极化电压可能使电池在存储的电化学容量实际耗尽之前，就表现出已达到电压极限。 在充电过程中，它会使端电压高于电池的平衡电压；在放电过程中，它会使端电压低于平衡电压。如果测试仪或电池管理系统在端电压达到预设截止值时停止工作，这种动态电压偏差就会导致循环过早结束，并记录下人为偏低的容量。
测得的容量不仅取决于电池中活性物质的数量，还部分取决于电压极化、电流、温度和静置历史。 因此，高极化的电池在负载下可能表现出较低的容量，但在静置期间电压会恢复。
极化如何改变测量电压
端电压并非平衡电压
电池的端电压是其开路平衡电压与多种运行损耗的综合结果。简化的关系如下：
- 充电期间：
V_terminal = V_OCV + V_R + V_P - 放电期间：
V_terminal = V_OCV - V_R - V_P
此处，V_R 代表欧姆电阻压降，V_P 代表与极化相关的电压偏差。
极化反映了电荷转移动力学和离子浓度梯度等电化学限制。因此，它是对电流、荷电状态 (SOC)、温度和电池近期运行历史的动态响应。
极化在循环末期增加
在充放电的最后阶段，极化可能会迅速增加。虽然电池的平衡电压可能表明仍有可用电量，但端电压可能会迅速向测试仪的截止阈值靠拢。
这种行为类似于测量狭窄限制管道末端的水压：流动时观察到的压力与停止流动时的可用压力不同。电池在负载下的端电压并不能直接衡量其处于松弛状态下的电化学水平。
为何容量会过早受限
放电测试过早达到下限截止值
放电过程中，极化会导致额外的电压降。在足够高的电流下，即使电池中仍有可回收的活性物质，端电压也可能达到下限截止值。
测试系统随后会停止放电，因此报告的容量仅反映了达到电压极限前所释放的电量。增加放电电流通常会增加极化，并将测得容量降低至该截止点。
充电测试过早达到上限截止值
充电过程中，极化会将端电压向上推。因此，在电池达到其真正的电化学满充状态所需电量之前，就可能达到电压上限。
充电器可能会根据该电压阈值终止充电或切换运行模式。由此产生的充电容量可能低于电池的潜在容量，特别是在充电电流较高或电池内阻较高时。
单体电池性能不佳可能决定整体结果
在串联电池组中，测试系统或电池管理单元可能会监控单个电池的电压。极化程度较高的单体电池可能会首先达到充放电极限，从而终止整个测试。
当直接原因是某个电池的电压不平衡或极化时，这可能使整个电池组的容量看起来受到了限制。
什么导致极化变大？
电流增大
较高的电流会增加欧姆电压损耗和极化电阻效应。在脉冲或高倍率放电条件下，产生的电压降可能大到足以导致测得容量相对于固定截止值出现大幅下降。
因此，倍率性能测试对于区分固有容量与特定工作电流下的可用容量至关重要。
温度和传输限制
低温会减慢电荷转移反应和离子传输，从而增加极化。在高倍率下，浓度梯度也会更快形成，进一步使端电压偏离平衡状态。
温度可能产生相互抵消的影响。在某些电池中，适度的自加热会降低粘度并改善传输，而过高的温度则会加速退化和副反应。
老化和内阻增长
老化会增加初始欧姆电阻和极化电阻。同样的测试电流随后会产生更大的电压偏差，导致电池比新电池更早达到截止点。
因此，测得容量的下降可能表明阻抗增加和倍率性能降低，而非活性物质的成比例损失。
既往运行历史
极化并不一定在电流停止时消失。其松弛过程取决于电池的电化学状态和静置时间的长短。
在充放电后立即测试的电池，可能会带着残余极化开始下一个循环。如果不控制初始静置条件，两个原本相同的容量测试可能会产生不同的结果。
为何静置时间很重要
松弛过程揭示可恢复电压
当电流移除后，极化会逐渐衰减。在静置期间，端电压可能会远离截止值，这表明部分表观电压限制是由瞬态电化学行为引起的。
这并不意味着所有损失的容量都会自动恢复。这意味着在负载下观察到的电压不应被解释为电池完全松弛后的状态。
短时间和长时间静置产生不同结果
短时间静置（例如从零到大约一小时）可能会留下前一次操作产生的显著残余极化。因此，后续循环中测得的电压响应可能在很大程度上取决于准确的静置时长。
较长时间的静置（在参考测试背景下约为一到五小时）允许极化状态趋于更稳定的水平。一致的静置方案可提高可重复性，并使电池间的比较更具说服力。
必须记录历史记录
前一次操作是充电还是放电，会影响下一次测试的初始极化状态。因此，可靠的测试记录应包括之前的运行方向、电流、温度、荷电状态和静置时长。
这些信息有助于将真正的电池间差异与测试准备工作造成的差异区分开来。
理解权衡因素
较低电流可改善对容量的获取
降低测试电流可减少极化，通常允许在达到下限电压截止值之前释放出更多电池存储的容量。其代价是测试时间更长，且对高功率运行的直接代表性较弱。
低倍率容量测试对于估算接近平衡的容量很有用，但不应将其视为对实际负载下性能的完整描述。
较高的截止限制需要谨慎
改变充放电截止电压可以减少由极化引起的过早终止。然而，电压限制同时也是安全和耐用性的控制手段，因此必须保持在电池制造商指定的运行范围内。
特别是较高的充电限制，可能会增加不必要的副反应或加速退化。截止值的调整应基于经过验证的电化学和安全数据，而非仅仅基于容量。
主动负载比较可能具有误导性
仅通过主动负载下的端电压来比较电池，即使在极化电池的松弛电压和剩余容量相当的情况下，也可能将其评定为较差。当电池处于不同的温度、老化状态或静置历史时，这一点尤为突出。
负载响应和松弛后的恢复应结合起来评估。
极化控制不能替代诊断
基于极化的动态电流控制可以改善充电方案并减少不必要的压力。它还有助于表征倍率性能和退化情况。
然而，高极化可能是电阻增加、传输不良、温度不平衡、电极限制或老化的症状。控制症状并不能识别根本原因。
如何将其应用于您的测试
在解释容量结果时，请综合考虑电压、电流、温度和静置历史。
- 如果您的主要关注点是电池固有容量： 使用受控的、相对较低的电流和标准化的延长静置方案，以便极化对电压截止的影响更小。
- 如果您的主要关注点是高功率性能： 在预期的电流或 C 倍率下进行测试，并报告由此产生的截止限制容量，以及温度和极化行为。
- 如果您的主要关注点是电池一致性： 监控单个电池的电压，并比较静置期间的电压恢复情况，而不仅仅是负载下的端电压。
- 如果您的主要关注点是老化诊断： 在重复测试中，跟踪相同电流、温度、荷电状态和静置条件下极化和电阻的增长情况。
- 如果您的主要关注点是充电优化： 使用极化和电极电压数据来优化电流曲线和截止行为，同时保持经过验证的安全限制。
准确的容量测试要求将极化电压视为一种依赖于测试条件的限制，而不是对电池剩余存储能量的直接测量。
总结表：
| 因素 | 对测得容量的影响 | 缓解策略 |
|---|---|---|
| 较高电流 | 增加极化 | 使用较低电流或 C 倍率 |
| 低温 | 增加极化 | 控制温度 |
| 老化 | 增加电阻 | 跟踪阻抗增长 |
| 短时间静置 | 残余极化 | 标准化延长静置方案 |
| 串联电池不匹配 | 单体电池限制整体 | 监控单个电池电压 |
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