新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修 教案-项目三任务3-2 镍氢动力蓄电池认知

课题任务3-2镍氢动力蓄电池认知课时4课时（180min）教学目标知识技能目标：（1）掌握镍氢动力蓄电池的结构及工作原理（2）掌握镍氢动力蓄电池的特性（3）能完成镍氢动力蓄电池组的拆卸与检查素质目标：（1）培养学生的爱国主义精神和创新精神，立志科技报国（2）培养学生具备从事汽车行业工作的职业素养和团队协作精神教学重难点教学重点：镍氢动力蓄电池的结构及工作原理；镍氢动力蓄电池的特性教学难点：镍氢动力蓄电池组的拆卸与检查教学方法情景模拟法、问答法、理实一体化教学法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单——镍氢动力蓄电池认知”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过超星APP或其他学习软件，收集镍氢动力蓄电池的相关资料，并进行了解【学生】提前上网观看相关资料，熟悉教材考勤【教师】使用超星APP进行签到【学生】按照老师要求签到互动导入【教师】讲述“一辆卡罗拉双擎混合动力汽车出现动力蓄电池单体电压过低、动力蓄电池性能下降的故障”案例，并提出问题如果你作为一名新入职新能源汽车维护检测人员，现在车间主管安排你完成此任务，你应该如何处理呢？【学生】聆听、思考、讨论、回答传授新知【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解镍氢动力蓄电池的结构及工作原理、镍氢动力蓄电池的特性、应用等内容镍氢动力蓄电池是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。镍氢动力蓄电池具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、无污染，被誉为“绿色电源”。与铅酸蓄电池相比，镍氢动力蓄电池具有比能量高、质量轻、体积小、循环寿命长的特点。1．镍氢动力蓄电池的结构【教师】通过多媒体展示“镍氢动力蓄电池的结构”图片，并进行讲解镍氢动力蓄电池的正极材料采用球形氢氧化镍，负极板的主要材料是镍的储氢合金。一个完整的单体镍氢动力蓄电池由正极材料、负极材料以及具有保液能力和良好透气性的隔膜、碱性电解液、金属壳体、具有自动密封的安全阀及其他部件组成。2．镍氢动力蓄电池的工作原理【教师】通过多媒体播放“镍氢动力蓄电池的工作原理”视频，并进行讲解镍氢动力蓄电池正极板的活性物质为NiOOH（放电时）和Ni(OH)2（充电时），负极板的活性物质为H2（放电时）和H2O（充电时），电解液采用30%的氢氧化钾溶液，其电化学反应如下：负极反应式：正极反应式：电池总反应式：镍氢动力蓄电池在充、放电过程中，正、负极板在进行电化学反应时不发生任何中间态的可溶性金属离子，电解液中没有任何组分消耗和生成，因而镍氢动力蓄电池可以做成密封型结构。3.镍氢动力蓄电池的特性镍氢动力蓄电池具有能量密度高，与同尺寸镍镉动力蓄电池相比，其容量是镍镉动力蓄电池的1.5～2倍；环境相容性好，无污染；可大电流快速充放电，充放电倍率高；无明显的记忆效应；低温性能好，耐过充放能力强等优点。工作电压与镍镉动力蓄电池相同为1.2V。镍氢动力蓄电池的缺点是自放电率高与寿命短，但也能达到500次循环寿命和国际电工委员会的推荐标准。1）充电特性【教师】通过多媒体展示“镍氢动力蓄电池的充电特性曲线”图片，并进行讲解开始时电压上升较快，然后比较平坦。这是由于Ni(OH)2导电性极差，但充电产物NiOOH导电性是前者的10倍，因而充电刚开始时，电压上升很快。有NiOOH生成后，充电电压上升速率降低，电压变得比较平坦。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，储氢合金中的氢原子扩散速度减慢。由于氧在储氢合金中的扩散速度受负极反应速度的限制，以及此时正极开始逐步析出O2，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O2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，加之镍氢动力蓄电池反应温度系数是负值，因此电池的充电电压就会下降。2）放电特性【教师】通过多媒体展示“镍氢动力蓄电池典型的放电性能”图片，并进行讲解镍氢动力蓄电池工作电压为1.2V，指的是放电电压的平台电压。它是镍氢动力蓄电池的重要性能指标。镍氢动力蓄电池的放电性能随放电电流、温度和其他因素的变化而变化。3）容量特性【教师】通过多媒体展示“镍氢动力蓄电池的容量特性”图片，并进行讲解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。镍氢动力蓄电池的充电电流、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。4）内压及温度特性【教师】通过多媒体展示“镍氢动力蓄电池充电过程中内压变化曲线”图片，并进行讲解镍氢动力蓄电池内压产生的基本原因是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。镍氢动力蓄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。5）自放电和储存性能【教师】通过多媒体展示“镍氢动力蓄电池的自放电和储存性能”图片，并进行讲解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。影响自放电速率的因素主要是电池储存的温度和湿度条件等。温度升高会使电池内正负极材料的反应活性提高，同时电解液的离子传导速度加快，隔膜等辅助材料的强度降低，从而使自放电反应速率大大提高。6）循环寿命【教师】通过多媒体展示“镍氢动力蓄电池的循环寿命”图片，并进行讲解镍氢动力蓄电池的循环寿命受充放电湿度、温度和使用方法的影响。在当前的技术状态下，按照IEC标准充放电时，充放电循环可以超过500次。在电动车辆上应用，镍氢动力蓄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可以达到5年以上，甚至达到10年以上镍氢动力蓄电池失效的原因有多方面，主要归纳如下：①电解液的损耗②电极材料的改变③隔膜的变化4．镍氢动力蓄电池的应用【教师】通过多媒体展示“镍氢动力蓄电池的应用”图片，并进行讲解镍氢动力蓄电池可以满足混合动力汽车高功率密度的要求，该类电池目前在混合动力汽车，尤其是在日系车型中应用广泛。丰田第一代混合动力汽车普锐斯的动力蓄电池采用的就是288V，6.5A·h的镍氢动力蓄电池。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，丰田凯美瑞混合动力车也采用了该镍氢动力蓄电池组。此外，本田思域、福特Escape以及大众公司的新途锐混合动力汽车也都采用了镍氢动力蓄电池作为动力电源。新途锐混合动力汽车是大众汽车旗下第一款采用电驱动技术的车型。该车型通过结合电力驱动、车辆滑行、能量回收和起动-停车系统四个方面的技术，使得这辆重达2.3t的SUV在城市路况的燃油效率较同级别车型提高了25%；在城市、高速公路和乡间的综合路况，平均油耗则降低了17%。【教师】布置任务查询相关资料，思考镍氢动力蓄电池的技术研究对于中国混动企业的发展有什么启发？。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答实践应用【教师】带领学生到实操间进行实践操作1．准备工作（1）实训场所：理实一体化实训室。（2）工具及设备：拆装专用工具、防护用具等。（3）台架/车辆：卡罗拉双擎镍氢动力蓄电池组。（4）辅助资料：车辆维修手册、教材等。2．操作步骤【教师】通过多媒体展示图片，并进行讲解1）拔下钥匙断开12V蓄电池负极2）佩戴绝缘手套，拆下维修开关并妥善保管维修开关10min后进行验电。3）拆卸后排座椅坐垫及其他饰板4）拆卸混合动力蓄电池1号进气管和冷却鼓风机总成5）拆卸动力蓄电池右侧盖6）拆卸动力蓄电池连接线束，并包裹绝缘7）拆卸动力蓄电池与车身连接6个螺栓8）抬出动力蓄电池9）根据镍氢动力蓄电池实训台架的功能演示，完成镍氢动力蓄电池的认知10）检查验收安装情况，确认6S管理【学生】以小组为单位，进行实操，根据分工填写“任务工