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

课题任务3-3锂离子动力蓄电池认知课时4课时（180min）教学目标知识技能目标：（1）掌握锂离子动力蓄电池的结构及工作原理（2）掌握锂离子动力蓄电池的特性及应用（3）能完成锂离子动力蓄电池组的拆卸检查素质目标：（1）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（2）培养学生“敬、精、专、创”的工匠精神教学重难点教学重点：锂离子动力蓄电池的结构及工作原理；锂离子动力蓄电池的特性及应用教学难点：能完成锂离子动力蓄电池组的拆卸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——锂离子动力蓄电池认知”，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，收集锂离子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“一名客户想要购买一辆吉利帝豪EV汽车，他来到4S店想要了解吉利帝豪EV动力蓄电池的类型和特点。”案例，并提出问题如何对新能源汽车铅酸蓄电池进行检查？作为一名销售顾问，请你为客户介绍主流动力蓄电池的基本知识。【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，讲解锂离子动力蓄电池的结构及工作原理、锂离子动力蓄电池的特性及应用等内容锂离子动力蓄电池是一种二次电池（充电电池），近年来，锂电池不仅广泛应用于新能源汽车、消费类电子产品、储能领域，而且受工业智能化、军事信息化、民用便利化以及互联网、物联网、智慧城市快速发展带动，应用场景日趋丰富。1．锂离子动力蓄电池的结构【教师】通过多媒体展示“锂离子动力蓄电池的结构”图片，并进行讲解锂离子动力蓄电池基本都由正极、负极、电解质及隔膜组成，另外加上正负极引线、安全阀、正温度控制端子（PTC）、电池壳等。（1）正极层状化合物、尖晶石型结构、橄榄石型结构（2）负极碳材料、氧化物负极材料、金属及合金类负极材料（3）电解质（4）隔膜2．锂离子动力蓄电池的分类【教师】通过多媒体展示“锂离子动力蓄电池的分类”图片，并进行讲解锂离子动力蓄电池可以分成两个大类：一次性不可充电电池（又称为锂原电池）和二次充电电池（又称为锂蓄电池）。不可充电电池如锂二氧化锰电池、锂-亚硫酰胺电池等。二次充电电池可以根据不同的情况分类：1）按外形分方形锂电池（普通手机电池）、圆柱形锂电池（电动工具的18650）和纽扣式锂离子动力蓄电池。2）按外包材料分铝壳锂电池、钢壳锂电池、软包电池3）按电解液状态分锂离子动力蓄电池（LIB）、聚合物电池（PLB）和全固态锂离子动力蓄电池（目前还处于试验阶段）4）按用途分普通电池和动力蓄电池5）按性能特性分高容量电池、高倍率电池、高温电池、低温电池6）按正极材料分磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元锂电池3.锂离子动力蓄电池的工作原理【教师】通过多媒体播放“锂离子动力蓄电池的工作原理”视频，并进行讲解锂离子动力蓄电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，在有外电路连接的情况下，就会形成电流，此时锂原子氧化为锂离子并经由电解液游到负极去，进入负极的储存晶格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个过程相反。4．锂离子动力蓄电池的性能特点【教师】通过多媒体展示“锂离子动力蓄电池基本充放电电压曲线”图片，并进行讲解（1）充放电特性锂离子动力蓄电池充电从安全、可靠及兼顾充电效率等方面考虑，通常采用两段式充电方法。第一阶段为恒流限压，第二阶段为恒压限流。锂离子动力蓄电池充电的最高限压值根据正极材料不同而有一定的差别。对于不同的锂离子动力蓄电池，区别主要有两点：①第一阶段恒流值，根据电池正极材料和制造工艺不同，最佳值存在一定的差别。一般采用电流范围为0.2～0.3C。②不同锂离子动力蓄电池在恒流时间上存在很大的差别，恒流可充入容量占总体容量的比例也存在很大差别。从电动汽车实际应用角度出发，恒流时间越长，充电时间越短，更有利于应用。