軌道交通 機車車輛 輔助供電系統(tǒng)蓄電池 第5部分：鋰離子電池 征求意見稿

1GB/TXXXXX.5—XXXX軌道交通機車車輛輔助供電系統(tǒng)蓄電池第5部分：鋰離子電池本文件規(guī)定了軌道交通機車車輛輔助供電系統(tǒng)鋰離子電池的一般要求、機械要求、電氣接口、標志、運輸、儲存和試驗。本文件適用于機車車輛輔助供電系統(tǒng)中使用的鋰離子電池（以下簡稱為電池）。本文件規(guī)定了鋰離子電池、充電機和電池管理系統(tǒng)之間的接口要求。鋰離子電池主要用于輔助供電系統(tǒng)，也可用于其他情況：——臨時牽引，如車輛段調車或救援、緊急模式（如停在第三軌間隙）；——減小主電源峰值功率；——減少發(fā)動機啟停。若鋰離子電池標稱電壓超過GB/TXXXXX.1—XXXX中表1的規(guī)定，GB/TYYYYY可適用于該電池。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2900.41電工術語原電池和蓄電池（GB/T2900.41—2008，IEC60050(482):2003，IDT）GB/T21413.1—2018軌道交通機車車輛電氣設備第1部分：一般使用條件和通用規(guī)則（IEC60077-1:2017，MOD）注：GB/T21413.1—2018被引用的內容與IEC60077-1:2017引用的內容沒有技術上的差異。GB21966鋰原電池和蓄電池在運輸中的安全要求GB/T32347.1軌道交通設備環(huán)境條件第1部分：機車車輛設備（GB/T32347.1—2015，IEC62498-1:2010，MOD）GB/T31523.1安全信息識別系統(tǒng)第1部分：標志（GB/T31523.1—2015，ISO7010:2011，MOD）GB/TYYYYY—XXXX軌道交通機車車輛車載牽引鋰離子電池（IEC62928:2017，MOD）GB/TXXXXX.1—XXXX軌道交通機車車輛輔助供電系統(tǒng)蓄電池第1部分：通用要求（IEC62973-1:2018，MOD）IEC62619含堿性或其它非酸性電解質的二次電池和電池—工業(yè)用二次鋰電池和電池的安全要求（Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectrolytes—Safetyrequirementsforsecondarylithiumcellsandbatteries，foruseinindustrialapplications）IEC62620:2014含堿性或其它非酸性電解液的二次電池和電池—工業(yè)用二次鋰電池和電池（Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectrolytes—Secondarylithiumcellsandbatteriesforuseinindustrialapplications）3術語和定義、縮略語2GB/TXXXXX.5—XXXX3.1術語和定義GB/T2900.41和GB/TXXXXX.1—XXXX界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1.1單體電池cell鋰蓄電池secondarylithiumcell電能來源于鋰離子的嵌入/脫出反應或鋰在負極和正極之間的氧化/還原反應的蓄電池。沒有安裝最終的外殼、端子和電子控制裝置，[來源：IEC62620:2014，3.6]3.1.2電池模塊cellblock由單體電池并聯(lián)組成，不包含保護裝置(如熔斷器或正溫度系數(shù)裝置)和監(jiān)控電路。[來源：IEC62620:2014，3.7，有修改]3.1.3電池包/電池模組batterypack/module由一個或多個單體電池構成具有電氣連接的儲能裝置。[來源：GB/TYYYYY—XXXX，3.9]3.1.4額定容量ratedcapacity在規(guī)定條件下測得的并由制造商聲明的單體電池或電池系統(tǒng)的容量值。注：額定容量是制造商聲明的電量CAh（安時），在IEC62620:2014中6.3.1規(guī)定的條件下充電、靜置和放電時，[來源：IEC62620:2014，3.5，有修改]3.1.5電池系統(tǒng)batterysystem包含一個或多個單體電池、電池包/電池模組的系統(tǒng)。