电池回收的问题篇1

随着科学技术的不断发展，人民生活水平的不断提高，使用电池已成为我们日常生活中不可缺少的一部分。然而，电池可以说是生产多少，最终就废弃多少；集中生产，分散污染。如今废电池的危害已成为全世界人们共同关注的环境问题。世界各国都在研究处理废电池的最佳方案。虽然现在已取得了卓有成效的成果，但还不能根本解决这个问题。因此，寻找处理废电池的最佳方案已成为各国许多科学家的科研方向。

废电池看上去很不起眼，可是害处非常大。我在网上查阅了许多资料，了解到：人们日常使用的电池是靠化学作用，通俗的讲就是靠腐蚀作用而产生电能的。电池里含有汞、镉、铝等金属物质，汞具有强烈毒性；镉主要造成肾损伤以及骨疾病——骨质疏松、软骨症及骨折等。铅能让人造成神经紊乱、肾炎等。一节纽扣电池能污染60万升水，而一节一号电池在土壤里能使一平方米的土地失去使用价值，可见，废电池的害处非常大，所以回收废电池势在必行。但是废电池并不是仅仅给人类带来危害，它里面蕴含着很多资源。例如，纽扣电池含有锂、锰、银等稀有金属；铅蓄电池中含有铅；手机电池中含有镉，这些物质回收价值很高。现已有工厂开始进行这方面的回收、提取工作。另外在普通干电池中还含有锌、铜、锰粉等资源。

随着生活的改善，我们用电池的电器也逐渐增多，废电池的数量也增加了不少。为了没有这种对人类所造成的危害，我们扔垃圾时，应该把电池和其它垃圾分开扔。这样这些废电池可以回收，提取资源，又不污染土壤，还可以保护人类的人体健康，这不是一举两得吗？

让我们从点滴做起，关爱环境，爱护自己，参与废旧电池的回收利用是我们每一个有爱心的人的责任和义务。我们不应该在这个保护地球家园、保护人类的生存环境、保护自己健康的行动中做得更好吗？

电池回收的问题篇2

废旧电池的回收已经成为世界的一大难题，据调查显示，丢弃一节5号电池可导致一立方米的土地污染五十年，而废旧电源的污染更是不可估量。早在上个世纪，日本由于汞、镉中毒引发的水俣病就给人们敲响了警钟。而现在国内回收废旧电池的设施并未普及，加之许多人不了解废旧电池的危害，将其和普通垃圾一起丢弃，造成环境污染的同时也危及人类自身健康。所以我们开展这个“回收旧电池”环保活动，为的就是了解废旧电池的危害，废旧电池的处理方法，回收旧电池的重要性。

二、活动目的

有利于提高人们的环保意识，减少环境污染，提高废旧电池的利用率。我们把回收旧电池作为对学生进行素质教育的一项重要内容;积极推动青少年科技活动的普及和发展。我校2014年3月至12月举办了大型的“废旧电池回收”环保活动。

三、活动过程

1.活动宣传阶段（2014年3月至4月）

（1）学校召开了有关会议

（2）学校开展了有关的知识讲座

（3）各班级开展了形式多样的宣传动员活动

（4）废旧电池问卷调查

2.活动实施阶段

（1）回收废旧电池从我做起，以班为集体收集废电池

（2）环保活动见行动（演讲比赛，知识竞赛，手抄报，收集金点子，实验探究等）

（3）争当环保小卫士科技创新作品比赛

（4）环保作品展出活动

3.活动评选表彰阶段（2014年11月至12月）

在“回收废旧电池”演讲比赛中，共评选出一等奖6名;在知识竞赛中共评选出一等奖12名，在收集金点子活动中，共有162名同学参与;在征文评选活动中，我校共收集到有关作文近174篇，共评出一等奖24篇，二等奖68篇，三等奖82篇;在科技创新作品评选中，共评出一等奖6名，二等奖12名，三等奖20名，学校给予获奖者颁发了证书及奖品。

四、活动结果

（1）整个活动中，在同学们的带动下，部分学生家长也参与到活动中来，达到了“学校教育学生，学生带动家庭”的目的。

（2）通过引导学生学习有关环保知识，参与各项活动，增强了学生的环保意识，提高了同学们的协作能力，实践能力，解决问题能力，创新思维能力等。

五、收获和体会

生活中的电池常见有以下几种：（1）锂电池，在电池表面能找到化学元素锂的符号Li;（2）碱性电池，又名锌锰电池，在电池表面可能有其英文名：Alkalinebattery，某些会写上无汞碱性电池;（3）镍镉或者镍氢电池，在电池上的标识分别为Ni-Cd或Ni-H，前者含有大量的重金属镉，后者不含镉，需要注意区分;（4）铅蓄电池，经常在电动车里面能发现，英文名为leadbattery。

废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量的重金属上，如铅、汞、镉等。这些有毒物质通过各种途径进入人体内，长期积蓄难以排除，损害神经系统、造血功能和骨骼，甚至可以致癌。如铅的危害：神经系统（神经衰弱、手足麻木）、消化系统（消化不良、腹部绞痛）、血液中毒和其他的病变。汞的危害：精神状态改变是汞中毒的一大症状。脉搏加快，肌肉颤动，口腔和消化系统病变。

