電動(dòng)汽車用鋰電池管理系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范

PAGE16電動(dòng)汽車用鋰電池管理系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范范圍本規(guī)范適用于電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)的校準(zhǔn)（以下簡稱鋰電池管理系統(tǒng)），鎳氫電池管理系統(tǒng)的校準(zhǔn)，可參考本規(guī)范的校準(zhǔn)方法。引用文件凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于該規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。GB38031-2020電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求GB/T38661-2020電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件GB/T19596-2017電動(dòng)汽車術(shù)語術(shù)語和計(jì)量單位3.1電池電子部件batteryelectronics采集或者同時(shí)監(jiān)測蓄電池單體或模塊的電和熱數(shù)據(jù)的電子裝置，必要時(shí)可以包括用于蓄電池單體均衡的電子部件。3.2電池控制單元batterycontrolunit控制、管理、檢測或計(jì)算蓄電池系統(tǒng)的電和熱相關(guān)的參數(shù)，并提供蓄電池系統(tǒng)和其他車輛控制器通訊的電子裝置。3.3電池管理系統(tǒng)batterymanagementsystem（BMS）監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)等），可以為蓄電池提供通信、安全、電芯均衡及管理控制，并提供與應(yīng)用設(shè)備通信接口的系統(tǒng)。3.4電池包batterypack具有從外部獲得電能并可對外輸出電能的單元。3.5電池系統(tǒng)batterysystem一個(gè)或一個(gè)以上的電池包及相應(yīng)附件（管理系統(tǒng)、高壓電路、低壓電路及機(jī)械總成等）構(gòu)成的能量存儲(chǔ)裝置。3.6荷電狀態(tài)stateofcharge（SOC）當(dāng)前蓄電池中按照規(guī)定放電條件可以釋放的容量占可用容量的百分比。概述鋰電池管理系統(tǒng)是由電池電子部件和電池控制單元組成的電子裝置。其中電池電子部件是采集電池單體（集成）或電池模塊（集成）的電和熱相關(guān)的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)提供給電池控制單元的電子裝置；電池控制單元是控制或管理電池系統(tǒng)電或熱性能，并可以與車輛上的其他控制單元進(jìn)行信息交互的電子控制部件。鋰電池管理系統(tǒng)是連接車載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測；電池狀態(tài)估計(jì)；在線診斷與預(yù)警；充、放電與預(yù)充控制；均衡管理和熱管理等。其中電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控主要包含電壓、電流及鋰電池SOC估算。計(jì)量特性5.1鋰電池管理系統(tǒng)鋰電池管理系統(tǒng)應(yīng)滿足表1要求表1計(jì)量特性一覽表序號校準(zhǔn)項(xiàng)目測量范圍技術(shù)要求1電池總電壓測量誤差0～1000V最大允許誤差：±1％FS2電池總電流測量誤差0～2000A最大允許誤差：±2％FS3電池SOC累積誤差祥見5.24單體（電芯組）電壓（0～5）V最大允許誤差：±0.5％FS最大誤差的絕對值應(yīng)不大于10mV5電池溫度測量誤差-20℃～65℃最大允許誤差：±2℃-40℃～-20℃，65℃～125℃最大允許誤差：±3℃6電池絕緣電阻≥400V（電池總電壓（標(biāo)稱））最大允許誤差：-20%～20%＜400V（電池總電壓（標(biāo)稱））最大允許誤差：-30%～30%≤50kΩ最大允許誤差：±10kΩ注：以上所有指標(biāo)不用于合格性判定，僅供參考。5.2電池SOC累積誤差對于純電動(dòng)汽車、可外接充電式混合動(dòng)力充電汽車，電池管理系統(tǒng)SOC累積誤差應(yīng)不大于5%。對于不可外接充電的混合動(dòng)力充電汽車，鋰離子動(dòng)力電池管理系統(tǒng)SOC累積誤差應(yīng)不大于15%。注：以上所有指標(biāo)不用于合格性判定，僅供參考。