注：包括電池管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)，以及接觸器、斷開器、熔斷器等斷開和/或隔離裝置，見GB/TYYYYY—XXXX[來源：GB/TYYYYY—XXXX，3.11]3.1.6電池管理系統(tǒng)batterymanagementsystem與電池包/電池模組相關聯(lián)，主要功能為監(jiān)測和/或管理電池狀態(tài)、斷開和隔離電池包/電池模組、進行數(shù)據計算、與外部數(shù)據通信和/或進行環(huán)境控制，以影響電池的安全性、性能和/或使用壽命的系統(tǒng)。[來源：IEC62620:2014，3.11，有修改]3.1.73GB/TXXXXX.5—XXXX電池熱管理系統(tǒng)batterythermalmanagementsystem與電池包/電池模組相關聯(lián)的系統(tǒng)，其主要功能包括監(jiān)測和/或管理電池包/電池模組的熱行為，以確保電池包/電池模組的溫度維持在集成商和電池系統(tǒng)制造商確定的負載曲線預期范圍內的系統(tǒng)。[來源：GB/TYYYYY—XXXX，3.29，有修改]3.1.8應急模式emergencymode主電源故障時機車車輛的操作模式。3.1.9特殊使用情況exceptionalusecase超過負載配置文件的最惡劣情況。3.2縮略語下列縮略語適用于本文件。APU：輔助供電單元（AuxiliaryPowerUnit）BMS：電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem）BTMS：電池熱管理系統(tǒng)（BatteryThermalManagementSystem）DOD：放電深度（DepthofDischarge）LRU：現(xiàn)場可更換單元（LineReplaceableUnit）LVPS：低壓供電系統(tǒng)（LowVoltagePowerSystem）SOC：荷電狀態(tài)（StateofCharge）4一般要求4.1整車供電系統(tǒng)中輔助電池系統(tǒng)集成整車供電系統(tǒng)中輔助電池系統(tǒng)的典型集成見圖1。4GB/TXXXXX.5—XXXX圖1整車供電系統(tǒng)中輔助電池系統(tǒng)的典型集成4.2電池系統(tǒng)的構成電池系統(tǒng)的構成示例見圖2，包含單體電池、電池包/電池模組、BMS、隔離裝置、電池托盤和電池箱體。電池系統(tǒng)可不包含上述所有部件，如電池包/電池模組可安裝在沒有托盤的電池箱體中。5GB/TXXXXX.5—XXXX圖2電池系統(tǒng)構成示例4.3電池類型4.3.1總則未經電池系統(tǒng)制造商和電池制造商的確認，不應將不同類型的單體電池在同一電池系統(tǒng)中混用。4.3.2單體電池和電池系統(tǒng)的名稱單體電池可以下列形式命名：A1A2A3N2/N3/N4/A4/TLTH/NC電池包/電池模組和電池系統(tǒng)宜以下列形式命名：A1A2A3N2/N3/N4[S1]A4/TLTH/NC單體電池、電池包/電池模組和電池系統(tǒng)也可采用GB/T34014—2017規(guī)定的命名方式。4.4環(huán)境條件6GB/TXXXXX.5—XXXX4.4.1電池系統(tǒng)電池應確保預期工況和特殊工況下的安全性、使用壽命、充放電性能。電池不應在規(guī)定的環(huán)境條件之外工作。在GB/T32347.1中描述的環(huán)境條件下，電池箱體中的單體電池或電池包/電池模組在使用期間應具有保護措施。在運輸過程中，應滿足GB21966的要求。特殊環(huán)境條件由供需雙方協(xié)商確定。4.4.2電池包/電池模組集成BTMS的電池包/電池模組應能在-25℃~+40℃的環(huán)境溫度下正常工作。單體電池應能在IEC62619規(guī)定的環(huán)境溫度下正常工作。特殊環(huán)境條件由供需雙方協(xié)商確定。4.5系統(tǒng)要求4.5.1系統(tǒng)電壓應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中4.4.1的規(guī)定。電池的標稱電壓與放電電壓不同，單體電池在不同恒定電流下的放電曲線示例見圖3。放電電流表示為ItA的倍數(shù)，其中ItA等于C5Ah/1h，C5為5h放電率的容量。 0.2I或I倍率放電電流； 1I或5I倍率放電電流； 圖3單體電池在不同恒定電流下的放電曲線示例電池先以恒流充電到電池制造商規(guī)定的電壓，然后進行恒壓充電，充電曲線示例見圖4。充電曲線取決于電池類型或電池設計，應由電池制造商提供。