純電動汽車課程教學(xué)設(shè)計(jì)

純電動汽車課程教學(xué)設(shè)計(jì)一、任務(wù)引入（時間：5分鐘）【知識回顧】1、世界新能源汽車的主要品牌？2、我國新能源汽車的主要車型品牌？3、系能源汽車的主要技術(shù)，何為三縱三橫？【任務(wù)分析】通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，掌握純電動汽車的定義、類型及總體結(jié)構(gòu)，明確純電動汽車的優(yōu)勢及劣勢，理解純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)及主要技術(shù)指標(biāo)?！灸繕?biāo)要求】1.掌握純電動汽車的類型與各總成結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)；2.熟知純電動汽車的特點(diǎn)；3.了解純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)及主要技術(shù)指標(biāo)?！窘虒W(xué)活動設(shè)計(jì)】教師活動：創(chuàng)設(shè)情境，展示教具；學(xué)生活動：體會場景，感知實(shí)物。二、知識準(zhǔn)備（時間：100分鐘）【相關(guān)知識】1.導(dǎo)入新課由于純電動汽車具有零排放、不依賴石油、耗電低，操作維修簡便等優(yōu)點(diǎn)，世界主要汽車公司和專業(yè)電動汽車生產(chǎn)集團(tuán)公司都在研發(fā)和生產(chǎn)純電動汽車。同時消費(fèi)者對純電動汽車的了解和接受程度也越來越強(qiáng)。今后電動汽車的發(fā)展方向?qū)⑹且噪姵?、電機(jī)及整車等技術(shù)為著力點(diǎn)，提高其可靠性、動力性和續(xù)駛里程，降低成本，加強(qiáng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃，加快電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。下面我們一起進(jìn)入純電動汽車的學(xué)習(xí)。2.講授新知識一、純電動汽車簡介純電動汽車廣義上可理解成由電動機(jī)驅(qū)動的車輛，電動機(jī)的驅(qū)動電能來源于車載儲能裝置（如蓄電池、超級電容、飛輪儲能裝置等），它包括在道路上行駛的電動車輛，低速的工業(yè)用電瓶車，機(jī)場、碼頭、倉庫用的電動運(yùn)輸車和電動叉車，電動觀光游覽車，電動巡邏車及各種電動專用車等。純電動汽車狹義上指的是從車載儲能裝置獲得電能，由電機(jī)驅(qū)動，同時滿足道路安全法規(guī)對汽車的各項(xiàng)要求，允許在正規(guī)道路行駛的車輛?？偟膩碚f，純電動汽車是涉及機(jī)械、電子、電力、微機(jī)控制等多學(xué)科的高科技技術(shù)產(chǎn)品，是與燃油汽車相對應(yīng)的。二、純電動汽車分類純電動汽車根據(jù)動力源的不同可分為2類，即用純蓄電池作為動力源的純電動汽車和裝有輔助動力源的純電動汽車。1.用純蓄電池作為動力源的純電動汽車用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車，只裝置了蓄電池組，它的電力和動力傳輸系統(tǒng)如圖所示。2.裝有輔助動力源的純電動汽車用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車，蓄電池的比能量和比功率較低，蓄電池組的質(zhì)量和體積較大。因此，在某些純電動汽車上增加輔助動力源，如超級電容器、發(fā)電機(jī)組、太陽能等，由此改善純電動汽車的啟動性能和增加續(xù)駛里程。裝有輔助動力源的純電動汽車的電力和動力傳輸系統(tǒng)如圖所示。三、純電動汽車的結(jié)構(gòu)組成與原理燃油汽車主要由發(fā)動機(jī)，底盤、車身和電氣四大部分組成，純電動汽車的結(jié)構(gòu)與燃油汽車相比，主要增加了電力驅(qū)動控制系統(tǒng)，而取消了發(fā)動機(jī)，由電力驅(qū)動主模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分組成。當(dāng)汽車行駛時，由蓄電池輸出電能（電流）通過控制器驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)帶動車輪前進(jìn)或后退。電動汽車?yán)m(xù)駛里程與蓄電池容量有關(guān)，蓄電池容量受諸多因素限制。要提高一次充電續(xù)駛里程，必須盡可能地節(jié)省蓄電池的能量。典型的純電動汽車結(jié)構(gòu)如下圖所示。動力蓄電池組輸出電能驅(qū)動電動機(jī)，從而推動車輛行駛。蓄電池的電能通過充電系統(tǒng)在車輛行駛一定里程后進(jìn)行補(bǔ)充。電力驅(qū)動控制系統(tǒng)工作原理1.電力驅(qū)動主模塊①組成：電力驅(qū)動主模塊主要包括中央控制單元、驅(qū)動控制器、電機(jī)、機(jī)械傳動裝置和車輪等。