。

学

目

标

2.掌握纯电动汽车电池管理系统的组成及工作模式

3.掌握混合动力汽车能量管理策略与工作模式

2.能够描述能量管理系统的发展方向

《新能源汽车技术》   人民交通出版社   赵振宁 王慧怡主编

《新能源汽车技术》   国防工业出版社   邹政耀 王若平主编

（min）

任务一  电动汽车能量管理系统

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、开关磁阻电机和普通电机有何区别

2、开关磁阻电机主要应用于哪些地方

3、轮毂电机的功能和特点

【任务分析】

本次课学习内容包括纯电动汽车和混合动力汽车能量管理系统的功能和管理模式。

【目标要求】

1.掌握电池管理系统的主要功能

2.掌握纯电动汽车电池管理系统的组成及工作模式

3.掌握混合动力汽车能量管理策略与工作模式

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：30 分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

能量管理系统在电动汽车中非常重要，它由硬件系统和软件系统组成，如P178图所示。能量管理系统具有从电动汽车各子系统采集运行数据，控制完成电池的充电、显示蓄电池的荷电状态(SOC)、预测剩余行驶里程、监控电池的状态、调节车内温度、调节车灯亮度以及回收再生制动能量为蓄电池充电等功能。能量管理系统中最主要的是电池管理系统。下面我们一起进入电动汽车能量管理系统的学习。

2.讲授新知识

引导问题 1：能量管理系统的组成和功用

教学开展：通过观看小视频结合教材引导学生得出知识点。

一、能量管理系统概述

1、概念：是电动车上电能调度系统的总称，它由硬件系统和软件系统组成。

2、主要功能：从电动汽车各子系统采集运行数据，控制完成电池的充电、显示蓄电池的荷电状态(SOC)、预测剩余行驶里程、监控电池的状态、调节车内温度、调节车灯亮度以及回收再生制动能量为蓄电池充电等功能。能量管理系统中最主要的是电池管理系统。 

3、电池管理系统主要功能：

（1）实时采集电池系统运行状态参数。

（2）确定电池的SOC。

（3）故障诊断与报警。

（4）电池组的热平衡管理。

（5）一致性补偿。

（6）通过总线实现各检测模块和处理单元的通讯。

引导问题 2：纯电动汽车能量管理系统

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

二、纯电动汽车能量管理系统

1、纯电动汽车能量管理系统的组成

主要由电池输入控制器、车辆运行状态参数、车辆操纵状态、能源管理系统ECU、电池输出控制器、电机发电机系统控制等组成。

2、各部分功能简介

（1） 电压采样的实现。

（2）电流采样的实现。

（3）温度采样的实现。

（4）抗干扰措施的设计。

（5）车载CAN通讯设计实现。

引导问题 3：混合动力汽车能量管理系统

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

三、混合动力汽车能量管理系统

1、串联式管理策略

（1）恒温器策略。

（2）功率跟踪式策略。

（3）基本规则型策略。

2、并联式管理策略

(1)静态逻辑门限策略。

(2)瞬时优化能量管理策略。

3、串、并联工作模式

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                                  （时间：40 分钟）

【任务实施】

电动汽车能量管理系统的认识。

1.基本设备

一台混合动力汽车、一台电动汽车。

2.操作步骤

认识电动汽车能量管理系统基本组成及功能。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 5分钟）

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习内容包括纯电动汽车和混合动力汽车能量管理系统的功能和管理模式。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务二  制动能量回收系统

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、能量管理系统的功能

2、纯电动汽车能量管理系统主要管理内容

3、纯电动汽车能量管理采集哪些信息

【任务分析】

本次课的学习内容包括制动能量回收的控制方式、基本结构与原理。

【目标要求】

1.了解制动能量的回收路径和控制方式

2.掌握制动能量回收系统的结构

3.掌握电动机的制动原理

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

再生制动是指电动汽车在减速制动(刹车或者下坡)时将汽车的部分动能转化为电能，转化的电能储存在储存装置中，如各种蓄电池、超级电容和超高速飞轮，最终增加电动汽车的续驶里程。如果储能器已经被完全充满，再生制动就不能实现，所需的制动力就只能由常规的制动系统提供。带着问题我们一起进入下面的学习。