现在人们在社会生活中几乎一天也离不开电池。按我国年消费电池70亿-80亿只计算，人均一年要消费5至6只电池。最常使用电池的是手机/随身听/遥控器等。仅以手机为例，目前全国手机用户大约在8000万户左右，一个用户一年至少要用2只电池，一年就消耗1.6亿只左右。

国家应在政策法规、科技创新和资金投入等方面给予一定的扶持。制定相关的政策法规，规定废旧干电池必须回收，禁止将废旧干电池随意丢入生活垃圾之中;制定科学合理的干电池生产包装标准，以简化废旧干电池回收后的分类;对积极参与废旧干电池回收利用的科研单位和企业要给予政策和资金倾斜;为废旧干电池回收利用创造各种便利条件，如在公共场所设置废旧干电池回收箱，在销售电池时，实行抵押金制度，或采用以旧换新制度，确保废旧干电池的回收率;加大宣传力度，提高全民环境意识，树立废旧干电池必须回收利用的观念;干电池生产厂家也应在废旧干电池回收再利用方面做出应有的贡献，如交纳特殊行业污染税以承担一定的回收处理费用等。只有充分动员一切社会力量，形成全民参与、多方出力的势头，才能最终推动废旧干电池的回收、利用与开发。

电池回收的问题篇3

2013年是河北省实行新课标高考的第2年，研究认为今年的化学试题结构与2012年高考化学部分基本一致，与2012年相比稳中有变，变中有新意。从整体上看，有一定的难度，整份试卷中与实际生产相联系的题目比重明显增大，对学生的知识面、综合运用所学知识解决实际问题的能力、自学能力、思维能力要求较高,其中第27题就是一典型试题。该题对高考备考复习的启示是多方面的，具体分析如下。

1河北省考生得分情况

此题是有关废旧电池的回收利用问题，是一道流程题，与当前倡导的环保要求一致。题目要求考生对文字、反应流程中的信息进行提取、分析和归类，考查学生基础知识的综合应用、基本的实验方法和基本技能的掌握程度，河北省考生答题得分分布情况如图1所示。

2对试题背景知识的的分析及试题解答的策略

2.1试题及解答

锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：

（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为+3。

（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)-4+3H2。

（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O，2H2O2=2H2O+O2；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是有氯气生成，污染较大。

（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3+(NH4)2SO4+CO2+H2O。

（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，放电时电池反应方程式Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C。

（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4（填化学式）。

该题学生的得分率偏低，一方面说明学生“接受、吸收、整合化学信息”的能力很弱，另一方面也说明学生对锂离子电池的类似的知识是很陌生的。根据奥苏贝尔认知同化论，学生能否获取新信息，主要取决于他们认知结构中已有的有关概念，所以研究锂离子电池的背景知识对试题的解决意义重大。

2.2对试题背景知识的的分析

2.2.1锂离子电池充放电机理的分析

锂离子电池主要由正极、负极、非水电解质和隔膜4个部分组成，两个能可逆脱嵌的锂离子化合物构成正负极,其工作原理如图3所示。

目前锂离子电池正极主要采用材料LiCoO2，负极采用材料炭，将负极和正极隔开的隔膜，LiPF6的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）或碳酸二甲酯（DMC）溶液为电解液，具体电池反应可表示为：

电池表示:(-)Cu,LixCn|lmol·L-1LiPF6-EC+DEC|LiCoO2,Al(+)

负极反应：LixCn-xe-nC+xLi+

正极反应：Li1-xCoC2+xLi++xe-LiCoO2

电池反应：Li1-xCoO2+LixCnLiCoO2+nC，

0≤x≤0.5（x0.5，Li1-xCoO2脱氧，晶体不稳定）

锂离子电池也称为“摇椅式电池”，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。在正极中，Li+和Co3+各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。这种嵌入或脱嵌很复杂，一般认为具有如下特点。

（1）在正常充放电情况下，Li+在层状结构的碳材料和金属氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化，不破坏晶体结构；从充放电反应的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。

（2）在充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，嵌入负极的Li+采取“层——边端——表面”储锂机理，锂在碳层中既非原子也非完全离子化，同时碳材料中的氢参与了电子的储存。有研究认为，锂这时呈“锂亚原子”状态，这种状态的锂既有原子的性质也有离子的性质。此时的能带理论计算表明，LixC6的主要形式LiC6的电荷转移式可写作Li+C6-,对于正极LiCoO2而言，同时也有Co的化合价由+3价升高到+4价。

（3）在放电时，对于正极而言，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，采取“在两个O-Co-O层之间嵌入了一个锂夹层”储锂机理。锂嵌入LiCoO2体系后不是以原子态存在，也不是典型的+1价离子形式存在。有研究认为，锂这时呈“锂亚原子”状态。这种状态的锂既有原子的性质也有离子的性质，同时有正极Li1-xCoO2中钴的化合价+4价降到+3价。对于负极LixC6而言,研究的量子化学计算表明,在充电的过程中，随注入负极的电子数增多，“锂亚原子”的电荷基本保持不变，碳负电荷增加，氢的负电荷显著增加。因此，如果忽略碳材料中的氢参与了电子的储存，则很显然，负极的放电反应主要是LixC6中的碳失电子。

