2024電動土方機械用動力電池第1部分：安全要求

1要求目??次前??言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語和定義 1縮略語和符號 2安全要求 2試驗條件 3試驗準(zhǔn)備 5試驗方法 6附錄A（資料性）電池或系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) 21附錄B（規(guī)范性）電池或系統(tǒng)緣電阻試方法 23附錄C（規(guī)范性）熱失試驗 25附錄D（規(guī)范性）熱擴試驗 26I電動土方機械用動力電池第1部分：安全要求范圍本文件規(guī)定了電動土方機械用動力電池（以下簡稱電池）單體、電池包或系統(tǒng)的安全要求和試驗方法。本文件適用于電動土方機械用動力鋰離子電池，其他類型動力蓄電池可參照執(zhí)行。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T2423.4電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗Db交變濕熱（12h＋12h循環(huán)）GB/T2423.17電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗Ka：鹽霧GB/T2423.43電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法振動、沖擊和類似動力學(xué)試驗樣品的安裝GB/T2423.56電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗Fh：寬帶隨機振動和導(dǎo)則GB/T4208—2017外殼防護(hù)等級（IP代碼）GB/T19596電動汽車術(shù)語GB/T28046.4—2011 道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗第4部分：氣候負(fù)荷GB38031電動汽車用動力蓄電池安全要求術(shù)語和定義GB/T19596、GB38031界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1電動土方機械electricearth-movingmachinery;EEMM運行能量全部或部分由電能提供的土方機械。注1：電能來源于機載可充電儲能系統(tǒng)、燃料電池、發(fā)電機、外接線網(wǎng)或其他外部儲能裝置等。注2：運行能量指土方機械作業(yè)所需要的能量，包括能量的輸入、能量的輸出，以及中間的能量轉(zhuǎn)換過程。3.2電池單體secondarycell將化學(xué)能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的基本單元裝置。注：通常包括電極、隔膜、電解質(zhì)、外殼和端子，并被設(shè)計成可充電。13.3電池包batterypack具有從外部獲得電能并可對外輸出電能的單元。注：通常包括電池單體、電池管理模塊（不含BCU）、電池箱及相應(yīng)附件（冷卻部件、連接線纜等）。3.4電池系統(tǒng)batterysystem（存儲裝置?？s略語和符號縮略語下列縮略語適用于本文件。BCU：電池控制單元（batterycontrolunit）FS：滿量程（fullscale）PSD：功率譜密度（powerspectraldensity）RMS：均方根（rootmeansquare）SOC：荷電狀態(tài)（state-of-charge）符號下列符號適用于本文件。I1：1h率放電電流（A），其數(shù)值等于額定容量值。I3：3h率放電電流（A），其數(shù)值等于額定容量值的1/3。安全要求8.1.2進(jìn)行過放電試驗，應(yīng)不起火、不爆炸。8.1.3進(jìn)行過充電試驗，應(yīng)不起火、不爆炸。8.1.48.1.5進(jìn)行加熱試驗，應(yīng)不起火、不爆炸。