Relatório sobre o desenvolvimento integrado da tecnologia de ensaio de baterias e da tecnologia do conversor bidirecional AC/DC

O histórico de desenvolvimento da tecnologia de teste de bateria
A tecnologia de teste de bateria passou por três estágios de desenvolvimento importantes: testes manuais, testes automatizados e testes inteligentes. Cada estágio representa um salto significativo em tecnologia e metodologia.
A evolução tecnológica de manual para inteligente
Os testes antecipados da bateria confiaram principalmente na operação manual e os técnicos precisavam gravar e analisar manualmente os dados. As características deste estágio são:
O processo de teste é altamente dependente da operação manual e monitoramento
A eficiência da coleta e análise de dados é baixa
Os resultados dos testes são suscetíveis a fatores humanos
É difícil realizar testes de longo prazo ou em larga escala

Com o desenvolvimento da tecnologia de computadores, o teste de bateria entrou no estágio de automação (dos anos 90 aos 2010). As principais características deste período incluem:
Introduzir um sistema de controle de computador para obter a automação do processo de teste
Desenvolva equipamentos e software de teste de bateria dedicados
Estabelecer métodos e procedimentos de teste padronizados
A precisão e repetibilidade do teste foram aprimoradas
O progresso nesta fase aumentou significativamente a eficiência dos testes de bateria, fornecendo forte suporte para o rápido desenvolvimento da tecnologia de bateria. O sistema de teste automatizado é capaz de realizar testes complexos de ciclo de carga e descarga e gravar e analisar automaticamente dados [8].
Atualmente, a tecnologia de teste de bateria entrou no estágio inteligente (da década de 2020 até o presente), e seus principais recursos são:
Aplique a inteligência artificial e as tecnologias de big data para prever o desempenho da bateria e avaliar a duração da bateria
Desenvolva tecnologia de teste não destrutiva e tecnologia de testes de micro-nano para melhorar a precisão dos testes
Obter uma estreita integração de testes com design de bateria, fabricação, reciclagem e outros links
• Enfatize o teste de ciclo de vida completo [8]
Nesta fase, os algoritmos de aprendizado de máquina são amplamente aplicados na previsão da vida útil do ciclo da bateria. Estudos mostram que os algoritmos tradicionais de aprendizado de máquina têm um desempenho excepcionalmente bem ao lidar com dados limitados. Por exemplo, os regressores florestais aleatórios podem atingir um erro percentual absoluto médio de pelo menos 9,8% [4].
Comparação de eficiência, precisão e custo nos três estágios
Técnicas de teste de bateria em diferentes estágios têm diferenças significativas em termos de eficiência, precisão e custo:

Conversor bidirecional AC/DC: uma inovação na tecnologia de teste
Nos últimos anos, a aplicação de conversores bidirecionais de CA/CC no teste de bateria representa um importante avanço tecnológico. Esta tecnologia pode alcançar:
• Processo de carregamento: converta energia CA em energia CC para carregar a bateria
• Processo de descarga: converta a energia elétrica DC da bateria em energia elétrica CA
• Recuperação de energia: alimente a energia gerada pela descarga de volta à rede de energia para melhorar a eficiência da utilização de energia

Nos sistemas tradicionais de teste de bateria, a energia de descarga é geralmente dissipada como calor e a eficiência do sistema é de 0%. Usando um conversor AC-DC bidirecional, a energia dissipada pode ser retornada ao sistema, alcançando a reciclagem da energia de carregamento do teste da bateria e melhorando significativamente a eficiência do sistema [24].
Perspectivas de mercado e tendências de desenvolvimento
Os conversores bidirecionais de AC/CC têm amplas perspectivas de desenvolvimento no mercado de testes de bateria e devem manter um crescimento estável de 2025 a 2031.

A tecnologia de teste de bateria se desenvolverá nas seguintes direções no futuro:
Os níveis de inteligência e automação da tecnologia de teste estão melhorando constantemente
2. A tecnologia de teste está se desenvolvendo em direção a alta precisão, alta eficiência e baixo custo
3. A tecnologia de teste está intimamente integrada ao processo de fabricação de baterias para obter monitoramento em tempo real e controle de qualidade durante o processo de produção
4. Desenvolva novas tecnologias de teste de bateria para atender às necessidades de desenvolvimento de novos tipos de baterias, como baterias de estado sólido e baterias de lítio-sulfur [8]
Com a inovação contínua da tecnologia de bateria, as técnicas de teste também continuarão evoluindo, desde testes simples de capacidade e alta de testes de alta até gerenciamento térmico complexo e avaliação de segurança, fornecendo forte suporte para o desenvolvimento saudável da indústria de baterias.

O mais recente progresso na tecnologia de teste de bateria
Em 2024, a tecnologia de teste de bateria está mostrando uma tendência de desenvolvimento de inteligência, eficiência e padronização, e várias tecnologias inovadoras estão reformulando o campo do teste de bateria.
Aplicações de inteligência artificial e aprendizado de máquina
Progresso significativo foi feito na aplicação da tecnologia de inteligência artificial no teste de bateria. Os algoritmos de aprendizado de máquina têm um desempenho excepcionalmente bem na previsão da vida útil do ciclo da bateria, especialmente o Random Forest Regrestder, que pode atingir um erro percentual absoluto médio de pelo menos 9,8%. Esses algoritmos podem entender efetivamente as tendências do conjunto de dados e fornecer uma base confiável para a avaliação de desempenho da bateria [4].

Progresso na tecnologia de análise de espectroscopia de impedância eletroquímica
Em 2024, a aplicação da tecnologia de análise de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) no teste de bateria será mais difundida. Essa tecnologia, medindo a resistência interna da bateria, pode avaliar parâmetros como a eficiência de carregamento e descarga e geração de calor da bateria, fornecendo uma base importante para a avaliação de desempenho da bateria [8].
Inovação tecnológica do conversor bidirecional AC/DC
A aplicação dos conversores bidirecionais de CA/CC no campo do teste de bateria é um importante avanço tecnológico em 2024. Essa tecnologia pode atingir o fluxo bidirecional de energia durante o processo de teste da bateria, melhorando significativamente a eficiência da utilização de energia do sistema de teste.

Nos sistemas tradicionais de teste de bateria, a energia de descarga é geralmente dissipada como calor e a eficiência do sistema é de 0%. Usando um conversor AC-DC bidirecional, a energia dissipada pode ser retornada ao sistema, alcançando a reciclagem da energia de carregamento do teste da bateria. As experiências mostram que o conversor que adota essa tecnologia tem uma eficiência de 92,9% em uma entrada de 300W (para carregamento da bateria) e 93,6% em uma saída de 1500W (apoiando o barramento) [21].
A melhoria dos métodos de teste padronizados
Em 2024, o sistema padrão de teste de bateria estará mais completo e os padrões internacionais se alinharão gradualmente aos domésticos. Os principais padrões incluem a série IEC62660, a série ISO12405 e GB/T31484-2015, etc. Esses padrões abrangem vários aspectos, como testes de capacidade de bateria, testes de vida de ciclo e teste de segurança [13].

Avanços na tecnologia de bateria para novos veículos energéticos
Em 2024, foram feitos grandes avanços na tecnologia de baterias para novos veículos energéticos, especialmente em termos de densidade de energia, velocidade de cobrança e vida útil do ciclo. A densidade de energia das baterias aumentou significativamente. Por exemplo, a densidade de energia da bateria 4680 da Tesla atingiu até 300wh/kg, e a da bateria de Qilin da CATL atingiu 304wh/kg. A velocidade de carregamento também alcançou um salto qualitativo. A tecnologia de plataforma de alta tensão de 800V permite que o poder de carregamento atinja 500kW, reduzindo significativamente o tempo de carregamento [11].
O mercado de formação e teste de bateria está crescendo
O tamanho do mercado global para a formação de bateria e o teste de veículos elétricos foi de aproximadamente 1.341,2 milhões de dólares americanos em 2023. É projetado para crescer a uma taxa anual composta de 17,5% nos próximos seis anos e atender a 5.865,8 milhões de dólares para reduzir o chilhamento para reduzir o crescimento do mercado.

