电池及管理系统设计技术规范.docx
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电池及管理系统设计技术规范
电池及管理系统设计技术规范
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4批准：
5有限公司
62015年9月
7前言
动力电池作为纯电动汽车的唯一能量来源，动力电池的匹配对整车动力性和经济性都有较大影响。
动力电池的容量、比功率等参数选择越大，汽车储能能力就越强，纯电动行驶里程越大。
但是参数选择越大，势必使得电池质量增大，而又影响了整车性能且大大增加了成本，因此动力电池匹配优化非常重要。
本规范将指导在本公司纯电动汽车设计中使用的动力蓄电池及电池管理系统的技术要求、试验方法，试验规则、标志、包装、运输、储存的方法。
本技术条件由有限公司提出。
本技术条件由技术中心起草。
一、锂离子电池选型
1、范围
本标准规定了本公司对电动汽车用动力蓄电池及管理系统的寿命、安全性、新能的要求和规范。
2、规范性引用文件
GB/T31484—2015电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法
GB/T31485—2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法
GB/T31486—2015电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法
GB/T2900.41电工术语原电池和蓄电池
GB/T19596电动汽车术语
3、术语和定义
GB/T2900.41,GB/T19596中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
1.1能量型蓄电池：
以高能量密度为特点，主要用于高能量输出的蓄电池。
1.2功率型蓄电池：
以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输入的蓄电池。
1.3容量恢复能力：
蓄电池在一定的温度条件下，储存一段时间后再充电，其后放电容量与额定容量之比。
1.4充电终止电流：
在指定恒压充电时，蓄电池终止充电时的电流。
1.5爆炸：
蓄电池外壳破裂，内部有固体物质从蓄电池中冲出，并发出声音
1.6起火：
蓄电池壳体中冒火
1.7I3放电能量：
蓄电池在20°C±5°C温度下，以1I3（A）电流放电，达到终止电压是所放出的能量（（Wh）。
）此值可从电压-容量曲线的覆盖面积分求得，要求至少50个等值时间间隔点，或用积分仪直接求得。
4、符号
C1——1小时额定容量（Ah）
I1——1小时放电电流其数值等于C3/3（A）
Cn1:
1小时率实际放电容量（Ah）
In1:
1小时率实际放电电流，其数值等于Cn1（A）。
5、动力蓄电池循环寿命要求
5.1室温放电容量（初始容量）
5.1.1蓄电池单体按照GB/T31484-2015中6.2试验时，其放电容斡应不低于额定容皱，并且不超过额定容110%，同时所有测试样品初始容量极差不大于初始容量平均值的5%。
5.1.2蓄电池模块和系统按照GB/T31484-2015中6.2试验时，其放电容量应不低于额定容量，并且不超过额定容量的110%，同时所有测试样品初始容量极差不大于初始容量平均值的7%。
5.2标准循环寿命
测试样品按照GB/T31484-2015中6.4进行标准循环寿命测试时，循环次数达到500次时放电容量应不低于初始容量的90%，或者循环次数达到100。
次时放电容量应不低于初始容量的80%。
5.3工况循环寿命
5.3.1合动力乘用车用功率型蓄电池按照GB/T31484-2015中6.5.1进行工况循环测试时，总放电能量与电池初始能量的比值达500时，计量放电容量和5s放电功率。
5.3。
2混合动力商用车用功率型蓄电池按照GB/T31484-2015中6.5.2进行工况循环测试时，总放电能量与电池初始能量的比值达500时，计量放电容量和55放电功率。
5.3.3纯电动乘用车用能量型蓄电池按照GB/T31484-2015中6.5.3进行工况循环测试时，总放电能量与电池初始能量的比值达500时，计量放电容量。
5.3.4_纯电动商用车用能量型蓄电池按照GB/T31484-2015中6.5.4进行工况循环测试时，总放电能量与电池初始能量的比值达500时，计量放电容量。
5，3.5插电式和增程式电动汽车用蓄电池参照GB/T31484-2015中6.5.3或6.5.4进行工况循环测试时，总放电能量与电池初始能量的比值达500时，计量放电容量。
6、动力蓄电池安全要求
6.1单体蓄电池
6.1.1单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.2进行过放电试验时，应不爆炸、不起火、不漏液。
6.1.2单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.3进行过充电试验时，应不爆炸、不起火。
6.1.3单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.4进行短路试验时，应不爆炸、不起火。
6.1.4单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.5进行跌落试验时
a）对于锂离子蓄电池，应不爆炸、不起火、不泻漏液;
b）对于金属氢化物镍蓄电池，应不爆炸、不起火。
6.1.5单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.6进行加热试验时，应不爆炸、不起火。