校準(zhǔn)條件環(huán)境條件環(huán)境溫度：（25±5）℃；相對濕度：（15～90）%；6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備測量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)經(jīng)計(jì)量檢定或校準(zhǔn)，并在有效期內(nèi)，其測量范圍應(yīng)覆蓋被校鋰電池管理系統(tǒng)的測量范圍，并具有滿足開展校準(zhǔn)需求的分辨力、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。測量標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度（k=2）應(yīng)不大于表1中規(guī)定的相應(yīng)最大允許誤差絕對值的1/3。6.2.1測量標(biāo)準(zhǔn)——直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源或穩(wěn)壓源、標(biāo)準(zhǔn)電壓表，測量范圍：0～1000V；——直流標(biāo)準(zhǔn)電流源或穩(wěn)流源、標(biāo)準(zhǔn)電流表，測量范圍：0～2000A；——標(biāo)準(zhǔn)模擬電池系統(tǒng)；——電池充放電測試系統(tǒng)；——高低溫試驗(yàn)箱，測量范圍：-60℃～130℃?！^緣電阻陣列校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目表2校準(zhǔn)項(xiàng)目一覽表序號校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)方法章條號1電池總電壓測量誤差2電池總電流測量誤差3電池SOC累積誤差7.2.34單體（電芯組）電壓5電池溫度測量誤差6電池絕緣電阻7.2校準(zhǔn)方法電池總電壓測量誤差采樣標(biāo)準(zhǔn)源法（接線方法見圖1）或標(biāo)準(zhǔn)表法（接線方法見圖2）對鋰電池管理系統(tǒng)的電池電壓測量誤差進(jìn)行檢測，分別選取滿量程的10%，50%和100%三個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行單次測量，確認(rèn)數(shù)據(jù)并記錄。圖1電壓測量精度檢測標(biāo)準(zhǔn)源法圖2電壓測量誤差檢測標(biāo)準(zhǔn)表法按公式（1）計(jì)算，得到總電壓測量誤差。（1）式中：——充電總電壓示值的引用誤差，用%表示；——被檢測試系統(tǒng)的充電電壓示值，V；——直流數(shù)字電壓表對充電電壓的測得值，V；——該檢測點(diǎn)充電電壓標(biāo)稱區(qū)間或者標(biāo)稱范圍上限值，V。對多通道電池?cái)?shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)可同時(shí)檢測、也可單獨(dú)檢測。7.2.2電池總電流測量誤差采樣標(biāo)準(zhǔn)源法（接線方法見圖3）或標(biāo)準(zhǔn)表法（接線方法見圖4）對鋰電池管理系統(tǒng)的電池電流測量誤差進(jìn)行檢測，分別選取滿量程的10%，50%和100%三個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行單次測量，確認(rèn)數(shù)據(jù)并記錄。圖3電流測量誤差檢測標(biāo)準(zhǔn)源法圖4電流測量誤差檢測標(biāo)準(zhǔn)表法按公式（2）計(jì)算，得到總電流測量誤差。（2）式中：——充電總電流示值的引用誤差，用%表示；——被檢測試系統(tǒng)的充電電流示值，A；——直流數(shù)字電流表對充電電流的測得值，A；——該檢測點(diǎn)充電電流標(biāo)稱區(qū)間或者標(biāo)稱范圍上限值，A。對多通道電池?cái)?shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)可同時(shí)檢測、也可單獨(dú)檢測。7.2.3SOC累積誤差按照以下步驟進(jìn)行校準(zhǔn)電池系統(tǒng)（或電池模擬系統(tǒng)）按GB/T386612020附錄B.2中所采用的充電規(guī)范充電；靜置30min或制造商規(guī)定的擱置時(shí)間，將電池管理系統(tǒng)上報(bào)SOCBMS值修改為100%；校準(zhǔn)設(shè)備開始累積循環(huán)充放電容量;以1Q0（A）放電12min；靜置30min或制造商規(guī)定的擱置時(shí)間；采用特定工況（參見GB/T386612020附錄F或由整車廠和制造商協(xié)商確定）循環(huán)N次，N是使SOC真值接近30%的最大整數(shù)，但循環(huán)過程中需保證SOC不低于30%，否則停止工況循環(huán)跳至g）；靜置30min或制造商規(guī)定的擱置時(shí