11月10日-12日,由中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)和武漢市人民政府共同主辦的“2023中國(guó)汽車供應(yīng)鏈大會(huì)暨第二屆中國(guó)新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車生態(tài)大會(huì)”在武漢經(jīng)開(kāi)區(qū)舉辦。本屆供應(yīng)鏈大會(huì)以“踔厲奮發(fā),攻堅(jiān)克難——打造安全、韌性、綠色汽車供應(yīng)鏈”為主題,設(shè)置了“1場(chǎng)戰(zhàn)略峰會(huì)、1場(chǎng)大會(huì)論壇、9場(chǎng)主題論壇”共11場(chǎng)會(huì)議,圍繞供應(yīng)鏈安全與布局、新型汽車供應(yīng)鏈打造、傳統(tǒng)供應(yīng)鏈升級(jí)、全球化發(fā)展等熱點(diǎn)話題進(jìn)行深入交流與探討,尋找構(gòu)建世界一流汽車供應(yīng)鏈的對(duì)策、方法和路徑。其中,在11月11日下午舉辦的“主題論壇二:補(bǔ)能體系——打造充換電高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)生態(tài)”上,中國(guó)電力科學(xué)研究院三級(jí)職員/教授級(jí)高工李斌發(fā)表演講。
以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言實(shí)錄:
很高興有機(jī)會(huì)和大家交流一下電動(dòng)汽車充電安全相關(guān)技術(shù),我主要從四個(gè)方面。一個(gè)是背景,第二是充電安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警。第三是安全防護(hù)與消防,第四是相關(guān)建議和展望。
一、背景簡(jiǎn)單的講一下,現(xiàn)在新能源車1812萬(wàn)輛,增長(zhǎng)的比較快,從預(yù)測(cè)的角度來(lái)說(shuō),2030年能達(dá)到8000萬(wàn)輛。電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)大家都有目共睹,從國(guó)家政策來(lái)說(shuō)也是給予了極大的支持。近期發(fā)布了一系列關(guān)于新能源汽車下鄉(xiāng),構(gòu)建高質(zhì)量電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施體系以及充電設(shè)施安全的政策,都是為了促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展。但新能源汽車也還是發(fā)生了一些安全事故,我們也做了相關(guān)的統(tǒng)計(jì),2020年大概170余起,2021年160余起,2022年220余起,這些都是報(bào)道的例子。車的自燃等安全事故對(duì)整個(gè)行業(yè)發(fā)展影響還是巨大的,我們做了一些研究統(tǒng)計(jì),在安全事故中乘用車事故占比比較高,純電動(dòng)車占比86%,三元材料電池的車,占比也比較高。磷酸鐵鋰好一些,充電狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)是主要發(fā)生的場(chǎng)景,而且大部分是在高SOC狀態(tài)下,低電量的時(shí)候事故發(fā)生并不是很多。
整個(gè)安全事故對(duì)我們的電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展會(huì)造成一些影響,充電安全事情還是需要引起我們的重視,
二、充電安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警。主要分三個(gè)部分。一個(gè)是車輛電池部分,第二是充電設(shè)施部分,第三是電網(wǎng)側(cè)。在車側(cè)這塊,主要分三個(gè)部分,電的濫用,熱濫用、機(jī)械濫用。做電池安全預(yù)警也有很多方法,舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,閾值數(shù)風(fēng)險(xiǎn)模型,上面這個(gè)圖1 SOC已經(jīng)充滿了,但是充電電壓550多V,這是一種異常情況。第二是充電充滿了,充電電流還保持60安左右,這種情況是有一些風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。另外單體最高電壓超限,這是最簡(jiǎn)單的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。我們?cè)倏梢钥聪?,比如充電電壓變化率的情況,第一個(gè)圖,充電電壓波動(dòng)和電池電壓波動(dòng)是正常區(qū)間,第二個(gè)圖也是一樣,第三個(gè)圖充電電壓大幅度上升,電池電壓還是保持不動(dòng),這也是一個(gè)異常情況。充電情況就可以發(fā)現(xiàn)有一些風(fēng)險(xiǎn).電池一致性評(píng)價(jià),2018年電池比較新的時(shí)候,一致性是小于1%,從單體電池電壓來(lái)說(shuō)也趨于一致性,用了大概半年,單體電壓分離也加大了,用了一年半之后,一致性就偏差了2%以上,這也是我們車的一些、電池上安全預(yù)警判斷方法。
電池安全對(duì)老化的情況可以做一些判斷,評(píng)估一致性就不細(xì)說(shuō)了,預(yù)警可以分為突發(fā)和瞬時(shí)的,我們也做了一下分類,從實(shí)時(shí)故障來(lái)說(shuō)是4類,通信、充電、放電、保護(hù)功能失效,10大核心指標(biāo)如圖。這塊我們想說(shuō)的是,安全預(yù)警可能是比較重要,但是也不能把它過(guò)分地強(qiáng)化,你要找到一個(gè)折衷點(diǎn),有時(shí)候過(guò)度強(qiáng)調(diào)預(yù)警和安全,可能會(huì)造成一些正常情況下宕機(jī)、停機(jī)。所以我們也要找到折衷點(diǎn),可以相應(yīng)采取一些策略,比如延時(shí)上報(bào),多次判斷。
說(shuō)完車側(cè)再說(shuō)樁側(cè),主要是充電設(shè)施,其實(shí)大部分主要還是一個(gè)充電設(shè)施對(duì)人身安全,絕緣漏電發(fā)生人生傷亡事故,不要因?yàn)檫^(guò)溫、充電設(shè)施自燃等帶來(lái)安全事故。我們梳理樁側(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù),3個(gè)大類,3個(gè)級(jí)別,32項(xiàng)安全指標(biāo),都可以進(jìn)行充分判斷。
再說(shuō)網(wǎng)側(cè),可能大家不關(guān)心,但是對(duì)電網(wǎng)這塊將來(lái)的影響很大。特別是將來(lái)一些大功率超充、v2g放電情況的推廣還是會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。傳統(tǒng)充電對(duì)電網(wǎng)影響大家都知道,比如電能質(zhì)量問(wèn)題,臺(tái)區(qū)配變過(guò)載問(wèn)題等等,對(duì)區(qū)域電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是峰谷差的加大,跨區(qū)域電網(wǎng)帶來(lái)的新能源消納問(wèn)題。
我們也梳理了下在網(wǎng)側(cè),充電小功率直流、大功率集中整流會(huì)發(fā)生一些諧振的風(fēng)險(xiǎn),包括有一些低頻振蕩,電能質(zhì)量問(wèn)題,這是我們做的一個(gè)放電實(shí)驗(yàn),作為一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),可以看到在第一個(gè)圖中,電流諧波畸變率已經(jīng)超過(guò)了國(guó)標(biāo)5%的限制,這是放電的影響。包括將來(lái)大功率放電的沖擊電流,我們都做了相關(guān)測(cè)試。我們做了一個(gè)并網(wǎng)測(cè)試,多臺(tái)車放電的時(shí)候也會(huì)發(fā)生電流畸變率超限,相關(guān)結(jié)論如圖。
三、充電安全防護(hù)與消防。防護(hù)其實(shí)剛才咱們車側(cè)、樁側(cè)、網(wǎng)側(cè)都講了,都有各自的本體防護(hù)策略,現(xiàn)在有做多層級(jí)防護(hù),我們現(xiàn)在想提的是車端自己本身,電池本身的防護(hù),能不能做一個(gè)后備保護(hù)和綜合判斷,對(duì)網(wǎng)側(cè)的一些影響,它應(yīng)該是一個(gè)多層級(jí)的。
有一些事情已經(jīng)發(fā)生了,但是我們?cè)趺茨軌蛉ミM(jìn)行盡快的處理,有幾個(gè)方法,一是無(wú)人值守?zé)熿F圖像識(shí)別、紅外測(cè)溫報(bào)警成本相對(duì)偏小,電動(dòng)汽車并不像汽油車發(fā)生直接爆炸,它有一個(gè)燃燒的過(guò)程,有時(shí)候本身車燒了會(huì)把旁邊的車給毀了。所以能不能通過(guò)紅外傳感、煙霧識(shí)別去提醒遠(yuǎn)程維護(hù)人員,5分鐘或者10分鐘來(lái)進(jìn)行處置,或者把旁邊的車挪開(kāi),至少不造成事故的擴(kuò)大。現(xiàn)在可以加裝紅外成像,成本也并不高,當(dāng)然如果說(shuō)將來(lái)資金允許,也可以搞站級(jí)消防和防護(hù),我們也做了一個(gè)示范站防護(hù),也是想從災(zāi)前感知到災(zāi)中隔離處置,災(zāi)后希望做事故存證以及數(shù)據(jù)分析。相關(guān)實(shí)施方案,災(zāi)前要做態(tài)勢(shì)感知,災(zāi)中要進(jìn)行日常信號(hào)提醒,兩道防線,消防測(cè)試圖和壓縮空氣泡沫隔離,還可以做局部隔離,這個(gè)過(guò)程我們覺(jué)得還是涉及到資金成本問(wèn)題,確實(shí)需要資金的支持。
四、最后提下展望和建議,一是加快充電安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善。而是加強(qiáng)行業(yè)質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)督,特別是新能源車下鄉(xiāng),廣大農(nóng)村地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)一些低價(jià)、質(zhì)量不過(guò)關(guān)的情況,會(huì)更容易發(fā)生一些安全事故。所以我們強(qiáng)烈建議要對(duì)行業(yè)質(zhì)量進(jìn)行加強(qiáng)檢測(cè)和監(jiān)督,提升整個(gè)行業(yè)整體質(zhì)量。
三是加強(qiáng)充電信息安全防護(hù)技術(shù),現(xiàn)在大家都比較忽略信息安全問(wèn)題,特別是如果涉及惡意篡改,無(wú)人駕駛車輛普及,做到一些惡意攻擊,對(duì)整個(gè)社會(huì)和國(guó)家會(huì)帶來(lái)巨大的潛在問(wèn)題。個(gè)人信息、充電過(guò)程中數(shù)據(jù)信息泄露,篡改,都是我們下一步要重點(diǎn)關(guān)注的。四是加強(qiáng)模型實(shí)用化研究,前面提到相關(guān)方法,但這個(gè)模型還是隨著車輛普及,不同種類車輛,不同種類電池,模型還需要不斷地完善和優(yōu)化。
以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言實(shí)錄:
很高興有機(jī)會(huì)和大家交流一下電動(dòng)汽車充電安全相關(guān)技術(shù),我主要從四個(gè)方面。一個(gè)是背景,第二是充電安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警。第三是安全防護(hù)與消防,第四是相關(guān)建議和展望。
一、背景簡(jiǎn)單的講一下,現(xiàn)在新能源車1812萬(wàn)輛,增長(zhǎng)的比較快,從預(yù)測(cè)的角度來(lái)說(shuō),2030年能達(dá)到8000萬(wàn)輛。電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)大家都有目共睹,從國(guó)家政策來(lái)說(shuō)也是給予了極大的支持。近期發(fā)布了一系列關(guān)于新能源汽車下鄉(xiāng),構(gòu)建高質(zhì)量電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施體系以及充電設(shè)施安全的政策,都是為了促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展。但新能源汽車也還是發(fā)生了一些安全事故,我們也做了相關(guān)的統(tǒng)計(jì),2020年大概170余起,2021年160余起,2022年220余起,這些都是報(bào)道的例子。車的自燃等安全事故對(duì)整個(gè)行業(yè)發(fā)展影響還是巨大的,我們做了一些研究統(tǒng)計(jì),在安全事故中乘用車事故占比比較高,純電動(dòng)車占比86%,三元材料電池的車,占比也比較高。磷酸鐵鋰好一些,充電狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)是主要發(fā)生的場(chǎng)景,而且大部分是在高SOC狀態(tài)下,低電量的時(shí)候事故發(fā)生并不是很多。
