李斌:电动汽车充电安全技术研究

  11月10日-12日,由中国汽车工业协会和武汉市人民政府共同主办的“2023中国汽车供应链大会暨第二届中国新能源智能网联汽车生态大会”在武汉经开区举办。本届供应链大会以“踔厉奋发,攻坚克难——打造安全、韧性、绿色汽车供应链”为主题,设置了“1场战略峰会、1场大会论坛、9场主题论坛”共11场会议,围绕供应链安全与布局、新型汽车供应链打造、传统供应链升级、全球化发展等热点话题进行深入交流与探讨,寻找构建世界一流汽车供应链的对策、方法和路径。其中,在11月11日下午举办的“主题论坛二:补能体系——打造充换电高质量产业生态”上,中国电力科学研究院三级职员/教授级高工李斌发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:

  很高兴有机会和大家交流一下电动汽车充电安全相关技术,我主要从四个方面。一个是背景,第二是充电安全监测与预警。第三是安全防护与消防,第四是相关建议和展望。
  一、背景简单的讲一下,现在新能源车1812万辆,增长的比较快,从预测的角度来说,2030年能达到8000万辆。电动汽车发展趋势大家都有目共睹,从国家政策来说也是给予了极大的支持。近期发布了一系列关于新能源汽车下乡,构建高质量电动汽车基础设施体系以及充电设施安全的政策,都是为了促进新能源汽车行业的健康发展。但新能源汽车也还是发生了一些安全事故,我们也做了相关的统计,2020年大概170余起,2021年160余起,2022年220余起,这些都是报道的例子。车的自燃等安全事故对整个行业发展影响还是巨大的,我们做了一些研究统计,在安全事故中乘用车事故占比比较高,纯电动车占比86%,三元材料电池的车,占比也比较高。磷酸铁锂好一些,充电状态和静止状态是主要发生的场景,而且大部分是在高SOC状态下,低电量的时候事故发生并不是很多。
  整个安全事故对我们的电动汽车行业发展会造成一些影响,充电安全事情还是需要引起我们的重视。
  二、充电安全监测与预警。主要分三个部分。一个是车辆电池部分,第二是充电设施部分,第三是电网侧。在车侧这块,主要分三个部分,电的滥用,热滥用、机械滥用。做电池安全预警也有很多方法,举个简单的例子,阈值数风险模型,上面这个图1 SOC已经充满了,但是充电电压550多V,这是一种异常情况。第二是充电充满了,充电电流还保持60安左右,这种情况是有一些风险预警。另外单体最高电压超限,这是最简单的风险评估模型。我们再可以看下,比如充电电压变化率的情况,第一个图,充电电压波动和电池电压波动是正常区间,第二个图也是一样,第三个图充电电压大幅度上升,电池电压还是保持不动,这也是一个异常情况。充电情况就可以发现有一些风险.电池一致性评价,2018年电池比较新的时候,一致性是小于1%,从单体电池电压来说也趋于一致性,用了大概半年,单体电压分离也加大了,用了一年半之后,一致性就偏差了2%以上,这也是我们车的一些、电池上安全预警判断方法。
  电池安全对老化的情况可以做一些判断,评估一致性就不细说了,预警可以分为突发和瞬时的,我们也做了一下分类,从实时故障来说是4类,通信、充电、放电、保护功能失效,10大核心指标如图。这块我们想说的是,安全预警可能是比较重要,但是也不能把它过分地强化,你要找到一个折衷点,有时候过度强调预警和安全,可能会造成一些正常情况下宕机、停机。所以我们也要找到折衷点,可以相应采取一些策略,比如延时上报,多次判断。
  说完车侧再说桩侧,主要是充电设施,其实大部分主要还是一个充电设施对人身安全,绝缘漏电发生人生伤亡事故,不要因为过温、充电设施自燃等带来安全事故。我们梳理桩侧运行数据,3个大类,3个级别,32项安全指标,都可以进行充分判断。
  再说网侧,可能大家不关心,但是对电网这块将来的影响很大。特别是将来一些大功率超充、v2g放电情况的推广还是会带来很多问题。传统充电对电网影响大家都知道,比如电能质量问题,台区配变过载问题等等,对区域电网来说是峰谷差的加大,跨区域电网带来的新能源消纳问题。
  我们也梳理了下在网侧,充电小功率直流、大功率集中整流会发生一些谐振的风险,包括有一些低频振荡,电能质量问题,这是我们做的一个放电实验,作为一些实测数据,可以看到在第一个图中,电流谐波畸变率已经超过了国标5%的限制,这是放电的影响。包括将来大功率放电的冲击电流,我们都做了相关测试。我们做了一个并网测试,多台车放电的时候也会发生电流畸变率超限,相关结论如图。
  三、充电安全防护与消防。防护其实刚才咱们车侧、桩侧、网侧都讲了,都有各自的本体防护策略,现在有做多层级防护,我们现在想提的是车端自己本身,电池本身的防护,能不能做一个后备保护和综合判断,对网侧的一些影响,它应该是一个多层级的。
  有一些事情已经发生了,但是我们怎么能够去进行尽快的处理,有几个方法,一是无人值守烟雾图像识别、红外测温报警成本相对偏小,电动汽车并不像汽油车发生直接爆炸,它有一个燃烧的过程,有时候本身车烧了会把旁边的车给毁了。所以能不能通过红外传感、烟雾识别去提醒远程维护人员,5分钟或者10分钟来进行处置,或者把旁边的车挪开,至少不造成事故的扩大。现在可以加装红外成像,成本也并不高,当然如果说将来资金允许,也可以搞站级消防和防护,我们也做了一个示范站防护,也是想从灾前感知到灾中隔离处置,灾后希望做事故存证以及数据分析。相关实施方案,灾前要做态势感知,灾中要进行日常信号提醒,两道防线,消防测试图和压缩空气泡沫隔离,还可以做局部隔离,这个过程我们觉得还是涉及到资金成本问题,确实需要资金的支持。
  四、最后提下展望和建议,一是加快充电安全相关标准的制定和完善。而是加强行业质量检测和监督,特别是新能源车下乡,广大农村地区可能会出现一些低价、质量不过关的情况,会更容易发生一些安全事故。所以我们强烈建议要对行业质量进行加强检测和监督,提升整个行业整体质量。
  三是加强充电信息安全防护技术,现在大家都比较忽略信息安全问题,特别是如果涉及恶意篡改,无人驾驶车辆普及,做到一些恶意攻击,对整个社会和国家会带来巨大的潜在问题。个人信息、充电过程中数据信息泄露,篡改,都是我们下一步要重点关注的。四是加强模型实用化研究,前面提到相关方法,但这个模型还是随着车辆普及,不同种类车辆,不同种类电池,模型还需要不断地完善和优化。
  以上就是我的汇报,谢谢大家。
  (注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
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