C倍率决定电芯放电的负荷强度，内阻决定该负荷下损失的电压，而电压截止值决定可用容量的大小。 在更高的C倍率下，放电电流会按电芯额定容量的比例增加。由内阻引起的电压降、极化、扩散限制以及发热，会使端电压更快达到其下限截止值，因此测试记录到的输出容量和能量都会减少。
可用容量取决于运行条件。 电芯在不同放电倍率下可能含有几乎相同的电化学电荷，但高电流会使其中一部分电荷在测试仪达到截止电压之前无法释放。
C倍率如何设定电应力
C倍率定义放电电流
C倍率表示相对于标称容量的放电电流：
[ \text{C倍率}=\frac{I}{Q_\text{标称}} ]
对于一个2 Ah的电芯，1C放电大约施加2 A电流，而0.1C放电大约施加0.2 A电流。标称额定值和测试规定的截止条件决定了参考容量。
因此，较高的C倍率会增加整个电芯中的电流密度，对电极、电解液、隔膜和集流体提出更高要求。
倍率越高，达到截止值的时间越短
在低倍率下，离子有更多时间在活性材料和电解液中移动。在高倍率下，传输和反应动力学会成为限制因素，尤其是在放电末期。
其结果是端电压下降更快，并且更早结束放电。
内阻如何降低端电压
即时内阻压降
带载端电压可以用以下简化关系表示：
[ V_\text{端电压}=V_\text{平衡电压}-I R_\text{内阻}-\eta_\text{极化} ]
其中，(R_\text{内阻})表示电芯阻抗中的电阻分量，而(\eta_\text{极化})包括活化极化和浓差相关的电压损失。
随着电流(I)增加，电阻压降(I R_\text{内阻})会直接增加。因此，在相同C倍率下，内阻更高的电芯会表现出更大的电压下陷。
内阻并非一个固定常数
“内阻”可能指不同的测量值。1 kHz阻抗值可用于比较电芯并检测某些结构或老化差异，但它不能完全代表持续放电期间的有效电阻。
放电行为还取决于频率、温度、荷电状态、健康状态、电流方向以及负载持续时间。对于倍率测试，相关行为通常是电芯在实际测试条件下的动态直流电阻和极化特性。
发热会进一步增加损耗
内耗产生的热量大致符合以下关系：
[ P_\text{损耗}\approx I^2R ]
由于更高C倍率下的电流更大，发热量可能会迅速增加。温度变化会改变反应动力学、电解液电导率和内阻，从而形成反馈效应，使电芯的电压和效率在测试过程中发生变化。
确切的热响应取决于电芯化学体系、结构、冷却条件和测试持续时间。
为什么测得的可用容量会下降
截止电压是实际边界
电池测试仪通常会在电芯达到规定的低电压限值时停止放电。在高C倍率下，由于内阻压降和极化，电芯会更早达到该限值。
随后，测试仪记录到的安时数会减少：
[ Q_\text{输出}=\int I(t),dt ]
这表示的是该测试条件下的输出容量或可用容量，并不一定代表电芯剩余的全部电化学容量。
降低倍率后容量可能恢复
如果电芯以高倍率放电后立即以低倍率进行测试，较低的电流可以减少瞬时电压降。一些浓度梯度也可能得到松弛，使电芯在达到截止值之前释放出更多容量。
这解释了为什么高倍率测试可能报告较低容量，而后续低倍率测试却能恢复大部分表观容量差异。在比较脉冲负载和连续放电时，这一现象尤其重要。
能量下降有两个原因
高C倍率运行通常会同时降低输出电荷量和平均放电电压。因此，可用能量的下降幅度可能大于单看容量所预期的程度：
[ E_\text{输出}=\int V(t)I(t),dt ]
因此，电芯可能以更低的平均电压输出更少的安时数，从而导致瓦时数大幅减少。
放电测试实际测量的是什么
容量由测试方案定义
容量结果只有结合测试条件才有意义，包括：
