《安装电池》教学设计

《安装电池》教学设计（精选10篇）

，

二、蓄电池间连线宜采用软导线或电缆连接，端电池宜采用电缆作为引出线。

三、电容器应牢固地固定在支架上，电容器引线宜采用软导线。当采用硬母线时，应装设伸缩接头装置。

一、锂离子电池与铅酸电池比较的性能优势明显：

重量能量密度与体积能量密度的比较是最能体现出来电池性能的指标，锂离子电池能量密度一般在200~260wh/g，铅酸电池一般在50~70wh/g，重量能量密度锂电池就是铅酸的3~5倍，这意味着相同容量情况下，铅酸电池是锂电池的3~5倍，所以在储能装置轻量化上，锂电池优势明显，这一点也是旅居房车减重的有利因素。

锂离子电池的体积容量密度通常是铅酸电池的1.5倍左右，也就是相同容量的情况下，锂电池比铅酸电池体积要小百分之三十以上。

目前市面上使用较多的锂离子电池为三元锂电池和磷酸铁锂电池，在使用周期上，三元锂电池循环使用次数大约在1000次以上，磷酸铁锂电池的循环使用次数大约在次以上，铅酸电池的循环使用次数通常只有300次左右，因此锂电池的使用寿命是铅酸电池的`3-6倍以上。

从价格来看锂离子电池在价格上比铅酸电池要贵，大约是3-4倍左右，但是结合使用寿命来看，投入成本相同，依然是锂离子电池使用周期要长一些。

二、锂离子电池的不安全因素主要有什么？

锂离子电池因为安全性较铅酸电池要稍差，主要表现为易燃易爆，导致易燃易爆主要为以下四个方面原因：

1、锂离子电池内部短路：

锂电池本身结构或制作工艺缺陷导致极耳内插、外力刺破，挤压，正负极隔膜包裹富余过少、毛刺、隔膜打折等原因引起。这种情况，多是由于电池生产厂商的产品质量问题，和车友使用中对于锂电池的物理损伤引起。

2、锂离子电池外部短路：

主要由于使用不当或者组装不科学，例如加装电池组的金属外盒时没考虑极耳绝缘，锂电池固定措施不合理，在车友使用过程中电池组的晃动也很容易引起电池外部绝缘保护膜破损或者连接线皮破损，最终导致短路燃烧或爆炸。

3、过充导致的起火爆炸：

这个是最危险的因素，一般由于车友不按要求使用电流与电压匹配的充电器，从而破坏保护线路，致使保护电路起不到过充保护的作用，因为大多车友充电往往都是不限时充的，这种情况不炸都难。

还有就是电池配组不合理且保护板失效，这种情况下也容易导致起火或者爆炸。

4、电池制作过程中使用原材料不合格：

原材料不合格，可能会在标定的电压电流下产生过热，从而发生事故，这一般多由于小作坊生产的锂离子电池质量低劣所致，由于车友购买锂电池时，忽略品牌与正规生产厂商，这类事故在旅居房车上时有发生。

三、旅居车友选购锂离子电池应该注意的事项：

首先，在新能源汽车领域，越来越多的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池，充分说明锂电池的安全是完全可控的，那么，为什么还有那么多反对房车使用锂电池的声音呢？

主要原因是，房车市场规模太小，目前并没有大的锂电池厂商为旅居房车专门生产大容量锂电池组。

而锂电池生产利润空间较大，导致很多杂牌低劣锂电池横行市场，低价竞争成为他们的一贯手段。夸大其词的宣称和不切实际的标注容量，但这些锂电池迅速被二级市场所接受，房车车友们组装的大容量锂电池很多就属于这一类。

车友们能够购买到的锂电池芯与锂电池控制模块，很少有一线厂商生产的，组装安装也几乎没有正规的流水线，大多都是小作坊或者个人组装，质量与安全性难以保障。

总结：

1、锂离子电池以它的优越性能必将会成为旅居房车电池的首选。

2、旅居房车选购锂电池一定要选择大厂家生产的电芯，一定要在正规负责的企业组装。要记住不合格的质量低劣锂电池就是放在身边的定时炸弹。

3、使用过程中避免暴力撞击，挤压，避免进水等容易导致电池短路的意外因素，避免过冲，过放等容易使电池温度增高等因素。

4、一旦锂电池组安装好后，尽量避免私自更改线路。

5、电池应放在4℃~35℃的干燥环境中，或者使用防潮包装。

6、要远离热源，也不要置于阳光直射的地方。

如能把握以上几点注意事项，那么就请放心使用锂电池，毕竟它的超强性能和表现能为您提供更加充足的电能，使您的旅居生活不再因为用电而困惑，让您的旅居生活更加丰富多彩。

RV旅居实验室再次提醒各位旅居车友：

新能源汽车包括燃气汽车(液化天然气、压缩天然气)、燃料电池电动汽车(FCEV)、纯电动汽车(BEV)、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、混合动力汽车(油气混合、油电混合)太阳能汽车和其他新能源(如高效储能器)汽车等,其废气排放量比较低。

《节能与新能源汽车产业发展规划》指出新能源汽车是指采用新型动力系统,完全或主要依靠新型能源驱动的汽车,主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。节能汽车是指以内燃机为主要动力系统,综合工况燃料消耗量优于下一阶段目标值的汽车。发展节能与新能源汽车是降低汽车燃料消耗量,缓解燃油供求矛盾,减少尾气排放,改善大气环境,促进汽车产业技术进步和优化升级的重要举措。