2.讲授新知识

引导问题 1：能量回收系统的方法和类型

教学开展：通过观看小视频结合教材引导学生得出知识点。

一、能量回收系统概述

1、概念：再生制动是指电动汽车在减速制动(刹车或者下坡)时将汽车的部分动能转化为电能，转化的电能储存在储存装置中，如各种蓄电池、超级电容和超高速飞轮，最终增加电动汽车的续驶里程。

2、制动能量回收方法。

（1）飞轮储能：利用高速旋转的飞轮来储存和释放能量

（2）液压储能：它是先将汽车在制动或减速过程中的动能转换成液压能，并将液压能储存在液压蓄能器中；当汽车再次启动或加速时，储能系统又将蓄能器中的液压能以机械能的形式反作用于汽车，以增加汽车的驱动力。

（3）电化学储能：先将汽车在制动或减速过程中的动能，通过发电机转化为电能并以化学能的形式储存在储能器中；当汽车再次启动或加速时，再将储能器中的化学能通过电动机转化为汽车行驶的动能。

3、制动能量回收系统的类型：主要有电能式、动能式和液压式。

4、意义:

（1）延长电动汽车的行驶里程

（2）降低成本

（3）提高汽车的安全性和可靠性

引导问题 2：纯电动汽车能量回收系统组成

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

二、电动汽车能量回收系统组成

由驱动轮、主减速器、变速器、电动机、AC/DC转换器、DC/DC转换器、能量储存系统以及控制器组成。

引导问题 3：典型能量回收系统

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

三、典型能量回收系统

1、Eco-Vehicle制动控制系统

2、本田EV Plus制动控制系统

3、丰田Prius制动控制系统

4、再生—液压混合制动系统

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 40分钟）

制动能量回收系统的认识。

1.基本设备

一台混合动力汽车、一台电动汽车。

2.操作步骤

认识电动汽车制动能量回收系统基本组成及功能。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 40分钟）

我国各汽车制造企业新能源汽车介绍。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课的学习内容包括制动能量回收的控制方式、基本结构与原理。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

第    周   周      第     节

2.掌握车载充电机和非车载充电机的结构及原理。

学

目

标

2.掌握车载充电机的组成及原理。

3.掌握非车载充电机的的组成及原理。

2.能够描述车载充电系统的组成、原理及检测方法。

《新能源汽车技术》   人民交通出版社   赵振宁 王慧怡主编

《新能源汽车技术》   国防工业出版社   邹政耀 王若平主编

（min）

任务一  充电系统概述

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、能量回收系统的功能

2、能量回收的方法有哪些

3、电动车能量回收系统的一般组成

【任务分析】

本次课学习内容包括电动汽车的充电方法及车载和非车载充电机的组成及原理。

【目标要求】

1.了解电动汽车的充电方法

2.了解电动汽车的充电方式

3.掌握电动汽车对充电设备的要求

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：30 分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

电动汽车产业能否得到快速发展，充电技术是关键因素之一，智能、快速的充电方式成为电动汽车充电技术的发展趋势。下面我们一起进入驱动电机概述的学习。

2.讲授新知识

引导问题 1：电动汽车对充电装置的要求

教学开展：通过观看小视频结合教材引导学生得出知识点。

一、电动汽车对充电装置的要求

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。充电装置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装置最重要的要求之一，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。采用电力电子技术的充电设备是一种高度非线性的设备，会对供电网及其它用电设备产生有害的谐波污染，而且由于充电设备功率因数低，在充电系统负载增加时，对其供电网的影响也不容忽视。

引导问题 2：电动汽车充电装置的类型

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

二、电动汽车充电装置类型

1、电动汽车充电装置的分类有不同的方法。总体上可分为车载充电装置和非车载充电装置。

2、根据对电动汽车蓄电池充电时的能量装换的方式不同，充电装置可以分为接触式和感应式。

引导问题 3：电动汽车充电方法

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

三、电动汽车充电方法

1、恒流充电：是指充电过程中使充电电流保持不变的方法。

恒流充电具有较大的适应性，容易将蓄电池完全充足，有益于延长蓄电池的寿命。缺点是在充电过程中，需要根据逐渐升高的蓄电池电动势调节充电电压，以保持电流不变，充电时间也较长。