7GB/TXXXXX.5—XXXX注：正向電流代表充電工況，這與GB/T圖4充電曲線示例4.5.2充電要求充電特性要求應符合表1的規(guī)定。充電機接口見6.1。表1充電特性要求應配置控制裝置，以防止過充電（每個單體電池的）充電電流誤差（允差）指恒流階段穩(wěn)態(tài)條件下充充電電壓誤差（允差）指恒壓階段穩(wěn)態(tài)條件下充來自電池或模塊上溫度傳感器的信號傳送到BMS，充電機應4.5.3放電要求4.5.3.1總則見GB/TXXXXX.1—XXXX中4.4.3.1。若電池某些具體要求與GB/TXXXXX.1—XXXX不同，則應按照本文件的要求執(zhí)行。4.5.3.2負載供電應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中4.4.3.2的規(guī)定。應定義應急模式下的負載曲線。4.5.3.3直接連接的負載供電8GB/TXXXXX.5—XXXX應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中4.4.3.3的規(guī)定。當電池放電至低于電池制造商規(guī)定的電壓時，不應進一步使用。4.5.3.4高低溫性能應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中4.4.3.4的規(guī)定。4.5.4荷電保持（自放電）在機車車輛調試之前和/或之后，可能發(fā)生長時間的儲存或運輸。電池系統(tǒng)應能滿足調試和運行需由于自放電，單體電池荷電保持能力應符合IEC62620:2014中6.4的規(guī)定。其他組件（如BMS的均衡電路）會增加電池系統(tǒng)的自放電率。4.5.5電池容量要求見GB/TXXXXX.1—XXXX中4.4.5。電池容量選型及參數(shù)應由相關職責方按規(guī)定提供，具體要求見表2。表2電池容量選型涉及的參數(shù)和職責方在指定的持續(xù)時間內負載曲線情況，單單體電池的充電電壓與電池數(shù)量的乘年平均工作溫度約為20℃時，電池比電池壽命開始和壽命結束時的直流內4.6安全防護要求4.6.1總則單體電池的安全要求見IEC62619，電池系統(tǒng)的安全要求見GB/TYYYYY—XXXX中第9章。宜在系統(tǒng)級別進行危害分析。BMS的要求見4.10。如有要求，可提供用于安全保護的手動和/或自動隔離開關。4.6.2電池深度放電9GB/TXXXXX.5—XXXX應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中4.5.2的規(guī)定。電池在極性反轉或過放電后再進行充電時，可能會導致性能老化并引發(fā)危險，如噴爆、濃煙或起火（取決于電池單體、電池包/電池模組和電池系統(tǒng)的設計）。應急情況下，可允許電池放電至電壓下限值以下。4.6.3溫度相關的充電參數(shù)根據單體電池、電池包/電池模組和電池系統(tǒng)的設計，不同溫度下的充電參數(shù)不同，應按照電池制造商提供的充電參數(shù)進行充電。4.6.4電池系統(tǒng)的特殊使用情況在特殊使用情況下，如為了保障乘客安全，電池系統(tǒng)放電可能會超過單體電池或電池系統(tǒng)的正常工作范圍限制，特殊使用情況放電后，電池系統(tǒng)不應再重復使用。4.7防火應滿足GB/TXXXXX.1—202X中4.6的要求。鋰離子電池應進行防火安全設計，可采取以下防護措施：a)將電池系統(tǒng)封閉在金屬容器中；b)使用煙霧探測器和/或火災探測器；c)使用排煙設備。4.8維護為了保障電池安全和性能，應遵循電池系統(tǒng)制造商提供的維護說明?？刹扇∫韵戮S護方式：b)核查電池數(shù)據；c)長期存放時定期充電。4.9充電特性充電特性應符合電池正常工作條件的SOC范圍。根據單體電池、電池包/電池模組和電池系統(tǒng)的設計，不同溫度下的充電方法和充電上限值可能不電池充電特性取決于電池技術和/或電池設計。4.10BMSBMS應具有GB/TYYYYY—XXXX中5.3規(guī)定的功能。BMS應在運行期間保持電池均衡，如在運行時間內或在電池系統(tǒng)停機后。對于特殊使用情況，見4.6.4。5機械要求5.1概述電池系統(tǒng)可包括單體電池、電池包/電池模組、托盤和電池箱體，見圖2。電池系統(tǒng)機械設計主要有三個方面：GB/TXXXXX.5—XXXX——機械接口（電池托盤到電池箱體之間，以及電池箱體和車輛之間——電池的接近方式；——電池系統(tǒng)在車輛上的位置。