新能源汽车关键是要用起来方便,杭州目前制定了四种新能源充电模式:立体型电站,专门负责为电池充电;充换电站;配送中心,集装箱大小,可以移动,在超市、加油站等地方驻点;充电桩,分布在城区各个地方,直接充电使用。尽管电机、电控等技术也是电动汽车产业中的关键技术,但起到基础性和决定性作用的还是动力电池技术。考虑到我国在传统汽柴油发动机和混合动力技术方面大幅度落后于国际先进水平的现状,动力电池技术为我国占据未来新能源汽车产业的制高点提供了难得的突破口,应该珍惜这一难得的机遇。[1,2]

2 专利文献分析

用于动力装置蓄电池的布置与安装分类号集中在B60S5/06,B60K1/04,B60R16/04。在VEN中B60S5/06专利的申请总量为1206篇。B60S5/06分类号下各国申请量分布来看,中国是申请量最大的国家,这与近几年国家政策的支持与导向有密切的关系。对国际主要申请人进行分析,其中STILL GMBH、LINDE MATERIAL HANDLING GMBH以及JUNGHEINRICH AG都是著名的叉车生产企业,其相关专利均为叉车换电装置。而RENAULT(雷诺)和STATE GRID CORP CHINA(国家电网)是乘用车的动力装置蓄电池的布置与安装的主要申请人。对国内主要申请人分布分析,可以看出国内申请人较分散,各个单位申请量分布较均匀,且以国企和学校居多。通过上述分析可知,雷诺是本领域的主要申请人,且其是国际知名汽车企业,因此,梳理其在动力装置蓄电池的布置与安装领域的专利布局是很有意义的。

3 雷诺集团关于动力蓄电池的布置与安装的专利分析

雷诺是一家历史悠久的法国车辆制造商。其在分类号B60S5/06的题分为四个部分:结构类、锁紧机构、拆卸系统、换电系统。

结构类,例如:FR2964623 A3,其核心技术方案为:一种将电池固定到车架上的方法,该方法包括在车辆底盘(2)和电池(7)之间插入弹性可变形单元(5),力F使得弹性单元变形,同时产生反作用力。锁紧机构(12)设置在变形单元周围,以此阻碍电池与底盘间因为相互作用力而产生的相对运动。弹性单元(5)的作用是抗腐蚀。这类文献从改进支撑结构入手,将蓄电池的布置、安装与解决抗腐蚀、防碰撞、通风等安全性问题相结合。

锁紧机构类,例如FR2944545 A1,其核心技术方案为:该装置包括一个缸体(1)来接受绕轴运动的空心杆,缸体顶部有一协同运动的单元2。位移单元确保横向杆的位移量。位移单元由电机10控制。这类文献集中于蓄电池锁定/解锁,既有结构简单的液压缸体推动式、锁止机构旋转固定式,也有精确度高的位移控制式。

在拆卸系统中主要存在两个问题:如何对齐;如何提高效率。例如:FR2988040 A1,其核心技术方案为:拆卸电池工具,包括对齐部件13、14用以在车辆X,Y方向对齐,支撑部件15用以微调底部对齐度,锁定解锁机构16操作固定螺栓17。FR2952334 A1,其核心技术方案为:用于锁定和/或解锁给驱动机动车辆的马达供能的电池的工具箱装置(1),其特征在于,该工具箱装置包括支承壳体(2)和传动系统,该传动系统包括至少一个齿轮箱(4)和至少一个传动轴(5),它们连接到至少一个用于与电池锁定/解锁机构相接合的系统(6)上。一种通用且标准的装置,该装置包括参与对安装在机动车辆上的电池的锁定和/或解锁机构进行致动的工具。换电站类,例如,FR2948618 A1,其核心技术方案为:换电站包括V型轨道和调整停止位置的单元,以此适应不同类型的车更换电池。该类文献从系统的角度考虑蓄电池布置与安装问题,改进换电站的整体运作方式。换电站在工作时有四个主要的技术问题:(1)安全性;(2)准确性;(3)效率;(4)通用性。专利文献FR2947504 A1吸收车辆靠近换电系统时的力,提升了安全性;专利文献FR2944243 A1提供了一种简单的凹凸对齐的方式,以提升换电的准确性;专利文献FR2944502 A1提供了一种机械手式地换电系统,提高了换电效率;专利文献FR2948618 A1提供了一种可以为携带不同类型电池换电的换电站,提高了通用性。

4 结束语

从上述专利分类布局来看,蓄电池布置与安装有较多类型需要解决的技术问题,其中最主要的是:(1)准确对接锁定/解锁装置与蓄电池;(2)提升系统的通用性。锁-拆卸系统-换电站是一个由具体到统筹的过程。具体来说将专利文献FR2944545 A1-FR2952334 A1-FR2944502A1放在一起,可以看作是一套技术的布局,由具体的电机控制位移的单臂,发展到电机控制的多自由度的标准化多臂,最后到结构细化的换电站。

摘要：新能源汽车关键是要用起来方便,动力电池技术起到基础性和决定性作用,文章对蓄电池布置与安装现有专利布局进行分析,得出蓄电池布置与安装领域最需要解决的技术问题。

关键词：蓄电池,布置与安装,专利

参考文献

[1]梁帅,李海波,陈娜.世界新能源汽车专利主体的竞争态势研究[J].科技管理研究,2015(4).

