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动力电池系统设计输入要求

精品文档
纯电动大巴车用动力电池系统设计输入要求
一． 设计输入--项目可行性报告
1、车辆技术参数：
车辆尺寸（车辆三维模型）
总质量 kg
轴荷分配 kg
主传动比
最大车速 km/h
常规车速 km/h
爬坡车速 km/h
最大爬坡度 %
迎风面积 m2
风阻系数
车轮的滚动半径 m
2、车辆性能：
车速、加速性、行驶距离、车速变化曲线
3、使用环境：
路面、全年早晚温度变化与负荷变化关系曲线、全年雨量分布、湿度范围、
4、运行工况：
负荷变化曲线、每天运行时间
实际路测数据输入：
1）行驶里程（平路里程和坡道里程）按满备质量计算
2）运行的最高车速
3）运行的平均车速
4）爬坡车速
5）满载质量波动
5、驱动电机参数：
电机结构、工作电压范围、工作温度范围
电动机的额定功率、扭矩、转速、尺寸、重量等基本参数
电动机的瞬时最大功率、扭矩、转速等参数
变速箱的主减速比、传动比等基本参数
项目
电动机转速
r·min-1
电动机功率
kW
电动机转矩
N·m
最高车速
km/h

平均车速
km/h

常规车数
km/h

最大爬坡度20%
km/h

电机制动参数
6、控制器参数
7、充电机参数
二． 根据需求输入及汽车改装的实际情况，编制技术协议--项目设计任务书，需要提供的参数：
1． 提出电池箱最大包络；
2． 确定电池箱体固定安装方式、固定点及定位销位置（三维模型）；
3． 明确接插件及管脚定义；
4． 提出电性能指标（电压等级﹑能量密度﹑功率密度﹑寿命等）及试验工况要求；
5． 提出环境适应性能指标（防腐等级﹑冲击振动﹑高低温等）；
6． 提出安全性能指标（过充﹑过放﹑短路﹑挤压﹑针刺﹑跌落等；高压安全，碰撞与高压安全，绝缘安全，防水安全等）；
7． 提出上下电及相关逻辑；
8． 确定通信协议（和VCU﹑CHARGER）；
9． 确定故障定义及故障分类，并设置合理的阀值；
10． 对售后服务提出一定的要求。
三． 动力电池组设计输入要求
纯电动电池pack性能

车型--慢充
快充要求
备注
纯电动系统
8m（公交车）
10m（公交车）
12m（公交车）

电芯材料

标称电压（V）

电池Pack电量（kWh）

0℃~45℃，-20度时不低于70%
电池Pack能量密度> Wh/kg

持续充电能力（C）

0℃~45℃
（功率？SOC？温度？循环寿命次数？）
10s峰值充电能力（C）

持续放电能力（C）

0℃~45℃可正常使用，45℃，0℃~-10℃倍率减半，-20℃~-10℃倍率再减半
（功率？SOC？温度？循环寿命次数？）
10s峰值放电能力（C）

外接充电能力（C）

-5℃~0℃ 0.2C
（功率？SOC？温度？循环寿命次数？）
单体电池一致性
容量差< 2%
静态电压差<15mV，30~90%SOC
动态电压差<60mV，2C, 30~90%SOC

耐振动性能
3g加速度（10~55Hz）/0.5g加速度（2-6 Hz）

充放电效率 > %

电池SOC 工作范围

电池Pack可工作的环境温度

-40℃～40℃
电池温度温差< ℃

绝缘

>20MΩ
防水防尘IP等级

工作温度范围要求比较宽，IP54是较难调温的。
总质量< kg

结构空间
（长、宽、高）

质保年限

与使用方法有关，工作的SOC范围小一些，寿命会长一些，30-90%SOC比较好。

1． 电池箱体及结构设计要求
（1） 随车性设计（电池组箱体和安装位置三维模型）；
（2） 根据电芯尺寸及安装点﹑前后碰、侧碰要求，确定电池箱加强筋布置及蒙皮结构要求；
（3） 防水防尘等级IP56（或者IP67）结构设计要求；
（4） 维修开关及保险丝位置（快修）设计要求；
（5） 紧急开关设计要求；
（6） 绝缘结构设计要求；
（7） 接插件位置及警示符设计要求；
（8） 箱体防腐设计要求；
（9） 快换兼容性设计要求（如果有）；
（10） 维护保养便利性设计要求；
（11） 轻量化设计要求。
2． 电性能设计输入
（1） 工作电压等级要求；
（2） 放电电流大小及放电时间设计要求；
（3） 充电电流大小及充电温度设计要求；
（4） 制动能量回收设计要求；
（5） 电池组电阻计算及连接电阻控制要求；
（6） 能量密度要求；
（7） 功率密度要求；
（8） 寿命要求。
3． 环境性能设计输入
（1） 低温（-15℃、或者-20℃）充电设计要求；
（2） 防腐蚀性设计要求；
（3） 冲击可靠性设计要求；
（4） 振动可靠性设计要求；
（5） 综合城市工况设计要求。
4． 安全性能设计输入
（1）继电器设计及控制要求；
（2）峰值电流确定及保险丝设计要求；
（3）绝缘及绝缘检测设计要求；
（4）前碰、后碰、及侧碰设计要求；
（5）碰撞及高压安全设计要求。
5． 热管理设计要求
（1） 加热设计要求；
（2） 冷却设计要求；
（3） 热场分布设计要求；
（4） 温度传感器布置设计要求。
6． 控制策略设计输入
（1） 阀值及报警设计要求；
（2） 阀值及降功率使用设计要求；
（3） 阀值及断电设计要求；
（4） 低压互锁，低压控制高压设计要求。

四、动力电池系统技术要求
1引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2900.11 电池术语原电池和蓄电池
GB 5013.1-1997额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆 第一部分：一般要求
GB 5023.1-1997额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆 第一部分：一般要求
GB/T 19666-2005阻燃和耐火电线电缆通则
GB/T 18384.1 2001 电动汽车 安全要求 第1部分:车载储能装置
GB/T 18384.2 2001 电动汽车 安全要求 第2部分:功能安全和故障保护
GB/T 18384.3 2001 电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护
GB/T 18487.1-2001 电动车辆传导充电系统一般要求
GB/T 19596-2004 电动汽车术语
GB-T2423.17-1993 盐雾试验方法
GB-T2424.1-2005高温低温试验导则
GB T 17619-1998机动车电子电器组件的电磁辐射
QC/T 413-2002 汽车电器设备基本技术条件
QC/T743-2006 电动汽车用锂离子蓄电池
QC/T 417.1-2001 车用电线束插接器(第1部分 定义，试验方法和一般性能要求)
QC/T 417.3-2001 车用电线束插接器(第3部分 单线片式插接件的尺寸和特殊要求)
QC/T 417.4-2001 车用电线束插接器(第4部分 多线片式插接件的尺寸和特殊要求)
QC/T 417.5-2001 车用电线束插接器(第5部分 用于单线和多线插接器圆柱式插接件尺寸和特殊要求)
QC/T 238-1997 汽车零部件的储存和保管
ISO 7637 道路车辆-传导和耦合的电气骚扰
ISO12405-2《电动道路车辆-锂离子电池组和电池系统的测试规范》
SAE J1797 reaffirmed JUN2008
SAE J1939 汽车现场总线协议
2术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1电池系统
由动力电池及其附件组成，储存及释放电能的系统。
3.2电池系统标称容量
电池系统标准充电后标准放电，标准放电的电量为电池系统的标称容量（参考国家有关标准执行）。
3.3电池系统标称能量
电池系统标准充电后标准放电，标准放电的能量为电池系统的标称能量（参考国家有关标准执行）。
3.4电池系统标称电压
电池系统标准充电后标准放电，标准放电的能量比标准放电的电量为电池系统的标称电压。
3.5电池系统SOC
电池系统的荷电量与电池系统标称容量的比值。
3.6标准环境状态
温度为20--25℃，湿度为70—90%相对湿度。
3.7标准充电
标准环境状态下，充电机以（ ？ kW）功率对电池系统进行充电，电池系统自动终止或发出充电终止命令停止充电。
3.8标准放电
标准环境状态下，以（ ？ kW）的功率对电池系统进行放电，电池系统自动终止放电或发出终止放电命令停止放电。
3.9电池系统能量密度
电池系统所储存的能量（实际值/标称值）与电池系统质量（实际值/设计值）的比值。
3.10电池系统功率密度
电池系统的放电功率（实际值/标称值）与电池系统质量（实际值/设计值）的比值。
3.11充电速率
电池系统SOC从10%充电到90%所需的时间。
3.12电池系统储能效率
电池系统储存电量释放出的能量与电池系统储存对应的电量所消耗的能量比值。（充电机的能量损耗也包括在内）
3.13电池系统内耗系数
电池系统内阻（Ω）与电池系统容量（Ah）的积比电池系统电压（V）。(Ω×Ah)÷/V。Ω包括直流内阻和交流内阻，Ah是实际容量。V是标称电压）

