T-CSAE 254-2022 電動汽車充電過程電池系統(tǒng)安全風險監(jiān)測及故障預警規(guī)范

ICS43.020CCST40團體標準Specificationforsafetyriskmonitoringandfaultearlywarningofelectricvehiclebatterysystemduringchargingprocess中國汽車工程學會發(fā)布IT/CSAE254—2022前言 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4一般要求 24.1監(jiān)測數(shù)據字段 24.2監(jiān)測數(shù)據上傳、存儲、計算要求 45預警方法 55.1基于實時數(shù)據的預警 55.2基于充電大數(shù)據的預警 66安全風險評價及預警的處置 76.1安全風險評價 76.2實時數(shù)據預警和充電大數(shù)據預警的處置建議 76.3安全評價不同安全等級車輛的處置建議 7附錄A（資料性）數(shù)據分布的統(tǒng)計分析 8A.1基于正態(tài)分布的異常值檢測 8A.2指標樣本數(shù)據的正態(tài)曲線擬合 8T/CSAE254—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利，本文件的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。本文件由電動汽車產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟提出。本文件起草單位：特來電新能源股份有限公司、普天新能源有限責任公司、中汽研汽車檢驗中心(天津)有限公司、深圳市計量質量檢測研究院、國網電力科學研究院有限公司、南方電網電動汽車服務有限公司、萬幫數(shù)字能源股份有限公司、比亞迪汽車工業(yè)有限公司、弗迪電池有限公司、上海蔚來汽車有限公司、廣州小鵬汽車科技有限公司、北京新能源汽車股份有限公司、寧德時代新能源科技股份有限公司、力神動力電池系統(tǒng)有限公司、惠州億緯鋰能股份有限公司、奇瑞新能源汽車股份有限公司、天津市捷威動力工業(yè)有限公司、吉利汽車研究院（寧波）有限公司。本文件主要起草人：鞠強、尹玉鵬、朱詩嚴、潘博存、項寶慶、鄧遲、劉仕強、周頔、桑林、李晨曦、趙會、江佳鑫、張浩、周宇、華卓立、白健、吳冠軍、劉彩秋、陳玉梅、曾祥兵、從長杰、孫全。T/CSAE254—2022電動汽車安全性事故的原因比較復雜，涉及動力電池設計、制造、整車、安全策略、充電過程、使用過程等多個環(huán)節(jié)；電動汽車行業(yè)的整體水平存在廠商數(shù)量多、發(fā)展不均衡的情況，隨著車輛規(guī)模的增長，安全問題面臨進一步挑戰(zhàn)。2019年，電動汽車行業(yè)和充電設施企業(yè)普遍對安全事故的重視程度大大提高，科研院所、汽車企業(yè)和充電服務企業(yè)也開始充電安全的研究，并且將大數(shù)據技術結合起來，從單次充電的安全研究過渡到系統(tǒng)性研究，在時間和空間上拓展了充電安全研究的深度和廣度。本文件在充分分析電動汽車充電過程的現(xiàn)狀，及利用充電大數(shù)據分析研究基礎上，提出充電系統(tǒng)的要求和基于充電大數(shù)據分析的充電過程安全預警方法，旨在從充電過程的視角，發(fā)現(xiàn)充電的異常狀況，在產生嚴重安全風險之前進行相關的預警，為車輛的檢修保養(yǎng)提供參考依據，讓充電大數(shù)據發(fā)揮作用。1T/CSAE254—2022電動汽車充電過程電池系統(tǒng)安全風險監(jiān)測及故障預警規(guī)范本文件規(guī)定了充電系統(tǒng)平臺根據車輛充電數(shù)據對電動汽車電池系統(tǒng)安全風險監(jiān)測及故障預警的通用技術。本文件適用于非車載充電機提供電能補給的充電系統(tǒng)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T19596—2017電動汽車術語GB/T27930—2015電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通訊協(xié)議GB/T29317—2021電動汽車充換電設施術語NB/T33008.1—2018電動汽車充電設備檢驗試驗規(guī)范第1部分：非車載充電機3術語和定義GB/T19596—2017、GB/T29317—2021和GB/T27930—2015界定的以及下列術語和定義適用于本文件。充電系統(tǒng)chargingsystem由充電站內的所有充電設備、電纜及相關輔助設備組成的系統(tǒng)。[來源：GB/T29317—2021，7.2]蓄電池管理系統(tǒng)batterymanagementsystem;BMS監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)等)，可以為蓄電池提供通信、安全、電芯均衡及管理控制，并提供與應用設備通信接口的系統(tǒng)。[來源：GB/T19596—2017，3.3.2.1.10]荷電狀態(tài)stage-of-charge;SOC當前蓄電池中按照規(guī)定放電條件可以釋放的容量占可用容量的百分比。[來源：GB/T19596—2017，3.3.3.2.5]充電系統(tǒng)平臺platformofchargingsystem對非車載充電機運行工況進行遠程監(jiān)控，具有信息通訊、記錄存貯和數(shù)據分析的硬件和軟件的總稱。充電過程chargingprocess非車載充電機與車輛電池系統(tǒng)按照GB/T27930—2015進行信息交互和能量交互時的所有階段，包括握手階段、參數(shù)配置階段、充電階段和充電結束階段。2T/CSAE254—2022充電記錄chargingrecord每個充電過程按時間順序保存的各充電階段的數(shù)據信息，以及包含車輛型號、車輛身份信息的數(shù)據的集合。充電安全預警chargingsecurityearlywarning對電動汽車充電可能產生的危險進行信息提示。電池最高溫度batteryhighesttemperature電動汽車充電過程中，BMS傳遞給非車載充電機的某時刻最高動力蓄電池溫度。電池最高溫度最大值batterymaximumvalueofhighesttemperature電動汽車一次充電過程中，電池最高溫度的最大值。電池溫差batterytemperaturedifference電動汽車充電過程中，BMS傳遞給非車載充電機的同一時刻最高動力蓄電池溫度與最低動力蓄電池溫度的差值。電池最大溫差batterymaximumtemperaturedifference電動汽車一次充電過程中，電池溫差的最大值。電池溫升速率batterytemperatureriserate電動汽車充電過程中單位時間內電池最高溫度的變化值。電池最大溫升速率batterymaximumtemperatureriserate電動汽車一次充電過程中，電池溫升速率的最大值。單體壓差cellvoltagedifference電動汽車充電過程中，BMS傳遞給非車載充電機的同一時刻最高單體動力蓄電池電壓與最低單體動力蓄電池電壓的差值。最大單體壓差maximumcellvoltagedifference電動汽車一次充電過程中，單體壓差的最大值。車輛型號vehiclemodel單一類型車輛在工信部公告中備案的信息。車輛身份vehicleidentity用以識別單一車輛的信息，包含但不限于VIN、車牌號、車輛用戶賬號，或這些信息的組合，且能識別唯一的車輛。4一般要求監(jiān)測數(shù)據字段4.1.1BMS充電過程中車輛BMS應按照表1的規(guī)定，將BMS的交互信息傳輸給非車載充電機，并且非車載充電機將數(shù)據傳遞給充電系統(tǒng)平臺進行保存，這些信息項包括必須項和可選項，具體字段的內容格式參考GB/T27930—2015，具體內容見表1。3T/CSAE254—2022表1BMS數(shù)據傳輸項符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，10.1.4]要求，VIN符合[GB/T27930—2015，參數(shù)配置階段符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，充電結束階段符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，4T/CSAE254—20224.1.2非車載充電機非車載充電機應按照表2的要求向車輛BMS傳送數(shù)據。具體字段的內容格式參考GB/T27930—2015，具體內容見表2。表2充電機數(shù)據傳輸項符合[GB/T27930—2015，充電機辨識符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，充電參數(shù)配符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，段符合[GB/T27930—2015，監(jiān)測數(shù)據上傳、存儲、計算要求4.2.1充電記錄要求充電系統(tǒng)平臺應能按照每次充電過程，正確存儲充電過程各個階段的數(shù)據信息，以及用于數(shù)據分析的擴展數(shù)據信息，形成充電記錄。4.2.2充電過程數(shù)據存儲要求充電系統(tǒng)平臺應能按照每次充電過程保存4.1中的全部內容。4.2.3充電過程擴展數(shù)據存儲要求充電系統(tǒng)平臺應存儲每個充電過程數(shù)據對應的地區(qū)信息、車輛型號、車輛身份。地區(qū)信息按中國行政區(qū)劃定義的市一級信息。充電系統(tǒng)平臺應存儲每個充電過程數(shù)據對應的時間信息，時間信息應包含年、月、日、時、分、秒。充電系統(tǒng)應記錄每個充電過程涉及的充電樁編碼、充電樁位置、充電樁類型。4.2.4數(shù)據存儲的時效性要求充電系統(tǒng)平臺對充電階段的數(shù)據采樣時間粒度應不大于1min。充電系統(tǒng)平臺異常事件發(fā)生時，充電階段的數(shù)據采樣時間粒度應不大于5s。充電系統(tǒng)平臺的充電記錄保存時間應大于等于8年。