在农用机动车辆上正确安装使用蓄电池的方法是：

一、先要弄清楚所装机动车辆的搭铁极柱的极性，保证蓄电池的搭铁极柱极性与机车上发电机的搭铁相同相连。若搭铁极柱的极性识别不清时，可在两极柱上各联一根导线，再将两根导线插入盛有食盐水的容器内，使两根导线在容器内分开1厘米左右。这时，在导线周围产生气泡较多的那根导线即为负极柱，另一根则为正极柱。

二、安装蓄电池时，“+”号表示正极柱，呈深褐色；“-”号表示负极柱，呈淡灰色。安装要牢靠，防止蓄电池电解液泼出。蓄电池极柱与电线的接触面要清洁，连接要牢固，不能松动。最好在外表涂一层凡士林或黄油，以防极柱腐蚀。机车运行中，充电系统工作要正常，充电要适当，电压不能过高也不能过低。

三、要及时检查电解液面，液面必须保持高出极板10 ~ 15毫米。如因蒸发而使电解液面过低，应及时添加蒸馏水。电解液液面过低，极板顶部就不能被电解液浸没，极板工作面积就会减少，这样会降低蓄电池的蓄电容量。如果长时间液面过低，则露出液面的极板就会产生一层硫酸铝的结晶，而使极板硫化，并导致蓄电池的工作性能大为降低。（湖南 王焕章）

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联系人：李兴旺 邮编：330009

教学目标

1使学生理解原电池的化学原理通过实验正确判断原电池的正负极。

2初步掌握形成原电池的基本条件并能将理论应用于实际。

3通过实验不断总结、发现、归纳知识的要点培养学生的思维能力 和创造能力。

4应用辨证唯物主义的思维方法抓住氧化还原反应是原电池工作原

理的本质由师生共同参与讨论发现问题并通过实验不断体现由实践→认 识→再实践→再认识的认识过程同时培养学生实事求是的科学态度和科学 的学习方法。

教学重点

原电池的化学原理。

教学难点

原电池的形成条件及电极反应电子流向和电流方向。

教学过程

【讲述】物质在发生化学变化时常伴化学能与热能、光能等的转变如 在一般的化学反应里常表现出放热或吸热有的还表现出发光现在我们要 研究的是化学能与电能之间的转化。首先请大家思考一个问题

【问题】化学能与电能之间可以相互转化那在什么条件下才能实现这 样的转化

【演示实验】

1 向试管中加入3ML稀硫酸插入铜丝观察现象并讨论

2 取出铜丝再加入一粒锌粒观察现象并讨论

3 将铜丝插入试管中并与锌粒接触观察现象并讨论

【提问】1锌与稀硫酸直接反应的实质是什么？学生答：置换反应。

2铜丝与稀硫酸不反应但与锌粒接触后铜丝上为什么有气 泡产生？ 

【追问】铜丝与稀硫酸不反应不失去电子其电子从何而来

【讲解】铜丝虽然与稀硫酸不反应铜丝与锌粒接触后锌与稀硫酸发

生氧化还原反应锌失去的电子转移给铜丝H+从铜丝得到电子而产生氢气。也就是说锌失去的电子发生了定向移动。从物理角度看电子发生定向移 动就要产生电流。是否这样我们应任何证明

【学生回答】用导线连接铜片和锌片并将铜片和锌片同时置于稀硫酸 溶液中在导线中间连接一个电流计可以观察指针是否偏转来判断是否有 电流产生。

【演示实验】实验2-3

现象电流计指针发生偏转偏向铜极

【讲解】电流计指针发生偏转说明有电流产生有电流产生就能产生 电能象这种将化学能转化为电能的装置就是今天我们要研究的原电池。

【板书】

原电池

一、原电池

1、定义将化学能转化为电能的装置

【设问】根据原电池的组成结构大家思考一下应如何判断电子流动方 向和两金属的正负极

【讲解】原电池的正负极可以根据由电流计指针的偏转方向来判断指 针偏向哪一极该极为正极。从刚才的实验现象知道指针偏向铜极铜为 正极那么锌为负极。从理论上讲根据金属活动性顺序锌比较活泼容易 失去电子进入溶液电子则从锌片定向流到铜片而电流方向与此相反从 铜片流向锌片。根据物理学知识电子流出电流流入的电极为负极电 子流入电流流出的电极为正极所以锌为负极铜为正极。

【板书】

2、电子流向和电流方向

电子流负极Zn→正极Cu 

电流

正极→负极→正极

【设问】铜和锌在稀硫酸溶液中能构成原电池怎样用方程式来表示电 极反应呢

【板书】

3、原电池的工作原理

负极发生氧化反应Zn-2e=Zn2+

正极发生还原反应2H++2e=H2↑

电池总反应方程式Zn+2H+= Zn2++ H2↑

【设问】铜和锌通过导线连接在稀硫酸中能构成原电池其他金属是否 也能够构成原电池要构成原电池需要那些条件下面我们通过实验来加以 探究。

【指导实验】在学生桌上有Zn、Fe、Cu三种金属分别用它们作电极

两两组合利用西红柿中含有电介质,用导线连接电流计和两种金属同时插入西红柿中观察指针偏转方向并判断正负极。

【分组实验】学生分组实验后讨论

有六种组合Zn—ZnFe—FeCu—CuZn—FeZn—CuFe—Cu。

其中前三种组合没有电流产生后三种组合中如果有一个电极没有插入 西红柿中也没有电流产生必须两个电极同时插入西红柿中才有电流产生。Zn—Fe组合中指针偏向FeFe为正极Zn—Cu组合中指针偏向Cu Cu为正极 Fe—Cu组合中指针偏向CuCu为正极。

