动力电池系统技术规范.doc

密级：项目内部动力电池系统技术规范项目代号：文件编号：EVPT-VD1.27编写：时间：校核：时间：批准：时间：天津易鼎丰动力科技有限公司1. 文件范围 本文件规范了XX公司XX车型所用XX动力电池必须满足的技术性能要求。 2. 术语定义和及产品执行标准 2.2. 术语定义 2.1.1 电动汽车(electric vehicle, EV)：指以车载能源为动力，由电动机驱动的汽车； 2.1.2 电芯(cell)：一个单一的电化学电池最小的功能单元； 2.1.3 模组(module)：指由多个电芯的并联组装集合体，是一个单一的机电单元； 2.1.4 电池组(battery pack)：由一个或多个模组连接组成的单一机械总成； 2.1.5 电池管理系统(battery management system, BMS)：指任何通过监控充电电池的状态、计算二次数据并报告该等数据、保护该等充电电池、设置报警信号、与设备中的其他子系统进行电子通信、控制充电电池内部的环境或平衡该等充电电池或环境等方式来管理该等充电电池的电子设备，包括软件、硬件和运算法则； 2.1.6 动力电池系统(battery system)：动力电池系统是指由动力电池组、电池箱体、电池管理系 统、电器元件及高低压连接器等组成的总成部件，功能为接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并且为电驱动系统及电辅助系统提供高压直流电； 2.1.7 整车控制器(vehicle controller unit)：检测控制电动汽车系统电路的控制器； 2.1.8 高电压 (High Voltage, HV)：特指电动汽车200VDC以上高压系统； 2.1.9 低电压 (Low Voltage, LV)：指任何信号或功率型能量低于50VDC，本文中特指整车 12VDC电源系统； 2.1.10 荷电状态(state-of-charge, SOC)：电池放电后剩余容量与全荷电容量的百分比； 2.1.11 寿命初始(Beginning Of Life, BOL)：指动力电池系统刚交付使用的状态； 2.1.12 寿命终止 (End Of Life, EOL)：动力电池系统能量降低到初始能量的80%，或者实时峰值 功率低于初始峰值功率的85%时，视为寿命终止； 2.1.13 电磁兼容性 (Electro-Magnetic Compatibility, EMC)：在同一电子环境中,两种或多种电子 设备能互不干扰进行正常工作的能力； 2.1.14 高低压互锁 (High Voltage Inter-Lock, HVIL)：特指低压断电时，通过低压信号控制能够 同时将高压回路切断； 2.1.15 CAN(Controller Area Network)：控制器局域网； 2.1.16 DFMEA(Failure Mode and Effects Analysis)：设计故障模式及失效分析； 2.1.17 MTBF(Mean Time Between Failure)：平均无故障时间； 2.1.18 额定容量：在252下，以1I1(A)电流恒电流充电至动力电池系统总电压或最高单体 电压达到规定电压值，以恒定电压充电至电流小于0.05C（A）时停止充电，休眠10分钟后，以1I1(A)电流放电达到规定的终止电压时停止放电，整个测试过程放出的容量为额定容量，单位为Ah； 2.1.19 额定能量：在252下，以1I1(A)电流恒电流充电至动力电池系统总电压达到或最高 单体电压达到规定电压值，以恒定电压充电至电流小于0.05CA时停止充电，休眠10分钟后，以1I1(A)电流放电达到规定的终止电压时停止放电，整个测试过程放出的能量为额定能量，（Wh），此值可由电压-容量曲线的覆盖面积积分得到； 2.1.20 可用能量：在252、-52两种温度条件下，按照动力电池可用能量测试规范分 别做 NEDC测试，动力电池系统在放电率允许的范围内实际放出的电量的平均值。 2.1.21 额定电压：额定能量除以额定容量，标定为额定电压； 2.1.22 峰值功率：本项目峰值功率标定为XXkW。 2.3产品执行标准 表1. 产品执行标准 备注：未经特殊说明，本规范中涉及到的术语定义、检测方法、判断标准等都以上述标准为准。 3.功能描述及部件要求 3.1动力电池系统描述 动力电池系统最基本的功能为接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并且为电动汽车提供高压直流电。电芯采用串、并联方式组成电池组，电池组放置在一个或多个密封并且屏蔽的箱体里面，一个或多个箱体使用可靠的接插件进行连接。