Chinas Branche der neuen Energiefahrzeuge (NEVs) befindet sich in einer marktorientierten Expansionsphase, und die Anzahl der registrierten NEVs wächst stetig rasant. Diese Zunahme spiegelt nicht nur den Erfolg des Landes bei der Transition zu nachhaltiger Mobilität wider, sondern hebt auch die zwingende Notwendigkeit verstärkter Sicherheitsmaßnahmen für Lade- und Batteriewechselinfrastruktur hervor. Sicherheit, die weithin als Lebensader der Branche angesehen wird, umfasst mehrere Dimensionen, darunter die Sicherheit der Ladeeinrichtungen selbst, Ladesteckverbinder, Fahrzeuge und Batteriesysteme sowie Informationssicherheit.
Die Grundlage eines robusten Sicherheitsrahmens liegt in politischer Führung und Standardisierung. Bereits 2020 wurden Batteriewechselstationen im Regierungsbericht in den Bereich der Neuen Infrastruktur aufgenommen, mit weiterer Betonung 2021. Im gleichen Jahr wurde die nationale Norm GB/T 40032-2021 Sicherheitsanforderungen für den Batteriewechsel von Elektrofahrzeugen umgesetzt, die den ersten grundlegenden und universellen nationalen Standard in Chinas Automobilindustrie für den Batteriewechselsektor markiert. Diese Norm verbesserte die Sicherheitsniveaus von Elektrofahrzeugen, die Wechseltechnologie verwenden, erheblich in Bezug auf mechanische Festigkeit, elektrische Sicherheit und Umgebungsanpassungsfähigkeit.
2023 veröffentlichte der Staatrat die Leitlinien zur weiteren Aufbau eines hochwertigen Ladeinfrastruktur-Systems, in denen die Hauptverantwortlichkeiten und Sicherheitsmanagementsysteme für Ladesicherheit klar definiert wurden. Gleichzeitig hat die jährliche Zusammenstellung des Elektrofahrzeug-Sicherheitsleitfadens durch den China Association of Automobile Manufacturers, die China Electric Vehicle Charging Alliance und die Battery Alliance seit 2019 wertvolle Referenzen und Richtlinien für NEV-Entwickler, Fachkräfte und Servicemitarbeiter bei der Sicherheitsgewährleistung bereitgestellt.
Batteriesicherheit, oft als „Herz“ von NEVs bezeichnet, ist für die Gesamtsicherheitsleistung von Fahrzeugen von größter Bedeutung. In den letzten Jahren gab es eine Reihe von Batteriesicherheitsincidenten, die der Branche eine deutliche Warnung aussenden. Daten der China Automotive Power Battery Industry Innovation Alliance zeigen, dass die kumulierte Installationskapazität einheimischer Traktionsbatterien in der ersten Hälfte dieses Jahres 203,3 GWh erreichte, ein Anstieg von 33,7 % gegenüber dem Vorjahr. Dieses schnelle Wachstum der Batterienutzung erhöht die Dringlichkeit, Batteriesicherheitsherausforderungen anzugehen.
Aus technischer Sicht basiert der grundlegende Ansatz der Branche zur Kontrolle der Batteriesicherheit auf einer vierstufigen Strategie: Kontrolle der Sicherheitsgrenzen, Frühwarnung, Risikoassessment während des Vorgangs und Risikokontrollstrategien nach dem Vorfall. Experten kategorisieren Batteriesicherheits Probleme in drei Haupttypen: Thermische Missbrauch, elektrischer Missbrauch und mechanischer Missbrauch. Thermischer Missbrauch tritt auf, wenn externe Hochtemperaturumgebungen die Batterie beeinträchtigen, während elektrischer Missbrauch Szenarien umfasst wie zu schnelles Laden, das dazu führen kann, dass Lithiumdendriten die Separatoren während der Energieübertragung durchstoßen. Mechanischer Missbrauch bezieht sich auf Situationen wie Batterieaufprälle oder -quetschungen. Diese Probleme können sich überlappen; so kann schnelles Laden beispielsweise sowohl elektrischen als auch thermischen Missbrauch auslösen, da der erhöhte Innenwiderstand während des Ladevorgangs zu höherer Wärmeerzeugung und Temperatursteigerung führt.
Der Druck auf schnellere Ladevorgänge, angetrieben von der Notwendigkeit, die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern und die gesellschaftlichen Betriebskosten zu senken, ist ein unvermeidbarer Trend. Dennoch ist die Balance zwischen Geschwindigkeit und Sicherheit von entscheidender Bedeutung. Branchenexperten empfehlen, dass Automobilhersteller zuerst das 3C-Laden stabilisieren sollten (bei dem Batterien in 20 Minuten vollständig aufgeladen werden), bevor sie zu 4C-Laden übergehen (15-Minuten-Laden), um dann stetig auf effizientere Ladetechnologien zuzusteuern. Dieser stufenweise Ansatz stellt sicher, dass die Sicherheit nicht auf dem Altar der Bequemlichkeit geopfert wird.
Die Ladeinfrastruktur hat sich über eigenständige Stationseinrichtungen hinaus entwickelt und ist zu einem Schlüsselbestandteil eines breiteren Ladeinfrastrukturnetzwerks geworden. Diese Einrichtungen fungieren als Knotenpunkte, die Elektrofahrzeuge mit fortschrittlichen Stromsystemen verbinden und Fahrzeugnetzwerke, Ladernetze und Stromnetze integrieren. Folglich erfordern sie strengere Sicherheitsanforderungen und umfassende Schutzmaßnahmen.
Trotz Fortschritten bleibt die Aufmerksamkeit der Branche auf die Sicherheit der Ladeinfrastruktur unzureichend, was zu wiederholten Vorfällen führt, wie z. B. thermischem Runaway während des Ladevorgangs, Kurzschlüssen und Stromleckagen in Ladestationen, die die Personensicherheit gefährden, sowie Hackerangriffen auf Ladebetriebsplattformen, die zu Dienstleistungsstörungen führen. Um dies anzugehen, schlagen Experten einen vielseitigen Ansatz vor, der Personensicherheit, Fahrzeugsicherheit, Gerätesicherheit, Speichersicherheit und Datensicherheit umfasst.
Kritische Komponenten wie Ladekabel, die anfällige Teile von Ladestationen sind, unterliegen hohen Anforderungen aufgrund ihrer Eigenschaften: Hohe Stromtragfähigkeit erfordert hohe Sicherheit, häufiges Ein- und Ausstecken erfordert Haltbarkeit, und direkte Benutzerinteraktion erfordert Benutzerfreundlichkeit. Diese Faktoren erfordern insgesamt langfristige Qualitätsstabilität. Innovationen wie KI-gesteuerte Algorithmen zur Überwachung und Vorhersage der verbleibenden Lebensdauer von Ladekabeln ermöglichen vorausschauende Wartung und helfen Betreibern, Risiken proaktiv zu verhindern.
Während der Batteriewechsel den Vorteil schneller Energieversorgung bietet, vergleichbar mit der Tankung bei herkömmlichen Fahrzeugen, ist seine Sicherheit zu einem Schwerpunkt geworden, da Wechselstationen in größerem Maßstab eingesetzt werden. Im Bereich der Schwerlastfahrzeuge belief sich beispielsweise der kumulierte Verkauf von Batteriewechsel- Schwerlastfahrzeugen in der ersten Hälfte 2024 auf über 10.000 Einheiten, ein Anstieg von 82 % gegenüber den 5.729 Einheiten im gleichen Zeitraum des Vorjahres. Dieses Wachstum verstärkt die Bedeutung der Wechselstellsicherheit für eine nachhaltige Branchenentwicklung, rechtliche Konformität, Markenreputation, technologische Innovation, Datensicherheit und Reaktionsfähigkeit in Notfällen.
Die Sicherheit bei Batteriewechseln umfasst entscheidende Aspekte bei Design, Standortwahl, Bau und Betrieb. Insbesondere der Betrieb umfasst Gerätemanagement, Arbeitsmanagement und Batteriemanagement, wobei besondere Aufmerksamkeit auf die sichere Transportierung und Lagerung von Batterien gerichtet werden muss. Branchenexperten fassen die Kernprinzipien der Sicherheit wie folgt zusammen: „Nicht auslösen, früh erkennen, schnell entfernen“.
Die nationale Norm GB 38031-2020 Sicherheitsanforderungen für Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge, die verbietet, dass Batterien thermischen Runaway erleiden, dient als grundlegendes „Nicht-auslösen“-Maßnahmen. „Unsere Überwachung an den Batteriestationen setzt Echtzeit-Schutzmaßnahmen zweiter Stufe ein; durch Cloud-Plattform-Big-Data-Verarbeitung in Kombination mit historischen Batteriedaten führen wir Rückanalysen durch, um zu überwachen, ob der Zustand während des Ladevorgangs einem Risikoanschluss nahekommt, und plötzliche Veränderungen zu untersuchen.“Durch langfristig akkumulierte historische Daten kann man deutlich erkennen, ob sich die Batterieleistung verschlechtert, um so ‚früh zu erkennen‘,“ so Experten. „Schnelles Entfernen“ ist ein Vorteil von Batteriewechselstationen: Bei Problemen können Batterien schnell aus dem Ladefach entfernt, gleichzeitig die externe Stromversorgung unterbrochen und in sichere Gebiete verbracht werden.