【归纳】两种活泼性不同的金属在电解质溶液中能构成原电池

【设问】是否任意两种活泼性不同的金属组合置于电解质溶液中就能构 成原电池呢

【演示实验】在烧杯盛有稀硫酸溶液放入铜丝和银丝均无反应将两 者接触也无反应。

【学生讨论】铜和银均不与稀硫酸发生氧化还原反应。

结论两种活泼性不同的金属在电解质溶液中能构成原电池相对活

泼的金属为负极相对不活泼的金属为正极必须还有一种金属能和电解质 发生氧化还原反应。【设问】是否构成原电池的两个电极都必须是金属呢

【演示实验】用导线连接锌条、铅笔芯并与电流计相连向烧杯中倒 入NH4C1溶液同时插入两电极观察指针偏转方向判断正负极。

【讲解】指针偏向铅笔芯说明锌为负极铅笔芯为正极

学生讨论、归纳、小结原电池的形成条件

【板书】

4、原电池的形成条件

1 两种活泼性不同的金属或导体

2 必须有电解质溶液

3 必须发生氧化还原反应

【讲述】介绍几种原电池以及原电池在尖端科技中的应用

【板书】

5、原电池原理的应用

【练习】

1.科学探究：学会制作简单的水果电池；初步尝试画简单的电路图。

2.科学知识：知道电池的组成。

3.情感态度价值观：形成合作与分享的意识；初步意识到科学研究的严谨性。

4.培养学生简单的科学研究能力和创新实践能力。

二、实验准备

水果（西红柿、橘子）、导线、铜片、锌片、生日音乐卡等

三、实验内容

教师演示实验：西红柿音乐卡片

学生实验：

方案1：电极插入单瓣橘子，观察电流表指针变化；

方案2：电极插入两瓣分开的橘子，观察电流表指针变化（若无变化，如何改进）；

方案3：电极插入两瓣未分开的橘子，观察电流表指针变化。（注意：两个电极插入不同的橘瓣中）

教学目标：

知识与技能：

1、探索并掌握三位数加法的计算方法，能解决简单实际问题。

2、能结合具体情况进行估算，判断结果的对错逐步养成验算习惯。

过程和方法：

经历“估一估”“算一算” “试一试” “说一说”的过程，理解三位数加法的算理并掌握其算法。

情感、态度与价值观：

密切数学与生活的联系，感受到保护环境的必要。

教材分析：

《回收废电池》是三位数的笔算加法，分为两课时，第一课时教学不进位加法和不连续进位加法。之前学生已经掌握两位数的加减，本课时将为多位数加法的知识迁移奠定基础。

《数学课程标准》特别提倡数学与生活的密切联系。教材创设了与生活贴近的“回收废电池”的情境，通过“估一估”“拨一拨”“算一算”“试一试”等环节把三位数加法算法的得出和问题的解决融合在一起。

学情分析：

在一年级下册学生已经学过两位数的加法，三位数加法和两位数加法的算理很像，学生凭着原有知识完全有能力迁移过来。根据两位数加法的计算经验来看，三位数加法这个看起来不学就会的知识学生计算时应该不会那么尽如人意，出错率会蛮高的。根据以前的经验推测学生大致会出以下几种错误：当两个加数位数不一样时容易照不齐位，满十不进一，进一漏加一等等。主要是对于“相同数位照齐”和“满十进一”的算理如蜻蜓点水似的印象不深，所以三位数加法仍然是本单元的重点和难点，决不可简单处理。

基于以上认识，本节课我发挥学生已有的两位数加法计算的基础知识迁移作用，引导学生结合原有知识经验，自主的探究学习，根据二年级孩子的年龄特点，灵活运用我们鹤壁市立项研究的国家级课题“三勤四环节”教学法进行教学。

教学重点：探索并掌握三位数加法的计算方法。

教学难点：理解“相同数位对齐”和“满十进一”的算理。

教学准备：师生共同搜集关于废电池的.危害的内容，多媒体课件、计数器等。

教学方法：“三勤四环节”教学法(鹤壁市立项研究的国家级课题)

教学流程：

设计思路：新课程标准指出“学生的学习过程应当是生动活泼的、主动地和富有个性的过程”。本节课主要运用“三勤四环节”教学法，创新教学模式.“定向·诱导”从学生熟悉的“回收废电池”的情境诱导，让学生感受到生活中处处有数学，激发其学习的欲望。学习目标使学生明确了本节课要学什么。“自学·探究”环节由扶到放，先引导学生解决第一个问题，逐步解决“估”“算”“验证”三个步骤，这三个环节使学生经历了从估算到精确计算的过程，有层次性。再放手让学生根据刚才的经验根据自学提纲独立解决第二个问题，这时我要求自己做到“三不”-----学生能自己说出来的我不说，学生能自己学会的我不讲，学生能自己做到的我不教，以培养学生自学探究能力。在这个环节中注重呈现算法多样化和进行最优化。“讨论·解疑”让学生把不懂的问题提出来共同解决，真正让其成为学习的主人。“反馈·总结”不仅巩固知识，通过总结，沟通两位数和三位数以及多位数计算方法的联系和区别，使学生能学一当十、举一反三。

这四个环节相辅相成，都是在学生勤动脑、勤动口、勤动手中进行的，教学环节是学生脑、口、手活动的载体，学生动脑、动口、动手是实现学习目标和发展能力的重要手段。

具体如下：

课前激趣：让小导游给老师介绍巩义的旅游景区，老师让学生欣

赏优美的“淇河图片”时突然出现废电池，让学生讨论其危害(师生课前共同搜集关于废电池的危害的内容)。

(评析：由于是借班上课，学生难免和老师生疏，上课时学生可能会异于平常的表现，显得胆怯。课前师生彼此介绍自己熟悉的旅游景区，成为沟通彼此心灵的桥梁，又给学生渗透“环保教育”，真是一举两得!)

