电容式和循环式电池工作模式有什么区别？优化您的电池测试以实现实际性能

电容式操作使用长时、深度的放电，随后进行完全充电；而循环式操作使用反复的浅度放电，随后进行快速升压充电。 区别不仅仅在于放电持续时间：它改变了电池的荷电状态、热暴露、充电完整性和老化机制。循环升压充电会使电池随着时间的推移表现出可用容量减少，同时增加热量和内阻，因此传统的全周期测试可能会给出误导性的结果。

正确的测试必须重现预期的工作周期。 在循环服务中使用的电池应在反复的部分荷电状态放电和大电流升压充电下进行评估，而不仅仅是通过偶尔的完全放电和充电循环。

两种操作模式的区别

电容式操作是能量输送循环

在电容式操作中，电池在较长时间内（例如八小时轮班）持续提供能量。在电池进行完全充电之前，其大部分容量已被消耗。

这种模式强调长放电周期内的可用容量，以及电池在正常充满电期间恢复该容量的能力。

循环式操作是功率与充电循环

在循环式操作中，电池提供持续几分钟或几秒钟的短促能量脉冲。在开始快速升压充电之前，仅消耗了其一小部分容量。

因此，电池经历的是频繁的微循环，而不是一个大的放电循环。这种模式是那些在操作过程中反复加速、提升、移动或回收能量的应用的典型特征。

荷电状态历史有本质不同

电容式电池通常有时间在工作周期后恢复到高荷电状态或充满电状态。在循环服务中，升压充电可能在电池完全充满电之前就发生了。

当完全充电不频繁时，电池可能会稳定在中间的、可重复的荷电状态。此时，其表观可用容量可能会稳定在全周期条件下指定的标称容量以下。

循环升压充电如何改变电池性能

它创造了部分荷电状态操作

升压充电补充了每次短时放电期间使用的能量，但不一定会将电池恢复到 100% 的荷电状态。因此，电池是在部分荷电状态 (pSoC) 条件下进行测试和操作的。

这一点很重要，因为容量、充电接受能力、电压行为和退化在全周期和 pSoC 操作之间可能存在显著差异。

它增加了热应力

快速升压充电需要在短时间内使用相对较高的电流。重复此过程会产生大量的电解液和内部温升，尤其是当电池冷却时间有限时。

因此，温度不仅仅是一个次要测量指标。它是判断所选升压电流是否对电池施加过大压力的关键指标。

它会降低测得的可用容量

由于循环操作通常会阻止完全充电，电池可能会从中间荷电状态开始下一次放电。此时进行的容量测试显示的可用能量可能少于受控充满电后的测试结果。

这种减少在操作上是有意义的，但必须正确解读。它可能反映了电池稳定的循环基准，而不是标称化学容量的立即损失。

它会加速长期退化

反复的高电流充放电会增加热应力和电化学应力。随着时间的推移，这可能表现为容量保持率下降和内阻升高。

关键的测试问题不仅是电池最初提供多少能量，还在于它在经过一定数量的实际升压循环后性能保持得如何。

适当的循环电池测试必须测量什么

重现真实的电流曲线

合适的测试系统必须模拟短暂的放电事件和即时的升压充电间隔。仅使用缓慢的深度放电测试无法重现循环服务的电气应力。

曲线应反映应用的放电持续时间、电流、休息时间、升压充电电流和充电频率。

跟踪容量保持率

应在测试程序中的规定点测量容量。这显示了电池的可用输出是否随着升压循环的累积而下降。

测试应区分从完全充电获得的容量和从电池正常循环操作基准获得的容量。

监测电解液温升

温度测量有助于识别过度的充电或放电应力。电池可能在继续接受大电流的同时，运行在不支持可接受使用寿命的条件之外。

因此，测试应记录反复升压事件期间的温升，而不仅仅是长期测试后的最终温度。

测量内阻

内阻是电气和热性能的重要指标。内阻增加会降低功率输出、增加发热，并降低大电流充电的效率。

将内阻与容量保持率一起跟踪，比单独测量任何一项指标都能更清晰地了解退化情况。

确定允许的电流限制

目标是确定在满足应用性能和耐用性要求的同时，不会导致过早退化的最高升压电流。

该限制应基于温升、容量保持率、内阻增长以及电池维持所需循环曲线的能力的综合证据。

理解权衡

更快的可用性与电池压力

升压充电提高了操作可用性，因为电池可以在短暂停顿期间恢复有用的能量。代价是增加了充电电流，并可能产生更大的热应力。

因此，最快的充电曲线并不自动是最好的曲线。必须在可接受的温度和使用寿命限制之间取得平衡。

标称容量与可用循环容量

电池的标称容量通常与定义的完全充放电测试相关联。循环应用可能提供较少的可用能量，因为电池是在中间荷电状态下运行的。

仅使用标称容量来确定或评估循环应用可能会高估实际性能。

全周期测试与代表性应用测试

全周期测试对于标准化比较和基准容量测量很有用。它们本身并不能揭示电池在反复部分放电和升压充电下的表现。

循环测试对于自动化运输和其他高频工作周期更具代表性，但它需要更专业的设备和更详细的数据分析。

电流限制与短期输出

电池可能耐受短暂的高电流脉冲，但在重复数百或数千次该脉冲时，仍会遭受不可接受的累积应力。因此，电流限制必须在整个工作模式上进行评估，而不是根据单一事件。

应避免的常见测试错误

仅在完全充电后进行测试

这会使电池看起来比在正常循环服务中更健康。测试应包括预期的不完全充电频率以及由此产生的荷电状态基准。

忽略热行为

没有温度数据的容量数据可能会掩盖激进的充电曲线。反复的温升是一个警告，表明所选的升压电流可能正在加速退化。

测量容量时不测量内阻

电池可以在内阻升高的同时保持合理的容量。这种情况仍可能损害高功率操作，并在未来的循环中增加热量。

使用通用的循环计数

只有当放电深度、电流、充电电流和休息间隔确定时，循环计数才有意义。大量的浅度升压循环不等同于相同数量的完全放电循环。

如何将其应用于您的项目

根据电池的实际操作目标选择测试方法：

• 如果您的主要重点是长效能量输送： 使用电容式测试，进行长时间放电，随后进行受控的完全充电，同时测量容量和充电性能。
• 如果您的主要重点是频繁的短时操作： 使用循环式测试，在真实的 pSoC 条件下进行反复的浅度放电和即时升压充电。
• 如果您的主要重点是最大化使用寿命： 在监测电解液温升、容量保持率和内阻的同时，比较升压电流水平。
• 如果您的主要重点是设定安全的充电限制： 确定在满足性能要求且没有不可接受的热应力或过早退化的情况下，最大允许电流。

只有当测试重现了决定其现实生活和性能的操作模式时，电池才能得到正确的评估。

总结表：

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