电池就像一个无法测量的活的有机体；只能通过类似于医生检查病人的诊断来估计。快速检测的准确性因症状而异。这些指标随荷电状态（SoC）、充放电后的搅拌、温度和储存时间的长短而变化。快速测试必须能够区分部分充电的良好电池和完全充电的弱电池组。这两个变体在用户手中提供了相似的运行时，但具有不同的性能级别。
库仑计数是一种广泛应用的性能分析方法，它可以测量流入和流出的能量。库仑计数可以追溯到250年前，当查尔斯·奥古斯丁·德·库仑首次建立了“库仑规则”。库仑计数在概念上很优雅，但库仑计数有自己的问题，即当电池随机充电和放电时，它会失去准确性。如果不包括化学电池，通过数字解决方案进行的健康状态（SoH）估计是不完整的。
电池的主要健康指标是容量。容量代表能量储存，一种随着使用而逐渐永久褪色的质量。SoH的其他特性是控制负载电流的内阻和检查机械完整性的自放电。这三个特性都必须满足给电池一个干净的健康帐单。
在飞行中估计化学电池的容量是最复杂的。这涉及到算法和矩阵，这些算法和矩阵充当类似于字母或人脸识别的查找表。现代快速测试方法朝着先进的机器学习方向发展，以捕捉电池的多种情绪。
以下是检查电池的简单到复杂的测试方法的摘要。
电压 显示SoC。无法进行容量估算。
欧姆测试 测量蓄电池内部电阻，以验证负载特性并识别故障情况。电阻读数与容量无关。欧姆测试也称为阻抗测试（Z）。
完整循环 读取化学电池在充电/放电/充电循环中的容量。结果是准确的，但电池必须经常停止使用，测试时间需要数小时。
快速测试 大多数快速测试方法都是基于时域或频域的。用脉冲对电池进行时域激励，观察锂离子电池的离子流。频域扫描电池与多个频率产生奈奎斯特图分析。这两种方法都需要复杂的算法，其参数或矩阵用作查找表。
BMS电池管理系统 通过监测电压、电流和温度来估计SoC。一些锂离子的BMS也计算库仑。BMS可以识别电池缺陷，但无法准确估计容量。
库仑计数 读取进出流动电流。智能电池将数据存储在可访问的全充电容量（FCC）寄存器中，但如果电池未校准，读数可能不准确。全周期修正跟踪误差。
电池解析器 一种新的估算充电容量的方法。一个专有的过滤算法建立精确的SoC；库仑计数估计电池容量。
快速试验方法
没有一个测试可以捕捉到电池的所有健康指标。许多快速测试设备只看电压和内阻。虽然逐渐衰退的镍镉或镍氢电池的容量损失可能与内阻上升有关，但这种关系在锂和铅基电池中并不明显。用只测量电压和内阻的测试仪估计广告容量可能会产生误导。它使业界误以为用简单的方法就能得到复杂的结果。基于电阻的仪器确实能识别出一个即将熄灭或是没电的电池，但使用者也一样。
电池是一种反应装置，测量电阻的方法很重要。直流测量是看纯电阻值，而交流包括提供额外信息的无功分量。图1显示了当用交流电压从0.1Hz到1kHz扫描时，完好且褪色的锂离子电池的阻抗。在1Hz到10Hz的低频范围内，观察到阻抗的最大方差（-Imp-Z）。
图1：手机电池强与弱的频率扫描。
阻抗变化在10Hz以下最明显。水平刻度是对数，以压缩频率范围。
来源：Cadex Electronics
值得注意的是，电阻读数本身是不确定的。没有大小适合所有人和签名不同的电池大小和类型。结果还受到SoC水平、搅拌和温度的影响。Cadex实验室进一步发现了电池老化的差异。最令人费解的是，为什么自然老化会产生与人工老化不同的特征信号，而人工老化是在固定试验制度的环境室中进行的。这种类似人类的行为与生活在不同全球地区的人们所经历的长寿有相似之处。
Cadex在几种快速测试方法方面处于领先地位。这些是快速分类模型，电化学动态响应和电化学阻抗谱（EIS）。
特定型号快速分拣（QSMS）
当用直流和交流方法评估电池时，QSMS观察电阻值的差异。例如，18650电池中锂离子的电阻在直流测量时约为110兆欧，在1000Hz交流信号下约为36兆欧。与存储在查找表中的电池特定参数相比，两个读数之间的差异提供了性能信息。
