如何準確測量鋰電池容量

2025 年 8 月 7 日

黃志雄博士

本人擁有16年鋰電池研發經驗及10年電源研發經驗，熟悉從材料選購型、電芯設計到系統整合的全流程技術。長期致力於高性能、安全、長壽命的電池及電源系統的研發，擁有豐富的工程實務與專案管理經驗，參與並主導了國內外多項重點研發及產業化專案。

如果您想了解如何精確測量鋰電池的容量，恆流放電測試是業界標準。包括 CALCE 數據集在內的研究表明，該方法能夠為鋰離子電池組提供可靠且可重複的結果。獲得精確的鋰電池容量數據對於滿足嚴格的行業和專業標準，確保安全和高效的運作至關重要。

快速回答

鋰電池容量的測量方法是：正確充電後，以受控電流放電至規定的截止電壓，並記錄安培 (Ah) 或瓦時 (Wh) 值。精確測試需要穩定的溫度、正確的電流、校準的設備以及針對電池化學成分的正確截止電壓設定。對於 OEM 產品， Large Power 可以幫助搭配電池化學成分、電壓， BMS/PCM保護充電器設定和認證要求。

關鍵要點

使用恆流放電法、適當的工具和控制的條件可以準確、可靠地測量鋰電池容量。
透過完全充電、在室溫下靜置以及在測試前確保電池平衡來仔細準備電池，以獲得一致的結果。
測試大型鋰電池組時，要優先考慮安全，檢查是否損壞、使用防護設備並遵循嚴格的協議以防止事故。

鋰電池容量測試裝置

步驟	目的	精準提示
充滿電	從已知狀態開始測試。	使用符合化學原理的充電器。
控制放電	測量可用安時或瓦時。	使用指定的截止電壓。
溫度控制	減少測試誤差。	記錄環境溫度和電池溫度。
重複測試	確認一致性。	比較不同周期的結果。

第一部分：如何測量鋰電池容量

1.1 準備步驟

準確的鋰電池容量測量始於精心的準備工作。您必須使用符合製造商規格的充電器將鋰離子電池充滿電。這確保電池以最大充電狀態啟動，這對於獲得可靠的結果至關重要。測試前，請將電池置於室溫（20°C 至 25°C）下靜置至穩定狀態。使用萬用電表記錄初始電壓作為基準。對於鋰電池組，請確認所有電池均已平衡，且電池管理系統 (BMS) 正常運作。

小提示: 請務必記錄電池類型、化學成分（例如 NMC 鋰電池、LiFePO4 鋰電池或 LCO 鋰電池）、安培小時或毫安培小時的額定容量以及製造商指定的截止電壓。

測試鋰離子電池容量的逐步過程包括：

收集所有必要的工具和設備。
將電池充滿電並讓其休息。
記錄初始電壓。
設定恆定電流負載的放電測試。
監測放電期間的電壓和溫度。
在截止電壓處停止測試。
使用放電電流和時間計算容量。

業界最佳實務建議控制環境條件並使用經過校準的設備。定期校準以及阻抗和電壓等參數的長期趨勢分析有助於驗證您的測量設定並確保持續的準確性。

1.2 工具和設備

您需要專門的工具來精確測量電池容量。基本設備包括：

用於控制放電和數據記錄的高精度電子負載測試儀或電池分析儀。
用於測量電壓、電流和電阻的萬用電表。
經認可的鋰離子電池充電器。
熱像儀用於監測測試期間的溫度。
用於記錄性能指標的數據記錄器。

工具/設備	功能	主要規格
電子負載測試儀	施加恆定電流負載，記錄數據	高精度、安全特性
電池分析儀	自動充電/放電、診斷	資料記錄、BMS 相容性
萬用表	測量電壓、電流、電阻	高解析度、準確性
熱像儀	測試期間監測溫度	實時監控
數據記錄儀	記錄電壓、電流、溫度	趨勢分析、可靠性

現代電池測試儀和分析儀比手動工具具有更高的精度。自動化系統能夠持續執行測試，測量多個參數，並使用先進的演算法計算電池容量。這些功能減少了人為錯誤，並提高了鋰電池容量測量的可靠性。

1.3 恆流放電

恆流放電法是測量鋰電池容量的黃金標準。將鋰離子電池連接到設定為固定電流的電子負載。電池放電至達到製造商規定的截止電壓。然後使用以下公式計算容量：

Capacity (Ah) = Current (A) × Time (h)

例如，如果您以 10A 電流放電 2Ah 鋰電池，則需要 5 小時才能達到截止電壓，則測得的容量為 10Ah。此方法可為鋰離子電池容量提供可重複且準確的結果，尤其是在工業和醫療應用中。

參數	結果（平均值±標準差）
平均電池效率	84.6％±7％
總充電容量	6.6±0.5度
有效放電容量	5.5±0.4度
能量密度（電荷，Wh/kg）	86±6
能量密度（放電，Wh/kg）	73±5