Regelmäßige Betriebsprotokolle stärken die Sicherheit weiter, darunter regelmäßige Schulungen für Mitarbeiter in Nebenzeiten, um sie mit Notfallverfahren vertraut zu machen, 24-Stunden-Dienstsysteme und Feuerwehrkooperationsmechanismen.
Standardisierung spielt eine zentrale Rolle bei der Minderung von Sicherheitsrisiken während des Lade- und Entladevorgangs. Angesichts der Hochspannungsübertragung in beiden Prozessen erfordern Risiken wie Stromschlag, Überhitzung von Komponenten und Funktionsstörungen strenge Normen. Chinas Normensystem für Elektrofahrzeuge umfasst vier Schlüsselbereiche: Fahrzeugsicherheit, Batteriesicherheit, Ladesicherheit und Wechsel sicherheit.
Fahrzeugsicherheitsnormen wie GB 18384-2020 Sicherheitsanforderungen für Elektrofahrzeuge, GB 38032-2020 Sicherheitsanforderungen für Elektrobusse und GB/T 31498-2021 Sicherheitsanforderungen für Elektrofahrzeuge nach einem Aufprall adressieren Funktionssicherheit, Betriebssicherheit, Schutz vor Stromschlag und Feuer sowie Schutzmaßnahmen nach einem Aufprall. Die Batteriesicherheit wird durch GB 38031-2020 Sicherheitsanforderungen für Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge geregelt, das normale Nutzung, Missbrauchssituationen, Umgebungsanpassungsfähigkeit und thermische Diffusion bei Wasser eintritt abdeckt.
Ladesicherheitsnormen umfassen GB/T 43332-2023 Sicherheitsanforderungen für leitendes Laden und Entladen von Elektrofahrzeugen, das Anforderungen an Stromschlagschutz, Überhitzungsschutz, Funktionssicherheit, Umgebungsanpassungsfähigkeit und andere Aspekte in Nicht-Lade-, Lade- und Post-Lade-Zuständen spezifiziert. Darüber hinaus verfeinern GB/T 41578-2022 Technische Anforderungen und Testverfahren für Informationssicherheit von Elektrofahrzeug-Ladesystemen und GB/T 39752-2021 Sicherheitsanforderungen und Testspezifikationen für Elektrofahrzeug-Ladegeräte die Sicherheitsvorschriften weiter.
Die Verabschiedung und Umsetzung von GB/T 43332-2023 im November 2023 markierte einen bedeutenden Schritt, indem grundlegende Prinzipien für die Gestaltung leitender Lade- und Entladefunktionen bereitgestellt wurden, um potenzielle Stromschläge, Brände und andere Gefahren zu verhindern. Ein wichtiger Meilenstein erfolgte im Juli dieses Jahres mit der Veröffentlichung von GB 44263-2024 Sicherheitsanforderungen für leitende Ladesysteme von Elektrofahrzeugen, der ersten verbindlichen nationalen Norm für Elektrofahrzeug-Ladesysteme, die am 1. August 2025 in Kraft treten wird. Diese Norm wird Chinas Normensystem für Lade- und Wechsel sicherheit weiter verbessern.
Die Sicherheit der Lade- und Wechselbranche ist ein zentraler Schwerpunkt in Chinas Entwicklung der Ladeinfrastruktur in den kommenden Jahren und eine Schlüsselgrundlage für die Förderung der breiteren Akzeptanz von NEVs. Die kürzlich von der Zentralen Kommission der Kommunistischen Partei Chinas und dem Staatrat veröffentlichten Meinungen zur Beschleunigung der umfassenden grünen Transformation der wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung betonen den Aufbau nachhaltiger Verkehrsinfrastruktur, die Verbesserung von Netzwerken von Lade- (Wechsel-)stationen, Wasserstoff- (Alkohol-)Tankstellen und Landstromanlagen sowie die Beschleunigung der Entwicklung städtischer intelligenter Verkehrsmanagementsysteme.
Mit anhaltenden Bemühungen von Regierung, Branchenexperten und technologischen Innovatoren ist die Sicherheit von Lade- und Batteriewechselstationen für Elektrofahrzeuge in China bereit, eine neue Entwicklungsphase einzutreten, die das hochwertige Wachstum der Branche der neuen Energiefahrzeuge antreibt. Dieser Fortschritt wird nicht nur Benutzer und Vermögenswerte schützen, sondern auch Chinas Position als globaler Führer in nachhaltiger Mobilität festigen und Maßstäbe für Sicherheit und Nachhaltigkeit in der globalen NEV-Landschaft setzen.
Autor: Li Bin
Zeitschrift: An Tian Xia (Sicherheitswelt)