理解荷電保持能力：評估電池靜置性能的關(guān)鍵測試

引言：為何關(guān)注荷電保持？

在電池的實際使用中，經(jīng)常存在充滿電后需要存放一段時間再使用的情況。例如備用電源、季節(jié)性使用的設(shè)備（如割草機）、或者消費者充滿手機后未立即使用等。衡量電池在這種靜置狀態(tài)下維持電荷能力的指標，就是荷電保持能力。相應(yīng)的測試方法——荷電保持測試，成為評估電池長期存放性能和安全性的重要手段。

核心概念：什么是荷電保持能力？

荷電保持能力，簡單來說，是指充滿電的電池在規(guī)定的環(huán)境條件下（通常是特定溫度），開路靜置一段時間后，其剩余容量占初始容量的百分比。它直接反映了電池在非使用狀態(tài)下內(nèi)部電荷損失的程度，這種損失主要由自放電現(xiàn)象引起。

• 自放電： 即使電池沒有連接任何負載，其內(nèi)部也會發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致儲存的能量逐漸減少。自放電率受多種因素影響，包括：
  • 溫度： 高溫會顯著加速自放電。
  • 時間： 靜置時間越長，容量損失越大。
  • 電池化學(xué)體系： 不同材料體系（如鋰離子、鉛酸、鎳氫）的自放電特性差異很大。
  • 電池健康狀態(tài)： 老化或存在缺陷的電池自放電率通常更高。
  • 初始荷電狀態(tài)： 一般測試在滿電態(tài)（100% SOC）下進行。

因此，荷電保持測試本質(zhì)上是量化電池在特定條件下自放電速率的標準化方法。

測試目的與意義：不止于一個百分比

進行荷電保持測試的主要目標包括：

1. 評估長期存放性能： 預(yù)測電池在倉庫儲存或設(shè)備待機期間的能量損失程度，為庫存管理、運輸時效和使用規(guī)劃提供依據(jù)。
2. 監(jiān)控電池健康狀態(tài)： 異常的荷電保持率下降往往是電池老化、內(nèi)部微短路或電解液分解等問題的早期信號，是診斷電池健康狀況的重要指標。
3. 比較不同電池或材料體系： 作為性能對比的關(guān)鍵參數(shù)之一，幫助篩選自放電率低、更適合長期存放應(yīng)用的電池類型或技術(shù)。
4. 驗證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性： 確保批量生產(chǎn)的電池在荷電保持性能上的一致性。
5. 評估環(huán)境適應(yīng)性： 通過在不同溫度下進行測試，了解電池在高溫或低溫環(huán)境下的儲存穩(wěn)定性。

標準化的測試流程：關(guān)鍵步驟詳解

雖然具體參數(shù)（如溫度、靜置時間）會根據(jù)應(yīng)用標準或客戶要求有所不同，但荷電保持測試通常遵循以下核心步驟：

1. 初始容量測定：

   • 將待測電池在標準環(huán)境溫度（如25°C）下充滿電（至制造商規(guī)定的充電終止條件）。
   • 靜置一段時間（如1小時）以達到穩(wěn)定狀態(tài)。
   • 進行標準放電測試（以恒定電流放電至規(guī)定的終止電壓），記錄放出的容量（C1）。這就是初始容量。

2. 充電與靜置：

   • 再次將電池充滿電。
   • 將電池置于規(guī)定的測試環(huán)境（通常是高溫環(huán)境，如55°C±2°C，以加速自放電過程）下。
   • 讓電池在開路狀態(tài)下（不連接任何負載）靜置規(guī)定的時間（常見的有7天、28天、30天、甚至數(shù)月）。

3. 靜置后容量測定：

   • 靜置結(jié)束后，將電池取出并恢復(fù)到標準環(huán)境溫度（如25°C）下靜置足夠時間（通常數(shù)小時）使其穩(wěn)定。
   • 再次進行標準放電測試（同步驟1），記錄放出的容量（C2）。這就是靜置后的剩余容量。

4. 結(jié)果計算：

   • 荷電保持率按以下公式計算：
     荷電保持率 (%) = (C2 / C1) × 100%
   • 其中：
     • C1：靜置前的初始容量（mAh 或 Ah）
     • C2：靜置規(guī)定時間后的剩余容量（mAh 或 Ah）

解讀結(jié)果：影響因素與合格標準

• 結(jié)果解讀： 荷電保持率越高，表明電池在靜置期間的自放電損失越小，存放性能越好。例如，某鋰離子電池在55°C下存放7天后荷電保持率為95%，意味著其損失了5%的容量。
• 關(guān)鍵影響因素：
  • 測試溫度： 溫度是最大的影響因素，高溫加速自放電。報告結(jié)果時必須注明測試溫度。
  • 靜置時間： 時間越長，容量損失通常越大。結(jié)果需對應(yīng)具體的時間點。
  • 電池類型： 不同化學(xué)體系的電池自放電率差異顯著（如鋰離子自放電率通常遠低于鎳氫）。
• 合格標準： 合格的荷電保持率沒有絕對統(tǒng)一值，它取決于：
  • 電池類型和應(yīng)用場景： 對長期存放要求高的應(yīng)用（如醫(yī)療備用設(shè)備、電網(wǎng)儲能）要求比消費電子產(chǎn)品更高。
  • 行業(yè)標準或客戶規(guī)范： 具體產(chǎn)品會依據(jù)相關(guān)標準（如IEC, GB, UL等）或客戶協(xié)議設(shè)定最低荷電保持率要求。例如，某些規(guī)范可能要求55°C/7天后荷電保持率≥85%。

應(yīng)用場景：哪些領(lǐng)域尤為關(guān)鍵？

荷電保持測試的應(yīng)用范圍廣泛，尤其在以下場景至關(guān)重要：

1. 消費電子產(chǎn)品： 確保手機、筆記本電腦、平板電腦等在貨架存放期間或用戶充滿電后短期不用時仍有足夠電量。
2. 電動交通工具： 評估電動汽車、電動自行車等在運輸、庫存或用戶長時間停放后的剩余續(xù)航能力。
3. 備用電源系統(tǒng)： 對UPS不間斷電源、應(yīng)急照明、通信基站備用電源等，荷電保持能力直接關(guān)系到緊急情況下的可靠性。
4. 電網(wǎng)儲能與可再生能源： 大型儲能電池在充放電間隙的靜置期間需保持能量，減少不必要的損耗。
5. 便攜式醫(yī)療設(shè)備： 如除顫器、便攜式監(jiān)護儀等，要求電池隨時處于可用狀態(tài)。
6. 工業(yè)工具與儀器： 如電動工具、野外測量儀器等，可能面臨間歇性使用和存放。

：不可或缺的性能標尺

荷電保持測試是評估電池非使用狀態(tài)下性能穩(wěn)定性的關(guān)鍵標尺。它量化了電池的自放電特性，直接關(guān)系到產(chǎn)品的用戶體驗（如開箱即用）、長期儲存的可行性以及系統(tǒng)的可靠性。通過標準化的測試流程，可以客觀地比較不同電池的性能、監(jiān)控電池的健康狀況、并確保產(chǎn)品滿足特定應(yīng)用場景的需求。無論是在研發(fā)階段篩選材料、優(yōu)化工藝，還是在生產(chǎn)過程中進行質(zhì)量控制，或是終端用戶評估產(chǎn)品性能，荷電保持能力都是一個不可或缺的核心指標。理解并重視這項測試，對于提升電池產(chǎn)品的整體性能和可靠性具有重要意義。