报告发布方：中金企信国际咨询《2024-2029年电池测试设备市场全景监测调研及发展策略研究预测报告-中金企信发布》
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1、电池测试设备的应用领域与主要功能
（1）电池测试设备的应用领域：电池测试设备依靠软硬件组合，通过对可充电电池的充放电管理，记录分析电池各种模式下充放电过程中的性能指标，以实现对可充电电池或材料的电化学性能测试的功能。
在具备对电池充放电和检测功能的各类电池测试设备中，因设备功能侧重点、稳定性要求、测试功能的多样性差异、自动化设备配置程度的不同等，可大致分为面向研究、质检领域的电池测试设备，以及用于产线化成、分容的电池测试设备。
在研究及质检应用方面，电池及材料测试指标多、测试精度要求髙，同时，测试周期可能较长，例如循环性能测试时间可长达数周，对电池测试设备的测试精度、稳定性、软硬件性能等要求更高。目前，该领域的主要设备厂商有美国Arbin仪器公司、美国Maccor公司、武汉蓝电、深圳新威、瑞能股份等。
就生产领域来讲，工业生产下的电池测试主要用于电池化成、分容。化成是指电池制作完成后，必须经过至少一个充放电循环，使得电池电极表面生成有效的钝化膜，并使电池内部活性物质转化为具有正常电化学作用的物质。分容是指电池按容量梯度分类，将性能相近的电池分组，以容量为标准进行电池配组，降低电池组内各个电池的单体差异性，提高电池组的整体性能。化成和分容主要应用于大规模工业生产，测试电池数量大，测试设备专注于节能和电池测试大批量控制，对于测试精度和测量范围要求相对较低，但对设备或其配套体系的自动化要求更高。当前国内电池化成、分容市场上，主要由国内企业占据，代表性公司有杭可科技、星云股份、珠海泰坦新动力电子有限公司（先导智能子公司）、瑞能股份等。
电池测试设备所处行业产业链情况：
（2）电池测试设备的主要功能：电池测试设备是检测电池化学性能的主要设备，电池化学性能包括电池容量、电压特性、内阻、自放电、温度性能、循环性能等。电池测试设备主要功能包括：
①放电性能与容量测试：在电池放电性能测试中，测量电池的放电时间和工作电压、终止电压等参数。常见的放电方式是恒电流放电、恒电阻放电、恒功率放电。电池放电性能受放电方式、放电电流、放电终止电压、环境温度影响，只有在相同条件下的测试结果才具有可比性。测定化学电源放电性能后，可据此计算其容量，常用的容量测定方法是恒流放电，通过电流与放电时间的乘积就可以得到化学电源容量。
②充电性能测试：充电过程中需要研究的参数包括充电电压的高低、充电终止电压、充电效率等。化学电源的充电方式主要是恒电流充电和恒电压充电。常见的化学电源中，铅酸电池、MH-Ni电池、Cd-Ni电池等多采用恒电流方式充电，而锂离子电池考虑到安全性等问题，常采用先恒电流再恒电压的方式充电。充电效率也称为充电接受能力，是指电池充电过程中用于活性物质转化的电能与充电时所消耗的总电能之比。充电效率越高，表示电池接受充电的能力越强。充电终止电压是衡量化学电源充电性能的重要参数。充电电压较低、变化速率较慢，则说明电池在充电过程中的极化较小，充电效率较高，电池的使用寿命就可能更长。较高的充电终止电压，说明电池内阻较大，电池内压和温度较高，对锂离子电池则可能导致电解液分解和活性物质的不可逆相变，使电池性能恶化。
③循环性能测试：对于二次电池，循环寿命是很重要的指标。循环寿命也称为循环耐久性，测试方法与充放电性能测试基本一致，只是在寿命测试过程中要反复重复充放电测试过程，直到容量降低到某一规定值。在电池寿命的测试中，电池容量并不是衡量电池循环寿命的唯一指标，还应该综合考虑其电压特性、内阻变化等。循环性能良好的电池，在经过多次循环后，不仅要容量衰减不超过规定值，其电压特性也应该无大的衰减。
