电动汽车动力电池系统设计规范03.docx
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电动汽车动力电池系统设计规范03
动力电池系统设计规范
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批准：
日期：
前言
本规范规定山东省普天新能源汽车（山东）有限公司开发的专用车辆时的线束设计规范。
本规范由安徽天康特种车辆装备有限公司产品开发部提出。
。
本规范由安徽天康特种车辆装备有限公司批准。
本规范主要起草人：
李劲松
本规范于2015年8月首次发布。
电动汽车动力系统设计规范
1.概述
动力电池系统是电动汽车的重要组成部分，为电动汽车驱动提供能量来源。
由于电池系统是高电压高能量密度产品，在设计电池系统时，主要从箱体设计、电池成组设计、电池安全、以及电池管理系统设计等方面进行。
2.设计原则
动力电池系统设计以满足车辆动力要求为前提，同时从电池系统自身内部结构和安全设计、电池管理等方面进行设计，主要包括以下几个部分：
（1）电池箱外观尺寸：
电池箱体尺寸主要根据车辆提供的电池安装空间进行设计，并且要考虑到接插件和机械连接部位的尺寸影响。
电池箱内部尺寸，主要从整体设计考虑，从电池的排布、线束的排布以及电池管理系统尺寸位置、热管理系统尺寸及位置等方面进行设计。
电池箱的外观设计主要从材质、表面防腐蚀、绝缘处理、产品标识等方面进行设计。
（2）电池性能参数：
电池系统参数，比如电压平台、额定容量、额定能量、最大可持续放电电流、瞬间峰值放电电流、瞬间峰值充电电流等，在设计时要根据车辆的动力参数和要求进行匹配。
（3）电池管理：
动力电池系统管理主要通过电池管理系统完成。
通过制定电池的充放电策略、温度管理策略、报警策略等实现对电池系统的管理。
（4）整车对电池系统的管理：
通过整车控制器与电池管理系统的通信进行电池系统的管理。
具体通过制定通信协议完成
3.参考引用标准
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
GB5013.1-1997额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆第一部分：
一般要求
GB5023.1-1997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/T19666-2005阻燃和耐火电线电缆通则
GB/T18384.12001电动汽车安全要求第1部分:
车载储能装置
GB/T18384.22001电动汽车安全要求第2部分:
功能安全和故障保护
GB/T18384.32001电动汽车安全要求第3部分:
人员触电防护
GB/T18487.1-2001电动车辆传导充电系统一般要求
GB/T19596-2004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/T413-2002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/T417.1-2001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/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
最大持续
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
放出的容量应大于实际可用容量的90%
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
序号
项目
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
精度±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
序号
电池
项目
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
2
二级故障
45℃
<43℃
3
3
三级故障
55℃
重新
上电
4
4
温度
过低
一级故障
0℃
>1℃
2
5
二级故障
-5℃
>-5℃
3
6
三级故障
-20℃
重新
上电
4
7
单体电压
过高
一级故障
4.0V
<3.95V
2
8
二级故障
4.1V
<4.05V
2
9
三级故障
4.15V
重新
上电
2
10
单体电压
过低
一级故障
3.3V
>3.35V
2
11
二级故障
3.2V
>3.25V
3
12
三级故障
3.1V
重新
上电
4
13
总电压过
高
一级故障
384V
<381V
2
14
二级故障
393.6V
<390.6V
2
15
三级故障
398.4V
重新
上电
2
16
总电压过低
一级故障
316.8V
>320V
2
17
二级故障
307.2V
>310.2V
3
18
三级故障
297.6V
重新
上电
4
19
SOC过低
一级故障
30%
>32%
2
20
二级故障
15%
>17%
3
21
三级故障
0%
>2%
3
22
单体压差过大
一级故障
400mV
<390mV
1
23
二级故障
600mV
<590mV
2
24
温差
过大
一级故障
10℃
<8℃
1
25
二级故障
15℃
<13℃
2
三级故障
25℃
小于22℃
26
充电电流过大
一级故障
75A
<70A
/
27
二级故障
-5～0℃，0.1C；0～10℃，0.3C；1.3C（室温）
重新
上电
/
28
放电电流过大
