通过脉冲充电延长电池寿命

这对日常驾驶者为何重要

快速为电动车充电很方便，但它有一个隐性代价：电池会加速磨损，使车辆更昂贵且可持续性下降。这项研究探索了一个看似简单的想法——用快速的开关脉冲而非持续的恒流为电池充电——以判断能否在保持高充电速度的同时减缓电池老化。研究结果表明，脉冲充电有望在不大规模更改现有硬件的情况下显著延长电动汽车电池的使用寿命。

更温和的充电，但不耽误时间

锂离子电池是现代电动车的主力电源，每次充放电都会逐渐损失容量。传统实验通常用恒定电流对电池进行充电，但真实车辆在行驶或充电时会经历不断变化的功率需求。研究者旨在弥合这一差距，系统地将标准恒流充电与一系列脉冲充电模式进行比较。在所有试验中，他们都保持平均充电功率相同，因此任何老化差异都源于电流的供给方式，而不是输入的能量多少。

脉冲试验如何进行

团队在两组商业化、针对能量优化的锂离子电池上开展测试。在一组中，电池以方波脉冲充放电，电流在零与较高值之间切换，频率在10至1000毫赫之间（即每个完整的开—关周期持续从数秒到数分钟）。另一组采用与快速充电相关的较高平均电流，改变脉冲频率与“开”状态的占空比。保持相同平均功率的恒流测试作为参考。在数百个循环过程中，研究者会定期暂停老化试验以测量容量、内部电阻以及电池各电极内部发生变化的细微特征。

电池随时间展现出的信息

结果令人瞩目。在恒流充电下，容量快速衰减，在某些情况下经过400个循环后电池仅保留约70%的初始容量。而采用精心选择的脉冲模式对同一批电池充电时，容量损失大约减半。在约100毫赫以上的脉冲频率下，许多电池在400个循环后仍保持接近90–97%的容量。脉冲的具体时间安排不及每个周期中电流“开”时长重要：较低的占空比——让电池获得频繁的短暂休息——比高占空比导致的老化明显更慢，即便平均功率相同。

窥见电池内部的隐性损伤

为了解为何脉冲有益，研究者使用了若干电化学“监听工具”，通过解析电压和电阻的微小变化来观察电池循环过程。这些分析指向负极——在充电时吸收锂的石墨基电极——为主要问题所在。在恒流或极低频脉冲下，与表面膜生成和金属锂沉积相关的特征显著增强。这些变化会增加电阻并永久束缚活性锂，二者均削弱可用容量。相比之下，高频脉冲充电下表面电阻的增长明显较少，两极间行为的分化也较小，这与损伤更轻和锂电镀减少相一致。

对未来电动汽车的启示

从驾驶者角度看，这项工作的可喜之处在于其收益并不依赖于特殊材料或未来式的充电器。有效的脉冲频率足够低，现有车辆与充电站的电力电子设备原则上可以通过软件编程来实现。通过将电流重塑为带短暂暂停的快速脉冲——尤其是采用适度的低占空比——制造商有望在保持类似充电时间的同时显著延长电池寿命。简言之，这项研究表明，如何向电池输送能量与输送多少能量同等重要，而断续的充电节奏可能有助于延长电动汽车电池的健康寿命。

引用: Frenander, K., Jutsell Nilsson, D. & Thiringer, T. Extending battery lifetime by pulsed charging. npj Clean Energy 2, 4 (2026). https://doi.org/10.1038/s44406-025-00013-5

关键词: 锂离子电池, 脉冲充电, 电动汽车, 电池退化, 快速充电