)間（靜置過程內(nèi)不得觸發(fā)電池管理系統(tǒng)的SOC修正）；以GB/T386612020附錄B.2中所采用的充電規(guī)范將電池系統(tǒng)（或電池模擬系統(tǒng)）充電至實(shí)際SOC為80%；靜置30min或制造商規(guī)定的擱置時(shí)間（靜置過程內(nèi)不得觸發(fā)電池管理系統(tǒng)的SOC修正）；按f）~i）循環(huán)10次；記錄電池管理系統(tǒng)上報(bào)SOCBMS值；校準(zhǔn)過程中實(shí)時(shí)記錄測試設(shè)備的累積循環(huán)充放電容量Q1（充電為負(fù)，放電為正），并計(jì)算SOC真值=×100%；其中Q0為電池可用容量，Q1為電池的充放電容量。校準(zhǔn)結(jié)束后，SOC累積誤差的計(jì)算公式為。7.2.4單體（電芯組）電壓誤差對于鋰離子電池，分別檢測1.5V、3V、4.5V單體電壓（通道數(shù)不少于一個(gè)獨(dú)立電源供電的采樣單元），將電池管理系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)與檢測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)行單次測量，確認(rèn)數(shù)據(jù)并記錄。對于鎳氫電池，分別檢測模塊電壓n×1.0V、n×1.2V、n×1.6V（n為模塊內(nèi)單體串聯(lián)支數(shù)，其中通道數(shù)不少于一個(gè)獨(dú)立電源供電的采樣單元），將電池管理系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)與檢測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。按公式（3）計(jì)算，得到單體（電芯組）電壓誤差。（3）式中：——單體（電芯組）電壓誤差，V；——電池管理系統(tǒng)單體（電芯組）電壓誤差示值，V；——檢測設(shè)備的單體（電芯組）電壓誤差測得值，V；7.2.5電池溫度測量誤差在-20℃±2℃、25℃±2℃和65℃±2℃（或由整車廠和制造商根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況協(xié)商確定）下，將電池管理系統(tǒng)測溫裝置探頭與檢測設(shè)備傳感器探頭同時(shí)置于-40℃、0℃、25℃、40℃、125℃（或電池管理系統(tǒng)標(biāo)定的最高測量溫度）下測量溫度值，將電池管理系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)與檢測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)行單次測量，確認(rèn)數(shù)據(jù)并記錄。按公式（4）計(jì)算，電池溫度測量誤差QUOTE???=?????0（4）式中:——被校電池溫度測量的示值誤差，℃；QUOTE??——被校電池管理系統(tǒng)在校準(zhǔn)溫度點(diǎn)示值讀數(shù)，℃；——檢測設(shè)備在校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的示值，℃。7.2.6電池絕緣電阻在50%、75%、100%滿量程電壓下，將電池總正對地及總負(fù)對地分別接入絕緣電阻陣列，按照80Ω/V、100Ω/V、300Ω/V、500Ω/V和2kΩ/V分別控制絕緣電阻陣列為不同電阻阻值，將電池管理系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)與絕緣電阻陣列實(shí)際電阻值進(jìn)行比較，進(jìn)行單次測量，確認(rèn)數(shù)據(jù)并記錄。按公式（5）計(jì)算，電池絕緣電阻測量誤差QUOTE???=?????0（5）式中:QUOTE???——被校電池絕緣電阻測量的示值誤差，kΩ或MΩ；——被校電池絕緣電阻在絕緣電阻點(diǎn)示值讀數(shù)，kΩ或MΩ；QUOTE??0——檢測設(shè)備在絕緣電阻點(diǎn)的示值，kΩ或MΩ。校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)校準(zhǔn)記錄推薦的校準(zhǔn)原始記錄的格式見附錄A.