8.1.68.1.7進(jìn)行擠壓試驗，應(yīng)不起火、不爆炸。8.1.8進(jìn)行熱失控試驗，應(yīng)不起火、不爆炸。28.2.1100Ω/V。8.2.2100Ω/V。8.2.3100Ω/V。8.2.48.2.530min之內(nèi)的絕緣電阻應(yīng)不小于100Ω/V。8.2.6進(jìn)行防護(hù)等級試驗，試驗后需滿足IP68要求，應(yīng)無泄漏、外殼破裂、100Ω/V。8.2.7進(jìn)行外部火燒試驗，應(yīng)不爆炸。8.2.8100Ω/V。8.2.9100Ω/V。8.2.10Ω/V。8.2.11100Ω/V。8.2.12100Ω/V。8.2.138.2.13100Ω/V。8.2.14100Ω/V。8.2.15100Ω/V。8.2.16試驗條件22℃±5℃10～90%86kPa～106Pa。8.15.1執(zhí)行。3A的安全工作限值。100/VB。（如尺寸或質(zhì)量）不適合進(jìn)行某些測試，那么制造商與檢測機象的子系統(tǒng)應(yīng)包含和整車要求相關(guān)的所有部分（。SOCn%1h，1I3T，T按照公式（1）SOC。SOC30min。T=100n3 （1）100式中：T——放電時間，單位為小時（h）；n——試驗?zāi)繕?biāo)值的百分?jǐn)?shù)值。電壓測量裝置：±0.5%FS；電流測量裝置：±0.5%FS；溫度測量裝置：±1℃；時間測量裝置：±0.1%FS；尺寸測量裝置：±0.1%FS；質(zhì)量測量裝置：±0.1%FS。測試過程誤差控制值（實際值）與目標(biāo)值之間的誤差要求如下：a) 電壓：±1%；b) 電流：±1%；c) 溫度：±2℃。4數(shù)據(jù)記錄與記錄間隔除另有說明外，測試數(shù)據(jù)（如時間、溫度、電流和電壓等）的記錄間隔應(yīng)不大于100s。試驗準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)充電1I31h的擱置時間1h（1h的擱置時間）。以制造商規(guī)定且不小于1I3轉(zhuǎn)恒壓充電，至充電電流降至0.05I1時停止充電，充電后擱置1h（或制造商提供的不大于1h的擱置時間）。預(yù)處理的狀態(tài)。步驟如下：7.1.1對電池單體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)充電；1I3的電流放電至制造商規(guī)定的放電截止條件；30min或制造商規(guī)定時間；a)~c)5次。3%理，預(yù)處理循環(huán)可以中止。工作狀態(tài)確認(rèn)正式開始測試前，電池包或系統(tǒng)的電子部件或BCU應(yīng)處于正常工作狀態(tài)。預(yù)處理激活和穩(wěn)定的狀態(tài)。步驟如下：1I330min或制造商規(guī)定的時間；1I3的電流放電至制造商規(guī)定的放電截止條件；30min或制造商規(guī)定的時間；a)~d)5次。53%成了預(yù)處理，預(yù)處理循環(huán)可以中止。241I330min或制造商規(guī)定的時間。試驗方法一般要求所有安全試驗均在有充分安全保護(hù)的環(huán)境條件下進(jìn)行。如果試驗對象有附加主動保護(hù)線路或裝置，應(yīng)除去。過放電試驗對象為電池單體。7.1.1方法充電。1I190min。1h。過充電試驗對象為電池單體。7.1.1方法充電。1I31.1115%SOC后，停止充電。1h。外部短路試驗對象為電池單體。7.1.1方法充電。10min5mΩ。1h。加熱試驗對象為電池單體。7.1.1方法充電。5℃/min130℃±2℃，并保持此30min后停止加熱。1h。6溫度循環(huán)試驗對象為電池單體。7.1.1方法充電。115次。1h。表1溫度循環(huán)試驗一個循環(huán)的溫度和時間溫度℃時間增量min累計時間min溫度變化率℃/min25000-40606013/12-40901500256021013/1285903002/385110410025704806/7圖1溫度循環(huán)試驗示意圖擠壓試驗對象為電池單體。7.1.1方法充電。按下列條件進(jìn)行試驗：相同；75mm（2所示）；2mm/s；70V15%100kN1000倍試驗對象重量后停止擠壓；10min。1h。圖2電池單體擠壓板示意圖熱失控電池單體按照附錄C進(jìn)行熱失控試驗。振動試驗對象為電池包或系統(tǒng)。試驗開始前，將試驗對象的SOCSOC50%。GB/T2423.43z軸隨機、z軸定頻、y軸隨機、y軸定頻、x軸隨機、x（xy軸方向選擇順序，以縮短轉(zhuǎn)換時間。測試過程參照GB/T2423.56。23進(jìn)行，34進(jìn)行45進(jìn)行。表2小型機車輛電池包或系統(tǒng)的振動測試條件隨機振動（每個方向測試時間為21h）頻率Hzz軸功率譜密度（PSD）g2/Hzy軸功率譜密度（PSD）g2/Hzx軸功率譜密度（PSD）g2/Hz50.050.040.0125100.06/0.03200.060.040.032000.00080.00080.00025均方根RMSz軸y軸x軸1.44g1.23g0.96g8圖3小型機車輛電池包或系統(tǒng)隨機振動測試曲線表3非小型機且不具有破碎工況車輛電池包或系統(tǒng)的振動測試條件隨機振動（每個方向測試時間為21h）頻率Hzz軸功率譜密度（PSD）g2/Hzy軸功率譜密度（PSD）g2/Hzx軸功率譜密度（PSD）g2/Hz50.0660.0530.0165100.079/0.04200.0790.0530.042000.0010.0010.00033均方根RMSz軸y軸x軸1.65g1.41g1.10g9圖4非小型機且不具有破碎工況車輛電池包或系統(tǒng)隨機振動測試曲線表4非小型機且具有破碎工況車輛電池包或系統(tǒng)的振動測試條件隨機振動（每個方向測試時間為21h）頻率Hzz（PSD）g2/Hz頻率Hzy軸功率譜密（PSD）g2/Hz頻率Hzx（PSD）g2/Hz50.110050.055050.030090.160090.0650100.0850100.1300180.0070140.0600130.0200300.0500200.0150170.0130600.0090320.0150240.00601020.0500600.0040410.01001150.01001000.0600530.00251650.01501150.0110950.03502000.06701800.01101200.0100\\2000.00701800.0180\\\\2000.05400\\\\均方根（RMS）z軸均方根（RMS）y軸均方根（RMS）x軸1.84g2.16g1.94g10圖5非小型機具有破碎工況車輛電池包或系統(tǒng)隨機振動測試曲線2h。機械沖擊試驗對象為電池包或系統(tǒng)。5規(guī)定的半正弦沖擊波，±z612次。66所示。5倍沖擊脈沖持續(xù)時間。2h。表5機械沖擊測試參數(shù)測試程序參數(shù)要求沖擊波形半正弦波測試方向±z加速度值，g7脈沖時間，ms6沖擊次數(shù)，次正負(fù)方向各611表6機械沖擊脈沖容差范圍點脈寬ms±z方向加速度值GA1.000.00B2.945.95C3.065.95D5.000.00E0.002.68F2.008.05G4.008.05H7.000.00圖6機械沖擊脈沖容差范圍示意圖模擬碰撞試驗對象為電池包或系統(tǒng)。GB/T2423.4377（xy軸方向（x/y/z）2h。表7模擬碰撞脈沖容差范圍點脈寬ms≤3.5t（整車整備質(zhì)量）3.5t～7.5t（整車整備質(zhì)量）≥7.5t（整車整備質(zhì)量）x方向加速度gy方向加速度gx方向加速度gy方向加速度gx方向加速度gy方向加速度gA20000000B502081056.65C652081056.65D10000000012E0104.552.542.5F50281517101210G80281517101210H120000000圖7模擬碰撞脈沖容差范圍示意圖擠壓試驗對象為電池包或系統(tǒng)。