文｜車(chē)百智庫(kù) 陳重山

編輯｜阿峰

5分鐘可以做什么？喝一杯咖啡、看一篇文章，或者是給新能源車(chē)補(bǔ)能200公里？大功率充電，正成為提升新能源汽車(chē)補(bǔ)能效率的重要路徑之一。

2019年，保時(shí)捷Taycan在全球首次推出800V高電壓電氣架構(gòu)，搭載800V直流快充系統(tǒng)并支持350kW大功率快充。隨后，高壓快充路線技術(shù)路線迅速得到了車(chē)企的青睞。

那邊，先是現(xiàn)代、起亞等國(guó)際巨頭陸續(xù)發(fā)布800V平臺(tái)。這邊，國(guó)產(chǎn)汽車(chē)品牌也不甘示弱，搭載高壓快充方案的極狐阿爾法S、阿維塔11、小鵬G9、長(zhǎng)城機(jī)甲龍、埃安V Plus車(chē)型也于2022年內(nèi)陸續(xù)上市。

一時(shí)間，大功率快充將大規(guī)模量產(chǎn)落地的聲音不絕于耳，一個(gè)“充電像加油一樣方便”的新能源汽車(chē)補(bǔ)能體系似乎近在眼前。

但需要關(guān)注的是，大功率快充的實(shí)現(xiàn)靠的是一個(gè)技術(shù)集群的集體支撐，對(duì)于新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)而言，都是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的大工程。

天風(fēng)證券在研報(bào)中認(rèn)為，充電倍率的提升，依賴電芯材料、電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模組設(shè)計(jì)方案、電池包設(shè)計(jì)方案CTP，以及電池管理系統(tǒng) BMS等方面的不斷突破。目前，主流的動(dòng)力電池包已能支持2C充電倍率，往上提升類(lèi)似木桶效應(yīng)，需持續(xù)突破技術(shù)短板。  

在諸多“木板”中，安全性無(wú)疑是最為重要的那一塊。從新能源汽車(chē)的角度來(lái)看，頻繁的大功率快充會(huì)影響電池壽命和安全，此外，還有高壓化帶來(lái)的電機(jī)軸承電腐蝕、EMC及絕緣安全等問(wèn)題。

近日，由中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)與世界資源研究所聯(lián)合主辦的“大功率充電研究與場(chǎng)景應(yīng)用”研討會(huì)暨百人會(huì)第25期研討會(huì)在北京舉辦。會(huì)上，與會(huì)者就大功率充電的安全性相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)了討論。

大功率充電有哪些安全痛點(diǎn)？相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況如何？未來(lái)，還能從哪些方面提升大功率充電的安全性？這些都是本文致力于回答的問(wèn)題。

一、“安全”為何惹人憂？

大功率充電是否安全，曾經(jīng)是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的話題。

在接受媒體采訪時(shí)，原國(guó)家新能源汽車(chē)創(chuàng)新工程專(zhuān)家組組長(zhǎng)王秉剛曾透露，在2018內(nèi)發(fā)生的40多起新能源車(chē)火災(zāi)事故中,超半數(shù)是在新能源車(chē)主在使用大功率充電過(guò)程中或車(chē)輛在大功率充電后發(fā)生的。

“建議廣大新能源車(chē)主最好不要使用大功率快充方式為車(chē)輛充電，這樣的充電方式有可能會(huì)在實(shí)際使用過(guò)程中帶來(lái)一定安全隱患。”王秉剛說(shuō)。 

那時(shí)，王秉剛的擔(dān)心不無(wú)道理。

有研究顯示，新能源汽車(chē)充電過(guò)程與充電后一段時(shí)間是起火的多發(fā)期。過(guò)高的充電電壓或電流都能導(dǎo)致鋰電池電極材料和電解液的穩(wěn)定性降低，更容易造成電池發(fā)熱不均。一旦發(fā)生熱失控，容易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全隱患。

2019年，外媒就曾曝出快充網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商Electrify America因?yàn)椤皾撛诘陌踩珕?wèn)題”，暫停了大部分大功率充電樁對(duì)外服務(wù)的新聞。

在美國(guó)加州，Electrify America開(kāi)設(shè)了充電功率為350kW的超快速充電站。投入運(yùn)營(yíng)后沒(méi)多久，便因?yàn)樵谝粋€(gè)測(cè)試充電站發(fā)生大功率充電電纜短路，而暫停了這批大功率充電樁的對(duì)外服務(wù)。

有分析認(rèn)為，此次安全問(wèn)題可能是Electrify America使用的HUBER+SUHNER電纜冷卻系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題。

Electrify America總裁兼首席執(zhí)行官Giovanni Palazzo表示，出于謹(jǐn)慎的考慮，Electrify America關(guān)閉所有使用HUBER+SUHNER電纜的充電樁，直到確認(rèn)它們能夠安全運(yùn)行為止。

電芯、電池包管理、電路絕緣、故障下的功能安全、電磁兼容性......一項(xiàng)技術(shù)有短板，都會(huì)對(duì)大功率充電安全帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，安全問(wèn)題就像一道高墻，成為橫亙?cè)谛袠I(yè)面前的難題。

二、以技術(shù)破解安全焦慮

大功率充電安全與否，是一個(gè)時(shí)論時(shí)新的話題。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷突破，大功率充電的安全問(wèn)題也迎來(lái)了新的解決方案。

由華為技術(shù)有限公司 、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì) 、中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)等單位聯(lián)合編制的《中國(guó)高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2023-2025）》顯示，高壓涉及的絕緣、散熱等技術(shù)已突破，可保障用戶安全可靠用車(chē)。

其一、大功率快充電池散熱方案已成熟，可有效解決散熱問(wèn)題。

大功率快充會(huì)帶來(lái)發(fā)熱量的大幅增加，高壓電池包（Pack）的熱管理至關(guān)重要。

在電池包的安全設(shè)計(jì)上，可以通過(guò)應(yīng)用隔熱性能更高的隔熱材料，例如陶瓷隔熱墊云母板，進(jìn)行熱擴(kuò)散防護(hù)，在銅排金屬零件表面粘貼絕緣材料(例如陶瓷復(fù)合帶、云母紙)來(lái)防止高壓打火，以此來(lái)提高電池包熱擴(kuò)散防護(hù)能力。

目前，業(yè)界已經(jīng)有成熟的大功率充電電池?zé)峁芾矸桨?，可有效解決散熱問(wèn)題。以某車(chē)型的熱管理為例，其水冷板設(shè)置在電池箱體下側(cè)，可有效隔絕冷卻液與模組，提高電池安全性。

其二、電池管理技術(shù)快速升級(jí)，可實(shí)現(xiàn)全生命周期智能、精準(zhǔn)的快充安全保障。

例如，業(yè)界通過(guò)構(gòu)建三維電熱耦合模型，實(shí)時(shí)估算電芯最高和最低溫度，并及時(shí)調(diào)節(jié)溫度控制，溫度精度能達(dá)到3℃以內(nèi)。電芯工作溫度正?？刂圃?0~40℃，極限工況下嚴(yán)格限制電池溫度超過(guò)55℃，避免發(fā)生熱失控風(fēng)險(xiǎn)，改善電池的工作環(huán)境，從而提升電池的壽命。

而在云端，云BMS結(jié)合大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)高壓快充電池安全升維保障。云BMS可將電動(dòng)汽車(chē)車(chē)端BMS和云端相連，實(shí)現(xiàn)電池全生命周期數(shù)據(jù)“上云”，并結(jié)合在云端的大數(shù)據(jù)及機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)車(chē)輛數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)電池的內(nèi)短路及一致性故障告警，電池?zé)崾Э丶叭?jí)故障告警預(yù)警等功能。

同時(shí)，AI算法深挖電池充電安全邊界，全場(chǎng)景最大化提升充電速度。

從公開(kāi)信息看，當(dāng)前華為等零部件企業(yè)已經(jīng)可以根據(jù)電池電化學(xué)模型，融合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)AI算法，結(jié)合電池歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化電池的充電性能邊界，在不產(chǎn)生析鋰的前提下，實(shí)現(xiàn)最大程度的快充。并且結(jié)合整車(chē)管理和熱管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)即插即預(yù)熱即充，減少充電準(zhǔn)備時(shí)間。

其三、現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、材料及技術(shù)可滿足高壓絕緣要求，可有效保障高壓人身安全。

行業(yè)目前從高電壓導(dǎo)致的電弧問(wèn)題、爬電距離、電氣間隙、絕緣介質(zhì)等4個(gè)方面，來(lái)考慮高壓平臺(tái)絕緣設(shè)計(jì)問(wèn)題。

以爬電距離為例，根IEC60664-1/GB16935.1 標(biāo)準(zhǔn)要求，高壓需要提升爬電距離。在應(yīng)用層面，各廠家均已有相應(yīng)解決方案。

