电动汽车动力电池系统设计规范03Word文档格式.docx
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QC/T417.3-2001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/T417.4-2001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/T417.5-2001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/T238-1997汽车零部件的储存和保管
QC/T625汽车用涂镀层和化学处理层
JBT11141-2001锂离子蓄电池模块箱通用要求
ISO7637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》
SAEJ1797reaffirmedJUN2008
SAEJ1939汽车现场总线协议
4.术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
4.1电池包
电池包是一种能量储存装置,包括单体电池,单体电池的组合,单体电池电子部件,高压线路(可含接触器)和过流切断装置(包含电子连接装置),冷却、高压、辅助低压、通信接口,所有的器件通常都安装于一个电池箱体内。
4.2电池系统
电池系统是一种能量储存装置,由一个或多个电池包以及电池管理(控制)系统组成。
4.3电池系统标称容量
电池系统标准充电后标准放电,标准放电的容量为电池系统的标称容量。
4.4电池系统标称能量
电池系统标准充电后标准放电,标准放电的电量为电池系统的标称能量。
4.5电池系统标称电压
电池系统标准充电后标准放电,标准放电的电量比标准放电的容量为电池系统的标称电压。
4.6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。
4.7标准环境状态
温度为20--25℃,湿度为70~90%相对湿度。
4.8标准充电
标准环境状态下,电池系统以1I3(A)电流放电,至电池系统自动终止或发出充电终止命令停止放电,静置1h。
然后在标准环境下以1I3(A)电流充电,至电池系统自动终止或发出充电终止命令停止充电,静置1h。
4.9标准放电
标准环境状态下,以1I3(A)恒流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。
4.10电池系统能量密度
电池系统所储存的能量与电池系统质量的比值。
4.11充电速率
电池系统SOC从10%充电到90%所需的时间。
4.12电池系统储能效率
电池系统释放出的电量与电池系统储存对应的充入电量的比值
5.设计要求
5.1整体要求
5.1.1基本技术要求
1)电池箱内所有连接线阻燃和耐火性能需满足GB/T19666-2005的要求。
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/T18384.1中4.1条的要求。
3)电池箱的外观、尺寸及材质要满足JBT11141-2011的要求
4)动力连接线应符合GB5013.1-1997和GB5023.1-1997的要求。
5)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。
6)低压控制线路、采集线路的线束应符合QC/T417.1-2001的要求,材料要求应符合QC/T413-2002的要求。
7)防水、防尘及安全防护等级应满足JBT11141-2011和GB/T18384.3中的要求。
8)单体电池及模组应满足QC/T743的要求,并且具有国家认可的第三方检测机构的报告。
5.1.2规格要求
总电压:
330~360V。
总容量:
>
75Ah。
5.1.3电性能要求
表1电性能要求
序号
项目
指标
电池系统性能参数
1
单体型号
ISR193765AE-5.3Ah
2
动力电池总成能量
33.4kwh
3
动力电池总成标称电压
350V
4
动力电池总成标称容量
95.4Ah
5
单体电压/容量
3.8V/5.3Ah
6
电池成组方案
18并92串
7
电池系统能量密度
≥80Wh/kg
8
电池系统电压工作范围
最低电压≥298,最高电压≤394V
9
电池系统工作温度
充电温度:
(-5℃~45℃),
-5~0℃时,充电电流≤0.1C;
0~10℃范围内充电电流≤0.3C
放电:
-20°
C~60°
C
10
工作时的温度均匀性
≤10℃
11
电池系统充电能力
最大持续
3I3(A),30min(室温条件下)
12
电池系统放电能力
3I3(A),持续;
4.5I3(A),10S
13
充放电效率
≥90%
14
荷电保持能力(30日)(环境温度20℃±
5℃,湿度≤85%)
≥95%
15
绝缘电阻出厂测试值
≥10MΩ
16
自放电
≤5%(月,常温常压)
17
实际可用容量
64Ah≤实际可用容量≤76Ah
18
0℃放电能力
放出的容量应大于实际可用容量的90%
19
-20℃放电能力
放出的容量应大于实际可用容量的70%
20
60℃放电能力
21
倍率性能
在20℃±
5℃下以4.5I3(A)恒流放电,放出的电量应大于实际可用容量的90%
22
储能效率
电池系统储能效率应大于90%
成组技术
23
电池系统一致性要求
单体电池容量差≤4%;
常温下单体电池静态压差≤0.05V(30%SOC)
24
抗振性能
符合汽车电气设备基本技术条(QC/T413-2002)的抗振性要求
25
防护等级
≥IP56
26
总重量
≤300kg
27
长时间搁置电量
30%SOC(每六个月对电池进行一次充放电,存储电压为3.2~3.35V)
28
运输
运输荷电态不宜超过50%,运输过程中不得受剧烈机械冲撞、暴晒、雨淋。
5.1.4安全要求
单体蓄电池应满足QC/T743的5.1.11安全性要求;
蓄电池模组应满足QC/T743的5.2.7安全性要求。
5.1.5低温充电加热
低温充电加热方案:
加热功率小于1000W,加热模块供电来源于充电机。
5.2电池管理系统设计要求
5.2.1电池管理系统基本功能
1)数据采集功能,实时采集总电压、总电流、单体电压、温度等电池状态信息;
2)绝缘检测功能,实时检测高压正、负极端对电底盘之间的绝缘电阻;
3)电流和功率估计功能,根据温度、SOC和单体电压估计电池最大充放电电流和功率;
4)电池荷电状态(SOC)估算功能;
5)均衡功能,均衡电流≥100mA;
6)热管理功能;
7)两个或两个以上的CAN通信接口;
8)能通过在不拆开电池箱的情况下进行参数修改、标定及软件升级;
9)故障诊断功能,包括温度、电压、电流、绝缘、接触器状态、保险丝、传感器、通信等;
10)电池系统安全管理功能,包括过充、过放、过流、绝缘失效、过热、压差、温差等保护;
11)故障实时告警功能,故障按紧急程度分为三级。
报警级别顺序定义应统一为从低到高,即一级为最低级别报警,越往上警示级别越高;
5.2.2电池管理系统基本技术指标
表2电池管理系统基本技术要求
技术指标
1.
工作电源
12VDC,范围9-18V
2.
工作功耗(W)
额定功耗≤5W
3.
电压采样
(单体)精度±
10mV,范围2~5V,采样周期≤100ms
(总电压)精度±
1%FS,范围10~500V,采样周期≤100ms
4.
电流采样
精度±
2A,范围±
200A,采样周期≤100ms
5.
温度采样
1℃,范围-30~90℃,采样周期≤200ms,采样点数>
12,采样点位置:
温度采样点均匀布置。
6.
SOC估算精度
<
8%
7.
均衡功能
均衡电流不小于100mA
8.
热管理功能
电池温差小于10℃
9.
抗干扰和可靠性
满足国家相关标准GB/T17619-1998
10.
CAN通讯
CAN2.0B,支持J1939协议。
11.
工作温度
-25~75℃
12.
充电协议
满足“GB/T27930-2011电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议”。
13.
CAN接口
≥2路
14.
电池管理系统编码
电池管理系统具备唯一编码。
5.2.3电池管理系统保护条件及动作参数
表3:
故障策略
电池
说明
报警值
恢复值/恢复方式
对应整车故障等级
1
温度
过高
一级故障
40℃
38℃
2
二级故障
45℃
43℃
3
三级故障
55℃
重新
上电
4
过低
0℃
1℃
5
-5℃
6
-20℃
7
单体电压
4.0V
3.95V
8
4.1V
4.05V
9
4.15V
10
3.3V
3.35V
11
3.2V
3.25V
12
3.1V
13
总电压过
高
384V
381V
14
393.6V
390.6V
15
398.4V
16
总电压过低
316.8V
320V
17
307.2V
310.2V
18
297.6V
19
SOC过低
30%
32%
20
15%
17%
21
0%
2%
22
单体压差过大
400mV
390mV
23
600mV
590mV
24
温差
过大
10℃
8℃
25
15℃
13℃
25℃
小于22℃
26
充电电流过大
75A
70A
/
27
-5~0℃,0.1C;
0~10℃,0.3C;
1.3C(室温)
28