④自放电与储存性能测试：电极自放电会导致化学电源在储存过程中容量下降。引起自放电的原因较多，如电极的腐蚀、活性物质的溶解以及电极上歧化反应的发生等。温度对自放电有很大影响，温度越高，自放电越大，所以在自放电测试过程中应保持温度稳定。关于储存性能，是由于活性物质的钝化、部分材料的分解变质等原因，引起电池性能衰退。电池储存性能测试的方法，一般是让电池先以恒流放电至终止电压，再以恒流充电固定时间，然后在一定温度和湿度条件下开路储存12个月。储存期满后，电池再以相同条件放电与充电，通过比较前后两次充放电时间，以确定电池储存性能。
⑤内阻测试：内阻的高低直接影响电池的工作电压。在同类型电池中，通常内阻低的电池其电压特性也较好。不同种类的电池其内阻不同，如铅酸蓄电池内阻只有几毫欧，干电池内阻一般为0.2-0.5欧姆。
⑥温度特性测试：根据不同的使用条件和环境，要求化学电源在较宽的温度范围内具有良好的性能。由于电化学反应速率、电解液的黏度与导电性等和环境温度有很大关系，因此高温或低温对电池的充放电电压、充电效率、放电容量等性能都会带来影响。进行高低温检测实验所需的电源设备与充放电性能测试基本一致，只是在恒温箱中测定不同温度下电池的性能。
⑦安全性能测试：安全性是化学电源应用中的重要问题。对于密封型充电电池，在过充或过放的情况下，都会引起气体在电池内的迅速积累，导致内压迅速上升，如果电池安全阀不能及时开启，可能会使电池发生爆裂。因此一个性能优良的电池应有良好的耐过充能力，在一定的过充放程度下，不能出现泄露现象，电池外形也不应发生变化。电池安全性测试项目主要包括震动、短路、跌落、机械冲击、挤压、热滥用、针刺实验、耐高温实验、温度循环等，以模拟电池在各种实际可能环境下的性能，一般要求电池不起火、不爆炸。
2、电池测试行业发展历程：国外公司开发电池测试设备较早，德国Digatron公司于20世纪60年代成立以来即开始进行电池测试设备的研制，20世纪70年代美国亦开始进行电池测试设备研发工作。进入1990年代，随着日本索尼公司研制锂离子电池获得成功以来，电子设备得到迅猛发展，带来锂电池的研发、生产、质检成规模地扩大，市场对电池测试技术的需求日益旺盛。进入21世纪，3C产品、电动工具、新能源汽车等领域对电池需求大幅增长，电池测试行业出现了数字化检测、化成分容、电池及动力电池组检测、电池保护板检测等检测技术。2010年之后，新能源汽车和储能应用产品在国际范围快速发展，电池行业进入高速发展期，电池测试行业随之涌现出工况模拟系统、能量回馈系统和大功率检测系统、BMS检测等新一代产品，行业向自动化、系统化方向迈进。当前数字化电池测试仪器在测试功能的多样性、测试通道的数量、测试性能的优化以及智能化水平等方面取得了长远进步。
欧美国家在电池测试技术方面起步较早，其产品检测精度更高、采样速率更快、电流响应时间更短，但售价昂贵。为打破国外测试设备的垄断，我国一些企业相继投入到电池测试设备的研发生产中，凭借在用户体验和后期维护方面的优势，在市场上逐步建立了良好口碑。目前，受益于国际产业转移以及国家政策的鼓励支持，我国电池工业及配套产业发展迅速。国产电池测试设备的生产研发紧密结合实际应用，围绕主要电池生产区域已经形成一定规模，设备广泛应用于电池研发、质检、化成分容等领域中，产品性能紧追国际领先水平。
3、电池测试行业技术水平、技术特点、衡量核心竞争力的关键指标及技术发展趋势
（1）行业技术水平：从技术水平角度看，电池测试行业是以硬件为载体，融合嵌入式软件、上位机软件和数据库等为一体，与电池应用紧密相关的行业。本行业涉及的技术领域包括：电力电子技术、信息电子技术、自动控制理论、软件编程技术等。
电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，电池测试设备本质上也是一种电力电子装置，该装置通过控制输入侧与输出侧电压及电流，实现对电池的测试功能。在电池测试设备的制造过程中，涉及到电力电子器件的选型及相关驱动电路设计、常用功率变换电路（整流电路、双向直流变换电路、逆变电路）的设计，要应用功率因数校正技术、软开关技术、线性电源与开关电源等方面技术，这些都涉及电力电子技术的基本原理及应用。
