Relazione sullo sviluppo integrato della tecnologia di prova delle batterie e della tecnologia dei convertitori bidirezionali AC/DC

La storia dello sviluppo della tecnologia di test della batteria
La tecnologia dei test della batteria ha attraversato tre principali fasi di sviluppo: test manuali, test automatizzati e test intelligenti. Ogni fase rappresenta un salto significativo nella tecnologia e nella metodologia.
L'evoluzione tecnologica dal manuale a intelligente
I primi test della batteria si basavano principalmente sul funzionamento manuale e i tecnici dovevano registrare e analizzare manualmente i dati. Le caratteristiche di questa fase sono:
Il processo di test dipende fortemente dal funzionamento e dal monitoraggio manuali
L'efficienza della raccolta e dell'analisi dei dati è bassa
I risultati del test sono suscettibili ai fattori umani
È difficile condurre test a lungo termine o su larga scala

Con lo sviluppo della tecnologia informatica, i test della batteria sono entrati nella fase di automazione (dagli anni '90 al 2010). Le caratteristiche principali di questo periodo includono:
Introdurre un sistema di controllo del computer per ottenere l'automazione del processo di test
Sviluppa apparecchiature e software di test della batteria dedicati
Stabilire metodi e procedure di test standardizzati
L'accuratezza e la ripetibilità del test sono state migliorate
I progressi in questa fase hanno notevolmente migliorato l'efficienza dei test della batteria, fornendo un forte supporto per il rapido sviluppo della tecnologia della batteria. Il sistema di test automatizzato è in grado di eseguire test complessi di carica e ciclo di scarico e registrando e analizzati automaticamente i dati [8].
Al momento, la tecnologia di test della batteria è entrata nella fase intelligente (dagli anni '20 ad oggi) e le sue caratteristiche principali sono:
Applicare l'intelligenza artificiale e le tecnologie dei big data per prevedere le prestazioni della batteria e valutare la durata della batteria
Sviluppare la tecnologia di test non distruttiva e la tecnologia di test micro-nano per migliorare l'accuratezza dei test
Ottenere una stretta integrazione dei test con progettazione della batteria, produzione, riciclaggio e altri collegamenti
• Enfatizzare il test del ciclo di vita pieno [8]
In questa fase, gli algoritmi di apprendimento automatico sono ampiamente applicati nella previsione della durata del ciclo della batteria. Gli studi dimostrano che gli algoritmi tradizionali di apprendimento automatico funzionano eccezionalmente bene quando si tratta di dati limitati. Ad esempio, i regressori delle foreste casuali possono ottenere un errore percentuale assoluta medio di almeno il 9,8% [4].
Confronto di efficienza, precisione e costo nelle tre fasi
Le tecniche di test della batteria in diverse fasi hanno differenze significative in termini di efficienza, precisione e costo:

Convertitore bidirezionale AC/DC: un'innovazione nella tecnologia dei test
Negli ultimi anni, l'applicazione di convertitori bidirezionali AC/DC nei test della batteria rappresenta un'importante svolta tecnologica. Questa tecnologia può raggiungere:
• Processo di ricarica: convertire l'alimentazione CA in alimentazione CC per caricare la batteria
• Processo di scarico: convertire l'energia elettrica CC della batteria in energia elettrica CA
• Recupero di energia: alimentare l'energia generata dalla scarica alla rete elettrica per migliorare l'efficienza dell'utilizzo dell'energia

Nei tradizionali sistemi di test della batteria, l'energia di scarica viene generalmente dissipata come calore e l'efficienza del sistema è dello 0%. Utilizzando un convertitore AC-DC bidirezionale, l'energia dissipata può essere restituita al sistema, ottenendo il riciclaggio dell'energia di ricarica del test della batteria e migliorando significativamente l'efficienza del sistema [24].
Prospettive di mercato e tendenze di sviluppo
I convertitori bidirezionali AC/DC hanno ampie prospettive di sviluppo nel mercato dei test della batteria e dovrebbero mantenere una crescita stabile dal 2025 al 2031.