使用电池管理系统对电池组进行综合管理，实时采集各电芯的电压值、各温度传感器的温度值、电池组的总电压值和总电流值，电池组与箱体的绝缘电阻值等数据，并根据系统中设定的阀值判定电池组工作是否正常。根据需要，动力电池系统中可含有加热装置以保障低温充、放电能够安全进行；可含有冷却装置以保障温度过高时能够降温；含有绝缘电阻监测系统以检测电池组与箱体、车体等之间的绝缘状况；含有电芯均衡装置，在电池组充、放电及停车时对电芯进行均衡，以保障一致性；含有高压保护系统以保障高压使用安全，电池管理系统能够根据设定的阀值情况自动开启各项辅助单元。电池管理系统使用CAN与整车控制器及车载充电机进行通讯，根据要求上报动力电池系统的状态，接收充电或者整车控制器提出的请求。为满足便利维修，动力电池系统设有维修开关，通过维修开关能够方便断开动力电池组的高压回路，更换动力电池系统中的熔断器等易损件；动力电池系统为汽车零部件，因此要求动力电池系统采用的各个部件为汽车级。 3.2动力电池系统部件要求 为满足功能要求，每套动力电池系统应配有以下部件，详见表2： 表2. 动力电池系统主要配件参数表4. 动力电池系统要求 4.1 电性能 4.1.1 能量要求 4.1.1.1能量密度：100Wh/kg； 4.1.1.2额定容量(起始/寿命终止)：91.5Ah/73.2Ah (25，1/3C ) 4.1.1.3额定能量(起始/寿命终止)：30.4kWh/24.3kWh （25，1/3C) 4.1.1.4可用能量范围(起始/寿命终止)：5%95%SOC； 4.1.1.5可用能量(起始/寿命终止)：27.4kWh/21.9kWh（25，1/3C) 4.1.1.6环境温度-15可用能量(起始/寿命终止)：不低于正常条件下可用能量的80%； 4.1.2 功率要求 4.1.2.1 额定功率（起始和寿命终止）：40kW/40kW (10-100%SOC，-5 to 55)； 4.1.2.2 峰值功率（起始）：70kW （详细见表7）峰值功率（寿命终止）：60kW （不低于要求的起始峰值功率的85%）； 4.1.2.3 SOC30%时，要求-25时动力电池系统输出功率不小于7kW； 4.1.3充电性能 应符合GB/T 18487.1-2001电动车辆传导充电系统一般要求 4.1.3.1车载充电机模式下充电温度与充电时间要求见表5：4.1.3.2 地面充电机模式下充电温度与充电时间要求见表5：4.1.3.3行车过程中制动能量回收充电要求见附件2动力电池系统BMS控制策略求 4.1.4 放电性能 4.1.4.1额定放电功率：40kw（10%SOC，1055）； 4.1.4.2峰值放电功率要求： 动力电池系统每次峰值放电持续时间为：SOC30%时，放电持续时间不小于30S；SOC30%时，放电持续时间不小于120S。系统在不同温度和不同SOC条件下，允许的峰值放电功率如表6所示：表6 峰值放电功率矩阵表-30-20-1001020304050600%00000000005%057777777010%0724435558636363020%02030507070707070030%73552607070707070040%74356707070707070050%75160707070707070060%75562707070707070070%606570707070707070080%656770707070707070090%7070707070707070700100%70707070707070707004.1.5储存性能要求 4.1.5.1月自放电： 4%（常温常压）； 4.1.5.2荷电保持与容量恢复性能：按QC/T743-2012中6.3.9检测常温储存28天，其容量恢复应不低于额定容量的96%。 4.1.5.3高温50自放电：按照北京市准入标准，满电存放7天，动力电池包荷电容量保持不低于实际容量85%. 4.2安全性能 4.2.1维修断电：确保动力电池系统维修时断电，设置于与总正端口电压为180V20V区域； 4.2.2 停车断电：低压控制的总正、总负端口高压继电器各不少于1套； 4.2.3高低压互锁：将高压接插件、低压接插件、维修开关和车载充电机等器件用低压12V串联 互锁，当某一低压器件断开时，即时断开高压； 4.2.4耐压要求：要求满足GB/T18384.3-2001标准6.2.3耐压试验类设备基本绝缘要求； 4.2.5绝缘性能：动力电池系统正/负极对车体绝缘电阻大于500/V，参照GB/T 18384.1-2001标准执行； 4.2.6隔离要求：动力电池系统与车体物理隔离； 4.2.7短路保护：具有电池系统短路断电功能； 4.2.8电骚扰：满足15KV电击要求，测试方法见GB/T 19951-2005关于台架和整车状态下电子模块对静电放电产生的电骚扰； 4.2.9阻燃材料：动力电池系统内部使用的连接材料、绝缘材料、密封材料、屏蔽材料及减震材料等都必须使用有阻燃效果的材料； 4.2.10安全性执行标准：测试方法见QC/T743-2012及863电动汽车重大专项关于EV用能量型锂电池性能测试规范。 