第二章 电动汽车动力电池的种类、外特性介绍分解
介绍动力电池的类型、关键性能指标
新能源汽车发展得如火如荼的今天，相信大家都对纯电动汽车的商家如数家珍，比如国外品牌比较出名的有特斯拉电动汽车、宝马i3等、国内新能源汽车有号称电动汽车领头羊的比亚迪纯电动汽车、还有吉利纯电动汽车及奇瑞电动汽车等。
但是，电动汽车最为关键的核心部件——动力电池，大家又了解多少呢？关于动力电池，由于内容比较多，我们这里先介绍动力电池的类型、关键性能指标以及三种典型动力电池。
1、动力电池的类型从系统的角度来说，电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。
对于我们比较熟悉的化学电池，则是按正负极材料分为锌锰电池系列、镍镉镍氢系列、铅酸系列、锂电池系列等，也就是铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等目前车辆比较常用的动力电池。
另外，物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。
生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。
2、动力电池的关键性能指标电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等，根据电池种类不同，其性能指标也有差异。
这么多个性能指标，我们这里暂且介绍一下电压、容量、能量以及功率。
电压首先，我们介绍一下电池的电压，因为可以电池的电压的大小，判断我们的电池的电量状态。
所以电池电压是非常关键的一个性能指标，那么电压分为端电压、开路电压、额定电压、充电终止电压和放电终止电压。
这么多电压我们看一下是什么意思。
那么工作电压与开路电压的关系又是什么呢？在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，需要克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。
锂离子电池的放电工作电压在3.6V左右。
容量电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。
常用单位为安培小时，它等于放电电流与放电时间的乘积。
可以分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。
例如，锂离子电池规定在常温、恒流(1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下，充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所放出的电量为其额定容量。
介绍动力电池的类型、关键性能指标
新能源汽车发展得如火如荼的今天，相信大家都对纯电动汽车的商家如数家珍，比如国外品牌比较出名的有特斯拉电动汽车、宝马i3等、国内新能源汽车有号称电动汽车领头羊的比亚迪纯电动汽车、还有吉利纯电动汽车及奇瑞电动汽车等。
但是，电动汽车最为关键的核心部件——动力电池，大家又了解多少呢？关于动力电池，由于内容比较多，我们这里先介绍动力电池的类型、关键性能指标以及三种典型动力电池。
1、动力电池的类型从系统的角度来说，电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。
对于我们比较熟悉的化学电池，则是按正负极材料分为锌锰电池系列、镍镉镍氢系列、铅酸系列、锂电池系列等，也就是铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等目前车辆比较常用的动力电池。
另外，物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。
生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。
2、动力电池的关键性能指标电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等，根据电池种类不同，其性能指标也有差异。
这么多个性能指标，我们这里暂且介绍一下电压、容量、能量以及功率。
电压首先，我们介绍一下电池的电压，因为可以电池的电压的大小，判断我们的电池的电量状态。
所以电池电压是非常关键的一个性能指标，那么电压分为端电压、开路电压、额定电压、充电终止电压和放电终止电压。
这么多电压我们看一下是什么意思。
那么工作电压与开路电压的关系又是什么呢？在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，需要克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。
锂离子电池的放电工作电压在3.6V左右。
容量电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。
常用单位为安培小时，它等于放电电流与放电时间的乘积。
可以分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。