②功用：將存儲在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動能，并能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。2.車載電源模塊電源電源模塊主要包括蓄電池電源、能量管理系統(tǒng)和充電控制器等。它的功用是向電動機(jī)提供驅(qū)動電能、監(jiān)測電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。輔助模塊輔助系統(tǒng)主要包括輔助動力源、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室顯示操縱臺和各種輔助裝置等。輔助系統(tǒng)除輔助動力源外，依據(jù)不同車型而不同。四、純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式1.傳統(tǒng)機(jī)械傳動型傳統(tǒng)機(jī)械傳動型純電動汽車由燃油汽車底盤改裝，基本保留燃油汽車的機(jī)械傳動系統(tǒng)（離合器、變速器、差速器等），內(nèi)燃機(jī)換成電動機(jī)。2.無變速器型無變速器型純電動汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是取消了離合器和變速器，采用了固定傳動比的減速器，通過對電動機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)變速功能。這種布置形式的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械傳動系統(tǒng)得到簡化，質(zhì)量、體積減小，但對電動機(jī)要求較高，要求較大的起動轉(zhuǎn)矩及較大后備功率，以保證汽車的起步、加速、爬坡等動力性要求。3.輪邊電動機(jī)驅(qū)動型輪邊電動機(jī)驅(qū)動型純電動汽車不帶變速器，通過電動機(jī)控制實(shí)現(xiàn)變速功能；驅(qū)動系統(tǒng)采用多電動機(jī)（2個或4個），電動機(jī)位于車輪一側(cè)，每個電動機(jī)配備一個減速器，沒有機(jī)械差速器，兩側(cè)電動機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子差速的功能。4.輪轂電動機(jī)驅(qū)動型輪轂電動機(jī)驅(qū)動型純電動汽車將電機(jī)置于驅(qū)動輪內(nèi)部，進(jìn)一步縮短了電動機(jī)與驅(qū)動輪間的動力傳遞路徑。按照是否配備減速器，分為帶減速器式左下圖和不帶減速器式右下圖兩類。帶減速器式輪轂電動機(jī)一般采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機(jī)，轉(zhuǎn)速可高達(dá)10000r/min，必須配置減速器來降低轉(zhuǎn)速，如下圖a。不帶減速器式輪轂電動機(jī)一般采用低速外轉(zhuǎn)子電動機(jī)，外轉(zhuǎn)子就安裝在車輪輪緣上，電動機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速相等，最高轉(zhuǎn)速在1000～1500r/min，不需要減速裝置，如下圖b所示。但是，低速外轉(zhuǎn)子電動機(jī)的體積、質(zhì)量較大，成本較高。五、純電動汽車動力系統(tǒng)的選擇純電動汽車動力系統(tǒng)中電池、電動機(jī)、傳動系統(tǒng)這三種動力部件的參數(shù)對汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性有很大影響。在確定這些參數(shù)的時候，必須充分考慮滿足這兩個基本性能要求。1．電動機(jī)的選擇（1）電動機(jī)類型的選擇電動機(jī)類型的選擇不僅要考慮電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和效率，還需要從電動汽車的整車設(shè)計(jì)目標(biāo)、驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、成本控制等方面出發(fā)，綜合考慮電動機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性、可維護(hù)性、質(zhì)量體積、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、成本等其他因素。下表為純電動汽車用電動機(jī)的性能比較。（2）電動機(jī)功率的選擇電動機(jī)的功率大小對電動汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性有直接的影響。電動機(jī)如果選擇過小，就不能在正常狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)電動汽車要求的性能指標(biāo)，經(jīng)常在過載狀態(tài)下運(yùn)行，易損壞電動機(jī)及相關(guān)電力器件；相反，如果電動機(jī)功率選擇太大，雖然車輛的后備功率增加，有利于提升車輛的加速和爬坡能力，但是電動機(jī)經(jīng)常在欠載狀態(tài)下運(yùn)行，工作效率低、浪費(fèi)電能，縮短了車輛的續(xù)駛里程。因此，合理選擇電動機(jī)功率非常重要。（3）電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的選擇額定功率相同的電動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速越高，電動機(jī)體積越小，質(zhì)量越輕，造價(jià)越低，因此選擇高速電動機(jī)比較經(jīng)濟(jì)。但是電動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，需要的傳動機(jī)構(gòu)的傳動比越大，使傳動機(jī)構(gòu)越復(fù)雜。（4）電動機(jī)額定電壓的選擇額定電壓是電動機(jī)的一個重要性能參數(shù)。純電動汽車用電動機(jī)的額定電壓選擇與動力電池組電壓密切相關(guān)。在相同輸出功率條件下，電池組電壓高則電流小，對導(dǎo)線和電力器件要求較低。但較高的電壓需要較多的電池串聯(lián)，會增加整車成本和總質(zhì)量，并且車載設(shè)備的安全保護(hù)級別也需要提高。電動機(jī)的額定電壓如果選得太低，則要求導(dǎo)線截面積更大，電力器件額定電流更大，增加了導(dǎo)線布置安裝的難度及電力器件的成本，并且會使電力器件的額外損耗增加，使用壽命縮短。2．電池的選擇（1）電池類型的選擇電池是純電動汽車的動力來源，為了達(dá)到動力性和續(xù)駛里程的要求，對它的基本要求是具有較高的比功率和比能量。此外，為了能夠更好地使用電池，還要求其可靠性強(qiáng)、循環(huán)壽命長、充電快、易維護(hù)、環(huán)保性能好、充放電效率高及成本不過高。動力電池的類型應(yīng)當(dāng)根據(jù)車輛的性能指標(biāo)、動力系統(tǒng)的類型與布置及整車成本控制，綜合考慮各類型電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行選定。鉛酸電池由于質(zhì)量大、充電時間長等不足，目前只在小型電動車輛上應(yīng)用，鎳氫電池和鋰離子電池是當(dāng)前動力電池的主流。（2）電池?cái)?shù)量的選擇由于單塊電池不能滿足整車的電壓和能量的要求，因此純電動汽車的電池系統(tǒng)需要采用多塊電池，它們以串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式形成電池組。電池的數(shù)量要滿足純電動汽車的兩項(xiàng)基本要求，一是能夠滿足車輛最大行駛功率的要求，二是要攜帶足夠的能量以滿足規(guī)定的車輛續(xù)駛里程要求。3．傳動系統(tǒng)的選擇由于電動機(jī)的特性接近于理想驅(qū)動特性，理論上是可以直接用于驅(qū)動電動汽車的，但要達(dá)到整車的動力性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的性能指標(biāo)，對電動機(jī)的負(fù)載能力、高效率區(qū)范圍有極高的要求，符合這種要求的電動機(jī)的設(shè)計(jì)和制造成本目前還很高。因此，目前的純電動汽車只有少數(shù)采用電動輪直接驅(qū)動的形式，多數(shù)車輛的驅(qū)動系統(tǒng)為電動機(jī)匹配了機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，以滿足整車的動力性要求，并可減輕電動機(jī)的負(fù)荷，提高它在復(fù)雜行駛工況下的運(yùn)行效率，有利于獲得較大的續(xù)駛里程。六、純電動汽車的特點(diǎn)（1）無污染，噪聲低。純電動汽車不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的，有“零污染”的美稱；電動汽車無內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲，電動機(jī)噪聲小。（2）能源效率高，多樣化。電動汽車的能源效率已超過汽油機(jī)汽車，特別是在城市運(yùn)行。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機(jī)可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)制動減速時能量的再利用。電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電高峰，有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷，減少費(fèi)用。（3）結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便。電動汽車較內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小，當(dāng)采用交流感應(yīng)電動機(jī)時，電動機(jī)無需保養(yǎng)維護(hù)，更重要的是電動汽車易操縱。（4）動力電源使用成本高，續(xù)駛里程短。目前電動汽車尚不如內(nèi)燃機(jī)汽車技術(shù)完善，尤其是動力電池的壽命短，使用成本高。電池的儲能量小，一次充電后行駛里程不理想，電動車的價(jià)格較貴。但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，電動汽車存在的缺點(diǎn)會逐步得到解決。七、純電動汽車示例1．比亞迪宋EV300純電動汽車在2016年度新能源車銷量前20車型榜單中，比亞迪旗下車型就占了5席，年銷量超過10萬輛，比2015年增長63.93%。其“542”（百公里加速5秒、4輪驅(qū)動、百公里油耗2升）戰(zhàn)略確實(shí)取得了新的突破。隨著排放壓力越來越大，2017年新能源市場還會繼續(xù)暴漲。比亞迪計(jì)劃今年推出7款新車來穩(wěn)固市場的地位。宋EV300是比亞迪推出的首款純電動SUV如下圖所示，綜合續(xù)航里程達(dá)300公里，同時該車還配備了遙控駕駛等配置。2．特斯拉ModelS純電動汽車特斯拉Models是由美國Tesla汽車公司制造的一款全尺寸高性能轎車，最高車速為200km/h，0～100km/h的加速時間僅為5.6s，充滿電最大行駛里程可達(dá)502km。特斯拉ModelS車身尺寸為4978mm×1964mm×1435mm，軸距為2595mm，最小離地間隙為152mm;整備質(zhì)量為2108kg；乘坐5人。3．上汽榮威E50純電動汽車榮威E50是由上汽集團(tuán)歷時三年自主研發(fā)，匯集眾多國際先進(jìn)技術(shù)，合力打造出的一款純電汽車。不同于多數(shù)純電動車是在原有內(nèi)燃機(jī)車型上升級而來，榮威E50采用專為純電動力而全新開發(fā)的整車平臺，是中國首款完全意義上的純電動汽車，在電機(jī)、電池的布置和車身的設(shè)計(jì)過程中，充分考慮了整車性能和人機(jī)工程之間的平衡，既獲得最好的車內(nèi)空間，又滿足了整車性能目標(biāo)的要求，減少了碰撞時對人體的傷害。榮威E50榮威E50車身尺寸為3569x1551x1540mm，軸距2305mm，整備質(zhì)量1080kg，該車為3門4座兩廂車。上汽榮威E50純電動汽車如下圖所示。4．日產(chǎn)Leaf純電動汽車日產(chǎn)Leaf是在騏達(dá)車型的基礎(chǔ)上開發(fā)的電動汽車，采用傳統(tǒng)的五門掀背型結(jié)構(gòu)，其車身尺寸為4445mm×1770mm×1550mm，軸距為2700mm；整備質(zhì)量為1525kg；乘坐4人，如左下圖所示。該車充分考慮空氣動力學(xué)因素，車身前端設(shè)計(jì)很有特色，V形設(shè)計(jì)使前保險(xiǎn)杠與前風(fēng)窗玻璃平滑地融為一體，可有效減小風(fēng)阻。車頭燈豎直凸出向后延伸的設(shè)計(jì)則能夠分散導(dǎo)向兩側(cè)后視鏡的氣流，有利于降低風(fēng)噪和風(fēng)阻。5．北汽E150EV純電動汽車北汽E150EV是北京汽車新能源汽車有限公司自主研發(fā)的一款兩廂純電動汽車如下圖所示。該車具有450L的后備空間，人性化的22處儲物空間，再加上電動滅窗、6.5寸液晶觸摸導(dǎo)航大屏、多功能轉(zhuǎn)向盤、一鍵升降車窗、電動折疊外后視鏡、主副駕安全氣囊、四六折疊后排座椅、泊車?yán)走_(dá)十可視化泊車輔助等27項(xiàng)全功能安全和舒適配置，使其在日常使用和駕駛體驗(yàn)上絲毫不遜于傳統(tǒng)燃油汽車?！窘虒W(xué)活動設(shè)計(jì)】教師活動：講授知識，講演結(jié)合；學(xué)生活動：理解結(jié)構(gòu)、原理、性能。三、任務(wù)實(shí)施（時間：60分鐘）【任務(wù)實(shí)施】純電動汽車的認(rèn)識1.基本設(shè)備一臺電動汽車。2.操作步驟認(rèn)識新能源汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本組成，熟悉驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式。3.具體操作【步驟一】示范操作【步驟二】學(xué)生操作訓(xùn)練或課堂實(shí)踐4.適任評估對任務(wù)效果進(jìn)行檢驗(yàn)評價(jià)。1.評估要素結(jié)合能力要求2.評估標(biāo)準(zhǔn)①操作準(zhǔn)確、熟練（100％×滿分）；②操作準(zhǔn)確、較為熟練（80％×滿分）；③熟練程度一般、能完成操作（60％×滿分）；……【教學(xué)活動設(shè)計(jì)】教師活動：示范操作，突出要領(lǐng)；學(xué)生活動：工學(xué)結(jié)合，學(xué)做合一。四、項(xiàng)目拓展