遠(yuǎn)程監(jiān)控在新能源汽車中的重要性

劉威信　奚杰　高思晗　王勇

摘 要：近年來隨著國家政策對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的大力扶持，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，截止到 2020年上半年新能源汽車保有量達(dá)到了417萬輛。但是隨著新能源汽車的使用量增加，出現(xiàn)的問題和抱怨也就變得越來越多，電動汽車安全問題多次成為大家談?wù)摰脑掝}，頻發(fā)的新能源汽車問題早已引起相關(guān)部門注意，并且也出臺相應(yīng)的措施。就連被大家非常認(rèn)可的某高端品牌電動汽車也在一年內(nèi)出現(xiàn)多次自然事件，業(yè)內(nèi)人士表示電動車一旦發(fā)生起火，撲救難度大，且復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)高，及時有效的安全預(yù)警信息已變得越來越重要。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 自熱 安全 預(yù)警信息

The Importance of Remote Monitoring in New Energy Vehicles

Liu Weixin Xi Jie Gao Sihan Wang Yong

Abstract：In recent years， with the strong support of national policies for the new energy automobile industry， the new energy automobile industry has developed rapidly. Up to the first half of 2020， the number of new energy vehicles has reached 4.17 million. However， with the increase in the use of new energy vehicles， more and more problems and complaints have arisen. The safety of electric vehicles has become a topic of discussion for many times， and the frequent new energy vehicle problems have long attracted the attention of relevant departments， and also corresponding measures have been introduced. Even a certain high-end brand electric car that is highly recognized by everyone has experienced many natural incidents within a year. Automobile industry insiders say that once an electric car catches a fire， it is difficult to fight and the risk of re-ignition is high. Timely and effective safety warning information has become more and more important.

Key words：new energy vehicles， self-heating， safety， early warning information

1 發(fā)展背景

新能源汽車的安全運(yùn)行問題關(guān)系重大，是我國新能源汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。2016年11月工信部就下發(fā)了關(guān)于《工業(yè)和信息化部關(guān)于進(jìn)一步做好新能源汽車推廣應(yīng)用安全監(jiān)管工作的通知》，要求生產(chǎn)的新能源汽車必須安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和各地方政府需建立自己的監(jiān)控平臺（TSP）。其中故障報(bào)警監(jiān)控是新能源汽車國家監(jiān)控平臺與管理平臺的一項(xiàng)重要的功能，也就是在車輛運(yùn)行過程中或車輛在上電狀態(tài)的下，整車企業(yè)可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對車輛的安全運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并根據(jù)國家平臺對監(jiān)測項(xiàng)目的相關(guān)要求將報(bào)警信息上傳到國家平臺，每一臺運(yùn)行車輛的相應(yīng)故障報(bào)警情況將會在國家平臺上顯現(xiàn)出來，進(jìn)行相應(yīng)預(yù)警信息提示，提前通知行駛車輛避免造成人員傷害。

安全問題一直是新能源汽車備受關(guān)注的焦點(diǎn)。進(jìn)入今年5月份以來，連續(xù)發(fā)生的數(shù)起新能源汽車自燃事件，再一次將市場的目光聚焦到新能源汽車的安全問題上來。事實(shí)上，進(jìn)入5月以來，政策層面在新能源汽車安全方面的力度不斷加大。5月上旬，工信部組織制定的《電動汽車用動力蓄電池安全要求》《電動汽車安全要求》《電動客車安全要求》三項(xiàng)強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，要求電池單體發(fā)生熱失控后，電池系統(tǒng)在五分鐘內(nèi)不起火、不爆炸，為乘員預(yù)留安全逃生時間，該標(biāo)準(zhǔn)將于2021年1月1日起開始實(shí)施。

今年6月，工信部裝備中心發(fā)布了《關(guān)于開展新能源汽車安全安全隱患排查工作的通知》，通知對車企在車輛安全排查、企業(yè)監(jiān)控平臺、排查情況上報(bào)及起火燃燒事故調(diào)查等方面提出了很多要求，企業(yè)應(yīng)當(dāng)確保安全監(jiān)測系統(tǒng)功能符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，并安排人員及時處理相關(guān)預(yù)警信息，企業(yè)應(yīng)當(dāng)檢查安全監(jiān)測平臺是否能夠及時反饋車輛安全信息，企業(yè)應(yīng)當(dāng)通過平臺實(shí)時檢測關(guān)鍵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，及早發(fā)現(xiàn)安全隱患并啟動預(yù)警機(jī)制，并對發(fā)現(xiàn)的整車及動力電池等關(guān)鍵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)異常、存在安全隱患的車輛，及時采取有效的措施。

