배터리 테스트 기술 및 AC/DC 양방향 변환기 기술의 통합 개발에 관한 보고서

배터리 테스트 기술의 개발 이력
배터리 테스트 기술은 수동 테스트, 자동 테스트 및 지능형 테스트의 세 가지 주요 개발 단계를 거쳤습니다. 각 단계는 기술과 방법론의 상당한 도약을 나타냅니다.
매뉴얼에서 지능형으로의 기술 진화
조기 배터리 테스트는 주로 수동 작동에 의존했으며 기술자는 데이터를 수동으로 기록하고 분석해야했습니다. 이 단계의 특성은 다음과 같습니다.
테스트 프로세스는 수동 작동 및 모니터링에 크게 의존합니다.
데이터 수집 및 분석의 효율성은 낮습니다
시험 결과는 인적 요소에 취약하다
장기 또는 대규모 테스트를 수행하는 것은 어렵습니다

컴퓨터 기술의 개발로 배터리 테스트는 자동화 단계 (1990 년대부터 2010 년대까지)에 들어갔다. 이 기간의 주요 특성은 다음과 같습니다.
테스트 프로세스의 자동화를 달성하기 위해 컴퓨터 제어 시스템을 소개합니다.
전용 배터리 테스트 장비 및 소프트웨어를 개발하십시오
표준화 된 테스트 방법 및 절차를 설정하십시오
테스트의 정확성과 반복성이 향상되었습니다.
이 단계의 진보는 배터리 테스트의 효율성을 크게 향상시켜 배터리 기술의 빠른 개발을 강력하게 지원했습니다. 자동화 된 테스트 시스템은 복잡한 충전 및 방전주기 테스트를 수행하고 데이터를 자동으로 기록하고 분석 할 수 있습니다 [8].
현재 배터리 테스트 기술은 (2020 년대부터 현재까지) 지능적인 단계에 들어 왔으며 주요 기능은 다음과 같습니다.
배터리 성능을 예측하고 배터리 수명을 평가하기 위해 인공 지능 및 빅 데이터 기술을 적용하십시오.
테스트 정확도를 향상시키기 위해 비파괴 테스트 기술 및 마이크로-나노 테스트 기술 개발
배터리 설계, 제조, 재활용 및 기타 링크와 테스트를 면밀히 통합합니다.
• 전체 수명주기 테스트 강조 [8]
이 단계에서 기계 학습 알고리즘은 배터리주기 수명 예측에 널리 적용됩니다. 연구에 따르면 기존의 기계 학습 알고리즘은 제한된 데이터를 다룰 때 매우 잘 수행됩니다. 예를 들어, 임의의 산림 회귀자는 9.8% 이상의 평균 절대 백분율 오차를 달성 할 수 있습니다 [4].
세 단계의 효율성, 정확성 및 비용 비교
다른 단계의 배터리 테스트 기술은 효율성, 정확도 및 비용 측면에서 상당한 차이를 가지고 있습니다.

AC/DC 양방향 변환기 : 테스트 기술의 혁신
최근에는 배터리 테스트에서 AC/DC 양방향 변환기의 적용은 중요한 기술 혁신을 나타냅니다. 이 기술은 다음을 달성 할 수 있습니다.
• 충전 프로세스 : AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 배터리 충전
• 배출 공정 : 배터리의 DC 전기 에너지를 AC 전기 에너지로 변환
• 에너지 회복 : 에너지 활용 효율을 향상시키기 위해 전력망으로 다시 배출하여 생성 된 에너지를 공급하십시오.

전통적인 배터리 테스트 시스템에서 방전 에너지는 일반적으로 열로 소산되고 시스템 효율은 0%입니다. 양방향 AC-DC 컨버터를 사용함으로써 소산 에너지를 시스템으로 되돌려 배터리 테스트 충전 에너지의 재활용을 달성하고 시스템 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다 [24].
시장 전망 및 개발 동향
AC/DC 양방향 변환기는 배터리 테스트 시장에서 광범위한 개발 전망을 가지고 있으며 2025 년에서 2031 년까지 안정적인 성장을 유지할 것으로 예상됩니다.

