新基建、新機遇、新發(fā)展，7月9日，由中國充電樁網(wǎng)主辦的“2020第六屆中國國際電動汽車充換電產(chǎn)業(yè)大會”（簡稱：金磚充電論壇）在上海大華虹橋假日酒店隆重開幕。來自政府、院校、協(xié)會、企業(yè)、采購商、金融、媒體等850位代表出席本次大會，大會以“洞見當(dāng)下、預(yù)見未來、聚力發(fā)展、合作共贏”為主題，推動產(chǎn)業(yè)交流發(fā)展。
新基建引領(lǐng)發(fā)展新浪潮
中汽中心動力電池領(lǐng)域首席專家、中汽中心檢測認(rèn)證副總工程師王芳博士通過直播連線方式分享《動力電池充電安全評估分析》，以下是演講嘉賓未刪減實錄：
中汽中心動力電池領(lǐng)域首席專家、中汽中心檢測認(rèn)證副總工程師 王芳
很高興參加這次會議，但是非常抱歉種種原因我不能到現(xiàn)場跟大家互動交流，只能以這種方式跟大家交流這個主題，我跟大家交流的內(nèi)容是電動汽車充電安全的測試評價。
我的報告分四個部分，首先先從電動汽車以及電池的產(chǎn)業(yè)以及技術(shù)的特點和評價體系來說起，實際上電動汽車這幾年產(chǎn)業(yè)特點非常明顯，大家可以知道從這幾年新能源汽車快速的增長，產(chǎn)銷量的增長也帶來了動力電池系統(tǒng)能量密度的快速提升，也包括整體技術(shù)的快速提升。在這里面看到電池體系顯著變化，三元體系在乘用車領(lǐng)域的占比在這幾年當(dāng)中提升非常快。
另外一個電動汽車的產(chǎn)業(yè)還有一個顯著的特點就是，大家對于大功率直流快充的技術(shù)也已經(jīng)成為了行業(yè)討論的熱點話題。電動汽車在這樣整體的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，其實這幾年已經(jīng)形成了比較完善的安全評價體系和標(biāo)準(zhǔn)體系，里面跟安全相關(guān)的有充電安全、碰撞安全、高壓安全、動力電池安全和緊急救援安全，這些安全跟電動汽車的動力電池都有著或多或少的關(guān)系。
我們在建立這個標(biāo)準(zhǔn)評價體系的時候，很多時候是從電動汽車實際的行駛工況去出發(fā)考慮的，比如說我們所評價的每一項安全測試項目必然是在實際使用過程當(dāng)中有可能發(fā)生或者存在著風(fēng)險的情況，這幾年大家看到陸陸續(xù)續(xù)出了一系列的安全事故問題，我們把這幾年的事故做了統(tǒng)計分析，也可以看到主要的原因包括充電，機械的破壞、泡水以及無事故的自然等等原因。而這個跟我們前面電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)體系也是基本吻合的，我們關(guān)注充電安全、機械安全、高壓安全等等。
這里面大家可以看到充電有23%的比例還是比較高的。首先看充電整個安全的體系和標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容。
充電安全可以首先看一下充電系統(tǒng)，涉及到不同類型、充電模式、連接的方式、充電設(shè)施的情況、電網(wǎng)的負荷以及各種復(fù)雜的使用環(huán)境等等，這些都會引起不同的安全問題，我們可以看到我把它分為兩大類，充電的系統(tǒng)和連接裝置這部分，還有一大類是整車和電池這部分，所以我后面會分兩部分去跟大家探討一下充電的安全問題。
實際上我們在測試評價的過程當(dāng)中，把充電的安全失效模式分兩大類，電安全失效和熱安全失效，表現(xiàn)的形式一個是觸電一個是起火，這個是多維度，適用全生命周期和不同的環(huán)境都有關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。
具體會跟充電控制策略有關(guān)系，也跟所使用的限速和其他組件有關(guān)系，同樣也跟電池本身有關(guān)系。
實際上我們這些年電動汽車充分安全相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)以及建立了一系列標(biāo)準(zhǔn)，包括高壓安全、整車安全以及各個部件的安全，包括互聯(lián)互通這部分的一些要求，也包括基礎(chǔ)設(shè)施這部分的要求，甚至包括電動質(zhì)量的要求。其實兼容性是比較重要的方向。
目前這兩年逐漸從對充電兼容性的關(guān)注轉(zhuǎn)向了對充電安全的關(guān)注。也就是說我們先解決互聯(lián)互通能充上電的問題，現(xiàn)在大家開始關(guān)心能夠安全充上電的問題。
第三部分看一下我剛才提到充電連接裝置和充電系統(tǒng)這部分的充電安全。實際上充電的連接裝置這塊我剛才提到兩大類，一類是防觸電的安全，也就是充電安全；防觸電相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有明確的安全要求，包括基本防觸電的要求，包括絕緣、耐壓、防護等等，另外包括在非工作狀態(tài)下電壓、電能等等的要求，也包括連接狀態(tài)，也就是充電的過程當(dāng)中對車輛和充電樁的連接，以及帶電導(dǎo)體的可燃體的防護等要求。另外還包括故障的保護，如果出現(xiàn)單點失效和多點失效模式下會有什么樣的告警和功能，都要考慮環(huán)境因素的影響。
我們具體看一下直接的防護保護，危險帶電部分我們都要求在正常的狀態(tài)下或者是發(fā)生了故障的條件下都不應(yīng)該被人體所觸及，也就是說如果發(fā)生了單一故障的情況下，我們也得立刻有切斷的措施，能夠確保人體防護的安全，也就是說它的絕緣耐壓、接觸電流危險的能量都要低于對人體造成傷害的域值范圍。
第二個防觸電方面就是電容方面和故障保護，電容方面就是對于可接觸的導(dǎo)電部分與保護接地導(dǎo)體之間的電壓不大于60伏直流的要求，故障的保護要求包括自動斷開，雙重或者加強絕緣，等等要求。實際上我們在測試過程中會給大家一些建議，比如說在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇和控制策略的選擇上就要注意到對于絕緣故障漏電保護和絕緣監(jiān)測的一些考量，能夠確保最終的充電系統(tǒng)達到保護的要求。
我們在實際測試過程中會發(fā)現(xiàn)很多問題，我舉了三個典型例子。
第一，不充電狀態(tài)接口帶電以及充電非工作接口帶電。這個都是不被允許的，也是存在安全隱患的。
第二，充電設(shè)備PE中端，電動汽車無法停止充電。
第三，DC+/DC-對PE絕緣電阻小于安全域值了，車輛也無法停止充電。這是我們認(rèn)為非常應(yīng)該不被允許的事故狀態(tài)。
第二大塊就是防起火，防起火的安全要求包括過溫防護、過流防護、材料性能耐燃、阻燃等等性能的要求以及熱管理策略的要求，比如說大功率充電和液冷系統(tǒng)、流速、流量等等的要求，當(dāng)然也包括控制策略，包括繼電器故障診斷，SOC診斷等等要求。
實際上我想強調(diào)一點，隨著大功率技術(shù)的發(fā)展，冷卻技術(shù)的性能對于過溫保護來講是非常重要的，這個也是在未來產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)過程當(dāng)中應(yīng)該重點關(guān)注的一部分內(nèi)容。
對于過溫保護，對于不同的對象，比如說接口、充電設(shè)施、連接器、充電樁都已經(jīng)有相應(yīng)的一些標(biāo)準(zhǔn)，有一定過溫保護的要求包括阻燃的要求。
過流方面分兩部分，一個是交流的，一個是直流的。對于交流來說，對一不同的短路點裝側(cè)和里面充電連接裝置、限速，不同模式充電器都有相應(yīng)的要求。對于交流來說選擇合理的熔斷器的熔斷容量對于短路設(shè)計來說尤為重要；另外，車輛側(cè)繼電器和熔斷器的相關(guān)技術(shù)要求還未有統(tǒng)一規(guī)定，需要開展深入的研究。
直流的充電回路保護，對于不同的短路點，標(biāo)準(zhǔn)里面有明確提到，對于樁側(cè)和車側(cè)有一個過載保護的動作。另外一點想提一下，目前回流的電流最大是250，隨著未來大功率技術(shù)的發(fā)展，未來可能高達600A甚至更高的狀態(tài)，這個對充電系統(tǒng)會提出更高的要求，尤其是材料、熱管理、工藝等等。