放电电流过大
95A
90A
29
168A
30
绝缘电阻过低
1000Ω
1020Ω/V
31
500Ω
520Ω/V
32
100Ω
33
内部CAN通讯故障
所有ID帧丢失
34
电压采集故障
电压采集硬件错误
错误
消失
35
电流采集故障
电流采集硬件错误
36
温度采集故障
温度采集硬件错误
37
5.2.4环境适应性
1)过电压运行
满足QC/T897-2011中4.2.6的要求。
2)欠电压运行
满足QC/T897-2011中4.2.7的要求。
3)高温运行
满足QC/T897-2011中4.2.8的要求。
4)低温运行
满足QC/T897-2011中4.2.9的要求。
5)耐高温性
满足QC/T897-2011中4.2.10的要求。
6)耐低温性能
满足QC/T897-2011中4.2.11的要求。
7)耐温度变化性能
满足QC/T897-2011中4.2.12的要求。
8)耐盐雾性能
满足QC/T897-2011中4.2.13的要求。
9)耐湿热性能
满足QC/T897-2011中4.2.14的要求。
10)耐振动性能
满足QC/T897-2011中4.2.15的要求。
11)耐电源极性反接性能
满足QC/T897-2011中4.2.16的要求
12)电磁辐射抗扰性
满足QC/T897-2011中4.2.17的要求。
5.3、通讯协议设计要求
5.3.1通讯格式协议
应用层协议遵循SEAJ1939规范,其与CAN协议的29位对应关系如表4所示。
表4CAN协议的29位对应关系
ID
CAN
2.0B
J1939
P
保留位
数据页
PF
PS
SA
通讯速率:
250kbps,CAN信息采用intel格式。
5.3.2网络拓扑图及节点分配
网络拓扑图见图1所示,节点地址分配表见表5所示。
图1网络拓扑图
网络拓扑说明:
1)整车CAN1终端电阻分别加在电机控制器和整车控制器
2)充电CAN2终端电阻分别加在电池管理系统和直流充电机
表5址分配表
地址列表
名称
地址
电池管理系统(BMS)
CAN1:
0xA9
CAN2:
0xF4
直流充电机(DCCH)
0x56
DCDC
0xA8
电机控制器(MCU)
0xA7
整车控制器(VCU)
0xA6
车载充电机(ACCH)
0xA1
5.3.3协议信息
1)通讯规范
2)数据链路层协议遵循J1939规范,其与CAN2.0B协议的29位对应关系如表1-1所示。
表6CAN协议的29位对应关系
CAN2.0B
R
DP
说明:
通讯波特率为250Kbps,CAN信息采用intel格式
3)网络拓扑图及节点分配
网络拓扑图见图2所示,节点地址分配表见表7所示。
图2网络拓扑图
整车CAN1终端电阻分别加在电机控制器和整车控制器
充电CAN2终端电阻分别加在电池管理系统和直流充电机
车载智能终端暂定只接入CAN1,充电时相关数据由充电机发给智能平台
表7节点地址分配表
4)报文格式
1)ID:
0x1823A1A9
OUT
IN
周期(ms)
BMS
ACCH
500
数据
位置
数据名
BYTE0
最大允许充电端电压低字节
0.1V/bit;
偏移量:
BYTE1
最大允许充电端电压高字节
BYTE2
最大允许充电电流低字节
0.1A/bit;
0
BYTE3
最大允许充电电流高字节
BYTE4
控制
0:
充电机开启充电1:
电池保护充电机关闭输出
BYTE5
工作模式
充电模式1:
加热模式
BYTE6
保留
BYTE7
注:
“加热模式”,即关闭反接保护。
此时充电机不管模拟电池开或关都能在电子负载上工作
BYTE4:
标识
描述
bit0
充电机状态
00:
充电机开启充电01:
bit1
bit2
bit3
bit4
bit5
bit6
bit7
BYTE5:
充电机工作模式
充电模式01:
2)ID:
0x1830A9A1
48
输出电压低字节
输出电压高字节
输出电流低字节
输出电流高字节
状态标志STATUS
硬件故障
正常1:
充电机温度
充电机温度过高保护
输入电压
输入电压正常1:
输入电压错误,充电机停机
启动状态
充电机检测到电池电压进入启动状态,1:
关闭状态(用于防止反接)
通信状态
通信正常1:
通信接收超时(5s未收到电池报文关闭输出)
3)ID:
0x0800A6A9
VCU
50
电池故障1
电池故障2
电池故障3
电池故障4
电池故障5
电池故障6
BYTE0:
总电压过高3级报警
故障
总电压过低3级报警
绝缘值过低3级报警
SOC过低3级报警
单体电压过低3级报警
单体电压过高3级报警
温度过低3级报警
温度过高3级报警
BYETE1:
充电电流过大2级
放电电流过大3级
单体压差过大2级
温差过大3级
BYTE2:
总电压过高2级报警