La tecnologia di test della batteria si svilupperà nelle seguenti direzioni in futuro:
I livelli di intelligenza e automazione della tecnologia dei test sono costantemente migliorando
2. La tecnologia di test si sta sviluppando verso l'alta precisione, l'alta efficienza e il basso costo
3. La tecnologia di test è strettamente integrata con il processo di produzione della batteria per ottenere il monitoraggio in tempo reale e il controllo della qualità durante il processo di produzione
4. Sviluppare nuove tecnologie di test della batteria per soddisfare le esigenze di sviluppo di nuovi tipi di batterie come batterie a stato solido e batterie al litio-zolfo [8]
Con la continua innovazione della tecnologia delle batterie, le tecniche di test manterranno anche in evoluzione, dai test semplici per la capacità e dai test di scarico a una complessa gestione termica e valutazione della sicurezza, fornendo un forte supporto per il sano sviluppo del settore delle batterie.

Gli ultimi progressi nella tecnologia di test della batteria
Nel 2024, la tecnologia di test della batteria mostra una tendenza di sviluppo di intelligenza, efficienza e standardizzazione e molteplici tecnologie innovative stanno rimodellando il campo dei test della batteria.
Applicazioni di intelligenza artificiale e apprendimento automatico
Sono stati compiuti progressi significativi nell'applicazione della tecnologia di intelligenza artificiale nei test della batteria. Gli algoritmi di apprendimento automatico funzionano eccezionalmente bene nella previsione della durata del ciclo della batteria, in particolare la foresta casuale Regresder, che può ottenere un errore percentuale assoluto medio di almeno il 9,8%. Questi algoritmi possono comprendere efficacemente le tendenze del set di dati e fornire una base affidabile per la valutazione delle prestazioni della batteria [4].

Progressi nella tecnologia di analisi della spettroscopia di impedenza elettrochimica
Nel 2024, l'applicazione della tecnologia di analisi della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) nei test della batteria sarà più diffusa. Questa tecnologia, misurando la resistenza interna della batteria, può valutare parametri come l'efficienza di ricarica e scarica e la generazione di calore della batteria, fornendo una base importante per la valutazione delle prestazioni della batteria [8].
Innovazione tecnologica del convertitore bidirezionale AC/DC
L'applicazione di convertitori bidirezionali AC/DC nel campo dei test della batteria è un'importante svolta tecnologica nel 2024. Questa tecnologia può raggiungere il flusso di energia bidirezionale durante il processo di test della batteria, migliorando significativamente l'efficienza di utilizzo dell'energia del sistema di test.

Nei tradizionali sistemi di test della batteria, l'energia di scarica viene generalmente dissipata come calore e l'efficienza del sistema è dello 0%. Utilizzando un convertitore AC-DC bidirezionale, l'energia dissipata può essere restituita al sistema, ottenendo il riciclaggio dell'energia di ricarica del test della batteria. Gli esperimenti mostrano che il convertitore che adotta questa tecnologia ha un'efficienza fino al 92,9% con un input da 300 W (per la ricarica della batteria) e il 93,6% con un output di 1500 W (a supporto della barra bus) [21].
Il miglioramento dei metodi di test standardizzati
Nel 2024, il sistema standard di test della batteria sarà più completo e gli standard internazionali si allineano gradualmente con quelli domestici. Gli standard principali includono la serie IEC62660, la serie ISO12405 e GB/T31484-2015, ecc. Questi standard coprono molteplici aspetti come test sulla capacità della batteria, test di durata del ciclo e test di sicurezza [13].