充電連接裝置充電安全要求，其實在材料層面也是非常重要的，比如說拿端子舉例，這是我們測試當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的例子，材料層面搭載的線纜如果太細或者材料的性能不能滿足極高溫或者極低溫的要求發(fā)生變形或者開裂或者結(jié)構(gòu)工藝不到位，導(dǎo)致腐蝕、進水等等的現(xiàn)象，增加絕緣隱患的增加，這都是我們不希望看到的。
另外，不同企業(yè)插頭和插座之間兼容性不匹配的話也會帶來腐蝕、變形，從而帶來安全隱患的問題。
從過流的層面看防火，這個跟產(chǎn)品在全生命周期里面的可靠性有關(guān)的，在全生命周期當(dāng)中會發(fā)生機械結(jié)構(gòu)損壞或者腐蝕，會導(dǎo)致在端子上充電的時候產(chǎn)生劇烈的變化，這個也會帶來起火安全隱患。
最后提一下控制策略方面，在18487和27930里面明確提出對于充電策略控制要求，比如說要進行安全監(jiān)控，出現(xiàn)過溫、過流、短路等等現(xiàn)象的時候，充電機和車輛保護功能，這個有一系列的故障和錯誤的一些判定。
實際上我們在測試的時候也會看到由通信引起的安全隱患，舉一個例子，當(dāng)它實際輸出電流與CCS電壓電流有較大偏差的時候，這時候仍在充電，這是非常危險的。另外，樁實際電壓、電流輸出高于車輛需求值，這時候居然沒有任何反應(yīng)，仍在正常充電，也是不被允許的。
另外一個情況，舉一個例子，我們在現(xiàn)場測試的時候發(fā)現(xiàn)有一部分車輛沒有額外主動停止充電的可控的功能，也就是說當(dāng)充電樁APP、刷卡功能失效了怎么辦？或者車輛發(fā)生故障了，這時候沒有辦法人為終止充電的時候，我們有沒有額外主動停止充電的功能，這個也是值得關(guān)注的。
另外就是我一開始提到的熔斷器繼電器這些，因為這些是電動汽車高壓安全非常重要的部件，它出現(xiàn)異常的話可能會導(dǎo)致負載、電池包的損壞甚至車輛的拋錨、爆炸、起火等事故，但是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在研制過程當(dāng)中。
我可以給大家看一下目前有一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在制定，包括對熔斷器損壞的分析和繼電器的測試要求怎么去界定，這個正在討論當(dāng)中，大家感興趣的可以關(guān)注。
第四部分想提一下動力電池，新能源汽車和電池本身的安全。首先看一系列的標(biāo)準(zhǔn)，GB38031鋰電池安全要求剛剛發(fā)布，還很熱乎，這對電池單體安全提出了充電的要求，也對電池系統(tǒng)提出了充電保護的要求。
現(xiàn)在正在實施的31467.3也有過溫、過流、過充電的一些要求，實際上這所有的保護的要求它的責(zé)任主體是什么？是管理系統(tǒng)，所以我們在前幾年也在積極做電池管理系統(tǒng)本身技術(shù)條件的標(biāo)準(zhǔn)，在2019年也出來了就是38661。開始考慮把功能安全的要求放在里面，后來發(fā)現(xiàn)這是一個非常龐大的工程，而且功能安全本身就是基于ISO26262（音）的體系，所以我們又成立了功能安全的標(biāo)準(zhǔn)工作組，然后對電池管理系統(tǒng)的功能安全的要求和試驗方法，單獨制訂了一個標(biāo)準(zhǔn)。這里面會對充電的管理，功能要提出明顯的功能定義和發(fā)生異常的表現(xiàn)，以及如果發(fā)生這種情況怎么處理。
我們再根據(jù)實際的案例判斷一下充電相關(guān)安全分析，這是一個典型的案例，因為控制策略設(shè)計不當(dāng)，電池的管理系統(tǒng)沒有實現(xiàn)很好對電池過充電的管理，所以導(dǎo)致充電過充電的現(xiàn)象。
這個是最典型的案例，實際上這幾年在事故見證過程當(dāng)中，這種案例并不常出現(xiàn)了，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種預(yù)警功能也相對來說提升非常快了，這兩年出現(xiàn)事故比較多的是什么？充電機理不清、充電策略不當(dāng)而導(dǎo)致的充電問題。
我們知道充電的時候發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的同時會有很多極化的反應(yīng)伴隨發(fā)生，如果充電的策略不當(dāng)，極化反應(yīng)就會不一樣，也會各不相同，這種情況下可能會帶來很多充電的問題。具體可以說一下，比如說快充，這是我們測試了一款電池，用兩倍率三倍率快充的時候，可以明顯看到自產(chǎn)熱的點和發(fā)生熱失控的時間會快速前移，這個安全的隱患是明顯提升的。
另外一個，當(dāng)不會發(fā)生安全隱患，但是我們可以看一下它能承受過充的電流下有什么樣的表現(xiàn)呢？看看這個圖里面，當(dāng)發(fā)生快充的時候，它的極速的位置溫度升高非常劇烈，它也是可允許的過充電的狀態(tài)。如果長此以往這么充的話，那個地方會成為薄弱點（安全隱患的薄弱點）。我們之前跟電動汽車企業(yè)談到這個問題，說你們這個車設(shè)計能快充到底能承受多少次快充，能不能保障安全性，企業(yè)也有提到，我們給客戶承諾能夠快充，但是也給他提醒了不能經(jīng)常快充。
這種情況下，客戶普通的消費者可能不會關(guān)注或者不會在意到那句話，即使在意到那句話也不想執(zhí)行，他想享受的就是我充電的便捷性、舒適性、體驗的快感，所以他不會關(guān)心你不能快充我就經(jīng)常不快充，這是他不能接受的。
我們對一款電池到底能不能快充，能夠承受什么樣的充電策略，可能是一個綜合的評價體系，綜合評估充電過程當(dāng)中的效率以及壽命的衰減、安全性的變化等等問題，去綜合評估一款電池到底是做什么樣的充電策略。
實際上在全生命周期里，隨著電池的使用、車的使用，它的SOH的狀態(tài)一直在變化，而在變化過程當(dāng)中，由于異質(zhì)性的差異，電池里面單一的差異會越來越明顯。雖然都在安全的控制范圍內(nèi)，但是有個別電池處于輕微的過充狀態(tài)是存在的。這種輕微的過充會導(dǎo)致什么樣的后果？
長期輕微的過充又在安全的范圍內(nèi)，這種時間長了以后，電池產(chǎn)熱增加，熱失控的溫度降低，而且電池一致性差異越來越大，發(fā)生熱失控的風(fēng)險概率會增加，也許某一天某一個時候會突然崩盤，這種情況是存在的，我們在事故調(diào)查過程當(dāng)中也會發(fā)現(xiàn)這種狀態(tài)。
今天時間關(guān)系只能和大家分享這么多，我簡單做一個小結(jié)。實際上我們從電動汽車充電安全來看，它是涉及到車、樁、網(wǎng)，多產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)的話題，而且確實是大家關(guān)注的一個焦點話題。所以我們從這一點來說，我們希望能夠車樁網(wǎng)跨產(chǎn)業(yè)鏈融合，而且結(jié)合未來技術(shù)發(fā)展的趨勢，能夠研究和優(yōu)化車樁協(xié)調(diào)保護的機制，能夠建立基于全生命周期的充電安全的測評體系。
在電池方面，我們第一考慮的肯定是從電池的體系角度、制造的角度提升本身的充電安全性，但是我們在電動汽車使用的環(huán)節(jié)，充電運營的部門和車輛運營的部門他們大數(shù)據(jù)是非常重要的，對于利用大數(shù)據(jù)的監(jiān)測能夠直接從原端和本地結(jié)合，真正實現(xiàn)大數(shù)據(jù)監(jiān)控，這是我們從運營的環(huán)節(jié)提升電池、電動汽車充電安全性一個重要的手段。
所以總體來說一句話，這是一個系統(tǒng)的工程，需要我們跨產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作，從各個環(huán)節(jié)，從研發(fā)、生產(chǎn)、制造、使用多個環(huán)節(jié)去掌控電動汽車充電的安全。
我的分享就是這些。謝謝大家！
