新能源汽车技术教案.docx
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新能源汽车技术教案
————职业学院
课程教学设计
课程名称新能源汽车技术
设计者
授课班级
所在系部
教研室
2018-2019学年第2学期
《新能源汽车技术》课程单元教学设计
（项目课程/模板）
项目（教学单元）名称
新能源汽车基础知识
授课教师
授课班级
教学地点
授课日期
年月日
第周周第节
学时
教学目的
1.通过对新能源汽车基础知识的学习，请学生了解发展新能源汽车的必要性及新能源汽车的优点。
2.了解各类新能源汽车的定义、分类和发展及相关技术。
教
学
目
标
知识目标
1.了解新能源汽车的定义、分类
2.了解新能源汽车发展现状及关键技术
能力目标
1.能够描述新能源汽车的定义
2.能够说出几种新能源汽车的类型
素质目标
培养学生端正学习态度，掌握学习方法，学会团结协作，善于沟通，具有良好的职业素养。
教学重点
1.了解发展新能源汽车的必要性和优点。
2.新能源汽车的定义与分类
教学难点
1.新能源汽车的定义与分类。
2.新能源汽车的关键技术
教学任务或案例
教学资源
《新能源汽车》机械工业出版社臧杰主编
《新能源汽车技术》人民交通出版社赵振宁王慧怡主编
《新能源汽车技术》国防工业出版社邹政耀王若平主编
教学体会
教学过程设计
教学步骤
教学内容
教学活动设计
教学时间
（min）
任务一新能源汽车定义和分类
一、任务引入（时间：
5分钟）
【知识回顾】
汽车的发明极大的缩短了人与人之间的距离，方便了人类的生活，已经成为当今社会的重要交通工具，随着汽车保有量的大幅度增加，也产生了资源消耗过度，空气污染和气候变暖的负面问题。
【任务分析】
新能源汽车，是进入二十一世纪以来，汽车技术发展的重要方向。
那么，为什么要推广新能源汽车新能源汽车指的是什么哪些又能够被称为汽车新能源新能源汽车有哪些类型
【目标要求】
了解新能源汽车的定义与分类
了解发展新能源汽车的重要意义
【教学活动设计】
教师活动：
创设情境，展示教具；学生活动：
体会场景，感知实物。
二、知识准备（时间：
30分钟）
【相关知识】
1.导入新课
新能源汽车，是进入二十一世纪以来，汽车技术发展的重要方向。
那么，为什么要推广新能源汽车新能源汽车指的是什么哪些又能够被称为汽车新能源新能源汽车有哪些类型
2.讲授新知识
1、新能源汽车的定义
1、定义：
采用非常规的车用燃料作为动力来源或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。
2、非常规的车用燃料：
除汽油、柴油、天然气、液化石油气、乙醇汽油、甲醇等之外的燃料。
新能源汽车的发展旨在通过技术创新，重点在能源消耗、环境污染等方面，改善汽车相关性能。
因此其在排放与能源消耗方面，较传统内燃机汽车具有更大的优势。
二、新能源汽车的分类
1、纯电动汽车
纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。
它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。
2、增程式电动汽车
增程式电动汽车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。
其运行模式可以根据需要处于纯电动模式、增程模式或混合动力模式，是介于纯电动汽车和混合动力电动汽车之间的一种过渡车型，具有纯电动汽车和混合动力电动汽车的特征，有人把它划分为纯电动汽车范畴，也有人把它划分为混合动力电动汽车范畴，认为它是一种插电式串联混合动力电动汽车。
3、混合动力电动汽车
混合动力电动汽车是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆。
车辆的行驶功率，依据实际的车辆行驶状态，由单个驱动系统单独或多个驱动系统共同提供，因各个组成部件布局方式和控制策略的不同混合动力汽车，有多种形式混合动力电动汽车一般又分为常规混合动力电动汽车和插电式混合动力电动汽车。
4、燃料电池电动汽车
燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下，在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。
燃料电池电动汽车实质上是一种纯电动汽车，主要区别在于动力电池的工作原理不同，一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气因此最早开发的燃料电池电动汽车都是直接采用氢燃料，氢气的储存可以采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。
5、其他新能源汽车
其他新能源汽车类型很多，没有统一标准。
生物燃料汽车、氢发动机汽车、太阳能汽车及使用超级电容器、飞轮等高效储能器的汽车，都属于其他新能源汽车。
有人把天然气汽车、液化石油气汽车、乙醇燃料汽车、甲醇燃料汽车等也划分为新能源汽车。
【教学活动设计】
教师活动：
讲授知识，讲演结合；学生活动：
理解结构、原理、性能。
三、任务实施（时间：
45分钟）
【任务实施】
新能源汽车的认识
1.基本设备
一台混合动力汽车、一台电动汽车。
2.操作步骤
认识新能源汽车的结构特点、各系统基本组成。
3.具体操作
【步骤一】示范操作
【步骤二】学生操作训练或课堂实践
4.适任评估
对任务效果进行检验评价。
1.评估要素
结合能力要求
2.评估标准
①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……
【教学活动设计】
教师活动：
示范操作，突出要领；学生活动：
工学结合，学做合一。
四、项目拓展（时间：
5分钟）
不同新能源的优缺点。
五、课堂总结（时间：
5分钟）
【任务总结】
通过对普通燃油汽车与新能源汽车的对比，掌握新能源汽车的概念，根据驱动汽车的能量不同，掌握新能源汽车的类型。
【教学活动设计】
教师活动：
知识归纳；学生活动评价..；学生活动：
提问；分享交流...