校準(zhǔn)證書校準(zhǔn)內(nèi)頁格式見附錄B，校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書上反應(yīng)，校準(zhǔn)證書應(yīng)至少包括以下信息：a）標(biāo)題，如“校準(zhǔn)證書”；b）實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；c）進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)（如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同）；d）證書或報(bào)告的唯一性標(biāo)識(shí)（如編號），每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識(shí)；e）客戶的名稱和地址；f）被校對象的描述和明確標(biāo)識(shí)；g）進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)說明被校對象的接收日期；h）如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明；i）對校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí)，包括名稱及代號；j）本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明；k）校準(zhǔn)環(huán)境的描述；l）校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明；m）對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明；n）校準(zhǔn)證書和校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí)；o）校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；p）未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書或報(bào)告的聲明。9復(fù)校時(shí)間間隔建議校準(zhǔn)周期為1年。或由送校單位根據(jù)使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。

附錄A校準(zhǔn)原始記錄格式校準(zhǔn)證書編號：校準(zhǔn)日期：送檢單位名稱：送檢單位地址：儀器名稱：型號/規(guī)格：出廠編號：生產(chǎn)廠商：準(zhǔn)確度等級：所依據(jù)的技術(shù)文件（代號、名稱）：溫度：℃相對濕度：%檢定地點(diǎn)：校準(zhǔn)員：核驗(yàn)員：校準(zhǔn)使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具：名稱：型號：出廠編號：準(zhǔn)確度等級：標(biāo)準(zhǔn)器具證書號：有效期至：一、電池總電壓測量誤差：電壓量程（V）標(biāo)準(zhǔn)示值（V）示值（V）引用誤差（%）二、電池總電流測量誤差：電流量程（A）標(biāo)準(zhǔn)示值（A）示值（A）引用誤差（%）三、電池SOC累計(jì)誤差電池實(shí)際容量狀態(tài)示值SOC（%）實(shí)測SOC（%）累積誤差（%）SOC>80%80%>SOC>30%SOC<30%四、單體（電芯組）電壓誤差電壓量程（V）標(biāo)準(zhǔn)示值（V）示值（V）示值誤差五、電池溫度測量誤差電池管理系統(tǒng)溫度（℃）探頭溫度范圍（℃）標(biāo)準(zhǔn)示值（℃）示值（℃）示值誤差（℃）-4002540125六、電池絕緣電阻測試電壓（V）標(biāo)準(zhǔn)示值（kΩ）示值（kΩ）示值誤差（kΩ）附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式表B.1電池總電壓測量誤差電壓量程（V）標(biāo)準(zhǔn)示值（V）示值（V）引用誤差（%）表B.2電池總電流測量誤差電流量程（A）標(biāo)準(zhǔn)示值（A）示值（A）引用誤差（%）表B.3電池SOC累計(jì)誤差電池實(shí)際容量狀態(tài)示值SOC（%）實(shí)測SOC（%）累積誤差（%）SOC>80%80%>SOC>30%SOC<30%表B.4單體（電芯組）電壓誤差電壓量程（V）標(biāo)準(zhǔn)示值（V）示值（V）示值誤差表B.5電池溫度測量誤差電池管理系統(tǒng)溫度（℃）探頭溫度范圍（℃）標(biāo)準(zhǔn)示值（℃）示值（℃）示值誤差（℃）-4002540125表B.6電池絕緣電阻測試電壓（V）標(biāo)準(zhǔn)示值（kΩ）示值（kΩ）示值誤差（kΩ）附錄CSOC累積誤差測量不確定度評定示例C.1SOC累積誤差測量結(jié)果不確定度評定方法根據(jù)JJF1059.2—2012規(guī)定的方法，對SOC累積誤差測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。C.1.1動(dòng)力電池SOC測試根據(jù)GB/T38661-2020電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件要求，純電動(dòng)汽車應(yīng)進(jìn)行SOC≥80%和SOC≤30%條件下測試，根據(jù)本規(guī)范測試步驟進(jìn)行測試，選取下列工況進(jìn)行測試。