IEC 62973-52023 铁路设施.机车车辆.辅助电源系统用电池.第5部分锂离子电池标准立项发展报告

铁路设施机车车辆辅助电源系统用电池第5部分：锂离子电池标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:RailwayApplications-RollingStock-BatteriesforAuxiliaryPowerSupplySystems-Part5:Lithium-IonBatteries摘要关键词：铁路设施；机车车辆；辅助电源系统；锂离子电池；IEC标准；安全要求Keywords:Railwayapplications;Rollingstock;Auxiliarypowersupplysystems;Lithium-ionbatteries;IECstandard;Safetyrequirements一、引言1.1立项背景铁路运输作为国民经济大动脉和重大民生工程，其安全性与可靠性始终处于首要位置。机车车辆辅助电源系统承担着为照明、通风、空调、控制系统、车门驱动及应急设备等提供电能的重要功能，是保障列车安全运行和乘客舒适体验的关键子系统。传统上，机车车辆辅助电源系统主要采用铅酸蓄电池和镍镉电池作为储能装置。然而，随着轨道交通装备技术水平的不断提升以及运营需求的日益复杂化，传统电池技术在能量密度、循环寿命、维护成本及环保性能等方面的局限性逐步显现。锂离子电池自20世纪90年代商业化以来，已在消费电子、电动汽车及储能电站等领域获得广泛应用，技术水平日趋成熟。其高能量密度（通常为铅酸电池的3~5倍）、长循环寿命（可达数千次）、低自放电率及无记忆效应等显著优势，使其成为轨道交通辅助电源系统更新换代的重要技术选项。近年来，中国、欧洲、日本等主要轨道交通装备制造强国已先后开展锂离子电池在机车车辆上的装车试验与应用探索，取得了积极的示范效果。然而，锂离子电池在轨道交通领域的规模化应用仍面临诸多技术标准层面的挑战。一方面，轨道交通应用环境严苛，涉及宽温度范围、强振动冲击、复杂电磁干扰及高安全性要求等特殊工况，通用锂离子电池标准难以完全覆盖；另一方面，国际范围内缺乏专门针对铁路机车车辆辅助电源系统用锂离子电池的统一技术规范，导致不同制造商的产品在安全性、性能和互换性方面存在显著差异，制约了国际间的技术交流与贸易合作。在此背景下，制定一项专门的国际标准成为轨道交通行业的迫切需求。1.2标准编制历程IEC62973系列标准由国际电工委员会轨道交通电气设备与系统技术委员会（IEC/TC9）归口管理。该系列标准的制定工作始于2014年前后，旨在为机车车辆辅助电源系统用各类电池建立系统的技术规范体系。其中，第1部分规定了通用要求和试验方法，第2部分至第4部分分别针对铅酸蓄电池、镍镉电池等传统电池类型制定了专项要求。随着锂离子电池技术在轨道交通领域的应用步伐加快，IEC/TC9于2019年正式启动第5部分（锂离子电池）的编制工作。编制工作组（WG10）汇集了来自中国、德国、法国、日本、韩国、瑞士等主要轨道交通装备制造国家的专家代表，涵盖车辆制造商、电池供应商、铁路运营商及检测认证机构等产业链各环节。经过多轮工作组会议讨论、草案修改及国际标准草案（CDV）投票等阶段，该标准最终于2023年8月30日正式发布，标准编号为IEC62973-5:2023。二、标准范围与定位2.1适用范围IEC62973-5:2023标准规定了铁路机车车辆辅助电源系统用锂离子电池（含锂离子电池单体、电池模块及电池系统）的技术要求、试验方法、安全性能及标记标识等内容。标准适用于安装于各类铁路机车车辆（包括电力机车、内燃机车、动车组、城市轨道交通车辆等）上的辅助电源系统，涵盖电池的选型、设计、制造、检验及使用维护等全生命周期环节。值得注意的是，该标准所规定的锂离子电池主要服务于辅助电源系统，即为列车启动、应急照明、控制系统供电等非牵引用途提供电能。对于牵引动力电池系统（即用于驱动列车运行的动力电池），由于其技术要求和安全等级更高，通常由其他专项标准（如IEC62928等）予以规范，不属于本标准的适用范围。2.2标准定位与体系结构IEC62973-5:2023在IEC62973系列标准中具有承上启下的重要地位。作为该系列的第5个部分，标准在继承第1部分通用要求的基础上，结合锂离子电池的技术特性进行了细化和补充。标准内容涵盖术语定义、使用条件、技术要求（包括电性能、安全性能、环境适应性、机械性能等）、试验方法、检验规则、标志、包装、运输及储存等方面，构建了一套完整的锂离子电池技术评价体系。在标准结构上，IEC62973-5:2023采用了与国际接轨的模块化编写方式，将技术要求与试验方法进行对应编排，便于使用者查阅和执行。同时，标准充分吸纳了IEC62660系列（电动道路车辆用锂离子电池）、IEC62619（工业用锂离子电池安全要求）等相关标准的成熟经验和技术指标，确保了与IEC标准体系的协调一致性。三、核心技术内容分析3.1使用条件与环境要求考虑到铁路机车车辆在全球范围内运营，需适应不同气候区域和地理环境，IEC62973-5:2023对电池系统的使用条件作出了明确规定。标准将环境温度范围划分为若干等级，覆盖了从寒冷地区（如北欧、俄罗斯等-40℃环境）到炎热地区（如中东、南亚等+55℃环境）的宽温度区间。同时，标准对海拔高度、相对湿度、污染等级等环境因素也作出了相应规定，确保电池系统在各种严苛环境下均能安全可靠运行。在振动与冲击方面，标准参照IEC61373《铁路设施机车车辆设备冲击和振动试验》的相关要求，规定了电池系统需承受的振动频率范围、加速度幅值及冲击脉冲波形等技术参数。这对于保障电池系统在列车运行过程中（尤其是高速运行和恶劣线路条件下）的结构完整性和电气连接可靠性具有重要意义。3.2电气性能要求IEC62973-5:2023对锂离子电池的核心电气性能指标进行了系统规定，主要包括以下几个方面：容量性能：标准规定了电池在标准充电条件下应达到的额定容量值，以及在不同放电倍率（如0.2C、0.5C、1C等）下的容量保持率要求。这为电池的容量标定和性能对比提供了统一基准。功率特性：针对列车启动和峰值负载等瞬时大功率需求场景，标准规定了电池的峰值功率输出能力及其持续时间要求，确保电池具备足够的瞬时放电能力。荷电保持与恢复能力：标准对电池在储存和搁置状态下的自放电特性及荷电恢复能力提出了量化指标，以评估电池的长期可用性。循环寿命：这是锂离子电池区别于传统电池的核心优势指标之一。标准规定了电池在规定的充放电制度下的循环寿命要求（通常要求达到1000次以上），并对循环寿命终止条件（如容量衰减至初始值的80%）作出了明确界定。3.3安全性能要求安全性是锂离子电池在轨道交通领域应用的核心关注点。IEC62973-5:2023从电气安全、机械安全、热安全及功能安全等多个维度对电池系统的安全性提出了全面要求。电气安全：标准规定了电池系统的绝缘电阻、介电强度、过充电保护、过放电保护、过电流保护及短路保护等电气安全参数要求。其中，电池管理系统（BMS）被赋予重要的安全保护功能，需具备实时监测、故障诊断及分级保护机制。热安全：标准对电池系统的温度管理系统提出了明确要求，包括正常工作条件下的温度控制范围，以及异常工况（如热失控）下的安全防护措施。标准引入了热失控扩展试验等测试方法，要求电池系统在单体发生热失控时能够有效阻止热蔓延，保障整车安全。机械安全：标准规定了电池系统在承受挤压、冲击、跌落等机械滥用条件下不发生起火、爆炸等危险失效模式的要求，并给出了相应的试验方法和判定准则。功能安全：标准要求电池系统的安全相关功能应满足IEC61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）和EN50129（铁路应用通信、信号和处理系统安全相关电子系统）等相关标准的规定，通过合理的系统架构设计和完善的诊断覆盖率实现安全完整性等级要求。3.4环境适应性与耐久性考虑铁路车辆长寿命使用周期（通常为20~30年）和全天候运营特点，IEC62973-5:2023对环境适应性和耐久性指标给予了充分关注。标准规定了电池系统在高温、低温、温度交变、湿热、盐雾、霉菌等环境条件下的性能要求，并制定了相应的试验验证方法。此外，标准还对电池系统的防水防尘等级（IP防护等级）提出了明确要求，确保其在雨雪、冲洗等湿态环境下的安全可靠运行。四、主要参与单位及其技术贡献4.1国际电工委员会轨道交通电气设备与系统技术委员会（IEC/TC9）IEC/TC9是IEC中负责轨道交通领域电气设备与系统标准化的专业技术委员会，秘书处设在意大利。