新基建、新機(jī)遇、新發(fā)展，7月9日，由中國(guó)充電樁網(wǎng)主辦的“2020第六屆中國(guó)國(guó)際電動(dòng)汽車充換電產(chǎn)業(yè)大會(huì)”（簡(jiǎn)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(huì)、企業(yè)、采購(gòu)商、金融、媒體等850位代表出席本次大會(huì)，大會(huì)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(dòng)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(dòng)力電池領(lǐng)域首席專家、中汽中心檢測(cè)認(rèn)證副總工程師王芳博士通過直播連線方式分享《動(dòng)力電池充電安全評(píng)估分析》，以下是演講嘉賓未刪減實(shí)錄：

中汽中心動(dòng)力電池領(lǐng)域首席專家、中汽中心檢測(cè)認(rèn)證副總工程師 王芳
 

很高興參加這次會(huì)議，但是非常抱歉種種原因我不能到現(xiàn)場(chǎng)跟大家互動(dòng)交流，只能以這種方式跟大家交流這個(gè)主題，我跟大家交流的內(nèi)容是電動(dòng)汽車充電安全的測(cè)試評(píng)價(jià)。

我的報(bào)告分四個(gè)部分，首先先從電動(dòng)汽車以及電池的產(chǎn)業(yè)以及技術(shù)的特點(diǎn)和評(píng)價(jià)體系來說起，實(shí)際上電動(dòng)汽車這幾年產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)非常明顯，大家可以知道從這幾年新能源汽車快速的增長(zhǎng)，產(chǎn)銷量的增長(zhǎng)也帶來了動(dòng)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(gè)電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是，大家對(duì)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(diǎn)話題。電動(dòng)汽車在這樣整體的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，其實(shí)這幾年已經(jīng)形成了比較完善的安全評(píng)價(jià)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(dòng)力電池安全和緊急救援安全，這些安全跟電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池都有著或多或少的關(guān)系。

我們?cè)诮⑦@個(gè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系的時(shí)候，很多時(shí)候是從電動(dòng)汽車實(shí)際的行駛工況去出發(fā)考慮的，比如說我們所評(píng)價(jià)的每一項(xiàng)安全測(cè)試項(xiàng)目必然是在實(shí)際使用過程當(dāng)中有可能發(fā)生或者存在著風(fēng)險(xiǎn)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(jì)分析，也可以看到主要的原因包括充電，機(jī)械的破壞、泡水以及無事故的自然等等原因。而這個(gè)跟我們前面電動(dòng)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(jī)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(gè)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(fù)荷以及各種復(fù)雜的使用環(huán)境等等，這些都會(huì)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(huì)分兩部分去跟大家探討一下充電的安全問題。

實(shí)際上我們?cè)跍y(cè)試評(píng)價(jià)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(gè)是觸電一個(gè)是起火，這個(gè)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(huì)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(shí)際上我們這些年電動(dòng)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(gè)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(dòng)質(zhì)量的要求。其實(shí)兼容性是比較重要的方向。

目前這兩年逐漸從對(duì)充電兼容性的關(guān)注轉(zhuǎn)向了對(duì)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(shí)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(hù)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(duì)車輛和充電樁的連接，以及帶電導(dǎo)體的可燃體的防護(hù)等要求。另外還包括故障的保護(hù)，如果出現(xiàn)單點(diǎn)失效和多點(diǎn)失效模式下會(huì)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(hù)保護(hù)，危險(xiǎn)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(hù)的安全，也就是說它的絕緣耐壓、接觸電流危險(xiǎn)的能量都要低于對(duì)人體造成傷害的域值范圍。
第二個(gè)防觸電方面就是電容方面和故障保護(hù)，電容方面就是對(duì)于可接觸的導(dǎo)電部分與保護(hù)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(hù)要求包括自動(dòng)斷開，雙重或者加強(qiáng)絕緣，等等要求。實(shí)際上我們?cè)跍y(cè)試過程中會(huì)給大家一些建議，比如說在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇和控制策略的選擇上就要注意到對(duì)于絕緣故障漏電保護(hù)和絕緣監(jiān)測(cè)的一些考量，能夠確保最終的充電系統(tǒng)達(dá)到保護(hù)的要求。



我們?cè)趯?shí)際測(cè)試過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多問題，我舉了三個(gè)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(gè)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(dòng)汽車無法停止充電。

第三，DC+/DC-對(duì)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(hù)、過流防護(hù)、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(shí)際上我想強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，隨著大功率技術(shù)的發(fā)展，冷卻技術(shù)的性能對(duì)于過溫保護(hù)來講是非常重要的，這個(gè)也是在未來產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程當(dāng)中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的一部分內(nèi)容。

對(duì)于過溫保護(hù)，對(duì)于不同的對(duì)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(hù)的要求包括阻燃的要求。

過流方面分兩部分，一個(gè)是交流的，一個(gè)是直流的。對(duì)于交流來說，對(duì)一不同的短路點(diǎn)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(duì)于交流來說選擇合理的熔斷器的熔斷容量對(duì)于短路設(shè)計(jì)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(hù)，對(duì)于不同的短路點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)里面有明確提到，對(duì)于樁側(cè)和車側(cè)有一個(gè)過載保護(hù)的動(dòng)作。另外一點(diǎn)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(dá)600A甚至更高的狀態(tài)，這個(gè)對(duì)充電系統(tǒng)會(huì)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(shí)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(cè)試當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的例子，材料層面搭載的線纜如果太細(xì)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(jìn)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(huì)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(gè)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(huì)發(fā)生機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞或者腐蝕，會(huì)導(dǎo)致在端子上充電的時(shí)候產(chǎn)生劇烈的變化，這個(gè)也會(huì)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(duì)于充電策略控制要求，比如說要進(jìn)行安全監(jiān)控，出現(xiàn)過溫、過流、短路等等現(xiàn)象的時(shí)候，充電機(jī)和車輛保護(hù)功能，這個(gè)有一系列的故障和錯(cuò)誤的一些判定。

實(shí)際上我們?cè)跍y(cè)試的時(shí)候也會(huì)看到由通信引起的安全隱患，舉一個(gè)例子，當(dāng)它實(shí)際輸出電流與CCS電壓電流有較大偏差的時(shí)候，這時(shí)候仍在充電，這是非常危險(xiǎn)的。另外，樁實(shí)際電壓、電流輸出高于車輛需求值，這時(shí)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(gè)情況，舉一個(gè)例子，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)有一部分車輛沒有額外主動(dòng)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(shí)候沒有辦法人為終止充電的時(shí)候，我們有沒有額外主動(dòng)停止充電的功能，這個(gè)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?yàn)檫@些是電動(dòng)汽車高壓安全非常重要的部件，它出現(xiàn)異常的話可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)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(duì)熔斷器損壞的分析和繼電器的測(cè)試要求怎么去界定，這個(gè)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(dòng)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(duì)電池單體安全提出了充電的要求，也對(duì)電池系統(tǒng)提出了充電保護(hù)的要求。

現(xiàn)在正在實(shí)施的31467.3也有過溫、過流、過充電的一些要求，實(shí)際上這所有的保護(hù)的要求它的責(zé)任主體是什么？是管理系統(tǒng)，所以我們?cè)谇皫啄暌苍诜e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(gè)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(duì)電池管理系統(tǒng)的功能安全的要求和試驗(yàn)方法，單獨(dú)制訂了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這里面會(huì)對(duì)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?cè)俑鶕?jù)實(shí)際的案例判斷一下充電相關(guān)安全分析，這是一個(gè)典型的案例，因?yàn)榭刂撇呗栽O(shè)計(jì)不當(dāng)，電池的管理系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)很好對(duì)電池過充電的管理，所以導(dǎo)致充電過充電的現(xiàn)象。

這個(gè)是最典型的案例，實(shí)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(duì)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(jī)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(shí)候發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)會(huì)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(huì)不一樣，也會(huì)各不相同，這種情況下可能會(huì)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(cè)試了一款電池，用兩倍率三倍率快充的時(shí)候，可以明顯看到自產(chǎn)熱的點(diǎn)和發(fā)生熱失控的時(shí)間會(huì)快速前移，這個(gè)安全的隱患是明顯提升的。

另外一個(gè)，當(dāng)不會(huì)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(gè)圖里面，當(dāng)發(fā)生快充的時(shí)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(zhǎng)此以往這么充的話，那個(gè)地方會(huì)成為薄弱點(diǎn)（安全隱患的薄弱點(diǎn)）。我們之前跟電動(dòng)汽車企業(yè)談到這個(gè)問題，說你們這個(gè)車設(shè)計(jì)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(fèi)者可能不會(huì)關(guān)注或者不會(huì)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(yàn)的快感，所以他不會(huì)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(duì)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(gè)綜合的評(píng)價(jià)體系，綜合評(píng)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(píng)估一款電池到底是做什么樣的充電策略。
實(shí)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(huì)越來越明顯。雖然都在安全的控制范圍內(nèi)，但是有個(gè)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(huì)導(dǎo)致什么樣的后果？

長(zhǎng)期輕微的過充又在安全的范圍內(nèi)，這種時(shí)間長(zhǎng)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(xiǎn)概率會(huì)增加，也許某一天某一個(gè)時(shí)候會(huì)突然崩盤，這種情況是存在的，我們?cè)谑鹿收{(diào)查過程當(dāng)中也會(huì)發(fā)現(xiàn)這種狀態(tài)。

今天時(shí)間關(guān)系只能和大家分享這么多，我簡(jiǎn)單做一個(gè)小結(jié)。實(shí)際上我們從電動(dòng)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(shí)是大家關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)話題。所以我們從這一點(diǎn)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(shì)，能夠研究和優(yōu)化車樁協(xié)調(diào)保護(hù)的機(jī)制，能夠建立基于全生命周期的充電安全的測(cè)評(píng)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?cè)陔妱?dòng)汽車使用的環(huán)節(jié)，充電運(yùn)營(yíng)的部門和車輛運(yùn)營(yíng)的部門他們大數(shù)據(jù)是非常重要的，對(duì)于利用大數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)能夠直接從原端和本地結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)監(jiān)控，這是我們從運(yùn)營(yíng)的環(huán)節(jié)提升電池、電動(dòng)汽車充電安全性一個(gè)重要的手段。

所以總體來說一句話，這是一個(gè)系統(tǒng)的工程，需要我們跨產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作，從各個(gè)環(huán)節(jié)，從研發(fā)、生產(chǎn)、制造、使用多個(gè)環(huán)節(jié)去掌控電動(dòng)汽車充電的安全。

我的分享就是這些。謝謝大家！