高放电电流会降低电池单元的可用容量，并导致负载下的电压降幅增大。 电池可能含有几乎相同的理论电荷量，但内阻的增加和电化学极化会减少在端电压达到应用截止限制之前所能提供的容量。因此，平均放电电压下降，工作窗口缩短，电池看起来比在轻负载下提供的容量要少得多。
可用容量取决于应用。 在轻度放电下额定值为给定安时数的电池，在高 C 倍率下提供的容量可能会大幅减少，因为电压骤降会导致提前截止。因此，电池的选择和测试必须使用应用所需的实际电流曲线、温度范围和放电终止电压。
为什么高电流会降低可用容量
内阻产生即时电压骤降
电池在负载下的端电压大约等于其电化学电压减去内阻上的电压损耗：
[ V_{\text{load}} \approx V_{\text{OCV}} - I R_{\text{internal}} - V_{\text{polarization}} ]
随着放电电流 (I) 的增加，电阻性电压降直接增加。因此，内阻较大的电池即使在仍有大量化学容量剩余的情况下，也会更快地达到应用的最低电压。
极化限制电化学利用率
高电流还会增加电化学极化。电极反应无法在整个活性材料中均匀地快速进行，从而产生额外的电压损耗，并限制了对储存在电极深处电荷的利用。
在低放电倍率下，活性材料有更多的时间进行反应，因此测得的安时数接近电池的有效容量。在高倍率下，测试会提前结束，因为在这些材料能够充分贡献之前，电压限制就已经达到了。
截止电压定义了应用可用的范围
电池容量的测量并非独立于电压限制。它是指在电池达到指定的放电终止电压之前所提供的电荷量。
例如，如果应用相同的截止电压，一个在 30 mA 下提供 4 Ah 的电池在 200 mA 下可能仅提供 1 Ah。缺失的容量并不一定永久消失；其中大部分可能只是在该放电倍率下无法获取。
电压表现如何变化
电压在开始时下降更剧烈
高电流负载会产生一个主要由内阻引起的即时电压阶跃。这与活性材料耗尽相关的缓慢下降是不同的。
这个初始阶跃的大小在测试过程中很有用，因为它提供了有效直流内阻的指示：
[ R_{\text{effective}} \approx \frac{\Delta V}{\Delta I} ]
该结果受温度、荷电状态、测量时间和电池瞬态电化学响应的影响，因此不应将其视为完整的阻抗表征。
平均放电电压降低
在初始电压骤降后，极化和浓度梯度会继续降低工作电压。放电曲线变得更低，并且随着电池接近耗尽，曲线可能会变得更陡峭。
这在需要恒定功率的系统中尤为重要。随着电压下降，系统必须汲取更多电流以提供相同的功率，这会产生额外的电压损耗，并可能加速达到截止点。
负载移除后电池电压回升
当高电流负载停止时，端电压通常会上升。这种恢复反映了电阻降的消除和极化的部分缓解。
电压恢复并不意味着电池恢复了已经提供的容量。它表明电池可能是因为与负载相关的临时损耗而不是完全的化学耗尽而达到了截止电压。
为什么必须控制温度
低温放大了倍率效应
低温通常会增加内阻并减慢电极反应动力学。因此，相同的放电电流在低温下比在室温下产生更大的电压骤降和极化。
由寒冷条件引起的容量损失在高负载下变得尤为明显。一个在轻负载下表现正常的电池，当同时施加电流和低温时，可能无法满足电压要求。
高电流产生内部发热
高电流放电产生的电阻热大约与以下公式成正比：
[ P_{\text{heat}} = I^2 R_{\text{internal}} ]
这种加热可以暂时降低电阻，并在电池变暖时提高表观容量。然而，这种表观改善是温度相关的，不应与电池容量的根本增加混淆。
在高温下持续运行会加速自放电、化学劣化和老化。因此，测试应记录电池温度，而不是仅仅依赖环境温度。
这对电池测试意味着什么
在预期的 C 倍率下进行测试