2.2.2废旧锂离子电池正极材料回收的分析

2.2.2.1废旧锂离子电池正极材料组成

一般而言，将正极活性材料LiCoO2、导电剂碳粉、粘结剂PVDF溶解在有机溶剂甲基吡咯盐中，混合制成糊状胶合剂，均匀地涂在铝箔两侧，在氮气流下干燥除去有机分散剂甲基吡咯盐，再按尺寸剪切成极片。由于钴属于战备物资，资源有限，价格较贵，且对环境有污染，因此在实际的处理上，对LiCoO2正极材料进行改进，引入一些其他元素，以提高其性能。废旧的锂离子电池正极材料里含有的元素见表1。

2.2.2.2废旧锂离子电池正极材料的回收方法

近年来锂离子电池应用越来越广泛，锂离子电池的使用寿命通常在几百次至1000次左右，由此带来的环境污染和资源浪费问题也日益突出，因此重视废锂离子电池回收利用方面的研究非常多，特别是Co和Li的回收研究更是重中之重。2013年高考化学试题27提供的回收Co和Li的方法体现了“碱煮—酸溶—萃取—反萃取”的特点，分析如下。

该方法的特点是：先用碱浸方法处理经深度放电并拆开后得到的作为正极集流体的铝箔，这时极片里的A1与NaOH发生反应：

2A1+2NaOH+2H2O=2NaA1O2+3H2

由于LiCoO2不溶于碱液，因此LiCoO2和剩余的少量铝以及其余的金属、乙炔黑、一些粘结剂（PVDF）通过过滤即可和滤液分离，分离后得到的不溶物被酸溶解进入溶液中，其中炭粉和一些粘结剂则留在渣中，这时发生的有关方程式有：

2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=2CoSO4+Li2SO4+4H2O+O2

2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2

Fe+H2SO4=FeSO4+H2

Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

NiO+H2SO4=NiSO4+H2O

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

FeSO4+H2O2+H2SO4=Fe2(SO4)3+2H2O

2LiNiO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+

2NiSO4+4H2O+O2

经过酸浸处理后，溶液里面还含有很多杂质离子，这些杂质离子必须予以除去。经过分析还可以得出酸浸处理后溶液里面杂质离子浓度以及种类，见表2。

根据溶度积原理，通过调节溶液的pH，这些离子中的杂质Fe3+、Al3+就可以完全转化为沉淀而除去，余下的离子可通过萃取而达到除杂，得到的萃取液在经过反萃取就可以实现Li+、Co2+的分离。

萃取关键环节是萃取剂的选择。研究表明，对硫酸体系而言P204、P507主要用于硫酸盐体系中，萃取剂P204、萃取剂P507属于酸性萃取剂，其对各种金属阳离子的萃取平衡pH值都不同。根据此特性，实验可通过控制水相中不同的pH值来实现金属离子的萃取分离。首先使用P204在pH=2.6时使杂质离子进入有机相，Li+、Co2+留在水相，接着对水相中的Li+、Co2+用P507在pH=5.5时进行萃取，使Li+留在水相而Co2+进入有机相，最后对有机相中的Co2+用2mol／L的盐酸溶液反萃取得到CoSO4溶液，对该溶液再用沉淀剂就可以得到CoCO3。

2.3试题解答的策略

通过试题背景知识的分析可以清楚地发现，试题背景知识和学生已有知识概念有一定差距，试题的陌生度较高，因此把试题所给的每一步都弄清楚再解题是不现实的。笔者认为，通过分析该题的重要知识节点，再分析该题重要知识节点之间的内在联系以及因果关系的信息整合方式，做出合乎情理的判断，应该是解决该题的最佳策略。

(1)审题获取尽可能多的解题关键信息特别是制约解题成败的信息，屏弃无用信息。例如：酸浸前后钴元素的化合价变化、沉钴形成的CoCO3存在的环境、充放电电极反应以及电池反应的关系等，屏弃该题中萃取——反萃取等对解题意义不大的信息。

(2)对所获得的解题关键信息特别是制约解题成败的信息进行辐射整合。例如向化学主干知识的辐射整合，可获得该题［(1)、(2)］的解决方案，向关键信息特别是制约解题成败的信息之间的因果关系的辐射整合，可获得［(3)］的解决方案，向充放电电极反应以及电池反应的关系辐射整合，可获得［(5)、（6）］的解决方案，向自己积累的类似问题的知识系统辐射整合，可获得该题某些问题更优化的解题方案。

