在高倍率测试期间，镍镉电池需要同时考虑与充电相关的可逆热和电压驱动的过充反应的热控制。 放电会产生可逆热，而充电则会产生相当于转化能量约 10.5%（在所述测试条件下约为 26 kJ）的冷却效应。然而，当充电使电池电压超过水分解区域时，焦耳热和氧复合热可能会抵消这一益处。因此，电压限制、温度控制和同步监测对于获得可靠的高倍率测试结果至关重要。
关键问题不仅仅是镍镉电池能承受多大的电流，而是其电压和温度是否保持在预期的反应范围内。 当电压保持在约 1.48 V 的水分解电位附近或以下时，排气式电池通常可以承受高倍率充电，而密封电池则需要特别小心，因为过充期间的氧复合会产生大量的内部热量。
为什么可逆热在测试中很重要
放电增加了可预测的热负荷
可逆热效应表现为放电过程中的发热。主要参考资料估计，在参考条件下，这一贡献约为转化能量的 10.5%，可逆热量约为 Q_rev ≈ -26 kJ。
这种热量不同于由内阻引起的不可逆发热。因此，在高放电倍率下，必须将可逆分量与 I²R 发热、极化及其他反应损耗一并考虑。
充电可能产生冷却效应
在充电过程中，可逆贡献的方向会发生改变，并可能产生冷却而非加热的效果。这可以在适度的充电条件下部分抵消电阻发热。
冷却效应不应被视为热安全裕度。在接近充满电时，析氧等副反应可能会主导热平衡，并逆转净热行为。
高倍率放大了不可逆发热
即使电池内阻较低，高倍率放电也会增加与电流相关的损耗。多孔烧结镍板有助于支持约 4C 到 10C 以上的持续输出，但它们并不能消除负载下的电阻发热或电压下降。
测试系统应同时记录电流、端电压和温度。否则，由自发热引起的暂时性电压或容量变化可能会被误认为是电化学性能的改善。
电压如何控制热行为
水分解电位是一个关键边界
对于排气式镍镉电池，当电池电压未显著超过约 1.48 V（参考资料中确定的水分解电位 U_cal）时，高倍率充电通常是可控的。
超过该区域会促进气体析出。由此产生的副反应会增加热量，并可能使测得的充电行为强烈依赖于环境温度、冷却能力和电池的荷电状态。
实际测试限制可能高于 1.48 V
一项补充测试指南确定了约 1.55 V/单体 的上限恒流充电限制。这些数值不应被视为相互矛盾：1.48 V 代表了一个重要的电化学转变，而 1.55 V 是某些充电协议中使用的实际控制限制。
正确的限制取决于电池结构、充电方法、温度和制造商的规范。实验室不应在未确认电池设计并验证由此产生的温度和气体行为的情况下，将 1.55 V 作为持续过充的许可。
密封电池具有不同的过充风险
在密封电池中，正极产生的氧气可以迁移到负极镉电极并复合。这种内部复合会释放大量热量，特别是在持续过充时。
由此产生的温度升高会降低电池电压。在恒压充电下，电压降低可能会导致充电器提供更大的电流，从而形成电流增大、气体复合增加、进一步发热的反馈循环。
温度如何改变测量结果
电压温度系数虽小但真实存在
镍镉电池具有较小的负开路电压温度系数，约为 -0.45 mV/K。随着温度升高，开路电压会略有下降。
由于该效应与负载相关的电压变化和极化相比很小，因此在常规测试中通常被忽略。然而，在验证精确的电压截止点或在严格控制的温度条件下比较电池时，它就变得非常重要。
自发热会扭曲容量结果
在高倍率测试中变热的电池可能会暂时提供更多的容量或维持更高的功率水平。这种表观改善可能是一种热伪影，而不是电极动力学改善的证据。
升高的温度也会加速自放电。补充参考资料表明，45°C 下的自放电容量损失约为 25°C 时的三倍，这使得失控的热漂移在保持力和存储测试中尤为成问题。
低温产生不同的测试问题
镍镉电池通常能很好地耐受低温，密封纤维电池可以在 -18°C 等温度下保持较强的脉冲性能。一些设计可以接受低至约 -40°C 温度下的充电。
即便如此，低温也会改变反应动力学、电压响应和充电接受能力。测试系统应将真正的低温能力与由极化改变或测量条件引起的暂时性电压行为区分开来。
为高倍率测试设计热管理
在持续功率测试中使用受控气流
