T-CSAE 254-2022 电动汽车充电过程电池系统安全风险监测及故障预警规范

ICS43.020CCST40团体标准Specificationforsafetyriskmonitoringandfaultearlywarningofelectricvehiclebatterysystemduringchargingprocess中国汽车工程学会发布IT/CSAE254—2022前言 2规范性引用文件 3术语和定义 4一般要求 24.1监测数据字段 24.2监测数据上传、存储、计算要求 45预警方法 55.1基于实时数据的预警 55.2基于充电大数据的预警 66安全风险评价及预警的处置 76.1安全风险评价 76.2实时数据预警和充电大数据预警的处置建议 76.3安全评价不同安全等级车辆的处置建议 7附录A（资料性）数据分布的统计分析 8A.1基于正态分布的异常值检测 8A.2指标样本数据的正态曲线拟合 8T/CSAE254—2022本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由电动汽车产业技术创新战略联盟提出。本文件起草单位：特来电新能源股份有限公司、普天新能源有限责任公司、中汽研汽车检验中心(天津)有限公司、深圳市计量质量检测研究院、国网电力科学研究院有限公司、南方电网电动汽车服务有限公司、万帮数字能源股份有限公司、比亚迪汽车工业有限公司、弗迪电池有限公司、上海蔚来汽车有限公司、广州小鹏汽车科技有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、力神动力电池系统有限公司、惠州亿纬锂能股份有限公司、奇瑞新能源汽车股份有限公司、天津市捷威动力工业有限公司、吉利汽车研究院（宁波）有限公司。本文件主要起草人：鞠强、尹玉鹏、朱诗严、潘博存、项宝庆、邓迟、刘仕强、周頔、桑林、李晨曦、赵会、江佳鑫、张浩、周宇、华卓立、白健、吴冠军、刘彩秋、陈玉梅、曾祥兵、从长杰、孙全。T/CSAE254—2022电动汽车安全性事故的原因比较复杂，涉及动力电池设计、制造、整车、安全策略、充电过程、使用过程等多个环节；电动汽车行业的整体水平存在厂商数量多、发展不均衡的情况，随着车辆规模的增长，安全问题面临进一步挑战。2019年，电动汽车行业和充电设施企业普遍对安全事故的重视程度大大提高，科研院所、汽车企业和充电服务企业也开始充电安全的研究，并且将大数据技术结合起来，从单次充电的安全研究过渡到系统性研究，在时间和空间上拓展了充电安全研究的深度和广度。本文件在充分分析电动汽车充电过程的现状，及利用充电大数据分析研究基础上，提出充电系统的要求和基于充电大数据分析的充电过程安全预警方法，旨在从充电过程的视角，发现充电的异常状况，在产生严重安全风险之前进行相关的预警，为车辆的检修保养提供参考依据，让充电大数据发挥作用。1T/CSAE254—2022电动汽车充电过程电池系统安全风险监测及故障预警规范本文件规定了充电系统平台根据车辆充电数据对电动汽车电池系统安全风险监测及故障预警的通用技术。本文件适用于非车载充电机提供电能补给的充电系统。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T19596—2017电动汽车术语GB/T27930—2015电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通讯协议GB/T29317—2021电动汽车充换电设施术语NB/T33008.1—2018电动汽车充电设备检验试验规范第1部分：非车载充电机3术语和定义GB/T19596—2017、GB/T29317—2021和GB/T27930—2015界定的以及下列术语和定义适用于本文件。充电系统chargingsystem由充电站内的所有充电设备、电缆及相关辅助设备组成的系统。[来源：GB/T29317—2021，7.2]蓄电池管理系统batterymanagementsystem;BMS监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态等)，可以为蓄电池提供通信、安全、电芯均衡及管理控制，并提供与应用设备通信接口的系统。[来源：GB/T19596—2017，3.3.2.1.10]荷电状态stage-of-charge;SOC当前蓄电池中按照规定放电条件可以释放的容量占可用容量的百分比。[来源：GB/T19596—2017，3.3.3.2.5]充电系统平台platformofchargingsystem对非车载充电机运行工况进行远程监控，具有信息通讯、记录存贮和数据分析的硬件和软件的总称。