國產化率認證：2024年中國電池測試設備行業應用領域、技術水平、技術特點分析及產業發展趨勢分析-中金企信發布
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報告發布方：中金企信國際咨詢《品牌銷量認證-電池測試設備市場占有率申報證明（2024）-中金企信發布》
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1、電池測試設備應用領域分析：電池測試設備依靠軟硬件組合，通過對可充電電池的充放電管理，記錄分析電池各種模式下充放電過程中的性能指標，以實現對可充電電池或材料的電化學性能測試的功能。
在具備對電池充放電和檢測功能的各類電池測試設備中，因設備功能側重點、穩定性要求、測試功能的多樣性差異、自動化設備配置程度的不同等，可大致分為面向研究、質檢領域的電池測試設備，以及用于產線化成、分容的電池測試設備。
在研究及質檢應用方面，電池及材料測試指標多、測試精度要求髙，同時，測試周期可能較長，例如循環性能測試時間可長達數周，對電池測試設備的測試精度、穩定性、軟硬件性能等要求更高。目前，該領域的主要設備廠商有美國Arbin儀器公司、美國Maccor公司、武漢藍電、深圳新威、瑞能股份等。
就生產領域來講，工業生產下的電池測試主要用于電池化成、分容。化成是指電池制作完成后，必須經過至少一個充放電循環，使得電池電極表面生成有效的鈍化膜，并使電池內部活性物質轉化為具有正常電化學作用的物質。分容是指電池按容量梯度分類，將性能相近的電池分組，以容量為標準進行電池配組，降低電池組內各個電池的單體差異性，提高電池組的整體性能。化成和分容主要應用于大規模工業生產，測試電池數量大，測試設備專注于節能和電池測試大批量控制，對于測試精度和測量范圍要求相對較低，但對設備或其配套體系的自動化要求更高。
2、電池測試行業技術水平、技術特點：
（1）行業技術水平：從技術水平角度看，電池測試行業是以硬件為載體，融合嵌入式軟件、上位機軟件和數據庫等為一體，與電池應用緊密相關的行業。本行業涉及的技術領域包括：電力電子技術、信息電子技術、自動控制理論、軟件編程技術等。
電力電子技術是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，電池測試設備本質上也是一種電力電子裝置，該裝置通過控制輸入側與輸出側電壓及電流，實現對電池的測試功能。在電池測試設備的制造過程中，涉及到電力電子器件的選型及相關驅動電路設計、常用功率變換電路（整流電路、雙向直流變換電路、逆變電路）的設計，要應用功率因數校正技術、軟開關技術、線性電源與開關電源等方面技術，這些都涉及電力電子技術的基本原理及應用。
信息電子技術包括模擬電子技術與數字電子技術，其實質是通過電子電路實現模擬信號和數字信號的相互轉換。在進行電池充放電測試過程中：一方面，電池參數檢測模塊對檢測到的模擬信號進行數字轉換，傳輸到主控制器，系統對其進行數字化處理，即“模-數轉換”；另一方面，計算機輸出的數字信號需要轉換為能夠驅動電池進行充放電的模擬信號，即“數-模轉換”。為了保證數據處理結果的準確性與及時性，必須設計合理的電路結構，包括信號調理電路、放大電路、濾波電路、信號轉換電路等，才能保證足夠的轉換精度和速度，這些離不開信息電子技術的理論支持。
自動控制理論是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置，使設備自動按照預定的規律運行。在大規模電池測試過程中，由于檢測時間較長、檢測對象較多，檢測方法多樣，因此一般采用自動運行模式。與此同時，上位機監控軟件需要對電池充放電測試過程進行自動控制，對電池的運行狀態進行實時監控，包括網絡狀態、模塊運行狀態及電池參數進行實時反饋。為了達成上述控制目的，需要應用到自動控制相關理論，包括系統的閉環控制，傳遞函數等。
軟件編程技術：電池測試系統軟件一般分為上位機軟件、下位機軟件。上位機軟件負責工藝流程的編寫，下發，測試數據接收和測試數據分析，以及測試設備硬件參數的校準等。下位機軟件負責執行各項流程、命令。軟件系統的核心功能是要使電池檢測參數最大程度的接近真實值。這是由于電池測試過程中，通過數模轉換及放大器等元器件不可避免會帶來固定偏差，同時也存在隨機誤差。為了降低這些誤差對檢測精度的干擾，需要在軟件程序中加入校準程序和數字濾波程序來消除誤差，實現高精度檢測，使檢測值最大程度的接近真實值。一般要通過反復試驗建立數學模型，編寫通道誤差自校準程序，通過精選算法對數據進行處理，最大程度還原真實值。
（2）行業技術特點：電池測試設備在對電池進行充電測試階段，需要通過整流器，將交流電轉換成穩定的直流電，再通過雙向DC/DC變換器將電流降壓，用于電池的充電測試。在對電池進行放電測試階段，通過雙向DC/DC變換器將電流升壓，再通過逆變器，將直流電轉化為交流電回饋電網。
對于小、微小功率的電池測試設備，主要技術原理是利用MOSFET管工作在線性工作區，通過調節MOSFET管的柵極驅動電壓，實現恒流或恒壓過程。小、微小功率電池測試設備技術難點在于既要保證電流信號的精度還要保證電池充放電的啟動時間達到毫秒級，以及電池充電到放電或放電到充電時的快速切換，切換時間也要達到毫秒級。與此同時，數據記錄上要求能夠做到10ms記錄或更高記錄速度，控制也要做到實時響應，從而能夠保證電池的容量、電壓的準確記錄。此外，由于電池測試時間較長，數據處理量大，要求設備做到連續數日穩定運行。并且電池測試過程中，對數據后處理能力要求較高，因為上位機軟件要控制多個測試通道，大量數據要求上傳服務器并進行數據庫存儲，同時支持多工藝文件統一下發和控制。因此需要一個穩定的軟件架構和一個高精度、高穩定性、快速響應的硬件系統。對于大功率的電池測試設備，由于功率較大，如果采用小功率設備的技術路線，則充電效率較低且散熱較大。因此，大功率設備目前多采用開關型能量回饋型拓撲結構。大功率的電池測試設備技術難點在于既要滿足較大的電流跨度和較小的電流紋波，也要達到毫秒級的電流響應速度和電流切換速度。
同時，當電池處于過充、過放、過流、過壓、反接狀態時，要求硬件能夠及時快速響應，做到安全防護。行業發展趨勢從行業宏觀層面來看，進口替代效應日趨明顯，電池測試設備國產化率正逐步提升。一是國產設備的性能參數取得長足進步。近年來，在相關理論研究推動和產業政策支持背景下，我國電池測試行業技術上不斷提升，相關產品的檢測精度、響應速度、采樣速率不斷提高，產品創新能力持續提高，正逐步縮小與國外先進技術的差距；二是國產設備具備更強的產品適應性。雖然歐美設備研發起步早，設備精度高、性能優越，但其在電池型號適應性方面有較大的局限性，設備適用范圍窄，難以適應國內型號眾多的電池測試需求；三是國產設備商對于客戶需求具備更強的快速反應能力，國產設備商憑借本土化的關系網絡，已經建立成熟的客戶服務體系，能夠對客戶存在的問題做出快速反應，面對客戶的各項定制化需求能及時滿足。四是國產設備更具價格優勢，當前國外電池測試設備售價十分昂貴，是國產設備的數倍甚至十倍以上，下游客戶為降低成本，存在較為強烈的國產設備替代需求。
3、產業發展趨勢分析：從國內電池測設設備市場規模來看，在電池研發及質檢領域，根據中金企信統計數據，2023年中國研發及質檢領域電池測試設備市場規模由2022年的36億元增加到45億元，預計2025年市場規模達到96億元。化成及分容用電池檢測設備方面，2023年中國化成分容領域電池檢測設備市場規模由2022年的153億元增加到156.0億元，預計2026年市場規模達到296.0億元。
從具體技術層面來看，當前鋰電池細分市場迅速拓展，船舶、輕型車、通訊后備電源、電動工具、ETC、TWS、48V微混等細分領域正在進入技術變革期，客觀要求電池不斷向體積小、重量輕、功率高、容量大、壽命長、安全性能好方向發展，對電池測試設備的要求也隨之提高，行業技術呈現以下發展趨勢：向高精度、高可靠性方向發展。隨著電池應用領域的日益拓寬，一方面需要電池能夠承受各種極端環境的考驗，無論高溫低溫環境，均能保持正常能量密度、循環壽命。
另一方面，電動汽車、無人機、機器人、儲能領域等新興高端鋰電池應用領域迅速發展，其對續航里程的估算等各項指標的精細化程度日益提高，對鋰電池的電池容量、一致性、循環壽命及放電倍率等品質要求更為嚴格。因此行業對電池測試系統檢測精度和穩定性的要求不斷提升，目前武漢藍電高精度電池測試設備的電壓、電流測試精度可以達到萬分之一，已經為行業領先水平。
1）向高電壓、大功率方向發展。隨著電池在大容量儲能電站、城市軌道列車以及混合動力動車組等大功率場合的應用，電池電壓等級不斷提高，行業對于電池測試設備的需求向高電壓、單機大功率方向發展。如直流測試電源電壓等級從幾十伏向800V逐步發展到1000V、1500V、2000V，有些領域達到4500V甚至更高，單機功率也從幾千瓦向幾百千瓦轉變，對電池測試設備在大功率環境下的輸出穩定性、安全性提出了更高要求。
2）向多參數檢測、多功能檢測發展，需要電池測試設備能夠檢測電壓、電流、溫度、安時以外更多的電池參數，如電池荷電狀態（SOC）、電池內阻等；同時檢測功能多樣化，從單一的電源輸出功能向應用場景仿真和實際工況模擬輸出轉變。隨著電池應用領域的擴展、各項電池材料技術的革新及制造工藝的進步，電池種類及其參數指標不斷變化，下游應用領域對電池性能指標的要求愈發多樣化。例如新能源汽車等動力領域較為注重電池的續航能力及安全性；智能電網等儲能領域較為注重鋰電池的循環壽命；航天航空等新領域較為注重鋰電池在惡劣環境下或失重環境下使用的穩定性。行業內企業將根據電池品種和應用領域的檢測要求進行針對性的產品研發，要求電池測試設備具備多參數、多功能的檢測能力，滿足各類企業的使用要求。
3）向低成本、節能方向發展，以滿足充放電設備大規模檢測的需要。目前，傳統能耗式大功率充放電鋰電池測試系統，在充放電過程中需消耗大量電能，隨著動力電池、超級電容、大功率儲能電池的推廣應用，傳統電池測試設備在實際檢測中的高能耗問題日益凸顯。在政府節能環保政策與企業降本增效的驅動之下，下游客戶對低能耗電池測試設備的需求與日俱增。行業亟待提高檢測設備在充放電過程中的能量利用效率，采用諸如能量回饋技術等技術以大幅度降低能量消耗，電池測試設備未來必須具有更高效充放電效率與能量回收功能。
4）向網絡化、智能化方向發展。隨著數字化測試技術的迅猛發展，數字化控制的電池測試裝置迅猛發展，電池測試設備開始由計算機后臺進行綜合控制，構建起基于虛擬技術的自動測試系統。伴隨下游鋰電池制造環節自動化程度的提高以及智能制造體系的建立，企業對電池測試系統在數據收集、電池充放電程序編寫、檢測數據自動存儲和管理功能等智能化方面有更加迫切的要求。