当然在辐射整合的过程中，有些问题解决起来难度比较大，比如该题的［(4)、(5)］，这些问题受到复杂因素的影响。(4)可能受到CoCO3本身的性质和环境酸碱性之间因果关系以及解题人对这种因果关系关注程度等因素的影响。(5)可能受到该锂离子电池的反应机理、Li1-xCoO2或LixC6放电的元素以及这些元素的价态不明确等因素的影响。不可否认这些影响因素在和学生原有的知识体系整合是困难的，但从另一个角度看，这种复杂的影响因素和学生原有的知识体系整合过程的优劣也全方位的体现了一个应试者的素养，从高考选拔优秀人才的角度看，［(4)、(5)］也给更优秀的学生提供了展示空间，以下就［(4)、(5)］分析处理提供一种可行方案。

对于(4)的分析处理：从该题的流程看，CoCO3是难溶的，而难溶碳酸盐一般情况下在强酸性溶液中是不存在的，而(4)的要求是完成CoSO4和NH4HCO3的反应，并且生成物中必有CoCO3，因此可以按如下两步实现反应物到产物的转化：

CoSO4+NH4HCO3CoCO3+NH4HSO4

NH4HSO4+NH4HCO3(NH4)2SO4+CO2+H2O

NH4HSO4的水溶液具有强酸性，NH4HSO4可以和碱性溶液中的NH4HCO3反应，因此可以使第一个化学反应平衡向右移动，进而趋于完成，把两者相加即可以得如下化学反应：

CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3+(NH4)2SO4+CO2+H2O

对于(5)的分析处理：从2.2的分析看，电池反应的机理是很复杂的，如果还是按照一些老的方法去处理该处的问题是不明智的。可以用电荷守恒的方法回避一些不清楚的机理问题，但又不影响问题的解决。充电时该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6，对此可以解读成对负极注入xe-电子，为了保证负极的电荷平衡必然有xLi+进入负极，进而得到充电时该锂离子电池负极发生反应，而同时正极必然有xe-电子出来。为了保证正极的电荷平衡必然有xLi+进入电解液。而作为正极电极主要物质必然有LiCoO2-xe--xLi+=Li1-xCoO2，把两者相加就可以得到充电时的电池反应，进而得到放电时的电池反应为Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C。如果得到了放电时的电池反应，则（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收的原因自然就会清楚。

(3)利用对信息进行辐射整合处理的结果，对试题进行全方位的再推敲，进一步优化完善解题结果。

3对高考复习备考的启示

高考过后的考题研究应该是教师提高日常化学教学质量以及高考化学备考复习的重要工作。通过高考试题的研究可以提高教师教学的针对性和有效性，还可以提高教师的专业素养，分析如下。

3.1对2013年全国新课标(Ⅰ)高考化学27题的评价

2013全国新课标(Ⅰ)高考化学27题是近几年高考命题质量水准很高的试题之一。尽管很多人对该题的命题质量存在微词，但从试题的背景知识以及解题策略分析看，该题具有命题起点高（密切联系当前锂离子电池研究的热点问题）、落点低（试题的解决方法都指向化学基本的主干知识和基本技能）、层次清楚由易到难（为各种能力的考生提供了展示自己化学素养的空间）、试题各问之间存在隐性的内在逻辑关系（为试题的正向分析和逆向分析建立了隐性的桥梁，为有能力认识到这一桥梁的人提供了解题方便）等特点。

3.2对教师复习备考工作的启示

从该题的命题角度看，该题考核了化工流程、化学实验、化学反应原理等，知识以及思维容量比较大，从知识背景看该题密切联系实际，反映了当前的热点问题，试题的解答需要扎实的基础知识和基本技能，需要很强的分析问题、解决问题的能力，更需要有面对复杂的试题环境应试者应该具有的良好的心理品质，应该说该题对抑制题海战术等低效率的复习备考方式起到了积极作用。高考化学复习备考中重视构建学生系统有序的知识技能体系，形成并完善分析问题、解决问题的方法体系，培养学生在复杂环境下应有的良好心理品质是搞好新课程背景下高考化学复习的重要工作，其中培养学生良好的思维能力是核心工作，也是提高高考成绩的关键。

3.3对化学教师专业水平提高的启示

电池回收的问题篇4

关键词：制动能量回收电动汽车镍氢电池Simulink模型

电动汽车（EV）的研究是在环境保护问题及能源问题日益受到关注的情况下兴起的。在EV性能提高并逐步迈向产业化的过程中，提高能量的储备与利用率是迫切需要解决的两个问题。尽管蓄电池技术有了长足进步，但由于受安全性、经济性等因素的制约，近期不会有大的突破。因此如何提高EV能量利用率是一个非常关键的问题。

制动能量回收问题对于提高EV的能量利用率具有重要意义。电动汽车采用电制动时，驱动电机运行在发电状态，将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电，对延长电动汽车的行驶距离是至关重要的。国外有关研究表明，在存在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，可使电动汽车的行驶距离延长百分之十到百分之三十。

目前国内关于制动能量回收的研究还处在初级阶段。制动能量回收要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充电特性等多方面的问题。研制一种既具有实际效用、又符合司机操作习惯的系统是有一定难度的。本文对上述问题作了一些积极的探索，并得出了一些有益的结论。

1制动模式

电动汽车制动可分为以下三种模式，对不同情况应采用不同的控制策略。

1.1急刹车

急刹车对应于制动加速度大于2m／s2的过程。出于安全性方面的考虑，急刹车应以机械为主，电刹车同时作用。在急刹车时，可根据初始速度的不同，由车上ABS控制提供相应的机械制动力。