例如，锂离子电池规定在常温、恒流(1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下，充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所放出的电量为其额定容量。
第二章 电动汽车动力电池基本知识
❖ 4.能量与能量密度
❖ 电池的能量是指电池在一定放电制度下，电池所 能释放出的能量，通常用W·h或kW·h表示。电 池的能量分为理论能量和实际能量。
❖(1)理论能量 假设电池在放电过程中始终处于平 衡状态，其放电电压保持电动势 (E)的数值，而 且活性物质的利用率为100%，即放电容量为理 论容量，则在此条件下电池所输出的能量为理论 能量W0，即
电池等
化学能与电能转换基本原理
❖ 为了理解电池是怎样把化学能转化为电能的，以 经典的丹尼尔原理电池单体化学反应为例进行介
绍。 Cu 2 Zn Cu Zn2
❖ 在化学反应中，Cu2+和Zn2+在25℃的标准自由 能△G是-212kJ/mol。根据热力学的知识，化 学反应总是沿着自发的方向进行，所以如果把锌 加入Cu2+溶液中，铜就会沉淀出来了。该化学反 应就是从含有锌的矿石中提取出铜的常用方法。 在金属冶金应用中，化学反应包含的化学能是不 可利用的，能量以热能的形式被消耗掉。
本章学习目标
❖ 1.了解蓄电池的分类 ❖ 2.了解化学能与电能转换基本原理 ❖ 3.熟悉蓄电池的基本结构 ❖ 4.熟悉蓄电池的基本参数 ❖ 5.掌握动力电池性能的评价方法.动力电池的性能评价
3.动力电池的充放电方法及充电基础设施
❖（3）额定电压 额定电压也称公称电压或标称电 压，指的是在规定条件下电池工作的标准电压。 采用额定电压可以区分电池的化学体系。
电池类型 铅酸电池（VRLA） 镍镉电池（Ni-Cd） 镍锌电池（Ni-Zn） 镍氢电池（Ni-MH） 锌空气电池（Zn/Air）
单体额定电压/V 2 1.2 1.6 1.2 1.2
电动汽车电池技术概述讲解
电动汽车电池技术概述讲解电动汽车（Electric Vehicles，简称EV）是一种使用电力驱动的汽车，具有零排放、低噪音、低能耗等优点。
电动汽车的核心部件是电池，其性能和成本直接决定了电动汽车的续航里程、充电时间、寿命等关键指标。
本文将从电池的种类、工作原理、性能参数和发展趋势等方面，对电动汽车电池技术进行概述讲解。
一、电池的种类电动汽车使用的电池主要有以下几种：1.铅酸电池：铅酸电池是一种历史悠久、技术成熟的电池，具有价格低、安全性好等优点，但能量密度低、寿命短，不适合作为电动汽车的动力电池。
2.镍镉电池：镍镉电池的能量密度高于铅酸电池，但有毒物质镉对环境有害，目前已经逐渐被淘汰。
3.镍氢电池：镍氢电池的能量密度高、寿命长、安全性好，是目前应用最广泛的电动汽车电池之一。
4.锂离子电池：锂离子电池的能量密度高、寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，是目前最具前途的电动汽车电池。
二、工作原理电动汽车电池的工作原理是将化学能转化为电能。
在充电时，电能通过化学反应转化为化学能储存起来；在放电时，化学能通过化学反应转化为电能输出给电动机。
不同种类的电池具有不同的化学反应原理。
三、性能参数电动汽车电池的性能参数主要包括以下几个方面：1.能量密度：能量密度是指单位体积或单位质量的电池所能储存的能量，单位一般为Wh/kg或Wh/L。
能量密度越高，电池的续航里程越长。
2.寿命：寿命是指电池在规定的条件下，能够保持其性能的时间。
寿命越长，电池的使用成本越低。
3.充电时间：充电时间是指电池从空电状态到满电状态所需要的时间。
充电时间越短，电池的使用越方便。
4.自放电率：自放电率是指电池在储存期间自放电的程度。
自放电率越低，电池的寿命越长。
5.工作温度范围：工作温度范围是指电池能够在其中正常工作的温度范围。
工作温度范围越宽，电池的适应性越强。
四、发展趋势随着电动汽车市场的不断扩大和技术的不断进步，电动汽车电池技术也在不断发展。
新能源汽车动力电池介绍
电动汽车动力电池系统技术架构
动力电池系统技术构成
IAC Confidential
电动汽车动力电池管理系统BMS
动力电池管理系统BMS电动汽车电池管理系统BMS(Battery Management System)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带BMS组成：数据采集模块、主控模块、通讯模块、均衡模块、人机接口模块、故障诊断模块等组成主要功能电池物理参数V/I/T实时监测电池SOC,SOH状态计算在线诊断与预警充、放电与预充控制均衡管理和热管理等
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锂离子动力电池
锂离子电池正极材料特性
磷酸铁锂
锰酸锂
钴酸锂
镍酸锂
镍钴锰三元材料
材料主成分
LiFePO4
LiMn2O4
LiMnO2
LiCoO2
LiNiO2
LiNiCoMn2
理论能量密度(mAh/g）
170
148
286
274
274
278
实际能量密度(mAh/g)
130~140
IAC Confidential
锂离子动力电池
锂离子电池基本结构正极、负极、隔膜、电解液外壳五金件（钢/铝塑壳、盖板、极耳、绝缘片）
圆柱型电池
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锂离子电池的应用