배터리 테스트 기술은 향후 다음 방향으로 개발 될 것입니다.
테스트 기술의 인텔리전스 및 자동화 수준은 지속적으로 향상되고 있습니다.
2. 테스트 기술은 높은 정밀, 고효율 및 저렴한 비용으로 발전하고 있습니다.
3. 테스트 기술은 배터리 제조 공정과 밀접하게 통합되어 생산 공정에서 실시간 모니터링 및 품질 관리를 달성합니다.
4. 솔리드 스테이트 배터리 및 리튬 공화 배터리와 같은 새로운 유형의 배터리의 개발 요구를 충족시키기 위해 새로운 배터리 테스트 기술 개발 [8]
배터리 기술의 지속적인 혁신으로 테스트 기술은 간단한 용량 테스트 및 방전 테스트에서 복잡한 열 관리 및 안전 평가에 이르기까지 진화하여 배터리 산업의 건강한 개발을 강력하게 지원할 것입니다.

배터리 테스트 기술의 최신 진보
2024 년에 배터리 테스트 기술은 인텔리전스, 효율성 및 표준화의 개발 추세를 보여주고 있으며 여러 혁신적인 기술이 배터리 테스트 분야를 재구성하고 있습니다.
인공 지능 및 기계 학습의 응용
배터리 테스트에서 인공 지능 기술을 적용하는 데 상당한 진전이있었습니다. 머신 러닝 알고리즘은 배터리주기 수명 예측, 특히 임의의 숲 리퍼리더에서 예외적으로 잘 작동하며, 이는 9.8%이상의 평균 절대 백분율 오차를 달성 할 수 있습니다. 이러한 알고리즘은 데이터 세트의 추세를 효과적으로 이해하고 배터리 성능 평가를위한 신뢰할 수있는 기초를 제공 할 수 있습니다 [4].

전기 화학 임피던스 분광 분석 기술의 진행
2024 년에 배터리 테스트에서 전기 화학적 임피던스 분광기 (EIS) 분석 기술의 적용이 더 널리 퍼질 것입니다. 이 기술은 배터리의 내부 저항을 측정함으로써 배터리의 충전 및 방전 효율 및 열 생성과 같은 매개 변수를 평가하여 배터리 성능 평가에 중요한 기초를 제공 할 수 있습니다 [8].
AC/DC 양방향 변환기의 기술 혁신
배터리 테스트 분야에서 AC/DC 양방향 변환기를 적용하는 것은 2024 년의 중요한 기술 혁신입니다.이 기술은 배터리 테스트 프로세스 중에 에너지 흐름을 달성 할 수있어 테스트 시스템의 에너지 활용 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.

전통적인 배터리 테스트 시스템에서 방전 에너지는 일반적으로 열로 소산되고 시스템 효율은 0%입니다. 양방향 AC-DC 변환기를 사용함으로써 소산 에너지를 시스템으로 되돌려 배터리 테스트 충전 에너지의 재활용을 달성 할 수 있습니다. 실험에 따르면이 기술을 채택한 컨버터는 300W 입력 (배터리 충전)에서 92.9%, 1500W 출력 (버스 바 지원)에서 93.6%의 효율이 높습니다 [21].
표준화 된 테스트 방법의 개선
2024 년에는 배터리 테스트 표준 시스템이 더욱 완전 할 것이며 국제 표준은 점차 국내 표준과 일치 할 것입니다. 주요 표준에는 IEC62660 시리즈, ISO12405 시리즈 및 GB/T31484-2015 등이 포함됩니다. 이러한 표준에는 배터리 용량 테스트, 사이클 라이프 테스트 및 안전 테스트와 같은 여러 측면이 포함됩니다 [13].