信息电子技术包括模拟电子技术与数字电子技术，其实质是通过电子电路实现模拟信号和数字信号的相互转换。在进行电池充放电测试过程中：一方面，电池参数检测模块对检测到的模拟信号进行数字转换，传输到主控制器，系统对其进行数字化处理，即“模-数转换”；另一方面，计算机输出的数字信号需要转换为能够驱动电池进行充放电的模拟信号，即“数-模转换”。为了保证数据处理结果的准确性与及时性，必须设计合理的电路结构，包括信号调理电路、放大电路、滤波电路、信号转换电路等，才能保证足够的转换精度和速度，这些离不开信息电子技术的理论支持。
自动控制理论是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使设备自动按照预定的规律运行。在大规模电池测试过程中，由于检测时间较长、检测对象较多，检测方法多样，因此一般采用自动运行模式。与此同时，上位机监控软件需要对电池充放电测试过程进行自动控制，对电池的运行状态进行实时监控，包括网络状态、模块运行状态及电池参数进行实时反馈。为了达成上述控制目的，需要应用到自动控制相关理论，包括系统的闭环控制，传递函数等。
软件编程技术：电池测试系统软件一般分为上位机软件、下位机软件。上位机软件负责工艺流程的编写，下发，测试数据接收和测试数据分析，以及测试设备硬件参数的校准等。下位机软件负责执行各项流程、命令。软件系统的核心功能是要使电池检测参数最大程度的接近真实值。这是由于电池测试过程中，通过数模转换及放大器等元器件不可避免会带来固定偏差，同时也存在随机误差。为了降低这些误差对检测精度的干扰，需要在软件程序中加入校准程序和数字滤波程序来消除误差，实现高精度检测，使检测值最大程度的接近真实值。一般要通过反复试验建立数学模型，编写通道误差自校准程序，通过精选算法对数据进行处理，最大程度还原真实值。
（2）行业技术特点：电池测试设备在对电池进行充电测试阶段，需要通过整流器，将交流电转换成稳定的直流电，再通过双向DC/DC变换器将电流降压，用于电池的充电测试。在对电池进行放电测试阶段，通过双向DC/DC变换器将电流升压，再通过逆变器，将直流电转化为交流电回馈电网。
对于小、微小功率的电池测试设备，主要技术原理是利用MOSFET管工作在线性工作区，通过调节MOSFET管的栅极驱动电压，实现恒流或恒压过程。小、微小功率电池测试设备技术难点在于既要保证电流信号的精度还要保证电池充放电的启动时间达到毫秒级，以及电池充电到放电或放电到充电时的快速切换，切换时间也要达到毫秒级。与此同时，数据记录上要求能够做到10ms记录或更高记录速度，控制也要做到实时响应，从而能够保证电池的容量、电压的准确记录。此外，由于电池测试时间较长，数据处理量大，要求设备做到连续数日稳定运行。并且电池测试过程中，对数据后处理能力要求较高，因为上位机软件要控制多个测试通道，大量数据要求上传服务器并进行数据库存储，同时支持多工艺文件统一下发和控制。因此需要一个稳定的软件架构和一个高精度、高稳定性、快速响应的硬件系统。
对于大功率的电池测试设备，由于功率较大，如果采用小功率设备的技术路线，则充电效率较低且散热较大。因此，大功率设备目前多采用开关型能量回馈型拓扑结构。大功率的电池测试设备技术难点在于既要满足较大的电流跨度和较小的电流纹波，也要达到毫秒级的电流响应速度和电流切换速度。同时，当电池处于过充、过放、过流、过压、反接状态时，要求硬件能够及时快速响应，做到安全防护。
（3）衡量核心竞争力的关键指标：衡量电池测试设备核心竞争力的关键指标包括：（1）电流、电压的检测控制精度，控制精度越高测量结果越准确；（2）输出电压和电流范围，尤其是对于大功率设备，要求能够输出较高的电流、电压，用于满足更高功率的负载测试；（3）电池充放电的响应时间、电池充电与放电之间的切换速度，以及采样速率，速度越快测量结果越准确；（4）设备功能的完备性，是否支持复杂工艺编辑及多变量操作等，满足不同的实验或测试要求；（5）设备长时间运行的稳定性，在长时间运行状态下仍保持正常功能以及电流电压不发生漂移；（6）设备充放电的能量回收效率，对于大功率设备，由于能耗较大，需要提高能量回收效率实现节能降耗；（7）最小脉冲时间，是指脉冲持续期，可实现的脉冲时间越小，越便于研究电池瞬时充放电性能。