1.2中轻度刹车

中轻度刹车对应于汽车在正常工况下的制动过程，可分为减速过程与停止过程。电刹车负责减速过程，停止过程由机械刹车完成。两种刹车的切换点由电机发电特性确定。

1.3汽车长下坡时的刹车

汽车长下坡一般发生在盘山公路下缓坡时。在制动力要求不大时，可完全由电刹车提供。其充电特点表现为回馈电流较小但充电时间较长。限制因素主要为电池的最大可充电时间。

由于电动汽车主要工作在城市工况下，所以本文将研究重点放在中轻度电刹车上。

2制动能量回收的约束条件

实用的能量回收系统应满足以下要求：

(1)满足刹车的安全要求，符合驾驶员的刹车习惯。

刹车过程中，对安全的要求是第一位的。需要找到电刹车和机械刹车的最佳覆盖区间，在确保安全的前提下，尽可能多地回收能量。具有能量回收系统的电动汽车的刹车过程应尽可能地与传统的刹车过程近似，这将保证在实际应用中，系统有吸引力，可以为大众所接受。

（2）考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力。

电动汽车中常用的是永磁直流电机或感应异步电机，应针对不同的电机的发电效率特性，采取相应的控制手段。

（3）确保电池组在充电过程中的安全，防止过充。

电动汽车中常用的电池为镍氢电池、锂电池和铅酸电池。充电时，避免因充电电流过大或充电时间过长而损害电池。

由以上分析可得能量回收的约束条件：

（1）根据电池放电深度的不同，电池可接受的最大充电电流。

（2）电池可接受的最大充电时间。

（3）能量回收停止时电机的转速及与此相对应的充电电流值。

本项目原型车为XL型纯电动车，驱动采用异步交流电机，额定功率为20kW，峰值功率为60kW，额定转矩为53Nm，峰值转矩为290Nm，持续输出三倍额定转矩时间不小于30s，额定转速为3600r／min，最高转速为9000r／min。蓄电池采用24节100Ah镍氢电池，其瞬时充电电流可达1．5C（C为电池放电倍率），即150A。在充电电流为0．5C时，可持续安全充电。实验表明，在电机转速为500r／min时，充电电流小于6A。可设此点为电刹车与机械刹车的切换点。

3制动能量回收控制算法

3．1制动过程分析

经推导可得，一次刹车回收能量E＝K1K2K3（ΔW－FfS）。

特定刹车过程中，车体动能衰减ΔW为定值。特定车型的机械传动效率K1和滚动摩擦力Ff基本上是固定的。对蓄电池来说，制动能量回收对应于短时间（不超过20s）、大电流（可达100A）充电，因此能量回收约束条件（2）可忽略，充电效率K3也可认为恒定。对于电机来说，在制动过程中，其发电效率K2随转速和转矩的变化而变化。制动距离S取决于制动力的大小和制动时间的长短。

由以上分析可知，如果电池状态（包括放电深度、初始充电电流强度）允许，回收能量只与发电机发电效率和刹车距离有关。在满足制动时间要求的前提下，通过调节电机制动转矩可以控制电机转速。

3．2控制算法

控制策略可描述为：在满足刹车要求的情况下（由中轻度刹车档位决定），根据能量回收约束条件（1）和（3）的不同值，确定最优制动力，使回收的能量达到最大，即电流对时间的积分达到最大。为了与平常的刹车习惯相符合，令制动力随刹车时间呈线性增长，即Fj＝Fo＋Kt。问题转换为寻找最优的制动力初值Fo和制动力增长系数K。

我国常用的轿车循环25工况规定，汽车最高速度不超过60km／h，加速度变化范围为－1．5m／s2～1．5m／s2。为了体现城市工况下汽车制动的典型性，同时保证安全性和平稳性，考察如下制动过程：电制动初始速度为60km／h（对应电机转速为4500r／min），电制动结束速度为5．4km／h（对应电机转速为500r／min），要求加速度的绝对值小于2m／s2，速度曲线尽量平滑。中度档位刹车时规定制动时间为8s～12s，轻度档位刹车时规定制动时间为12s～18s。下面只讨论中度档位刹车情况，轻度档位刹车情况与之类似。

镍氢电池（100Ah）在常温以0．5C放电时，电池单体电压变化范围为12～15V，但电池主要工作于平台段，即12．2～13V。为讨论问题方便，认为电池单体端电压为12．5V，总电压等于300V。据此假设，计算所得的充电电流误差不超过6％。

电机在不同的转速与转矩运行时，实测的效率曲线类似指数函数。为了处理方便，可将效率曲线分三段线性拟合成如下函数（拟合误差不超过5％，其中n为电机瞬时转速）：

与此相对应，可将制动过程分成三个阶段：

第一阶段：电机转速变化范围为4500r／min～3600r／min，电机发电效率为0．9，要求制动时间t1≤3s。

取制动转矩为60Nm，即F0＝1860N，K＝20，可得t1＝2．62s，平均加速度约为－1．29m／s2。计算可知，充电电流I单调减小，IMax＝It＝0＝75．75A。

