电池评估系统在 C 倍率测试中使用安时（Ah），是因为 C 倍率本质上是电流与容量的关系。 电池的 Ah 容量衡量的是传输的总电荷量，而 Wh 容量还取决于电池在放电过程中的电压。由于高 C 倍率会导致内部电压降和发热，Wh 的可用能量会随测试条件发生显著变化；首先使用 Ah 有助于将电荷传输能力与电压相关损耗隔离开来。
Ah 是控制和比较 C 倍率电流的自然参考指标，而 Wh 是衡量输出能量的更好指标。 因此，电池测试仪使用 Ah 来定义测试电流并表征倍率能力，然后通常单独计算 Wh，以量化电阻、极化和电压损耗的实际影响。
C 倍率测试实际测量的内容
C 倍率是根据 Ah 容量定义的
C 倍率表示相对于电池额定容量的电流。对于 2 Ah 的电池，1C 放电约为 2 A，而 5C 放电约为 10 A。
这使得 Ah 成为在倍率能力测试中设定电流的直接参考。Wh 不能提供相同的直接电流关系，因为能量也取决于电压。
Ah 衡量电荷转移
安时代表电流对时间的积分：
[ Q_{\mathrm{Ah}}=\frac{1}{3600}\int I,dt ]
该测量值表明电池在达到电压截止点之前可以输送多少电荷。
对于评估电极材料和电化学电荷存储而言，该电荷转移量是一个有用的主要基准。
Wh 包含电压行为
瓦时代表输出能量：
[ E_{\mathrm{Wh}}=\frac{1}{3600}\int V I,dt ]
与 Ah 不同，Wh 会随着工作电压的变化而变化。如果两个电池的电压曲线不同，它们可以输送相同的 Ah 电荷，但 Wh 能量却不同。
为什么高 C 倍率会更明显地降低 Wh
内阻导致端电压下降
在较高电流下，电池会经历与内阻相关的较大电压损耗。一个简化的关系是：
[ V_{\mathrm{terminal}}=V_{\mathrm{equilibrium}}-I R ]
随着电流增加，端子上的可用电压下降。由于能量是电压和电荷的乘积，这种降低直接减少了输出的 Wh。
极化导致进一步的电压损耗
电化学极化在苛刻的充电或放电条件下也会增加。这些过电位使端电压进一步偏离电池的平衡电压。
结果是即使电池大部分电荷转移能力仍然可用，能量效率也会降低。
热量消耗部分输入能量
电阻损耗产生的热量大致遵循：
[ P_{\mathrm{loss}}=I^2R ]
由于损耗随电流的平方增加，高 C 倍率测试会产生不成比例的更大热量。这些能量不会到达外部负载，因此 Wh 的下降幅度比基本电荷测量所暗示的要大得多。
为什么 Ah 有助于隔离电化学能力
它将电荷量与电压损耗分离开来
Ah 的容量结果侧重于在达到截止条件之前提取了多少电荷。这提供了对电池电荷存储和电荷转移行为的相对直接的观察。
相比之下，Wh 将电荷量与电压、电阻、极化和热效应结合在一起。
它支持一致的电流归一化
使用 Ah 允许测试系统比较电池并将电流定义为容量的分数或倍数。这对于自动化序列（例如低倍率容量测量，随后进行 1C、2C 或更高倍率的放电测试）至关重要。
即使在测试过程中电池的电压曲线发生变化，测试仪也可以应用明确定义的电流。
它有助于电极和配方比较
当目标是评估活性材料、电极或电池配方时，Ah 提供了一个通用的基于电荷的参考。它有助于区分电化学容量的变化与主要由电压降或欧姆电阻引起的变化。
这并不意味着 Ah 是一个完整的性能指标。它是一个有效的初步指标，用于识别倍率能力。
为什么容量在高 C 倍率下仍可能下降
Ah 值并非完全与倍率无关
使用 Ah 的主要原因是，在变化的电流下，电荷转移容量通常比能量更稳定且更容易归一化。然而，测得的 Ah 容量在高 C 倍率下也可能下降。
动力学限制、离子传输约束、极化、发热和电压截止可能会阻止电池在快速放电期间获取其所有存储的电荷。
电压截止影响测量结果
电池测试仪在端电压达到其指定的截止点时停止放电。在大电流下，内部电压降可能导致该截止点更早达到。
一些电荷可能在电化学上仍处于存储状态，但在该特定的高倍率测试条件下变得无法获取。因此，较低的高倍率 Ah 结果既可以反映真正的倍率限制，也可以反映电压损耗的影响。
Ah 是一种受控比较，而非全部
在 C 倍率测试中报告 Ah 并不意味着能量不重要。这意味着测试从符合 C 倍率定义的基于电荷的指标开始，然后评估随着电流增加，还有多少容量保持可访问状态。
完整的分析应同时检查 Ah 的容量保持率和 Wh 的能量输出。
理解权衡
当额定电压不同时，Ah 可能会产生误导
比较不同标称电压电池的 Ah 值可能会得出不完整或误导性的结论。即使 Ah 容量较低，高电压电池也可能输出更多的能量。
对于系统级比较，Wh、比能量和能量密度通常比单独的 Ah 更相关。
Wh 更能代表实际输出
Wh 捕获输送到负载的实际电能。它包括电压曲线、内阻、极化和高倍率电压降的影响。
对于车辆续航里程、运行时间、电力系统尺寸和能源效率，Wh 通常是更有意义的指标。
Wh 对于定义 C 倍率不太方便
由于 Wh 取决于电压，它不是定义电流的直接基础。相同的能量额定值可能对应不同的 Ah 容量，因此在相同的标称 C 倍率下对应不同的电流。
出于这个原因，测试人员通常使用 Ah 来建立电流协议，并使用 Wh 来评估由此产生的能量性能。
效率指标服务于不同目的
库仑效率或 Ah 效率衡量的是返回电荷与输入电荷的比率。现代锂离子电池可以显示出非常高的单循环 Ah 效率，使得在某些测试中难以解析微小的变化。
Wh 效率对电压损耗更敏感，因此有助于揭示电阻发热、极化、老化和快速充电协议的影响。
电池测试仪如何使用这两种测量方法
Ah 定义测试条件
典型的工作流程首先在指定的低倍率或中等倍率下建立参考容量。然后系统计算每个目标 C 倍率所需的电流。
这保持了测试协议的一致性，并使倍率能力结果具有可比性。
Ah 报告可访问容量
对于每次放电，系统对电流进行时间积分以确定输出的 Ah。将此结果与参考容量进行比较，显示了在选定的 C 倍率下有多少电荷仍然可访问。
这通常表示为容量保持率与 C 倍率的关系。
Wh 揭示能量损失
测试仪同时对电压乘以电流进行积分，以计算输出的 Wh。这显示了随着放电倍率的增加，损失了多少能量。
这种组合比单独使用任何一个指标都更有信息量：Ah 指示电荷的可访问性，而 Wh 捕获电压损耗的实际影响。
为您的目标做出正确的选择
使用 Ah 来定义和比较 C 倍率能力，但每当问题涉及实际能量输出或效率时，请包含 Wh。
- 如果您的主要重点是 C 倍率归一化： 使用 Ah 容量来计算施加的电流，因为 C 倍率定义为相对于电荷容量的电流。
- 如果您的主要重点是电极或材料评估： 比较不同倍率下的 Ah 容量以评估电荷转移能力，同时单独跟踪电压损耗。
- 如果您的主要重点是可用能量： 使用 Wh，因为它结合了电池的电压曲线、电阻、极化和与倍率相关的电压降。
- 如果您的主要重点是系统尺寸或运行时间： 使用 Wh、能量密度和功率能力，而不是单独使用 Ah，特别是在比较具有不同标称电压的电池时。
- 如果您的主要重点是老化或快速充电分析： 同时跟踪 Ah 效率和 Wh 效率，因为与电压相关的损耗可能会在出现实质性电荷容量损失之前发生变化。
最准确的解释不是 Ah 与 Wh 的对立，而是 Ah 用于归一化电荷能力，Wh 用于实际能量性能。
总结表：
| 指标 | 测量内容 | 在 C 倍率测试中的用途 | 局限性 |
|---|---|---|---|
| Ah (安时) | 传输的总电荷 | 定义 C 倍率电流并比较容量保持率 | 忽略电压变化；不适合能量比较 |
| Wh (瓦时) | 输出的总能量 | 量化实际能量输出和效率 | 取决于电压，导致电流归一化不便 |
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