强制风冷可以通过引导空气绕过电池的增压室和电池间通道来实现。补充参考资料报告称，这种方法可以将核心传热系数提高多达 10 倍，并将热时间常数降低到非冷却设计的约 10% 到 20%。
气流设计应围绕电池组进行，而不是仅应用于外部壳体。在高电流循环期间，内部温度可能仍会显著高于表面温度。
连续测量温度
在特性表征期间，连续热敏电阻组件比简单的开关式恒温器提供更有用的信息。它们允许测试系统将温度波动与电流、电压、荷电状态和充电终止行为关联起来。
温度传感器应放置在能够检测相关热状况的位置，包括电池表面，以及在实际可行的情况下，测试夹具内最热的位置。传感器的放置和响应时间应作为测试方法的一部分进行记录。
将温度与充电控制挂钩
稳健的测试协议可以将温度用作充电电压、电流或截止阈值的控制输入。如果电压接近选定限制时温度意外升高，系统应根据预定义的规则降低充电压力或终止测试。
这对于密封电池尤为重要，因为内部复合热可能不会立即在壳体表面显现出来。
理解权衡
充电速度越快，测试时间越短，但风险越大
高倍率充电提高了吞吐量，但缩小了有效充电接受能力与析气反应之间的余量。随着电池接近充满，风险会增加，此时析氧和复合变得更加显著。
因此，高倍率协议应同时定义电压限制和温度限制。仅凭其中任何一个参数都无法提供完整的保护。
冷却提高了可重复性，但可能掩盖电池行为
强力强制风冷可稳定温度并提高循环之间的可比性。它还可以抑制研究人员在评估隔膜设计、充电接受能力或过充耐受性时需要测量的热响应。
因此，冷却条件应被视为受控的测试变量。在未考虑差异的情况下，不应将主动冷却电池的结果与在静止空气或等温条件下测试的电池结果直接进行比较。
排气式电池和密封电池需要不同的边界
排气式电池可以释放气体，这使得在电压受控时，高倍率充电通常更具耐受性。密封电池保留气体并依赖内部复合，这在过充期间会产生更大的热负担。
不应假设任何一种形式本质上都能免受热失效的影响。隔膜状况、气体传输行为、充电模式和冷却能力都会影响结果。
电压截止必须符合测试目标
为最大容量选择的截止点可能比为循环寿命测试选择的截止点允许更多的过充。同样，脉冲功率测试可能优先考虑负载下的电压稳定性，而充电接受能力测试必须强调充电结束时的发热情况。
截止点应根据电池规范和实验目的进行选择，并通过温度和电压数据进行验证，而不是仅依赖标称电压。
如何将其应用于您的项目
可靠的高倍率镍镉测试应结合电流控制、电池级电压限制、环境温度控制和连续热记录。
- 如果您的主要重点是高倍率放电能力： 使用强制风冷或同等的受控冷却，并同时评估电压降和温升，以免将自发热误认为是功率性能的改善。
- 如果您的主要重点是充电接受能力： 将充电电压保持在经过验证的电池特定限制内，其中约 1.48 V 被视为水分解转变点，约 1.55 V 仅在协议和电池规范支持的情况下使用。
- 如果您的主要重点是密封电池安全： 增加基于温度的充电控制，并监测过充期间与氧复合发热一致的电流或电压行为。
- 如果您的主要重点是精确的比较测试： 保持稳定的环境温度，并在比较不同温度下的结果时考虑 -0.45 mV/K 的小开路电压系数。
- 如果您的主要重点是低温性能： 使用温控箱，并验证脉冲电压稳定性和充电接受能力，而不是仅凭容量来判断性能。
最能站得住脚的高倍率结果来自于像控制电流一样严格地控制电压和温度，因为热行为是被测电池响应的一部分。
总结表：
| 因素 | 对热管理的影响 | 关键考量 |
|---|---|---|
| 可逆热（放电） | 增加热负荷 | 约 10.5% 的转化能量 |
| 可逆冷却（充电） | 可能抵消电阻发热 | 仅在适度充电期间 |
| 电压 > 1.48 V | 促进气体析出 | 增加发热量 |
| 密封电池过充 | 氧复合热 | 热失控风险 |
| 温度系数 | -0.45 mV/K 电压偏移 | 影响精密测试 |
| 45°C 下自放电 | 比 25°C 高约 3 倍 | 扭曲容量结果 |
| 强制风冷 | 降低热时间常数 | 更好的传热 |
有关详细指南，请参阅全文。
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