第二阶段：电机转速变化范围为3600r／min～1500r／min，电机的发电效率变化范围为0．9～0．82，要求制动时间t2≤5s。

此时问题归结为在约束条件下的最优控制问题。经仿真计算可知，回收能量值随F0、K的增加而单调增加，并且主要由F0决定。当F0较小时，K的变化对制动时间的影响较大。由于电机可运行在三倍过载（140Nm）的情况下，可得最大制动力为4300N。当F0＝4300N、K＝30时，回收能量取最大值，为274．3（单位：安秒／As），平均加速度为－2．83m／s2。为了满足刹车平稳性的要求，取F0＝2300N、K＝50。制动时间为4．71s，此时回收能量为262．8As，较最大值减少4．2％，而平均加速度为－1．68m／s2，仅为最大值的59．3％。此阶段充电电流最大值为76．9A。为了准确描述能量回收的效果；引入了一个新的单位“安秒／As”（即时间以秒为单位对电流的积分）来衡量能量的大小。

第三阶段：电机转速变化范围为1500r／min～500r／min，电机的发电效率变化范围为0．82～0．6，要求制动时间t3≤2s。

仿照第二阶段的分析方法可得，取F0＝3000N、K＝30时，制动时间为1．88s，回收能量为42．1As，平均加速度为－2．01m／s2。此时回收能量较最大值减少2．3％，而平均加速度为最大值的74．1％，此阶段充电电流最大值为35．9A。

4仿真模型及结果

根据汽车动力学理论并结合其它相关方程可得仿真模型：

驱动力合力：Ft＝Ff＋Fj＋Fi＋Fw

其中,Ft为作用于车轮上的驱动力合力，Ff为滚动摩擦力，Fj为加速阻力，Fi为坡度阻力，Fw为空气阻力。在城市工况下，Fi和Fw可忽略。

其中，车体质量为M，瞬时车速为V，制动初始车速为V0，电制动结束时车速为V1，充电电流为I，电池端电压为U。其它符号含义与前相同。

在Simulink环境下建立仿真模型，可得电机转速曲线如图1所示，充电电流曲线如图2所示，回收能量曲线如图3所示。

5制动能量回收控制算法功效的评价

以初始速度为60km／h的电制动典型过程为例，经仿真计算可得，回收能量占车体总动能的65．4％，其余的34．6％为机械刹车和电刹车过程中的损耗。以我国轿车25循环工况为例，考虑到摩擦阻力及各部分效率的问题，回收能量占总耗能的23．3％。

实验证明，本文提出的制动能量回收控制策略是简洁有效的。在典型城市工况下，配备能量回收系统的XL型纯电动轿车运行可靠，可以延长续驶里程10％以上。

6其它相关问题的讨论

锂电池由于比能量高，也是EV常用的动力源。实验证明国内研制的锂电池瞬时（20s）充电电流上限可达1C，对常用的80Ah锂电池而言，其最大充电电流为80A左右。但是出于安全方面的考虑，如果把制动能量回收系统用于锂电池系统，需要严格的限流措施或将电刹车与机械刹车同时作用。

电池回收的问题篇5

——四（3）班《废电池与环保》综

合实践活动学生成果展示交流稿

黄洁：亲爱的老师们，同学们下午好！我是四（4）班的黄洁。

王百惠：我是四（4）班的王百惠。

陈子月：我是四（4）班的陈子月。

叶加水：我是四（4）班的叶加水。

陶曦：我是四（4）班的陶曦。

丁玲：我是四（4）班的丁玲。

周莹：我是四（4）班的周莹，是本次活动的电脑操作员。

一、我们的活动背景及目标阐述

黄洁：有一次，我们班一位同学手持一则公益广告，内容是“随手一扔的代价，使5平方米土地承受50年重金属的污染”，同学们对这则广告非常感兴趣。再看看我们身边的录音机，还有一些随身听、手机、MP3等，电池一用完，就被扔进垃圾箱，在大家看来这好像是天经地义的事情，谁也没在意。王老师认为这是一个很有价值的课程资源，也是我们小学生关注人类生存和发展的切入口，贴近我们的生活实际性。王老师把这个想法和同学们交流了一下，得到了同学们的积极响应。于是我们根据自己的爱好、特长自愿组成了五个小组，还根据研究的内容分别为本组取名为：研究小组、调查小组、实验小组、采访小组、收集小组。从而确立了这次的综合实践活动的主题为---《废电池与环保》。

王百惠：通过研究和实践活动，让我们了解废旧电池的危害性；通过讨论处理废旧电池的方案，培养我们的创新能力、想象能力、动手实践能力和进行社会调查参与社会生活的意识；从而提高我们的环保意识，明确回收利用废旧电池的意义。

