较高的放电电流会同时降低可用容量和提取能量，但能量通常下降得更快。在高倍率（C-rate）下，欧姆电阻和电化学极化会导致端电压下降，直至过早达到截止电压。此时电池中可能仍有可回收的电荷，但测试在电荷释放前就已经结束；由于能量是电压对容量的积分，电压的降低和放电窗口的缩短共同导致了能量损失。
关键区别在于：高倍率测试测量的是运行工况下的容量，而不一定是电池的最大可逆容量。电池测试系统应建立低倍率容量基准，然后分别利用电压、温度、时间和退化限制来映射持续电流和短时峰值电流性能。
为什么放电倍率会改变结果
容量以安时（Ah）为单位测量
放电容量通常表示为：
[ Q = \int I(t),dt ]
在较高电流下，电池在达到电压截止点前可能释放较少的安时。这就是该放电倍率下的有效或可用容量。
这种减少并不一定意味着相同比例的锂已永久失效。部分表观损失是由暂时的电压极化和内部电压降引起的。
能量也取决于电压
提取的能量为：
[ E = \int V(t)I(t),dt ]
因此，当释放的电荷减少或平均放电电压下降时，能量都会减少。高电流会导致这两种效应：端电压下降更剧烈，且更早达到截止点。
这就是为什么电池的安时数可能只有适度减少，但瓦时数却有大幅下降的原因。
截止电压决定了表观容量
电池循环测试仪在端电压达到设定的下限时停止放电。在高电流下，端电压包含了更大的瞬时电阻压降和更强的极化。
如果随后降低或移除电流，电池电压可以恢复。这种恢复表明，在高倍率测试结束时，电池并不一定达到了其电化学荷电状态（SOC）的极限。
如何建立有意义的容量基准
测量低倍率下的最大可用容量
为了估算电池的最大可用容量 (Q_{\text{max}})，应在受控温度和定义的截止电压下进行足够低电流的放电。低倍率条件可减少瞬态极化，并为比较其他放电倍率提供更稳定的参考。
标准的充电程序可能采用恒流/恒压充电，随后进行静置和受控放电。精确的电压限制和终止阈值必须符合电池制造商的规格。
区分可逆效应与永久性退化
高倍率放电不应自动被解释为永久性容量损失。随后的低倍率放电可以揭示之前的结果主要是由极化引起的，还是由活性物质和锂离子的实际损失引起的。
对于循环寿命研究，每次应使用相同的方案比较容量。否则，改变放电倍率可能会被误认为是电池老化。
同时报告容量和能量
倍率能力测试至少应报告以下内容：
- 放电容量：截止前释放的安时数。
- 提取能量：截止前释放的瓦时数。
- 平均放电电压。
- 电压降和恢复行为。
- 电池温度和温升。
- 放电持续时间和电流曲线。
仅凭容量可能会掩盖重要的功率性能限制。两个安时数结果相似的电池在负载下可能表现出截然不同的能量或电压稳定性。
如何评估持续电流限制
通过热稳态定义持续电流
持续电流限制是指电池在指定的运行时间内，在不超过可接受的温度、电压、退化或安全限制的情况下所能承受的最大电流。
它不仅仅是电池瞬间能提供的最大电流。测试必须持续足够长的时间，使内部产热和散热达到预期的运行状态。
使用受控、可重复的方案
持续电流测试应控制：
- 初始荷电状态（SOC）。
- 电池温度和环境条件。
- 放电电流或功率。
- 电压截止下限。
- 允许的最高电池温度。
- 测试持续时间或稳态标准。
- 静置和恢复期。
系统应以足够高的采样率记录电压、电流、温度、容量、能量和时间，以捕捉瞬时电压降和较慢的热行为。
评估多个电流水平
测试多个电流（例如标称C倍率的分数或倍数），而不是仅仅寻找一个通过/失败值。所得曲线显示了电压效率、能量输出、发热和容量随电流的变化情况。
对于长期运行，应选择低于温升、电压崩溃或循环退化变得不可接受的点的电流作为持续限制。
包含循环寿命验证
一次放电中热学上可接受的电流在重复循环中仍可能加速老化。因此，持续电流鉴定应包括在预期负载和温度下的循环测试，并辅以定期的低倍率容量检查。
这可以将短期可操作性与长期耐用性区分开来。
如何评估峰值电流限制
将峰值电流视为持续时间的函数
峰值电流额定值只有与脉冲持续时间结合才有意义。电池可能承受5秒的高电流，但无法承受几分钟。
因此，电池测试系统应将电流边界定义为时间的函数，例如：
- 短脉冲：约5–10秒。
- 中等脉冲：数十秒到几分钟。
- 持续运行：应用场景的持续负载时长。
边界还应规定允许的电压降、温升、SOC范围和恢复要求。
测试真实的脉冲序列
有效的峰值功率方案包括：
- 在定义的SOC下静置电池。
- 施加指定的电流脉冲。
- 测量瞬时电压降和最低电压。
- 在脉冲期间及之后持续监测温度。
- 静置电池以观察电压恢复。
- 按要求的占空比重复脉冲。
- 测试后确认容量和阻抗。
单次脉冲可能会低估重复脉冲引起的发热和老化。
设置硬件和软件保护限制