该技术委员会成立于1924年，是国际轨道交通标准化领域历史最悠久、影响力最大的技术组织之一，其归口管理的标准涵盖轨道交通全线电气设备、控制系统、车载电子设备及地面设施等领域。在IEC62973-5:2023的编制过程中，IEC/TC9发挥了对标准框架设计和整体方向把控的主导作用。TC9根据轨道交通行业发展需求和技术演进趋势，确定了锂离子电池标准的编制优先级和范围界定原则，并协调了与IEC/TC21（蓄电池）和IEC/TC69（电动道路车辆）等其他技术委员会之间的标准边界划分，避免了标准之间的交叉重复和技术冲突。4.2中国参与单位中国作为全球轨道交通装备制造和应用大国，在该标准的编制过程中发挥了重要作用。中车株洲电力机车研究所有限公司（以下简称"中车株洲所"）作为中国轨道交通电气系统领域的技术领军企业，深度参与了标准的编制工作。中车株洲所依托其在轨道交通变流、储能及电池管理系统等方面的深厚技术积累，在标准的技术方案论证、试验方法验证及关键指标制定等方面作出了积极贡献。特别是在电池管理系统功能安全要求、热管理技术规范及振动冲击试验方法等核心技术条款的制定过程中，中车株洲所的专家团队提供了大量基于实际工程应用数据的支撑材料，推动了相关技术条款的完善和优化。此外，中国铁道科学研究院集团有限公司作为国家铁路行业权威科研机构，在标准的适用性验证和国内转化方面开展了大量工作，为标准在中国的落地实施提供了有力的技术支持。4.3欧洲主要参与单位德国、法国等欧洲国家的企业和机构在标准编制中同样发挥了重要作用。西门子交通集团（SiemensMobility）依托其在欧洲及全球轨道交通市场的丰富工程实践经验，在标准的系统架构设计、安全完整性等级划分及运营维护要求等方面提供了大量工程案例和设计指导。法国阿尔斯通公司（Alstom）在电池系统集成和热安全管理方面具有深厚积累，为标准的电池热安全相关条款提供了重要的技术输入。此外，瑞士ABB集团等企业在电力电子变流技术和电池测试装备方面为标准的试验方法制定提供了技术支持。五、标准实施与推广应用5.1标准实施的预期效益IEC62973-5:2023的发布实施将产生多方面的积极效益。在技术层面，该标准为锂离子电池在轨道交通领域的应用提供了统一的技术基准和质量门槛，有助于引导电池制造商开发满足轨道交通特殊要求的专用产品，推动电池技术向更高安全性、更长寿命、更好环境适应性方向持续演进。在经济层面，标准促进了全球范围内合格产品的自由流通和公平竞争，降低了轨道交通装备制造商的供应链风险和采购成本，同时通过标准化的试验验证体系缩短了新型电池产品的验证周期和上市时间。在社会层面，该标准为提升轨道交通运营安全性、降低全生命周期碳排放提供了技术支持，符合全球绿色低碳交通的发展方向。5.2与国内标准体系的衔接我国作为IEC的正式成员国，承担着将国际标准转化为国内标准的重要义务。目前，全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会（SAC/TC278）已启动将IEC62973-5:2023转化为国家标准或行业标准的相关工作。在转化过程中，需结合我国轨道交通装备的技术特点和运营环境，对标准中的部分技术参数进行适用性验证和必要的本地化调整。同时，该标准的实施也需与我国现有的GB/T25121《轨道交通机车车辆电子设备》系列标准及TB/T3058《铁路应用机车车辆设备冲击与振动试验》等基础标准保持协调一致。六、结论与展望主要参考文献[1]IEC62973-5:2023,Railwayapplications-Rollingstock-Batteriesforauxiliarypowersupplysystems-Part5:Lithium-ionbatteries[S].Geneva:IEC,2023.[2]IEC62973-1:2017,Railwayapplications-Rollingstock-Batteriesforauxiliarypowersupplysystems-Part1:Generalrequirementsandtestmethods[S].Geneva:IEC,2017.[3]IEC62619:2022,Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectroly