为电池充电，也为心灵充能 [电池周期 #4 | 2026年发布]

五年前，在volytica diagnostics GmbH首席执行官Claudius Jehle的见解指导下，我们推出了“电池循环”系列文章，旨在揭示锂离子电池的复杂性。

该系列为所有从事电动出行领域的人士提供了大量宝贵的见解。

如今五年过去了，我们仍在Claudius Jehle的协助下回到这些主题上，并结合实际数据与经验教训进一步丰富内容。

经过最新更新的完整系列文章还将作为专题报道，刊登在2026年全年的《可持续巴士》（以及姊妹平台《可持续卡车与厢式车》和《动力总成国际》）杂志上。

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在之前关于充电状态的文章中，我们将电池比作装满泡沫啤酒的圆胖酒瓶，这一比喻有助于理解充电状态估算、电量平衡以及电池突然停止工作等日常问题。不过，这一类比同样有助于理解与电池充电相关的典型问题，而这些问题正是我们将在本文中探讨的内容。

在这篇文章里，我们将解释诸多问题，其中包括：为何至少在要将电池充至满电的情况下，加倍充电功率并不能使充电时间缩短一半。

让我们从固定场所的充电场景说起，也就是那些配备较大电池（＞300千瓦时）的公交车或卡车，它们需要一整天都在路上行驶，几乎不需要或只需少量补充电量。通常人们希望电池在早上时能达到100%的电量，而在一天结束时还能保留一定余量。

在充电站充电是明智的选择吗？

但在一天开始前将电池充至100%并非像人们想象的那么简单。充电设备首先会通过某种专用的通信协议与车辆“协商”即将进行的充电过程，其中首要的是确定充电设备能够提供的充电功率以及电池能够接受的充电功率。此处我们仅讨论电池方面的问题，因为关于这一复杂而微妙的通信过程可以撰写无数篇文章。具体而言，我们解释的是尺寸适中而非过度庞大的电池的情况；对于超大型的电池，下面所讲的CV部分通常对充电影响不大。

电流以恒定速率流动——这一阶段因此被称为恒流阶段，简称CC阶段（见右侧图表）。用啤酒作类比的话，玻璃杯会不断被填满，液面高度逐渐上升；啤酒液面上升的同时也会产生泡沫——从电化学角度来讲，可测电压上会开始出现“过电位”（如果您读过之前的文章，就会知道这是由于体积较大的离子进入电极时需要克服一定阻力所致），在宏观上表现为电压的周期性变化，充电停止后这些电压会慢慢消失，就像啤酒上的泡沫一样……

当啤酒与泡沫的总体积接近玻璃杯边缘，即电池电压达到允许的最大值时，充电器和电池会迅速开始重新调整电流曲线，使其持续平滑变化，从而使总体积始终保持在杯口位置不变——这就是恒压充电阶段。其本质是通过逐步降低电流来减少泡沫部分，同时让液体部分继续上升。这一过程通常被称为“CCCV充电”。

假设当电压首次达到最高值时你就停止注液——泡沫会沉淀，令人意外的是，大约10到30分钟后你会发现玻璃杯中只有85%的容量。这其实与倒啤酒的原理完全相同：先以恒定流量注酒直到泡沫达到杯口，然后再降低注液速度，保持总体高度不变（恒容模式），仅改变液体与泡沫的比例。

进一步了解其影响……

这会带来什么影响？请查看图表中的仿真结果——一个显而易见的结论是，即便将充电功率提高一倍，也无法将充电时间缩短一半，至少在想要充满电的情况下是这样。实际上，恒流阶段的速度确实会加快，但并非增加两倍，因为电压上升得更快，从而导致恒压阶段变得更加明显。在示例中，大约900秒后甚至还未进入恒压阶段（原本应该在此之后才进入），但将功率提高一倍后，大约570秒就进入了恒压阶段，能量消耗因此减少了24%。将功率提高三倍则会让系统立即进入恒压阶段（几乎观察不到恒流阶段），其能量消耗甚至不到原来的两倍！不用说，这只是一个示例，可能不适用于您的具体设备。

大容量电池——尤其是基于LFP材料的电池——并不会像此处描述的那样出现如此明显的效应（因为可能根本无法达到恒流阶段，就好比往1.5升的杯子里倒入约1升啤酒：几乎无法产生足够的泡沫来溢出杯口）。

学到了吗？3倍的充电功率并不一定意味着充电时间能减少3倍！

恒流阶段的实际耗时很可能与恒定电流阶段相当。前80%的电量充满所需的时间，可能与最后20%的电量充满时间一样长！在监控系统中可以观察到这一现象：首先电池电量会线性上升，随后逐渐下降，最终稳定在100%。

架空接触网供电方式（如无轨电车或某些电动卡车方案中所用的）也值得提及：除了维护接触网网络所带来的明显基础设施难题外，车辆本身的电气设计同样是个挑战——大多数道路车辆都装有橡胶轮胎，而橡胶不会导电。因此，采用接触网供电的橡胶轮胎车辆需要两根架空导线（这进一步增加了基础设施的复杂性，相比金属轮胎列车更为复杂）。不过真正的难题在于安全问题：在金属轮毂的车辆中，一旦发生电气故障（例如带电导线接触到车辆框架使其处于高电压状态），电流会立即通过轮毂导入地面；金属框架或车体带电的危险性极低。但在橡胶轮胎车辆中，电气故障可能导致整个车辆带电，乘客接触到车体就有可能触电。

