Informe sobre el desarrollo integrado de la tecnología de ensayo de baterías y la tecnología de convertidores bidireccionales CA/CC

El historial de desarrollo de la tecnología de prueba de baterías
La tecnología de pruebas de baterías ha pasado por tres etapas de desarrollo importantes: pruebas manuales, pruebas automatizadas y pruebas inteligentes. Cada etapa representa un salto significativo en tecnología y metodología.
La evolución tecnológica de manual a inteligente
Las primeras pruebas de batería se basaron principalmente en la operación manual, y los técnicos necesitaban registrar y analizar manualmente los datos. Las características de esta etapa son:
El proceso de prueba depende en gran medida de la operación y el monitoreo manual.
La eficiencia de la recopilación y el análisis de datos es baja
Los resultados de la prueba son susceptibles a los factores humanos.
Es difícil realizar pruebas a largo plazo o a gran escala

Con el desarrollo de la tecnología informática, las pruebas de batería ingresaron a la etapa de automatización (desde la década de 1990 hasta la década de 2010). Las principales características de este período incluyen:
Introducir un sistema de control de computadora para lograr la automatización del proceso de prueba
Desarrollar equipos y software dedicados de prueba de baterías
Establecer métodos y procedimientos de prueba estandarizados
La precisión y la repetibilidad de la prueba se han mejorado
El progreso en esta etapa ha mejorado significativamente la eficiencia de las pruebas de batería, proporcionando un fuerte soporte para el rápido desarrollo de la tecnología de la batería. El sistema de prueba automatizado es capaz de realizar pruebas complejas de ciclo de carga y descarga y registrar y analizar automáticamente datos [8].
En la actualidad, la tecnología de prueba de baterías ha entrado en la etapa inteligente (desde la década de 2020 hasta el presente), y sus características principales son:
Aplicar la inteligencia artificial y las tecnologías de big data para predecir el rendimiento de la batería y evaluar la duración de la batería
Desarrollar tecnología de prueba no destructiva y tecnología de prueba de micro-nano para mejorar la precisión de las pruebas
Lograr una estrecha integración de las pruebas con diseño de baterías, fabricación, reciclaje y otros enlaces
• Enfatizar las pruebas de ciclo de vida completo [8]
En esta etapa, los algoritmos de aprendizaje automático se aplican ampliamente en la predicción de la vida útil del ciclo de la batería. Los estudios muestran que los algoritmos tradicionales de aprendizaje automático funcionan excepcionalmente bien cuando se trata de datos limitados. Por ejemplo, los regresores de bosques aleatorios pueden lograr un error porcentual absoluto promedio de al menos 9.8% [4].
Comparación de eficiencia, precisión y costo en las tres etapas
Las técnicas de prueba de baterías en diferentes etapas tienen diferencias significativas en términos de eficiencia, precisión y costo:

Convertidor bidireccional AC/DC: una innovación en tecnología de prueba
En los últimos años, la aplicación de convertidores bidireccionales AC/DC en las pruebas de batería representa un avance tecnológico importante. Esta tecnología puede lograr:
• Proceso de carga: convertir la alimentación de CA a la alimentación de CC para cargar la batería
• Proceso de descarga: convierta la energía eléctrica de CC de la batería en energía eléctrica de CA
• Recuperación de energía: alimentar la energía generada por la descarga de regreso a la red eléctrica para mejorar la eficiencia de utilización de energía

En los sistemas de prueba de baterías tradicionales, la energía de descarga generalmente se disipa como calor, y la eficiencia del sistema es del 0%. Al usar un convertidor AC-DC bidireccional, la energía disipada se puede devolver al sistema, logrando el reciclaje de la energía de carga de la prueba de la batería y mejorando significativamente la eficiencia del sistema [24].
Perspectivas y tendencias de desarrollo del mercado
Los convertidores bidireccionales AC/DC tienen amplias perspectivas de desarrollo en el mercado de pruebas de baterías y se espera que mantengan un crecimiento estable de 2025 a 2031.

La tecnología de prueba de baterías se desarrollará en las siguientes direcciones en el futuro:
Los niveles de inteligencia y automatización de la tecnología de prueba están mejorando constantemente
2. La tecnología de prueba se está desarrollando hacia alta precisión, alta eficiencia y bajo costo
3. La tecnología de prueba está estrechamente integrada con el proceso de fabricación de baterías para lograr un monitoreo y control de calidad en tiempo real durante el proceso de producción
4. Desarrolle nuevas tecnologías de prueba de baterías para satisfacer las necesidades de desarrollo de nuevos tipos de baterías, como baterías de estado sólido y baterías de litio-azufre [8]
Con la innovación continua de la tecnología de la batería, las técnicas de prueba también seguirán evolucionando, desde pruebas de capacidad simple y pruebas de descarga hasta complejas evaluaciones de seguridad térmica y seguridad, proporcionando un fuerte apoyo para el desarrollo saludable de la industria de las baterías.

