电动汽车动力电池系统设计规范03.docx

1、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编 制： 审 核： 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

2、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

3、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

4、 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GBT17619-1998机动车电子电器组件的电磁辐射QC/T 413-2002 汽车

5、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QC/T625汽车用涂镀层和化学处理层JBT 11141-2001锂离子蓄电池模块箱通用要求ISO

6、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 JUN2008SAE J1939 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

7、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7090%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

8、)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/T 19666-2005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/T 18384.1中4.1条的要求。3）电池箱的外观、尺寸及材质要满足JBT 11141-2011

9、的要求4）动力连接线应符合GB 5013.1-1997和GB 5023.1-1997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/T 417.1-2001的要求，材料要求应符合QC/T 413-2002的要求。7）防水、防尘及安全防护等级应满足JBT 11141-2011和GB/T 18384.3中的要求。8）单体电池及模组应满足QC/T 743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：330360V。总容量：75Ah。5

10、.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-5.3Ah2 动力电池总成能量33.4kwh3 动力电池总成标称电压350V4 动力电池总成标称容量95.4Ah5 单体电压/容量3.8V/5.3Ah6 电池成组方案18并92串7 电池系统能量密度80Wh/kg8 电池系统电压工作范围最低电压298，最高电压394V9 电池系统工作温度充电温度：（-545）,-50时，充电电流0.1C; 010范围内充电电流0.3C放电：-20C 60C10 工作时的温度均匀性1011 电池系统充电能力最大持续3I3(A)， 30min(室温条件下)12 电池系

11、统放电能力最大持续3I3(A) ,持续；4.5I3(A)，10S13 充放电效率90%14 荷电保持能力（30日）（环境温度205，湿度85%）95%15 绝缘电阻出厂测试值10M16 自放电5%（月，常温常压）17 实际可用容量64Ah实际可用容量76Ah18 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205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%

12、；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IP5626 总重量300kg27 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3.23.35V）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/T 743的5.1.11安全性要求；蓄电池模组应满足QC/T 743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

13、.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

14、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12 VDC，范围9-18 V2. 工作功耗（W）额定功耗5W3. 电压采样（单体）精度 10mV，范围 25V ，采样周期100ms（总电压）精度 1%FS，范围 10500V ，采样周期100ms4. 电流采样精度2A，范围200A，采样周期100ms5. 温度采样精度1 ，范围 -3090 ，采样周期200 ms，采样点数12，采样点位置：温度采样点均匀布置。6.

15、 SOC估算精度8%7. 均衡功能均衡电流不小于100mA8. 热管理功能电池温差小于109. 抗干扰和可靠性满足国家相关标准GB/T17619-199810. CAN通讯CAN2.0B，支持J1939协议。11. 工作温度-257512. 充电协议满足“GB/T 27930-2011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403822二级故障45125二级故障-5-536三级故障

16、-20重新上电47单体电压过高一级故障4.0V3.95V28二级故障4.1V3.35V211二级故障3.2V3.25V312三级故障3.1V重新上电413总电压过高一级故障384V381V214二级故障393.6V320V217二级故障307.2V310.2V318三级故障297.6V重新上电419SOC过低一级故障30%32%220二级故障15%17%321三级故障0%2%322单体压差过大一级故障400 mV390mV123二级故障600mV590mV224温差过大一级故障108125二级故障15132三级故障25小于2226充电电流过大一级故障75A70A/27二级故障-50，0.1C；

17、010，0.3C ； 1.3C（室温）重新上电/28放电电流过大二级故障95A1020/V131二级故障500520/V432三级故障100重新上电533内部CAN通讯故障三级故障所有ID帧丢失重新上电434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435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436温度采集故障二级故障温度采集硬件错误错误消失137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45.2.4环境适应性1) 过电压运行满足QC/T 897-2011中4.2.6的要求。2) 欠电压运行满足QC/T 897-2011中4.2.7的要求。3) 高温运行满足Q

18、C/T 897-2011中4.2.8的要求。4) 低温运行满足QC/T 897-2011中4.2.9的要求。5) 耐高温性满足QC/T 897-2011中4.2.10的要求。6) 耐低温性能满足QC/T 897-2011中4.2.11的要求。7) 耐温度变化性能满足QC/T 897-2011中4.2.12的要求。8) 耐盐雾性能满足QC/T 897-2011中4.2.13的要求。9) 耐湿热性能满足QC/T 897-2011中4.2.14的要求。10) 耐振动性能满足QC/T 897-2011中4.2.15的要求。11) 耐电源极性反接性能满足QC/T 897-2011中4.2.16的要求12

19、) 电磁辐射抗扰性满足QC/T 897-2011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4 CAN协议的29位对应关系IDCAN2.0B282726252423222120191817161514131211109876543210J1939P保留位数据页PFPSSA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)

20、 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)CAN1:0xA9CAN2:0xF4直流充电机（DCCH）0x56DCDC0xA8电机控制器(MCU)0xA7整车控制器（VCU)0xA6车载充电机（ACCH）0xA15.3.3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6 CAN协议的29位对应关系IDCAN 2.0B282726252423222120191817161514131211109876543210J1939PRDPPFPSSA说明：通讯波特率为250

21、Kbps，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)CAN1:0xA9CAN2:0xF4直流充电机（DCCH）0x56DCDC0xA8电机控制器(MCU)0xA7整车控制器（VCU)0xA6车载充电机（ACCH）0xA14) 报文格式1) ID:0x1823A1A9OUTINID周期（m

22、s）BMSACCHPRDPPF50060035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：0BYTE1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bit1bit2保留bit3保留bit

23、4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bit1bit2保留bit3保留bit4保留bit5保留bit6保留bit7保留2) ID:0x1830A9A1OUTINID周期（ms）ACCHBMSPRDPPF50060048数据位置数据名BYTE0输出电压低字节0.1V/bit；偏移量：0BYTE1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STATUSBYTE5保留BYTE6保留BYTE7保留BYTE4 :状态标志STATUS位置标识描述bit

24、0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: 0x0800A6A9OUTINID周期（ms）BMSVCUPRDPPF502000数据位置数据名描述BYTE0电池故障1BYTE1电池故障2BYTE2电池故障3BYTE3电池故障4BYTE4电池故障5BYTE5电池故障6BYTE6保留BYTE7保留

25、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bit3SOC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