二级故障
95A
<90A
3
29
三级故障
168A
重新
上电
4
30
绝缘电阻过低
一级故障
1000Ω
>1020Ω/V
1
31
二级故障
500Ω
>520Ω/V
4
32
三级故障
100Ω
重新
上电
5
33
内部CAN通讯故障
三级故障
所有ID帧丢失
重新
上电
4
34
电压采集故障
三级故障
电压采集硬件错误
重新
上电
错误
消失
4
35
电流采集故障
三级故障
电流采集硬件错误
重新
上电
错误
消失
4
36
温度采集故障
二级故障
温度采集硬件错误
错误
消失
1
37
温度采集故障
三级故障
温度采集硬件错误
重新
上电
错误
消失
4
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
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
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
ID
CAN2.0B
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
J1939
P
R
DP
PF
PS
SA
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
网络拓扑说明：
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
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
4）报文格式
1）ID:
0x1823A1A9
OUT
IN
ID
周期（ms）
BMS
ACCH
P
R
DP
PF
500
6
0
0
35
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：
0
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；偏移量：
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
0：
充电模式1：
加热模式
BYTE6
保留
BYTE7
保留
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:
控制
位置
标识
描述
bit0
充电机状态
00：
充电机开启充电01：
电池保护充电机关闭输出
bit1
bit2
保留
bit3
保留
bit4
保留
bit5
保留
bit6
保留
bit7
保留
BYTE5:
工作模式
位置
标识
描述
bit0
充电机工作模式
00：
充电模式01：
加热模式
bit1
bit2
保留
bit3
保留
bit4
保留
bit5
保留
bit6
保留
bit7
保留
2）ID:
0x1830A9A1
OUT
IN
ID
周期（ms）
ACCH
BMS
P
R
DP
PF
500
6
0
0
48
数据
位置
数据名
BYTE0
输出电压低字节
0.1V/bit；偏移量：
0
BYTE1
输出电压高字节
BYTE2
输出电流低字节
0.1A/bit；偏移量：
0
BYTE3
输出电流高字节
BYTE4
状态标志STATUS
BYTE5
保留
BYTE6
保留
BYTE7
保留
BYTE4:
状态标志STATUS
位置
标识
描述
bit0
硬件故障
0：
正常1：
硬件故障
bit1
充电机温度
0：
正常1：
充电机温度过高保护
bit2
输入电压
0：
输入电压正常1：
输入电压错误，充电机停机
bit3
启动状态
0：
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）
bit4
通信状态
0：
通信正常1：
通信接收超时（5s未收到电池报文关闭输出）
bit5
保留
bit6
保留
bit7
保留
3）ID:
0x0800A6A9
OUT
IN
ID
周期（ms）
BMS
VCU
P
R
DP
PF
50
2
0
0
0
数据
位置
数据名
描述
BYTE0
电池故障1
BYTE1
电池故障2
BYTE2
电池故障3
BYTE3
电池故障4
BYTE4
电池故障5
BYTE5
电池故障6
BYTE6
保留
BYTE7
保留
BYTE0:
电池故障1
位置
标识
描述
bit0
总电压过高3级报警
0：
正常1：
故障
bit1
总电压过低3级报警
0：
正常1：
故障
bit2
绝缘值过低3级报警
0：
正常1：
故障
bit3
SOC过低3级报警
0：
正常1：
故障
bit4
单体电压过低3级报警
0：
正常1：
故障
bit5
单体电压过高3级报警
0：
正常1：
故障
bit6
温度过低3级报警
0：
正常1：
故障
bit7
温度过高3级报警
0：
正常1：
故障
BYETE1:
电池故障2
位置
标识
描述
bit0
充电电流过大2级
0：
正常1：
故障
bit1
放电电流过大3级
0：
正常1：
故障
bit2
单体压差过大2级
0：
正常1：
故障
bit3
温差过大3级
0：
正常1：
故障
bit4
保留
bit5
保留
bit6
保留
bit7
保留
BYTE2:
电池故障3
位置
标识
描述
bit0
总电压过高2级报警
0：
正常1：
故障
bit1
总电压过低2级报警
0：
正常1：
故障
bit2
绝缘值过低2级报警
0：
正常1：
故障
bit3
SOC过低2级报警
0：
正常1：
故障
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