上课：

一、 定向·诱导

(一)诱导

1、创设“回收废电池”的情境(课件出示主题图)。

2、从统计表中获取数学信息。

3、提出数学问题。

4、先研究“一班和二班一共回收多少节?”的问题(板书)。

5、让学生列式!揭示主要学习内容“三位数的加法”(板书“三位数的加法”)。

(二)定向(课件出示学习目标：能正确计算三位数的加法)。(评析：“回收废电池”的情境，让学生感觉到数学问题并非凭 空捏造、遥不可及，而是活生生地存在于我们身边，形成积极地情感体验，让孩子自己获取数学信息并提出数学问题，这一环节不仅有利于培养学生的问题意识，同时也培养学生学会用数学的眼光看待周围事物的良好数学品质。学习目标明确、简洁、可行。)

二、自学·探究

1、引导学生探究第一个问题。

①“估一估”：一班和二班大约共回收多少节?(课件出示) ②“算一算”：一班和二班共回收多少节?(课件出示)可以请学具帮忙，也可以不用。之后交流(让小老师边讲边演示或边讲边板书)

③“验证”：你的得数对不对?(课件出示)

④沟通几种算法间的共同点(演示课件)。

⑤老师示范竖式计算的方法，突出怎么照位，从哪算起。(板书“相同数位对齐”和“从个位算起”)

2、学生自主探究第二个问题----“一班和三班共回收多少节?”(板书)

①出示自学提纲，学生自主探究：

仿照解决第一个问题时用的方法根据自学提纲(自学课本第56页：①“估一估”：一班和三班大约共回收多少节?②“算一算”：一班和三班共回收多少节?③验证”你的得数对不对。)让学生自己解决这个问题。

②小组交流。

③展示自学成果。

(小组依次汇报三个问题，当学生板书竖式时问“这个小1是怎么回事?----板书“满十进一”)

其他小组有不同算法补充。

储能技术能够对电网进行能量调节和管理，实现动态功率补偿，从而极大地增强电网运行控制的主动性。电池储能因其能量密度较高、响应时间短对场地要求低、寿命及效率相对高，且成本低廉、制造技术成熟、能够实现大规模生产等优点，广泛使用于UPS、电能质量调节、负荷的削峰填谷等方面具有广阔的发展前景和巨大的应用潜力，是大规模储能技术的重要发展方向之一。电网运行工况确定以后，储能装置的布局将直接关系到对系统有功、无功功率的补偿效果，而且关系到储能的利用率和电网的经济效益。因此，需要选择储能装置在电网中合适的接入点，使其最大效能地改善系统的稳定性本文采用电池储能装置（CBEST）旨在提高电力系统稳定性。目前针对电池储能在电力系统中最佳位置选择的研究甚少。考虑到电池储能在提高系统稳定性中所起的作用与FACTS装置类似，故本文参考了FACTS装置的选址方法。

国内外学者对FACTS装置在电网中接入点选择的方法进行了大量深入探讨，并取得了不少研究成果[1,2,3,4,5,6,7,8]。文献[1]中指出留数是状态矩阵可控性因子与可观性因子的乘积，其大小表征了控制器移动特定特征值的能力，故可用留数作为储能控制器有效性的衡量指标。文献[2]利用特征根变化与留数的关系确定PSS/FACTS的最佳装设地点，考虑了系统的可控性和可观测性，但忽视了FACTS装置自身控制系统对系统振荡的影响。文献[3]最早提出采用特征向量法分析发电机的振荡模态，首先求取全系统状态矩阵的特征值和特征向量，通过分析各振荡模态的特征向量，确定对该振荡模态影响最大的发电机组。文献[4,5]采用灵敏度分析法分析了超导储能装置不同安装位置对系统特征值的影响。仿真结果表明：若某节点的灵敏度越大，其有功功率和无功功率变化对整个系统的影响也越大，该节点应为功率调节设备的最佳安装地点。另外，网络损耗最小的灵敏度分析方法的基本思想是将储能装置作为一个负荷来分析，将能量输送过程中的网络损耗作为目标函数，进行容量优化和安装方案的选择[6]。近年来Tabu算法[7]、遗传算法[8]等智能算法也被应用到储能装置的安装选址问题中，为大规模复杂电力系统的储能优化布局开辟了新的思路。

本文首先建立了CBEST的数学模型，其静态控制采用可独立输出有功、无功功率的发电机模型；暂态计算采用简单的一阶惯性环节来模拟电池的充放电过程[9,10,11]。通过求解不同运行工况下主导极点对应的特征向量模值，并依据模值的大小对CBEST接入点的优先次序进行排序，以指导CBEST接入点的选择。在PSS/E中利用自定义功能建立了有功功率控制系统数学模型，采用以发电机转子角速度偏差作为输入信号的比例-积分-微分（PID）控制[12,13,14,15]；最后在IEEE 9节点系统中通过在不同地点设置不同类型的故障，分析各工况下CBEST的最佳接入位置。

1 CBEST的数学模型

本文在PSS/E仿真中采用的CBEST模型是EPR推荐使用的RP2123-27。CBEST是将电池组、功率转换系统组合而成的模块化的通用电池模型，能够模拟电池的充放电特性，并经过电压源换流器接入电力系统，通过调整电池端电压实现与电网之间的功率交换。储能装置控制器能够独立控制换流器的直流电压和交流合成电压，进而控制CBEST的有功和无功功率。CBEST模型不仅对转换器的交流电流值进行限幅，而且对充放电功率进行限制，以保证电池储能装置工作在安全的环境下。

PSS/E的潮流计算中，CBEST等效为容量足够大、能够满足系统功率需求的发电机，而且为了削弱短路电流的冲击作用，一般设其阻抗为较大的数值。CBEST的数学模型主要包括有功输出、无功输出及限幅环节，其各部分的数学框图模型分别见图1—3。

