了解测量电池电压的挑战

了解电池单体电压，对于保障电池健康状态、荷电状态（SOC）、安全性和性能至关重要。在电池使用过程中监测电压，有助于识别老化、充放电不当或内部故障等问题。

测试阶段，精准的电压测量是评估电池在负载下、充放电循环中及不同环境条件下响应特性的关键。这些数据能帮助发现容量衰减、单体失衡，或是热失控等潜在安全风险。

不准确的电压读数会导致错误的测试结果，可能掩盖电池缺陷，或造成电池特性误判、分级不当。

高质量电压测量的重要性

下面将分析影响电压测量质量的因素，以及这些测量误差如何影响测试结果的可靠性。

测量电池自放电效应时，需要特别关注电压测量方法。这类测量通常采用一种名为 Delta-OCV 的技术。图 1 详细说明了该方法：通过两次测量电池的开路电压（OCV），并对比两次电压的变化量（即差值 Delta）来实现。

因此，在进行 Delta-OCV 测量时，理解 OCV 测量的精度尤为重要 —— 其误差会对最终结果产生双重影响。

数字万用表错误

无论是测量 OCV 还是 Delta-OCV，数字万用表的测量误差都是核心考量因素。图 2 对比了两种不同类型万用表的测量误差：左栏代表市场上性能最佳的万用表（8.5 位分辨率），这类设备常见于校准实验室；右栏代表工程师实验台或电池测试系统中常用的 6.5 位分辨率万用表。

如表中所示，电池电压测量值通常在 4.2V 及以下。测量 3.6V 电压时，万用表需切换至 10V 量程：

● 8.5 位万用表的 OCV 测量误差为 ±15.3μV

● 6.5 位万用表的总误差为 ±148μV

由于大多数电池测量采用 6.5 位万用表，本文后续将以 ±150μV 作为典型总误差进行分析。

图3显示了如何将此数字万用表误差应用于电池OCV的测量。±150 μV的误差产生300 μV的误差带，产生的误差为3.6 V电池OCV读数的0.004%。电池测试工程师普遍认为，0.004% 的读数精度属于高质量测量水平。

深入解析 Delta-OCV 测量

与单纯获取准确的 OCV 读数不同，Delta-OCV 测量的核心是计算两次 OCV 的差值。典型的 Delta-OCV 值为 5mV，因此所有总误差都需参考这 5mV 的差值，而非 3.6V 的总 OCV 值。

图 4 展示了两次 OCV 测量的误差计算逻辑：由于每次 OCV 测量都存在 ±150μV 的误差带，Delta-OCV 的总误差需将两次误差叠加，最终达到 300μV。

此外，300 μV 的误差不是在 3.6 V 测量上，而是在 5 mV 电压差上，因此在 5 mV 测量上代表 6% 的误差。如果预计 Delta-OCV 误差与 OCV 误差相似，那么这个 6% 的误差可能是一个令人惊讶的结果。

电池静置（弛豫）的影响

电池在充放电导致荷电状态（SOC）变化后，会进入静置（弛豫）过程 —— 电压逐渐稳定的阶段：充电后 OCV 会下降，放电后 OCV 会上升。

电池在静置初期几小时内，OCV 可能变化数毫伏。因此，若在电池未完全静置时测量 OCV 或 Delta-OCV，会得到错误结果。

核心挑战在于判断电池完全静置所需的时间 —— 这需要通过实验进行特性标定。静置导致的 OCV 变化会干扰准确测量，部分电池可能需要长达 10 天才能完全静置，此时 OCV 不再发生变化。

温度对 OCV 的影响

电池 OCV 是 SOC 和温度的函数：大家普遍了解可通过 OCV-SOC 关系曲线，由 OCV 估算 SOC，但温度的影响却常常被忽视。

电池的 OCV 部分由电池的 SOC 决定。然而，电池的温度是另一个重要因素，因为电池的 OCV 会随温度而变化。这种效应称为电池的电压温度系数 （TCV），单位为微伏 / 摄氏度（μV/°C）。如图 5 所示，TCV 可能为正或负：

● 正 TCV：温度升高时 OCV 上升，温度降低时 OCV 下降

● 负 TCV：温度升高时 OCV 下降，温度降低时 OCV 上升

电池 TCV 的极性和大小是电池 SoC 的函数。对于锂离子电池，大的正 TCV 为 200 μV/°C，而大的负 TCV 为 -300 μV/°C。

对于锂离子电池，当电池温度变化 1°C 时，温度影响会导致 OCV 发生高达 300 μV 的变化。如果电池研发实验室或电池工厂温度为 ±2°C，则电池将暴露在 4°C 的总温度偏移下，这可能导致高达 1.2 mV 的 OCV 变化。

在进行单次 OCV 测量时，这种影响比数字万用表误差大得多。然而，当测量变化为5 mV的Delta-OCV时，这种1.2 mV的温度引起的变化相当于Delta-OCV结果的30%误差。

总结

由于电池电压是一项基本测量，因此了解电池 OCV 测量中的误差源至关重要。要记住的关键因素：

● 当测量4 V的电池OCV时，高质量的数字万用表将具有大约150 μV的误差，或非常低的0.004%误差。然而，当测量 5 mV 的 Delta-OCV 时，DMM 误差总和为 300 μV，这是 5 mV Delta-OCV 值的 6% 误差。

● 电池弛豫发生在充电或放电引起的 SOC 变化之后。在松弛的最初几个小时内，它会导致几毫伏的变化，在基于 OCV 测量做出决策时必须考虑到这一点。

● 电池 OCV 是温度的函数，当 1°C 变化时，温度影响最高可达 300 μV。正常室温很容易变化 ±2°C，导致高达 1.2 mV 的 OCV 变化，在根据电池 OCV 测量做出决策时必须考虑到这一点。

若未充分考虑这些误差，会导致电池测量不准确、分级不当。建议与测试行业的测量专家合作，确定 OCV 测量的真实溯源性能，以缩短老化测试周期、提升测量可靠性。