4.3 可靠性 4.3.1使用环境温度及湿度：温度-20+43，湿度5% 952%； 4.3.2贮存环境温度及湿度：温度-30+55，湿度5% 952%； 4.3.3 冲击试验：试验方法详见表7，试验完毕后电池箱体及其焊点、安装点不得有开裂、褶皱等塑性变形。 表7. 电池箱体冲击试验表4.3.4振动：要求满足QC/T413-2002中3.12产品耐振动性能，“表2其它部位”振动要求； 4.3.5外壳防护等级：满足GB4208-2008外壳防护等级IP67DH要求； 4.3.6涉水：不少于308mm，测试方法详见GB/T 18384. 3- 2001-7.2.3模拟涉水要求，试验结果要求电池系统不进水，不报绝缘故障，满足相关地方准入测试要求； 4.3.7质心：要求电池系统质量左右均布，质心在电池系统中心线左右尺寸3%范围内，并且乙方需提交电池系统总质量、质心坐标、转动惯量的报告； 4.3.8连接可靠性要求：采用标准件模块化，并具有物理防松措施。动力电池系统工作时，若连接可靠性低于阀值则通过CAN总线上报连接故障，连接可靠性的阀值待试验数据多次验证之后确定； 4.3.9系统可靠性：在电池系统寿命期内，按乙方提供的产品说明书进行周期性维护保养，首次故障里程 5000km，平均故障间隔时间/里程5个月或5000km；故障定义参照GB/T12678 汽车可靠性行驶试验方法，包括过电流、绝缘等级太低、温度不均衡、单体电压不均衡、温度过高、绝缘等级过低、BMS内部通讯故障、动力电池系统高压母线直流电阻异常及其它硬件故障； 4.3.10耐低温：试验方法参考QC/T413-2002中3.10.1产品耐低温性能并出具检验报告； 4.3.11耐高温：试验方法参考QC/T413-2002中3.10.2产品耐高温性能并出具检验报告； 4.3.12耐温度变化：试验方法参考QC/T413-2002中3.10.3产品耐温度变化性能并出具检验报告； 4.3.13耐交变湿热要求：试验方法参考QC/T413-2002中3.11产品耐温度、湿度循环变化性能并出具检验报告。 4.4寿命要求 4.4.1日历寿命：在贮存环境温度及湿度范围内对私人客户10年，对出租车6年； 4.4.2里程寿命：使用环境温度及湿度范围内对私人用户20万公里，对出租车用于60万公里（依据标准GB/T 18386-2001电动汽车能量消耗和续驶里程试验方法），日历寿命和里程寿命以先到者为限； 4.4.3维修保养：维护保养间隔为5000 km/5个月；5. 电芯基本要求 5.1正极材料：三元材料/C 5.2额定电压：3.65V（25, 1/3C） 5.3额定容量：30.5Ah（25, 1/3C） 5.4放电容量：参考QC/T743-2012标准，见表85.5内阻：同一电池组内的电芯内阻差不超过0.05m； 5.6月自放电：2% (常温常压) 5.7输出比功率： 900Wh/kg； 5.8重量比能量：165 Wh/kg 5.9体积比能量：360 Wh/L； 5.10循环寿命：3000次，循环寿命测量方法按照QC/T743-2012标准规定执行，电池容量小 于额定容量的80%终止试验； 5.11温升：3C连续放电120S.，温升10；1C连续放电30min，温升15。 6. 电池管理系统要求 电池管理系统作为电池保护和管理的核心部件，不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命，作为电池和整车控制器以及驾驶者沟通的桥梁。电池管理系统必须具备以下电路保护功能：过压和欠压保护、过流和短路保护、过高温和过低温保护、为电池提供多重保护以提高保护和管理动力电池系统的可靠性(硬件执行的保护具有高可靠性、软件执行的保护具有更高的灵活性、管理系统关键元器件具有失效保护功能。 6.1功能要求 6.1.1动力电池总电压检测要求； 总电压检测范围：0500V； 总电压检测分辨率：100mV； 总电压检测误差: 15C T 45C时误差为：1%FS -40C T 15C和45C T 85C时误差为：1.5%FS； 总电压采样周期（包括所有电芯上传给BMS的时间）：100mS。 6.1.2动力电池总电流检测要求；总电流检测范围：-120A300A； 总电流检测分辨率：100mA； 总电流检测误差：1.5A； 总电流采样周期：20mS 。 