Em conclusão, em 2024, a tecnologia de teste de bateria mostrará uma tendência de desenvolvimento de inteligência, eficiência e padronização. A aplicação da tecnologia de conversor bidirecional AC/CC, a introdução de algoritmos de inteligência artificial e a melhoria do sistema padrão promoveram em conjunto o rápido desenvolvimento da tecnologia de teste de bateria, fornecendo um forte suporte para o desenvolvimento saudável da indústria de baterias.
Comparação de sistemas padrão de tecnologia de teste de bateria em casa e no exterior
Os padrões de teste de bateria são uma garantia importante para garantir o desempenho, a segurança e a confiabilidade da bateria. Com o rápido desenvolvimento dos mercados globais de veículos elétricos e de armazenamento de energia, os sistemas padrão de teste de bateria em casa e no exterior também estão constantemente melhorando. Este artigo analisará as diferenças entre os sistemas padrão de tecnologia de teste de bateria doméstica e estrangeira.
Sistema Padrão de Teste de Bateria Internacional
Os padrões internacionais de teste de baterias são formulados principalmente pela Comissão Eletrotecniana Internacional (IEC), pela Organização Internacional de Padronização (ISO), Laboratórios de Underwriters (UL), Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE) e instituições relevantes na União Europeia [13].
Os padrões para as baterias de íons de lítio emitidas pela IEC incluem principalmente IEC62660-1: 2010 "Células da bateria de íons de lítio para veículos de estrada elétrica-Parte 1: Teste de desempenho" e IEC62660-2: 2010 "Células da bateria de lítio-íons para veículos de estrada elétrica-Parte 2: Teste de confiabilidade e abuso". Esses padrões têm como alvo principalmente os testes de desempenho e segurança de células de bateria individuais [13].
Os padrões formulados pela ISO incluem a série ISO12405, que é dividida em três partes: ISO12405-1 para baterias de alta potência, ISO12405-2 para baterias de alta energia e ISO12405-3 para requisitos de desempenho de segurança. O objetivo é fornecer aos fabricantes de veículos itens e métodos de teste opcionais [13].
O padrão UL2580 dos Estados Unidos avalia principalmente a confiabilidade do abuso de baterias e a capacidade de proteger o pessoal quando o abuso causa danos. O sistema padrão SAE está mais completo, incluindo SAEJ2464 para teste de abuso de bateria, SAEJ2929 para padrões de segurança do sistema de bateria e SAEJ2380 para testes de vibração da bateria, etc. [13]

Sistema padrão de teste de bateria chinesa
O sistema padrão de teste de bateria na China começou relativamente tarde, mas se desenvolveu rapidamente. Em 2001, o Comitê de Padronização Automotiva emitiu o primeiro documento técnico orientador da China para o teste de baterias de íons de lítio em veículos elétricos, GB/Z18333.1: 2011 "Baterias de íons de lítio para veículos de estrada elétrica" ​​[13].
Em 2006, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação emitiu QC/T743 "Baterias de energia de íons de lítio para veículos elétricos", que foram revisados ​​em 2012. Esses padrões iniciais foram direcionados principalmente aos níveis de monômero e módulo e tinham um escopo de aplicação relativamente estreito [13].
Em 2015, a administração de padronização da República Popular da China promulgou uma série de padrões. Incluindo GB/T31484-2015 "Requisitos de vida útil do ciclo e métodos de teste para baterias elétricas para veículos elétricos", GB/T31485-2015 "Requisitos de segurança e métodos de teste para baterias de energia para veículos elétricos", GB/T31486-2015 "Requisitos de desempenho elétricos e testes para matilhas de potência para energia para energia elétrica para veículos elétricos", e "Testes de popa de 7 anos," [Testes 1), para veículos elétricos ", para veículos elétricos", para veículos elétricos ", para veículos elétricos", para veículos de GB/T31486-2015.
As principais diferenças entre sistemas padrão nacionais e estrangeiros
1. Completude do sistema padrão: o sistema padrão internacional é mais completo, cobrindo todos os aspectos das baterias, enquanto o sistema padrão chinês, embora o desenvolvimento rapidamente, ainda esteja sendo melhorado continuamente [14].
2. Foco dos métodos de teste: os padrões internacionais colocam mais ênfase nos testes de segurança e confiabilidade das baterias, como os padrões UL e SAE; O padrão chinês, por outro lado, presta mais atenção ao desempenho e aos testes de vida das baterias [13].
3. Frequência de atualização padrão: os padrões internacionais são atualizados com frequência para se adaptar à tecnologia de bateria que desenvolve rapidamente. A atualização dos padrões chineses é relativamente lenta, mas a velocidade de atualização acelerou nos últimos anos [14].
4. Recurso das condições de teste: Em alguns itens de teste, as condições de teste dos padrões chineses podem ser mais rigorosas para se adaptar ao clima e nas condições da estrada especiais na China [13].
5.
Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia da bateria e a expansão dos cenários de aplicação, o sistema padrão de teste de bateria também será constantemente melhorado. As diferenças entre os padrões domésticos e estrangeiros gradualmente estreitarão, promovendo em conjunto o desenvolvimento saudável da indústria global de baterias.

A aplicação do conversor bidirecional AC/CC no teste de bateria
Os conversores bidirecionais AC/CC têm amplas perspectivas de aplicação no campo do teste de bateria, e suas características de fluxo de energia bidirecional trouxeram mudanças revolucionárias para o teste da bateria.
Sistema de teste de bateria do tipo de recuperação de energia
Nos sistemas tradicionais de teste de bateria, a energia durante a descarga da bateria é geralmente dissipada como calor e a eficiência do sistema é de 0%. O sistema de teste usando um conversor CA/DC bidirecional pode atingir a reciclagem de energia:
• Estágio de carregamento: converta energia da grade CA em energia CC para carregar a bateria
• Estágio de descarga: converta a energia CC da bateria de volta à energia CA e alimentá -la de volta à rede elétrica
A taxa de recuperação de energia é tão alta quanto 90%, reduzindo significativamente o consumo de energia para testes [21].
Esse sistema de teste do tipo de recuperação de energia é particularmente adequado para o processo de teste de linhas de produção de baterias em larga escala e pode reduzir significativamente os custos operacionais.
Teste de vida útil do ciclo da bateria
Os conversores CA/CC bidirecionais desempenham um papel significativo nos testes de vida útil do ciclo da bateria:
Alcançar ciclos de carga e descarga controlados com precisão para simular cenários de uso reais
Suporte a corrente de alta precisão e controle de tensão para garantir a consistência nas condições de teste
• Ele pode executar curvas complexas de carga e descarga para avaliar o desempenho da bateria sob diferentes condições de trabalho [8]

Teste do sistema de backup de bateria (BBU)
O conversor CA/CC bidirecional pode ser usado como interface do sistema de backup da bateria para teste e verificação:
Simule cenários de falha da grade de energia para testar a capacidade da bateria de manter as funções do equipamento
Monitore a queda de tensão da bateria durante a descarga e verifique a capacidade da interface de conversão de energia para manter a tensão do barramento
Realize funções de carregamento de bateria e interface do barramento em um único dispositivo para obter vantagens de custo e tamanho [21]
Teste de bateria de veículos elétricos
No campo dos testes de bateria de veículos elétricos, os conversores CA/CC bidirecionais têm vantagens únicas:
Simular as condições de carregamento e descarga dos veículos, incluindo cenários de carregamento rápido e carregamento lento
• Teste o desempenho da bateria em uma plataforma de alta tensão de 800V. Por exemplo, o poder de carregamento do ZEEKR 007 pode atingir 500kW sob uma plataforma de alta tensão de 800V [11]
Avalie o desempenho da bateria sob diferentes condições de temperatura e carga
Plataforma de teste de alta eficiência
A recém -desenvolvida plataforma de teste de conversor AC/DC bidirecional tem vantagens significativas de eficiência:
Ao carregar a bateria, a eficiência pode atingir até 92,9%(300W).
A eficiência atinge 93,6%(1500W) ao apoiar o barramento.
Níveis mais altos de potência podem ser facilmente alcançados por meio de reconfiguração ou conexão paralela [21].

Teste do sistema de armazenamento de energia
No teste de sistemas de armazenamento de energia, o conversor CA/DC bidirecional de três portas fornece uma solução de teste flexível:
Ele fornece três interfaces: porta DC-Bus, porta de entrada CC e porta CA
Suporte a situação em que a tensão da bateria é menor que a amplitude de pico da tensão CA
• Realizar testes de troca de energia bidirecional entre sistemas de armazenamento de energia e grades de energia [6]
A aplicação da tecnologia bidirecional de conversores CA/DC não apenas aprimora a eficiência e a precisão dos testes de bateria, mas também reduz o custo de teste, fornecendo forte suporte para o rápido desenvolvimento da tecnologia de bateria. Com a inovação contínua da tecnologia da bateria, a aplicação de conversores AC/CC bidirecionais no campo dos testes de bateria se tornará mais difundida.
Vantagens do sistema de teste de bateria de conversor CA/CC bidirecional
A tecnologia de conversor bidirecional trouxe uma mudança revolucionária no campo dos testes de bateria, aumentando significativamente a eficiência e o desempenho do sistema de teste por meio de métodos inovadores de gerenciamento de energia. Este artigo realiza uma análise aprofundada das vantagens principais dessa tecnologia e seu impacto na indústria de testes de baterias.
Recuperação de energia e melhoria da eficiência do sistema
O principal defeito do sistema de teste de bateria tradicional está na taxa de utilização de baixa energia. Durante o processo de teste de descarga, a energia liberada pela bateria geralmente é convertida em dissipação de calor, e a eficiência da utilização de energia do sistema é próxima de zero. O sistema de teste que adota conversores bidirecionais mudou completamente esta situação:
• Reciclagem de energia: a energia gerada pela descarga da bateria é alimentada de volta à rede elétrica ou a outras unidades de teste
• Reduzir significativamente o consumo de energia: a taxa de recuperação de energia pode atingir mais de 90%, reduzindo bastante o consumo de energia durante o processo de teste
• Reduza os requisitos de dissipação de calor: minimizar a geração de calor e simplificar o design do sistema de resfriamento
Essa abordagem de gerenciamento de energia altamente eficiente é particularmente adequada para linhas de produção de baterias em larga escala, o que pode reduzir significativamente os custos operacionais e as emissões de carbono no processo de teste.
A mudança qualitativa na precisão do teste e capacidade de controle
A tecnologia de conversor bidirecional trouxe recursos sem precedentes de precisão e controle para testes de bateria:
• Controle de corrente de alta precisão: atinge a regulamentação atual de corrente de Milliampere para atender aos requisitos de teste de várias baterias
• Capacidade de resposta dinâmica: ajuste rapidamente os parâmetros de carregamento e descarga para simular mudanças de carga nos cenários de uso reais
• Simulação complexa de condição de trabalho: capaz de executar várias curvas de carga e descarga para avaliar o desempenho da bateria em diferentes cenários de aplicação
Essas vantagens tornam os resultados dos testes mais confiáveis ​​e fornecem uma base sólida para avaliação de desempenho da bateria e controle de qualidade.

Integração multifuncional e eficiência espacial
Os modernos sistemas de teste de conversor bidirecional alcançaram integração multifuncional, trazendo vantagens significativas de espaço e custo:
• Integração da função: alcance as funções de carregamento e descarga de bateria em um único dispositivo para reduzir o número de dispositivos
• Projeto modular: os níveis de potência podem ser facilmente expandidos por meio de conexão ou reconfiguração paralela, aprimorando a flexibilidade do sistema
• Espaço reduzido: o design integrado reduz os requisitos de espaço do sistema de teste e otimiza o layout de laboratórios ou linhas de produção
A capacidade de se adaptar a novas tecnologias de bateria
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia da bateria, o sistema de teste deve ter a capacidade de se adaptar a novos tipos de baterias:
• Suporte da plataforma de alta tensão: adapte-se aos requisitos de teste de plataformas de bateria de alta tensão de 800V e atenda aos requisitos de desenvolvimento da tecnologia de carregamento rápido para novos veículos energéticos
• Faixa de tensão ampla: suporta vários testes de bateria de baixa tensão a alta tensão, adaptando -se ao desenvolvimento de diferentes tecnologias de bateria
• Programabilidade: adapte -se aos requisitos de teste de novos tipos de baterias por meio de atualizações de software para prolongar a vida útil do equipamento de teste
Testes padronizados estão alinhados com os padrões internacionais
O sistema de teste de conversor bidirecional ajuda a alcançar a padronização do teste de bateria:
• Em conformidade com os padrões internacionais: suporta os métodos de teste estipulados em padrões internacionais, como a série IEC62660 e a série ISO12405
• Consistência do teste: verifique se os resultados do teste de baterias de diferentes lotes e diferentes fabricantes são comparáveis
• Promover a cooperação internacional: facilite o alinhamento dos padrões domésticos de teste de bateria com os padrões internacionais para melhorar a competitividade internacional dos produtos de bateria chineses.

Análise de custo-benefício
Os benefícios econômicos do sistema de teste de conversor bidirecional são refletidos principalmente nos seguintes aspectos: