电动汽车充换电安全是“生命线” ｜ 封面故事：乘势而上——2024中国汽车论坛特别报道(十二)
2024-11-10 18:14
✎编者按
中国汽车产业转型升级正迈向全新发展阶段，应抓住战略新机遇，巩固和扩大智能网联新能源汽车先发优势，并转化为产业全面领先优势，重塑全价值链。坚持创新驱动、可持续发展和开放合作不动摇，以新质生产力为依托，强化企业创新主体地位，乘势寻求新突破，在引领全球汽车产业新变革中共赢新未来。围绕向行业输出思想与智慧的2024中国汽车论坛，《汽车纵横》特作本期“封面故事”专题报道。本专题报道共14篇，今天发布第12篇，敬请关注。
新能源汽车发展初期，我国就非常注重充换电安全。当前，充换电安全已经成为未来几年充换电基础设施发展过程中，非常核心和亟需加强关注的重点，也是我国新能源汽车进一步推广和应用的基础。
从新能源汽车产业发展初期，我国就非常注重充换电安全，通过技术研究、试点示范等总结经验，构建充换电的安全防护体系。恰逢2024中国汽车论坛召开之际，7月13日上午，中国汽车工业协会携手中国电动汽车充电基础设施促进联盟、中国汽车工业协会充换电分会共同举行了“电动汽车充换电安全防护”主题论坛，在充换电产业高质量发展的大形势下，就技术标准、充电设备、充电服务系统、充电检测等方面进行了充分而深入的研讨，提出了电动汽车充换电安全提升的新方案和新思路。
多年来，在国家政策的引导和支持下，我国新能源汽车产业已经进入市场化拓展期，新能源汽车保有量规模持续高速增长，配套基础设施也呈现出蓬勃发展的态势。
邹朋表示，作为新能源汽车推广应用的重要保障，我国已经建成了满足电动汽车用户能源补给需求的充换电服务网络。据联盟统计，截至2024年6月底，我国充电桩已达到1024.3万台，同比增加54%，换电站3772座，有力支撑了我国新能源汽车的健康发展。
众所周知，电动汽车在充换电时，经常遭遇自燃和起火等安全事故，而事故发生的来源很大比例是动力电池。对此，马小利坦言，电动车跟传统燃油车不太一样，说到底电池是一个化学器件，化学器件内部只要产生物理化学反应，就不可避免地会产生一些问题或事故。“从电池安全技术角度来看，现在全行业的基本思路是，从安全边界控制，到事前预警，到事中风险评估，和事后风险控制策略。”马小利指出，在这一思路的指引下，他们在电池安全性提升方面开展了许多具体工作，例如通过梯度测试的方法来探究电池在过充状态下的安全边界、监测电压和气体成分来达到事前预警的目的、在事中风险评估中构建燃烧风险评估机制等。
国联动力电池研究院有限责任公司副总经理、中国汽车动力电池产业创新联盟常务副秘书长马小利
在马小利看来，电池安全问题主要包括三类：热滥用、电滥用和机械滥用。有时这三种问题也会叠加出现，例如电池在充电过程中电池内阻增加，导致电池内部热量非常高，温度上涨，这就是电滥用和热滥用综合问题出现的情况。基于此，马小利提出，作为我们推广新能源汽车阶段避不开的路线，快充既可以提升客户使用的便利性，提升充电速率和效率，还能降低全社会的运行成本，是必然选择的技术路线。但考虑到充电安全问题，马小利建议，车企还是应该先稳定把3C（“C”代表电池的额定充电率，是电池充电速度的一个重要参考指标。3C意味着电池能在20分钟内充满电）策略做好，再落地4C（4C意味着电池能在15分钟内充满电），然后一步步朝着更高效充电的方向发展。
近年来，随着电动汽车渗透率不断升高，电动汽车的事故也呈现多发态势。王朝晖提出，由于电动汽车不管在充电还是放电过程中，高压电都通过供电回路进行传输，就会存在人员触电、部件过热以及功能受损的安全风险，因此需要相关标准对安全风险进行规范。为此，王朝晖详细介绍了去年11月27日开始实施的一项中国国家标准——《电动汽车传导充放电安全要求》（以下简称《要求》）。王朝晖表示，《要求》的内容框架主要为五方面：触电防护、过热防护、功能安全、适用环境以及其他方面，其中具体规定了在非充电状态和充电过程以及充电结束状态三种情况下充放电的安全要求，同时给出了一些充电操作、表征温度，以及用户手册的指导，并提供了一些导体电阻和绝缘电阻测试的相关要求。
“充电安全标准与其他标准一起构建起了整个电动汽车的标准体系。”王朝晖谈道，其中，整车安全涉及到功能安全、操作安全、人员触电、防火、碰撞后的防护，涉及到的标准包括《电动汽车安全要求》（GB 18384-2020）、《电动客车安全要求》（GB 38032-2020）以及《电动汽车碰撞后安全要求》（GB/T 31498-2021）；电池安全主要覆盖正常使用、滥用安全性以及环境适用性、浸水、热扩散等，涉及到的标准是《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB38031-2020）；充电安全涉及到人员触电、过热防护、环境适应性和功能安全，涉及到的标准有《电动汽车传导充放电安全要求》（GB/T 43332-2023）、《电动汽车充电系统信息安全技术要求及试验方法》（GBT 41578-2022）以及《电动汽车供电设备安全要求及试验规范》（GBT 39752-2021）；换电安全涵盖结构安全和电芯安全，涉及到的标准是《电动汽车换电安全要求》（GB/T 40032-2021）。
可以说，从现有的标准体系构成来看，我国已经基本形成了较为完整的从整车到充换电的安全标准体系。有理由相信，随着标准体系的不断完善和成熟，我国新能源汽车产业将实现更加健康有序的发展。
正如彭鹏所言，今天电动汽车的充电设备已不单是一个独立的场站设备。作为充电基础设施网络的核心组成部分，它连接着车端和新型电力系统，成为了车联网、充电网和电力网三网融合的能源与信息的汇聚点，因此提出了更高的安全要求，应实现“全方位”的安全。
不过，彭鹏坦言，当前汽车电动化行业对充电基础设施涉及安全可靠要求的重视度还不够，各种各样的安全事故时有发生。为了更好地保障充电基础设施安全，他提出，需要从人身安全、车辆安全、设备安全、储能安全、数据安全五方面入手。其中，数据安全是之前行业里相对比较忽略，但现在越来越重视的。彭鹏建议，为助力充换电设备达到全方位安全，应加快强制安全认证标准尽快出台，与此同时，公共充电场站具备大功率充电能力是发展趋势，设备生产厂家要更加重视这类产品的高安全和高质量。
作为充电桩的重要组成部分之一，充电枪的安全问题同样不容忽略。对此，徐敏分享了充电枪的三大特点，包括通流比较大，安全性要求高、高频插拔，耐用性要求高以及消费者直接接触，易用性要求高。“充电运营可划分为四个典型场景，包括私人充电、目的地充电（商场、超市、机关单位等）、公共充电以及公共充电+（即现在行业里比较火爆的大功率液冷充电）。”徐敏表示，其中，公共充电和液冷充电的电流相对较大，功率较高，对充电枪的设计选材、生产制造、测试等方面都提出了极高的要求。
在保障充换电安全方面，袁海兵分享了广汽的做法，包括打造云边端协同，构筑全链路的安全：在云端，由AI监控，远程诊断，智能运维；在系统级层面，打造架构安全、调度安全、电气安全；同时强化设备本体的安全，为云边端全链路护航。
王力也站在支付安全的角度，分享了支付宝相关的安全产品和解决方案。据介绍，支付宝安全产品的底层技术采用蚂蚁自研的前沿科技，例如前几年比较流行的区块链技术——蚂蚁链，上链之后不可篡改以及可溯源，还有物联网、大数据、AI计算等。
在新能源汽车的补能体系中，换电并不是市场份额最高、最主流的技术路线，但这并不意味着，行业就应当降低对换电安全的重视程度。尤其是在换电产品逐渐为市场所认可，规模不断扩大的当下，更应当未雨绸缪，提前做好规划。
“虽然换电模式得到了推广，但我们意识到，换电安全是尤为突出的问题，是直接影响到换电是否能长期走下去最重要的因素。”李攀举例道，城市里不允许无限制建设换电站，而电力容量、电网线路也不允许随意搭接，因此需要综合考虑各种现场使用情况后，才能针对应用场景进行换电站模块和功能化的设计。此外，运营方面还涉及到设备管理、作业管理、电池管理、电池运输、存储等多方面问题，只有全流程充分考虑换电站的建设运营，才能构建起安全的换电站。
站在运营的角度，李攀还给出了换电站中电池应急管控方面的一些心得。例如电池的管控应急策略分为四个方面：环境、安全的充电倍率、防过充和实时检查。具体而言，首先要保证换电站处在一个相对适宜的温度范围之内，还要实时监测判断电池包内模组的温度是否触碰安全范围；其次可通过换电网络的调控手段，预测换电运营需求，有目的地降低充电倍率，延长电池寿命；第三，有意调节充电截止条件，包括向下调节充电截止SOC、电压等，来防止过充；第四，除了实时监测判断，他们也应用了基于数据驱动模型的电池安全大数据分析方法。“保安全可总结为三个关键词：不触发、提前判、快速撤。”李攀这样总结。
朱贤认为，加强重视换电安全有利于促进行业的可持续发展，能确保企业的法律合规性和品牌信誉维护，同时还能推进换电行业技术革新，提高数据和网络安全以及应急响应的能力，更是社会责任的体现。为了更好地防范换电出现安全问题，朱贤列举了换电存在的几大安全风险因素，包括车辆、电池以及设备、电气等多方面。为此，他们与上下游供应链展开了合作，致力于共同完善整个换电安全技术措施。首先，通过BMS安全功能设计保障电池在使用充电以及维护保养过程中的安全；其次，在换电车辆、设备以及换电流程的设计过程中，充分考虑到各类安全问题，尤其是针对重卡换电站所处的环境特点，注意防水和防尘设计；第三，采取各种技术手段实现提醒预警，让人员、设备不出现故障，避免事故发生；第四，通过无人值守换电站的建设与布局，减少成本的同时也能增加换电站的安全；第五，事故后响应机制的建设，例如建立各套应急管理系统，每季节换电站开展一次应急演练，确保所有员工掌握应急处置措施。
恰如仝宗旗所言，充换电产业安全是我国未来几年充电基础设施发展过程中，非常核心和亟需加强关注的重点，也是我国新能源汽车进一步推广和应用的基础。有理由相信，在行业各界人士的关注与重视下，我国电动汽车充换电安全必将迎来全新的发展，从而助推新能源汽车产业进入高质量发展的新阶段。
注：本文首发于《汽车纵横》杂志2024年8月刊“封面故事”栏目，敬请关注。