IAC Confidential
锂离子动力电池
锂离子动力电池比较锂电池按正极材料分类，常见的有三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂等三元材料（NCM/NCA）电池和磷酸铁锂(LFP)电池是目前最主流应用
W-T (改善弱势)及时了解行业动态,持续学习积累业界经验技术建议公司适度投资，展开对动力电池系统的研究开发制造测试需要的软硬件基础设施构建
第二章 电动汽车动力电池的种类、外特性介绍
额定容量
在设计规定的条件（如温度、放电率、终止电压等）下，电池应能放 出的最低容量，单位为Ah ，以符号C表示。
n小时率容量
完全充电的蓄电池以n小时率放电电流放电，达到规定终止电压时所释
放的电量。
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1. 术语解释
理论容量
S
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1. 术语解释
开路电压
电池在开路状态下的端 电压称为开路电压。电池的 开路电压等于电池在断路时 （即没有电流通过两极时） 电池的正极电极电势与负极 的电极电势之差。电池的开 路电压用V开表示。
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1. 术语解释
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1. 术语解释
充电
从外部电源供给蓄电池直流
电，将电能以化学能的方式贮
存起来的过程。
浮充电
随时对蓄电池用恒压充电，
使其保持一定的荷电状态。
涓流充电
为补充自放电，使蓄电池保
持在近似完全充电状态的连续 小电流充电。 Xiangyang Auto vocational technical college
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1. 术语解释
容量受放电率的影响较大，所以常 在字母C的右下角以阿拉伯数字标明放 电率，如C20=50，表明在20时率下的容 量为50A·h。 电池的理论容量可根据电池反 应式中电极活性物质的用量和按法拉 第定律计算的活性物质的电化学当量 精确求出。由于电池中可能发生的副 反应以及设计时的特殊需要，电池的 实际容量往往低于理论容量。 Xiangyang Auto vocational technical college
简述电动汽车动力电池的分类及各自特点
简述电动汽车动力电池的分类及各自特点电动汽车动力电池是电动汽车的重要组成部分，它储存和释放电能，为电动汽车提供动力。
根据不同的电化学原理和材料，电动汽车动力电池可以分为铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和固态电池等几种不同类型，每种类型的电池都有其独特的特点和适用场景。
1. 铅酸电池铅酸电池是电动汽车最早采用的动力电池，具有成熟的技术和较低的成本。
它的正极是由氧化铅制成，负极是由纯铅制成，电解液是硫酸溶液。
铅酸电池具有较高的电压稳定性和较低的内阻，能够提供较大的电流输出。
然而，铅酸电池的能量密度较低，重量大，体积大，充电时间长，寿命短，不利于提高电动汽车的续航里程和使用寿命。
2. 镍氢电池镍氢电池是一种比较成熟的动力电池技术，具有较高的能量密度和较长的使用寿命。
它的正极是由氢氧化镍制成，负极是由金属氢化物制成，电解液是氢氧化钾溶液。
镍氢电池具有较高的充放电效率和较低的自放电率，能够在较宽的温度范围内正常工作。
然而，镍氢电池的价格较高，重量较大，容量衰减较快，不利于提高电动汽车的续航里程和使用寿命。
3. 锂离子电池锂离子电池是目前电动汽车主流的动力电池技术，具有较高的能量密度和较长的使用寿命。
它的正极是由氧化钴、氧化锰或氧化镍等材料制成，负极是由石墨或硅负极材料制成，电解液是锂盐溶液。
锂离子电池具有较高的电压稳定性和较低的自放电率，能够提供较大的电流输出。
同时，锂离子电池还具有较小的体积和重量，充电时间短，寿命长的优点。
然而，锂离子电池也存在着充电速度较慢、温度敏感、安全性和环境友好性等方面的挑战。
4. 固态电池固态电池是一种新兴的动力电池技术，具有较高的能量密度和较长的使用寿命。
它的正负极材料都是固态材料，电解质也是固态材料。
固态电池具有较高的充放电效率和较低的自放电率，能够在更宽的温度范围内正常工作。
与传统液态电池相比，固态电池还具有更好的安全性能和更长的循环寿命。
然而，固态电池的制造成本较高，技术难度较大，还需要进一步的研发和改进。
新能源汽车技术概论课件第2章 新能源汽车动力蓄电池系统
• 5．高低温性能好、环境适应性强
• 电动汽车作为一种交通工具，要求电池既要在北方冬天极冷的气温下， 又要在南方夏天炎热环境中长期稳定地工作。在最恶劣的气候条件下， 电池的工作温度可能要从-40℃变到60℃，甚至80℃。
• 放电终止电压：电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压称为终止电压，其 值与电池材料直接相关，并受到电池结构、放电率、环境温度等多种因素影响。
• 2.2.4 新能源汽车对动力蓄电池的要求