새로운 에너지 차량의 배터리 기술의 혁신
2024 년에 새로운 에너지 차량의 배터리 기술, 특히 에너지 밀도, 충전 속도 및 사이클 수명 측면에서 주요 혁신이 이루어졌습니다. 배터리의 에너지 밀도가 크게 증가했습니다. 예를 들어, Tesla의 4680 배터리의 에너지 밀도는 300WH/kg에 도달했으며 CATL의 Qilin 배터리의 에너지 밀도는 304Wh/kg에 도달했습니다. 충전 속도는 또한 질적 도약을 달성했습니다. 800V 고전압 플랫폼 기술을 통해 충전 전력은 500kW에 도달하여 충전 시간이 크게 줄어 듭니다 [11].
배터리 형성 및 테스트 시장이 증가하고 있습니다
전기 자동차의 배터리 형성 및 테스트에 대한 세계 시장 규모는 2023 년에 약 1,34120 만 달러였으며 향후 6 년 동안 연간 연간 연간 17.5%의 복합 비율로 성장할 것으로 예상되며 2030 년까지 5,865.8 백만 달러에이를 것으로 예상됩니다. 시장 성장은 주로 고위 충전 기능에 대한 수요가 증가함에 따라 주도하고있다.

결론적으로, 2024 년에 배터리 테스트 기술은 인텔리전스, 효율성 및 표준화의 개발 경향을 보여줄 것입니다. AC/DC 양방향 변환기 기술의 적용, 인공 지능 알고리즘의 도입 및 표준 시스템의 개선은 배터리 테스트 기술의 빠른 개발을 공동으로 촉진하여 배터리 산업의 건전한 개발을 강력하게 지원했습니다.
배터리 테스트 기술 표준 시스템 비교 가정 및 해외
배터리 테스트 표준은 배터리 성능, 안전 및 안정성을 보장하기위한 중요한 보장입니다. 글로벌 전기 자동차 및 에너지 저장 시장의 빠른 개발로 인해 국내외의 배터리 테스트 표준 시스템도 지속적으로 개선되고 있습니다. 이 기사는 국내 및 외국 배터리 테스트 기술 표준 시스템의 차이점을 분석합니다.
국제 배터리 테스트 표준 시스템
국제 배터리 테스트 표준은 주로 국제 전기 기술위원회 (IEC), 국제 표준화기구 (ISO), ULS (Underwriters Laboratories), 자동차 엔지니어 협회 (SAE) 및 유럽 연합의 관련 기관에 의해 공식화됩니다 [13].
IEC가 발행 한 전력 리튬 이온 배터리에 대한 표준에는 주로 IEC62660-1 : 2010 "전기 도로 차량 용 리튬 이온 전원 배터리 셀-파트 1 : 성능 테스트"및 IEC62660-2 : 2010 "전기 도로 차량 용 리튬 이온 전원 배터리 셀 : 신뢰성 및 학대 테스트". 이 표준은 주로 개별 배터리 셀의 성능 및 안전 테스트를 목표로합니다 [13].
ISO에 의해 공식화 된 표준에는 ISO12405 시리즈가 포함되며, 이는 고출력 배터리의 경우 ISO12405-1, 고 에너지 배터리의 경우 ISO12405-2 및 안전성 성능 요구 사항의 경우 ISO12405-3의 세 부분으로 나뉩니다. 목표는 차량 제조업체에게 선택적 테스트 품목 및 방법을 제공하는 것입니다 [13].
미국의 UL2580 표준은 주로 배터리 남용의 신뢰성과 남용이 피해를 입을 때 인력을 보호하는 능력을 평가합니다. 배터리 남용 테스트 용 SAEJ2464, 배터리 시스템 안전 표준의 경우 SAEJ2929, 배터리 진동 테스트 등의 SAEJ2380을 포함하여 SAE 표준 시스템이 더 완전합니다 [13]