2 新能源汽車現(xiàn)狀

根據(jù)《中國新能源汽車大數(shù)據(jù)研究報(bào)告》統(tǒng)計(jì)情況分析來看，新能源汽車故障報(bào)警類型共涉及平臺監(jiān)控項(xiàng)目中的20多項(xiàng)，主要涉及三大故障類別：一是重要相關(guān)部件的故障;二是充電的相關(guān)故障主要體現(xiàn)在充電系統(tǒng)的不匹配，SOC過高等故障現(xiàn)象;三是整車類故障，比如制動系統(tǒng)報(bào)警、DC-DC狀態(tài)或溫度報(bào)警等故障現(xiàn)象。

通過從純電動乘用車、純電動客車和純電動專用車等各車型統(tǒng)計(jì)的故障信息分析來看，主要問題集中在：DC-DC狀態(tài)報(bào)警、DC-DC溫度報(bào)警、絕緣報(bào)警、高壓互鎖狀態(tài)報(bào)警、車載儲能裝置類型欠壓、車載儲能裝置類型過壓、動力蓄電池一致性差、單體電池欠壓報(bào)警、SOC跳變、電池極柱高溫、SOC低報(bào)警、SOC過高報(bào)警、可充電儲能系統(tǒng)不匹配、制動系統(tǒng)報(bào)警等等，這些故障占故障總量的比例在各類車中均接近或超過90%以上，問題比較突出。如何在故障發(fā)生之前進(jìn)行及時預(yù)警提示并能有效的傳遞到用戶端，這是新能源汽車需要重點(diǎn)解決的問題。

3 新能源安全問題探究

針對平臺監(jiān)控系統(tǒng)中的第一類重要相關(guān)部件的故障進(jìn)行分析，動力電池是造成新能源汽車安全報(bào)警問題頻出的一個重要關(guān)聯(lián)部件，目前市場上主流車型配套的電池主要有三元材料電池和磷酸鐵鋰材料電池兩種。

究其故障問題分析，首先由于受到國家補(bǔ)貼政策退補(bǔ)的影響，造成了產(chǎn)品的開發(fā)周期變短，產(chǎn)品的測試驗(yàn)證不充分，一些電池廠家為了匹配主機(jī)廠的要求，不斷縮短測試驗(yàn)證的時間。有時為了滿足要求，電池制造商通過使用物理方法進(jìn)行改性，比如減重、把隔膜變薄等等，雖然是能量密度滿足了補(bǔ)貼政策和主機(jī)廠的要求，但是安全性能卻下降了，在后期的使用過程中，問題不斷的暴露出來，造成一系列的故障報(bào)警。

其次是電池?zé)崾Э卦?，所謂“電池?zé)崾Э亍保唵蝸碚f就是當(dāng)電池短時間內(nèi)溫度快速升高，超出電池的安全使用溫度范圍之后，引起電池?zé)崾Э?，進(jìn)而發(fā)生電池燃燒等事故，而充電過充、枝晶析鋰、枝晶刺破隔膜、過熱導(dǎo)致隔膜崩潰等都會誘發(fā)內(nèi)短路，由各種誘因引發(fā)的連鎖反應(yīng)，造成電池內(nèi)部發(fā)熱量急劇增加，溫度迅速上升到千度以上，電池?zé)崃坎荒芗皶r排出，造成電池自燃現(xiàn)象。

造成電池?zé)崾Э氐闹饕T因又可分為機(jī)械電氣誘因、電化學(xué)誘因、熱誘因等三大類。機(jī)械電氣誘因主要是由于車輛受到外界碰撞，造成電池內(nèi)部短路而引起的電池自燃現(xiàn)象，或者是電池殼體的密封性能不好，后期的使用過程中，因外部雨水進(jìn)入電池內(nèi)部造成電氣短路，而引起的自燃現(xiàn)象。電化學(xué)誘因主要由于電池過充引起，當(dāng)電池過度充電時，正極金屬溶解，負(fù)極析鋰，內(nèi)阻隨之快速增大，電解液氧化分解產(chǎn)生大量的氣體及熱量，從而導(dǎo)致溫度加速上升，電池膨脹直至破裂，進(jìn)而發(fā)生熱失控。

4 安全問題解決措施

針對電池安全問題，各新能源汽車廠家和電池生產(chǎn)企業(yè)一直在不斷地進(jìn)行探索和嘗試，通過不同的技術(shù)路線、不同的產(chǎn)品等，不斷提高車用動力電池的安全性。要想解決新能源汽車的安全問題，首先不僅要保證電池的一致性問題，除在電芯制造過程中、電池組PACK過程、儲存過程中及運(yùn)輸過程中做好把關(guān)外，還要在相應(yīng)的配套設(shè)施方面進(jìn)行下功夫，其次是國家的補(bǔ)貼政策要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律。除了通過對電池本身技術(shù)的突破方面來保證電池安全外，在當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)條件下，專業(yè)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和安全預(yù)警系統(tǒng)，已成為各主機(jī)廠和客戶的剛性需求，一套完整的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺顯得尤其重要。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)要求監(jiān)測的實(shí)時數(shù)據(jù)主要包含單體蓄電池電壓數(shù)據(jù)、動力電池包溫度數(shù)據(jù)、整車狀態(tài)、極值數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)等。

單體蓄電池電壓數(shù)據(jù)包括：單體蓄電池總數(shù)，動力蓄電池包總數(shù)N，電壓值列表（每個單體蓄電池的電壓值）等。

動力蓄電池包溫度數(shù)據(jù)包括：動力蓄電池包溫度探針總數(shù)，動力蓄電池包總數(shù)N，溫度值列表（每個溫度探針的）等。

整車狀態(tài)包括：車速、里程、檔位、加速踏板行程值、制動踏板行程值、充放電狀態(tài)、電機(jī)控制器溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度、電機(jī)電壓、電機(jī)電流、空調(diào)設(shè)定溫度等。

極值數(shù)據(jù)包括：最高電壓動力蓄電池單體所在電池包序號、最高電壓單體蓄電池序號、電池單體電壓最高值、最低電壓動力蓄電池單體所在電池包序號、最低電壓單體蓄電池序號、電池單體電壓最低值、最高溫度動力蓄電池包序號、最高溫度探針序號、最高溫度值、最低溫度動力蓄電池包序號、最低溫度探針序號、最低溫度值、總電壓、總電流、SOC、剩余能量、絕緣電阻。

報(bào)警數(shù)據(jù)包括：溫度差異報(bào)警、電池極柱高溫報(bào)警、動力蓄電池包過壓報(bào)警、動力蓄電池包欠壓報(bào)警、SOC低報(bào)警、單體蓄電池過壓報(bào)警、單體蓄電池欠壓報(bào)警、SOC太低報(bào)警、SOC太高報(bào)警、動力蓄電池包不匹配報(bào)警、動力蓄電池一致性差報(bào)警、絕緣故障、動力蓄電池其他故障總數(shù)n、動力蓄電池其他故障代碼列表、電機(jī)故障總數(shù)n、電機(jī)故障代碼列表、其他故障總數(shù)、其他故障代碼列表。

當(dāng)車輛正常上電后車載終端裝置會與綜合監(jiān)控平臺建立通信連接，自動發(fā)送注冊信息進(jìn)行身份識別，綜合監(jiān)控平臺對身份信息校驗(yàn)正確后，返回注冊成功應(yīng)答，車載終端會自動上傳車輛實(shí)時信息，如果出現(xiàn)任何異常，車載終端會根據(jù)報(bào)警代碼進(jìn)行報(bào)警信息提示，車載終端裝置共設(shè)置多級別報(bào)警機(jī)制，根據(jù)不同的信息異常進(jìn)行不同級別的報(bào)警提示，比如設(shè)置多級報(bào)警，當(dāng)報(bào)警級別達(dá)某一級別之上時，可立即觸發(fā)短信提醒，提示駕駛?cè)藛T離開駕駛車輛或到最近維修點(diǎn)進(jìn)行排查。

5 總結(jié)

隨著新能源汽車的發(fā)展，對動力電池遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)變得尤為重要，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺是當(dāng)前對新能源汽車安全問題監(jiān)控的一個重要渠道。

遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺能很好的防止了因動力電池在使用過程中不可避免的出現(xiàn)電池及BMS系統(tǒng)失效后所帶來的安全隱患。實(shí)時監(jiān)控快速反應(yīng)處理，如遇到高風(fēng)險(xiǎn)故障，在很短的時間內(nèi)提醒車輛駕駛員及時停駛車輛、維修或更換動力電池以避免因電池失效而帶來的車輛或人員事故的發(fā)生，降低動力電池的失效風(fēng)險(xiǎn)，為新能源汽車保駕護(hù)航。

項(xiàng)目支持：蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級重點(diǎn)項(xiàng)目“基于制動力分配最優(yōu)化的電動自行車饋能型控制器設(shè)計(jì)”（Wzyzrzd202005）

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