El último progreso en la tecnología de prueba de baterías
En 2024, la tecnología de prueba de baterías muestra una tendencia de desarrollo de inteligencia, eficiencia y estandarización, y múltiples tecnologías innovadoras están remodelando el campo de las pruebas de batería.
Aplicaciones de inteligencia artificial y aprendizaje automático
Se han realizado un progreso significativo en la aplicación de la tecnología de inteligencia artificial en las pruebas de baterías. Los algoritmos de aprendizaje automático funcionan excepcionalmente bien en la predicción de la vida del ciclo de la batería, especialmente en el regreso al azar del bosque, lo que puede lograr un error porcentual absoluto promedio de al menos 9.8%. Estos algoritmos pueden comprender efectivamente las tendencias del conjunto de datos y proporcionar una base confiable para la evaluación del rendimiento de la batería [4].

Progreso en la tecnología de análisis de espectroscopía de impedancia electroquímica
En 2024, la aplicación de la tecnología de análisis de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) en las pruebas de batería estará más extendida. Esta tecnología, al medir la resistencia interna de la batería, puede evaluar parámetros como la eficiencia de carga y descarga y generación de calor de la batería, proporcionando una base importante para la evaluación del rendimiento de la batería [8].
Innovación tecnológica del convertidor bidireccional AC/DC
La aplicación de convertidores bidireccionales de CA/DC en el campo de las pruebas de batería es un avance tecnológico importante en 2024. Esta tecnología puede lograr el flujo de energía bidireccional durante el proceso de prueba de la batería, mejorando significativamente la eficiencia de utilización de energía del sistema de prueba.

En los sistemas de prueba de baterías tradicionales, la energía de descarga generalmente se disipa como calor, y la eficiencia del sistema es del 0%. Al usar un convertidor AC-DC bidireccional, la energía disipada se puede devolver al sistema, lo que logró el reciclaje de la energía de carga de la prueba de batería. Los experimentos muestran que el convertidor que adopta esta tecnología tiene una eficiencia tan alta como 92.9% a una entrada de 300W (para la carga de la batería) y el 93.6% a una salida de 1500W (que soporta la barra bobina) [21].
La mejora de los métodos de prueba estandarizados
En 2024, el sistema estándar de prueba de la batería estará más completo, y los estándares internacionales se alinearán gradualmente con los nacionales. Los estándares principales incluyen la serie IEC62660, la serie ISO12405 y GB/T31484-2015, etc. Estos estándares cubren múltiples aspectos, como pruebas de capacidad de batería, pruebas de ciclo de vida y pruebas de seguridad [13].

Avances en tecnología de baterías para nuevos vehículos de energía
En 2024, se realizaron grandes avances en tecnología de baterías para nuevos vehículos energéticos, especialmente en términos de densidad de energía, velocidad de carga y vida útil del ciclo. La densidad de energía de las baterías ha aumentado significativamente. Por ejemplo, la densidad de energía de la batería 4680 de Tesla ha alcanzado hasta 300 °/kg, y la de la batería Qilin de CATL ha alcanzado los 304wh/kg. La velocidad de carga también ha logrado un salto cualitativo. La tecnología de la plataforma de alto voltaje de 800V permite la potencia de carga para alcanzar 500kW, reduciendo significativamente el tiempo de carga [11].
El mercado de la formación y las pruebas de la batería está creciendo
El tamaño del mercado global para la formación de baterías y las pruebas de vehículos eléctricos fue de aproximadamente 1,341.2 millones de dólares estadounidenses en 2023. Se proyecta que crecerá a una tasa anual compuesta de 17.5% en los próximos seis años y alcanza los 5,865.8 millones de dólares estadounidenses para 2030. El crecimiento del mercado es principalmente impulsado por la demanda creciente de las funciones de carga rápida para reducir el tiempo de carga y la mejora de la convociencia de la convociencia de los vehículos eléctricos.

