电动汽车用锂离子蓄电池系统安全规范Word下载.docx
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6.1安全防护设计主要措施18
6.2工程方法24
7.锂离子蓄电池安装操作规范25
7.1蓄电池连接与安装基本要求25
7.2蓄电池安装前的准备工作26
7.3蓄电池安装操作规程26
8.电动汽车动力锂离子蓄电池系统安全性检验27
8.1检验分类27
8.2入库检验27
8.3出厂检验27
8.4型式检验28
9标识、标志、运输、储存29
9.1标识29
9.2标志29
9.3运输30
9.4储存30
前言
本规范按照GB/T1.1-2009给出的规则进行起草。
本规范依据是QC/T743-2006《电动车用锂离子蓄电池》和2015新版GB/T国家标准GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》、GB/T31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:
安全性要求与测试方法》和GB/T18384-2015《电动汽车安全要求》。
本规范部分条款通过使用国家标准代号加条款号的格式对上述文件中的部分条款进行直接引用,阅读本规范时,请参照相应条款。
上述文件中如有变化,本规范相应条款也应作相应变更。
本规范由江苏海四达电源股份有限公司工程中心研究三室负责起草。
纯电动汽车锂离子蓄电池系统安全规范
1.范围
本规范规定了电动汽车用锂离动力蓄电池以及蓄电池包和系统的安全性要求以及蓄电池系统从安全防护设计、操作安装到贮存运输等的安全注意事项。
本规范适用于本公司生产的磷酸铁锂和三元材料为正极材料的电动汽车用锂离子蓄电池系统。
2.引用文件
下列文件中的有关条款通过引用而成为本规范的条款。
凡注日期或版次的引用文件,其后的任何修改单(不包括勘误内容)或修订版本都不适用于本规范。
凡不注日期或版次的引用文件,其最新版本使用于本规范。
GB/T18384-2015电动汽车安全要求
GB/T18384.3-2001电动汽车安全要求第3部分人员触电防护
GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法
GB/T20846.1-2015道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第1部分:
一般规定
GB/T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:
安全性要求与测试方法
GB/T19666-2005阻燃和耐火电线电缆通则
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
GB/T20234-2006电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求
GB/T16935-2008低压系统内设备的绝缘配合[IEC60664(所有部分)]
GB/T19596-2004电动汽车术语
GB2893-2008安全色
GB4208-2008外壳防护等级(IP代码)
GB2894-2008安全标志及其使用导则
GB4943.1-2011信息技术设备安全第1部分:
通用要求
QC/T989-2014电动汽车用蓄电池箱通用要求
QC/T743-2006电动汽车用锂离子蓄电池
QC/T417.1,3,4-2001车用电线束插接器GB/T20234.3-2011电动汽车传导充电用连接装置第2部分:
交流充电接口
QC/T413-2002汽车电器设备基本技术条件。
QC/T897-2011电动车电池管理系统技术条件
YD/T2344.2-2011通信用磷酸铁锂电池组第1部分:
集成式电池组
3.术语与定义
3.1单体蓄电池secondarycell
直接将化学能转化为电能的基本单元装置,包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子,并被设计成可充电。
3.2蓄电池模块batterycell
将一个以上单体蓄电池按照串联、并联方式组合,且只有一对正负极输出端子,并作为电源使用的组合体。
3.3蓄电池包batterypack
通常包括蓄电池模块、蓄电池管理模块(不包含BCU),蓄电池箱以及相应附件,具有从外部获得电能并对外输出电能的单元。
3.4蓄电池系统batterysystem
一个或一个以上蓄电池包及相应附件(管理系统、高压电路、低压电路、热管理设备以及机械总成等)构成的能量存储装置。
3.5动力蓄电池箱tractionbatteryenclosure
用于承装蓄电池组、蓄电池管理模块以及相应的辅助元器件的机械结构,简称蓄电池箱。
3.6蓄电池电子部件batteryelectronics
采集或者同时检测蓄电池单体或模块的电和热数据的电子装置,必要时可以包括用于蓄电池单体均衡的电子部件。
注:
蓄电池电子部件可以包括单体控制器。
单体电池间的均衡可以由蓄电池电子部件控制,或者通过蓄电池控制单元控制。
3.7蓄电池电子单元batterycontrolunit;
BCU
控制、管理、检测或计算蓄电池系统的电和热相关的参数,并提供蓄电池系统和其他车辆控制器通讯的电子装置。
3.8蓄电池管理系统batterymanagementsystem(BMS)
连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带,其主要功能包括电池物理参数实时检测;
电池状态估计;
在线诊断与预警;
充、放电与预充控制;
均衡管理与热管理等。
3.9基本防护basicprotection
无故障情况下防止带电部分直接接触。
3.10B级电压电路
最大工作电压60<U≤1500(直流)或30<U≤1000(交流)的电力组件或电路。
3.11遮拦barrier
能够在任何通常进入方向上防止直接接触的部件。
3.12外壳enclosure
用来防止设备受到某种外部影响(包括水或灰尘的进入,防止机械破坏)或任何方向上直接接触的部件。
3.13爆炸explosion
蓄电池外壳猛烈破裂,伴随剧烈响声,且有主要成分(固体物质)抛射出来。
3.14起火fire
蓄电池任何部位发生持续燃烧(持续时间长于1s)。
火花及拉弧不属于燃烧。
3.15漏液leakage
蓄电池内部液体泄漏到电池壳体外部。
3.16壳体case
将蓄电池内部部件封装并为其提供防止与外部直接接触的保护部件。
3.17高压highvoltage
最大工作电压60<U≤1500(直流)或30<U≤1000(交流)
3.18低压lowvoltage
最大工作电压U≤60(直流),或U≤30(交流)。
4.汽车电池安全性问题分析
4.1汽车电池安全性问题
动力蓄电池系统作为高能量载体,在不需要外部能量输入的情况下,本身就能够因能量非正常释放而产生巨大破坏力。
动力电池系统能量非正常释放的表现形式有电能释放(电击)化学能释放(燃烧,爆炸)两种。
由于动力电池电压达到300V以上,远远超出人体的直流安全电压60V,可能对人身造成电击伤害。
另外,汽车电池所使用的材料为嵌.脱锂型正、负极材料,电解液为易燃的有机物,具有很高的能量密度。
在受热条件下非常容易发生剧烈的化学反应,这两种反应将产生大量的热,甚至导致的“热失控”,从而导致电池温度的进一步上升,可能引发电池发生燃烧、爆炸等危险事故。
4.2汽车电池安全隐患分析
4.2.1电击安全事故隐患分析
通常直流电压60V以上为非安全电压。
电动汽车电池输出电压通常高达300V以上,存储的能量达到kWh级别(1kWh=3.6MJ),是引起对人身电击伤害的事故源。
导致动力电池系统发生触电的可能原因:
(1)外壳或高压端口的接触防护失效,人体同时接触到两个裸露的电极;
(2)构成放电回路正负极与壳体的绝缘都失效,动力电池系统的外壳不同部位带电且电位不等(电位差大于60V),人体同时接触到这两个带电部位,构成放电回路。
第一种情况的发生概率和危害要高于第二种情况,如安装、拆卸、维护、充电时均有可能发生,第二种情况一般可以通过等电位的方式来做附加防护。
4.2.2燃烧、爆炸安全事故隐患分析
汽车电池具有燃烧发生的一切要素。
(1)电池单体中的电解液、电池和系统中的塑料部件是可燃物,金属铝在高温下也会燃烧;
(2)电池单体中的正负极材料是氧化剂;
(3)电池在充放电过程中会有放热副反应引起温度快速上升,成为火源。
汽车电池发生燃烧时,有发生爆炸的可能性。
(1)电池组为了防水防尘,呈空间密闭状态;
(2)为了经受强烈的机械载荷,壳体材料具有足够的强度。
导致动力蓄电池系统发生燃烧或爆炸的可能原因:
(1)电芯的放热副反应导致热失控,引燃电解液、隔离膜和其他可燃物质;
(2)局部连接阻抗过大,导致温度上升,达到着火点温度,引燃动力电池包内部的可燃物质;
(3)动力电池包外部发生火灾,导致动力电池包温度持续上升,达到着火点温度,引燃内部的可燃物质。
针对电动汽车的使用情况而言,第一种情况的发生概率最高,危害最大。
电芯的放热副反应导致热失控,是动力蓄电池系统发生燃烧或爆炸的主要原因。
电芯热失控(燃烧,爆炸)的原因:
电芯内部的放热副反应导致热量累积,电芯对外热交换的速率小于热量累积速率,温度持续升高,直至达到着火点温度,引起燃烧和爆炸。
电芯内部的热过程遵循热量平衡:
Qp=Qe+Qa;
Qp—电芯内部各种副反应产生的热量,Qe—电芯与环境交换的热量(散热),Qa—电芯自己吸收的热量(热累积)。
如果Qe≥Qp,则Qa为负值或零,电芯内部温度不会上升,不会产生热失控;
如果Qe<
Qp,则Qa为正值,电芯内部温度持续上升,直至热失控(200~300°
C)
5.电动汽车用动力锂离子蓄电池安全要求规范与试验方法
参考GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》及新国标GB/T31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:
安全性要求与测试方法》。
5.1现行安全标准要求
电动汽车早期的发展过程中,GB或GB/T国家标准的缺失在一定程度上造成了行业的良莠不齐和鱼龙混杂。
仅依靠汽车行业的QC/T推荐标准作为一种参考,并不具有权威性和广泛性,整车企业和电池企业要么茫无头绪,要么各行其是、各执一词,缺乏一个统一的衡量标准。
2006年以来,对汽车用电池安全要求主要依据行业标准QC/T743-2006《电动车用锂离子蓄电池》相关条款要求,随着2015年新版GB/T国家推荐标准的陆续发布,我国电动汽车产业围绕动力电池系统已基本上构建了完整的标准体系,形成了行业的准入门槛,有利于行业的规范发展和优胜劣汰。
新国标在2015年5月颁布(部分标准将在10月份或年底颁布),与旧标准之间有一年的过渡期,从2016年开始,相关企业都将遵循新的标准进行相关检测。
直接涉及到电池安全标准有新国标GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》及新国标GB/T31467-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统》和新国标GB/T18384-2015《电动汽车安全要求》。
5.1.1新国标GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》
GB/T31485-2015主要考核动力电池单体和模组的安全指标,围绕化学能的防护,给出了一系列滥用情况以及极端情况下的安全要求和检验规范。
相比于QC/T743-2006,GB/T31485-2015增加了单体海水浸泡、单体温度循环、单体低气压、模组跌落、模组海水浸泡、模组温度循环、模组低气压等7项新的检验要求。
针对大部分检验项目,GB/T31485-2015均做了提高或强化,并要求测试结束后,必须观察1小时,才能确定检验是否合格,而QC/T743标准并无此要求。
5.1.2新国标GB/T31467-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统》
新国标GB/T31467-2015标准有3个部分,GB/T31467.1-2015是《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分:
高功率应用测试规程》,GB/T31467.2-2015是《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分:
高能量应用测试规程》,GB/T31467.3-2015是《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:
安全性要求与测量方法》。
前两个标准主要集中在电性能测试,第3总部分标准则主要针对安全要求和测试方法做了明确的规定。
本标准结合GB/T31485-2015,就构成了从电池单体、模组、到动力电池包和动力电池系统的完整的化学能防护规范。
从标准测试内容看,针对系统级的安全防护主要集中在以下几个方面:
1)机械载荷——振动、机械冲击、跌落
2)事故自保护——碰撞、挤压、海水浸泡、外部火烧
3)环境适应性——温度冲击、湿热循环、盐雾腐蚀、高海拔
4)滥用——过温、短路、过充、过放
5.1.3新国标GB/T18384-2015《电动汽车安全要求》
