随着电池健康状态（SOH）的下降，在相同的充电电流和测试条件下，其极化电压通常会升高。老化会增加内部损耗，包括欧姆电阻和电化学过电位，因此测得的电池电压会进一步偏离其平衡电压。这使得 SOH 成为电池测试中的一个关键变量：如果忽略它，测试系统可能会低估电压响应、发热量以及内部退化的严重程度。
核心要点：在相同的电流、SOC、温度和静置条件下，较高的极化电压是与老化相关的阻抗增长的有力指标。在极化模型中纳入 SOH 相关行为，可以改善电阻跟踪、热预测、寿命周期分析和寿命终点评估。
极化电压代表什么
与平衡电压的区别
当电流流动时，由于总极化的存在，工作电压会偏离理论平衡电压。充电过程中，所需的端电压会高于平衡值；放电过程中，可用的端电压会低于平衡值。
总极化包括欧姆压降和电化学过电位。后者包括电荷转移限制以及由离子传输、扩散和迁移引起的浓度效应。
为什么电流会产生极化
电流越大，内部电压损耗就越大。产生这些损耗的原因是电子和离子遇到电阻，同时电化学反应和质量传输无法对施加的电流做出瞬时响应。
因此，极化不是固定的电池属性。它取决于电流倍率、SOC、初始静置状态、温度和 SOH。
SOH 如何改变极化电压
老化增加了相同电流下的电压损耗
对于给定的充电电流和可比的测试条件，老化的电池通常比新电池产生更大的极化电压。跨周期的实验对比（例如，早期寿命与经过大量循环后的条件）表明，随着 SOH 的下降，既定的极化幅度显著增加。
这意味着两个具有相同标称电压和充电电流的电池，可能需要不同的充电电压，因为它们的内部损耗不同。
增加的物理来源
SOH 退化可以通过活性物质损失和电极结构内电接触的恶化来增加欧姆电阻。它还可以通过恶化反应动力学和质量传输行为来增加极化电阻。
这些成分的相对变化不一定相同。例如，在日历老化期间，欧姆电阻增加的百分比可能大于极化电阻，而电时间常数保持相对稳定。
响应可能变得高度非线性
SOH 的影响并非独立于测试条件。极化也受电流倍率和 SOC 的强烈影响，并且在极端 SOC 水平或充电结束附近可能会急剧上升。
因此，观察到的电压升高不能自动归因于老化。测试必须控制或考虑电流、SOC、静置历史、温度和充电协议。
为什么 SOH 在电池测试中很重要
它防止了对电压响应的低估
仅在新电池上校准的模型通常会低估在相同电流下为老化电池充电所需的电压。它也可能低估放电电压损耗。
这种误差在快充研究、电压限制测试和寿命周期模拟中变得很重要，因为小的建模误差可能会改变表观工作裕度。
它改善了发热量估算
极化代表电池内部耗散的能量。随着极化的增加，运行过程中更多的电能被转化为不可逆的热量。
如果忽略与 SOH 相关的极化增长，热模型和测试算法预测的发热量可能低于老化电池实际产生的热量。这可能导致不准确的温度预测和误导性的安全结论。
它改善了诊断解释
总电阻的变化无法识别其来源。将欧姆电阻与极化电阻分开，可以提供更有用的信息，判断退化是否主要与电接触、活性物质损失、电解质传输或反应动力学有关。
电流中断法和电化学阻抗谱等方法有助于区分这些贡献。
将 SOH 纳入极化模型
老化畸变因子的作用
线性 RC 极化模型可以通过一个依赖于 SOH 的项进行扩展：
[ U_P = U_P(0) + I\sum_k A_k + B_{\mathrm{SOH}} ]
此处，(U_P(0)) 代表初始极化状态，(A_k) 项描述 RC 极化贡献，(B_{\mathrm{SOH}}) 代表与电池老化相关的电压畸变。
(B_{\mathrm{SOH}}) 的精确实现应根据受控的老化数据来确定，而不是假设其在所有电池、化学体系或操作条件下都是通用的。
为什么这种校正很有用
包含 SOH 项允许模型在电池的整个生命周期内重现极化行为，而不是将每个被测电池都视为全新的。
这改善了：
- 极化阻抗跟踪
- 充放电过程中的电压预测
- 发热量估算
- 快充协议评估
- 剩余寿命和寿命终点分析
SOH 必须与其他状态变量相结合