（4）技术发展趋势：从行业宏观层面来看，进口替代效应日趋明显，电池测试设备国产化率正逐步提升。一是国产设备的性能参数取得长足进步。近年来，在相关理论研究推动和产业政策支持背景下，我国电池测试行业技术上不断提升，相关产品的检测精度、响应速度、采样速率不断提高，产品创新能力持续提高，正逐步缩小与国外先进技术的差距；二是国产设备具备更强的产品适应性。虽然欧美设备研发起步早，设备精度高、性能优越，但其在电池型号适应性方面有较大的局限性，设备适用范围窄，难以适应国内型号众多的电池测试需求；三是国产设备商对于客户需求具备更强的快速反应能力，国产设备商凭借本土化的关系网络，已经建立成熟的客户服务体系，能够对客户存在的问题做出快速反应，面对客户的各项需求能及时满足。四是国产设备更具价格优势，当前国外电池测试设备售价十分昂贵，是国产设备的数倍甚至十倍以上，下游客户为降低成本，存在较为强烈的国产设备替代需求。
从具体技术层面来看，当前锂电池细分市场迅速拓展，船舶、轻型车、通讯后备电源、电动工具、ETC、TWS、48V微混等细分领域正在进入技术变革期，客观要求电池不断向体积小、重量轻、功率高、容量大、寿命长、安全性能好方向发展，对电池测试设备的要求也随之提高，行业技术呈现以下发展趋势：
向高精度、高可靠性方向发展。随着电池应用领域的日益拓宽，一方面需要电池能够承受各种极端环境的考验，无论高温低温环境，均能保持正常能量密度、循环寿命。另一方面，电动汽车、无人机、机器人、储能领域等新兴高端锂电池应用领域迅速发展，其对续航里程的估算等各项指标的精细化程度日益提高，对锂电池的电池容量、一致性、循环寿命及放电倍率等品质要求更为严格。因此行业对电池测试系统检测精度和稳定性的要求不断提升，目前武汉蓝电高精度电池测试设备的电压、电流测试精度可以达到万分之一，优于或持平于竞争对手同类产品。
向高电压、大功率方向发展。随着电池在大容量储能电站、城市轨道列车以及混合动力动车组等大功率场合的应用，电池电压等级不断提高，行业对于电池测试设备的需求向高电压、单机大功率方向发展。如直流测试电源电压等级从几十伏向800V逐步发展到1,000V、1,500V、2,000V，有些领域达到4,500V甚至更高，单机功率也从几千瓦向几百千瓦转变，对电池测试设备在大功率环境下的输出稳定性、安全性提出了更高要求。
向多参数检测、多功能检测发展，需要电池测试设备能够检测电压、电流、温度、安时以外更多的电池参数，如电池荷电状态（SOC）、电池内阻等；同时检测功能多样化，从单一的电源输出功能向应用场景仿真和实际工况模拟输出转变。随着电池应用领域的扩展、各项电池材料技术的革新及制造工艺的进步，电池种类及其参数指标不断变化，下游应用领域对电池性能指标的要求愈发多样化。例如新能源汽车等动力领域较为注重电池的续航能力及安全性；智能电网等储能领域较为注重锂电池的循环寿命；航天航空等新领域较为注重锂电池在恶劣环境下或失重环境下使用的稳定性。行业内企业将根据电池品种和应用领域的检测要求进行针对性的产品研发，要求电池测试设备具备多参数、多功能的检测能力，满足各类企业的使用要求。
向低成本、节能方向发展，以满足充放电设备大规模检测的需要。目前，传统能耗式大功率充放电锂电池测试系统，在充放电过程中需消耗大量电能，随着动力电池、超级电容、大功率储能电池的推广应用，传统电池测试设备在实际检测中的高能耗问题日益凸显。在政府节能环保政策与企业降本增效的驱动之下，下游客户对低能耗电池测试设备的需求与日俱增。行业亟待提高检测设备在充放电过程中的能量利用效率，采用诸如能量回馈技术等技术以大幅度降低能量消耗，电池测试设备未来必须具有更高效充放电效率与能量回收功能。
向网络化、智能化方向发展。随着数字化测试技术的迅猛发展，数字化控制的电池测试装置迅猛发展，电池测试设备开始由计算机后台进行综合控制，构建起基于虚拟技术的自动测试系统。伴随下游锂电池制造环节自动化程度的提高以及智能制造体系的建立，企业对电池测试系统在数据收集、电池充放电程序编写、检测数据自动存储和管理功能等智能化方面有更加迫切的要求。