关键测量参数包括容量、电阻、自放电、电压、电流、阻抗和温度。这些参数共同反映电池单体仍可输出多少能量、输出功率的效率，以及电池是否正在加速劣化。测试还必须记录每项测量所处的条件，包括充放电倍率、温度、截止电压和循环次数。
仅凭单次读数无法可靠地确定健康状态（SOH）。最重要的指标包括相对于标称容量的可用容量、相对于基准值的内阻，以及自放电速率，同时还应结合电压、温度、阻抗和循环寿命数据进行判断。
电池单体测试期间必须测量的参数
可用充电容量
在受控放电过程中测量电池单体的实际输出安时容量，并将其与额定容量或初始容量进行比较。
[ \text{容量保持率} = \frac{\text{测量容量}}{\text{参考容量}} \times 100% ]
容量保持率是最明确的 SOH 指标之一。有效容量快速下降通常表明活性材料损失、极化加剧或其他劣化机制正在发生。
电池单体电压
在充电、放电、静置期间以及故障事件发生时，连续记录电池单体电压。
电压数据可以揭示：
- 开路电压和近似荷电状态
- 充电和放电电压特性
- 负载下的电压下跌
- 过电压或欠电压状态
- 串联电池组中的单体间不平衡
电压曲线应结合电流和温度进行解读，因为在不同负载下，相同的电压读数可能代表不同的状态。
充电和放电电流
测量并记录进入和流出电池单体的实际电流。
电流是准确进行安时计量和计算功率所必需的：
[ P = V \times I ]
电流还决定了施加的 C 倍率，而 C 倍率会显著影响测得的容量、电压下跌、发热和表观功率能力。
内阻和直流阻抗
最好在规定的电流脉冲条件下测量内阻，以确定施加电流时电池单体电压下降的程度。
电阻增加通常会导致：
- 负载下更大的电压降
- 功率能力降低
- 发热量增加
- 高电流运行期间更早达到截止条件
由于电阻高度依赖测试条件，因此必须同时报告测试温度、SOC、脉冲持续时间和电流。
电化学阻抗
当需要更深入的诊断信息时，可使用电化学阻抗谱（EIS）。
阻抗测量有助于区分影响电池单体行为的不同因素，例如欧姆电阻、电荷转移限制和与扩散相关的影响。在整个循环寿命期间重复进行阻抗测量，可以揭示仅通过容量尚不能明显观察到的劣化趋势。
自放电电流或速率
在电池单体与外部负载电气隔离的情况下，测量受控静置期间的电荷损失。
自放电升高可能表明内部漏电、污染、隔膜损坏或其他异常状况。对于识别短时容量测试中表现正常、但不适合长期储存或串联运行的电池单体，这一指标尤其有用。
温度
测量电池单体温度或表面温度，并记录整个测试过程中的温度曲线。
温度会影响容量、电阻、电压、老化速率和安全性。应记录峰值温度和处于高温状态的时间，同时记录高电压和大电流暴露情况。
为了获得有意义的比较结果，应对测试温度进行控制和记录，而不应将其视为无关紧要的数据。
完善评估所需的性能指标
输出能量
通过对放电容量范围内的电压进行积分来计算输出能量：
[ E = \int V , dQ ]
由于电压特性和电阻也会发生变化，能量保持率的下降情况可能与安时容量不同。
功率能力
在规定的负载脉冲或放电条件下，评估电池单体输出功率的能力。
功率能力取决于电压、电流、内阻、SOC 和温度。电池单体可能仍保有较大容量，但由于电阻增加而失去实用的高功率性能。
库仑效率
比较完整循环中返回的电荷量与输入的电荷量：
[ \text{库仑效率} = \frac{\text{放电容量}}{\text{充电容量}} \times 100% ]
经过多次循环后累积的小幅效率损失，有助于识别持续发生的寄生反应，并预测长期容量损失。
循环次数和劣化速率
记录循环次数，并跟踪容量、电阻、能量和温度随循环寿命的变化。
某一时刻的绝对值固然重要，但变化趋势通常更具参考价值。即使电池单体尚未超过固定限值，容量快速下降或电阻急剧增加也可能表明其正接近使用寿命终点。
平衡电压和过电位
让电池单体静置后，测量其平衡电压或开路电压。将该电压与负载下的电压进行比较，以评估极化和过电位。
这些测量结果有助于建立 SOC 模型，并帮助区分热力学电压特性与由电阻和电化学动力学造成的损耗。
串联电池单体需要记录的参数
各单体电压
对于电池串或电池组，应测量每个电池单体，而不只是测量电池组总电压。
单体电压的最小值和最大值可以揭示不平衡、识别最弱单体，并显示均衡是否有效。总电压可能看似正常，但其中一个单体可能已经接近不安全限值。
单体容量不平衡
比较电池串中各电池单体的可用容量。
最弱单体可能决定整个电池的可用容量和功率能力，尤其是在电池管理系统根据第一个达到电压阈值的单体限制运行时。