중국 배터리 테스트 표준 시스템
중국의 배터리 테스트 표준 시스템은 비교적 늦게 시작되었지만 빠르게 발전했습니다. 2001 년 자동차 표준화위원회는 전기 자동차에서 리튬 이온 배터리 테스트를위한 중국 최초의 안내 기술 문서, GB/Z18333.1 : 2011 "전기 도로 차량 용 리튬 이온 배터리"[13]를 발표했습니다.
2006 년, 산업 정보 기술부는 2012 년에 개정 된 전기 자동차를위한 QC/T743 "전기 자동차를위한 리튬 이온 전력 배터리"를 발행했습니다. 이러한 초기 표준은 주로 단량체 및 모듈 수준을 대상으로했으며 상대적으로 좁은 응용 범위를 가졌습니다 [13].
2015 년, 중화 인민 공화국의 표준화 관리는 일련의 표준을 공표했습니다. GB/T31484-2015 "전기 자동차의 전력 배터리에 대한주기 수명 요구 사항 및 테스트 방법", GB/T31485-2015 "전기 자동차의 전력 배터리에 대한 안전 요구 사항 및 테스트 방법", GB/T31486-2015 "전기 자동차의 전기 성능 요구 사항 및 전력 배터리 용 전력 배터리 및 GB/T31 [13].
국내 및 외국 표준 시스템의 주요 차이점
1. 표준 시스템의 완전성 : 국제 표준 시스템은 배터리의 모든 측면을 다루는 국제 표준 시스템이 더 완전하지만, 중국 표준 시스템은 빠르게 발전하고 있지만 여전히 지속적으로 개선되고 있습니다 [14].
2. 테스트 방법의 초점 : 국제 표준은 UL 및 SAE 표준과 같은 배터리의 안전 및 신뢰성 테스트에 더 중점을 둡니다. 반면에 중국 표준은 배터리의 성능 및 사이클 수명 테스트에 더 많은주의를 기울입니다 [13].
3. 표준 업데이트 빈도 : 국제 표준은 빠르게 발전하는 배터리 기술에 적응하도록 자주 업데이트됩니다. 중국 표준의 업데이트는 상대적으로 느리지 만 최근 몇 년 동안 업데이트 속도가 가속화되었습니다 [14].
4. 테스트 조건의 엄격함 : 일부 시험 항목에서 중국 표준의 시험 조건은 중국의 특별 기후 및 도로 조건에 적응하는 데 더 엄격 할 수 있습니다 [13].
5. 표준의 국제화 정도 : 중국은 배터리 테스트 표준의 국제화를 적극적으로 홍보하고 국내 표준과 국제 표준의 조정을 촉진하며 중국 배터리 제품의 국제 경쟁력을 향상시킨다 [14].
배터리 기술의 지속적인 개발과 응용 프로그램 시나리오의 확장으로 배터리 테스트 표준 시스템도 지속적으로 개선 될 것입니다. 국내 및 외국 표준의 차이점은 점차 좁아 질 것이며 공동으로 글로벌 배터리 산업의 건전한 개발을 촉진합니다.

배터리 테스트에서 AC/DC 양방향 변환기의 적용
AC/DC 양방향 변환기는 배터리 테스트 분야에서 광범위한 응용 프로그램 전망을 가지고 있으며 양방향 에너지 흐름 특성은 배터리 테스트에 혁신적인 변화를 가져 왔습니다.
에너지 복구 유형 배터리 테스트 시스템
전통적인 배터리 테스트 시스템에서 배터리 방전 중에너지는 일반적으로 열로 소산되고 시스템 효율은 0%입니다. 양방향 AC/DC 변환기를 사용하는 테스트 시스템은 에너지의 재활용을 달성 할 수 있습니다.
• 충전 단계 : AC 그리드 전력을 DC 전원으로 변환하여 배터리 충전
• 배출 단계 : 배터리의 DC 전원을 AC 전원으로 다시 변환하여 전원 그리드로 공급합니다.
에너지 회복 속도는 90%이상 높아 테스트의 에너지 소비를 크게 감소시켰다 [21].
이 에너지 복구 유형 테스트 시스템은 대규모 배터리 생산 라인의 테스트 프로세스에 특히 적합하며 운영 비용을 크게 줄일 수 있습니다.
배터리주기 수명 테스트
양방향 AC/DC 변환기는 배터리주기 수명 테스트에서 중요한 역할을합니다.
실제 사용 시나리오를 시뮬레이션하기 위해 정확하게 제어되는 충전 및 방전주기를 달성하십시오.
테스트 조건의 일관성을 보장하기 위해 고정밀 전류 및 전압 제어를 지원합니다.
• 다양한 작업 조건에서 배터리 성능을 평가하기 위해 복잡한 충전 및 방전 곡선을 수행 할 수 있습니다 [8]

