5月30日，在SMM主办的CLNB 2024（第九届）中国国际新能源产业博览会-电动车绿色出行及电池应用高峰论坛上，国家高端储能产品质量检验检测中心无锡市检验检测认证研究院薛宇介绍了充电安全事故原理、充电技术的提升、充电安全的强化、标准及管理规定等内容。

充电方法介绍

电池充电方法有三段式、四段式、脉冲式、恒流式等多种。但电动自行车电池基本使用三段式充电方式。三段式充电由恒流充电阶段、恒压充电阶段、涓流充电阶段组成，恒流充电阶段充入总充电量的80%左右，也称高效充电阶段，恒压充电阶段充入总充电量的15%左右，也称高压充电阶段，涓流充电阶段进行最后5%的补充电。以最常见的4820型电池的充电过程为例，恒流充电阶段直流充电电流（约3A）保持恒定，电压从42V充到58V左右时，进入恒压充电阶段，充电器的充电电流开始下降，充电电压逐渐上升到59V左右并保持，充电电流逐步减小，达到600mA左右时，转入涓流充电阶段，充电指示灯由红色转为绿色后，使用恒压（约55V）和小电流对电池进行补充充电。

脉冲充电又可分为负脉冲、正脉冲、正负脉冲充电，脉冲充电主要包含预充、恒流充电和脉冲充电三个阶段。脉冲充电最大的优势是可以迅速有效地消除充电过程中的极化电压，缩短充电时间，但是存在充电耗能大、发热大的不利因素，故未被广泛采用。但在对旧电池的维护中，由于可以通过脉冲去除部分电极上的结晶，有一定修复作用，故被采用较多。

充电安全事故原理分析

据统计，我国2023年发生的电动自行车燃烧事故为2.1万起，其中65%发生在充电阶段，其中又是以锂离子电池充电占比较高。

分析典型的充电事故产生原因：

第一，由于充电器从恒流充电转为恒压充电的条件为电池端电压（一般设计为58V）达到一定数值。如48V电池组，铅酸电池是由4块12V电池，每块电池由6个2V的单格组成，锂离子电池由12串（三元电池）、13串（铁锂电池）组成，三元电池的单格电压为3.7V、铁锂电池的单格电压为3.2V，单格电池电压在整个充电过程中，从低电位充到高电位。

但是充电时，如果发生电池单格损坏、短路等原因，2V/3.2V/3.7V单格电压降为0或者很低的电压，那么由每个单元格串联累计的电压值就可能永远达不到转换电压（恒流-恒压），充电器判断一直未达到转换电压，就一直保持使用大电流对电池组进行直流恒流充电。

导致电池组发生过充，轻则引起失水鼓涨、重则发生燃烧等事故。锂离子电池还有一道电池的BMS保护，如果BMS与电池不匹配或者质量较差，或者BMS设置的保护电压值电流值过高，则极易影响锂离子单体电池危险，由于锂离子电池比较活跃，内阻比较小，就有可能出现爆燃事故。

第二，我国南北纬度跨度大，一年中冬天和夏天的温度也相差很大，即使正常充电，采用同样的充电程序、电流、电压、转灯电压等参数设计，也容易造成冬天充电充不满，夏天电池充鼓涨的情况。

第三，由于充电器质量问题，发生内部短路或者其他损坏时，往往发生最直接的现象是，输出电压突然升高，最大57V的输出电压，突然阶跃至100V以上，直接造成被充电电池的短路，造成充电事故。

同时，研究结果表明，锂离子电池能量密度每增加 1 kWh/kg，热失控的触发温度将降低0.42℃。也就是说高能量密度电池相比普通电池更容易发生热失控。热失控是由于电池发热与散热之间的平衡失控所引起的。主要由电池组成的材料在高温下的分解和相互反应导致。

热失控的过程主要包括四种副反应：

特别是热失控刚开始时，阳极材料表面的SEI首先分解，这个过程中会产生一定的氧气和可燃气体，如果热量进一步上升，很可能会发生燃烧。如果电池组没有成熟的电池安全结构设计，就容易引发安全事故。

充电技术的提升

针对电池夏天充电易过充鼓涨、冬天充不饱的问题，根据电池的电化学特性，铅酸电池Vt=2.46-0.003×(T-25) （其中：Vt是单体充电电压（单位：V）、T是充电环境温度（单位：℃），以25℃为基准温度），简单说，就是随着环境温度升高，充电电压略有下降，每个电池单格每摄氏度减少0.003V充电电压。

充电时增加一个温度传感器、或者通过数据线，把充电器与锂离子电池组的BMS相连，采集温度信号，也可以把上述公式做成一张温度-电压曲线图，存储在芯片里，随时调用，需要说明的是，由于各电池生产企业的配方不同，锂电池的种类不同（三元、锰酸锂、铁锂），上述的温度-电压曲线图需要具体配对电池企业的技术参数要求。

同时，也可以采集充电时电池组表面的温度值，发现温度过高及时通知充电器停止充电。另外，参照其他电源适配器（手机充电器、笔记本电脑充电器）的技术要求，以及出口电动自行车充电器的技术要求，引入了电磁兼容的技术要求，设计中考虑发射和抗扰度限值和要求。

第一，优化充电器不对其他电器和人体产生影响的发射项目，主要考虑电源端子骚扰电压、骚扰功率、谐波电流、电压变化、电压波动和闪烁。

第二，优化充电器抗干扰能力的项目，主要考虑电快速瞬变、注入电流、射频电磁场、浪涌、电压暂降和短时中断。通过这些EMC项目的设计，增加充电器的工作可靠性、稳定性。

充电安全的强化

针对三段式充电方式的技术特点，以及电池事故产生机理分析，为了强化充电过程的安全，从技术上提出了几方面的改进措施。

第一，提出热失控管理的概念，对上述三段式充电的恒流充电阶段，不把电池端电压达到转灯电压作为唯一的结束条件，增加充入电量的监控，现在的充电器都带有芯片，从开始充电时，就运用芯片即时检测充电的电压、电流、时间，采用电流对时间积分的运算方式，即时计算充入电池的电量值，确定电池是否被充满，以4820电池组为例，当充入电量达到1.2C（额定容量的120%）时，即使未达到转灯电压，也要强制停止恒流充电，防止过充产生危险。在恒压充电和娟流充电阶段，当时间达到足够长时，一般设置为4小时，也要强制停止充电，让充电过程更智能。

在恒压充电和娟流充电阶段，当时间达到足够长时，一般设置为4小时，也要强制停止充电，让充电过程更智能。

第二，在充电器二次回路增加反馈线路设计，跨接一次二次回路的电容器必须使用二个电容串联，跨接光耦质量要好，要求当一次回路与二次回路万一发生短路时，一次回路的电压不会直接串到二次回路，造成输出电压急剧升高，击穿引燃被充电电池，这样设计大大减少了发生事故的概率。第三，电池组和充电器的外壳材料，一般为ABS材料，要求阻燃等级从V1级提高到V0级，这个成本增加不多，但效果明显，例如，4820充电器的外壳，150g重量，成本只增加0.6元。

标准及管理规定

目前，在电动自行车用电池及充电器领域，有多个国家标准及行业标准，使用的标准主要有：GB/T 22199.1-2017《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池 第1部分：技术条件》、GB/T 22199.2-2017《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池 第2部分：产品品种与规格》、GB/T 36972-2018《电动自行车用锂离子蓄电池》、QB/T2947.1-2008《电动自行车蓄电池和充电器第1部分：密封铅酸蓄电池及充电器》、QB /T2947.3-2008《电动自行车蓄电池和充电器第3部分：锂离子蓄电池及充电器》、GB/T 36944-2018《电动自行车用充电器技术要求》、 GB/T36972-2018《电动摩托车和电动轻便摩托车用锂离子电池》、 GB 24155-2009《电动摩托车和电动轻便摩托车安全要求》、 GB/T 34667-2017《电动平衡车通用技术条件》、 GBT 34668-2017《电动平衡车安全要求及测试方法》、GB/T 32504-2016《民用铅酸蓄电池安全技术规范》通常也使用于该领域产品。

国家为了强化电动自行车充电安全，正在实施和制定一系列强制性标准，2022年12月29日，发布了GB 42296-2022《电动自行车用充电器安全技术要求》，于2023年7月1日全面实施。

电动自行车用电池及充电器，均未实施生产许可证管理或者3C强制性认证管理，部分认证机构开展标志认证、自愿认证管理。但电动自行车实施3C强制性认证管理，电池及充电器作为电动自行车的主要部件，进行认证一致性管理。但电池及充电器存在巨大的二级市场，用于维护和修理，这部分产品无任何管理规定。住建部的《高层民用建筑消防安全管理规定》中，明确规定，电动自行车不得在室内进行充电。

为了减少充电安全事故的发生，国内部分地区出台政策，要求本地区的电动自行车充电时，必须先实现充电器和电池组的通讯，为此，出台了部分电动自行车充电协议的团体标准。

发展方向

随着数字化、智能化的发展，电动自行车开始采用总线结构，控制器升级为车辆管理系统。充电过程中，大趋势是电池组均要加装电源管理系统（锂离子电池均已经安装BMS），电动自行车和电池组有了“大脑”，就给安全充电增加了一道保障，充电开始前，充电器先与电池组进行“握手”，获得电池组电池类别、电池组串数、标称电压、电流、满电状态等信息，充电过程中，可以即时把充电时电池组的温度、充电电流、累计充入电荷量等信息发送给充电器，由充电器进行智能判断，确定是否继续充电，选择合适的充电阶段、调整充电电流电压参数，实现按需充电。防止出现过充损伤电池、避免发生事故。同时，引入电磁兼容的理念，减少充电过程对外界电磁波的辐射，也增强充电过程抗外界干扰的能力，实现绿色和环保充电。

电池领域，除了传统的铅酸电池、锂离子电池，近年来，钠离子电池异军突起，并且以安全性和经济性著称，预计将在电动自行车领域首先使用，行业和国家正在制定一系列标准和技术规范、成立钠电创新中心、布局产学研发展基地。