這些透過恆流放電循環獲得的結果證實了該方法測試鋰電池的準確性。電化學動態響應測試和頻域阻抗譜等先進技術可以透過分析內阻和離子遷移率來進一步提高可靠性。

1.4 分流電阻法

分流電阻法可以在電池測試過程中精確測量電流。將一個低電阻、高精度的分流電阻與鋰離子電池串聯。透過測量電阻兩端的壓降，可以使用歐姆定律計算電流：

Current (A) = Voltage (V) / Resistance (Ω)

例如，一個 0.01Ω 電阻，壓降為 100mV，表示電流為 10A。選擇合適額定功率的電阻，以避免過熱。使用低公差電阻和 4 線開爾文連接，可最大程度提高精度。這種方法可靠且經濟高效，適用於鋰電池容量測試中的電流測量，尤其是在整合到電池管理系統中時。

請注意： 分流電阻法因其精確度和對電路性能的影響最小而被廣泛應用於實驗室和現場環境。

1.5 用萬用電錶測試鋰離子電池

您可以使用萬用電表測試鋰離子電池電壓，但僅憑此工具無法測量電池容量。萬用電表提供的是電壓快照，有助於識別充滿電或耗盡的電池。然而，真正的鋰離子電池容量測量需要在受控放電期間測量電壓隨時間的變化。

例如，CR2032 紐帶電池在低電流下額定容量超過 200mAh，但在較高電流下進行的實際測試表明容量要低得多。
溫度和負載變化會導致容量降低高達 30%，而萬用電表無法偵測到。

警報： 僅依靠萬用電表測量鋰電池容量可能會導致結果不準確。務必使用合適的負載測試設備，按照循序漸進的流程測試鋰離子電池容量。

對於專業應用，電池測試儀和分析儀可提供自動化、可重複且高精度的測量。這些設備採用預先編程協議、先進的診斷技術和即時數據分析技術來測量電池容量、充電狀態和內阻。自動化系統可減少錯誤並提供全面的報告，使其成為工業、醫療和基礎設施電池組的必備工具。

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第 2 部分：鋰離子電池組容量測試

2.1 安全檢查

在對鋰離子電池組進行容量測試之前，必須優先考慮安全性。大型鋰離子電池組可能造成嚴重危害，包括熱失控、火災和有毒氣體釋放。亞利桑那州電池工廠爆炸等已記錄的事故表明，不充分的安全規程可能導致嚴重人身傷害和財產損失。測試鋰離子電池組前，請務必檢查電池組是否有膨脹、發熱或變形。使用防爆室、氣體偵測系統和適當的通風設備。為您的團隊配備防護裝備，並與當地消防局製定緊急應變計畫。請遵循製造商的搬運、起重和充電程序。這些步驟有助於您預防事故並確保安全的測試環境。

關鍵安全測試：

外部短路測試
強制內部短路測試
過充測試
強制放電測試
循環壽命測試
擠壓測試

2.2 記錄和計算結果

為了準確測量電池容量，您需要記錄整個鋰離子電池測試過程中的放電時間和電流。使用經過校準的儀器和數據記錄器來捕捉每一個細節。對於恆定流放電，將電流乘以放電時間即可得到以安時 (Ah) 為單位的容量。對於更高級的分析，可以使用公式 Q = ∫ I dt 對電流進行積分。您也可以將 Ah 乘以平均電壓來轉換為瓦時 (Wh)。較低的電流和穩定的溫度可以獲得更可靠的鋰離子電池容量結果。務必記錄環境條件和設備設置，以確保可追溯性。

計算/公式	產品說明	實際考慮
Q = ∫ I dt	對電流隨時間積分，得到總電量	最適合可變電流
Q = I × Δt	將電流乘以時間以獲得恆定電流	實驗室測試中最常見
皮克特定律	根據電流依賴性進行調整	適用於大電流負載

2.3 解讀鋰離子電池容量數據

測量電池容量後，請將結果與製造商的規格進行比較。新的鋰離子電池組應該能夠提供接近額定容量的100%，但實際值往往達不到要求。例如，額定容量為2000mAh的電池在實際測試中可能只能提供727mAh的容量。電池老化、近期充電週期以及環境因素都會影響鋰離子電池的容量。如果測量的容量低於額定值的80%，請考慮更換電池。容量是衡量電池壽命和容量健康的關鍵指標。產業, 醫生，或者基礎設施應用程序。

製造商規格反映了新電池的性能。
生產後，實際容量會下降。
測量容量低於 80% 表示使用壽命終止。

2.4 故障排除與常見錯誤

鋰電池容量測試過程中可能會遇到錯誤。常見問題包括電池未充滿電、使用了錯誤的截止電壓或連接不良。讀數不一致通常是由於端子髒污、電纜鬆動或環境變化造成的。萬用電表誤差（例如設定錯誤或電池電量不足）也會影響測試結果。在測試鋰離子電池組之前，請定期校準儀器並檢查所有連接。使用可靠的電池管理系統 (BMS) 可以提高準確性並減少隨機誤差。先進的分析和人工智慧工具可以幫助您預測故障並優化電池壽命和容量。