充电过程chargingprocess非车载充电机与车辆电池系统按照GB/T27930—2015进行信息交互和能量交互时的所有阶段，包括握手阶段、参数配置阶段、充电阶段和充电结束阶段。2T/CSAE254—2022充电记录chargingrecord每个充电过程按时间顺序保存的各充电阶段的数据信息，以及包含车辆型号、车辆身份信息的数据的集合。充电安全预警chargingsecurityearlywarning对电动汽车充电可能产生的危险进行信息提示。电池最高温度batteryhighesttemperature电动汽车充电过程中，BMS传递给非车载充电机的某时刻最高动力蓄电池温度。电池最高温度最大值batterymaximumvalueofhighesttemperature电动汽车一次充电过程中，电池最高温度的最大值。电池温差batterytemperaturedifference电动汽车充电过程中，BMS传递给非车载充电机的同一时刻最高动力蓄电池温度与最低动力蓄电池温度的差值。电池最大温差batterymaximumtemperaturedifference电动汽车一次充电过程中，电池温差的最大值。电池温升速率batterytemperatureriserate电动汽车充电过程中单位时间内电池最高温度的变化值。电池最大温升速率batterymaximumtemperatureriserate电动汽车一次充电过程中，电池温升速率的最大值。单体压差cellvoltagedifference电动汽车充电过程中，BMS传递给非车载充电机的同一时刻最高单体动力蓄电池电压与最低单体动力蓄电池电压的差值。最大单体压差maximumcellvoltagedifference电动汽车一次充电过程中，单体压差的最大值。车辆型号vehiclemodel单一类型车辆在工信部公告中备案的信息。车辆身份vehicleidentity用以识别单一车辆的信息，包含但不限于VIN、车牌号、车辆用户账号，或这些信息的组合，且能识别唯一的车辆。4一般要求监测数据字段4.1.1BMS充电过程中车辆BMS应按照表1的规定，将BMS的交互信息传输给非车载充电机，并且非车载充电机将数据传递给充电系统平台进行保存，这些信息项包括必须项和可选项，具体字段的内容格式参考GB/T27930—2015，具体内容见表1。3T/CSAE254—2022表1BMS数据传输项符合[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—2015，参数配置阶段符合[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，充电结束阶段符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，4T/CSAE254—20224.1.2非车载充电机非车载充电机应按照表2的要求向车辆BMS传送数据。具体字段的内容格式参考GB/T27930—2015，具体内容见表2。表2充电机数据传输项符合[GB/T27930—2015，充电机辨识符合[GB/T27930—2015，符合[GB/T27930—2015，充电参数配符合[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，监测数据上传、存储、计算要求4.2.1充电记录要求充电系统平台应能按照每次充电过程，正确存储充电过程各个阶段的数据信息，以及用于数据分析的扩展数据信息，形成充电记录。4.2.2充电过程数据存储要求充电系统平台应能按照每次充电过程保存4.1中的全部内容。4.2.3充电过程扩展数据存储要求充电系统平台应存储每个充电过程数据对应的地区信息、车辆型号、车辆身份。地区信息按中国行政区划定义的市一级信息。充电系统平台应存储每个充电过程数据对应的时间信息，时间信息应包含年、月、日、时、分、秒。充电系统应记录每个充电过程涉及的充电桩编码、充电桩位置、充电桩类型。4.2.4数据存储的时效性要求充电系统平台对充电阶段的数据采样时间粒度应不大于1min。充电系统平台异常事件发生时，充电阶段的数据采样时间粒度应不大于5s。充电系统平台的充电记录保存时间应大于等于8年。4.2.5数据计算要求充电系统平台应具备计算电池最高温度最大值、温差、最大温差、温升速率、最大温升速率、单体压差、最大压差的能力。5T/CSAE254—20225预警方法5.1基于实时数据的预警5.1.1需求电压超过最高允许充电总电压按照NB/T33008.1—2018，5.15.12的规定，充电过程中BMS发送的需求电压值大于BMS发送的最高允许充电总电压。5.1.2需求电流超过最高允许充电电流按照NB/T33008.1—2018，5.15.12的规定，充电过程中BMS发送的需求电流值大于BMS发送的最高允许充电电流。5.1.3充电过流充电过程中充电机输出的实际电流大于BMS发送的最高允许充电电流的100.5%，并持续5s。5.1.4电池整包过压充电过程中充电机输出的实际电压大于BMS发送的最高允许充电电压的100.5%，并持续5s。5.1.5充电机输出电压超差参考NB/T33008.1—2018，5.15.17的规定，BMS的电压测量值um与非车载充电机输出电压值ucm的超差Δu,超过±5V。充电机输出电压超差按公式（1）计算。Δu=um—ucm····················································(1)式中：Δu——充电机输出电压超差，单位为伏特(V)；um——BMS的电压测量值，单位为伏特(V)；ucm——非车载充电机的电压测量值，单位为伏特(V)。5.1.6充电机输出电流超差参考NB/T33008.1—2018，5.15.17的规定，BMS的电流测量值Im与非车载充电机输出电流值Icm的超差ΔI，超过±(1.5%*Icm+1)A。充电机输出电流超差按公式（2）计算。ΔI=Im—Icm······················································(1)式中：ΔI——充电机输出电流超差，单位为安培(A)；Im——BMS的电流测量值，单位为安培(A)；Icm——非车载充电机的电流测量值，单位为安培(A)。5.1.7电池单体过压充电过程中BMS发送的最高单体动力蓄电池电压um,与BMS发送的单体动力蓄电池最高允许充电电压ucm的差值Δu，大于等于0.01V，并持续5s。电池单体过压差值按公式（3）计算。Δu=um—ucm····················································(1)式中：Δu——电池单体过压差值，单位为伏特(V)；um——BMS发送的最高单体动力蓄电池电压，单位为伏特(V)；ucm——BMS发送的单体动力蓄电池最高允许充电电压，单位为伏特(V)。6T/CSAE254—20225.1.8电池过温充电过程中BMS发送的最高动力蓄电池温度Tm，与BMS发送的最高允许温度Tcm的差值∆T，大于等于电池过温差值按公式（4）计算。∆T=Tm−Tcm·····················································(1)式中：∆T——电池过温差值，单位为摄氏度(℃)；Tm——BMS发送的最高动力蓄电池温度，单位为摄氏度(℃)；Tcm——BMS发送的最高允许温度，单位为摄氏度(℃)。5.1.9充电SOC超范围充电过程中BMS发送的电池荷电状态SOC大于100%，并持续5s。5.1.10电池温升异常充电过程中，BMS传递给充电桩的当前时间电池最高温度减去上一时间电池的最高温度大于等于预警值。5.1.11充电SOC异常充电过程，BMS传递给充电桩的SOC长时间不发生变化，并且SOC不变期间的充电量大于按照SOC估算的最大剩余充电量。充电SOC异常按公式（5）计算。Q0>1−SOC1)×Q1················································(1)式中：Q0——SOC开始不变到当前时刻，此次充电过程充电机所充的充电量，单位为千瓦时（kWhSOC1——不变期间的SOC（SOC不大于90%时进行此类异常的识别）；Q1——电池的动力蓄电池标称总能量或实际总能量，单位为千瓦时（kWh）。5.2基于充电大数据的预警5.2.1大数据最高温度异常单次充电电池最高温度最大值大于μ+3σ。充电过程完成后，按照附录A推荐的方法对电池最高温度进行数据分布的统计分析，得到相同车型的μ和σ值。5.2.2大数据最大温差异常单次充电电池最大温差大于μ+3σ。充电过程完成后，按照附录A推荐的方法对电池最大温差进行数据分布的统计分析，得到相同车型的μ和σ值。5.2.3大数据最大温升速率异常单次充电电池最大温升速率大于μ+3σ。充电过程完成后，按照附录A推荐的方法对电池最大温升速率进行数据分布的统计分析，得到相同车型的μ和σ值。5.2.4大数据电池压差异常单次充电电池单体压差大于μ+3σ。7T/CSAE254—2022充电过程完成后，按照附录A推荐的方法对电池单体压差进行数据分布的统计分析，得到相同车型的μ和σ值。6安全风险评价及预警的处置6.1安全风险评价6.1.1数