2、恒压充电:是指充电过程中保持充电电压不变的充电方法，充电电流随蓄电池电动势的升高而减小。

3、脉冲充电:脉冲充电是先用脉冲电流对电池充电，然后让电池短时间、大脉冲放电，在整个充电过程中使电池反复充、放电。

引导问题 4：常用的充电方装置

教学开展：图片视频资料展示，设置问题引导学生观看，并答疑提问和学生一起总结。

四、常用的充电方装置

1、常规充电方式

2、快速充电方式

3、无线充电方式

4、更换电池充电方式

5、移动式充电方式

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                                  （时间：40 分钟）

【任务实施】

电动汽车的充电。

1.基本设备

一台混合动力汽车或一台电动汽车。

2.操作步骤

用车载充电机或非车载充电机充电。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 30分钟）

蓄电池的各种故障及正确使用方法。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课学习电动汽车对充电的要求及充电方法和充电装置。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务二  电动汽车车载充电机

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、电动汽车充电装置的类型

2、电动汽车的充电方法有哪些

3、常用的电动汽车的充电方式

【任务分析】

本次课的学习内容包括电动汽车车载充电机的组成、技术参数及充电过程。

【目标要求】

1.掌握电动汽车车载充电机的组成

2.了解电动汽车车载充电机的技术参数

3.了解电动汽车车载充电机充电接口

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

车载充电机对所有电动汽车和插电式混合动力车以及增程式电动车来说都是必不可少的装备，即使是换电为主的电动汽车，通常也需配备一个车载充电机。下面我们一起进入车载充电机的学习。

2.讲授新知识

引导问题 1：电动汽车充电机的类型

教学开展：通过观看小视频结合教材引导学生得出知识点。

一、充电机的类型

1、根据安装位置不同，可以分为车载充电机和地面充电机；

2、根据输入电源不同，可以分为单相充电机和多相充电机；

3、根据连接方式不同，可以分为传导式充电机和感应式充电机；

4、根据功能不同，可以分为普通充电机和多功能充电机。

引导问题 2：电动汽车充电的参数和技术指标

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

二、电动汽车充电机主要参数和技术指标

1、主要参数：

输入电源：AC380V；

稳流精度：1%

稳压精度：1%；

满载效率：>91%

满载功率因数：>；

使用环境温度：-20~50℃；

2、技术要求

（1）充电机和电池管理系统之间能够进行通讯，接收电池数据，充电过程中应采用适当方法保证串联电池中的单体电池电压不超过上限。

（2）充电机应具有面板操作和远程操作功能，充电机及其监控系统相连，在监控计算机上能完成除闭合和切断输入电源外的所有功能。

（3）充电机应能通过监控网络向监控计算机传送对应电池管理系统发送的数据。

（4）充电机应具有故障报警功能，能主动向监控系统发送故障信息。

引导问题 3：常用的充电机实例

教学开展：图片视频资料展示，设置问题引导学生观看，并答疑提问和学生一起总结。

三、常见的充电机实例

1、车载充电机。

充电过程

特点

技术参数

2、非车载充电机

（1）充电过程

（2）特点

（3）技术参数

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 40分钟）

车载充电系统的认识。

1.基本设备

一台混合动力汽车、一台电动汽车。

2.操作步骤

认识电动汽车车载充电系统的组成及操作方法。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 40分钟）

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课的学习内容主要是车载充电机的组成、技术参数及充电过程。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务三  电动汽车非车载充电机

