理解荷電保持能力：評估電池靜置性能的關鍵測試

引言：為何關注荷電保持？

在電池的實際使用中，經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、季節性使用的設備（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下維持電荷能力的指標，就是荷電保持能力。相應的測試方法——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定的環境條件下（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下內部電荷損失的程度，這種損失主要由自放電現象引起。

• 自放電： 即使電池沒有連接任何負載，其內部也會發生緩慢的化學反應，導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： 老化或存在缺陷的電池自放電率通常更高。
  • 初始荷電狀態： 一般測試在滿電態（100% SOC）下進行。

因此，荷電保持測試本質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： 預測電池在倉庫儲存或設備待機期間的能量損失程度，為庫存管理、運輸時效和使用規劃提供依據。
2. 監控電池健康狀態： 異常的荷電保持率下降往往是電池老化、內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： 作為性能對比的關鍵參數之一，幫助篩選自放電率低、更適合長期存放應用的電池類型或技術。
4. 驗證生產工藝穩定性： 確保批量生產的電池在荷電保持性能上的一致性。
5. 評估環境適應性： 通過在不同溫度下進行測試，了解電池在高溫或低溫環境下的儲存穩定性。

標準化的測試流程：關鍵步驟詳解

雖然具體參數（如溫度、靜置時間）會根據應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境溫度（如25°C）下充滿電（至制造商規定的充電終止條件）。
   • 靜置一段時間（如1小時）以達到穩定狀態。
   • 進行標準放電測試（以恒定電流放電至規定的終止電壓），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。
   • 將電池置于規定的測試環境（通常是高溫環境，如55°C±2°C，以加速自放電過程）下。
   • 讓電池在開路狀態下（不連接任何負載）靜置規定的時間（常見的有7天、28天、30天、甚至數月）。

3. 靜置后容量測定：

   • 靜置結束后，將電池取出并恢復到標準環境溫度（如25°C）下靜置足夠時間（通常數小時）使其穩定。
   • 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：靜置規定時間后的剩余容量（mAh 或 Ah）

解讀結果：影響因素與合格標準

• 結果解讀： 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。結果需對應具體的時間點。
  • 電池類型： 不同化學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一值，它取決于：
  • 電池類型和應用場景： 對長期存放要求高的應用（如醫療備用設備、電網儲能）要求比消費電子產品更高。
  • 行業標準或客戶規范： 具體產品會依據相關標準（如IEC, GB, UL等）或客戶協議設定最低荷電保持率要求。例如，某些規范可能要求55°C/7天后荷電保持率≥85%。

應用場景：哪些領域尤為關鍵？

荷電保持測試的應用范圍廣泛，尤其在以下場景至關重要：

1. 消費電子產品： 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航能力。
3. 備用電源系統： 對UPS不間斷電源、應急照明、通信基站備用電源等，荷電保持能力直接關系到緊急情況下的可靠性。
4. 電網儲能與可再生能源： 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. 便攜式醫療設備： 如除顫器、便攜式監護儀等，要求電池隨時處于可用狀態。
6. 工業工具與儀器： 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下性能穩定性的關鍵標尺。它量化了電池的自放電特性，直接關系到產品的用戶體驗（如開箱即用）、長期儲存的可行性以及系統的可靠性。通過標準化的測試流程，可以客觀地比較不同電池的性能、監控電池的健康狀況、并確保產品滿足特定應用場景的需求。無論是在研發階段篩選材料、優化工藝，還是在生產過程中進行質量控制，或是終端用戶評估產品性能，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，對于提升電池產品的整體性能和可靠性具有重要意義。