圖1四種典型工況測試（1）SOC≥80%條件下的SOC測試不考慮到模擬工況測試和充放電測試過程中的電量，在對SOC建模時(shí)，只考慮最終決定SOC的電量參數(shù)。SOC值取決于充入電量Q1與可用容量。在將電池充滿的整個(gè)過程中，恒流充電充入的電量大約占總充入電量的95%左右。故在進(jìn)行SOC≥80%的測試時(shí)，Q1應(yīng)包含兩個(gè)過程恒流充電過程和恒壓充電過程。設(shè)恒流充電過程充入電量為Q11，恒壓充電過程充入電量為Q12。所以該模式下，SOC的測量不確定度模型為：C.1式中:——可用容量測試中測得動(dòng)力電池可用容量，Ah；——恒流充電過程充入動(dòng)力電池的電量，Ah；——恒壓充電過程充入動(dòng)力電池的電量，Ah。SOC測試是在可用容量測試的基礎(chǔ)上完成的，將得到可用容量Q0的概率密度分布函數(shù)，直接作為SOC測量模型式工況一的輸入量即可。恒流充電過程與恒壓充電過程為兩個(gè)相互獨(dú)立的過程，恒流充電電量Q11與恒壓充電電量Q12按第三提供的方法完成測量不確定度評定工作，得到其對應(yīng)的概率密度函數(shù)作為模型式工況一的輸入量。（2）SOC≤30%條件下的SOC測試 在建立該模型時(shí)，同樣不考慮SOC測試過程中，模擬工況測試和充放電測試等電量的變化。只考慮最終決定SOC值的電量的變化。該過程中，SOC值取決于恒流放電放電量Q1與可用容量Q0。SOC測量不確定度模型可表示為：C.2式中:——可用容量測試中測得動(dòng)力電池可用容量，Ah；——恒流放電過程動(dòng)力電池放出的電量，Ah。將可用容量Q0的概率密度函數(shù)直接作為SOC測量模型式工況二的輸入量，SOC測試時(shí)的恒流放電量通過第三章提供的方法評定出其測量不確定度，將其概率密度函數(shù)作為式工況二的輸入量。C.1.2動(dòng)力電池包SOC檢測C.1.2.1實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)條件本次實(shí)驗(yàn)利用的是電壓為336V，電量為60Ah的動(dòng)力電池包進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，將兩個(gè)電池包進(jìn)行并聯(lián)處理，得到足夠大的電流。實(shí)驗(yàn)中以1C進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為室溫，每個(gè)電池包中共有26個(gè)電池單體串聯(lián)，即其進(jìn)行恒流充電電流為120A，恒壓充電以單體電壓恒壓充電的3.6V與單體個(gè)數(shù)的乘積為94V，恒流放電終止條件是單體電壓達(dá)到2.5V，即為65V。采用BCSE-8202電池包測試系統(tǒng)提供電池包充電的恒流源和和恒壓源，電流電壓精度滿量程的千分之一。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)驗(yàn)過程中選擇工況4進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電池包電流不能超過200A，工況4的具體情況如下：圖2充放電工況四表1充放電工況4時(shí)間與充電倍率的關(guān)系C.1.2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集根據(jù)規(guī)程中可用容量測試的步驟進(jìn)行3次循環(huán)充放電過程的電壓電流數(shù)據(jù)采集如下所示：圖3可用容量測試電壓電流數(shù)據(jù)選擇工況4之后，進(jìn)行動(dòng)力電池SOC的測試。根據(jù)上一節(jié)中動(dòng)力電池不同SOC范圍的測試步驟，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣可得到其電壓、電流與時(shí)間的采樣圖如下所示：圖4SOC≥80%測試數(shù)據(jù)圖5SOC≤30%測試數(shù)據(jù)圖6工況四的十次循環(huán)電壓、電流采樣C.1.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（1）SOC≥80%不確定度評XX果 在SOC≥80%條件下，SOC測量模型式為工況一所示，評定其不確定度需要確定恒流充電電量Q11，恒壓充電電量Q12以及可用容量Q0的概率密度函數(shù)，根據(jù)蒙特卡洛法得出測量不確定度，如下表所示：表2SOC≥80%測量模型中各輸入量不確定度評定的結(jié)果將上述輸入量的概率密度函數(shù)帶入到測量模型式工況一中，利用蒙特卡洛法進(jìn)行測量SOC的不確定度評XX果的概率密度函數(shù)如圖所示：圖7SOC≥80%測試