DOD 对极化电压的大小以及放电后电池电压的恢复速度都有很大影响。 在大约 10% DOD 时，极化仍然有限，因此电压在静置期间会迅速回升。从大约 20% 到 70% DOD，极化逐渐增加，而在 80% DOD 及以上时，极化急剧上升；在接近 90% DOD 时，其数值可能比浅度放电水平高出数倍。
放电越深，电池提供额外电流的电化学阻力就越大。 这会导致负载电压与静置电压之间的差距拉大、电压恢复变慢，并增加了在测量出电池全部化学可及容量之前就达到测试截止电压的风险。
放电过程中极化电压的含义
负载电压与静置电压的区别
在放电过程中，测得的端电压低于电池的平衡电压或开路电压。这种差异通常被称为极化电压，或者更广泛地称为负载下由电化学和传输过程引起的电压损耗。
它包括与电荷转移电阻、离子传输限制和浓度梯度相关的效应。其大小不仅取决于 DOD，还取决于放电电流、温度、电池化学体系和电池状态。
为什么极化随 DOD 增加
随着放电的进行，电池剩余的可用于支持施加电流的电化学容量减少。电荷转移和质量传输过程变得不再那么有利，从而增加了负载下的电压损耗。
补充阻抗数据支持这一趋势：主要极化电阻在整个放电过程中大幅增加，而欧姆电阻在曲线的大部分时间内保持相对稳定，仅在接近完全放电时才上升。
DOD 如何改变极化电压
浅度放电：约 10% DOD
在大约 10% DOD 时，极化电压尚未完全形成。电池距离其低状态运行极限仍有一定距离，因此负载电压经历的额外压降相对较小。
当负载移除时，电压因此迅速恢复。这种恢复通常由相对较小的浓度梯度和瞬态电化学效应的松弛所主导。
中度放电：20% 至 70% DOD
在大约 20% 到 70% DOD 之间，极化电压通常呈逐渐增加趋势。与放电末期观察到的急剧上升相比，每一小段放电增量产生的变化相对温和。
该区域通常适用于比较电池，因为电压响应受放电末期限制的影响较小。然而，具体的表现仍取决于放电倍率和电池之前的运行历史。
深度放电：80% DOD 及以上
在 80% DOD 或更高时，电池维持放电电流的能力迅速恶化。根据主要参考资料，极化电压会急剧增加，在 90% DOD 左右时可增加至三倍。
这种急剧上升表明电池正在接近一个由传输和电荷转移限制主导端电压响应的区域。即使在该放电倍率下仍有一些内部化学容量无法触及，也可能很快达到电压截止点。
DOD 如何改变电压恢复
浅度放电后恢复最快
浅度放电后，电压通常会迅速恢复到其静置值，因为内部浓度梯度和电化学干扰相对有限。在电流中断后，初始回升通常非常明显。
快速回升并不意味着电池已完全平衡。电压可能会在更长的时间内持续松弛，因此在比较测试结果时，必须保持指定的静置时间一致。
深度放电产生更慢、更大的松弛
深度放电后，电压通常表现出更大的即时恢复和更长的松弛尾部。这种大的回升反映了与负载相关的极化的消除，而不是可用容量的瞬间恢复。
实际上，电池在放电过程中可能看起来“丢失”了电压，但在静置后会显著恢复。这就是为什么仅根据负载电压评估性能可能会低估电池剩余电化学状态的原因。
恢复行为揭示了内阻变化
恢复曲线包含了有关电池动态电阻和传输行为的信息。大而缓慢的恢复响应与更强的极化以及在负载下移动离子或完成电荷转移反应的更大难度相一致。
阻抗表征有助于区分这些效应。欧姆电阻在大部分放电过程中可能保持相对稳定，而极化电阻则逐渐增加，并在接近耗尽时变得尤为重要。
为什么测试截止点会扭曲容量结果
极化可能触发过早截止
电池测试仪和电池管理系统通常在端电压达到设定的截止点时停止放电。在高 DOD 下，增加的极化压降可能迫使端电压比在静置条件下更早达到该阈值。
结果是测得的容量出现明显的减少。电池可能包含额外的可恢复容量，但测试无法在选定负载下达到电压限制的情况下获取它。
静置会改变解读方式
由于极化在静置期间会衰减，暂停后的电池电压可能远高于暂停前记录的电压。在解读放电曲线、脉冲功率测试和放电末期行为时，这种区别非常重要。
因此，测试应明确截止点是基于连续负载电压、静置一段时间后的电压，还是特定的恢复标准。混合使用这些方法可能会产生误导性的比较。
理解权衡
更深的 DOD 可提高能量利用率，但会增加压力
深度放电在每个循环中提取更多的能量，并可能减少达到目标寿命能量输出所需的循环次数。然而，它也会产生更大的极化、更慢的恢复、更高的截止敏感性和更大的电化学压力。
运行窗口越深，控制电流、温度、静置时间和电压限制就越重要。
浅度 DOD 可提高可重复性和循环寿命
浅度循环通常会减少极化并延长循环寿命。补充参考资料一致表明，与全深度循环相比，低 DOD 运行可以支持更多的循环次数，尽管具体数值取决于化学体系、运行条件和选定的寿命终止标准。
这并不意味着浅度 DOD 在所有应用中总是优越的。它以牺牲每个循环提取的能量为代价，换取了更高的耐用性和更稳定的电压行为。
避免将电压恢复与容量恢复混淆
静置后的电压回升证明了极化的松弛；它并不能证明电池已经恢复了丢失的容量。容量必须使用定义的充放电协议来确定，而不能仅从恢复的电压来确定。
同样，如果测量是在浅度 DOD 或长时间静置后进行的，高负载电压并不一定意味着低内阻。
如何将其应用于您的测试计划
使用一致的 DOD、电流、截止点、温度和静置时间协议，以便能够有意义地比较极化和恢复行为。
- 如果您的主要关注点是精确的容量测量： 使用定义的放电电流和截止方法，并考虑到高 DOD 极化可能导致过早电压终止的事实。
- 如果您的主要关注点是脉冲功率能力： 在多个 DOD 水平下评估负载电压和脉冲后恢复，特别注意 80% DOD 以上的急剧变化。
- 如果您的主要关注点是电池间的一致性： 比较在相同放电和静置条件下的恢复曲线，而不是仅仅比较负载电压。
- 如果您的主要关注点是循环寿命： 在应用能量需求允许的情况下，优先选择较浅的 DOD 窗口，因为深度循环会增加电化学压力并加速退化。
- 如果您的主要关注点是电池模型开发： 将欧姆电压损耗与极化相关电阻分离开来，并在模型中包含依赖于 DOD 的参数。
将 DOD 视为一种动态运行条件，而不仅仅是一个容量百分比：它直接决定了观察到的电压降中有多少是可逆的极化，以及测试在多大程度上可靠地代表了电池的真实行为。
总结表：
| DOD 范围 | 极化电压趋势 | 电压恢复行为 | 实际意义 |
|---|---|---|---|
| ~10% | 低 | 快 | 压力最小，快速平衡 |
| 20-70% | 逐渐增加 | 中等 | 适用于对比测试 |
| >=80% | 急剧增加（90% 时高达约 3 倍） | 缓慢，大幅回升 | 过早截止风险，隐藏容量 |
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