• 电动汽车对动力蓄电池的要求主要有： • 1．比能量高 • 为了提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动力蓄电池
尽可储存多的能量，但电动汽车又不能太重，其安装电池的空 间也有限，这就要求电池具有高的比能量。 • 2．比功率大 • 为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力好负载行驶等方面能 与燃油汽车相竞争，就要求电池具有高的比功率。
• 3．循环寿命长
• 循环寿命越长，则电池在正常使用周期内支撑电动弃车行驶的里数就 越多，有助于降低车辆使用期内的运行成本。
• 12. 成本 • 电池的成本与电池的技术含量、材料、制作方法和生 产规模有关，目前新开发的高比能量、高比功率电池， 如锂离子电池，成本较高，使得电动汽车的造价也高。
• 13. 放电制度
• 放电制度是电池放电时所规定的各种条件，主要包括放电速率（电流）、终止电压和温度等。
• 放电电流：放电电流是指电池放电时电流的大小。
现出来的带电现象所进行的能量转换，有酶电池、微生物电池和生物太阳 电池等。
• 物理电池是指利用物理原理制成的电池，其特点是能在一定条件下实现直 接的能量转换，主要有太阳能电池、飞轮电池、核能电池和温差电池。
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1. 术语解释
寿命
电池的寿命分为贮存寿命和使用寿命
贮存寿命：贮存寿命又分干储存寿命和湿贮存寿命，对于在使用过程中
加入电解液的电池储存寿命，习惯上称为干贮存寿命，干贮存寿命可以 很长。对于出厂前已加入电解液的电池贮存寿命，习惯上称为湿贮存寿
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1. 术语解释
充电电压
指外电路直流电压对电池充电的电压，一般的充电电压要大于电池的开
路电压，通常在一定的范围内。
电池类型
铅酸电池 镍氢电池 磷酸铁锂电池
充电电压
2.5V 1.4-1.6V 4.1-4.2V
电压效率
1. 术语解释
电动势（ Electromotive Force ）
是一个表示电源特征的物理量，是指电源将其它形式的能量转化为电能 的本领，在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部 移送到正极时所做的功。常用符号E。
工作电源E，电阻RAB，限流电阻RP构成的 测量电路，其中电流： E I0 RAB RP 待测电源EX与检流计G组成分路，调节滑 动变阻器P使电流计G中电流为零，则EX= VAP = RAB × I0，波动开关K，改用标准电池ES， 再次调节滑动变阻器使电流计G中电流为零， 断开开关Ke测得滑动变阻器电阻RS， 可得ES=RS×I0 ， R E X AP ES 电位差计测量电源电动势原理 R
1. 术语解释
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1. 术语解释
充电
从外部电源供给蓄电池直流
电，将电能以化学能的方式贮
存起来的过程。
浮充电
随时对蓄电池用恒压充电，
使其保持一定的荷电状态。
涓流充电
为补充自放电，使蓄电池保
持在近似完全充电状态的连续 小电流充电。 Xiangyang Auto vocational technical college
1. 术语解释
能量
电池的能量是指在一定的放电制度下，电池所能输出的电能，通常用瓦
时（Wh）表示。电池的能量反映电池做功能力的大小，也是电池放电过程
中能量转换的量度。
理论能量
假设电池在放电过程中始终处于平衡状态，其放电电压保持电动势的数值， 而且活性物质的利用率为100%，即放电容量等于理论容量，则在此条件下 电池所输出的能量为理论能量，也就是可逆电池在恒温、恒压下所做的最 大功。
额定容量
在设计规定的条件（如温度、放电率、终止电压等）下，电池应能放 出的最低容量，单位为Ah ，以符号C表示。
n小时率容量
完全充电的蓄电池以n小时率放电电流放电，达到规定终止电压时所释
放的电量。
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1. 术语解释
理论容量
命。湿贮存时自放电严重，寿命较短。
使用寿命：是指电池实际使用的时间长短，对一次电池而言，电池使用 寿命是表征给出额定容量的工作时间。对充放电循环寿命，是衡量二次
电池性能的一个重要参数，在一定的充放电制度，电池容量将至某一规
定值之前，电池能耐受的充放电次数，称为二次电池的循环寿命。
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关系，当二次电池的放电深度 越深，其充电寿命就越短，会
导致电池的使用寿命变短，因
此在使用时应尽量避免深度放 电。 Xiangyang Auto vocational technical college
1. 术语解释
自放电率
对于所有化学电源，即使在与外电路没有接触的条件下开路放置，容
量也会自然衰减的现象称为自放电。
假设活性物质完全被利用，蓄电池可释放的容量。
实际容量
实际容量是指电池在一定的放电条件下实际放出的电量。它等于放电电
流与放电时间的乘积，对于实用中的化学电源，其实际容量总是低于理论
容量，而通常比额定容量大10%-20%。
比容量
指单位质量或单位体积的电池所能给出的电量，相应的称之为质量比容