循环测试仪应强制执行独立的限制，包括：
- 最大电流。
- 最低电池电压。
- 最高电池温度。
- 最大脉冲持续时间。
- 最大累计脉冲时间。
- 最大允许电压降。
- 脉冲后的恢复电压。
设备还应提供足够的电流控制带宽和测量采样率，以捕捉初始电阻压降。仪器响应过慢可能会漏掉电池实际承受的峰值压力。
跨SOC和温度进行测试
峰值电流能力在很大程度上取决于运行条件。低SOC和低温通常会增加极化，并降低在不违反电压限制的情况下所能提供的电流。
因此，峰值电流图谱应识别在预期SOC和温度范围内的允许脉冲电流，而不仅仅是在室温和满电状态下。
测试系统应计算的内容
将能量效率作为主要的倍率指标
对于放电测试，计算：
[ \eta_E = \frac{E_{\text{delivered}}}{E_{\text{available baseline}}} ]
基准应使用定义的低倍率方案进行测量。这使得高倍率能量损失能够与标称容量的差异区分开来。
跟踪电压极化
系统应识别：
- 施加电流时的瞬时电压降。
- 放电过程中的逐渐极化。
- 截止点附近的电压行为。
- 电流移除后的恢复。
这些测量有助于确定结果降低是由电阻、反应动力学、热效应还是永久性退化主导的。
对恒功率负载使用基于功率的限制
对于UPS系统等应用，负载可能需要恒定功率而非恒定电流：
[ I(t) = \frac{P}{V(t)} ]
随着电压下降，所需电流会上升。仅使用固定电流曲线的测试系统可能会低估真实恒功率应用带来的压力。
循环测试仪应尽可能重现实际应用负载，同时强制执行电流、电压和热保护。
理解权衡
更高的电流提高了功率，但降低了可用能量
高电流可以实现更小的系统或短时高功率爆发。代价是平均电压降低、有效容量减少、提取能量降低以及产生更多热量。
低倍率容量测试不是运行保证
电池的低倍率 (Q_{\text{max}}) 提供了有用的参考，但它不能预测高功率事件期间可用的能量。系统选型必须使用实际应用中的放电曲线、截止电压、温度和所需持续时间。
保守的电流限制可能会降低可用功率
过于保守的限制可能会导致可用性能被闲置。然而，仅基于单次成功脉冲的限制可能会使电池暴露在过度的累积热量和加速退化中。
合适的限制是满足电压、热、安全和寿命要求全套标准的最高电流。
温度可能主导结果
内部产热通常随电流增加，而低温会增加电阻和极化。不控制或记录温度的测试可能会产生误导性的电流额定值。
避免常见陷阱
将高倍率容量损失称为永久性损失
过早的电压截止可能使容量看起来已丢失，即使电荷仍然可恢复。在将结果归因于永久性退化之前，务必与随后的低倍率恢复或参考测试进行比较。
报告峰值电流时不带脉冲持续时间
“最大电流”如果不包含脉冲长度、重复频率、SOC、温度、电压限制和恢复标准，则是不完整的。
仅使用安时数来判断性能
电池在两个倍率下可能提供相似的安时数，但由于平均电压变化，产生的瓦时数不同。能量和电压稳定性对于功率应用至关重要。
忽略测试系统的电流和热限制
循环测试仪必须能够在没有过大接线、夹具或测量误差的情况下提供编程电流。如果电池或夹具超过其热和电气限制，它还必须安全地停止测试。
为您的目标做出正确的选择
使用独立的基准、持续负载和脉冲负载方案，而不是依赖单一的通用放电测试。
- 如果您的主要关注点是最大可用容量：在定义的充电和静置程序后进行受控的低倍率放电，并将结果作为 (Q_{\text{max}}) 参考。
- 如果您的主要关注点是持续功率：测试持续电流或恒功率负载直到热行为稳定，并通过循环寿命测试验证该限制。
- 如果您的主要关注点是短时峰值功率：绘制电流与脉冲持续时间、SOC、温度、电压降和恢复行为的关系图。
- 如果您的主要关注点是能量效率：在每个放电倍率下测量瓦时数和平均电压，以及安时数。
- 如果您的主要关注点是安全自动化测试：配置依赖于持续时间的电流限制，并配备独立的电压、温度、脉冲计数和累计时间保护。
设计良好的电池测试系统能区分电池能短暂提供什么，以及它在其预期使用寿命内能重复且高效地提供什么。
总结表：
| 指标 | 低倍率 | 高倍率 |
|---|---|---|
| 有效容量 (Ah) | 较高 | 较低 |
| 平均电压 (V) | 较高 | 较低 |
| 提取能量 (Wh) | 较高 | 显著降低 |
| 发热量 | 极小 | 显著 |
| 电压降 | 小 | 大 |
| 静置后恢复 | 快 | 较慢 |
| 测试持续时间 | 较长 | 较短 |
此表总结了低倍率和高倍率放电之间的典型权衡，强调了高倍率会同时降低容量和能量，其中能量因电压降而下降得更剧烈。
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