文｜車百智庫 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，或者是給新能源車補能200公里？大功率充電，正成為提升新能源汽車補能效率的重要路徑之一。
2019年，保時捷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)路線迅速得到了車企的青睞。
那邊，先是現(xiàn)代、起亞等國際巨頭陸續(xù)發(fā)布800V平臺。這邊，國產(chǎn)汽車品牌也不甘示弱，搭載高壓快充方案的極狐阿爾法S、阿維塔11、小鵬G9、長城機甲龍、埃安V Plus車型也于2022年內(nèi)陸續(xù)上市。
一時間，大功率快充將大規(guī)模量產(chǎn)落地的聲音不絕于耳，一個“充電像加油一樣方便”的新能源汽車補能體系似乎近在眼前。
但需要關(guān)注的是，大功率快充的實現(xiàn)靠的是一個技術(shù)集群的集體支撐，對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個環(huán)節(jié)而言，都是“牽一發(fā)而動全身”的大工程。
天風(fēng)證券在研報中認(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)計方案、電池包設(shè)計方案CTP，以及電池管理系統(tǒng) BMS等方面的不斷突破。目前，主流的動力電池包已能支持2C充電倍率，往上提升類似木桶效應(yīng)，需持續(xù)突破技術(shù)短板。
在諸多“木板”中，安全性無疑是最為重要的那一塊。從新能源汽車的角度來看，頻繁的大功率快充會影響電池壽命和安全，此外，還有高壓化帶來的電機軸承電腐蝕、EMC及絕緣安全等問題。
近日，由中國電動汽車百人會與世界資源研究所聯(lián)合主辦的“大功率充電研究與場景應(yīng)用”研討會暨百人會第25期研討會在北京舉辦。會上，與會者就大功率充電的安全性相關(guān)問題展開了討論。
大功率充電有哪些安全痛點？相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況如何？未來，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題。
一、“安全”為何惹人憂？
大功率充電是否安全，曾經(jīng)是一個充滿爭議的話題。
在接受媒體采訪時，原國家新能源汽車創(chuàng)新工程專家組組長王秉剛曾透露，在2018內(nèi)發(fā)生的40多起新能源車火災(zāi)事故中,超半數(shù)是在新能源車主在使用大功率充電過程中或車輛在大功率充電后發(fā)生的。
“建議廣大新能源車主最好不要使用大功率快充方式為車輛充電，這樣的充電方式有可能會在實際使用過程中帶來一定安全隱患?！蓖醣鼊傉f。
那時，王秉剛的擔(dān)心不無道理。
有研究顯示，新能源汽車充電過程與充電后一段時間是起火的多發(fā)期。過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)運營商Electrify America因為“潛在的安全問題”，暫停了大部分大功率充電樁對外服務(wù)的新聞。
在美國加州，Electrify America開設(shè)了充電功率為350kW的超快速充電站。投入運營后沒多久，便因為在一個測試充電站發(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外服務(wù)。
有分析認(rèn)為，此次安全問題可能是Electrify America使用的HUBER+SUHNER電纜冷卻系統(tǒng)發(fā)生問題。
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......一項技術(shù)有短板，都會對大功率充電安全帶來挑戰(zhàn)。因此，在很長一段時間內(nèi)，安全問題就像一道高墻，成為橫亙在行業(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，是一個時論時新的話題。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷突破，大功率充電的安全問題也迎來了新的解決方案。
由華為技術(shù)有限公司 、中國電力企業(yè)聯(lián)合會 、中國電動汽車百人會等單位聯(lián)合編制的《中國高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（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。
其一、大功率快充電池散熱方案已成熟，可有效解決散熱問題。
大功率快充會帶來發(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)計上，可以通過應(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)來防止高壓打火，以此來提高電池包熱擴散防護(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?，可有效解決散熱問題。以某車型的熱管理為例，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，可實現(xiàn)全生命周期智能、精準(zhǔn)的快充安全保障。
例如，業(yè)界通過構(gòu)建三維電熱耦合模型，實時估算電芯最高和最低溫度，并及時調(diào)節(jié)溫度控制，溫度精度能達(dá)到3℃以內(nèi)。電芯工作溫度正常控制在20~40℃，極限工況下嚴(yán)格限制電池溫度超過55℃，避免發(fā)生熱失控風(fēng)險，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)和機器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)高壓快充電池安全升維保障。云BMS可將電動汽車車端BMS和云端相連，實現(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)及機器學(xué)習(xí)算法對車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，實現(xiàn)電池的內(nèi)短路及一致性故障告警，電池?zé)崾Э丶叭壒收细婢A(yù)警等功能。
同時，AI算法深挖電池充電安全邊界，全場景最大化提升充電速度。
從公開信息看，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，實現(xiàn)最大程度的快充。并且結(jié)合整車管理和熱管理技術(shù)，實現(xiàn)即插即預(yù)熱即充，減少充電準(zhǔn)備時間。
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)致的電弧問題、爬電距離、電氣間隙、絕緣介質(zhì)等4個方面，來考慮高壓平臺絕緣設(shè)計問題。
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。
比如寧德時代在電池包絕緣能力設(shè)計上，通過增大零件之間的電氣間隙和爬電距離，開發(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)計來提高電池包的絕緣耐壓等級。
三、安全無止境
大功率充電，安全問題永遠(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題相比，新能源汽車充電系統(tǒng)在充電過程中會涉及到能源、車輛、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。與會者還從安全監(jiān)管、責(zé)任判定等多個角度出發(fā)，為大功率充電的安全性提升建言獻(xiàn)策。
有專家認(rèn)為，可以從充電產(chǎn)品全生命周期建立多維度的安全測評體系。
首先，在充電產(chǎn)品出廠的時候，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)的電氣安全測試、環(huán)境安全測試以及電氣兼容測試等。
其次，在高壓充電產(chǎn)品投入使用期間，針對其在復(fù)雜多變環(huán)境下長期運行的可靠性，建立相應(yīng)的可靠性評價標(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)定運行。
同時，針對充電過程頻發(fā)的火災(zāi)安全事故，制定在運行期間產(chǎn)品的高壓充電安全監(jiān)測及預(yù)警機制。
在整個監(jiān)測預(yù)警過程中，高壓充電階段的數(shù)據(jù)對支撐產(chǎn)品后市場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、上傳。比如規(guī)定數(shù)據(jù)存儲的范圍、周期頻率以及明確車樁充電數(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)致用戶充電過程中發(fā)生的問題，有些時候很難去判定責(zé)任。
因此，該車企負(fù)責(zé)人建議，應(yīng)該探討出現(xiàn)問題之后數(shù)據(jù)的共享、責(zé)任的判定問題，甚至出臺一些金融方案，如保險的方案等。
同時，在充電設(shè)備、充電設(shè)施的安全架構(gòu)設(shè)計上，整個行業(yè)并沒有形成非常統(tǒng)一的設(shè)計思路、選型思路。
“比如像被動器件的響應(yīng)動作、防護(hù)閾值，和車端沒有形成有效的匹配，很多時候車沒事，但充電樁已經(jīng)出現(xiàn)了故障?！痹撥嚻筘?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]《中國高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2023-2025）》
[2]《電動汽車頻頻起火 引工信部高度重視 安全面臨考驗》、北京青年報、吳鵬亮
[3]《超充站闖入新能源汽車推廣“下半場”》，新能源汽車新聞EV，趙瓊
[4]《大咖對話，剖析超級快充發(fā)展現(xiàn)狀與難點》，電子智造業(yè)，陳澤香
[5]《電動車呼喚“超充”》，建約車評，張健