6.1.6单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.7进行挤几试验时，应不爆炸、不起火。
6.1.7单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.8进行针刺试验时，应不爆炸、不起火。
6.1.8单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.9进行海水浸泡试验时，应不爆炸、不起火
6.1.9单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.10进行温度循环试验时，应不爆炸、不起火、不泻漏液
6.1.10单体蓄电池按GB/T31485-2015中6.2.11进子了低气压试验时，应不爆炸、不起火、不泻漏液
6.2蓄电池模块
6.2.1蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.2进行过放电试验时，应不爆炸、不起火、不漏液。
6.2.2蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.3进行过充电试验时，应不爆炸、不起火。
6.2.3蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.1进行短路试验时，应不爆炸、不起火。
6.2.4蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.5进行跌落试验时:
a）对于锂离子蓄电池，应不爆炸、不起火、不泻漏液;
b）对于金属氢化物镍蓄电池，应不爆炸、不起火。
6.2.5蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.6进行加热试验时，应不爆炸、不起火。
6.2.6蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.7进行挤压试验时，应不爆炸、不起火。
6.2.7蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.8进行针刺试验时，应不爆炸、不起火。
6.2.8蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.9进行海水浸泡试验时，应不爆炸、不起火。
6.2.9蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.10进行温度循环试验时，应不爆炸、不起火、不泻漏液。
6.2.10蓄电池模块按GB/T31485-2015中6.3.11进行低气压试验时，应不爆炸、不起火、不泻漏液。
7、动力蓄电池电性能要求
7.1单体蓄电池
7.1.1外观
单体蓄电池按GB/T31486—2015中6.2.1检验时，外观不得有变形及裂纹，表面无毛刺、于燥、无外伤、无污物，且宜有清晰正确的标志。
7.1.2极性
单体蓄电池按GB/T31486—2015中6.2.2检验时，端子极性标识应正确、清晰。
7.1.3外形尺寸及质
单体蓄电池按GB/T31486—2015中6.2.3检验时，蓄电池外形尺寸、质量应符合企业提供的产品技术条件。
7.1.4室温放电容量
单体蓄电池按GB/T31486—2015中6.2.5试验时，其放电容量应不低于额定容量，并且不超过额定容量的110%，同时所一有测试对象初始容量极差不大于初始容量平均值的5%。
注:
极差是所有样本的最大值和最小值之差。
7.2蓄电池模块
5.2，1外观
蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.1检验时，外观不得有变形及裂纹，表面干燥、无外伤，且排列整齐、连接可靠、标志清晰等。
7.2.2极性
蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.2检验时，端子极性标识应正确、清晰。
7.2.3外形尺寸及质量
蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.3检验时，外形尺寸及质量应符合企业提供的产品技术条件。
7.2.4室温放电容量
蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.5试验时，其放电容量应不低于额定容量，并且不超过额定容量的110%，同时所有测试对象初始容量极差不大于初始容量平均值的7%。
7.2.5室温倍率放电容量（按照厂家提供电池类型分别进行试验）
高能量蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.6.1试验时其放电容量应不低于初始容量的90%
高功率蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.6.2试验时其放电容量应不低于初始容量的80%
7.2.6室温倍率充电性能
蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.8.7试验时，其放电容量应不低于初始容量的80%。
7.2.7低温放电容量
锂离子蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.8试验时，其放电容量应不低于初始容量的70%写。
金属氢化物镍蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.8试验时，其放电容量应不低于初始容量的80%。
