电压降法通过比较稳定电压与精确定时负载脉冲下的观测电压，测量原电池的内阻。首先，施加小的背景负载以建立初始电压 (V_1)。随后，电池测试系统施加测量负载 (R_L)，采集闭路电压 (V_2)，并按照 (R_{\text{in}} = (V_1 - V_2)R_L/V_2) 计算电阻。为最大限度减少极化效应，负载脉冲和电压采集必须在约 5至50毫秒内完成。
关键是在活化极化和浓差极化形成之前，测量瞬时欧姆电压降。准确的定时、快速的采集与保持，以及受控的初始负载，可以防止将极化误报为内阻。
电压降法的工作原理
建立初始电压
测试开始时，对原电池施加小的背景负载。这样可以稳定端电压，并提供参考值 (V_1)。
背景负载还有助于减少因改变电池电气条件后立即读数而产生的误差。测量系统应允许电压充分稳定后，再记录参考值。
施加测量负载
电池测试系统在电池两端施加已知负载电阻 (R_L)。由此产生的闭路电压记录为 (V_2)。
由于电流通过电池内部的电子电阻和离子电阻，负载会导致电压下降。该下降幅度用于估算电池的内阻。
计算内阻
外部负载中的电流根据负载电压和电阻确定：
[ I = \frac{V_2}{R_L} ]
参考状态与负载状态之间的电压差为：
[ \Delta V = V_1 - V_2 ]
因此，内阻计算如下：
[ R_{\text{in}} = \frac{V_1 - V_2}{I} ]
代入 (I = V_2/R_L) 后，得到实际使用的公式：
[ \boxed{R_{\text{in}} = \frac{(V_1 - V_2)R_L}{V_2}} ]
该计算假设测得的电压差主要代表电池即时的欧姆压降。
脉冲持续时间为何决定准确性
区分欧姆电阻与极化
电池的测量电阻可以表示为欧姆电阻和极化相关电阻的组合：
[ R_T = R_{\text{ir}} + R_p ]
其中，(R_{\text{ir}}) 表示即时电子电阻和离子电阻，而 (R_p) 表示与电化学极化相关的附加电压损失。
施加负载后立即出现的电压阶跃，是估算 (R_{\text{ir}}) 最有用的部分。较慢的电压变化则包含活化过程和浓差过程的影响。
使用5至50毫秒的脉冲
测量负载应保持有效约 5至50毫秒。这一短时间间隔使系统能够在明显的浓差极化形成之前，捕捉快速电压响应。
测试系统应采用快速采集和读数保持功能，以便在脉冲的规定时间点捕捉 (V_2)。一致的定时对于不同电池和测试运行获得可重复结果至关重要。
避免过度消耗能量
较长的脉冲会从电池中移除更多能量，并使电化学梯度有时间形成。这些梯度会产生额外的极化相关电压降，通常记为 (dV_2)。
如果将这一额外压降纳入计算，表观电阻就会过高。此时所得结果代表总瞬态电阻，而不是预期的欧姆内阻。
电池测试系统必须控制的因素
定时与触发同步
系统必须精确同步负载切换和电压采样。施加 (R_L) 与记录 (V_2) 之间的延迟变化，会改变结果中包含的极化程度。
明确的脉冲宽度和明确的采样时刻，可以使不同通道、电池和测试序列之间的测量结果具有可比性。
负载下的电压测量
系统应同时采集初始参考电压和负载电压，并避免电池在负载下停留超过必要时间。对于瞬态响应较快的电池，高速测量尤其重要。
电压数据还可用于区分即时电阻阶跃与脉冲结束后的较慢弛豫行为。
多通道一致性
在实验室评估中，多通道电池测试系统可以对多个电池施加相同的脉冲曲线。这有助于进行电池间比较，同时减少测试定时不一致或人工操作设备所造成的误差。