六、课后实践（时间：
20分钟）
【自主学习】
1.布置作业
课后习题
2.课外任务
3.知识链接
任务二新能源汽车的发展
一、任务引入（时间：
5分钟）
【知识回顾】
1.新能源汽车的定义
2.新能源汽车的分类
【任务分析】
2008年经济危机之后，面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力。
世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措，新能源汽车产业成为全球各国竟相追逐的战略性新兴产业之一。
目前，新一轮的新能源汽车研发、示范和产业化已经开始，而且得到各国政府和企业的高度重视，新能源汽车正处于产业爆发前期阶段。
各国新能源汽车的发展现状怎样带着问题我们一起进入下面的学习吧。
【目标要求】
了解国内外新能源汽车发展现状及趋势。
【教学活动设计】
教师活动：
创设情境，展示教具；学生活动：
体会场景，感知实物。
二、知识准备（时间：
40分钟）
【相关知识】
1.导入新课
2008年经济危机之后，面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力。
世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措，新能源汽车产业成为全球各国竟相追逐的战略性新兴产业之一。
目前，新一轮的新能源汽车研发、示范和产业化已经开始，而且得到各国政府和企业的高度重视，新能源汽车正处于产业爆发前期阶段。
各国新能源汽车的发展现状怎样带着问题我们一起进入下面的学习吧。
2.讲授新知识
一、国内新能源汽车的发展
1、2001年，新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题。
2、2006年6月，“十一五”的“863”计划节能与新能源汽车重大项目通过论证。
3、2006~2007年，中国新能源汽车产业取得了重大的发展
4、2008年至今，新能源汽车在国内已呈全面出击之势。
二、国外新能源汽车的发展
1、美国新能源汽车发展现状
2、日本新能源汽车发展现状
3、法国新能源汽车发展现状
4、德国新能源汽车发展现状
进入21世纪，国外各大汽车公司纷纷制订新的新能源汽车开发计划。
在这个“环保竞技场”上，包括通用、奔驰、大众、宝马、丰田、本田、福特、克莱斯勒、日产等先行者，更是当仁不让地扮演了新能源车的主角。
【教学活动设计】
教师活动：
讲授知识，讲演结合；学生活动：
理解结构、原理、性能。
三、任务实施（时间：
分钟）
四、项目拓展（时间：
40分钟）
我国各汽车制造企业新能源汽车介绍。
五、课堂总结（时间：
5分钟）
【任务总结】
通过对国内外（包括美国、日本、德国、法国、中国）新能源汽车发展现状的分析，可以对新型能源汽车有较全面的了解，以便更好的发展我国新能源汽车。
【教学活动设计】
教师活动：
知识归纳；学生活动评价..；学生活动：
提问；分享交流...
六、课后实践（时间：
20分钟）
【自主学习】
1.布置作业
课后习题
2.课外任务
3.知识链接
任务三新能源汽车技术路线及关键技术
一、任务引入（时间：
5分钟）
【知识回顾】
1.新能源汽车的定义、分类
2.国内个新能源汽车发展现状及趋势
【任务分析】
在过去的十几年里我国在纯电动、混合动力及燃料电池汽车，电池、电机及其管理控制技术开发，整车控制与集成等关键技术均取得了较大改进与突破。
在电动汽车科技发展“十二五”专项规划中，也明确提出了我国电动汽车发展的技术路线和需要突破的关键技术。
下面我们一起进入新能源汽车技术路线及关键技术的学习。
【目标要求】
1.了解新能源汽车的技术路线
2.掌握新能源汽车“三纵三横”关键技术
【教学活动设计】
教师活动：
创设情境，展示教具；学生活动：
体会场景，感知实物。
二、知识准备（时间：
40分钟）
【相关知识】
1.导入新课
在过去的十几年里我国在纯电动、混合动力及燃料电池汽车，电池、电机及其管理控制技术开发，整车控制与集成等关键技术均取得了较大改进与突破。
在电动汽车科技发展“十二五”专项规划中，也明确提出了我国电动汽车发展的技术路线和需要突破的关键技术。
下面我们一起进入新能源汽车技术路线及关键技术的学习。
2.讲授新知识
一、新能源汽车技术路线
（1）确立“纯电驱动”的技术转型战略
混合动力汽车技术逐步成熟，已进入产品市场竞争期；纯电动汽车电池技术进步加速，世界主要汽车制造商加快了纯电动汽车量产步伐；插电式混合动力作为一种具有纯电动和混合动力双重特征的电动汽车技术成为全球新的研发热点；以电池租赁为代表的纯电动汽车商业模式创新取得进展。
（2）坚持“三纵三横”的研发布局
“十五”期间，科技部在节能与新能源汽车的研发上投入超过8亿元，“十一五”期间，节能与新能源汽车重大专项的投入规模为11亿元。
经过10年左右的研发投入与攻关，我国新能源汽车已经形成“三纵三横”的研发格局。
“三纵”就是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车;“三横”就是多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统。
在“三纵三横”的研发格局中，参与的车企与科研机构也有不同的分工与侧重，如清华大学侧重氢燃料电池大巴，北京理工大学侧重纯电动大巴，同济大学侧重燃料电池轿车;一汽、东风、长安、奇瑞等企业主攻混合动力轿车;上汽主攻氢燃料电池轿车;中国汽车技术研究中心下属的天津清源主攻纯电动轿车;中信国安盟固利、中科院大连化学物理研究所则主攻锂电池、氢燃料电池的研发。
“三纵三横”研发格局的形成，为我国新能源汽车的产业化打下了产业链基础。
但是，汽车业界对于国家的新能源汽车战略一直有不同看法，其中一大争议是技术路线不明，主次不分，混合动力、纯电动、氢燃料、代用燃料等各种技术路线都投入，均衡用力，没有重点。
二、新能源汽车关键技术
（1）电池
（2）电动机
（3）电控
（4）混合动力电动汽车
（5）纯电动汽车
（6）燃料电池电动汽车
【教学活动设计】
教师活动：
讲授知识，讲演结合；学生活动：
理解结构、原理、性能。
三、任务实施（时间：
分钟）
四、项目拓展（时间：
40分钟）
我国新能源汽车发展存在的问题（充电站、售价、消费者认知）
五、课堂总结（时间：
5分钟）
【任务总结】
通过对新能源汽车发展战略，和发展趋势的认识，可以指导发展新能源汽车的方向，包括电池、电机、汽车产业政策。
通过学习电动汽车技术发展十二五专项规划明确我国新能源汽车的技术路线和关键技术。
【教学活动设计】
教师活动：
知识归纳；学生活动评价..；学生活动：
提问；分享交流...