7.2.8高温放电容量
蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.9试验时，其放电容量应不低于初始容量的90肠。
7.2.9荷电保持与容量恢复能力
锂离子蓄电池模块按6.3.10试验时，其室温及高温荷电保持率应不低于初始容量的85%，容量恢复应不低于初始容量的90%。
金属氢化物镍蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.10试验时，其室温荷电保持率应不低于初始容量的85%，高温荷电保持率应不低于初始容量的70%，容量恢复应不低于初始容量的95%。
7.2.10耐振动性
蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.11试验时，不允许出现放电电流锐变、电压异常、蓄电池壳变形、电解液溢出等异常现象，并保持连接可靠、结构完好。
7.2.11储存
蓄电池模块按GB/T31486—2015中6.3.12试验时，其容量恢复应不低于初始容量的90%。
8、电池组匹配
8.1电池组总容量的确定
电池组的总容量决定了整车的续驶里程，匹配大容量的电池组可以增加续驶里程，但同时会增加整车重量并大大增加成本，所以合理的匹配电池容量对提升整车性能非常重要。
计算整车的续驶里程引用GB/T18386电动汽车能量消耗率和续航里程标准，即采用等速法（40Km/h）和续航里程设计目标值反向计算电池容量。
具体计算方法如下：
设：
续驶里程设计目标值D（Km），整车形式传动效率ηT，电机工作效率ηe，电池放电效率ηb，电池组总容量E（Kw/h），整车在40Km/h负载稳定行驶输出功率为P4（Kw）由能量平衡可得下方程式：
E×ηT×ηe×ηb=P40×（D/40）
则电池总容量为
注：
整车负载按GB/T18386电动汽车能量消耗率和续航里程标准加载，即：
a）如果最大允许装载质量小于或等于180Kg，按最大装载质量加载；
b）如果最大允许装载质量大于180Kg，但小于360Kg，按180Kg加载；
c）如果最大允许装载质量大于360Kg，按最大装载质量的一半加载；
8.2电池组的连接形式
单体电池的工作电压较低，一般不会直接并联供电，故电池组连接可分为串联和串联后并联的混连两种方式。
根据电动车电机的最大电压和最大电流确定，一般原则是串联后电池组的输出电压与电机最大电压接近，以匹配功率驱动元件的性能。
根据电池组的总容量和驱动电机的最大工作电流确定并联组数（参考下4.3述）。
8.3单体电池最大放电电流
设驱动电机最大工作电流为Im，电池组并联组数为n，则单体电池最大放电电流
为：
Id=ε*Im/n
（2）其中，ε为放电安全系数，取1.1-1.4。
求出的单体电池最大放电电流Id数值也即单体电池的标称容量，等于1CA放电
工况下电池的放电电流。
8.4单体电池的个数
由式
（1）和式
（2）分别求出电池组总容量和单体电池容量后，可以简单计算
出单体电池的个数n：
9、电池组使用其他注意事项
9.1电池管理系统配置方案（参考）：
=
9.1.1电池管理系统设置单体电池充电报警电压为3.60V，切断电压为3.65V。
磷酸铁锂
9.1.2电池管理系统设置单体电池放电报警电压为3.0V（80%DOD），切断电压
为2.5V。
9.1.3必须做好BMS与充电机和电机控制器之间的通讯连接，确保电池不过充
电、不过放电。
9.2充电机配置方案：
为保证电池安全使用，必须根据电池厂商提出的电池各项保护参数要求确定充电机最终选型。
充电机必须在管理系统实时监控下完成充电工作。
推荐充电机厂家与电源管理系统厂家配套。
二、电池管理系统选型
1、术语定义
1.1电池电子部件
采集电池单体（集成）或电池模块（集成）的与电和热相关数据，并将这些数据提供给电池控制单元的电子装置
1.2电池控制单元
控制或管理电池系统电和热性能，并可以在辆上的其他控制单元进行信息交互的电子控制部件。
1.3电池管理系统
有电池电子部件和电池控制单元组成的电子装置
1.4电池包
能量储存装置，包括电池单体或电池模块的集成、电池电子部件、高压电路，低压电路，冷却装置及机械总成。
1.5电池系统
能量储存装置，包括电池单体或电池模块的集成，电池管理系统、高压电路、低压电路、冷却装置以及机械总成。
2、要求
2.1一般要求
2.1.1电池管理系统能检测电池电和热的相关数据，至少应包括电池单体或者电池模块的电压、电池组回路电流和电池包内部温度等参数。
2.1.2电池管理系统应能对动力电池的荷电状态（SOC）、最大充放电电流（或者功率）等状态参数进行实时估算。
2.1.3电池管理系统应能对电池系统进行故障诊断，并可以根据具体故障内容进行相应的故障处理，入故障码上报、实时警示和故障保护等
2.1.4电池管理系统应有与车辆的其他控制器基于总线通信方式的信息交互功能。
2.1.5电池管理系统应用在具有可外接充电功能的电动汽车上时，应能通过与车载充电机或者非车载充电机的实时通信或者其他信号交互方式实现对充电过程的控制和管理。
2.2技术要求
2.2.1绝缘电阻
电池管理系统与动力电池相连的带电部件和其壳体之间的绝缘电阻值应不小于2MΩ
2.2.2绝缘耐压性能
电池管理系统应能受绝缘耐压性能试验，在试验过程中应无击穿或闪络等破坏性放电现象。
2.2.3状态参数测量精度
电池管理系统书检测状态参数的测量精度要求见表1
表1状态参数测量精度要求
参数
总电压值
电流值
温度值
单体（模块）电压值
精度要求
≤±2%FS
≤±3%FS
≤±2%FS
≤±0.5%FS
应用在具有可外接充电功能的电动汽车上时，电流值精密度同时应满足小于或等于±1.0A（当电流值小于30A时）