考虑CBEST的容量限制，由图1、图2得到电池储能装置的有功和无功输出表达式为：

而且有：

有功功率控制信号的传递函数为：

其中，Paux为储能装置的有功输入信号；Pinit为储能装置的初始输出功率，一般为0;Pout、Qout为储能装置输出有功、无功功率的标幺值；Iacmax为储能装置最大限制电流；Sbase为系统基准容量；Smbase为储能装置基准容量；ΔU为电压偏差，ΔU=Uref-Ecomp+Uothsg,Uref为控制母线的电压参考值，Ecomp为该母线的电压实际值，Uothsg为稳定器的输出，本文未考虑PSS装置对系统的影响，因此Uothsg=0;T1—T4为时间常数；Droop为AVR的调差系数；KAVR为AVR的增益；Uac为储能变压器低压侧电压；IQ为低压侧电流的无功分量；Pac为储能装置低压侧输出功率；各物理量的上、下限分别以下标max和min表示；Kω为增益系数；TA和TB为时间常数；Δω=ω-ω0为转子角速度偏差信号，ω0为同步角速度。

2 CBEST最佳安装位置选择的特征向量法

由于系统功率振荡主要受发电机的机械摇摆影响，因此，本文中发电机采用线性化的二阶模型。对于含n台发电机的电力系统，在第i号发电机的母线加装CBEST后，系统的传递函数框图模型如图4所示图中Mi为第i号发电机的惯性系数，Gii为CBEST的自阻尼力矩系数[3,16],Gij为CBEST对第j号发电机的互阻尼力矩系数，K1、K2为系统参数相关的矩阵。

对于第i号发电机有：

根据式（5）可写出系统的状态方程：

其中，Δδ=[Δδ1，…，Δδn]T为发电机的功角差；Δω=[Δω1，…，Δωn]T为转子角速度偏差；ω0为同步角速度M=diag(Mi),G=diag(Gij),K1=[K1ij],K2=[K2ij](i,j=1,2，…，n）。由文献[17]可知：

其中，Pei为第i号发电机的电磁功率；E′qj和δj分别为第i号发电机的暂态电势和转子角偏差，均取稳态运行点的数值。

对式（6）中的状态矩阵，设其特征值为Li(i=12，…，2n），相应的特征向量为ui=[ui1,ui2，…，ui2n]T记ui=[uTia,uTib]T，若不加装CBEST，则阻尼力矩系数Gii=Gij=0，于是式（6）的特征值可计算为：

其中，I为单位矩阵。

展开上半部分为：

下半部分为：

两式联立，可得：

可见，Li2为矩阵-ω0M-1K1的特征值，对应的特征向量为uia。通常，将特征向量进行规格化处理，即将uia中最大者取为1.0，并将该值对应的角度取为0°。

特征向量不仅可以衡量某个模式在不同机组上表现的程度，而且可以表示不同机组功角之间的相位差。若特征向量ui中第k个分量uik的模值最大，则认为系统中第k号发电机为功率振荡的主要振源，选第k号发电机为CBEST的最佳安装位置。

3 PSS/E自定义方法

3.1 PSS/E自定义功能介绍

PSS/E用户自定义模型中，根据动态仿真控制标识符调用元件模型子程序CONEC和CONET。通常采用7种标识符实现模型调用，这7种标识符分别是MODE、KPAUSE、MSTATE、MIDTRM、ITER、IFLAG和IBDOCU。在自定义模型子程序中，通过标识量MODE将子程序分为8个部分，文献[18,19]详细描述了MODE取值1～8的功能，限于篇幅，不再赘述。

PSS/E中元件模型的子程序代码通常使用FORTRAN或FLECS语言编写，然后再编译/连接生成动态链接库文件dsusr.dll以供调用。

书写PSS/E用户自定义模型的步骤如下[19]:

a.建立模型的微分方程及传递函数框图；

b.确定与模型相关的状态变量，并编写求取其时间导数的程序；

c.确定模型的输入、输出量；

d.按需分配整数（ICON）、常量（CON）、状态变量（STATE）、代数变量（VAR）数组的地址；

e.用FORTRAN或FLECS语言编写模型的子程序。

3.2 控制系统实现

为了验证基于特征向量法应用于储能装置选址的正确性，对储能装置接入后的电网进行机电暂态仿真。机电暂态过程的时间尺度为秒数量级，在该时间范围内反映电池特性的指标基本保持不变，可以认为电池在机电暂态过程中的充放电特性和参数是线性和时不变的[10]。因此，可借助线性系统的PID控制进行电池储能控制器设计。本文中CBEST的有功功率控制的框图模型如图3所示。由于在PSS/E的通用模型库中没有现成的控制系统模型，因此CBEST控制器的模型采用PSS/E用户自定义功能实现。

CBEST控制器自定义模型在动态输入文件（*.dyr）中的数据格式如下：

其中，BUSID为模型所连接的母线编号；IM为发电机ID;model name为自定义模型名称；IC为CONEC调用码；IT为CONET调用码；NI为自定义模型中ICONs的数目；NC为自定义模型中CONs的数目；NS为自定义模型中STATEs的数目；NV为自定义模型中VARs的数目；datalist为ICONs、CONs的参数列表。

4 算例仿真

本文采用如图5所示的IEEE 9节点环形系统对特征向量指标进行验证。该系统有3台发电机和3个负荷，发电机G1为平衡节点，其余为PV节点。发电机采用6阶模型，负荷为恒功率模型，系统额定容量为100 MV·A。

根据式（8)—(11），计算出IEEE 9节点系统的特征向量如表1所示，表中ui j为特征向量ui的第j个分量。由表1可以得到该系统的主导极点为-0.030 78±j0.820 27，由于该模式下发电机G1对应的特征向量幅值最大，即发电机G1为功率振荡的主要振源，则选母线1为CBEST的最佳安装位置。在该模式下储能装置最优安装位置排序依次为母线1、母线2、母线3。