此外锂离子动力蓄电池放电在中前期电压稳定，下降缓慢，但在放电后期电压下降迅速。（2）安全性提高锂离子动力蓄电池安全性的措施有：①使用安全型锂离子动力蓄电池电解质，如采用阻燃电解液，使用固体电解质，代替有机液态电解质等。②提高电极材料热稳定性。一种方法是对负极材料的表面包覆，如在石墨表面包覆无定形碳或金属层；另一种方法是在电解液中添加成膜添加剂，在电极材料表面形成稳定性较高的固体电解质界面膜（SEI），有利于获得更好的热稳定性。此外还可以通过体相掺杂、表面处理等手段提高正极材料热稳定性。（3）温度对锂离子动力蓄电池使用性能的影响①温度对可用容量比率的影响。②温度对电池内阻的影响。（4）锂离子动力蓄电池不能过充过放的原因放电时，锂离子不能完全移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证下次充电时锂离子可以畅通嵌入通道，否则，电池寿命就相当短。不能过充，否则会因正极材料中的锂离子移走太多时，造成晶格坍塌，而使电池表现出寿命终结状态。由此可见，锂离子充、放电控制精度要求相当高，既不能过充，也不能过放，否则都将影响电池寿命，这是由锂离子动力蓄电池的工作机理所决定的。（5）锂离子动力蓄电池的优点①工作电压高。②比能量高③循环寿命长④自放电小⑤无记忆效应⑥环保性高【教师】布置任务查阅相关资料，阐述2023年锂离子动力蓄电池有哪些技术突破？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答5.锂离子动力蓄电池的应用【教师】通过多媒体展示“性能对比”、“吉利帝豪EV450动力蓄电池结构”、“比亚迪E5电池内部结构”、“比亚迪刀片电池”图片，并进行讲解如今，在售的新能源汽车配备的锂离子电池主要有磷酸铁锂电池、三元锂电池两种，这两种电池在自身特点上存在显著差异。（1）吉利帝豪EV450三元锂电池吉利帝豪EV450使用宁德时代的三元锂电池，以钻酸锂、锰酸锂或像酸馄等化合物为正极，可嵌入锂离子的碳材料为负极，使用有机电解质，拥有52kWh的容量，辅以ITCS2.0智能温控系统，保障电池寿命，动力蓄电池总成安装在车体下部。（2）比亚迪E5磷酸铁锂电池2017年款比亚迪E5，采用磷酸铁锂电池。整个动力蓄电池由12个电池组串联，12个BIC、190个单体蓄电池。单体电压为3.3V，电池包内部含有2个分压接量密触器、1个正极接触器、1个负极接触器、采样线束、电池模组连接片和连接电缆等。（3）比亚迪汉EV刀片电池刀片电池从原理上来讲还是磷酸铁锂电池，只是在制造工艺上做了改进，其外形狭长类似“刀片”，故取名刀片电池.【教师】随机邀请学生完成以下任务查阅资料，思考锂离子动力蓄电池面临哪些挑战？下一代技术发展趋势是什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答【学生】聆听、思考、理解、记忆实践应用【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：帝豪EV450。（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，并进行讲解拆卸动力蓄电池包1）回收冷却液高压断电与检验断开辅助蓄电池负极，并包裹绝缘断开车载充电机侧动力蓄电池高压母线，病包裹绝缘等待放电5min用万用表验电，测得电压。2）举升车辆断开高低压举升车辆至适当位置断开动力蓄电池测高压母线断开动力蓄电池包低压插接器3）断开动力蓄电池包冷却水管，回收冷却液，冷却液若有泄露，请及时清洁4）选择正确的套筒，拆卸动力蓄电池包与车身接地线5）用扭力扳手对角松开动力蓄电池包固定螺栓6）将动力蓄电池包举升平台放置车下，并调整到适当的高度7）安全举升车辆，移出动力蓄电池包安装动力蓄电池包1）将动力蓄电池包举升到合适的位置2）安装动力蓄电池包固定螺栓，并用棘轮紧固3）确保所有螺栓安装后，退出举升平台并用扭力扳手紧固电池包固定螺栓4）安装动力蓄电池包接地线束5）安装动力蓄电池包冷却水管6）安装动力蓄电池包低压插接器7）安装动力蓄电池包侧高压母线8）安装车载充电机侧动力蓄电池母线，安装辅助蓄电池负极，并给车辆加注冷却液完成锂离子动力蓄电池的认知检查验收安装情况，确认6S管理【学生】以小组为单位，进行实操，根据分工填写“任务工单——