了解電池單體電壓，對于保障電池健康狀態(tài)、荷電狀態(tài)（SOC）、安全性和性能至關(guān)重要。在電池使用過程中監(jiān)測電壓，有助于識別老化、充放電不當(dāng)或內(nèi)部故障等問題。

測試階段，精準(zhǔn)的電壓測量是評估電池在負(fù)載下、充放電循環(huán)中及不同環(huán)境條件下響應(yīng)特性的關(guān)鍵。這些數(shù)據(jù)能幫助發(fā)現(xiàn)容量衰減、單體失衡，或是熱失控等潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

不準(zhǔn)確的電壓讀數(shù)會導(dǎo)致錯(cuò)誤的測試結(jié)果，可能掩蓋電池缺陷，或造成電池特性誤判、分級不當(dāng)。

高質(zhì)量電壓測量的重要性

下面將分析影響電壓測量質(zhì)量的因素，以及這些測量誤差如何影響測試結(jié)果的可靠性。

測量電池自放電效應(yīng)時(shí)，需要特別關(guān)注電壓測量方法。這類測量通常采用一種名為 Delta-OCV 的技術(shù)。圖 1 詳細(xì)說明了該方法：通過兩次測量電池的開路電壓（OCV），并對比兩次電壓的變化量（即差值 Delta）來實(shí)現(xiàn)。

因此，在進(jìn)行 Delta-OCV 測量時(shí)，理解 OCV 測量的精度尤為重要 —— 其誤差會對最終結(jié)果產(chǎn)生雙重影響。

數(shù)字萬用表錯(cuò)誤

無論是測量 OCV 還是 Delta-OCV，數(shù)字萬用表的測量誤差都是核心考量因素。圖 2 對比了兩種不同類型萬用表的測量誤差：左欄代表市場上性能最佳的萬用表（8.5 位分辨率），這類設(shè)備常見于校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室；右欄代表工程師實(shí)驗(yàn)臺或電池測試系統(tǒng)中常用的 6.5 位分辨率萬用表。

如表中所示，電池電壓測量值通常在 4.2V 及以下。測量 3.6V 電壓時(shí)，萬用表需切換至 10V 量程：

● 8.5 位萬用表的 OCV 測量誤差為 ±15.3μV

● 6.5 位萬用表的總誤差為 ±148μV

由于大多數(shù)電池測量采用 6.5 位萬用表，本文后續(xù)將以 ±150μV 作為典型總誤差進(jìn)行分析。

圖3顯示了如何將此數(shù)字萬用表誤差應(yīng)用于電池OCV的測量?！?50 μV的誤差產(chǎn)生300 μV的誤差帶，產(chǎn)生的誤差為3.6 V電池OCV讀數(shù)的0.004%。電池測試工程師普遍認(rèn)為，0.004% 的讀數(shù)精度屬于高質(zhì)量測量水平。

深入解析 Delta-OCV 測量

與單純獲取準(zhǔn)確的 OCV 讀數(shù)不同，Delta-OCV 測量的核心是計(jì)算兩次 OCV 的差值。典型的 Delta-OCV 值為 5mV，因此所有總誤差都需參考這 5mV 的差值，而非 3.6V 的總 OCV 值。

圖 4 展示了兩次 OCV 測量的誤差計(jì)算邏輯：由于每次 OCV 測量都存在 ±150μV 的誤差帶，Delta-OCV 的總誤差需將兩次誤差疊加，最終達(dá)到 300μV。

此外，300 μV 的誤差不是在 3.6 V 測量上，而是在 5 mV 電壓差上，因此在 5 mV 測量上代表 6% 的誤差。如果預(yù)計(jì) Delta-OCV 誤差與 OCV 誤差相似，那么這個(gè) 6% 的誤差可能是一個(gè)令人驚訝的結(jié)果。