배터리 백업 시스템 (BBU) 테스트
양방향 AC/DC 변환기는 테스트 및 확인을 위해 배터리 백업 시스템의 인터페이스로 사용할 수 있습니다.
전원 그리드 실패 시나리오 시뮬레이션 배터리 팩의 장비 기능 유지 능력을 테스트합니다.
방전 중에 배터리 팩의 전압 방울을 모니터링하고 버스 전압을 유지하기위한 전력 변환 인터페이스의 능력을 확인하십시오.
단일 장치에서 배터리 충전 및 버스 바 인터페이스 기능을 실현하여 비용 및 크기 이점을 얻습니다 [21]
전기 자동차 배터리 테스트
전기 자동차 배터리 테스트 분야에서 양방향 AC/DC 변환기는 고유 한 장점이 있습니다.
빠른 충전 및 느린 충전 시나리오를 포함하여 차량의 충전 및 배출 조건 시뮬레이션
• 800V 고전압 플랫폼에서 배터리 성능을 테스트하십시오. 예를 들어, Zeekr 007의 충전 전력은 800V 고전압 플랫폼에서 500kW에 도달 할 수 있습니다 [11]
다른 온도 및 하중 조건에서 배터리의 성능을 평가하십시오.
고효율 테스트 플랫폼
새로 개발 된 양방향 AC/DC 컨버터 테스트 플랫폼은 상당한 효율성 이점이 있습니다.
배터리를 충전 할 때 효율은 최대 92.9%(300W)에 도달 할 수 있습니다.
버스 바를지지 할 때 효율은 93.6%(1500W)에 도달합니다.
재구성 또는 병렬 연결을 통해 더 높은 전력 레벨을 쉽게 달성 할 수 있습니다 [21].