Breakthroughs nella tecnologia della batteria per nuovi veicoli energetici
Nel 2024, furono fatte importanti scoperte nella tecnologia della batteria per i nuovi veicoli energetici, in particolare in termini di densità di energia, velocità di ricarica e durata del ciclo. La densità di energia delle batterie è significativamente aumentata. Ad esempio, la densità di energia della batteria 4680 di Tesla è arrivata fino a 300Wh/kg e quella della batteria Qilin di Catl ha raggiunto 304Wh/kg. La velocità di ricarica ha anche ottenuto un salto qualitativo. La tecnologia della piattaforma ad alta tensione da 800 V consente all'energia di ricarica di raggiungere 500kW, riducendo significativamente il tempo di ricarica [11].
Il mercato per la formazione e i test della batteria sta crescendo
La dimensione del mercato globale per la formazione di batterie e il test dei veicoli elettrici erano di circa 1.341,2 milioni di dollari USA nel 2023. Si prevede che crescerà a un tasso annuale composto del 17,5% nei prossimi sei anni e raggiungano i 5.865,8 milioni di dollari statunitensi da parte del 2030. La crescita del mercato è principalmente spinto dalla crescente domanda di funzionalità di carico rapido per ridurre il tempo di carico e il potenziamento della comodità di elettrica [elettrica da parte del 2030.

In conclusione, nel 2024, la tecnologia di test della batteria mostrerà una tendenza di sviluppo di intelligenza, efficienza e standardizzazione. L'applicazione della tecnologia del convertitore bidirezionale AC/DC, l'introduzione di algoritmi di intelligenza artificiale e il miglioramento del sistema standard hanno promosso congiuntamente il rapido sviluppo della tecnologia di test della batteria, fornendo un forte supporto per lo sviluppo sano del settore delle batterie.
Confronto dei sistemi standard di tecnologia di test della batteria in patria e all'estero
Gli standard di test della batteria sono una garanzia importante per garantire prestazioni della batteria, sicurezza e affidabilità. Con il rapido sviluppo dei mercati globali di accumulo di veicoli elettrici e di energia, i sistemi standard di test della batteria in casa e all'estero migliorano costantemente. Questo articolo analizzerà le differenze tra i sistemi standard di tecnologia di test della batteria nazionale e straniera.
Sistema standard di test della batteria internazionale
Gli standard internazionali di test della batteria sono principalmente formulati dalla International Electrotechnical Commission (IEC), dall'International Organization for Standardization (ISO), Underwriters Laboratories (UL), Society of Automotive Engineers (SAE) e istituzioni pertinenti nell'Unione Europea [13].
Gli standard per le batterie agli ioni di litio emesse da IEC includono principalmente IEC62660-1: 2010 "celle a batteria all'alimentazione agli ioni di litio per veicoli stradali elettrici-Parte 1: test delle prestazioni" e IEC62660-2: 2010 "celle a batteria all'ione litio per veicoli stradali elettrici-Parte 2: affidabilità e test di abuso". Questi standard mirano principalmente alle prestazioni e ai test di sicurezza delle singole celle della batteria [13].
Gli standard formulati da ISO includono la serie ISO12405, che è divisa in tre parti: ISO12405-1 per le batterie ad alta potenza, ISO12405-2 per batterie ad alta energia e ISO12405-3 per i requisiti di prestazione di sicurezza. L'obiettivo è fornire ai produttori di veicoli oggetti e metodi di test opzionali [13].
Lo standard UL2580 degli Stati Uniti valuta principalmente l'affidabilità dell'abuso della batteria e la capacità di proteggere il personale quando l'abuso provoca danni. Il sistema standard SAE è più completo, tra cui SAEJ2464 per i test di abuso della batteria, SAEJ2929 per gli standard di sicurezza del sistema della batteria e SAEJ2380 per i test di vibrazione della batteria, ecc. [13]