電池靜置（弛豫）的影響

電池在充放電導(dǎo)致荷電狀態(tài)（SOC）變化后，會進(jìn)入靜置（弛豫）過程 —— 電壓逐漸穩(wěn)定的階段：充電后 OCV 會下降，放電后 OCV 會上升。

電池在靜置初期幾小時(shí)內(nèi)，OCV 可能變化數(shù)毫伏。因此，若在電池未完全靜置時(shí)測量 OCV 或 Delta-OCV，會得到錯(cuò)誤結(jié)果。

核心挑戰(zhàn)在于判斷電池完全靜置所需的時(shí)間 —— 這需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行特性標(biāo)定。靜置導(dǎo)致的 OCV 變化會干擾準(zhǔn)確測量，部分電池可能需要長達(dá) 10 天才能完全靜置，此時(shí) OCV 不再發(fā)生變化。

溫度對 OCV 的影響

電池 OCV 是 SOC 和溫度的函數(shù)：大家普遍了解可通過 OCV-SOC 關(guān)系曲線，由 OCV 估算 SOC，但溫度的影響卻常常被忽視。

電池的 OCV 部分由電池的 SOC 決定。然而，電池的溫度是另一個(gè)重要因素，因?yàn)殡姵氐?OCV 會隨溫度而變化。這種效應(yīng)稱為電池的電壓溫度系數(shù) （TCV），單位為微伏 / 攝氏度（μV/°C）。如圖 5 所示，TCV 可能為正或負(fù)：

● 正 TCV：溫度升高時(shí) OCV 上升，溫度降低時(shí) OCV 下降

● 負(fù) TCV：溫度升高時(shí) OCV 下降，溫度降低時(shí) OCV 上升

電池 TCV 的極性和大小是電池 SoC 的函數(shù)。對于鋰離子電池，大的正 TCV 為 200 μV/°C，而大的負(fù) TCV 為 -300 μV/°C。

對于鋰離子電池，當(dāng)電池溫度變化 1°C 時(shí)，溫度影響會導(dǎo)致 OCV 發(fā)生高達(dá) 300 μV 的變化。如果電池研發(fā)實(shí)驗(yàn)室或電池工廠溫度為 ±2°C，則電池將暴露在 4°C 的總溫度偏移下，這可能導(dǎo)致高達(dá) 1.2 mV 的 OCV 變化。

在進(jìn)行單次 OCV 測量時(shí)，這種影響比數(shù)字萬用表誤差大得多。然而，當(dāng)測量變化為5 mV的Delta-OCV時(shí)，這種1.2 mV的溫度引起的變化相當(dāng)于Delta-OCV結(jié)果的30%誤差。

總結(jié)

由于電池電壓是一項(xiàng)基本測量，因此了解電池 OCV 測量中的誤差源至關(guān)重要。要記住的關(guān)鍵因素：

● 當(dāng)測量4 V的電池OCV時(shí)，高質(zhì)量的數(shù)字萬用表將具有大約150 μV的誤差，或非常低的0.004%誤差。然而，當(dāng)測量 5 mV 的 Delta-OCV 時(shí)，DMM 誤差總和為 300 μV，這是 5 mV Delta-OCV 值的 6% 誤差。

● 電池弛豫發(fā)生在充電或放電引起的 SOC 變化之后。在松弛的最初幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，它會導(dǎo)致幾毫伏的變化，在基于 OCV 測量做出決策時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。

● 電池 OCV 是溫度的函數(shù)，當(dāng) 1°C 變化時(shí)，溫度影響最高可達(dá) 300 μV。正常室溫很容易變化 ±2°C，導(dǎo)致高達(dá) 1.2 mV 的 OCV 變化，在根據(jù)電池 OCV 測量做出決策時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。

若未充分考慮這些誤差，會導(dǎo)致電池測量不準(zhǔn)確、分級不當(dāng)。建議與測試行業(yè)的測量專家合作，確定 OCV 測量的真實(shí)溯源性能，以縮短老化測試周期、提升測量可靠性。