新能源汽车电池及管理系统电子教案 1.7 燃料电池与超级电容技术分析

课题名称1.7燃料电池和超级电容技术分析授课时数2教学目标知识目标：熟悉燃料电池和超级电容的结构；了解燃料电池和超级电容的工作原理；熟悉燃料电池和超级电容的特点。能力目标：能描述燃料电池和超级电容的结构；能描述燃料电池和超级电容的工作原理；能描述典型燃料电池和超级电容的结构；能描述燃料电池和超级电容特点。素质与思政目标：树立安全意识，6S管理意识；2.养成关注和自主学习电池新技术的习惯；3.树立爱护燃料电池及超级电容的意识。教学重点熟悉燃料电池和超级电容的结构；教学难点熟悉燃料电池和超级电容的特点。教学方法讲授法、讨论法课型理论教具（含电教设备）PPT授课后记教学过程一、复习旧知（2分钟）二、导入新课（3分钟）燃料电池无污染、无噪声、高效率，越来越受各国政府和汽车企业的重视。日本丰田公司从2014年推出了第一代Mirai氢燃料电池汽车至今，经过多年的开发研究，技术日趋成熟，于2020年又推出了第二代Mirai氢燃料电池汽车。我国的汽车企业如广汽、上汽大通、长城汽车、长安汽车等近年也陆续推出自己的氢燃料电池汽车。另外，由于超级电容具有充电速度快、循环寿命长、功率密度高等特点，为了弥补氢燃料汽车制造氢气的难度大和成本高的不足，各国汽车企业开始推出超级电容汽车。我国在超级电容汽车推广上，走在了世界的前面，宇通插电式混合动力城市客车、上海超级电容快速充电公交车已经运行了多年。作为新能源汽车维修企业的技术人员，应掌握燃料电池、超级电容技术，能对燃料电池、超级电容进行技术分析。讲解新知（20分钟）（一）燃料电池概述燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"水力发电、热能发电和\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"卡诺循环效应的限制，因此效率高。燃料电池用燃料和\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。（二）燃料电池的组成燃料电池主要由电极、\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"电解质隔膜与\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"集电器等组成。电极燃料电池电极主要分两部分：阳极和阴极。2.电解质隔膜电解质隔膜的主要功能是分隔氧化剂与还原剂，并传导离子。3.集电器集电器又称双极板（BipolarPlate），具有收集电流、分隔氧化剂与还原剂、疏导反应气体等功用。（三）燃料电池的类型燃料电池有三种类型：固体氧化物燃料电池(SOFC)、氢燃料电池、直接甲醇燃料电池(DMFC)。固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全固态能量转换装置，具有一般燃料电池的结构。2.氢燃料电池氢燃料电池以氢气作为燃料，与氧气经电化学反应后透过质子交换膜产生电能。氢和氧反应生成水，不排放碳化氢、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物，无污染，发电效益高。3.直接甲醇燃料电池(DMFC)直接以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池通常称为直接甲醇燃料电池。（四）燃料电池的优点无污染、无噪声、高效率（五）燃料电池工作原理以氢-氧燃料电池为例，介绍燃料电池氢-氧燃料电池反应原理。电极反应为：（六）典型汽车燃料电池技术分析以丰田Mirai氢燃料电池车为例。2014年，丰田汽车推出了第一代Mirai氢燃料电池汽车，它的动力系统主要由储氢罐、储能电池（动力电池）、燃料电池堆、高压储气罐、驱动电动机等组成，如图所示。丰田Mirai氢燃料电池车动力系统燃料电池堆总成电堆巡检壳体电堆燃料电池主要部件（1）CVM（电堆巡检）作用：采集燃料电池单体电压、电堆总电压信号，将采集到的电压信号输入燃料电池控制器，燃料电池控制器根据巡检信号判断电池的工作状态，并做对应的控制。电堆巡检外形及安装位置课堂练习（10分钟）1.描述锂电池的结构；2.描述锂电池的工作原理；3.描述典型锂电池的结构；4.描述锂电池的最新技术及特点。四、课堂考核（10分钟）1.考核