量和体积比容量。
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1. 术语解释
容量受放电率的影响较大，所以常 在字母C的右下角以阿拉伯数字标明放 电率，如C20=50，表明在20时率下的容 量为50A·h。 电池的理论容量可根据电池反 应式中电极活性物质的用量和按法拉 第定律计算的活性物质的电化学当量 精确求出。由于电池中可能发生的副 反应以及设计时的特殊需要，电池的 实际容量往往低于理论容量。 Xiangyang Auto vocational technical college
1. 术语解释
额定电压
电池在常温下的典型工作电压，又称标称电压。它是选用不同种类电池时
的参考。电池的实际工作电压随不同使用条件等于正、负电极的平衡电极电
势之差。 它只与电极活性物质的种类有关，而与活性物质的数量无关。
电池类型 铅酸电池 镍氢电池 额定电压 2.0V 1.5V
磷酸铁锂电池
3.2V
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传导式充电
利用电传导对蓄电池进行充电的方式。
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1. 术语解释
均衡充电
为确保蓄电池中所有单体蓄电池荷电状态均匀的一种延续充电。均衡
充电分为主动均衡充电和被动均衡充电
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Wh/L，
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1. 术语解释
功率密度
表示指电池能输出最
大的功率除以整个电池系
统的重量或体积，单位是 瓦/公斤或瓦/升。功率密 度描述的是电池的倍率性 能，即电池可以以多大电 流放电。如果电动车电池 的功率密度越大，则电动 车在加速的时候会越快。
1. 术语解释
被动均衡充电法
在一般的电池管理系统中，每
个电池单元都通过一个开关连接到
一个负载电阻。这种被动电路可以 对个别被选中的单元放电。但该方 法只适用于在充电模式下抑制最强 电池单元的电压攀升。为限制功耗， 此类电路一般只允许以100mA左右 的小电流放电，从而导致充电平衡 耗时可高达几小时。
连续放电时间
电池不间断放电至终止电压时，从开始放电至终止放电的时间。
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1. 术语解释
放电深度（DOD)
表示蓄电池放电状态的参
数，等于实际放电容量与额定
容量的百分比。放电深度的高 低和二次电池（蓄电电池或充
电电池）的充电寿命有很深的
1. 术语解释
恒流充电
以一个受控的恒定电流对电池进行充电。
研究和实践表明：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影
响则较少。也就是说绝大多数的蓄电池不是使用坏的，而是被“充坏”的。 由此可见一个好的充电器对蓄电池的使用寿命有十分重要的影响。
脉冲充电
充放电时间比例为5:1的一种充电方式，脉冲充电器的电路结构由以下 几部分组成：电路滤波、一次整流滤波、PWM变换、二次整流滤波、脉冲电 路、充放电电路和反馈控制。该电路与普通开关电源电路相比，多了脉冲产 生电路与充放电电路部分。 Xiangyang Auto vocational technical college
（2）“C放电率”或称电池额定容量C的“倍率”。仍设C20=60A · h
则放电倍率为0.05C、lC或10C，分别表示放电电流为3安、60安或600 安时其容量应为60安·时。放电率愈大，电池能输出的容量愈小。
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1. 术语解释
电池自放电的大小，用自放电率来衡量，一般用单位时间内容量减少 的百分比表示：
自放电率=（储存前的容量-储存后的容量）/储存前的容量 ×100%
电池的自放电率主要由电极材料、制造工艺、储存条件等多方面因数决定， 一般情况下，低温和低湿条件下，电池的自放电率低，有利于电池的存储。
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1. 术语解释
主动均衡充电法
在一般的相关资料中有 很多种主动平衡法，均需要 一个用于转移能量的存储元 件。如果用电容来做存储元 件，将其与所有电池单元相 连就需要庞大的开关阵列。 更有效的方法是将能量存储 在一个磁场中。该电路中的
1. 术语解释
恒压充电
以一个受控的恒定电压给蓄电池充电的方式。
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1. 术语解释
感应式充电
利用电池感应对蓄电池进行充电的方式。
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1. 术语解释
关键元件是一个变压器。
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1. 术语解释
充电特性
充电时蓄电池的电流、 电压等与时间之间的关系。
完全充电
蓄电池内所有可利用的
活性物质都已经转变成完
全荷电的状态。