在小电流下的标称容量测试对于高耗电产品是不够的。测试计划应包括实际应用电流、相关的峰值和持续负载以及代表性的脉冲持续时间。
使用正确的放电终止电压
只有在明确定义并一致应用截止电压时，容量结果才有意义。如果截止电压过高，高电流测试可能会因为电压骤降而报告低容量；如果截止电压过低，则可能使电池面临损坏性的过放电风险。
所选的限制必须反映电池化学性质、制造商约束、保护电路以及应用所需的最低电压。
测量安时数以外的指标
完整的重负载评估应涵盖：
- 放电电流和持续时间
- 整个测试过程中的端电压
- 初始电压骤降
- 平均放电电压
- 截止时间
- 电池和环境温度
- 负载移除后的电压恢复
- 重复测试和生产批次间的容量变化
两个电池可以提供相似的安时数，但电压表现却大相径庭。在负载下电压较高的电池可能是唯一适用于功率受限设备的电池。
将电池性能与测试系统效应分离
高电流测试需要低电阻连接、适当的电流感应能力、电池端子处的精确电压测量以及充足的热控制。否则，接线和夹具的电阻可能会被错误地归因于电池。
对于串联电池或并联支路，尽可能测量单个电池的电压。电阻和容量的差异可能导致一个较弱的电池提前达到电压限制，从而终止测试或产生局部过放电的风险。
理解权衡
额定容量不是通用的工作值
容量额定值与指定的放电电流、温度、截止电压和测试方法挂钩。比较不同条件下的额定值可能会产生一种错误的印象，即某个电池在目标应用中具有更多可用能量。
相关的指标是应用在实际工作条件下所提供的容量和能量。
更高的电流可以提高功率但降低能量
一个电池可能支持高瞬时功率需求，但提供较少的总能量。高电流增加了电压损耗，因此即使满足了瞬时电流需求，放电期间电压和电流的乘积也可能下降。
设计人员必须区分电池的功率能力和能量能力。
表观的热优势可能掩盖老化
自发热可能会在测试期间暂时改善电压表现。反复将这种加热效应作为能力的证据可能会掩盖热应力和长期退化。
温升应被视为设计约束和测试结果，而不仅仅是有益的副作用。
生产差异在高倍率下变得更加明显
电极混合、涂层均匀性、压实密度、组装、内阻或初始容量的微小差异在轻负载下可能影响不大。在高电流下，这些差异会导致电压骤降和可用容量的巨大变化。
因此，当应用具有较窄的电压裕度或高峰值电流需求时，在生产批次中测试多个电池非常重要。
为您的目标做出正确的选择
正确的评估取决于系统必须提供什么，而不仅仅取决于电池的标称额定值。
- 如果您的首要重点是最大可用容量： 在预期的持续电流、温度范围和截止电压下进行测试，然后使用由此产生的特定于应用的容量而不是标称安时值来确定电池尺寸。
- 如果您的首要重点是高峰值功率： 除了总容量外，还要表征瞬时电压骤降、脉冲持续时间、恢复行为和峰值温度。
- 如果您的首要重点是恒功率运行： 评估随着电池电压下降而增加的电流需求，并验证电池在整个所需运行时间内保持在系统最低电压之上。
- 如果您的首要重点是低温运行： 在预期的最低温度下进行多倍率测试，因为内阻和极化会急剧降低高负载性能。
- 如果您的首要重点是电池或模块可靠性： 测试多个电池和生产批次，监控单个电池电压，并识别可能导致不平衡或局部过放电的早期电压限制违规。
将负载曲线、热环境和电压限制结合起来进行设计，电池的实测性能将反映出应用实际能够使用的水平。
总结表：
| 因素 | 高放电电流的影响 |
|---|---|
| 内阻 | 导致即时电压降（I*R 损耗） |
| 极化 | 限制电化学利用率，降低输出容量 |
| 截止电压 | 决定放电何时停止；高电流下会更早达到限制 |
| 平均放电电压 | 降低，缩短工作窗口 |
| 温度 | 低温加剧骤降；自发热可能产生误导 |
| 测试 | 必须使用实际的 C 倍率、截止电压和温度 |
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