En conclusión, en 2024, la tecnología de prueba de baterías mostrará una tendencia de desarrollo de inteligencia, eficiencia y estandarización. La aplicación de la tecnología de convertidor bidireccional AC/DC, la introducción de algoritmos de inteligencia artificial y la mejora del sistema estándar han promovido conjuntamente el rápido desarrollo de la tecnología de pruebas de baterías, proporcionando un fuerte soporte para el desarrollo saludable de la industria de las baterías.
Comparación de sistemas estándar de tecnología de prueba de baterías en el hogar y en el extranjero
Los estándares de prueba de la batería son una garantía importante para garantizar el rendimiento de la batería, la seguridad y la confiabilidad. Con el rápido desarrollo de los mercados mundiales de almacenamiento de vehículos eléctricos y de energía, los sistemas estándar de prueba de baterías en el hogar y en el extranjero también están mejorando constantemente. Este artículo analizará las diferencias entre los sistemas estándar de tecnología de pruebas de baterías nacionales y extranjeros.
Sistema estándar internacional de pruebas de baterías
Los estándares internacionales de pruebas de baterías están formulados principalmente por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), la Organización Internacional de Estandarización (ISO), Aseguradoras Laboratorios (UL), la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) e instituciones relevantes en la Unión Europea [13].
Los estándares para las baterías de iones de litio emitidas por IEC incluyen principalmente IEC62660-1: 2010 "Celdas de baterías de potencia de iones de litio para vehículos eléctricos de carretera-Parte 1: Pruebas de rendimiento" e IEC62660-2: 2010 "Celaciones de baterías de potencia de iones de litio para vehículos eléctricos-Parte 2: Pruebas de fiabilidad y abuso". Estos estándares se dirigen principalmente a las pruebas de rendimiento y seguridad de las celdas de batería individuales [13].
Los estándares formulados por ISO incluyen la serie ISO12405, que se divide en tres partes: ISO12405-1 para baterías de alta potencia, ISO12405-2 para baterías de alta energía e ISO12405-3 para los requisitos de rendimiento de seguridad. El objetivo es proporcionar a los fabricantes de vehículos elementos y métodos de prueba opcionales [13].
El estándar UL2580 de los Estados Unidos evalúa principalmente la confiabilidad del abuso de la batería y la capacidad de proteger al personal cuando el abuso causa daño. El sistema estándar SAE está más completo, incluido SAEJ2464 para pruebas de abuso de baterías, SAEJ2929 para estándares de seguridad del sistema de batería y SAEJ2380 para pruebas de vibración de batería, etc. [13]

Sistema estándar de prueba de batería china
El sistema estándar de prueba de batería en China comenzó relativamente tarde, pero se ha desarrollado rápidamente. En 2001, el Comité de Estandarización Automotriz emitió el primer documento técnico guía de China para la prueba de baterías de iones de litio en vehículos eléctricos, GB/Z18333.1: 2011 "baterías de iones de litio para vehículos eléctricos" [13].
En 2006, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitió QC/T743 "Baterías de energía de iones de litio para vehículos eléctricos", que se revisó en 2012. Estos estándares tempranos se dirigieron principalmente a los niveles de monómero y módulo y tenían un alcance de aplicación relativamente estrecho [13].
En 2015, la administración de estandarización de la República Popular de China promulgó una serie de estándares. Incluyendo GB/T31484-2015 "Requisitos de vida útil del ciclo y métodos de prueba para baterías eléctricas para vehículos eléctricos", GB/T31485-2015 "Requisitos de seguridad y métodos de prueba para baterías eléctricas para vehículos eléctricos", GB/T31486-2015 "Requisitos de rendimiento eléctrico y métodos de prueba para baterías eléctricas para vehículos eléctricos para vehículos eléctricos" y GB/T31 467 STAREDS [13].
Las principales diferencias entre los sistemas estándar nacionales y extranjeros
1. Completa del sistema estándar: el sistema estándar internacional es más completo, cubriendo todos los aspectos de las baterías, mientras que el sistema estándar chino, aunque se desarrolla rápidamente, todavía se está mejorando continuamente [14].
2. Enfoque de los métodos de prueba: los estándares internacionales ponen más énfasis en las pruebas de seguridad y confiabilidad de las baterías, como los estándares UL y SAE; El estándar chino, por otro lado, presta más atención al rendimiento y las pruebas de baterías de ciclo de ciclo [13].
3. Frecuencia de actualización estándar: los estándares internacionales se actualizan con frecuencia para adaptarse a la tecnología de batería en rápido desarrollo. La actualización de los estándares chinos es relativamente lenta, pero la velocidad de actualización se ha acelerado en los últimos años [14].
4. Estricto de las condiciones de prueba: en algunos elementos de prueba, las condiciones de prueba de los estándares chinos pueden ser más estrictos para adaptarse al clima especial y las condiciones de la carretera en China [13].
5. Grado de internacionalización de estándares: China está promoviendo activamente la internacionalización de los estándares de pruebas de baterías, facilitando la alineación de los estándares nacionales con los internacionales y mejora la competitividad internacional de los productos de batería chinos [14].
Con el desarrollo continuo de la tecnología de la batería y la expansión de los escenarios de aplicación, el sistema estándar de prueba de la batería también mejorará constantemente. Las diferencias entre los estándares nacionales y extranjeros se reducirán gradualmente, promoviendo conjuntamente el desarrollo saludable de la industria mundial de baterías.

La aplicación del convertidor bidireccional de AC/DC en las pruebas de batería
Los convertidores bidireccionales AC/DC tienen amplias perspectivas de aplicación en el campo de las pruebas de batería, y sus características de flujo de energía bidireccional han traído cambios revolucionarios a las pruebas de batería.
Sistema de prueba de baterías de tipo de recuperación de energía
En los sistemas de prueba de batería tradicionales, la energía durante la descarga de la batería generalmente se disipa como calor, y la eficiencia del sistema es del 0%. El sistema de prueba que utiliza un convertidor de AC/DC bidireccional puede lograr el reciclaje de energía:
• Etapa de carga: convierta la energía de la cuadrícula de CA en alimentación de CC para cargar la batería
• Etapa de descarga: Convierta la alimentación de CC de la batería de regreso a la alimentación de CA y vuelva a alimentarla a la red eléctrica
La tasa de recuperación de energía es tan alta como más del 90%, reduciendo significativamente el consumo de energía para las pruebas [21].
Este sistema de prueba de tipo de recuperación de energía es particularmente adecuado para el proceso de prueba de las líneas de producción de baterías a gran escala y puede reducir significativamente los costos operativos.
Prueba de vida del ciclo de la batería
Los convertidores de AC/DC bidireccionales juegan un papel importante en las pruebas de vida del ciclo de batería:
Lograr ciclos de carga y descarga controlados con precisión para simular escenarios de uso reales
Apoya el control de corriente y voltaje de alta precisión para garantizar la consistencia en las condiciones de prueba
• Puede realizar curvas de carga y descarga complejas para evaluar el rendimiento de la batería en diferentes condiciones de trabajo [8]

Prueba del sistema de respaldo de la batería (BBU)
El convertidor de AC/DC bidireccional se puede utilizar como la interfaz del sistema de respaldo de la batería para la prueba y la verificación:
Simular escenarios de falla de la red eléctrica para probar la capacidad de la batería para mantener las funciones de equipos
Monitoree la caída de voltaje de la batería durante la descarga y verifique la capacidad de la interfaz de conversión de energía para mantener el voltaje del bus
Realice las funciones de carga de la batería y la interfaz de la barra colectora en un solo dispositivo para obtener ventajas de costos y tamaño [21]
Prueba de batería de vehículos eléctricos
En el campo de las pruebas de batería de vehículos eléctricos, los convertidores AC/DC bidireccionales tienen ventajas únicas:
Simule las condiciones de carga y descarga de los vehículos, incluidos los escenarios de carga rápida y de carga lenta
• Pruebe el rendimiento de la batería en una plataforma de alto voltaje de 800 V. Por ejemplo, la potencia de carga del Zeekr 007 puede alcanzar 500kW bajo una plataforma de alto voltaje de 800V [11]
Evaluar el rendimiento de la batería en diferentes condiciones de temperatura y carga
Plataforma de prueba de alta eficiencia
La recientemente desarrollada plataforma de prueba de convertidor de AC/DC Bidireccional tiene ventajas de eficiencia significativas:
Al cargar la batería, la eficiencia puede alcanzar hasta el 92.9%(300W).
La eficiencia alcanza el 93.6%(1500W) al soportar la barra colectiva.
Los niveles de potencia más altos se pueden lograr fácilmente a través de la reconfiguración o la conexión paralela [21].