4.2.5數(shù)據計算要求充電系統(tǒng)平臺應具備計算電池最高溫度最大值、溫差、最大溫差、溫升速率、最大溫升速率、單體壓差、最大壓差的能力。5T/CSAE254—20225預警方法5.1基于實時數(shù)據的預警5.1.1需求電壓超過最高允許充電總電壓按照NB/T33008.1—2018，5.15.12的規(guī)定，充電過程中BMS發(fā)送的需求電壓值大于BMS發(fā)送的最高允許充電總電壓。5.1.2需求電流超過最高允許充電電流按照NB/T33008.1—2018，5.15.12的規(guī)定，充電過程中BMS發(fā)送的需求電流值大于BMS發(fā)送的最高允許充電電流。5.1.3充電過流充電過程中充電機輸出的實際電流大于BMS發(fā)送的最高允許充電電流的100.5%，并持續(xù)5s。5.1.4電池整包過壓充電過程中充電機輸出的實際電壓大于BMS發(fā)送的最高允許充電電壓的100.5%，并持續(xù)5s。5.1.5充電機輸出電壓超差參考NB/T33008.1—2018，5.15.17的規(guī)定，BMS的電壓測量值um與非車載充電機輸出電壓值ucm的超差Δu,超過±5V。充電機輸出電壓超差按公式（1）計算。Δu=um—ucm····················································(1)式中：Δu——充電機輸出電壓超差，單位為伏特(V)；um——BMS的電壓測量值，單位為伏特(V)；ucm——非車載充電機的電壓測量值，單位為伏特(V)。5.1.6充電機輸出電流超差參考NB/T33008.1—2018，5.15.17的規(guī)定，BMS的電流測量值Im與非車載充電機輸出電流值Icm的超差ΔI，超過±(1.5%*Icm+1)A。充電機輸出電流超差按公式（2）計算。ΔI=Im—Icm······················································(1)式中：ΔI——充電機輸出電流超差，單位為安培(A)；Im——BMS的電流測量值，單位為安培(A)；Icm——非車載充電機的電流測量值，單位為安培(A)。5.1.7電池單體過壓充電過程中BMS發(fā)送的最高單體動力蓄電池電壓um,與BMS發(fā)送的單體動力蓄電池最高允許充電電壓ucm的差值Δu，大于等于0.01V，并持續(xù)5s。電池單體過壓差值按公式（3）計算。Δu=um—ucm····················································(1)式中：Δu——電池單體過壓差值，單位為伏特(V)；um——BMS發(fā)送的最高單體動力蓄電池電壓，單位為伏特(V)；ucm——BMS發(fā)送的單體動力蓄電池最高允許充電電壓，單位為伏特(V)。6T/CSAE254—20225.1.8電池過溫充電過程中BMS發(fā)送的最高動力蓄電池溫度Tm，與BMS發(fā)送的最高允許溫度Tcm的差值?T，大于等于電池過溫差值按公式（4）計算。?T=Tm?Tcm·····················································(1)式中：?T——電池過溫差值，單位為攝氏度(℃)；Tm——BMS發(fā)送的最高動力蓄電池溫度，單位為攝氏度(℃)；Tcm——BMS發(fā)送的最高允許溫度，單位為攝氏度(℃)。5.1.9充電SOC超范圍充電過程中BMS發(fā)送的電池荷電狀態(tài)SOC大于100%，并持續(xù)5s。5.1.10電池溫升異常充電過程中，BMS傳遞給充電樁的當前時間電池最高溫度減去上一時間電池的最高溫度大于等于預警值。5.1.11充電SOC異常充電過程，BMS傳遞給充電樁的SOC長時間不發(fā)生變化，并且SOC不變期間的充電量大于按照SOC估算的最大剩余充電量。充電SOC異常按公式（5）計算。Q0>1?SOC1)×Q1················································(1)式中：Q0——SOC開始不變到當前時刻，此次充電過程充電機所充的充電量，單位為千瓦時（kWhSOC1——不變期間的SOC（SOC不大于90%時進行此類異常的識別）；Q1——電池的動力蓄電池標稱總能量或實際總能量，單位為千瓦時（kWh）。5.2基于充電大數(shù)據的預警5.2.1大數(shù)據最高溫度異常單次充電電池最高溫度最大值大于μ+3σ。充電過程完成后，按照附錄A推薦的方法對電池最高溫度進行數(shù)據分布的統(tǒng)計分析，得到相同車型的μ和σ值。5.2.2大數(shù)據最大溫差異常單次充電電池最大溫差大于μ+3σ。充電過程完成后，按照附錄A推薦的方法對電池最大溫差進行數(shù)據分布的統(tǒng)計分析，得到相同車型的μ和σ值。5.2.3大數(shù)據最大溫升速率異常單次充電電池最大溫升速率大于μ+3σ。充電過程完成后，按照附錄A推薦的方法對電池最大溫升速率進行數(shù)據分布的統(tǒng)計分析，得到相同車型的μ和σ值。5.2.4大數(shù)據電池壓差異常單次充電電池單體壓差大于μ+3σ。7T/CSAE254—2022充電過程完成后，按照附錄A推薦的方法對電池單體壓差進行數(shù)據分布的統(tǒng)計分析，得到相同車型的μ和σ值。6安全風險評價及預警的處置6.1安全風險評價6.1.1數(shù)