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

ICS43.020CCST40團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)Specificationforsafetyriskmonitoringandfaultearlywarningofelectricvehiclebatterysystemduringchargingprocess中國汽車工程學(xué)會發(fā)布IT/CSAE254—2022前言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4一般要求 24.1監(jiān)測數(shù)據(jù)字段 24.2監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳、存儲、計算要求 45預(yù)警方法 55.1基于實(shí)時數(shù)據(jù)的預(yù)警 55.2基于充電大數(shù)據(jù)的預(yù)警 66安全風(fēng)險評價及預(yù)警的處置 76.1安全風(fēng)險評價 76.2實(shí)時數(shù)據(jù)預(yù)警和充電大數(shù)據(jù)預(yù)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(jù)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(biāo)樣本數(shù)據(jù)的正態(tài)曲線擬合 8T/CSAE254—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利，本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(zé)任。本文件由電動汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(zé)任公司、中汽研汽車檢驗中心(天津)有限公司、深圳市計量質(zhì)量檢測研究院、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司、南方電網(wǎng)電動汽車服務(wù)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(qiáng)、尹玉鵬、朱詩嚴(yán)、潘博存、項寶慶、鄧遲、劉仕強(qiáng)、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(fù)雜，涉及動力電池設(shè)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(jìn)一步挑戰(zhàn)。2019年，電動汽車行業(yè)和充電設(shè)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(wù)企業(yè)也開始充電安全的研究，并且將大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)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(jù)分析研究基礎(chǔ)上，提出充電系統(tǒng)的要求和基于充電大數(shù)據(jù)分析的充電過程安全預(yù)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(chǎn)生嚴(yán)重安全風(fēng)險之前進(jìn)行相關(guān)的預(yù)警，為車輛的檢修保養(yǎng)提供參考依據(jù)，讓充電大數(shù)據(jù)發(fā)揮作用。1T/CSAE254—2022電動汽車充電過程電池系統(tǒng)安全風(fēng)險監(jiān)測及故障預(yù)警規(guī)范本文件規(guī)定了充電系統(tǒng)平臺根據(jù)車輛充電數(shù)據(jù)對電動汽車電池系統(tǒng)安全風(fēng)險監(jiān)測及故障預(yù)警的通用技術(shù)。本文件適用于非車載充電機(jī)提供電能補(bǔ)給的充電系統(tǒng)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(shù)語GB/T27930—2015電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)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(shè)施術(shù)語NB/T33008.1—2018電動汽車充電設(shè)備檢驗試驗規(guī)范第1部分：非車載充電機(jī)3術(shù)語和定義GB/T19596—2017、GB/T29317—2021和GB/T27930—2015界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。充電系統(tǒng)chargingsystem由充電站內(nèi)的所有充電設(shè)備、電纜及相關(guān)輔助設(shè)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(yīng)用設(shè)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(dāng)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(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有信息通訊、記錄存貯和數(shù)據(jù)分析的硬件和軟件的總稱。充電過程chargingprocess非車載充電機(jī)與車輛電池系統(tǒng)按照GB/T27930—2015進(jìn)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(jié)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(jù)信息，以及包含車輛型號、車輛身份信息的數(shù)據(jù)的集合。充電安全預(yù)警chargingsecurityearlywarning對電動汽車充電可能產(chǎn)生的危險進(jìn)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(jī)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(jī)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(nèi)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(jī)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(jù)字段4.1.1BMS充電過程中車輛BMS應(yīng)按照表1的規(guī)定，將BMS的交互信息傳輸給非車載充電機(jī)，并且非車載充電機(jī)將數(shù)據(jù)傳遞給充電系統(tǒng)平臺進(jìn)行保存，這些信息項包括必須項和可選項，具體字段的內(nèi)容格式參考GB/T27930—2015，具體內(nèi)容見表1。3T/CSAE254—2022表1BMS數(shù)據(jù)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(jié)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(jī)非車載充電機(jī)應(yīng)按照表2的要求向車輛BMS傳送數(shù)據(jù)。具體字段的內(nèi)容格式參考GB/T27930—2015，具體內(nèi)容見表2。表2充電機(jī)數(shù)據(jù)傳輸項符合[GB/T27930—2015，充電機(jī)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(jù)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(yīng)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(jù)信息，以及用于數(shù)據(jù)分析的擴(kuò)展數(shù)據(jù)信息，形成充電記錄。4.2.2充電過程數(shù)據(jù)存儲要求充電系統(tǒng)平臺應(yīng)能按照每次充電過程保存4.1中的全部內(nèi)容。4.2.3充電過程擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲要求充電系統(tǒng)平臺應(yīng)存儲每個充電過程數(shù)據(jù)對應(yīng)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(yīng)存儲每個充電過程數(shù)據(jù)對應(yīng)的時間信息，時間信息應(yīng)包含年、月、日、時、分、秒。充電系統(tǒng)應(yīng)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(jù)存儲的時效性要求充電系統(tǒng)平臺對充電階段的數(shù)據(jù)采樣時間粒度應(yīng)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(jù)采樣時間粒度應(yīng)不大于5s。充電系統(tǒng)平臺的充電記錄保存時間應(yīng)大于等于8年。4.2.5數(shù)據(jù)計算要求充電系統(tǒng)平臺應(yīng)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(yù)警方法5.1基于實(shí)時數(shù)據(jù)的預(yù)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(jī)輸出的實(shí)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(jī)輸出的實(shí)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(jī)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(jī)輸出電壓值ucm的超差Δu,超過±5V。充電機(jī)輸出電壓超差按公式（1）計算。Δu=um—ucm····················································(1)式中：Δu——充電機(jī)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(jī)的電壓測量值，單位為伏特(V)。5.1.6充電機(jī)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(jī)輸出電流值Icm的超差ΔI，超過±(1.5%*Icm+1)A。充電機(jī)輸出電流超差按公式（2）計算。ΔI=Im—Icm······················································(1)式中：ΔI——充電機(jī)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(jī)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(dāng)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(yù)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(dāng)前時刻，此次充電過程充電機(jī)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(jìn)行此類異常的識別）；Q1——電池的動力蓄電池標(biāo)稱總能量或?qū)嶋H總能量，單位為千瓦時（kWh）。5.2基于充電大數(shù)據(jù)的預(yù)警5.2.1大數(shù)據(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)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(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)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(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)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(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)分布的統(tǒng)計分析，得到相同車型的μ和σ值。6安全風(fēng)險評價及預(yù)警的處置6.1安全風(fēng)險評價6.1.1數(shù)