在时域仿真中通过设置不同类型故障验证特征向量指标的有效性。图6为三相接地短路故障分别发生于母线1、母线2、母线3、母线5、母线6，储能接至不同发电机端时，发电机G1输出有功功率（标幺值）变化情况，其他2台发电机暂态过程与G1的仿真结果一致，限于篇幅其仿真曲线在本文中不再给出。为了进一步验证本文方法的有效性，在系统的个负荷上分别设置±50%的负荷扰动，即在t=1 s时负荷先增大到原来的150%，然后在t=1.01 s时减小到原来的50%，最后在t=1.02 s恢复到原来的大小当CBEST接至不同位置时，发电机G1的有功功率输出波动情况如图7所示。

从图6可以看出，无论三相短路故障发生在系统的什么位置，储能装置接在母线1上时对系统的功率振荡抑制效果最好，接在母线2上次之，接在母线3上最差。但接至母线2与母线3上的作用效果差别不大。仿真结果表明储能系统接至母线1时系统的暂态过渡过程最短。

由图6和图7的仿真结果可以看出，在不同故障位置和故障类型下，储能最佳接入位置的选取具有一致性，即母线1为CBEST最佳装设位置，这与特征向量指标的分析结果相一致，说明IEEE 9节点系统在上述2种工况下采用特征向量指标衡量储能装置最佳装设地点具有较高的准确性。

5 结论

本文建立了CBEST的数学模型，在PSS/E中自定义了储能控制器的数学模型，采用以转子角速度偏差为输入信号的PID控制，得出结论如下：

a.基于特征向量法的基本原理，研究了其用于储能选址的可行性，通过PSS/E小信号分析法对IEEE9节点系统进行特征值分析，计算了特征根对应的特征向量模值；

b.采用时域仿真分析了在不同运行工况下储能最佳装设位置，仿真结果表明采用特征向量指标选出的储能装设位置具有一定的准确性。

一、复习，上课之前我们先来复习几道口算题，看谁能做的又对又快（卡片出示：360-80，570+60，400-30,1500+700，3200-800,2500+3000）口算计算得真准确，不知道竖式计算是不是也这么准确，（出示：32+67，19+32）请同学们在练习本上做，做完了吗？找同学说下答案，都谁对了？举手，真棒。想一想两位数列竖式需要注意什么？（相同数位对齐，从个位加起）

二、1、说得真好，现在老师要变数了，你们还敢挑战吗？改132+67，看这么算式，你能不能估一估它的结果，并说说你是怎么估的？（引导把132看成130，把67看成70，130+70=200，所以我估算的结果是200左右）那么这道题的准确答案是多少呢？下面请同学们用竖式算一算，并说说你是怎么算的？

预设1：找板演的同学说是怎么算的

预设2：哪位同学和黑板同学做的一样，你来说说你是怎么算的？

想一想，刚才我们估算的几种结果，和这道题结果相比，怎么了？（差不多）师小结：估算是一种很好的学习习惯，通过估算结果和准确值对照，可以帮助我们大概确定我们计算得是否准确

看黑板老师这样写行不行？132 为什么不行？（因为百位上的1，和十位上的6不能

+ 67 相加，数位没有对齐）师：也就是说我们计算时只有相同数位对齐，才能进行相加

2、再来看下道，老师又要变了，把119+132，看算式，你能不能再估一估它的结果，并说说你是怎么估的？（同上）看结果，依然和我们刚才估的结果比较接近

3、看黑板，我们今天学习了三位数+两位数，三位数+三位数笔算加法，（板：三位数笔算加法）想一想我们计算时需要注意什么？（板：相同数位对齐，从个位加起，个位满十向十位进一）

4、都会来吗？老师要考考你们？出示456+307，162+34练习本上做，说出结果，对照

5、这么多同学都做了，老师还有道更难的题，你们想挑战吗？出示56+165，看这么算式，你能估一估它的结果吗？说说你是怎么估的？（同上）现在就请同学们在练习本上做，并说说你是怎么做的？

（问：为什么百位要进一？因为十位满十了，那为什么十位满十要进一呢？因为5个十加6个十等于11个十，加上进上来的1，就等于十二个十，10个十是一百，12个十里有一个一百，所以向前进一）

6、第二道是个位满十向十位进一，十位满十向百位进一，那百位满十呢？千位呢？能不能用一句话来说说（哪一位相加满十，就向前一位进一）

7、我们再做道练习267+385。看黑板，我们今天做的题都需要注意什么？（相同数位对齐，从个位加起，哪一位相加满十，就向前一位进一）

三、练习

1、判断对错（数位没对齐和满十不进一）

2、机动58页2、3题

3、看老师手里是节废电池，废电池中含有金属和废弃的液体，这些物质会对土壤、水、对人的健康产生直接影响，一颗纽扣大小的电池可以污染600立方米的水，相当于我们一个人的用水量，这就需要我们回收废电池（板）

4、看图，这是淘气学校二年回收废电池的情况，从这个统计表中你能根据哪些信息提出哪些用加法计算的问题？

一班和二班一共回收多少节废电池？怎么列式？

一班和三班一共回收多少节废电池？怎么列式？

二班和三班一共回收多少节废电池？怎么列式？

一班、二班和三班一共回收多少节废电池？怎么列式？

先做前三道，检查完对了的同学可以尝试做下第四道题（做完对照）

------马玉梅

一、教材分析

第一课时的主要内容有：原电池的概念、原理、组成原电池的条件。原电池原理和组成条件是本节课的重点，原电池原理是本节课的难点。首先，新课引入手机电池创设了教学情景，通过两个演示实验作为探究教学，让学生观察到 “铜片上产生气泡”这一反常的实验现象，就会情不自禁地提出一系列问题，产生强烈的探索欲望，并提出各种各样的假设；紧接着，通过演示实验为学生提供 “实证性”材料，学生根据实验现象，经过严密的逻辑推理，得出相关结论；当学生理解原电池的原理后，教材又设置了一个讨论题，让学生自己归纳“组成原电池的条件”。最后，让学生自己设计一个原电池以检验学生对所学知识的实际应用能力。根据学生的知识结构、心理特点和教学内容的实际需要，采取了启发、讨论、实验探究等教学方法，并结合多媒体进行教学。