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、电动汽车车载充电机的组成

2、电动汽车车载充电机的技术参数

3、车载充电机的充电过程

【任务分析】

本次课的学习内容包括电动汽车非车载充电机的组成、技术参数及充电过程。

【目标要求】

1.掌握电动汽车非车载充电机的组成

2.了解电动汽车非车载充电机的技术参数

3.了解电动汽车非车载充电机充电接口

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

非车载充电机包括交直流功率变换和直流输出控制两部分，根据结构不同可分为一体式充电机和分体式充电机。其中分体式充电机的直流输出部分定义为分体桩，交直流功率变换部分定义为电源柜。下面我们一起进入非车载充电机的学习。

2.讲授新知识

引导问题 1：电动汽车充电机的类型

教学开展：通过观看小视频结合教材引导学生得出知识点。

一、电动汽车非车载充电机组成 

非车载充电机主要由充电机主体和充电终端两个部分组成。

1、根据安装位置不同，可以分为车载充电机和地面充电机；

2、根据输入电源不同，可以分为单相充电机和多相充电机；

3、根据连接方式不同，可以分为传导式充电机和感应式充电机；

4、根据功能不同，可以分为普通充电机和多功能充电机。

引导问题 2：电动汽车充电的参数和技术指标

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

二、电动汽车非车载充电机技术参数 

根据蓄电池组电压等级的范围，非车载充电机输出电压一般分为三级：150~350V、300~500V、450~700V。

非车载充电机输出额定电流宜采用：10A、20A、50A、100A、160A、200A、315A、400A、500A。

当非车载充电机的输出功率为额定功率的50％~100％时，效率不应小于90％，功率因数不应小于。

非车载充电机技术参数误差要求：当交流电源电压在标称值的±15％范围内变化，输出直流电压在规定的相应调节范围内变化时，输出直流电流在额定值的20％～100％范围内任一数值上应保持稳定，充电机输出电流精度不应超过±10；当交流电源电压在标称值的±15％范围内变化，输出直流电流在额定值的0~1000范围内变化时，输出直流电压在规定的相应调节范围内任一数值上应保持稳定，充电机输出电压精度不应超过±％。

引导问题 3：常用的充电机实例

教学开展：图片视频资料展示，设置问题引导学生观看，并答疑提问和学生一起总结。

三、电动汽车非车载充电机充电接口 

电动汽车非车载充电机车辆插头的触头布置方式如左下图所示，车辆插座的触头布置方式如右下图所示。

四、电动汽车非车载充电机充电过程 

1、将车辆插头和插座插合后，车辆的总体设计方案可以自动启动某种触发条件，通过互锁或者其他控制措施使车辆处于不可行驶状态。

2、操作人员对非车载充电机进行充电设置后，非车载充电机控制装置通过测量检测点1的电压值判断车辆插头与车辆插座是否已完全连接，如检测点1的电压值为4V，则判断车辆接口完全连接，非车载充电机控制电子锁锁止。

3、在车辆接口完全连接后，如非车载充电机完成自检，则闭合接触器K3和K4，使低压辅助供电回路导通，同时开始周期发送充电机辨识报文；在得到非车载充电机提供的低压辅助电源供电后，车辆控制装置通过测量检测点2的电压值判断车辆接口是否已完全连接；如检测点2的电压值为6V，则车辆控制装置开始周期发送车辆控制装置（或电池管理系统）辨识报文，该信号也可以作为车辆处于不可行驶状态的触发条件之一。

4、车辆控制装置与非车载充电机控制装置通信通讯完成握手和配置后，车辆控制装置闭合接触器K5和K6，使充电回路导通，非车载充电机控制装置闭合接触器K1和K2，使直流供电回路导通。

5、在整个充电阶段，车辆控制装置通过向非车载充电机控制装置实时发送充电级别需求来控制整个充电过程，非车载充电机控制装置根据电池充电级别需求来调整充电电压和充电电流以确保充电正常进行，此外，车辆控制装置和非车载充电机控制装置还相互发送各自的状态信息。

6、车辆控制装置根据电池系统是否达到满充状态或是否收到充电机中止充电报文来判断是否结束充电。在满足以上充电结束条件时，车辆控制装置开始周期发送车辆控制装置（或电池管理系统）中止充电报文，在一定时间后断开接触器K5和K6；非车载充电机控制装置开始周期发送充电机中止充电报文，并控制充电机停止充电，之后断开接触器K1、K2、K3和K4，然后电子锁解锁。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 40分钟）