累计电阻
同时跟踪各单体电阻和整个电池串的组合电阻。
这样可以区分性能较弱的电池单体与互连件、汇流排、端子、接触器或其他系统部件增加的电阻。
电池串温度分布
在条件允许时，测量多个相关位置的温度。
温度梯度可能表明电流分配不均、热设计不佳、局部电阻较高，或某个电池单体正在发生异常劣化。
电池管理和故障数据
在适用情况下，记录：
- 电池总电压和总电流
- 单体电压的最小值和最大值
- 温度测量值
- 充电和放电电流限值
- 警告和故障标志
- 单体均衡状态
- 相关 CAN、SMBus 或 I²C 数据
这些信息有助于重建故障发生前的行为，并将实验室测量结果与实际运行条件联系起来。
如何确保测量结果可靠
控制测试条件
容量和电阻并非固定不变的常数，它们会随温度、SOC、电流倍率、静置时间、截止电压和测量方法而变化。
在将电池单体与其基准值进行比较，或评估其随时间的劣化情况时，应使用相同且明确规定的条件。
建立基准
在开始老化测试之前，测量全新或已知状态良好的电池单体。
基准容量、电阻、阻抗、自放电、电压特性和温度响应，是计算有意义变化所需的参考依据。
验证测试系统
应在其工作范围内评估测量系统的不确定度、重复性、再现性和线性度。
测量保真度不足可能使仪器漂移看起来像电池劣化。对于检测电阻、自放电或库仑效率的小幅变化，这一点尤其重要。
连续记录数据
瞬时测量值很有用，但连续记录能够提供解读这些数据所需的上下文。
至少应同步记录电压、电流、温度、循环次数、运行状态和故障信息，以便将异常行为追溯到具体事件或运行条件。
了解各项指标之间的权衡
仅测量容量是不够的
电池单体可能仍保有大部分原始容量，但其内阻已经大幅上升。
这种电池单体可能仍能储存能量，却会因电压下跌和发热而无法满足所需的功率需求。
电阻高度依赖测试条件
在不同温度、SOC 水平、脉冲持续时间或电流幅值下测得的电阻，若不进行归一化处理，就不能直接比较。
有效的趋势分析需要一致的测试协议。
EIS 能提供详细信息，但需要专业知识
阻抗谱可以提供有价值的诊断区分信息，但结果取决于频率范围、夹具质量、激励水平、电池状态和分析模型。
EIS 应作为容量、电阻和自放电测试的补充，而不应取代这些测试。
电池组层面的数据可能掩盖弱单体
总电压、总容量或平均温度可能掩盖不平衡或局部劣化。
对于串联连接的系统，测量每个电池单体对于识别限制性能的单体至关重要。
固定的 SOH 阈值取决于具体应用
实际使用寿命终点阈值取决于应用对容量、功率、安全性和运行范围的要求。
某个电池单体可能因功率损失而不适合一种应用，但在电流需求较低的另一种应用中仍然可用。
根据目标做出正确选择
应根据目标应用和所需的诊断确定性水平，选择相匹配的测量组合。
- 如果主要关注基本 SOH 估算：在可重复的条件下测量可用容量、内阻、自放电、电压、电流和温度。
- 如果主要关注高功率性能：优先测量直流电阻、电压下跌、功率脉冲特性、温升和电流限值。
- 如果主要关注劣化诊断：增加电化学阻抗谱、库仑效率、详细电压曲线和连续循环寿命记录。
- 如果主要关注串联电池串或电池组评估：测量每个电池单体的电压、容量、电阻、温度和均衡行为，以及电池串的累计电阻。
- 如果主要关注可靠的生产测试：在依靠 SOH 结果之前，验证测试设备的不确定度、重复性、再现性和线性度。
具有可靠依据的 SOH 评估应综合考虑容量衰减、电阻增长、自放电、运行特性和热历史，而不应依赖单一参数。
汇总表：
| 参数 | 重要性 | SOH 指标 |
|---|---|---|
| 容量 | 测量储能能力；容量下降表明发生劣化 | 容量保持率 |
| 内阻/直流阻抗 | 影响功率输出和发热；电阻上升表明老化 | 电阻增加率 |
| 自放电 | 识别内部漏电；异常损失表明存在问题 | 自放电速率 |
| 电压 | 揭示 SOC、电压下跌和故障 | 电压曲线稳定性 |
| 电流 | 用于安时计量和功率计算 | 电流能力 |
| 温度 | 影响性能和老化；高温会加速劣化 | 温升和温度分布 |
| 电化学阻抗（EIS） | 区分不同的劣化机制 | 阻抗趋势 |
| 库仑效率 | 检测寄生反应；预测长期容量损失 | 库仑效率 |
| 循环次数 | 跟踪整个寿命周期内的劣化 | 容量/电阻变化趋势 |
注意：SOH 必须根据这些指标的综合结果进行评估，而不能依赖单一参数。
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