二、教学设计

通过学生动手实验不仅使学生观察到明显的现象，还能使学生直接参与知识的获得直接体验的过程。将课本后面的家庭小实验“水果电池”，移到探讨“组成原电池的条件”的课堂教学中，不仅能帮助同学理解组成原电池的其中一个必要条件——电解质溶液，而且使学生觉得化学就在我们的身边，从而激发学生学习兴趣，启迪学生思维。通过一个医学小故事，让学生帮助格林太太解决问题，达到学以致用的目的。

三、教学目标

1．知识目标：理解原电池原理，掌握构成原电池的条件，会进行简单的原电池设计。2．情感目标：培养学生的探究精神和依据实验事实得出结论的科学态度，培养学生的团队协作精神。3．能力目标：培养学生观察能力、实验能力、实验设计能力、语言表达能 力。培养学生正向思维、逆向思维、发散思维能力。掌握原电池的工作原理；原电池的形成条件及电极反应式；电子和电流的运动方向；培养学生关心科学、研究科学和探索科学的精神。

四、教学重点

原电池的原理；原电池的形成条件及电极反应式；电子和电流的运动方向；

五、教学难点

原电池的工作原理。

六、教学准备

1．对学生进行分组：四人为一个小组

2．实验准备：每组一个灵敏电流计，两片铜片、两片锌片、一根石墨电极、一杯稀硫酸溶液、一杯蔗糖溶液、西红柿等水果。3．制作铜锌原电池工作原理的模拟动画

七、教学过程 【引入】日常生活中,我们会接触到不同种类的手机,你们都喜欢用什么款式的手机，为什么？手机待机时间长短与什么有关？这些电池虽小，但是，在生活中却扮演着及其重要的角色。你们知道电池工作的基本原理吗？今天，我们来学习新的知识──原电池。【实验探究】：

指导学生做以下三个实验： 1．将锌片插入稀硫酸中，将铜片插入稀硫酸中 2．将锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中 3.在第二个实验中连接电流表 【学生活动】实验并观察现象大部分同学都已完成，我们一起来看一下同学们观察到的实验现象

【学生回答】1．锌片上有气泡（因为锌能和稀硫酸反应放出氢气）铜片上没有气泡（因为铜不能和稀硫酸反应）2.铜片上有气泡 3．电流表指针发生偏转 [问] 化学反应总伴随着光能、热能等的相互转化，在实验三中是否有能量的相互转化呢？是什么形式的能量转化？（化学能转变为电能）[过渡] 我们把这种能将化学能转变为电能的装置叫做原电池 【板书】1.原电池的定义：将化学能转变为电能的装置叫做原电池

上述装置我们称为Cu-Zn 原电池，它的工作原理是什么？我们一起来看一个多媒体动画演示。

【设疑】

1、锌和稀H2SO4直接反应的实质是什么？

2、插入铜丝接触到锌粒后，为什么在铜丝上出气泡？

3、铜丝上的电子由何处而来，出来的是什么气体？ 学生根据实验，建议讨论步骤：现象（易）——解释（难）——结论（难）[“Flash 铜锌原电池”] 配合课件演示。

演示实验分析：1．电子流向。2．电极及电极反应。3．电极的判断。

[生师讨论解释] 原来，当把用导线连接的铜片和锌片一同浸入稀硫酸时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成锌离子，而进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的氢离子从铜片获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出。

这一反应可表示如下：

电极反应：负极（锌片）Zn-2e = Zn 2+（氧化反应）

正极（铜片）2H + + 2e = H 2 ↑（还原反应）

原电池反应：Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2 ↑（Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 ↑）[巩固提问] 1．原电池中，电子从哪极流出？通过外电路流回到哪极？ 2．原电池中，正负两极哪极是较活泼金属？哪极是较不活泼材料？ 3．原电池中，正负两极分别发生什么反应？

4．原电池组成的条件是什么？（①两块相连的活泼性不同的金属，或可以导电的其它材料；②电解质溶液。闭合电路）。

（经常用做惰性电极材料的物质是Pt（铂）或C（石墨），如下图两个装置的电极反应是相同的。）[再复习演示动画]„„

【实验指导】 刚才我们介绍的是Cu-Zn-H 2 SO 4 原电池,大家可以据此更换电极材料和溶液来探索原电池的形成条件

【活动中介绍】 同学们可以根据给出的实验，动手操作看其能否形成原电池 【学生小结】组成原电池的条件： ①有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极 ②电极材料均插入电解质溶液中 ③两极相连形成闭合回路 【板书】3.原电池的形成条件

【趣味实验】同学们想不想自己制作一个原电池呢？实验“水果电池”

【小结】 原电池是一种负极流出电子，发生氧化反应；正极流入电子，发生还原反应，从而实现化学能转变成电能的装置.【解决问题】1.格林太太是位漂亮开朗乐观的妇女，当她开怀大笑的时候，人们可以发现她整齐洁白的牙齿里有两颗假牙，其中一颗是黄金的，这是她富有的标志，另一颗是不锈钢的这是一次车祸留下的痕迹。令人百思不解的是，自从车祸后，格林太太经常头疼，虽然医生绞尽了脑汁，格林太太的头疼病仍无好转。这个时候，一位年轻的化学家来看望格林太太并为她治好了头疼病，同学们想知道化学家是怎样治好格林太太的病的吗？

【课堂练习】 2．判断下列装置那些能构成原电池

3．A、B、C都是金属，A与B组成原电池时，A为正极；A与C插入稀硫酸溶液组成原电池时，C电极上有氢气产生。A、B、C三种金属的活动顺序为（）