Prueba del sistema de almacenamiento de energía
En la prueba de sistemas de almacenamiento de energía, el convertidor de AC/DC bidireccional de tres puertos proporciona una solución de prueba flexible:
Proporciona tres interfaces: puerto DC-bus, puerto de entrada de CC y puerto de CA
Apoya la situación en la que el voltaje de la batería es menor que la amplitud máxima del voltaje de CA
• Realizar pruebas de intercambio de energía bidireccional entre sistemas de almacenamiento de energía y redes eléctricas [6]
La aplicación de la tecnología convertidor de AC/DC bidireccional no solo mejora la eficiencia y la precisión de las pruebas de batería, sino que también reduce el costo de prueba, proporcionando un fuerte soporte para el rápido desarrollo de la tecnología de la batería. Con la innovación continua de la tecnología de la batería, la aplicación de convertidores AC/DC bidireccionales en el campo de las pruebas de batería se verá más generalizada.
Ventajas del sistema de prueba de baterías de convertidor de AC/DC bidireccional
La tecnología del convertidor bidireccional ha provocado un cambio revolucionario en el campo de las pruebas de batería, mejorando significativamente la eficiencia y el rendimiento del sistema de prueba a través de métodos innovadores de gestión de energía. Este artículo realiza un análisis en profundidad de las ventajas centrales de esta tecnología y su impacto en la industria de pruebas de baterías.
Recuperación de energía y mejora de la eficiencia del sistema
El defecto principal del sistema tradicional de prueba de baterías se encuentra en la baja tasa de utilización de energía. Durante el proceso de prueba de descarga, la energía liberada por la batería generalmente se convierte en disipación de calor, y la eficiencia de utilización de energía del sistema está cerca de cero. El sistema de prueba que adopta convertidores bidireccionales ha cambiado por completo esta situación:
• Reciclaje de energía: la energía generada por la descarga de la batería se vuelve a reembolsar a la red eléctrica u otras unidades de prueba
• Reducir significativamente el consumo de energía: la tasa de recuperación de energía puede alcanzar más del 90%, reduciendo en gran medida el consumo de energía durante el proceso de prueba
• Reducir los requisitos de disipación de calor: minimice la generación de calor y simplifique el diseño del sistema de enfriamiento
Este enfoque de gestión de energía altamente eficiente es particularmente adecuado para las líneas de producción de baterías a gran escala, lo que puede reducir significativamente los costos operativos y las emisiones de carbono en el proceso de prueba.
El cambio cualitativo en la capacidad de precisión y control de la prueba
La tecnología del convertidor bidireccional ha traído capacidades de precisión y control sin precedentes a las pruebas de batería:
• Control actual de alta precisión: lograr una regulación actual precisa de nivel miliampero para cumplir con los requisitos de prueba de varias baterías
• Capacidad de respuesta dinámica: ajuste rápidamente los parámetros de carga y descarga para simular los cambios de carga en los escenarios de uso real
• Simulación de condición de trabajo compleja: capaz de ejecutar curvas de carga y descarga múltiples para evaluar el rendimiento de la batería en diferentes escenarios de aplicación
Estas ventajas hacen que los resultados de la prueba sean más confiables y proporcionan una base sólida para la evaluación del rendimiento de la batería y el control de calidad.

Integración multifuncional y eficiencia del espacio
Los sistemas modernos de prueba de convertidor bidireccional han logrado una integración multifuncional, que brindan ventajas significativas de espacio y costos:
• Integración de funciones: lograr funciones de carga y descarga de la batería en un solo dispositivo para reducir la cantidad de dispositivos
• Diseño modular: los niveles de potencia se pueden ampliar fácilmente a través de una conexión paralela o reconfiguración, mejorando la flexibilidad del sistema
• Espacio de piso reducido: el diseño integrado reduce los requisitos de espacio del sistema de prueba y optimiza el diseño de laboratorios o líneas de producción
La capacidad de adaptarse a las nuevas tecnologías de batería
Con el rápido desarrollo de la tecnología de la batería, el sistema de prueba debe tener la capacidad de adaptarse a los nuevos tipos de baterías:
• Soporte de la plataforma de alto voltaje: se adapte a los requisitos de prueba de las plataformas de baterías de alto voltaje de 800V y cumpla con los requisitos de desarrollo de la tecnología de carga rápida para nuevos vehículos de energía
• Rango de voltaje amplio: admite varias pruebas de batería de bajo voltaje a alto voltaje, adaptándose al desarrollo de diferentes tecnologías de batería
• Programabilidad: se adapte a los requisitos de prueba de los nuevos tipos de baterías a través de actualizaciones de software para extender la vida útil de los equipos de prueba
Las pruebas estandarizadas están en línea con los estándares internacionales
El sistema de prueba del convertidor bidireccional ayuda a lograr la estandarización de las pruebas de batería:
• Cumplir con los estándares internacionales: admite los métodos de prueba estipulados en estándares internacionales como la serie IEC62660 y la serie ISO12405
• Consistencia de la prueba: asegúrese de que los resultados de las pruebas de baterías de diferentes lotes y diferentes fabricantes sean comparables
• Promover la cooperación internacional: facilitar la alineación de los estándares de pruebas de baterías nacionales con estándares internacionales para mejorar la competitividad internacional de los productos de batería chinos.

Análisis de costo-beneficio
Los beneficios económicos del sistema de prueba del convertidor bidireccional se reflejan principalmente en los siguientes aspectos: