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上电科钱勇生:新能源汽车充换电设施检测技术研究

时间:  2023-12-28 15:35   来源:  汽车总站网    作者:  Summer

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2023年12月19日-21日,由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、杭州市富阳区人民政府联合主办的“2023中国汽车充换电生态大会”在杭州举办。本届大会以“迎接新挑战,全面推动充换电基础设施高质量发展”为主题,设置了“1+1+6+N”场会议和发布,即1场闭门会议+1场大会论坛+6个主题论坛+N场重磅发布,会议围绕“充换电基础设施建设”、“充电桩下乡”、“高品质充电服务”、“换电模式”、“海外出口”、“车网互动”等方面进行深入交流,研讨构建产业高质量发展格局的对策、方法与路径。其中,在12月20日下午进行的“主题论坛三:电动汽车换电模式应用研讨”环节,上海电器科学研究所(集团)有限公司 产品线经理钱勇生发表了精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

上电科钱勇生:新能源汽车充换电设施检测技术研究

各位领导、各位专家,大家下午好,我是来自上电科检测板块的钱勇生,今天很荣幸来到这里,首先感谢中国充换电联盟和国电投的邀请来到杭州参加2023中国汽车充换电生态大会!我今天带来的报告是《新能源汽车充换电设施检测技术研究及案例分析》,主要从以下三个章节进行阐述。

第一章,充换电设施的典型应用场景和难点。

第二章,充换电设施标准体系和技术方案。

从现有标准出发和未来标准的研究方向以及我们依据现有标准,开展的充电设施检测技术方案研究。

第三章,针对这些年我们在充换电设施领域做得案例分析,包括智能充电桩、电动自行车集中充电设施标准验证和充换电设施现场验收以及场站安全评估工作。

大家都知道现在随着新能源的发展,由传统燃油为主的交通领域转变为电能为主的电动交通,像电动汽车、电动船舶以及轨道交通。2023年10月,工信部四部委发布的《绿色航空制造业发展纲要(2023-2035年)》中指出到2025年电动通航飞机投入商业应用领域。

随着电气化进程持续发展,针对新型电力负荷的场景应用,需要考虑其对用电侧和电网侧带来相应的影响。目前,2023年9月全国新能源汽车保有量达到1821万量。2023年11月全国充电基础设施累计数量为826.4万台,其中私人桩563.8万台,占比接近70%。各省份的充电站保有量是10.68万座,换电设施大概是3394座,车桩比约为2.2:1。随着新能源车的发展,整体充电基础设施的建设还是需要尽快地发展。

新能源汽车充换电设施的应用难点主要有电网侧。随着用户侧的充电行为不随机特性,所以电动汽车具有非线性的负荷特性,对国网的运行系统和控制策略产生相应的影响。以及新能源保有量的持续上升造成某些配电容量不足以及部分地区低电压现象,还有大规模的电力电子装置会产生大量的谐波,对电网造成电能质量下降。另外,产品本身的质量安全,为了构建高质量发展充换电体系路线,目前了解到的充电安全现状,从2023年1月到11月国内发生有报道的电动汽车自燃率高达232起,充电过程中发生自燃事故超过54起,充电设施本身的安全性包括电气安全、功能安全和运维安全等等。

锂电在电动汽车应用存在的行业痛点就是充电设施的时长和体验差没有得到解决,还有换电平台和系统的标准未统一,充换电设施现在生产制造、规划、建设、运维方面缺少相应的经验和技术积累,以及充换电设施的质量参差不齐,还有储能应用的相关标准缺失和安全监管体系也尚未建设。

针对标准体系和技术方案。目前国内已经建成了较完善的标准体系,包括基础通用、电能补给、规划建设与运行、充换电站及服务网络等4个方面,包括传导充电、无线充电和电池更换等3种技术路线,标准体系中已经发布有93项,正在制定有57项,拟制定有32项。

从产品维度来看,整体充换电设施体系分为车辆、充电设施和电网三个方面,针对充电设施标准有大家都知道的国标的充电互操作、电性能等,以及国际标准的IEC 61851标准系列,还有通信协议的有关要求。充电接口主要有GB/T 20234系列、IEC 62196系列,处于从常规传导充电到大功率液冷标准的完善过程。

充电检测技术的思路是从产品的规划设计、生产制造、施工验收、运行维护、退役阶段等去考虑。涉及零部件的选型,还有生产制造的出厂试验、到货验收、系统验收以及竣工验收等相关要求。从充换电设施范围来看,从零部件到产品端、系统端、设施运维端,以及终端用户,所以在不同阶段都有相应规范要求。