六、课后实践（时间：
20分钟）
【自主学习】
1.布置作业
课后习题
2.课外任务
3.知识链接
项目（教学单元）名称
新能源汽车类型
授课教师
授课班级
教学地点
授课日期
年月日
第周周第节
学时
教学目的
1.了解纯电动汽车的分类，
2.掌握纯电动汽车的结构与原理，
3.掌握纯电动汽车驱动系统的布置形式，
4.掌握纯电动汽车动力系统的选择。
教
学
目
标
知识目标
1.了解纯电动汽车的分类，
2.掌握纯电动汽车的结构与原理
2.掌握纯电动汽车驱动系统的布置形式，
3.4.掌握纯电动汽车动力系统的选择
能力目标
1.能够描述纯电动汽车的特点
2.能够描述几款纯动汽车的性能
素质目标
培养学生端正学习态度，掌握学习方法，学会团结协作，善于沟通，具有良好的职业素养。
教学重点
1.纯电动汽车的结构与原理。
2.纯电动汽车驱动系统的布置形式。
教学难点
1.纯电动汽车的结构与原理。
2.纯电动汽车动力系统的选择。
教学任务或案例
教学资源
《新能源汽车》机械工业出版社臧杰主编
《新能源汽车技术》人民交通出版社赵振宁王慧怡主编
《新能源汽车技术》国防工业出版社邹政耀王若平主编
教学体会
教学过程设计
教学步骤
教学内容
教学活动设计
教学时间
（min）
任务一纯电动汽车
一、任务引入（时间：
5分钟）
【知识回顾】
1、世界新能源汽车的主要品牌
2、我国新能源汽车的主要车型品牌
3、系能源汽车的主要技术，何为三纵三横
【任务分析】
通过本节的学习，掌握纯电动汽车的定义、类型及总体结构，明确纯电动汽车的优势及劣势，理解纯电动汽车的关键技术及主要技术指标。
【目标要求】
1.掌握纯电动汽车的类型与各总成结构结构；
2.熟知纯电动汽车的特点；
3.了解纯电动汽车的关键技术及主要技术指标。
【教学活动设计】
教师活动：
创设情境，展示教具；学生活动：
体会场景，感知实物。
二、知识准备（时间：
100分钟）
【相关知识】
1.导入新课
由于纯电动汽车具有零排放、不依赖石油、耗电低，操作维修简便等优点，世界主要汽车公司和专业电动汽车生产集团公司都在研发和生产纯电动汽车。
同时消费者对纯电动汽车的了解和接受程度也越来越强。
今后电动汽车的发展方向将是以电池、电机及整车等技术为着力点，提高其可靠性、动力性和续驶里程，降低成本，加强充电基础设施的规划，加快电动汽车智能充换电服务网络建设。
下面我们一起进入纯电动汽车的学习。
2.讲授新知识
一、纯电动汽车简介
纯电动汽车广义上可理解成由电动机驱动的车辆，电动机的驱动电能来源于车载储能装置（如蓄电池、超级电容、飞轮储能装置等），它包括在道路上行驶的电动车辆，低速的工业用电瓶车，机场、码头、仓库用的电动运输车和电动叉车，电动观光游览车，电动巡逻车及各种电动专用车等。
纯电动汽车狭义上指的是从车载储能装置获得电能，由电机驱动，同时满足道路安全法规对汽车的各项要求，允许在正规道路行驶的车辆。
总的来说，纯电动汽车是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品，是与燃油汽车相对应的。
二、纯电动汽车分类
纯电动汽车根据动力源的不同可分为2类，即用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。
1.用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车
用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组，它的电力和动力传输系统如图所示。
2.装有辅助动力源的纯电动汽车
用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，蓄电池的比能量和比功率较低，蓄电池组的质量和体积较大。
因此，在某些纯电动汽车上增加辅助动力源，如超级电容器、发电机组、太阳能等，由此改善纯电动汽车的启动性能和增加续驶里程。
装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统如图所示。
三、纯电动汽车的结构组成与原理
燃油汽车主要由发动机，底盘、车身和电气四大部分组成，纯电动汽车的结构与燃油汽车相比，主要增加了电力驱动控制系统，而取消了发动机，由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。
当汽车行驶时，由蓄电池输出电能（电流）通过控制器驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。
电动汽车续驶里程与蓄电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素限制。
要提高一次充电续驶里程，必须尽可能地节省蓄电池的能量。
典型的纯电动汽车结构如下图所示。
动力蓄电池组输出电能驱动电动机，从而推动车辆行驶。
蓄电池的电能通过充电系统在车辆行驶一定里程后进行补充。
电力驱动控制系统工作原理
1.电力驱动主模块
①组成：
电力驱动主模块主要包括中央控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置和车轮等。
②功用：
将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。
2.车载电源模块
电源电源模块主要包括蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器等。
它的功用是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。
3.辅助模块
辅助系统主要包括辅助动力源、动力转向系统、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。