比如寧德時(shí)代在電池包絕緣能力設(shè)計(jì)上，通過(guò)增大零件之間的電氣間隙和爬電距離，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用絕緣性能更高的材料，增加絕緣耐壓防護(hù)設(shè)計(jì)來(lái)提高電池包的絕緣耐壓等級(jí)。

三、安全無(wú)止境

大功率充電，安全問(wèn)題永遠(yuǎn)在第一線。用好大功率充電的技術(shù),必須要從根本上保證充電安全。

與單一的電池安全問(wèn)題相比，新能源汽車(chē)充電系統(tǒng)在充電過(guò)程中會(huì)涉及到能源、車(chē)輛、充電的連接裝置、充電的設(shè)備以及供電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，是個(gè)非常復(fù)雜的跨產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)。

因此，技術(shù)突破僅僅是一方面。與會(huì)者還從安全監(jiān)管、責(zé)任判定等多個(gè)角度出發(fā)，為大功率充電的安全性提升建言獻(xiàn)策。

有專(zhuān)家認(rèn)為，可以從充電產(chǎn)品全生命周期建立多維度的安全測(cè)評(píng)體系。

首先，在充電產(chǎn)品出廠的時(shí)候，建立滿足高壓大電流的產(chǎn)品安全技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，包括進(jìn)行適配高壓架構(gòu)的電氣安全測(cè)試、環(huán)境安全測(cè)試以及電氣兼容測(cè)試等。

其次，在高壓充電產(chǎn)品投入使用期間，針對(duì)其在復(fù)雜多變環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，建立相應(yīng)的可靠性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，包括規(guī)定其輸入電壓、電流、精度、效率、噪音、防水防塵、環(huán)境適應(yīng)性要求等，從而保障產(chǎn)品高壓穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)，針對(duì)充電過(guò)程頻發(fā)的火災(zāi)安全事故，制定在運(yùn)行期間產(chǎn)品的高壓充電安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警機(jī)制。

在整個(gè)監(jiān)測(cè)預(yù)警過(guò)程中，高壓充電階段的數(shù)據(jù)對(duì)支撐產(chǎn)品后市場(chǎng)安全事故分析極為必要。

因此，需要同步規(guī)范基于安全分析的高壓充電產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、上傳。比如規(guī)定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的范圍、周期頻率以及明確車(chē)樁充電數(shù)據(jù)采集上傳的要求，包括明確充電數(shù)據(jù)上傳方等。

也有車(chē)企負(fù)責(zé)人認(rèn)為，充電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅猛，如雨后春筍一樣出現(xiàn)了成百上千的樁企。不同的設(shè)備、不同的年代、不同的技術(shù)路線，導(dǎo)致用戶充電過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題，有些時(shí)候很難去判定責(zé)任。

因此，該車(chē)企負(fù)責(zé)人建議，應(yīng)該探討出現(xiàn)問(wèn)題之后數(shù)據(jù)的共享、責(zé)任的判定問(wèn)題，甚至出臺(tái)一些金融方案，如保險(xiǎn)的方案等。

同時(shí)，在充電設(shè)備、充電設(shè)施的安全架構(gòu)設(shè)計(jì)上，整個(gè)行業(yè)并沒(méi)有形成非常統(tǒng)一的設(shè)計(jì)思路、選型思路。

“比如像被動(dòng)器件的響應(yīng)動(dòng)作、防護(hù)閾值，和車(chē)端沒(méi)有形成有效的匹配，很多時(shí)候車(chē)沒(méi)事，但充電樁已經(jīng)出現(xiàn)了故障?！痹撥?chē)企負(fù)責(zé)人建議，應(yīng)該從預(yù)防上著手，盡快建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

【全文參考】

[1]《中國(guó)高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2023-2025）》

[2]《電動(dòng)汽車(chē)頻頻起火 引工信部高度重視 安全面臨考驗(yàn)》、北京青年報(bào)、吳鵬亮

[3]《超充站闖入新能源汽車(chē)推廣“下半場(chǎng)”》，新能源汽車(chē)新聞EV，趙瓊

[4]《大咖對(duì)話，剖析超級(jí)快充發(fā)展現(xiàn)狀與難點(diǎn)》，電子智造業(yè)，陳澤香

[5]《電動(dòng)車(chē)呼喚“超充”》，建約車(chē)評(píng)，張健