二、我们的研究计划

陈子月：围绕《废电池与环保》这个主题，我们初步分成4个阶段开展实践活动。

（读熟）（一）了解废旧电池的现状，师生讨论共同确立探究的主题。

（二）：同学们自愿组成五个小组,酝酿、讨论选择各自研究的子课题。

研究小组:查找有关废旧电池的资料。

实验小组：亲自实验，发现电池对生物的危害性。

调查小组:实地调查学校周围各小区的废旧电池回收情况。

采访小组：采访了解环卫工人和环保部门是如何处理废电池的。

收集小组：亲手制作废旧电池回收箱。

（三）：宣传废旧电池的危害,倡议收集废旧电池。

（四）：整理各种资料，小结反思活动过程。

三、我们的精彩再现

黄洁：今天我们主要汇报上述4个阶段中的第二阶段的活动。一切准备就绪，同学们俨然成了小学者、小专家。我们的老师则成了幕后工作者，以一个“研究指导”的身份，穿梭于各小组之间，指导我们利用课余时间，通过各种途径，查找获取有关资料，然后进行反复的研讨。下面请听我们五个小组的活动收获：

1、走进调查小组

丁玲：我们调查小组的同学在组长的带领下，七嘴八舌地讨论着问卷调查表的内容，在争论不下的时候，老师成了我们的裁判。别小看了我们的智慧，虽然大家争得面红耳赤，1个小时过去了，在我们看来挺有专业水准的调查内容已跃然纸上。这就是我们的调查表。

对废旧电池认识的调查问卷

1、您在使用以下小电器吗？（可多选）

A、MP3B、随身听C、收音机D、CD机E、其它______________(请填写)

2、您大概一周平均要使用上述小电器多少时间？（如果在使用几个，则计总时间）。

A、2小时B、2－4小时C、4－8小时D、8小时以上

3、您使用的电源是：

A、一般碱性电池B、可重复使用的充电电池

4、您对废旧电池的处理方法是：

A、随手扔掉B、扔进垃圾桶C、找专门回收机构处理或丢进废旧电池加收箱,但很难找到D、收集起来，没有乱仍

5、您知道电池里含有有害物质吗？

A、知道B、不知道

6、您了解或听说过废旧电池的具体危害吗？

A、了解B只是听说过，不太了解C、不知道

7、下面所列物质您认为废旧电池里都含有还是部分含有：

汞、铅、镉、铜、废酸、废碱、有机溶液A、都含有B、部分含有

8、若您认为废旧电池对人体健康和生态环境有害的话，您认为应该如何解决其危害问题？

A、主要从治理污染入手，建立废旧电池回收处理厂，在各地建立废旧电池回收统一处理机制

B、主要从电池生产方面入手，国家制定统一标准，实行电池生产准入机制，从源头上控制含有大量有害物质电池的生产及销售

丁玲：4月8日，风和日丽，我们调查小组的10名同学对附近的居民进行了一次问卷调查。在调查过程中，我们走街串巷，发挥了团结协作的精神，做到与别人亲切礼貌的交谈、询问。当然这其中也碰到一些不愿意接受调查的居民，也有一部分同学打起了退堂鼓。在老师的帮助与鼓励下，我们用一颗真诚的心叩开了一扇扇门。功夫不负有心人，在一天之内我们调查小组收集到95份问卷调查表，掌握了宝贵的第一手资料。我们虽然疲惫但却掩饰不住内心的欣喜。

同学们通过问卷调查,并进行统计,得出如下结果:

（读熟)共调查人数95人,约73%的人知道废旧电池的危害；约41%的人知道废旧电池应单独回收,但没有回收箱；有87%的居民将废电池与生活垃圾一起丢弃。有近八成的市民认为废电池回收活动“与自己无关”或“没时间参加”。

2、走进研究小组

王百惠：我们研究小组的同学们个个都是电脑高手，不用老师帮助，我们就能熟练地在百度中收集废电池的危害性的事例数据，及世界各国处理的方法，一边搜索，一边下载，忙的不亦乐乎。几天之后，经过努力，同学们收集了大量而翔实的资料：其中有（读熟）

（1）电池的组成:

干电池、充电电池的组成成分:锌皮(铁皮),碳棒,汞,硫酸化物,铜帽；蓄电池以铅的化合物为主。以1号废旧锌锰电池为例，它的重量70克左右,其中碳棒5.2克,锌皮7.0克,锰粉25克,铜帽0.5克,其他32克。

（2）废旧电池的危害性:

有关资料显示,一节一号电池烂在地里,能使1平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水受到污染,相当于一个人一生的饮水量。在对自然环境威胁最大的几种物质中,电池里就包含了汞,铅,镉等多种,这些有毒物质通过各种途径进入人体内,长期积蓄难以排除,损害神经系统,造血功能和骨骼,甚至可以致癌。铅:神经系统(神经衰弱,手足麻木),消化系统(消化不良,腹部绞痛),血液中毒和其他的病变。汞:精神状态改变是汞中毒的一大症状.脉搏加快,肌肉颤动,口腔和消化系统病变.镉,锰:主要危害神经系统.