- 放电C倍率或恒定电流
- 初始荷电状态
- 温度
- 低电压截止值
- 静置时间
- 电芯使用年限和健康状态
- 热边界条件
缺少这些条件的容量值是不完整的。同一个电芯在C/20、C/10、1C或短时高倍率放电下，完全可能具有不同的额定容量。
倍率能力揭示电芯设计限制
在多个C倍率下进行测试，可以得到倍率能力曲线。该曲线显示电压下陷、极化、发热和容量损失从何处开始变得不可接受。
这些数据有助于区分由电极载量、涂层均匀性、压实密度、电解液电导率、集流体设计或热管理引起的限制。
必须控制温度
低温通常会增加内阻并减缓电化学动力学。因此，在寒冷环境下以高C倍率测试电芯时，电芯可能会特别快地达到截止值。
为了进行有意义的比较，应测量并控制温度。否则，表面上的C倍率限制实际上可能是热限制或环境限制。
了解其中的权衡关系
高C倍率测试更能代表功率需求
对于电动工具、车辆加速和脉冲功率系统等应用，高倍率测试是必需的。它可以揭示电压稳定性、发热量、功率能力以及模块中较弱电芯的表现。
但是，它不应直接替代低倍率容量额定值。它回答的是另一个问题：电芯在苛刻条件下能够提供多少功率和可用能量。
低C倍率测试能更完整地估算容量
低倍率放电可以最大限度地减少电压下陷和传输限制。因此，它更适合估算在温和运行条件下能够提取的电荷量。
由于高功率应用可能会更早达到电压限制，该结果可能高估实际可用于高功率应用的容量。
交流阻抗不等于高倍率性能
单次阻抗测量，例如1 kHz阻抗值，无法完全预测持续高倍率放电容量。两个测得阻抗相近的电芯，在扩散行为、热响应、电极利用率或放电末期极化方面仍可能存在差异。
应结合放电曲线、温度数据以及相关C倍率下的容量测量来解读阻抗。
电芯一致性在电池包中变得更加重要
在较高倍率下，电芯之间细微的内阻或容量差异会造成更大的电压差异。较弱的电芯可能首先达到低电压限值，从而导致整个串联电芯组或模块停止放电，即使其他电芯仍保留可用电荷。
因此，高倍率测试应包括电芯匹配、电压偏差分析，以及对均衡或保护阈值的评估。
根据目标做出正确选择
使用与目标应用相匹配的测试矩阵，并记录每个倍率下的电压、电流、温度、截止行为和输出容量。
- 如果您的主要关注点是最大能量容量： 使用低倍率、标准化的放电方案，并控制温度、明确规定截止电压。
- 如果您的主要关注点是高功率性能： 按应用所需的连续C倍率和脉冲C倍率进行测试，然后评估电压下陷、发热量和可用瓦时数。
- 如果您的主要关注点是阻抗或老化诊断： 将阻抗测量与直流负载测试结合起来，因为仅凭频域阻抗无法描述完整的放电响应。
- 如果您的主要关注点是电池包可靠性： 在较高倍率下测试电芯间差异，并监测哪些电芯最先达到电压限制。
- 如果您的主要关注点是寒冷天气运行： 在所需的低温条件下重复C倍率曲线测试，因为内阻和可用容量高度依赖温度。
比较电芯的可靠方法，是将C倍率、阻抗、温度和截止电压视为一个相互关联的测试条件，而不是彼此独立的规格参数。
总结表：
| 因素 | 描述 | 对容量的影响 |
|---|---|---|
| C倍率 | 相对于标称容量的放电电流 | 较高的C倍率会因更早达到电压截止值而降低输出容量 |
| 内阻 | 导致电压下降的电阻和极化 | 较高的内阻会导致更大的电压下陷和更低的容量 |
| 电压截止值 | 停止放电时的低电压限值 | 决定带载条件下实际输出的容量 |
| 温度 | 影响动力学和内阻 | 较低温度会增加内阻，从而进一步降低容量 |
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