2.2.4SOC估算精度
SOC估算精度要求不大于10%。
进行试验后，分别比价在不同SOC范围内电池管理系统上报的SOC值与SOC测试真值得偏差。
2.2.5电池故障诊断
电池管理系统对于电池系统进行故障诊断的基本项目和可扩展项目分别见表2和表3.表2中所列的故障诊断项目是基本要求。
根据整车功能设计和电池系统的具体需要，电池管理系统的具体诊断内容可以不限于表2和表3所列项目。
表2电池系统故障正定基本要求项目
序号
故障状态
电池管理系统故障诊断项目
1
电池温度大于温度设定值1
电池温度高
2
电池温度小于温度设定值2
电池温度低
3
单体（模块）电压大于电压设定值1
单体（模块）电压高
4
单体（模块）电压小于电压设定值2
单体（模块）电压低
5
单体（模块）一致性偏差大于设定条件
单体（模块）一致性偏差大
6
充电电流（功率）大于最大充电电流（功率）值
充电电流（功率）大
7
放电电流（功率）大于最大充电电流（功率）值
放电电流（功率）大
a.制造商可以自行规定故障项目的具体名称、故障等级划分以及相关故障条件的设定值
b.电池系统具有均衡功能是，该项目不作为基本要求项目
表3可扩展的故障诊断项目
序号
故障状态
电池管理系统的故障诊断项目
1
绝缘电阻小于绝缘电阻设定值
绝缘薄弱
2
SOC值大于SOC设定值1
SOC高
3
SOC值小于SOC设定值2
SOC低
4
总电压小于总电压设定值1（与放电电流、温度等参数有关）
总电压低
5
总电压大于总电压设定值2（与放电电流、温度等参数有关）
总电压高
6
外部通信接口电路故障
外部通信接口故障
7
内部通信接口电路故障
内部通信接口故障
电池系统内部温度差大于温度差设定值
电池系统偏差大
内部通信总线脱体
内部通信网络故障
电池链接电阻大于连接电阻设定值（或者其他等效的判断条件）
电池连接松动
2.2.6过电压运行
电池管理系统应能在标准试验规定的电源过电电压下正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.7欠电压运行
电池管理系统应能在标准试验规定的电源欠电电压下正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.8高温运行
电池管理系统应能在标准试验规定的高温运行试验，在试验过程中及试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.9低温运行
电池管理系统应能在标准试验规定的低温运行试验，在试验过程中及试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.10耐高温性能
电池管理系统应能在标准试验规定的高温试验，在试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.11耐低温性能
电池管理系统应能在标准试验规定的低温试验，在试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.12耐温度变化性能
电池管理系统应能经受标准试验规定的温度变化试验，在试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.13耐盐雾性能
电池管理系统应能经受标准试验规定的盐雾试验，在试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
厂家如果能证明电池电子部件或电池控制单元实车安装在车辆内部或者具备防尘防水条件的电池包内部，可不要求该零部件进行耐盐雾性试验。
试验条件的差异性内容需在试验报告中说明。
2.2.14耐湿热性能：
电池管理系统应能经受标准试验规定的湿热试验，在试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.1.15耐振动性能：
电池管理系统应能经受标准试验规定的振动试验，在试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.16耐电源极性反接性能
电池管理系统应能经受标准试验规定的电源极性反接试验，在试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
2.2.17电磁辐射抗扰性：
电池管理系统应能经受标准试验规定的电池辐射抗扰性试验，在试验过程中及试验后应能正常工作，并满足2.2.3状态参数测量精度的要求。
3、试验方法
试验方法按QCT897-2011中第5条，试验方法进行试验。
4、标志
4.1电池管理系统产品上应有下列标志
a）产品名称及商标
b）产品型号和规格
c）制造产名称
d）制造日期或者代号
4.2包装箱外部应有下列标志
a）产品名称、型号、规格和数量
b）产品标准编号
c）每箱的净质量和毛质量
d）标明符合GB/T191-2008规定的“防振”、“防潮”等标志
5电池组使用其他注意事项
5.1电池管理系统配置方案（参考）：
1）电池管理系统设置单体电池充电报警电压为3.60V，切断电压为3.65V。
磷酸铁锂
2）电池管理系统设置单体电池放电报警电压为3.0V（80%DOD），切断电压
为2.5V。
3）必须做好BMS与充电机和电机控制器之间的通讯连接，确保电池不过充
电、不过放电。
5.2充电机配置方案：
为保证电池安全使用，必须根据电池厂商提出的电池各项保护参数要求确定充电机最终选型。
充电机必须在管理系统实时监控下完成充电工作。
推荐充电机厂家与电源管理系统厂家配套。
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