에너지 저장 시스템 테스트
에너지 저장 시스템 테스트에서 3 포트 양방향 AC/DC 변환기는 유연한 테스트 솔루션을 제공합니다.
DC-BUS 포트, DC 입력 포트 및 AC 포트의 세 가지 인터페이스를 제공합니다.
배터리 전압이 AC 전압의 피크 진폭보다 낮은 상황을 지원합니다.
• 에너지 저장 시스템과 전력망 사이의 양방향 에너지 교환 테스트를 수행합니다 [6]
양방향 AC/DC 컨버터 기술의 적용은 배터리 테스트의 효율성과 정확성을 향상시킬뿐만 아니라 테스트 비용을 줄여 배터리 기술의 빠른 개발을 강력하게 지원합니다. 배터리 기술의 지속적인 혁신으로 배터리 테스트 분야에서 양방향 AC/DC 컨버터의 적용이 더 널리 퍼질 것입니다.
양방향 AC/DC 컨버터 배터리 테스트 시스템의 장점
양방향 변환기 기술은 배터리 테스트 분야의 혁신적인 변화를 가져 왔으며 혁신적인 에너지 관리 방법을 통해 테스트 시스템의 효율성과 성능을 크게 향상 시켰습니다. 이 기사는이 기술의 핵심 장점과 배터리 테스트 산업에 미치는 영향에 대한 심층 분석을 수행합니다.
에너지 회복 및 시스템 효율성 개선
기존 배터리 테스트 시스템의 주요 결함은 에너지 활용률이 낮습니다. 방전 테스트 과정에서 배터리에 의해 방출되는 에너지는 일반적으로 열 소산으로 변환되며 시스템의 에너지 활용 효율은 0에 가깝습니다. 양방향 변환기를 채택한 테스트 시스템은이 상황을 완전히 변경했습니다.
• 에너지 재활용 : 배터리 방전에 의해 생성 된 에너지는 전력망 또는 기타 테스트 장치로 공급됩니다.
• 에너지 소비 감소 : 에너지 회복 속도는 90%이상에 도달하여 테스트 과정에서 에너지 소비가 크게 줄어 듭니다.
• 열 소산 요구 사항 감소 : 열 생성을 최소화하고 냉각 시스템의 설계를 단순화합니다.
이 고효율 에너지 관리 접근 방식은 대규모 배터리 생산 라인에 특히 적합하여 테스트 프로세스에서 운영 비용과 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.
테스트 정확도 및 제어 기능의 질적 변화
양방향 변환기 기술은 전례없는 정밀도 및 제어 기능을 배터리 테스트에 가져 왔습니다.
• 고정밀 전류 제어 : 다양한 배터리의 테스트 요구 사항을 충족하기 위해 Milliampere 수준의 정확한 전류 규정을 달성합니다.
• 동적 응답 기능 : 실제 사용 시나리오의 부하 변경을 시뮬레이션하기 위해 충전 및 배출 매개 변수를 신속하게 조정합니다.
• 복잡한 작업 조건 시뮬레이션 : 다양한 응용 프로그램 시나리오에서 배터리의 성능을 평가하기 위해 다중 충전 및 배출 곡선을 실행할 수 있습니다.
이러한 장점은 테스트 결과를보다 신뢰할 수있게하고 배터리 성능 평가 및 품질 관리를위한 견고한 기초를 제공합니다.

다기능 통합 및 공간 효율
최신 양방향 컨버터 테스트 시스템은 다기능 통합을 달성하여 상당한 공간과 비용 이점을 가져 왔습니다.
• 기능 통합 : 단일 장치에서 배터리 충전 및 방전 기능을 달성하여 장치 수를 줄입니다.
• 모듈 식 설계 : 병렬 연결 또는 재구성을 통해 전력 레벨을 쉽게 확장하여 시스템 유연성 향상
• 바닥 공간 감소 : 통합 설계는 테스트 시스템의 공간 요구 사항을 줄이고 실험실 또는 생산 라인의 레이아웃을 최적화합니다.
새로운 배터리 기술에 적응하는 능력
배터리 기술의 빠른 개발로 테스트 시스템은 새로운 유형의 배터리에 적응할 수 있어야합니다.
• 고전압 플랫폼 지원 : 800V 고전압 배터리 플랫폼의 테스트 요구 사항에 적응하고 새로운 에너지 차량의 빠른 충전 기술의 개발 요구 사항을 충족합니다.
• 넓은 전압 범위 : 저전압에서 고전압까지 다양한 배터리 테스트를 지원하여 다양한 배터리 기술의 개발에 적응합니다.
• 프로그래밍 가능성 : 소프트웨어 업데이트를 통해 새로운 유형의 배터리 테스트 요구 사항에 적응하여 테스트 장비의 서비스 수명을 연장합니다.
표준화 된 테스트는 국제 표준과 일치합니다
양방향 변환기 테스트 시스템은 배터리 테스트의 표준화를 달성하는 데 도움이됩니다.
• 국제 표준 준수 : IEC62660 시리즈 및 ISO12405 시리즈와 같은 국제 표준으로 규정 된 테스트 방법을 지원합니다.
• 테스트 일관성 : 다른 배치 및 다른 제조업체의 배터리 테스트 결과가 비슷한 지 확인
• 국제 협력 촉진 : 국내 배터리 테스트 표준과 국제 표준의 정렬을 촉진하여 중국 배터리 제품의 국제 경쟁력을 향상시킵니다.

비용-편익 분석
양방향 변환기 테스트 시스템의 경제적 이점은 주로 다음 측면에 반영됩니다.