Sistema standard di test della batteria cinese
Il sistema standard di test della batteria in Cina è iniziato relativamente in ritardo ma si è sviluppato rapidamente. Nel 2001, il comitato di standardizzazione automobilistica ha emesso il primo documento tecnico della Cina per il test delle batterie agli ioni di litio nei veicoli elettrici, GB/Z18333.1: 2011 "Batterie agli ioni di litio per veicoli stradali elettrici" [13].
Nel 2006, il Ministero dell'industria e della tecnologia dell'informazione ha emesso batterie di energia agli ioni di litio "per i veicoli elettrici", che è stato rivisto nel 2012. Questi primi standard sono stati presi di mira principalmente a livello di monomero e modulo e avevano un ambito di applicazione relativamente stretto [13].
Nel 2015, l'amministrazione di standardizzazione della Repubblica popolare cinese ha promulgato una serie di standard. Incluso GB/T31484-2015 "Requisiti di durata del ciclo e metodi di prova per batterie di alimentazione per veicoli elettrici", GB/T31485-2015 "Requisiti di sicurezza e metodi di prova per batterie di alimentazione per veicoli elettrici", GB/T31486-2015 "Requisiti di prestazioni elettriche per le batterie di potenza per veicoli elettrici" e GB/T31 467 SERSADS [13].
Le principali differenze tra sistemi standard nazionali e stranieri
1. Completezza del sistema standard: il sistema standard internazionale è più completo, copre tutti gli aspetti delle batterie, mentre il sistema standard cinese, sebbene lo sviluppo rapido, è ancora continuamente migliorato [14].
2. Focus dei metodi di prova: gli standard internazionali pongono più enfasi sui test di sicurezza e affidabilità delle batterie, come gli standard UL e SAE; Lo standard cinese, d'altra parte, presta maggiore attenzione alle prestazioni e ai test della durata del ciclo delle batterie [13].
3. Frequenza di aggiornamento standard: gli standard internazionali vengono aggiornati frequentemente per adattarsi alla tecnologia delle batterie in rapido sviluppo. L'aggiornamento degli standard cinesi è relativamente lento, ma la velocità di aggiornamento è accelerata negli ultimi anni [14].
4. Rigrigione delle condizioni di test: in alcuni elementi di prova, le condizioni di test degli standard cinesi possono essere più rigorose da adattarsi alle condizioni climatiche e stradali speciali in Cina [13].
5. Grado di internazionalizzazione degli standard: la Cina sta promuovendo attivamente l'internazionalizzazione degli standard di test della batteria, facilitando l'allineamento degli standard interni con quelli internazionali e migliorando la competitività internazionale dei prodotti della batteria cinese [14].
Con il continuo sviluppo della tecnologia della batteria e l'espansione degli scenari di applicazione, il sistema standard di test della batteria sarà inoltre migliorato. Le differenze tra gli standard nazionali e stranieri si restringeranno gradualmente, promuovendo congiuntamente il sano sviluppo del settore delle batterie globali.

L'applicazione del convertitore bidirezionale AC/DC nei test della batteria
I convertitori bidirezionali AC/DC hanno ampie prospettive di applicazione nel campo dei test della batteria e le loro caratteristiche di flusso di energia bidirezionale hanno apportato modifiche rivoluzionarie ai test della batteria.
Sistema di test della batteria del tipo di recupero di energia
Nei tradizionali sistemi di test della batteria, l'energia durante lo scarico della batteria viene generalmente dissipata come calore e l'efficienza del sistema è dello 0%. Il sistema di test che utilizza un convertitore AC/DC bidirezionale può ottenere il riciclaggio dell'energia:
• Fase di ricarica: convertire l'alimentazione della griglia CA in alimentazione CC per caricare la batteria
• Fase di scarico: convertire la potenza CC della batteria in potenza CA e alimentarla alla griglia di alimentazione
Il tasso di recupero dell'energia è alto quanto oltre il 90%, riducendo significativamente il consumo di energia per i test [21].
Questo sistema di test del tipo di recupero di energia è particolarmente adatto per il processo di test delle linee di produzione di batterie su larga scala e può ridurre significativamente i costi operativi.
Test della durata del ciclo della batteria
I convertitori AC/DC bidirezionali svolgono un ruolo significativo nei test di durata del ciclo della batteria:
Ottenere cicli di carica e scarica controllati con precisione per simulare gli scenari di utilizzo effettivi
Supportare il controllo di corrente e tensione ad alta precisione per garantire la coerenza nelle condizioni di test
• Può eseguire curve di carica e scarico complesse per valutare le prestazioni della batteria in diverse condizioni di lavoro [8]