按下列條件進(jìn)行試驗：擠壓板形式：選擇以下兩種擠壓板中的一種：——擠壓板如圖8所示，半徑75mm的半圓柱體，半圓柱體的長度（L）大于試驗對象的高度，但不超過1m；——擠壓板如圖9所示，外廓尺寸為600mm×600mm或更小，三個半圓柱體半徑為75mm，半圓柱體間距30mm。y（xy軸方向2mm/s；100kN30%時停止擠壓；10min。2h。圖8擠壓板形式一示意圖13圖9擠壓板形式二示意圖濕熱循環(huán)試驗對象為電池包或系統(tǒng)。按照GB/T2423.4Db1060℃或更高溫度（如果制造商要求）5次。2h。14標(biāo)引序號說明：Y1——相對濕度，%；Y2——溫度，℃；X——時間，h；a——升溫結(jié)束；b——降溫開始；c——推薦溫濕度值；d——冷凝；e——干燥；f——一個循環(huán)周期。圖10溫濕度循環(huán)防護(hù)等級8.2.1振動試驗后的電池包或系統(tǒng)。GB/T4208—201714.2.7mm1000mm850mm的試驗對象，其最150mm24h5℃。2h。8.2.1振動試驗后的電池包或系統(tǒng)。GB/T4208—201713.4第二種方式所述方法和流程進(jìn)行試驗。2h。外部火燒0℃2.5km/h。152050cm8cm5011所示。4個階段：3m60s70s；60s60s12所示，也可以用耐火材料參考此尺寸制作；2h或試驗對象外表溫度降至45℃以下。圖11外部火燒示意圖標(biāo)引序號說明：耐火性：SK30；成分：30%~33%Al2O3；密度：1900kg/m3~2000kg/m3；有效孔面積：44.18%；開孔率：20%~22%體積比。圖12耐火隔板的尺寸和技術(shù)數(shù)據(jù)16溫度沖擊試驗對象為電池包或系統(tǒng)。（-40℃±2℃±21330min8h5次。圖13溫度沖擊試驗示意圖2h。鹽霧試驗對象為電池包或系統(tǒng)。8.2.9.2GB/T28046.4—20115.5.2GB/T2423.17的測試條件進(jìn)行試驗。鹽溶液采用氯化鈉（化學(xué)純、分析純）5%±1%（分?jǐn)?shù)）。35℃±2℃下測量pH6.5~7.2之間。1424h35℃±2℃下對試驗8h16h。30個循環(huán)。應(yīng)用場景存在嚴(yán)酷工況（）時應(yīng)對電池倉進(jìn)行密封處理。標(biāo)引序號說明：17t——時間，h；a——低壓上電監(jiān)控；b——連接線束完畢，不通電；c——打開（噴鹽霧）；d——關(guān)閉（停噴鹽霧）。圖14鹽霧試驗循環(huán)高海拔試驗對象為電池包或系統(tǒng)。4000m4000m的氣壓條件。4000m5500m的氣壓條件。8.2.10.25h。8.2.10.21I3的電流放電至制造商規(guī)定的放電截止條件。2h。過溫保護(hù)試驗對象為電池系統(tǒng)。20℃±10℃（如果電池系統(tǒng)制造商要求a)b)（如適用）8.2.11.3的規(guī)定升高。定的最高工作溫度。試驗對象自動終止或限制充電或放電；試驗對象發(fā)出終止或限制充電或放電的信號；2h4℃。1h。過流保護(hù)試驗條件如下：2010的環(huán)境溫度下進(jìn)行；18按照電池系統(tǒng)制造商推薦的正常操作（）SOC（假設(shè)外部直流供電設(shè)備的故障（正常范圍內(nèi)）。過電流水平；流。然后，將電流在5s內(nèi)從最高正常充電電流增加到8.2.12.2中c）所述的過電流水平，并繼續(xù)進(jìn)行充電。試驗對象自動終止充電電流；試驗對象發(fā)出終止充電電流的信號；試驗對象的溫度穩(wěn)定，溫度變化在2h內(nèi)小于4℃。1h。外部短路保護(hù)試驗對象為電池系統(tǒng)。試驗條件如下：試驗應(yīng)在20℃±10℃的環(huán)境溫度或更高溫度（）下進(jìn)行；外部短路過程：a）在開始試驗時，用于充電和放電的相關(guān)主要接觸器都應(yīng)閉合（如電池系統(tǒng)回路中包含相關(guān)繼電器），來表示可行車模式以及允許外部充電的模式。如果這不能在單次試驗中完成，則應(yīng)進(jìn)行兩次或更多次試驗；b)5mΩ。