该算法相对简单，测试时间短，但从好电池、边缘电池和劣质电池中获取参数的逻辑增加了复杂性。QSMS是Cadex开发的几种快速测试方法之一，用于在飞行中对手机电池进行分类。
电化学动态响应（EDR）
EDR通过施加负载脉冲和评估攻击和恢复的响应时间来测量电极间离子流的流动性。存储与电池性能相关的恢复时间。图2展示了一个好的电池，它是坚固的，对于显示出柔软和恢复缓慢的弱电池，它有很快的恢复能力。
图2：电化学动态响应。
EDR测量正负极板之间的离子流。一个强大的电池组从攻击中恢复得很快，而一个较弱的电池组则更加迟钝。
美国专利7622929。来源：Cadex Electronics
锂离子的扩散系数因所使用的活性材料和电解液添加剂的不同而不同。EDR由Cadex开发，用于快速测试各种手机电池。这项技术目前正在开发中，以测试更大的电池。
电化学阻抗谱
EIS通过扫描具有多个频率的电池来生成奈奎斯特图，从而将快速测试提升到更高的复杂性水平。然后将奈奎斯特信息叠加到电化学模型上，从而实现对容量、CCA和SoC的非侵入性估计。典型测试时间为15秒。
奈奎斯特阴谋是以哈里·尼奎斯特（1889-1976）命名的，他是贝尔实验室的前工程师。以频率和频率为参数的单相位显示系统。水平x轴表示实际欧姆阻抗，而垂直y轴表示虚阻抗。科学家们预测，通过将测试结果与复杂的建模相结合，电池诊断技术正在向EIS技术倾斜。
图3：奈奎斯特曲线图分为高、中、低频段。
中频半圆最能代表电池特性。较大的电池需要较低的频率。
来源：Cadex
当扫描从千赫兹到毫赫兹的电池时，迁移场显示出电池的电阻特性，这代表了鸟瞰风景的视角。在称为电荷转移的中频范围内发现了有价值的特性。这个非常重要的领域形成了一个半圆，代表电池的动力学，提供了SoH参考。被称为扩散的低范围包括与容量有关的附加信息，但这需要较长的测试时间。电池大小决定频率；电池的安培小时数越大，施加的频率就越低。
快速测试应持续几秒到不超过5分钟，但应用超低频会延长时间。例如，在1毫赫兹（mHz）下，一个周期需要1000秒，即16分钟，并且需要几个数据点来完成分析。通过巧妙的软件模拟，测试持续时间通常可以缩短。
奈奎斯特分析非常适合测试锂和铅基电池。多模型电化学阻抗谱™ Cadex是第一个基于EIS的评估电池容量的应用程序。容量是主要的健康指标；起动蓄电池的CCA是指负责发动机起动的蓄电池内部电阻。在维护良好的电池中，CCA保持较高，而容量随着使用而逐渐降低。当容量下降到起动发动机所需的容量水平以下时，会出现“无法启动”。为了避免意外，当容量下降到40%时，应该更换启动机电池。在这个应用程序中，容量估计的好处也变得很明显。
电池分析器
术语“解析器”在计算机技术中被用来描述接收和分类教学数据。Cadex使用这个术语来定义电池容量，方法是使用专有算法（正在申请专利）建立精确的SoC，然后计算“填充”电池可用空间的库仑数。充电时间必须足够长，以获得良好的读数。Cadex的实验室结果显示，与智能电池未校准库仑计数相比，电池分析器的容量精度更高。
电池解析器使用先进的机器学习算法，这些算法将进入现代电池充电器，以提供电池的质量控制。这种集成将促进充电器成为一个监控系统，没有增加物流和很少的额外成本。诊断电池充电器消除了困扰电池用户几个世纪的“黑匣子”综合症，从而使电池性能透明化。
总结
没有快速测试可以评估所有蓄电池症状。总有一些离群值会违反测试协议。对在用电池的正确预测应为10分之9。异常值可能包括新电池和未完全格式化的电池，或已存储的电池组。低SoC也会导致错误。
容量是电池健康状况的关卡，与运行时相关，并预测寿命终止。人们对能力这个词理解得很差。当电池容量下降到80%时，通常会更换电池。在选择寿命终止阈值时，组织应确保性能最低的电池能够执行分配的任务。通过快速测试或在充电器中显示容量估计将改变电池的维护方式。这些进步最终将导致电池的工业革命。