3动力电池系统基本要求
动力电池系统用于纯电动大巴车。
电池系统包含动力电池、BMS、各种连接器件，无需二次加工作为能源供给系统即可使用。在电池箱标示电池极性、电压、能量、使用条件、注意事项及加装铭牌。
1）电池箱及箱内所有连接线阻燃和耐火性能需满足GB/T 19666-2005的要求。电池箱应能满足使用条件下强度和刚度要求。
2）电池箱的标识和铭牌明晰，正确，应组装在第一观赏面处，人接触时应清楚可见；标识应符合GB/T 18384.1中4.1条的要求。
3）动力连接线应符合GB 5013.1-1997和GB 5023.1-1997的要求。
4）低压控制线路、采集线路的连接器应满足QC/T417.1-2001、QC/T417.3-2001、QC/T417.4-2001的要求。
5）低压控制线路、采集线路的线束应符合QC/T 417.1-2001的要求, 材料要求应符合QC/T 413-2002的要求。
6）防水、防尘应满足GB/T 18384.3中7条的防水、防尘要求。
4.1 动力电池系统性能要求
4.1.1基本要求
4.1.1.1实际可用容量
电池系统实际可用容量应大于额定容量且小于额定容量的110%。
4.1.1.2能量密度
电池系统常温能量密度应大于 ？ Wh/kg。
电池系统60℃能量密度应大于 ？ Wh/kg。
电池系统-20℃能量密度应大于 ？ Wh/kg
4.1.1.3内耗系数
电池系统内耗系数应小于 ？ 。
4.1.1.4低温充电（在南方地区使用，可以不要求）
电池系统在-20℃条件下，以P3的功率充电，到达充电终止电压，停止充电。室温存放2小时后标准放电，放电电量应大于额定容量 ？ %。
4.1.1.5倍率放电性能
电池系统以电动机最大功率放电，比能量不低于 ？ Wh/Kg。
4.1.1.6荷电保持能力
电池系统满电态28天存放，荷电保持应不低于初始能量的 ？ ％。
4.1.1.7常温储存
电池系统满电态28天常温储存，容量恢复应不低于初始容量的 ？ %。
4.1.1.8 高温 55℃储存
电池系统满电态55℃储存7天，放电能量（Wh）应不低于初始能量的 ？ ％。
4.1.1.9循环寿命
电池系统循环2000次后的放电能量（Wh）应不低于初始能量的 ？ ％。
4.1.1.10储能效率
电池系统储能效率应大于 ？ %。

4.1.2 环境适应性
4.1.2.1低气压
电池系统在环境气压至不高于11.6KPa保持6h试验后,按附录H判定，危害级别应不高于L0,试验后25℃能量应不低于初始放电能量的 ？ %，内阻不高于初始值的 ？ %。
4.1.2.2振动
电池系统常温满电态以2Hz～6Hz，加速度0.5g振动10小时，按附录H判定，危害级别应不高于L0,试验后样品25℃放电能量应不低于初始放电能量的 ？ %，内阻不高于初始值的 ？ %。不允许出现放电电流锐变、电压异常、电池壳变形、电解液溢出等现象，并保持连接可靠、结构完好，不允许装机松动。
4.1.2.3温度冲击
电池系统满电态按75℃±2℃的环境温度下搁置4h，然后在30min内降温至25℃±5℃并恒温2h，再在30min内降温至-20℃±2℃并恒温4h，最后在30min内升温至25℃±5℃并恒温2h进行10个循环试验，按附录H判定，危害级别应不高于L0，试验后样品25℃放电能量应不低于初始放电能量的 ？ %，内阻不高于初始值的 ？ %。
4.1.2.4恒定湿热
电池系统满电态40℃±2℃，相对湿度为90％～95％的恒温恒湿箱中放置48h试验，放电能量应不低于额定能量的 ？％，内阻不高于初始值的 ？ %，按附录H判定，危害级别应不高于L0。
4.1.2.5过充电
电池系统接恒压恒流源，电压设为电池系统标称电压的2倍，电流设定为1.5I3(A)，持续给电池系统充电直到电池系统保护功能起作用。按附录H判定，危害级别应不高于L0。
4.1.2.6过放电
电池系统以I3(A)恒流放电至终止电压后，电池系统接恒流源，电流设为I3(A)，用电源持续给电池系统放电直到电池系统保护功能起作用。按附录H判定，危害级别应不高于L0。
4.1.2.7短路
电池系统以线路总电阻不大于50mΩ短路电池系统的正负极直至电池系统保护功能起作用。按附录H判定，危害级别应不高于L1。
4.2 单体电池安全要求
4.2.1过充电
电池按照国家相关安全性标准试验，结果按附录H判定，危害级别应不高于L5。
4.2.2强制放电
电池按照国家相关安全性标准试验，结果按附录H判定，危害级别应不高于L5。
4.2.3外部短路
电池按照国家相关安全性标准试验，以外部线路电阻小于5mΩ的回路将测试样品正负极短路20min进行试验，按附录H判定，危害级别应不高于L6。
4.2.4针刺
电池按照国家相关安全性标准试验，用φ8mm的钢针穿刺电池进行试验，按附录H判定，危害级别应不高于L6。
4.2.5挤压
电池按照国家相关安全性标准试验，将电池挤压变形达到30%进行试验，按附录H判定，危害级别应不高于L6。
4.2.6高温烘烤
电池在130℃放置60min进行试验，按附录H判定，危害级别应不高于L2。
4.2.7机械冲击
电池峰值加速度150g进行试验，按附录H判定，危害级别应不高于L2。
4.2.8自由跌落
电池从1600mm高自由跌落到硬木板上试验,按附录H判定，危害级别应不高于L3。
电池要符合国家安全性标准的其它要求。
4.3电池管理系统要求
4.3.1 基本要求
项 目
指 标
备 注
工作电压
24V（－30%，＋30％）
直流
工作环境温度
-25℃-65℃