6.1.3单体电池电压检测要求； 单体电池电压检测范围：05V； 单体电池电压检测分辨率：1mV； 单体电池电压检测误差：15mV； 单体电池电压采样周期：20ms 6.1.4温度检测要求： 温度检测范围：-30C+85C； 温度检测分辨率：1； 温度检测误差：1； 温度检测周期：100ms。 6.1.5动力电池绝缘检测要求 要求采用绝缘电阻检测的方法判断绝缘故障； 在动力电池空载和有负载时检测动力电池正/负极对车体绝缘电阻值并上报；参照GB/T 18384.1-2001标准，动力电池系统正/负极对车体绝缘电阻小于等于500/V（即200k）或小于等于100/V（即40k）时，分两级上报绝缘故障。 6.1.5 SOC估算功能 SOC估算误差：5%（SOC30%或SOC80%）；8%（30%SOC80%）；SOC真值 的算法参考标准QCT 897-2011。 6.1.6动力电池充放电管理功能 6.1.6.1 充电管理 交流充电 采用恒流-恒压充电方法，在不同温度范围内以恒定电流充电至动力电池组总电压达到或最高单体电压达到此温度条件下的规定电压值，以恒定电压充电至电流小于0.05C（A）后停止充电； 直流充电 采用恒流-恒压充电方法，在不同的温度范围内以恒定电流充电至动力电池组总电压达到或最高单体电压达到此温度条件下的规定电压值，以恒定电压充电至电流小于0.05C（A）后停止充电； 6.1.6.2制动能量回收给出动力电池能接受的最大回馈电压和可接受回馈电流的SOC范围，根据动力电池当前温度给出动力电池能接受的最大回馈电流值。具体参见附件2； 6.1.7均衡管理功能 要求电池管理系统具有均衡的功能，均衡方法可分为主动均衡和被动均衡；被动均衡要求采用50mA的均衡电流，均衡结束判断条件为单体电压差值20mv。 6.1.8故障报警与处理功能 动力电池管理系统故障报警与处理需满足BMS控制策略文档的要求。 6.1.9与其他控制器通信功能 动力电池管理系统需具备与整车控制器、车载充电机及直流充电桩等其他控制器通信功能。 通信内容： 模拟量：动力电池总电压、电流、单体电池电压、温度、绝缘电阻值； 动力电池相关信息及状态：动力电池组当前工作状态，如快充、慢充、放电等，电池管理系统零部件信息和电池组信息； 故障：BMS控制策略中规定的故障码； 通信形式：支持标准帧和扩展帧CAN通信； 通信策略：按所在项目通信协议的要求执行。 6.1.10功耗 BMS工作状态功耗：BMS能实现2.6.1.1-2.6.1.11所列功能时，峰值功耗60 W，连续功耗36 W； BMS非工作状态功耗：120mW。 6.1.11历史故障信息存储 要求动力电池管理系统具有信息存储功能，能够存储BMS控制策略中所列的故障码； 6.1.12自修复功能 当故障现象消失或故障解决后，动力电池管理系统能自动修复到正常工作状态，能继续执行6.1.1-6.1.11所列功能。 6.1.13电源适应性要求 动力电池管理系统的电源适应性要求应符合QC/T 413-2002中的规定： 电源反接：对于电源系（含线束、开关及继电器）以外的产品，应能承受1min的电源极性反接试验而不损坏，试验后产品的性能应符合2.6.1.1-2.6.1.6的要求；反接 电压值：12V电系为14V0.2V，24V电系为28V0.2V； 电源过压：动力电池管理系统应能承受一定值的电源过电压试验而不损坏，其过电压值、试验时间和合格判定应在产品技术标准中具体规定。 6.1.14内部线束要求 动力电池管理系统的内部线束应符合QC/T 417.1、 QC/T 417.5 、QC/T 29106中的规定。 6.1.15管理系统主控单元与CAN通讯 电池管理系统采用CAN-bus规范：2.0B： 电池管理系统数据结构规范：满足ISO11898的要求； 电池管理系统与整车控制器通讯波特率：500Kbps； 网络结点采样点：70%90%； 终端电阻：108132； CAN信号上升沿时间：200ns； CAN信号下降沿时间：200ns； 隐形状态下总线电压/显性状态下总线电压：CAN_H对GND的电压值：2.5V/3.5V； CAN_L对GND的电压值：要求2.5V/1.5V； 显性状态下CAN_H对CAN_L电压差：2.0V。 6.1.16电池管理系统可靠性 电池管理系统平均故障间隔时间（MTBF）应大于等于3000h（置信度85%），供应商应向提供产品硬件、软件型号并提供软硬件、电池系统检测软件。 6.1.17电池管理系统电磁兼容性 电磁兼容性要求：按照企业标准Q- 02.61.6-2012零部件电磁兼容性测试第 六部分电池管理系统（BMS）测试要求进行测试。 7. 高压系统要求 高压系统包括高压正极接触器、高压负极接触器、预充电回路、熔断器、手动断电