研究人员可以将内阻测量与负载电压、开路电压、放电速率和温度数据结合起来，从而更可靠地识别性能差异。
解读测得的电阻
电子和离子贡献
内阻包括集流体、电极材料、导电连接件和电池硬件产生的电子电阻，也包括与电解质电导率和离子传输相关的离子电阻。
电压降法测量的是这些因素在选定测试条件下的即时综合贡献。它不会自动确定结果由哪个物理部件造成。
电流和温度的影响
测得的电压降取决于施加的负载和电池的工作状态。电流、荷电状态、温度以及此前的充放电历史，都可能影响观测到的响应。
为了进行有意义的比较，应保持这些条件恒定，或将其明确纳入测试设计。
将电阻与电池性能联系起来
随着放电电流增加，内部电压损失增大，工作电压会进一步低于电池的理论电动势。较大的电压降可能使电池更早达到截止电压，从而降低可用容量和输出能量。
因此，内阻测试可用于评估电极配方、集流体接触、隔膜和电解质性能，以及电池组装质量。
了解其中的权衡
短脉冲有利于隔离目标，但测试范围有限
5至50毫秒的脉冲适合估算即时欧姆成分，但无法完整表征较慢的电化学行为。扩散、活化和类似RC的弛豫过程需要更长时间的观测。
因此，电压降结果应描述为受控的瞬态电阻或欧姆电阻测量，而不是对电池全部阻抗的完整描述。
长脉冲可提供更多工作信息
较长的放电脉冲可以揭示电池在实际负载条件下的表现。它们能够暴露与可用功率和容量相关的极化及传质限制。
但是，这些脉冲不应与短脉冲电压降计算互换使用，因为它们可能会抬高表观内阻。
单一电阻值可能掩盖工作条件的影响
内阻不一定是原电池的固定属性。在某一负载、温度、荷电状态和脉冲持续时间下测得的数值，可能无法预测电池在不同工作曲线下的表现。
为了进行稳健评估，应在明确且可重复的条件下测量电阻，并结合电压弛豫和放电数据进行解读。
根据目标做出正确选择
当目标是隔离电池的即时电阻响应时，应使用受控的电压降测试曲线。
- 如果主要关注欧姆内阻：施加稳定的背景负载，使用已知的 (R_L)，通过5至50毫秒的脉冲采集 (V_1) 和 (V_2)，并计算 (R_{\text{in}} = (V_1 - V_2)R_L/V_2)。
- 如果主要关注极化行为：有意延长观测窗口，并将较慢的电压降或弛豫与瞬时IR压降分开分析。
- 如果主要关注电池间一致性：在同步测试通道之间使用相同的负载、定时、温度和荷电状态条件。
- 如果主要关注实际功率能力：将短脉冲电阻与较长的放电测试结合起来，以区分欧姆损失与活化极化和浓差极化。
通过精确的定时和受控的测试条件，电压降法可以可靠地测量原电池内阻，同时避免将极化损失与电池的即时欧姆响应混淆。
总结表：
| 步骤 | 描述 | 关键参数 |
|---|---|---|
| 1. 建立初始电压 | 施加小的背景负载，使电压 V1 稳定。 | 稳定的 V1、适当的稳定时间 |
| 2. 施加测量负载 | 施加已知负载电阻 RL，并采集闭路电压 V2。 | 已知的 RL、精确的负载施加 |
| 3. 计算内阻 | 使用公式 Rin = (V1 - V2) * RL / V2。 | 计算得到的 Rin、V1、V2、RL 的准确性 |
| 4. 控制脉冲持续时间 | 将脉冲保持在5-50毫秒之间，以最大限度减少极化。 | 脉冲宽度、采样定时 |
| 5. 确保系统同步 | 同步负载切换和电压采样。 | 各通道之间一致的定时 |
| 6. 解读结果 | 考虑电子和离子贡献，以及工作条件的影响。 | 恒定电流、温度、SOC |
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