辅助系统除辅助动力源外，依据不同车型而不同。
四、纯电动汽车驱动系统布置形式
1.传统机械传动型
传统机械传动型纯电动汽车由燃油汽车底盘改装，基本保留燃油汽车的机械传动系统（离合器、变速器、差速器等），内燃机换成电动机。
2.无变速器型
无变速器型纯电动汽车的结构特点是取消了离合器和变速器，采用了固定传动比的减速器，通过对电动机的控制实现变速功能。
这种布置形式的优点是机械传动系统得到简化，质量、体积减小，但对电动机要求较高，要求较大的起动转矩及较大后备功率，以保证汽车的起步、加速、爬坡等动力性要求。
3.轮边电动机驱动型
轮边电动机驱动型纯电动汽车不带变速器，通过电动机控制实现变速功能；驱动系统采用多电动机（2个或4个），电动机位于车轮一侧，每个电动机配备一个减速器，没有机械差速器，两侧电动机的控制系统实现电子差速的功能。
4.轮毂电动机驱动型
轮毂电动机驱动型纯电动汽车将电机置于驱动轮内部，进一步缩短了电动机与驱动轮间的动力传递路径。
按照是否配备减速器，分为带减速器式左下图和不带减速器式右下图两类。
带减速器式轮毂电动机一般采用高速内转子电动机，转速可高达10000r/min，必须配置减速器来降低转速，如下图a。
不带减速器式轮毂电动机一般采用低速外转子电动机，外转子就安装在车轮轮缘上，电动机转速和车轮转速相等，最高转速在1000～1500r/min，不需要减速装置，如下图b所示。
但是，低速外转子电动机的体积、质量较大，成本较高。
五、纯电动汽车动力系统的选择
纯电动汽车动力系统中电池、电动机、传动系统这三种动力部件的参数对汽车的动力性和经济性有很大影响。
在确定这些参数的时候，必须充分考虑满足这两个基本性能要求。
1．电动机的选择
（1）电动机类型的选择
电动机类型的选择不仅要考虑电动机的转矩特性和效率，还需要从电动汽车的整车设计目标、驱动系统的结构、成本控制等方面出发，综合考虑电动机的环境适应性、可维护性、质量体积、结构强度、成本等其他因素。
下表为纯电动汽车用电动机的性能比较。
（2）电动机功率的选择
电动机的功率大小对电动汽车的动力性和经济性有直接的影响。
电动机如果选择过小，就不能在正常状态下实现电动汽车要求的性能指标，经常在过载状态下运行，易损坏电动机及相关电力器件；相反，如果电动机功率选择太大，虽然车辆的后备功率增加，有利于提升车辆的加速和爬坡能力，但是电动机经常在欠载状态下运行，工作效率低、浪费电能，缩短了车辆的续驶里程。
因此，合理选择电动机功率非常重要。
（3）电动机额定转速和最高转速的选择
额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机体积越小，质量越轻，造价越低，因此选择高速电动机比较经济。
但是电动机转速越高，需要的传动机构的传动比越大，使传动机构越复杂。
（4）电动机额定电压的选择
额定电压是电动机的一个重要性能参数。
纯电动汽车用电动机的额定电压选择与动力电池组电压密切相关。
在相同输出功率条件下，电池组电压高则电流小，对导线和电力器件要求较低。
但较高的电压需要较多的电池串联，会增加整车成本和总质量，并且车载设备的安全保护级别也需要提高。
电动机的额定电压如果选得太低，则要求导线截面积更大，电力器件额定电流更大，增加了导线布置安装的难度及电力器件的成本，并且会使电力器件的额外损耗增加，使用寿命缩短。
2．电池的选择
（1）电池类型的选择
电池是纯电动汽车的动力来源，为了达到动力性和续驶里程的要求，对它的基本要求是具有较高的比功率和比能量。
此外，为了能够更好地使用电池，还要求其可靠性强、循环寿命长、充电快、易维护、环保性能好、充放电效率高及成本不过高。
动力电池的类型应当根据车辆的性能指标、动力系统的类型与布置及整车成本控制，综合考虑各类型电池的各项性能指标进行选定。
铅酸电池由于质量大、充电时间长等不足，目前只在小型电动车辆上应用，镍氢电池和锂离子电池是当前动力电池的主流。
（2）电池数量的选择
由于单块电池不能满足整车的电压和能量的要求，因此纯电动汽车的电池系统需要采用多块电池，它们以串联、并联或混联方式形成电池组。
电池的数量要满足纯电动汽车的两项基本要求，一是能够满足车辆最大行驶功率的要求，二是要携带足够的能量以满足规定的车辆续驶里程要求。
3．传动系统的选择
由于电动机的特性接近于理想驱动特性，理论上是可以直接用于驱动电动汽车的，但要达到整车的动力性和经济运行的性能指标，对电动机的负载能力、高效率区范围有极高的要求，符合这种要求的电动机的设计和制造成本目前还很高。
因此，目前的纯电动汽车只有少数采用电动轮直接驱动的形式，多数车辆的驱动系统为电动机匹配了机械传动机构，以满足整车的动力性要求，并可减轻电动机的负荷，提高它在复杂行驶工况下的运行效率，有利于获得较大的续驶里程。
六、纯电动汽车的特点
（1）无污染，噪声低。
纯电动汽车不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，有“零污染”的美称；电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机噪声小。
（2）能源效率高，多样化。
电动汽车的能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行。
电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。
电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。
向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。
除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。
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