非车载充电系统的认识及充电操作。

1.基本设备

一台混合动力汽车、一台电动汽车及非车载充电机。

2.操作步骤

认识电动汽车非车载充电系统的组成及操作方法。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 40分钟）

我国电动汽车充电桩应用的现状。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课的学习内容主要是非车载充电机的组成、技术参数及充电过程。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接

任务四  电动汽车充电站

一、任务引入                                                 （时间： 5分钟）

【知识回顾】 

1、电动汽车非车载充电机的组成

2、电动汽车非车载充电机的技术参数

3、非车载充电机的充电过程

【任务分析】

本次课的学习内容包括电动汽车充电站的功能、组成、分布及需求。

【目标要求】

1.掌握电动汽车充电站的功用与组成

2.了解电动汽车充电站的布置

3.了解电动汽车对充电站的需求

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备                                                 （时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课 

电动汽车充电站是为电动汽车充电的站点。随着电动汽车的普及，电动汽车充电站必将成为汽车工业和能源产业发展的重点。下面我们一起进入电动汽车充电站的学习。

2.讲授新知识

引导问题 1：电动汽车充电机的类型

教学开展：通过观看小视频结合教材引导学生得出知识点。

一、充电站的功用与组成 

充电站指的是具有特定控制功能和通信功能的将电能量传送到电动汽车的设施总称，它能够以快充或慢充方式对电动汽车进行充电。

充电站的基本功能应包括供配电、充电、充电过程和配电设备监控、计量、站内设备管理和通信，扩展功能包括计费。

二、充电站的布置 

充电站总体布置应满足便于电动汽车的出入和充电时停放，保障站内人员及设施的安全。

充电站的电气设备布置应遵循安全、可靠、适用的原则，并便于安装、操作、搬运、检修、试验。

三、电动汽车对充电站的需求

1.充电站对电网的需求

有多大输出功率就需要多大输入功率，由于充电站的充电功率比较大，一般每路100多KW，拥有10多个快速充电的大型综合充电站需要近2000KW 的高压专线输入，拥有4路充电的小型充电站至少需要500KW的新增变压器。

2.电动汽车不同阶段对充电站需求

（1）早期示范期阶段要求（2010-2012年）

此阶段“车辆较少，用户分散”，充电站应以市内运营服务为主，除小区专用慢速充电桩外，需要在经常停车的地区设置部分直流充电桩，以城市大小，100-300个直流充电桩，基本可以满足初期购买电动汽车用户的出行需要。  

（2）中期上升期阶段要求（2013-2020年）

此阶段电动汽车的数量明显上升，对充电站（桩）的数量和设置位置提出了更高的要求，除相应的交流充电桩增多外，直流充电桩要几乎达到每个超市、停车场、办公楼、小区中型单位等至少一个的配置，中心城市至少要配置1000-2000个直流充电桩。

（3）远期成熟期阶段要求（2020年以后）

此阶段城市将更大，农村也将发展起来，城乡基本体化，小型快速充电站将遍布各地，不仅社区、街道边、公共停车场等必备，城市环路，远郊公路，高速公路等更是必不可少。此阶段省级中心城市的小型快速充电站将达到数百个以上。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施                                               （时间： 40分钟）

电动汽车充电站的认识。

1.基本设备

电动汽车充电站。

2.操作步骤

认识电动汽车充电站的组成及操作方法。

3.具体操作

【步骤一】示范操作 

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素  

结合能力要求

2.评估标准 

 ①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。

四、项目拓展                                               （时间： 40分钟）

我国电动汽车充电站应用的现状。

五、课堂总结                                               （时间：5分钟）

【任务总结】

本次课的学习内容主要是充电站的功能、组成及需求。

【教学活动设计】

教师活动：知识归纳；学生活动评价..；学生活动：提问；分享交流...

六、课后实践                                                （时间：20 分钟）

【自主学习】

1.布置作业

课后习题

2.课外任务

3.知识链接