5.2機械接口5.2.1概述電池包/電池模組和托盤與電池箱體的機械接口，有以下三種基本方式：——固定式；——滾輪式；——滑軌式。電池箱體與車輛之間的接口通常采用螺栓連接。5.2.2固定式應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中5.2.2的規(guī)定。5.2.3滾輪式應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中5.2.3的規(guī)定。5.2.4滑軌式應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中5.2.4的規(guī)定。5.3安裝位置應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中5.3的規(guī)定。為了確保電池的使用壽命和安全，不應將電池放置在過冷和過熱的位置。5.4電池的接近方式應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中5.4的規(guī)定。5.5電池箱體通風鋰離子電池是密封的，在正常充放電過程中通常不產生氣體，無須配備專門的通風系統(tǒng)。根據電池、電池包/電池模組、電池系統(tǒng)的設計和運行條件，可能需配置風冷系統(tǒng)。若BMS和電子設備防護等級受限，則不應使用風冷系統(tǒng)。為了防止密封的電池箱發(fā)生意外產生氣體或爆炸，應設置壓力釋放閥、安全爆破片或其他等效裝置。6電氣接口6.1總則6.1.1概述電池系統(tǒng)的電氣接口示例見圖5。GB/TXXXXX.5—XXXX圖5電池系統(tǒng)的電氣接口示例6.1.2外接供電電氣接口（可選）在外接供電情況下，電池系統(tǒng)的電氣接口示例見圖6。GB/TXXXXX.5—XXXX圖6外接供電的輔助電池系統(tǒng)的接口示意圖單體電池和電池包/電池模組的串并聯(lián)配置可根據設計的需要確定，見GB/TYYYYY—XXXX中第5章、附錄B。6.2控制與通信宜考慮與APU、LVPS和整車控制系統(tǒng)的接口。6.3維護電池系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的設計應易于維護，如熔斷器、手動開關、電路板和接觸器宜無需特殊工具即可更換。GB/TXXXXX.5—XXXX電池系統(tǒng)新舊組件的混裝應經過制造商的確認。舊電池的翻新應經過原始電池系統(tǒng)制造商的確認。6.4外部電氣連接接口根據電池的結構和要求不同，外部電氣連接接口可采用不同的設計。7標志7.1安全標志7.1.1電池箱體外部按照GB/T31523.1的要求，電池箱體外部應至少設置以下安全標志。——警告標志：.5-13當心觸電；.5-21當心電池充電。——禁止標志：.4-02禁止吸煙；.4-03禁止煙火?？稍黾悠渌踩珮酥?，如電池系統(tǒng)安裝在車頂上，宜增加“禁止踩踏”標志。7.1.2箱體內的托盤、組合框或其他位置按照GB/T31523.1的要求，電池箱體內應設置以下安全標志?！鏄酥荆?5-02當心爆炸；.5-13當心觸電；.5-21當心電池充電?！箻酥荆?4-02禁止吸煙；.4-03禁止煙火?！噶顦酥荆?3-03必須戴防護眼鏡；.3-11必須戴防護手套；.3-15必須穿防護服；.3-23必須查閱操作手冊。7.1.3單體電池或電池包/電池模組單體電池或電池包/電池模組上的標志應符合IEC62620:2014中5.1的規(guī)定。注：單體電池和電池包/電池模組的名稱見4.3.2。7.2銘牌7.2.1電池箱體應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中7.2.1的規(guī)定。7.2.2電池箱內托盤或者其他位置的銘牌GB/TXXXXX.5—XXXX電池箱內托盤或者其他位置的銘牌應符合IEC62620:2014的規(guī)定。如有多個托盤，應在托盤或用戶手冊中標明序號和位置。7.2.3單體電池或電池包/電池模組單體電池或電池包/電池模組的信息應符合IEC62620:2014中5.1的規(guī)定。注：單體電池和電池包/電池模組的名稱見4.3.2。7.3附加信息制造商應隨產品提供用戶手冊，并至少包含以下信息：——電池運輸和儲存方法；——運輸后、儲存后、裝車前的適當操作；——長期儲存的額外維護設備、軟件、程序等；——電池深度放電條件；——維護說明；——電池充電參數(shù)（見4.9）。8運輸和儲存8.1運輸應符合GB/TXXXXX.1—XXXX中8.1和GB/TYYYYY—XXXX中14.1的規(guī)定。