电击风险。这样一来，这类车辆的电气系统就会变得更加复杂且成本更高，从而在经济层面带来更大挑战。

如果在数据接近100%时无法观察到这一情况，很可能的原因是你所看到的SoC并非真正的“实际”SoC。汽车制造商会区分所公布的SoC（通常称为“运行SoC”）与内部计算得出的“真实”SoC（即“技术SoC”），对于大容量电池而言，这一点尤为重要，因为其实际可用容量与技术上可用的容量之间存在显著差异。

实际电量仅为约90%时，系统显示的电量却会调整为100%。虽无需过多解释，但这样做有充分理由：(a) 保留一定余量以弥补已知的估算误差（参见上一篇文章）；(b) 节省电池电量（过高的或过低的电量状态往往会对电池健康造成损害）；(c) 通过在整个使用周期内逐步释放这些余量，使电量表现显得始终稳定。因此，从(c)点来看，即便现在没有观察到这种充电行为，日后也有可能出现——请记住，未来车辆的电池充满电所需的时间可能会增加！

实用建议：不要只要求获取电池数据，而应明确指定所需信号的类型及分辨率。电量状态、电池健康度、电流、电压和温度等参数应以足够高的频率进行记录，这样才能真实反映充电情况。

按使用量收费怎么样？

虽然途中存在机会充电的条件，但也存在其他挑战。通常不会将电池充至100%（仅如前文所述在早晨如此），而是反复为容量较小的电池充电（＜200千瓦时）。泡沫几乎不会溢出杯沿，因此不存在持续的恒流充电阶段，仅有恒压充电。这更像是偶尔为杯子添水或红酒。为了实现快速充电中断，功率通常会相当高。因此，尽管没有可能“阻碍”快速充电的恒流阶段，但高功率脉冲仍可能导致由电阻引起的电压尖峰（此处用水杯和液体的类比不太恰当——或许可以想象起泡酒：倒入后，泡沫会极快地升到很高位置，几乎在几秒钟内就消散了）。随着电池老化导致电阻增加，这些电压尖峰也会随之加剧。核心结论是：机会充电至少在充电时间安排上具有优势，但也存在……

会因性能下降而出现充电时间延长的问题。

最后是：感应充电……

关于感应充电有一点需要说明，它用无线能量传输替代了传统的电气连接方式。这确实是个很棒的想法，因为几乎不再需要定位或手动操作。甚至可以在驾驶时为车辆充电。但物理规律决定了：能够传递到车辆上的能量与因感应效率问题而损失的能量——简单来说，就是那些转化为热量散失到环境中的能量——主要取决于（a）接收器与发射器之间的距离，以及（b）交变电磁感应场的频率。

为避免感应充电的成本高到难以承受，要么将发射器与接收器之间的距离缩小至几毫米，要么提高频率，进而增大线圈尺寸和重量。理想情况下，需要将重达数百公斤的铜制线圈置于距离发射器仅几毫米的位置。这一要求在技术上极具挑战性，至今仍未找到既经济可行又可大规模应用的解决方案，因此几乎所有电池都是通过直接连接进行充电的。

最后，我们建议大家与原始设备制造商合作伙伴坦诚讨论不同充电理念的选项及其影响。要求在电池及充电器的基本信号方面实现最大程度的透明度，甚至定期获取有关电池性能衰减的信息，这些都是非常有帮助的——因为我们现在已经了解到电池性能衰减会影响到电池的各个方面。

概览

锂离子电池存在一种奇特的现象：在特定时间内可储存的能量取决于充电功率，例如将充电功率提高一倍并不一定能将充电时间缩短一半。

您所看到的SoC（“运行/净SoC”）往往并非真正的SoC，这是有充分理由的。

在仓库充电场景或任何需要将电池充至100%（真正意义上的100%）且电池容量并非过大的情况下，通常会采用某种形式的CCCV充电方式。

CCCV这种特殊的模式导致即便将充电功率提高一倍或三倍，充电时间也无法缩短一半或三分之一。

机会性充电大多采用恒流模式，因此不受此模式影响，但会因以下原因出现电阻升高的问题：

* 即开路电压特性，详见文章#3

** 即过电位/动态电压

*** 仿真结果（LFP电池，SOC0=50%，30°C环境）来自：Bunzel, A.; Morawietz, L.; Ufert, M.: Technologische und ökonomische Bewertung der Elektrifizierung von ÖPNV-Busflotten im Werkstatt- und Betriebshofbereich. Fachtagung „Werkstatt- und Betriebshofkonzepte für Elektrobusse“, Dresden, 11.-12.10.2018.

文章《给电池充电，也为大脑充电 [电池循环系列第4篇 | 2026年发布]》最初发表于Sustainable Bus网站。