（3）废旧电池污染环境的途径:

A：若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋,或者随手丢弃,经过长期机械磨损和腐蚀,渗出的汞及重金属物质就会渗透于土壤,污染地下水,进而就会通过各种途径进入人的食物链,破坏人类的生存环境,间接威胁到人类的健康。

B:目前世界上生活垃圾处理主要是卫生填埋,堆肥和焚烧三种方式。

填埋:废旧电池的重金属通过渗滤作用污染水体和土壤。焚烧:废旧电池在高温下,腐蚀设备,某些重金属在焚烧炉中挥发在飞灰中,造成大气污染;焚烧炉底重金属堆积,给产生的灰渣造成污染。堆肥:废旧电池的重金属含量较高,造成堆肥的质量下降.再利用:一般采用反射炉火冶金法,工艺虽然容易掌握但是回收率只有82%,其余的铅以气体和粉尘的形态出现,同时冶炼过程中的二氧化硫会进入空气中,造成二次污染,直接危害操作工人的健康.

（4）研究中我们还发现:我国废电池回收率低，不足2%

3、走进实验小组

陈子月：为了更直观地了解废旧电池的危害性，我们实验小组开展了以下实验：

（1）同学们将拆除过的废电池倒入花盆中，7个小时后，花的叶子开始变黄，第二天早上，花瓣谢了；到了下午，花的茎弯了下来；又过了一天，根已经开始腐烂。

（2）为了证实废电池对动物的生长是否有影响，同学们一时拿不定主意，到底选什么动物做此项实验比较合适？在教师的建议下，我们准备用对环境适应能力非常强的泥鳅做实验。但是泥鳅不易找到，我们就用金鱼代替。第二天，我们开始了实验的准备工作：买来了金鱼，借来了烧杯。为了实验的结果有一个对比性，我们将其中的两条金鱼放入自来水中饲养，另两条金鱼放入加了废电池液的水中饲养。我们对这个实验进行为期一周的观察、记录。两个烧杯内的金鱼究竟会出现什么结果呢？请看我们组的观察记录：

时间废电池液的水中的金鱼自来水中的金鱼备注

第1天良好良好

第2天行动迟缓良好

第3天萎靡不振良好

第4天昏迷良好

第5天死亡良好

4、走进采访小组

叶加水：我们采访小组的同学想了解环卫工人和环保部门是如何处理废电池的。经过反复讨论我们最终决定从以下几个问题入手。（1）生活垃圾中的废电池多吗？（2）你们是如何处理垃圾中的废电池的？（3）你们对废电池的回收工作还采取了哪些措施？等等。老师还帮我们联系了环保局的有关人员。放学后，我们先去采访了环卫工人，然后电话采访了环保局的专业人员。以下是我们做的一段采访记录。

同学问：阿姨，你在清扫垃圾的时候废电池多吗？你们怎样处理？

环保工人：垃圾中或多或少都有废电池。我们都把垃圾和废电池一起运到了垃圾回收站，但回收站怎样处理废电池，我不太清楚。

同学问：你们家中用过所有电池是怎样处理的？

居民1：我们岁数大了，不知道废电池有什么危害，所以随着生活垃圾一起扔掉了。

居民2：我们虽然知道废电池危害很大，但不知道回收地点，所以随垃圾也一起扔掉了。

居民3：BRT站台上有专门的回收箱，我上班的时候随手扔到回收箱中了。

同学问：你们环保部门是如何处理垃圾中的废电池的？

环保主任：当废电池和生活垃圾一起送到回收站后，我们先进行防腐处理，然后进行集中处理。

因此我们呼吁年龄大的爷爷、奶奶们通过我们的宣传，不再随手乱扔废电池；叔叔、阿姨们把废电池集中起来一起放入回收箱；呼吁环保部门在小区、街道专门多设置废电池回收箱。同学们要坚持做好校内校外的宣传工作，牺牲大家一刻，保万世之清洁，绿色环境的营造等待你我的参与，让我们携手共建我们美好的家园吧！

5、走进收集小组

陶曦：我们收集小组的同学们负责回收箱的制作、电池的回收及废电池的处理工作。在制作回收箱的过程中，同学们有的拿剪刀，有的粘胶带，有的设计箱子的版面，忙而不乱、井井有条，这俨然变成了车间的工人师傅，虽然个个满头大汗，但脸上透露出喜悦和幸福。在老师的帮助下，我们自己联系找来了废电池的处理途径，要来了电话：########。在这个阶段，学生参与合作、接触社会、动手实验，提高了合作意识和实践能力。

黄洁：这次的调查、采访，激起了同学们探索的热情，实践中看到的、问到的，已不能满足我们的求知之心。学校阅览室、微机房、便成了我们调查、研究的天地。亲身的实践、不断的探索，让大家感受到了综合实践课的温馨与魅力。

四、反思与改进

王百惠：综合实践活动通过协作、考察、搜集、访问、社会调查、分析研究、写课题小报告等实践活动，让我们学会了与人交往，锻炼了自己勇于参与、大胆实践的品质。

陈子月：我们在活动中增强了竞争意识、合作意识，提高了创新能力。

叶加水：综合实践活动提高了我们与他人共同工作和从事集体工作、解决问题等能力。

陶曦：在综合实践活动的实施过程中，我们明白在“调查”、“访问”、“搜集资料”时，要学会思考，要有较强的判断力和解决问题的能力。

结束语