8.2儲存電池儲存條件應符合GB/TXXXXX.1—XXXX的規(guī)定。儲存條件下，電池包/電池模組應與外部電路斷開連接(如充電器、負載等)，并以不低于30%的SOC進行存儲。當長時間存放電池時，應根據用戶手冊對電池進行定期充電。儲存的SOC應由制造商推薦（見7.3）。為防止電池因化學反應而退化，應定期測量電壓，當電壓下降到低于電池制造商提供的電壓時（見7.3）應再次充電。9試驗9.1總則制造商應聲明試驗單元。如果完整的電池系統(tǒng)被分成更小的電池系統(tǒng)單元，并且針對更小電池系統(tǒng)單元的測試結果可代表整個電池系統(tǒng)，則可采用組成系統(tǒng)的較小單元作為測試對象進行試驗。試驗分為型式檢驗和出廠檢驗。型式檢驗項目和出廠檢驗項目應符合表3的規(guī)定。GB/TXXXXX.5—XXXX表3檢驗項目表檢驗項目測試對象技術要求對應的條款試驗方法對應的條款型式檢驗出廠檢驗電氣試驗能試驗25℃放電性能9.3.29.3.2低溫放電性能C—9.3.29.3.2高倍率放電性能C—9.3.29.3.2荷電保持和容量恢復C 4.5.4、9.3.29.3.2交流內阻C 9.3.29.3.2直流內阻B9.3.29.3.2介電試驗BB9.3.39.3.3自放電試驗B—4.5.59.3.4均衡試驗B 4.109.3.5負載供電試驗B—4.5.3.29.3.7循環(huán)壽命試驗C—9.3.89.3.8BMS試驗B—4.109.3.9機械試驗外觀檢查BB9.3.69.3.6質量測量B 9.3.69.3.6沖擊和振動試驗B—9.3.69.3.6防護等級試驗B—9.3.69.3.6產品安全試驗外部短路試驗C—9.3.10.29.3.10.2沖擊試驗C—9.3.10.29.3.10.2跌落試驗 9.3.10.29.3.10.2熱濫用試驗C—9.3.10.29.3.10.2過充試驗C—9.3.10.29.3.10.2強制放電試驗C—9.3.10.29.3.10.2內短路試驗C—9.3.10.29.3.10.2熱擴散試驗B 9.3.10.29.3.10.2溫度沖擊試驗C—9.3.10.29.3.10.2功能安全試驗電壓過充控制B—9.3.10.39.3.10.3電流過充控制B—9.3.10.39.3.10.3過熱控制B—9.3.10.39.3.10.3機車車輛特殊試驗安全標志B—7.29.3.10.4路試驗組合試驗B—9.3.10.49.3.10.4組件試驗—9.3.10.49.3.10.4隔離系統(tǒng)試驗B—9.3.10.49.3.10.4防火試驗B—4.79.3.10.4電磁兼容試驗B 9.3.10.49.3.10.4注1：測試對象列中，C表示單體電池，B表示電池系統(tǒng)。注2：按照IEC62620:2014的規(guī)定進行單體電池試驗。對于具有高功率充放電性能要求的應用，該試驗是強制性的。電池系統(tǒng)組件（如電池包/電池模組、電池箱）的尺寸應根據所提供的計量單位進行測量。該試驗是可選的。GB/TXXXXX.5—XXXX9.2參數(shù)測量誤差誤差來源包括測量儀器、測量方法以及試驗過程中的所有誤差源。本文件中的試驗測量儀器設備的精度應滿足IEC62620:2014中第4章的要求：檢驗報告中應提供所用儀器的詳細信息。9.3型式檢驗和出廠檢驗9.3.1總則型式檢驗應按照9.1的規(guī)定進行，用以驗證電池系統(tǒng)的設計性能。出廠檢驗應按照9.1的規(guī)定進行，用以驗證每個系統(tǒng)是否組裝正確，所有組件和系統(tǒng)是否正常安全地運行。如對所有單體電池或所有電池包/電池模組進行了25℃放電性能的出廠檢驗，不必在不同的級別重復進行相同試驗。9.3.2電氣性能試驗單體電池和電池系統(tǒng)的電氣性能試驗應按照IEC62620:2014的規(guī)定進行。試驗項目包括：a)25℃放電性能(額定容量驗證)；b)低溫放電性能(低溫容量)；c)高倍率放電性能；d)荷電保持與容量恢復；e)交流內阻；f)直流內阻。除完成IEC62620:2014規(guī)定的常溫荷電保持與容量恢復試驗外，還應按照GB/TYYYYY—XXXX中15.2.1的規(guī)定進行高溫荷電保持與容量恢復試驗直流內阻的試驗可使用與IEC62620:2014規(guī)定的不同的電流和/或持續(xù)時間進行。9.3.3介電試驗按GB/T21413.1—2018中附錄C的規(guī)定進行。9.3.4自放電試驗按GB/TYYYYY—XXXX中15.2.6的規(guī)定進行。9.3.5均衡試驗按GB/T