試驗對象的保護(hù)功能起作用，并終止短路電流；試驗對象外殼溫度穩(wěn)定（溫度變化在2h內(nèi)小于4℃）后，繼續(xù)短路至少1h。1h。過充電保護(hù)試驗對象為電池系統(tǒng)。試驗條件如下：20℃±10℃的環(huán)境溫度或更高溫度（下進(jìn)行；（如使用外部充放電設(shè)備調(diào)整試驗對象的SOC用于充電的所有相關(guān)的主要接觸器都應(yīng)閉合（如電池系統(tǒng)回路中包含相關(guān)繼電器）。19充電過程如下：試驗對象自動終止充電電流；試驗對象發(fā)出終止充電電流的信號；8.2.14.410℃的溫度值；1012h。1h。過放電保護(hù)試驗對象為電池系統(tǒng)。試驗條件如下：20℃±10℃的環(huán)境溫度或更高溫度（下進(jìn)行；（調(diào)整試驗對象的SOC用于放電的所有相關(guān)的主要接觸器都應(yīng)閉合（）。放電過程如下：外部放電設(shè)備應(yīng)連接到試驗對象的主端子；試驗對象自動終止放電電流；試驗對象發(fā)出終止放電電流的信號；8.2.15.4a）25%為止；2h4。1h。熱擴散電池包或系統(tǒng)按照附錄C進(jìn)行熱擴散試驗。20附錄A（資料性）電池包或系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)電池包接口（如冷卻、高壓、輔助低壓和通信等）。圖A.1是一個電池包的典型結(jié)構(gòu)。標(biāo)引符號說明：In——冷卻介質(zhì)進(jìn)口；Out——冷卻介質(zhì)出口。圖A.1電池包典型結(jié)構(gòu)（器池系統(tǒng)，分別如圖A.2和圖A.3所示。21標(biāo)引序號說明：In——冷卻介質(zhì)進(jìn)口；Out——冷卻介質(zhì)出口。圖A.2含集成電池控制單元的電池系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)標(biāo)引序號說明：In——冷卻介質(zhì)進(jìn)口；Out——冷卻介質(zhì)出口。圖A.3外置集成電池控制單元的電池系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)22附錄B（規(guī)范性）電池包或系統(tǒng)絕緣電阻測試方法目的明確電池包或系統(tǒng)的絕緣電阻測試方法。22℃±515%~90%。電壓檢測工具的內(nèi)阻不小于10MΩ生影響，則應(yīng)將絕緣監(jiān)測功能關(guān)閉或者將絕緣電阻監(jiān)測單元從B級電壓電路中斷開，以免影響測量值，否則制造商可選擇是否關(guān)閉絕緣監(jiān)測功能或者將絕緣監(jiān)測單元從B級電壓電路中斷開。方法1用相同的兩個電壓檢測工具同時測量電池包或系統(tǒng)的兩個端子和電平臺之間的電壓,如圖B.1中所示。待讀數(shù)穩(wěn)定，較高的一個為U1，較低的一個為U1`。注：電池包或系統(tǒng)的電平臺可以是其與整車電平臺連接的可導(dǎo)電外殼。UU1`電平臺測試對象UU1電平臺圖B.11添加一個已知電阻R0，阻值推薦1MΩ。如圖B.2中所示并聯(lián)在電池包或系統(tǒng)的U1側(cè)端子與電平臺之間。再用B.3.1.2待讀數(shù)穩(wěn)定，測量值為U2和U2`。23UU`2臺電平測試對象UR0U2電平臺圖B.22計算絕緣電阻Ri，方法如下：RiR0U1U1`U2U2`（B.1）（B.2）來計算。Rr

U' U'0i =R0

21 （B.1）Ri+r

U2 U1Ri=

1U

11U'1

