电容式运行是在一个较长的工作班次内将电池作为能量储存器使用，而循环式运行则反复消耗并快速补充电池容量中的一小部分。 在电容式运行中，电池会在较长时间内大幅放电，例如持续一个八小时的工作班次，然后进行完全充电。在循环式运行中，短时高功率放电事件之后会频繁进行补充充电，电池通常会在较长时间内保持部分荷电状态（pSoC）。
这种区别由放电深度、事件持续时间、充电频率以及荷电状态变化共同定义。电池研发设备必须重现每种运行模式下实际的电流、电压、时间、温度和充电条件，而不能仅依赖标准的完全充放电测试。
两种运行模式的区别
电容式运行：持续较长工作班次的能量供给
电容式运行会在一次连续的运行期间消耗电池大部分或全部可用容量。负载通常持续数小时，随后进行完全充电。
这种运行模式主要用于评估总可用容量、能量效率、稳态发热以及工作班次结束时的电压特性。它类似于传统的深度放电测试，但具体电流曲线应与车辆的实际工作循环相匹配。
循环式运行：反复进行短时脉冲
循环式运行会在持续数秒至数分钟的短时事件中消耗电池容量的一小部分。随后通过立即或频繁的高电流补充充电恢复电量。
在各个事件之间，电池可能不会恢复到满电状态。在多班次运行中，经过可预测次数的补充充电循环后，其可用容量可能会稳定在一个中间水平。
关键区别并不只是“慢与快”
重要区别在于负载需求与充电行为之间的关系。两种运行模式都可能产生高功率，但循环式运行的定义在于反复进行部分放电和充电，而不是经历一次持续较长的能量耗尽过程。
负载曲线为何影响电池寿命
电流大小会改变表观容量
较高的电流会增加由内阻和电极极化引起的电压损失。因此，即使仍有大量电化学容量，电池也可能更早达到电压截止值，使测得的可用容量看起来更低。
连续放电会在电极和电解质内部形成持续的浓度梯度。间歇运行则允许电池在休息期间进行部分松弛，这可能改变相同标称电流下的可用容量。
脉冲负载会产生热应力
高电流事件会产生与(I^2R)成正比的内部发热，其中（I）为电流，（R）为内阻。因此，反复脉冲可能造成比其平均能耗所显示的更严重的热应力。
在放电和补充充电过程中都应监测温升。热行为可以显示某个电流限制是否仅适用于短期运行，还是在数千次循环中反复施加时会造成损伤。
部分荷电状态会改变老化机制
频繁在pSoC下运行会使电池无法遵循简单的完全放电/完全充电模式。因此产生的衰减可能不同于传统容量循环测试中观察到的衰减。
因此，测试不仅要测量标称容量，还必须评估反复微循环过程中的容量保持率、内阻增长、电压响应和热行为。
如何配置电池研发设备
重现真实的电流-时间波形
可编程电池测试系统应重现车辆的实际运行曲线，包括：
- 电容式运行的连续放电时段。
- 循环式运行的短时放电脉冲。
- 负载事件之间的休息间隔。
- 立即或延迟的补充充电。
- 实际发生的完全充电事件。
- 电流限制、电压限制和截止条件。
恒流测试可用于基线表征，但无法完全代表自动化运输系统在加速、行驶、举升、制动或待机过程中不断变化的需求。
针对每种运行模式分别制定测试方案
对于电容式运行，应将设备配置为在预期工作班次时长内，或达到规定的放电终止条件前，对电芯或电池进行放电。随后使用预期的充电方式进行完全充电。
对于循环式运行，应编程设置重复序列，包括部分放电、短暂休息或过渡间隔，以及补充充电。持续执行该序列，直到达到预期的中间荷电状态，然后重复应用场景中使用的多班次运行模式。
纳入pSoC控制
测试系统应跟踪并控制电池的荷电状态，而不能假设每个循环都从100%电量开始。当补充充电仅恢复前一事件消耗的一部分能量时，这一点至关重要。
测试方案应定义：
- 初始荷电状态。
- 每个事件的放电深度。
- 充电时长和电流。
- 每个工作班次的事件数量。
- 完全充电频率。
- 允许的pSoC运行窗口。
同时测量热响应和电响应