仅进行 SOH 校正是不够的，因为极化也取决于 SOC、电流倍率和初始极化状态。因此，实际模型可能需要针对 SOC、初始静置条件、电流和 SOH 的单独项或参数图。
这对于磷酸铁锂（LiFePO₄）等化学体系尤为重要，因为在极低或极高 SOC 以及较高充放电倍率下，极化可能会显著增加。
利用极化分析电池老化
随时间跟踪相同的测试条件
最有价值的比较是在相同的电流、SOC 范围、温度和静置协议下进行的。这样，极化电压的变化就可以更可靠地归因于老化，而不是操作条件的变化。
一个有用的工作流程是记录重复老化间隔内的电压曲线，并提取定义操作点处的极化响应。
检查形状，而不仅仅是幅度
较大的极化幅度表示内部损耗增加，但曲线形状也包含信息。例如，充电结束附近的变化可能会揭示日益受限的反应或传输行为。
在深度老化时，电压行为可能会变得更加复杂。在低倍率再充电期间，过充电压最初可能会随老化而升高，但在寿命终点附近，随着充电效率和有效 SOC 行为的恶化，可能会出现突然下降。
这种寿命末期的行为不应被解释为退化已经逆转的证据。它可能表明电池已进入不同的退化阶段。
将极化与电阻分解相结合
仅跟踪总电阻可能会掩盖潜在的退化机制。将欧姆和极化成分分开，为诊断结构、接触、电解质和动力学变化提供了更坚实的基础。
组合趋势比任何单一的电压指标都更有价值，因为不同的老化机制可能会产生相似的端电压变化。
理解权衡
更高的极化本身并不等同于 SOH
极化受多个变量影响，因此它不是一个独立的 SOH 测量指标。发热的电池、高倍率测试、极端 SOC 或静置时间不足都可能增加测得的电压偏差。
SOH 的结论需要受控条件或明确考虑这些变量的模型。
简单的线性模型有局限性
RC 公式对于工程预测很有用，但真实的电池极化是非线性的。响应可能会随 SOC、电流方向、电流倍率、温度和充电结束的接近程度而变化。
因此，单个常数 (B_{\mathrm{SOH}}) 可能适用于有限的操作窗口，但在整个生命周期和操作范围内可能不够。
极化增加会产生反馈
更高的极化会增加内部发热。温度变化随后会改变电阻和反应行为，再次影响测得的电压。
为了进行准确的测试，应将电压、电流、温度、SOC 和老化历史记录在一起，而不是作为孤立的信号进行分析。
并联电池增加了另一个复杂性
在并联电池中，不相等的极化会导致电流不平衡。极化程度较高的电池可能会承担不同份额的动态电流，从而加速容量损失并降低电池组效率。
因此，电池级极化测量对于理解电池组级老化很重要，而不仅仅是为了表征单个电池。
将其应用于电池老化测试
最可靠的分析是将 SOH 视为依赖于状态的模型输入，而不是测试后应用的标签。
- 如果您的主要重点是电压预测：在保持电流、SOC、温度和静置条件一致的情况下，在多个 SOH 水平下校准极化参数。
- 如果您的主要重点是退化诊断：将总电阻分解为欧姆和极化成分，而不是仅依赖端电压偏移或总电阻。
- 如果您的主要重点是快速充电：包括 SOH、SOC 和电流倍率的依赖性，因为老化电池在较高倍率下会产生显著更高的极化和发热。
- 如果您的主要重点是寿命终点检测：跟踪极化的增长和寿命末期充电电压曲线形状的变化，并将充电效率和容量趋势作为辅助证据。
- 如果您的主要重点是电池组可靠性：测量电池间的极化差异，因为不均匀的损耗会导致电流不平衡并加速单个电池的老化。
将 SOH 相关的极化视为一种可测量的老化特征，可以带来更准确的模型、更安全的测试限制以及关于电池寿命的更好决策。
总结表：
| 因素 | 影响 |
|---|---|
| SOH 下降 | 在相同电流下增加极化电压 |
| 欧姆电阻 | 由于活性物质损失和接触恶化而增加 |
| 极化电阻 | 由于动力学和传输恶化而增加 |
| 发热量 | 随极化增长而增加，影响温度预测 |
| 电压预测 | 如果忽略 SOH 则会被低估，影响快充和寿命周期研究 |
| 诊断能力 | 通过分离欧姆和极化成分得到改善 |
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