整個(gè)安全事故對(duì)我們的電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展會(huì)造成一些影響,充電安全事情還是需要引起我們的重視,
二、充電安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警。主要分三個(gè)部分。一個(gè)是車輛電池部分,第二是充電設(shè)施部分,第三是電網(wǎng)側(cè)。在車側(cè)這塊,主要分三個(gè)部分,電的濫用,熱濫用、機(jī)械濫用。做電池安全預(yù)警也有很多方法,舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,閾值數(shù)風(fēng)險(xiǎn)模型,上面這個(gè)圖1 SOC已經(jīng)充滿了,但是充電電壓550多V,這是一種異常情況。第二是充電充滿了,充電電流還保持60安左右,這種情況是有一些風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。另外單體最高電壓超限,這是最簡(jiǎn)單的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。我們?cè)倏梢钥聪?,比如充電電壓變化率的情況,第一個(gè)圖,充電電壓波動(dòng)和電池電壓波動(dòng)是正常區(qū)間,第二個(gè)圖也是一樣,第三個(gè)圖充電電壓大幅度上升,電池電壓還是保持不動(dòng),這也是一個(gè)異常情況。充電情況就可以發(fā)現(xiàn)有一些風(fēng)險(xiǎn).電池一致性評(píng)價(jià),2018年電池比較新的時(shí)候,一致性是小于1%,從單體電池電壓來(lái)說(shuō)也趨于一致性,用了大概半年,單體電壓分離也加大了,用了一年半之后,一致性就偏差了2%以上,這也是我們車的一些、電池上安全預(yù)警判斷方法。
電池安全對(duì)老化的情況可以做一些判斷,評(píng)估一致性就不細(xì)說(shuō)了,預(yù)警可以分為突發(fā)和瞬時(shí)的,我們也做了一下分類,從實(shí)時(shí)故障來(lái)說(shuō)是4類,通信、充電、放電、保護(hù)功能失效,10大核心指標(biāo)如圖。這塊我們想說(shuō)的是,安全預(yù)警可能是比較重要,但是也不能把它過(guò)分地強(qiáng)化,你要找到一個(gè)折衷點(diǎn),有時(shí)候過(guò)度強(qiáng)調(diào)預(yù)警和安全,可能會(huì)造成一些正常情況下宕機(jī)、停機(jī)。所以我們也要找到折衷點(diǎn),可以相應(yīng)采取一些策略,比如延時(shí)上報(bào),多次判斷。
說(shuō)完車側(cè)再說(shuō)樁側(cè),主要是充電設(shè)施,其實(shí)大部分主要還是一個(gè)充電設(shè)施對(duì)人身安全,絕緣漏電發(fā)生人生傷亡事故,不要因?yàn)檫^(guò)溫、充電設(shè)施自燃等帶來(lái)安全事故。我們梳理樁側(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù),3個(gè)大類,3個(gè)級(jí)別,32項(xiàng)安全指標(biāo),都可以進(jìn)行充分判斷。
再說(shuō)網(wǎng)側(cè),可能大家不關(guān)心,但是對(duì)電網(wǎng)這塊將來(lái)的影響很大。特別是將來(lái)一些大功率超充、v2g放電情況的推廣還是會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。傳統(tǒng)充電對(duì)電網(wǎng)影響大家都知道,比如電能質(zhì)量問(wèn)題,臺(tái)區(qū)配變過(guò)載問(wèn)題等等,對(duì)區(qū)域電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是峰谷差的加大,跨區(qū)域電網(wǎng)帶來(lái)的新能源消納問(wèn)題。
我們也梳理了下在網(wǎng)側(cè),充電小功率直流、大功率集中整流會(huì)發(fā)生一些諧振的風(fēng)險(xiǎn),包括有一些低頻振蕩,電能質(zhì)量問(wèn)題,這是我們做的一個(gè)放電實(shí)驗(yàn),作為一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),可以看到在第一個(gè)圖中,電流諧波畸變率已經(jīng)超過(guò)了國(guó)標(biāo)5%的限制,這是放電的影響。包括將來(lái)大功率放電的沖擊電流,我們都做了相關(guān)測(cè)試。我們做了一個(gè)并網(wǎng)測(cè)試,多臺(tái)車放電的時(shí)候也會(huì)發(fā)生電流畸變率超限,相關(guān)結(jié)論如圖。
三、充電安全防護(hù)與消防。防護(hù)其實(shí)剛才咱們車側(cè)、樁側(cè)、網(wǎng)側(cè)都講了,都有各自的本體防護(hù)策略,現(xiàn)在有做多層級(jí)防護(hù),我們現(xiàn)在想提的是車端自己本身,電池本身的防護(hù),能不能做一個(gè)后備保護(hù)和綜合判斷,對(duì)網(wǎng)側(cè)的一些影響,它應(yīng)該是一個(gè)多層級(jí)的。
有一些事情已經(jīng)發(fā)生了,但是我們?cè)趺茨軌蛉ミM(jìn)行盡快的處理,有幾個(gè)方法,一是無(wú)人值守?zé)熿F圖像識(shí)別、紅外測(cè)溫報(bào)警成本相對(duì)偏小,電動(dòng)汽車并不像汽油車發(fā)生直接爆炸,它有一個(gè)燃燒的過(guò)程,有時(shí)候本身車燒了會(huì)把旁邊的車給毀了。所以能不能通過(guò)紅外傳感、煙霧識(shí)別去提醒遠(yuǎn)程維護(hù)人員,5分鐘或者10分鐘來(lái)進(jìn)行處置,或者把旁邊的車挪開(kāi),至少不造成事故的擴(kuò)大。現(xiàn)在可以加裝紅外成像,成本也并不高,當(dāng)然如果說(shuō)將來(lái)資金允許,也可以搞站級(jí)消防和防護(hù),我們也做了一個(gè)示范站防護(hù),也是想從災(zāi)前感知到災(zāi)中隔離處置,災(zāi)后希望做事故存證以及數(shù)據(jù)分析。相關(guān)實(shí)施方案,災(zāi)前要做態(tài)勢(shì)感知,災(zāi)中要進(jìn)行日常信號(hào)提醒,兩道防線,消防測(cè)試圖和壓縮空氣泡沫隔離,還可以做局部隔離,這個(gè)過(guò)程我們覺(jué)得還是涉及到資金成本問(wèn)題,確實(shí)需要資金的支持。
四、最后提下展望和建議,一是加快充電安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善。而是加強(qiáng)行業(yè)質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)督,特別是新能源車下鄉(xiāng),廣大農(nóng)村地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)一些低價(jià)、質(zhì)量不過(guò)關(guān)的情況,會(huì)更容易發(fā)生一些安全事故。所以我們強(qiáng)烈建議要對(duì)行業(yè)質(zhì)量進(jìn)行加強(qiáng)檢測(cè)和監(jiān)督,提升整個(gè)行業(yè)整體質(zhì)量。
三是加強(qiáng)充電信息安全防護(hù)技術(shù),現(xiàn)在大家都比較忽略信息安全問(wèn)題,特別是如果涉及惡意篡改,無(wú)人駕駛車輛普及,做到一些惡意攻擊,對(duì)整個(gè)社會(huì)和國(guó)家會(huì)帶來(lái)巨大的潛在問(wèn)題。個(gè)人信息、充電過(guò)程中數(shù)據(jù)信息泄露,篡改,都是我們下一步要重點(diǎn)關(guān)注的。四是加強(qiáng)模型實(shí)用化研究,前面提到相關(guān)方法,但這個(gè)模型還是隨著車輛普及,不同種類車輛,不同種類電池,模型還需要不斷地完善和優(yōu)化。