使用同步测量方式记录电流、电压、电芯温度、电池温度和时间。如条件允许，增加温度传感器还可以识别电芯或模块之间的温度梯度。
系统还应计算或记录：
- 充电期间输出的能量和返回的能量。
- 高电流脉冲期间的电压降。
- 脉冲结束后的恢复电压。
- 内阻或与电阻相关的电压响应。
- 测试期间的容量保持率。
- 补充充电事件期间的充电接受能力。
测试结果应揭示的内容
真实工作循环下的容量保持率
主要结果是电池在反复运行后还剩余多少可用容量。由于两种曲线可能产生不同的老化行为，因此应分别在完整工作班次放电和pSoC微循环条件下进行评估。
应按照规定的时间间隔，使用一致的参考测试测量容量。否则，测试电流或温度的变化可能会被误认为是永久性容量损失。
最大允许电流
对于循环式应用，目标不仅是找出电池一次能够提供的最高电流，还要确定在不发生不可接受的电压骤降、发热或过早衰减的情况下，可以反复施加的最高电流。
应根据最低工作电压、最高温度、充电限制和所需使用寿命等应用限制，评估允许电流。
长期衰减模式
合适的测试可以显示，衰减主要是由深度放电、高脉冲电流、补充充电、升高的温度、pSoC停留，还是这些因素的组合所驱动。
比较电容式和循环式测试方案的结果，有助于确定电池设计是针对能量吞吐量、功率吞吐量、快速充电，还是均衡运行进行优化。
了解其中的权衡
标准完全循环测试并不充分
完全充放电测试对于基准比较很有用，但可能无法发现快速部分循环引起的失效机制。电芯在标准容量测试中可能表现良好，但在实际补充充电运行中却出现过度发热或内阻增长。
平均电流可能掩盖有害峰值
两个工作循环可能具有相同的平均电流，但峰值电流却大不相同。即使平均能耗相近，峰值更高的曲线也可能产生更大的电压降和(I^2R)发热。
更详细的测试需要更强的控制能力
真实的微循环测试需要具备充足电流响应能力、时间精度、数据采集和热监测能力的可编程设备。负载与充电器之间的同步不佳，可能导致测试结果无法代表车辆的实际运行情况。
必须控制并报告温度
电池性能取决于温度。测试应采用规定的环境温度或试验箱条件，并在整个测试曲线期间记录电池温度。
没有温度数据，就很难判断容量损失是由电化学老化引起的，还是仅仅因为运行超出了预期的温度范围。
根据目标做出正确选择
应使用与待解决运行问题相匹配的测试曲线。
- 如果主要关注工作班次续航能力：采用长时间放电后完全充电的方式，测量可用容量、能量输出、电压稳定性以及工作班次结束时的性能。
- 如果主要关注补充充电运行：在受控pSoC条件下，采用反复部分放电和高频充电循环。
- 如果主要关注电流限制定义：施加反复高电流脉冲，同时监测电压降、温升、内阻和容量保持率。
- 如果主要关注使用寿命预测：将真实的电容式和循环式曲线与定期参考容量及内阻测量相结合。
电池研发系统只有在重现电池完整运行历史，而不仅仅是其标称充放电限制时，才能发挥最大的价值。
汇总表：
| 特征 | 电容式运行 | 循环式运行 |
|---|---|---|
| 放电持续时间 | 长时间（数小时，例如完整工作班次） | 短时脉冲（数秒至数分钟） |
| 放电深度 | 深度放电（大部分或完全放电） | 浅度放电（容量的一小部分） |
| 充电模式 | 长时间放电后完全充电 | 频繁补充充电，可能无法达到满电 |
| 荷电状态 | 恢复至满电状态；也可能在低SOC下停留 | 通常处于部分荷电状态（pSoC） |
| 关键性能指标 | 总可用容量、能量效率 | 功率能力、充电接受能力、热响应 |
| 主要老化应力 | 深度放电、持续发热 | 高脉冲电流、I²R发热、pSoC影响 |
| 典型测试曲线 | 恒流放电至截止值，然后完全充电 | 在受控pSoC下，反复进行脉冲放电和补充充电 |
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