基于大数据的电动汽车充电系统安全评估

2020年12月23日，中国汽研成功举办《2020第三届新能源汽车测试评价技术国际论坛》。中国汽研将持续为大家推送精彩演讲实录，本文为特来电大数据技术部部长潘博存带来的《基于大数据的电动汽车充电系统安全评估》。

01  安全防护体系及思路之转变

特来电对于充电安全的思考，主要在于数据与系统边界，充电量较少时，充电安全边界特征并不明显，随着充电量的增加，比如达到100万次，系统的安全边界将会逐渐显现，当充电量达到1000万次，基于数据得到边界和特征从而建立专家库，当充电量达到1亿次时，基于工业大数据可以建立充电大数据，基于充电大数据可在车辆充电时进行实时防护，提前检测车辆的安全状况，并告知用户维修，保证车辆充电安全。

目前已在充电网上建立了两层安全防护技术体系。下图较形象的展示了车辆充电过程，相当于一个运行的充电安全防护过程，整个充电网规模大约40万笔订单。车辆每次充电时 ，CMS设备防护模型和大数据防护模型会对包含了BMS、充电桩及车辆之间的信息流和能量流同时进行实时检测，当检测到异常时，将会及时终止订单，进入异常订单库。



两层安全防护架构，首先基于充电网实时数据，如BMS数据、充电桩数据、用户数据、环境数据建立充电大数据，并结合充电网历史数据，包含车辆档案（安全评分、电池健康评分、使用习惯评分）及车型档案（安全评分、电池健康评分、使用习惯评分）建立两层安全防护架构：在设备侧建立CMS主动防护层，包含单体过压防护模型、电池过温防护模型、温差过大防护模型、温升异常防护模型等；在大数据侧建立大数据防护层，包含动力电池不均衡性模型、车辆电池寿命预测模型、充电行为模型和电池安全评分模型等。经两层安全防护检测后将会对车辆做出安全决策，比如阻断充电、报警通知、监控评估等。安全决策完成后，运营系统会持续跟踪该笔订单，并将整个数据实时反馈到模型，及时修正模型，保证模型的准确度。

充电安全全生命周期管理流程为：充电时，两层防护模型进行防护，存在异常订单时，一方面通过APP报警，或通过短信微信通知C端用户、B端用户、特来电运营、主机厂、电池厂进行车辆的维修，维修反馈结果同时反馈到防护模型；另一方面异常订单发生后会更新到车辆、车型档案，通过安全评价模型评价，识别高危车辆，进行工单处理，以工单为抓手持续跟踪车辆，发送安全防护报告至客户端，维修完成后工单关闭，工单信息同样会反馈到防护模型，建成了一个正向充电安全防护良性循环机制。

充电安全防护思路为：通过安全防护模型识别高危车辆，告知车辆维修。防护概括为双轴两侧，即为时间轴空间轴，设备侧平台侧，时间轴利用大数据云端的算力，关注变化趋势；空间轴找不同；设备侧接收充电参数、实时防护；平台侧下发充电曲线、长时间防护。防护的分类，比如从乘用车、商用客车、商用货车，不同充电倍率，磷酸铁锂、三元、锰酸锂、钛酸锂，老车和新车，不同地区这些维度去分析。

02  安全防护框架、模型及数据

安全防护的整体架构如下图，理论依据分为规模化电动汽车安全充电关键技术及装备研究，智能充电网与配电网，分布式能源的融合技术研究，基于云技术的充电网互联互通数据平台的研究。系统的实现分为充电设备，充电管理，协同调度，平台服务。基于充电安全方面的输出，有特来电主导或参与的行业标准。



基于充电过程数据对充电安全风险分析，数据的范围包括纵向时间维度、横向同车型扩展数据范围；数据的变化包括过程数据的梯度变化、过程数据的变差；数据的关联是数据间的相关约束关系。



基于正态分布的充电指标异常检测方法：在正态分布中，区间（μ-3σ,μ+3σ）是随机变量X实际可能的取值区间，X落在该区间以外的概率小于千分之三，在实际问题中一般认为这种事件是不会发生的，如果变量属于这千分之三，即是异常点。在基于正态分布的充电异常检测中，“变量”可以是最高温度、最大温差、温升速率、SOC速率、单体最大压差等指标，样本数据来自相同地区信息、相同车辆型号信息、相同时间信息的充电记录。



异常检测举例：大数据分析指标的变量，可以是最高温度、最大温差、最大温升速率、电池压差、最大SOC速率等指标，样本数据来自相同地区信息、相同车辆型号信息、相同时间信息（每天或每月）的充电记录。正态分布N(μ，σ2)由均值μ和标准差σ唯一决定的分布。根据样本数据估算出均值u和标准差σ，样本数为n，公式如下。





03  安全防护应用

安全评价，目前已实现平台下每辆车的各个电池指标评分，形成了车辆得分档案，为车辆的定性和定量评价提供依据：平台根据各项指标得分识别高危车辆；根据车辆得分可以协助客户对车辆进行分类管理、分批次更新；车辆得分可以让用户简单直观感受车辆安全状况。



安全防护产品，比如公交专属安全报告；充电防火墙，客户可按照城市、充电站、品牌、车型、车牌号、账号、VIN等维度，在不同范围内限制不同车辆充电，限制SOC值可自由设置。利用“安全防火墙”功能可以限制/禁止高危车辆充电，限制/禁止某车型车辆充电，子公司自行设置本城市限制策略，限制/禁止某高危电站所有车辆充电。目前已经做出的要求包括已统一对全国经常烧车的5个高危车型和3个品牌全系车型进行限制；对加油加气站周围50米电站进行充电限制。

平台可为C端用户进行车辆故障的弹窗和亮灯预警，同样，可以为C端用户展示车辆安全档案、车辆近期的关键指标表现情况，用户可以实时查看车辆安全状态分析。