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，搭載800V直流快充系統(tǒng)并支持350kW大功率快充。隨后，高壓快充路線技術路線迅速得到了車企的青睞。
那邊，先是現代、起亞等國際巨頭陸續(xù)發(fā)布800V平臺。這邊，國產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年內陸續(xù)上市。
一時間，大功率快充將大規(guī)模量產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。
但需要關注的是，大功率快充的實現靠的是一個技術集群的集體支撐，對于新能源汽車產業(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。
天風證券在研報中認為，充電倍率的提升，依賴電芯材料、電芯內部結構、模組設計方案、電池包設計方案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，需持續(xù)突破技術短板。
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合主辦的“大功率充電研究與場景應用”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問題展開了討論。
大功率充電有哪些安全痛點？相關技術發(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內發(fā)生的40多起新能源車火災事故中,超半數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、爆炸等安全隱患。
2019年，外媒就曾曝出快充網絡運營商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的新聞。
在美國加州，Electrify America開設了充電功率為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。
有分析認為，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，出于謹慎的考慮，Electrify America關閉所有使用HUBER+SUHNER電纜的充電樁，直到確認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，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。隨著相關技術的不斷突破，大功率充電的安全問題也迎來了新的解決方案。
由華為技術有限公司 、中國電力企業(yè)聯合會 、中國電動汽車百人會等單位聯合編制的《中國高壓快充產業(yè)發(fā)展報告（2023-2025）》顯示，高壓涉及的絕緣、散熱等技術已突破，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）的熱管理至關重要。
在電池包的安全設計上，可以通過應用隔熱性能更高的隔熱材料，例如陶瓷隔熱墊云母板，進行熱擴散防護，在銅排金屬零件表面粘貼絕緣材料(例如陶瓷復合帶、云母紙)來防止高壓打火，以此來提高電池包熱擴散防護能力。
目前，業(yè)界已經有成熟的大功率充電電池熱管理方案，可有效解決散熱問題。以某車型的熱管理為例，其水冷板設置在電池箱體下側，可有效隔絕冷卻液與模組，提高電池安全性。
其二、電池管理技術快速升級，可實現全生命周期智能、精準的快充安全保障。
例如，業(yè)界通過構建三維電熱耦合模型，實時估算電芯最高和最低溫度，并及時調節(jié)溫度控制，溫度精度能達到3℃以內。電芯工作溫度正常控制在20~40℃，極限工況下嚴格限制電池溫度超過55℃，避免發(fā)生熱失控風險，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結合大數據和機器學習算法，實現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，實現電池全生命周期數據“上云”，并結合在云端的大數據及機器學習算法對車輛數據進行評估，實現電池的內短路及一致性故障告警，電池熱失控及三級故障告警預警等功能。
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，當前華為等零部件企業(yè)已經可以根據電池電化學模型，融合深度神經網絡AI算法，結合電池歷史數據，優(yōu)化電池的充電性能邊界，在不產生析鋰的前提下，實現最大程度的快充。并且結合整車管理和熱管理技術，實現即插即預熱即充，減少充電準備時間。
其三、現有標準、材料及技術可滿足高壓絕緣要求，可有效保障高壓人身安全。
行業(yè)目前從高電壓導致的電弧問題、爬電距離、電氣間隙、絕緣介質等4個方面，來考慮高壓平臺絕緣設計問題。
以爬電距離為例，根IEC60664-1/GB16935.1 標準要求，高壓需要提升爬電距離。在應用層面，各廠家均已有相應解決方案。
比如寧德時代在電池包絕緣能力設計上，通過增大零件之間的電氣間隙和爬電距離，開發(fā)并應用絕緣性能更高的材料，增加絕緣耐壓防護設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，安全問題永遠在第一線。用好大功率充電的技術,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、充電的設備以及供電網絡的狀態(tài)，是個非常復雜的跨產業(yè)鏈的系統(tǒng)。
因此，技術突破僅僅是一方面。與會者還從安全監(jiān)管、責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策。
有專家認為，可以從充電產品全生命周期建立多維度的安全測評體系。
首先，在充電產品出廠的時候，建立滿足高壓大電流的產品安全技術規(guī)范標準，包括進行適配高壓架構的電氣安全測試、環(huán)境安全測試以及電氣兼容測試等。
其次，在高壓充電產品投入使用期間，針對其在復雜多變環(huán)境下長期運行的可靠性，建立相應的可靠性評價標準，包括規(guī)定其輸入電壓、電流、精度、效率、噪音、防水防塵、環(huán)境適應性要求等，從而保障產品高壓穩(wěn)定運行。
同時，針對充電過程頻發(fā)的火災安全事故，制定在運行期間產品的高壓充電安全監(jiān)測及預警機制。
在整個監(jiān)測預警過程中，高壓充電階段的數據對支撐產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品的數據采集、存儲、上傳。比如規(guī)定數據存儲的范圍、周期頻率以及明確車樁充電數據采集上傳的要求，包括明確充電數據上傳方等。
也有車企負責人認為，充電網絡發(fā)展非常迅猛，如雨后春筍一樣出現了成百上千的樁企。不同的設備、不同的年代、不同的技術路線，導致用戶充電過程中發(fā)生的問題，有些時候很難去判定責任。
因此，該車企負責人建議，應該探討出現問題之后數據的共享、責任的判定問題，甚至出臺一些金融方案，如保險的方案等。
同時，在充電設備、充電設施的安全架構設計上，整個行業(yè)并沒有形成非常統(tǒng)一的設計思路、選型思路。
“比如像被動器件的響應動作、防護閾值，和車端沒有形成有效的匹配，很多時候車沒事，但充電樁已經出現了故障?！痹撥嚻筘撠熑私ㄗh，應該從預防上著手，盡快建立統(tǒng)一的標準。
【全文參考】
[1]《中國高壓快充產業(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