传导式充放电设备检测技术分为几大类,安规类、电性能(稳压稳流、输出过流等)等要求,环境可靠性试验包括高低温试验等,这里有可能涉及车规级的标准要求,需要对我们的产品进行设计年限要求,包括三年、五年、十年等等。我们在实际检测过程中,会通过加速老化或者加速寿命耐久的测试。还有电磁兼容(EMC)可能是涉及抗扰度和辐射发射,主要是产品承受或影响外部环境因素的能力。功能保护可能有过欠压保护、接触器粘连等等。

充电设施的现场检测技术来说,现有国标都是比较宽泛的,可能没有具体的定量指标要求或者相应的检测规范也没有或相对完善。目前,我们在实际现场检测过程中,首先是文件核查,运营企业是否有相关的资质,以及设计的产品在实际使用中是否按照设计去执行,以及充换电站的布局,包括选址、标志、消防、噪音等方面。特别是换电站随着体积的缩小,噪声的要求也逐渐提高,因为对有人值守的控制区域会造成影响,还有整站的电能质量以及功能保护,信息安全可能逐渐要求也逐步提高。

无线充电检测技术相对于传导式有部分类似地方,重点关注电磁对人体的伤害,还有活体保护、异物检测等一系列的功能保护要求。

案例一是推动上海率先推进120个“傻瓜桩”转化为智能桩。今年11月,国网上海电力公司组织电科所、国网智慧车联网等机构开展车网互动全链路测试的方案编制和后续检测工作,目前我们积极配合出具相应的检测方案,并计划在国网、蔚来等运营平台做试点,后续推广到其他运营商平台接入。针对V2G 充电桩,上海市发改委和经信委等机构组织车企和桩企开展充电设施 V2G 技术发展现状及应用情况调研会,推动小功率 V2G 桩在居民小区应用。例如主机厂的车辆支不支持V2L或者V2G功能,调研若给予居民的一些政策补贴支持,是否愿意参与V2G的应用。针对智能充电桩的推广,我们开展了地标研制、标准验证和数据分析等,当然这个标准也是蛮创新的,也是获得“上海标准”证书。目前也在实际检测过程中发现了一些信息安全的问题。

案例二是针对于可移动式现场检测的解决方案,针对生产阶段的型式试验后开展外场的检测,我们开发了一个移动平台,当然其他各个检测机构已经有了,我们的最主要创新点是体现了在线数据处理的系统。从2023年7月份,开始承接了上海市市场监管局计量处委托充电桩检定工作,开展上海市的普陀区、长宁区的充电桩现场检定。为了加快节省检测的时间和效率,开发在线自动生成检定报告系统。

案例三是牵头电动自行车充换电技术标准验证和监管模式实践。目前,全中国电动自行车保有量约3亿,每年新增可能是4500台,为了居民的用电安全,参与起草编制了GB/T 42236.1-2022《电动自行车集中充电设施 第1部分:技术规范》,也参与标准制定过程中的标准验证工作,从2021年3月份开始到2022年1月份,分别验证了通讯协议验证,充换电柜本身的安全和性能验证,以及大家都知道的比较重要的充换电接口,目前换电标准不统一也有接口的不统一。软硬连接接口验证主要是从安全性、可靠性、技术可行性和经济性方面考察,验证了多种通讯协议,发现部分企业充电流程比较混乱,没有控制导引电路,无法满足测试一致性要求等;验证了三种充换电柜,存在绝缘电阻、接地电阻以及IP防护等安规类的不合格以及无电气保护功能;验证了6种软硬连接装置出现机械强度不够,不满足测试要求。与上海市消防救援总队、消防协会合作开展“锂康码”安全监控平台和电气安全、消防安全市场准入检测机制实践。目前已公布的新国标达标的有10家企业,有18个型号的充电设施,覆盖上海1万多个充电设施。在型式试验基础上,开展抽样检测、消防安全评估和现场验收。

案例四是乘用车和商用车换电设施现场验收和安全风险评价。从2018年开始,陆续给蔚来、奥动等乘用车和壳牌等商用车的换电设施,开展场站现场验收和安全风险评估工作。从换电设施的组成来说,主要是配电系统、充电系统、配套系统、换电系统、监控系统、消防系统等开展了相应检测工作。当然我们在实际检测中也会发现场站的问题,例如,发现设备表面有一些灰尘、脏物,行车道没有按照导引标识或者宽度不满足标准要求,以及无接地的标识、设备的标识,开口处没有进行有效的封阻,还有一些充电机要求双向的供电,实际上只有单向供电。充换电设施在实际使用过程中,运维管理是占整个生命周期比较重要的一环,然而实际情况是由于在运场站运维成本考虑,很多场站没有进行定期巡查,以及消防灭火器没有进行装配或者压力不够等。

我的介绍完毕,谢谢大家!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
 

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