·········································（B.2）21U2 U1方法2使電池包或系統(tǒng)處于接通的狀態(tài)。注：電池包或系統(tǒng)的電平臺可以是其與整車電平臺連接的可導(dǎo)電外殼。1.5倍或50030。24附錄C（規(guī)范性）熱失控試驗試驗對象為電池單體或最小管理單元。注：最小管理單元為電池管理系統(tǒng)可以監(jiān)控的最小蓄電池單元。見表C.1C.11±2的直徑應(yīng)小于1mm。表C.1試驗對象電能E（Wh）加熱裝置最大功率（W）E<10030～300100≤E<400300～1000400≤E<800300～2000E≥800>600將試驗對象充電到100SOC后，再對試驗對象用1C電流繼續(xù)充電12min并以其最大功率對試驗對象進(jìn)行持續(xù)加熱，當(dāng)發(fā)生熱失控或者C.2.1定義的監(jiān)測點溫度達(dá)到300停止觸發(fā)，關(guān)閉加熱裝置。熱失控判定25%；監(jiān)測點的溫升速率dT/dt≥1℃/s，且持續(xù)3s以上。當(dāng)a)和c)或者b)和c)發(fā)生時，判定發(fā)生熱失控。加熱過程中及加熱結(jié)束1內(nèi)，如果發(fā)生起火、爆炸現(xiàn)象，則試驗終止。硬殼及軟包電池 b)圓柱形電池-I c)圓柱形電池-II圖C.125附錄D（規(guī)范性）熱擴散試驗?zāi)康碾姵匕蛳到y(tǒng)發(fā)生單個電池?zé)崾Э睾髴?yīng)提供一個熱失控報警信號并應(yīng)無起火或爆炸現(xiàn)象。（SOC（通常明顯區(qū)別于制造商規(guī)定的工作狀態(tài)。的功能或特性。制造商應(yīng)提供D.3.2~D.3.5中說明電池包或系統(tǒng)安全性文件。（例如：GB/T34590ISO26262GB/T20438IEC61508中的故障分析或類似的方法。發(fā)的熱擴散所引起的危害影響的系統(tǒng)和組件。分：對其操作策略的描述。實現(xiàn)功能的物理系統(tǒng)或組件的標(biāo)識。試驗時間、地點及產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)；D.5（部煙、火、爆炸等）的照片、數(shù)據(jù)和時間等。26保護(hù)分析與驗證報告應(yīng)包含表D.1所列3項報告，其中第1項和第2項為制造商提供，第3項由檢測機構(gòu)出具。注：D.3.5d)與D.4所述的驗證試驗可為在相同檢測機構(gòu)進(jìn)行的同一試驗。表D.1熱擴散乘員保護(hù)分析與驗證報告詳細(xì)內(nèi)容編號報告名稱對應(yīng)章節(jié)1制造商定義的熱失控報警信號說明D.2.1、D.2.22說明電池包或系統(tǒng)安全性技術(shù)文件D.3.2、D.3.3、D.3.4、D.3.53檢測機構(gòu)依據(jù)制造商提供的技術(shù)文書、試驗程序進(jìn)行結(jié)果驗證的檢測報告D.4試驗對象試驗對象為電池包或系統(tǒng)。試驗條件試驗應(yīng)在以下條件進(jìn)行：本試驗在溫度0以上，相對濕度10%～90%，大氣壓力86kPa～106kPa的環(huán)境中進(jìn)行；SOCSOC調(diào)至不低于制造商規(guī)定的正常SOC工作范圍的95%系統(tǒng)，SOC調(diào)至不低于制造商工作范圍的90%；電，需在試驗開始前確認(rèn)試驗對象的SOC滿足要求；試驗開始前，所有的試驗裝置正常運行；試驗在室內(nèi)環(huán)境或者風(fēng)速不大于2.5km/h的環(huán)境下進(jìn)行。試驗方法推薦D.6.3.3、D.6.3.4、D.6.3.5作為熱擴散試驗的可選方法，制造商可以選擇其中一種方法，也可自行選擇其他方法來觸發(fā)熱失控。體包圍的電池單體。完成以上試驗后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。推薦的針刺觸發(fā)熱失控方法如下：刺針材料：鋼；刺針直徑：3mm~8mm；針尖形狀：圓錐形，角度為20°~60°；針刺速度：0.1mm/s~10mm/s；27（。D.5.3.5中規(guī)定的溫度傳感器的位置相對應(yīng)；對觸發(fā)對象進(jìn)行加熱，加熱裝置的功率建議參照表D.2；當(dāng)發(fā)生熱失控或發(fā)出熱失控報警信號或者D6.3.5定義的監(jiān)測點溫度達(dá)到300℃后，停止觸發(fā)。表D.2加熱裝置功率選擇觸發(fā)對象電