大功率充电：乘风起飞，也要安全落地

（图片来源：摄图网）

作者|程鸿鹤 来源|车百智库(ID：EV100_Plus)

5分钟可以做什么？喝一杯咖啡、看一篇文章，或者是给新能源车补能200公里？大功率充电，正成为提升新能源汽车补能效率的重要路径之一。

2019年，保时捷Taycan在全球首次推出800V高电压电气架构，搭载800V直流快充系统并支持350kW大功率快充。随后，高压快充路线技术路线迅速得到了车企的青睐。

那边，先是现代、起亚等国际巨头陆续发布800V平台。这边，国产汽车品牌也不甘示弱，搭载高压快充方案的极狐阿尔法S、阿维塔11、小鹏G9、长城机甲龙、埃安V Plus车型也于2022年内陆续上市。

一时间，大功率快充将大规模量产落地的声音不绝于耳，一个“充电像加油一样方便”的新能源汽车补能体系似乎近在眼前。

图片来源：西部证券研报

但需要关注的是，大功率快充的实现靠的是一个技术集群的集体支撑，对于新能源汽车产业链上的每一个环节而言，都是“牵一发而动全身”的大工程。

天风证券在研报中认为，充电倍率的提升，依赖电芯材料、电芯内部结构、模组设计方案、电池包设计方案CTP，以及电池管理系统 BMS等方面的不断突破。目前，主流的动力电池包已能支持2C充电倍率，往上提升类似木桶效应，需持续突破技术短板。 

在诸多“木板”中，安全性无疑是最为重要的那一块。从新能源汽车的角度来看，频繁的大功率快充会影响电池寿命和安全，此外，还有高压化带来的电机轴承电腐蚀、EMC及绝缘安全等问题。

近日，由中国电动汽车百人会与世界资源研究所联合主办的“大功率充电研究与场景应用”研讨会暨百人会第25期研讨会在北京举办。会上，与会者就大功率充电的安全性相关问题展开了讨论。

大功率充电有哪些安全痛点？相关技术发展情况如何？未来，还能从哪些方面提升大功率充电的安全性？这些都是本文致力于回答的问题。

一

“安全”为何惹人忧？

大功率充电是否安全，曾经是一个充满争议的话题。

在接受媒体采访时，原国家新能源汽车创新工程专家组组长王秉刚曾透露，在2018内发生的40多起新能源车火灾事故中，超半数是在新能源车主在使用大功率充电过程中或车辆在大功率充电后发生的。

“建议广大新能源车主最好不要使用大功率快充方式为车辆充电，这样的充电方式有可能会在实际使用过程中带来一定安全隐患。”王秉刚说。 

那时，王秉刚的担心不无道理。

有研究显示，新能源汽车充电过程与充电后一段时间是起火的多发期。过高的充电电压或电流都能导致锂电池电极材料和电解液的稳定性降低，更容易造成电池发热不均。一旦发生热失控，容易引发火灾、爆炸等安全隐患。

2019年，外媒就曾曝出快充网络运营商Electrify America因为“潜在的安全问题”，暂停了大部分大功率充电桩对外服务的新闻。

在美国加州，Electrify America开设了充电功率为350kW的超快速充电站。投入运营后没多久，便因为在一个测试充电站发生大功率充电电缆短路，而暂停了这批大功率充电桩的对外服务。

有分析认为，此次安全问题可能是Electrify America使用的HUBER+SUHNER电缆冷却系统发生问题。

Electrify America总裁兼首席执行官Giovanni Palazzo表示，出于谨慎的考虑，Electrify America关闭所有使用HUBER+SUHNER电缆的充电桩，直到确认它们能够安全运行为止。

电芯、电池包管理、电路绝缘、故障下的功能安全、电磁兼容性......一项技术有短板，都会对大功率充电安全带来挑战。因此，在很长一段时间内，安全问题就像一道高墙，成为横亘在行业面前的难题。

二

以技术破解安全焦虑

大功率充电安全与否，是一个时论时新的话题。随着相关技术的不断突破，大功率充电的安全问题也迎来了新的解决方案。

由华为技术有限公司 、中国电力企业联合会 、中国电动汽车百人会等单位联合编制的《中国高压快充产业发展报告（2023-2025）》显示，高压涉及的绝缘、散热等技术已突破，可保障用户安全可靠用车。

其一、大功率快充电池散热方案已成熟，可有效解决散热问题。

大功率快充会带来发热量的大幅增加，高压电池包（Pack）的热管理至关重要。

在电池包的安全设计上，可以通过应用隔热性能更高的隔热材料，例如陶瓷隔热垫云母板，进行热扩散防护，在铜排金属零件表面粘贴绝缘材料(例如陶瓷复合带、云母纸)来防止高压打火，以此来提高电池包热扩散防护能力。

目前，业界已经有成熟的大功率充电电池热管理方案，可有效解决散热问题。以某车型的热管理为例，其水冷板设置在电池箱体下侧，可有效隔绝冷却液与模组，提高电池安全性。

其二、电池管理技术快速升级，可实现全生命周期智能、精准的快充安全保障。

例如，业界通过构建三维电热耦合模型，实时估算电芯最高和最低温度，并及时调节温度控制，温度精度能达到3℃以内。电芯工作温度正常控制在20~40℃，极限工况下严格限制电池温度超过55℃，避免发生热失控风险，改善电池的工作环境，从而提升电池的寿命。

而在云端，云BMS结合大数据和机器学习算法，实现高压快充电池安全升维保障。云BMS可将电动汽车车端BMS和云端相连，实现电池全生命周期数据“上云”，并结合在云端的大数据及机器学习算法对车辆数据进行评估，实现电池的内短路及一致性故障告警，电池热失控及三级故障告警预警等功能。

同时，AI算法深挖电池充电安全边界，全场景最大化提升充电速度。

从公开信息看，当前华为等零部件企业已经可以根据电池电化学模型，融合深度神经网络AI算法，结合电池历史数据，优化电池的充电性能边界，在不产生析锂的前提下，实现最大程度的快充。并且结合整车管理和热管理技术，实现即插即预热即充，减少充电准备时间。

其三、现有标准、材料及技术可满足高压绝缘要求，可有效保障高压人身安全。

行业目前从高电压导致的电弧问题、爬电距离、电气间隙、绝缘介质等4个方面，来考虑高压平台绝缘设计问题。

以爬电距离为例，根IEC60664-1/GB16935.1 标准要求，高压需要提升爬电距离。在应用层面，各厂家均已有相应解决方案。

比如宁德时代在电池包绝缘能力设计上，通过增大零件之间的电气间隙和爬电距离，开发并应用绝缘性能更高的材料，增加绝缘耐压防护设计来提高电池包的绝缘耐压等级。

三

安全无止境

大功率充电，安全问题永远在第一线。用好大功率充电的技术，必须要从根本上保证充电安全。

与单一的电池安全问题相比，新能源汽车充电系统在充电过程中会涉及到能源、车辆、充电的连接装置、充电的设备以及供电网络的状态，是个非常复杂的跨产业链的系统。

因此，技术突破仅仅是一方面。与会者还从安全监管、责任判定等多个角度出发，为大功率充电的安全性提升建言献策。

有专家认为，可以从充电产品全生命周期建立多维度的安全测评体系。

首先，在充电产品出厂的时候，建立满足高压大电流的产品安全技术规范标准，包括进行适配高压架构的电气安全测试、环境安全测试以及电气兼容测试等。

其次，在高压充电产品投入使用期间，针对其在复杂多变环境下长期运行的可靠性，建立相应的可靠性评价标准，包括规定其输入电压、电流、精度、效率、噪音、防水防尘、环境适应性要求等，从而保障产品高压稳定运行。

同时，针对充电过程频发的火灾安全事故，制定在运行期间产品的高压充电安全监测及预警机制。

在整个监测预警过程中，高压充电阶段的数据对支撑产品后市场安全事故分析极为必要。

因此，需要同步规范基于安全分析的高压充电产品的数据采集、存储、上传。比如规定数据存储的范围、周期频率以及明确车桩充电数据采集上传的要求，包括明确充电数据上传方等。

也有车企负责人认为，充电网络发展非常迅猛，如雨后春笋一样出现了成百上千的桩企。不同的设备、不同的年代、不同的技术路线，导致用户充电过程中发生的问题，有些时候很难去判定责任。

因此，该车企负责人建议，应该探讨出现问题之后数据的共享、责任的判定问题，甚至出台一些金融方案，如保险的方案等。

同时，在充电设备、充电设施的安全架构设计上，整个行业并没有形成非常统一的设计思路、选型思路。

“比如像被动器件的响应动作、防护阈值，和车端没有形成有效的匹配，很多时候车没事，但充电桩已经出现了故障。”该车企负责人建议，应该从预防上着手，尽快建立统一的标准。

【全文参考】

[1]《中国高压快充产业发展报告（2023-2025）》

[2]《电动汽车频频起火 引工信部高度重视 安全面临考验》、北京青年报、吴鹏亮

编者按：本文转载自微信公众号：车百智库(ID：EV100_Plus)，作者：程鸿鹤