相对湿度
≤90%

单体电压测量范围
0-5V

总电压测量范围
200-700V

单体电压分辨率
0.002V

总电压分辨率
1V

总电压测量误差
±2V

单体电压测量误差
±0.001V

温度测量范围
-40℃-125℃

温度测量误差
±1℃

电流测量范围
-500A-500A

电流分辨率
0.5A

电流测量误差
≤1%（20%-100%量程范围）
≤2%（0-20%量程范围）

SOC误差
±6%（SOC：30%-80%）
±5%（SOC：0-30%和80%-100%）

单体电压采样周期
≤500ms

温度采样周期
≤1s

电流采样周期
≤500ms

通信接口
CAN2.0B

4.3.2 功能要求
4.3.2.1实时采集总电压、总电流、单体电压、温度等电池状态信息。
4.3.2.2实时计算电池系统SOC。
4.3.2.3具有集中均衡功能接口。
4.3.2.4具备两个以上的CAN通信接口。
4.3.2.5 BMS具备对充电过程进行管理功能。
4.3.2.6 BMS能通过在不拆开电池箱的情况下进行参数修改或标定或软件升级。
4.3.2.7 BMS具备上电自检功能。
4.3.2.8具备数据过滤功能。
4.3.2.9 BMS可以实时告警，故障按紧急程度分为级。报警级别顺序定义应统一为从低到高，即一级为最轻级别报警，越往上警示级别越高。
4.3.3 环境适应性
4.3.3.1高温运行
电池管理系统在65℃±2℃环境下保持2h，在试验过程中及试验后应能正常工作。
4.3.3.2低温运行
电池管理系统在-25℃±2℃环境下保持2h，在试验过程中及试验后应能正常工作。
4.3.3.3耐高温试验
电池管理系统在85℃±2℃环境下保持4h，在试验后应能正常工作。
4.3.3.4耐低温试验
电池管理系统在-30℃±2℃环境下保持4h，在试验后应能正常工作。
4.3.3.5耐盐雾性能
电池管理系统按照按GB/T 2423.17的规定进行试验，在试验后应能正常工作。
4.3.3.6耐湿热性能
电池管理系统按GB/T2424的规定进行试验，在试验后应能正常工作。
4.3.3.7耐振动性能
电池管理系统按QC/T 413-2002规定进行试验，不允许出现电流锐变、电压异常、连接松动等现象。在试验后应能正常工作。
4.3.3.8电磁辐射抗扰性
电池管理系统按照按GB/T 17619-1998规定进行电磁辐射抗扰性试验，在试验过程中及试验后应能正常工作。
4.3.3.9耐电源极性反接性能
电池管理系统将输入供电电源为反接电压值时，电池管理系统接通供电电源，持续1min进行试验，在试验后应能正常工作。
4.3.3.10三防性能
充电模块内印刷线路板、接插件等电路应进行防潮湿，防霉变，防盐雾处理。
4.4电池系统质保要求
4.4.1电池系统每天按照不超过50%DOD的使用方法，并且及时维护（调整电池的一致性）和保养情况下，质保3年，使用寿命8年。
4.4.2电池管理系统质保8年。
4.4.3箱体质保8年。

五、电池组测试评价要求

附录H 危害级别
危害级别
描述
归类及判断标准
L0
无反应或主动保护装置起作用
未变形、未漏液、未破裂、未排气、未冒烟、未起火、未解体、未爆炸，仍可使用。
L1
被动保护装置起作用
未变形、未漏液、未破裂、未排气、未冒烟、未起火、未解体、未爆炸，被动保护装置需要维护后可使用。
L2
变形
外观、形状发生变化；
L3
漏液、破裂
有电解液流出；电池壳体产生破裂。重量损失小于测试样品重量的10%。
L4
排气
通过安全阀、壳体裂口释放内部压力，有气体或电解液喷出。重量损失介于测试样品重量的10%～20%之间。
L5
冒烟
通过安全阀、壳体裂口处喷出含固体颗粒、雾化电解液的烟气。重量损失大于测试样品重量的20%。
L6
起火
测试样品的任何部位产生明火（持续时间长于1秒）。
L7
解体、爆炸
测试样品的外壳猛烈破裂伴随响声并且主要成份抛射出来。

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