Test del sistema di backup della batteria (BBU)
Il convertitore AC/DC bidirezionale può essere utilizzato come interfaccia del sistema di backup della batteria per il test e la verifica:
Simula scenari di guasto della griglia di alimentazione per testare la capacità del pacco batteria di mantenere le funzioni dell'attrezzatura
Monitorare la caduta di tensione del pacco batteria durante lo scarico e verificare la capacità dell'interfaccia di conversione di potenza di mantenere la tensione del bus
Realizzare la ricarica della batteria e l'interfaccia Busbar funzionano in un singolo dispositivo per ottenere vantaggi in termini di costi e dimensioni [21]
Test della batteria del veicolo elettrico
Nel campo dei test della batteria del veicolo elettrico, i convertitori AC/DC bidirezionale hanno vantaggi unici:
Simulare le condizioni di ricarica e scarica dei veicoli, compresi gli scenari di ricarica rapida e ricarica lenti
• Testare le prestazioni della batteria con una piattaforma ad alta tensione da 800 V. Ad esempio, la potenza di ricarica di Zeekr 007 può raggiungere 500kW in una piattaforma ad alta tensione da 800 V [11]
Valuta le prestazioni della batteria in diverse condizioni di temperatura e carico
Piattaforma di test ad alta efficienza
La piattaforma di test del convertitore AC/DC bidirezionale di recente sviluppo presenta significativi vantaggi di efficienza:
Quando si carica la batteria, l'efficienza può raggiungere fino al 92,9%(300 W).
L'efficienza raggiunge il 93,6%(1500 W) quando si supporta la Busbar.
Livelli di potenza più elevati possono essere facilmente raggiunti attraverso la riconfigurazione o la connessione parallela [21].

Test del sistema di accumulo di energia
Nel test dei sistemi di accumulo di energia, il convertitore AC/DC bidirezionale a tre porte fornisce una soluzione di test flessibile:
Fornisce tre interfacce: porta DC-Bus, porta di input CC e porta AC
Supportare la situazione in cui la tensione della batteria è inferiore all'ampiezza di picco della tensione CA
• Condurre test di scambio di energia bidirezionale tra sistemi di accumulo di energia e reti elettriche [6]
L'applicazione della tecnologia del convertitore AC/DC bidirezionale non solo migliora l'efficienza e l'accuratezza dei test della batteria, ma riduce anche i costi di test, fornendo un forte supporto per il rapido sviluppo della tecnologia della batteria. Con la continua innovazione della tecnologia della batteria, l'applicazione di convertitori AC/DC bidirezionale nel campo dei test della batteria diventerà più diffusa.
Vantaggi del sistema di test della batteria convertitore AC/CC bidirezionale
La tecnologia del convertitore bidirezionale ha portato a un cambiamento rivoluzionario nel campo dei test della batteria, migliorando significativamente l'efficienza e le prestazioni del sistema di test attraverso metodi innovativi di gestione dell'energia. Questo articolo conduce un'analisi approfondita dei vantaggi fondamentali di questa tecnologia e del suo impatto sul settore dei test della batteria.
Recupero di energia e miglioramento dell'efficienza del sistema
Il difetto principale del tradizionale sistema di test della batteria risiede nel basso tasso di utilizzo dell'energia. Durante il processo di test di scarico, l'energia rilasciata dalla batteria viene generalmente convertita in dissipazione del calore e l'efficienza di utilizzo dell'energia del sistema è vicina allo zero. Il sistema di test che adotta i convertitori bidirezionali ha completamente cambiato questa situazione:
• Riciclaggio energetico: l'energia generata dallo scarico della batteria viene nuova alla rete elettrica o ad altre unità di test
• Ridurre significativamente il consumo di energia: il tasso di recupero dell'energia può raggiungere oltre il 90%, riducendo notevolmente il consumo di energia durante il processo di test
• Ridurre i requisiti di dissipazione del calore: ridurre al minimo la generazione di calore e semplificare la progettazione del sistema di raffreddamento
Questo approccio di gestione dell'energia altamente efficiente è particolarmente adatto per le linee di produzione di batterie su larga scala, che possono ridurre significativamente i costi operativi e le emissioni di carbonio nel processo di test.
Il cambiamento qualitativo nella capacità di accuratezza e controllo dei test
La tecnologia del convertitore bidirezionale ha portato alle capacità di precisione e controllo senza precedenti ai test della batteria:
• Controllo di corrente ad alta precisione: ottenere una regolamentazione di corrente precisa a livello milliampere per soddisfare i requisiti di test di varie batterie
• Capacità di risposta dinamica: regolare rapidamente i parametri di ricarica e scarica per simulare le variazioni di carico negli scenari di utilizzo effettivi
• Simulazione complessa di condizione di lavoro: in grado di eseguire più curve di carica e scarica per valutare le prestazioni della batteria in diversi scenari di applicazione
Questi vantaggi rendono i risultati del test più affidabili e forniscono solide basi per la valutazione delle prestazioni della batteria e il controllo di qualità.

Integrazione multifunzionale ed efficienza dello spazio
I moderni sistemi di test di convertitore bidirezionale hanno raggiunto l'integrazione multifunzionale, offrendo significativi vantaggi di spazio e costi:
• Integrazione delle funzioni: ottenere funzioni di ricarica e scarico della batteria in un singolo dispositivo per ridurre il numero di dispositivi
• Progettazione modulare: i livelli di potenza possono essere facilmente ampliati attraverso la connessione parallela o la riconfigurazione, migliorando la flessibilità del sistema
• Spazio del pavimento ridotto: il design integrato riduce i requisiti di spazio del sistema di test e ottimizza il layout di laboratori o linee di produzione
La capacità di adattarsi alle nuove tecnologie della batteria
Con il rapido sviluppo della tecnologia della batteria, il sistema di test deve avere la possibilità di adattarsi a nuovi tipi di batterie:
• Supporto piattaforma ad alta tensione: adattarsi ai requisiti di test di piattaforme di batterie ad alta tensione da 800 V e soddisfare i requisiti di sviluppo della tecnologia di ricarica rapida per i nuovi veicoli energetici
• Ampia intervallo di tensione: supporta vari test della batteria dalla bassa tensione ad alta tensione, adattandosi allo sviluppo di diverse tecnologie della batteria
• Programmabilità: adattarsi ai requisiti di test di nuovi tipi di batterie attraverso gli aggiornamenti del software per estendere la durata della durata delle apparecchiature di test
I test standardizzati sono in linea con gli standard internazionali
Il sistema di test del convertitore bidirezionale aiuta a ottenere la standardizzazione dei test della batteria:
• Conformarsi agli standard internazionali: supporta i metodi di test stabiliti in standard internazionali come la serie IEC62660 e la serie ISO12405
• Coerenza del test: assicurarsi che i risultati del test delle batterie di diversi lotti e diversi produttori siano comparabili
• Promuovere la cooperazione internazionale: facilitare l'allineamento degli standard di test della batteria domestica con standard internazionali per migliorare la competitività internazionale dei prodotti della batteria cinese.

Analisi costi-benefici
I benefici economici del sistema di test del convertitore bidirezionale si riflettono principalmente nei seguenti aspetti: