新能源汽車(chē)電池及管理系統(tǒng)電子教案 1.7 燃料電池與超級(jí)電容技術(shù)分析

課題名稱(chēng)1.7燃料電池和超級(jí)電容技術(shù)分析授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：熟悉燃料電池和超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)；了解燃料電池和超級(jí)電容的工作原理；熟悉燃料電池和超級(jí)電容的特點(diǎn)。能力目標(biāo)：能描述燃料電池和超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)；能描述燃料電池和超級(jí)電容的工作原理；能描述典型燃料電池和超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)；能描述燃料電池和超級(jí)電容特點(diǎn)。素質(zhì)與思政目標(biāo)：樹(shù)立安全意識(shí)，6S管理意識(shí)；2.養(yǎng)成關(guān)注和自主學(xué)習(xí)電池新技術(shù)的習(xí)慣；3.樹(shù)立愛(ài)護(hù)燃料電池及超級(jí)電容的意識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)熟悉燃料電池和超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)；教學(xué)難點(diǎn)熟悉燃料電池和超級(jí)電容的特點(diǎn)。教學(xué)方法講授法、討論法課型理論教具（含電教設(shè)備）PPT授課后記教學(xué)過(guò)程一、復(fù)習(xí)舊知（2分鐘）二、導(dǎo)入新課（3分鐘）燃料電池?zé)o污染、無(wú)噪聲、高效率，越來(lái)越受各國(guó)政府和汽車(chē)企業(yè)的重視。日本豐田公司從2014年推出了第一代Mirai氫燃料電池汽車(chē)至今，經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)研究，技術(shù)日趨成熟，于2020年又推出了第二代Mirai氫燃料電池汽車(chē)。我國(guó)的汽車(chē)企業(yè)如廣汽、上汽大通、長(zhǎng)城汽車(chē)、長(zhǎng)安汽車(chē)等近年也陸續(xù)推出自己的氫燃料電池汽車(chē)。另外，由于超級(jí)電容具有充電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)、功率密度高等特點(diǎn)，為了彌補(bǔ)氫燃料汽車(chē)制造氫氣的難度大和成本高的不足，各國(guó)汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始推出超級(jí)電容汽車(chē)。我國(guó)在超級(jí)電容汽車(chē)推廣上，走在了世界的前面，宇通插電式混合動(dòng)力城市客車(chē)、上海超級(jí)電容快速充電公交車(chē)已經(jīng)運(yùn)行了多年。作為新能源汽車(chē)維修企業(yè)的技術(shù)人員，應(yīng)掌握燃料電池、超級(jí)電容技術(shù)，能對(duì)燃料電池、超級(jí)電容進(jìn)行技術(shù)分析。講解新知（20分鐘）（一）燃料電池概述燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱(chēng)電化學(xué)發(fā)電器。它是繼\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"水力發(fā)電、熱能發(fā)電和\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過(guò)\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高。燃料電池用燃料和\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"氧氣作為原料，同時(shí)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，故排放出的有害氣體極少，使用壽命長(zhǎng)。（二）燃料電池的組成燃料電池主要由電極、\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"電解質(zhì)隔膜與\t"/item/%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/_blank"集電器等組成。電極燃料電池電極主要分兩部分：陽(yáng)極和陰極。2.電解質(zhì)隔膜電解質(zhì)隔膜的主要功能是分隔氧化劑與還原劑，并傳導(dǎo)離子。3.集電器集電器又稱(chēng)雙極板（BipolarPlate），具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體等功用。（三）燃料電池的類(lèi)型燃料電池有三種類(lèi)型：固體氧化物燃料電池(SOFC)、氫燃料電池、直接甲醇燃料電池(DMFC)。固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池是一種直接將燃料氣和氧化氣中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，具有一般燃料電池的結(jié)構(gòu)。2.氫燃料電池氫燃料電池以氫氣作為燃料，與氧氣經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)后透過(guò)質(zhì)子交換膜產(chǎn)生電能。氫和氧反應(yīng)生成水，不排放碳化氫、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物，無(wú)污染，發(fā)電效益高。3.直接甲醇燃料電池(DMFC)直接以甲醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池通常稱(chēng)為直接甲醇燃料電池。（四）燃料電池的優(yōu)點(diǎn)無(wú)污染、無(wú)噪聲、高效率（五）燃料電池工作原理以氫-氧燃料電池為例，介紹燃料電池氫-氧燃料電池反應(yīng)原理。電極反應(yīng)為：（六）典型汽車(chē)燃料電池技術(shù)分析以豐田Mirai氫燃料電池車(chē)為例。2014年，豐田汽車(chē)推出了第一代Mirai氫燃料電池汽車(chē)，它的動(dòng)力系統(tǒng)主要由儲(chǔ)氫罐、儲(chǔ)能電池（動(dòng)力電池）、燃料電池堆、高壓儲(chǔ)氣罐、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等組成，如圖所示。豐田Mirai氫燃料電池車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)燃料電池堆總成電堆巡檢殼體電堆燃料電池主要部件（1）CVM（電堆巡檢）作用：采集燃料電池單體電壓、電堆總電壓信號(hào)，將采集到的電壓信號(hào)輸入燃料電池控制器，燃料電池控制器根據(jù)巡檢信號(hào)判斷電池的工作狀態(tài)，并做對(duì)應(yīng)的控制。電堆巡檢外形及安裝位置課堂練習(xí)（10分鐘）1.描述鋰電池的結(jié)構(gòu)；2.描述鋰電池的工作原理；3.描述典型鋰電池的結(jié)構(gòu)；4.描述鋰電池的最新技術(shù)及特點(diǎn)。四、課堂考核（10分鐘）1.考核