新国标GB/T18384-2015《电动汽车安全要求》标准可以看作从整车层面针对电动汽车动力系统所提出的安全通则,共分3个部分,更侧重于针对电能和电磁能的安全规范和故障保护。
GB/T18384.1-2015是《电动汽车安全要求第1部分:
车载可充电储能系统》,GB/T18384.2-2015是《电动汽车安全要求第2部分:
操作安全和故障防护》,GB/T18384.3-2015是《电动汽车安全要求第3部分:
人员触电防护》。
本标准适用于3.5吨以下的电动乘用车或电动商用车。
GB/T18384主要对应于ISO6469标准,两个标准的主要内容基本相同。
GB/T18384.1-2015针对电动汽车的车载储能装置(动力电池系统)提出了保护驾驶员、乘客、车辆外人员和外部环境的安全要求。
标准明确了适用电压范围,提出了绝缘电阻的要求,增加了针对产生热量的要求。
标准还对绝缘电阻的测试条件做了明确的规定,要求在露点阶段进行多次测量,取绝缘电阻的最小值;
此外,明确了绝缘电阻的计算方法。
GB/T18384.2-2015针对整车(包括动力电池系统)提出了操作过程、故障防护、用户手册、紧急响应等方面的安全要求。
要求只要是可能导致安全事故的单点失效/故障,都应该在设计时予以考虑。
另外,还增加了紧急响应的要求,这对于事故处理(如灭火,救灾等)非常关键,如果处理不当,所造成的次生灾害可能更为严重,厂家必须提供详细的故障处理指南或手册。
GB/T18384.3-2015主要是如何防护电动汽车车载电力驱动系统和传导连接的辅助系统可能造成的人员触电危害。
大大强化了针对人员触电防护的要求,增加了对绝缘电阻、电容耦合、断电、绝缘要求、绝缘配合等方面的内容。
本标准虽然是针对整车级别的要求,但是动力电池系统可以直接参照其中的部分要求进行设计和检验。
针对系统级的安全防护要求,新国标基本上弥补了这方面的空白。
当然,国标的内容仅仅涉及最基本的安全防护,企业在产品的研发、生产和使用过程中,需要根据车辆和动力电池系统的实际情况,制定更为严格更为完善的安全防护体系.
5.2安全性要求
单体蓄电池、蓄电池模块的所有条款引自GB/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》。
蓄电池系统的所有条款引自GB/T31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:
5.2.1单体蓄电池
5.2.1.1单体蓄电池按5.4.1.1进行过放电试验时,应不爆炸、不起火、不漏液。
5.2.1.2单体蓄电池按5.4.1.2进行过充电试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.1.3单体蓄电池按5.4.1.3进行短路试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.1.4单体蓄电池按5.4.1.4进行跌落试验时,应不爆炸、不起火、不漏液。
5.2.1.5单体蓄电池按5.4.1.5进行加热试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.1.6单体蓄电池按5.4.1.6进行挤压试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.1.7单体蓄电池按5.4.1.7进行针刺试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.1.8单体蓄电池按5.4.1.8进行海水浸泡试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.1.9单体蓄电池按5.4.1.9进行温度循环试验时,应不爆炸、不起火、不漏液。
5.2.1.10单体蓄电池按5.4.1.10进行低气压试验时,应不爆炸、不起火、不漏液。
5.2.2蓄电池模块
5.2.2.1蓄电池模块按5.4.2.1进行过放电试验时,应不爆炸、不起火、不漏液。
5.2.2.2蓄电池模块按5.4.2.2进行过充电试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.2.3蓄电池模块按5.4.2.3进行短路试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.2.4蓄电池模块按5.4.2.4进行跌落试验时,应不爆炸、不起火、不漏液。
5.2.2.5蓄电池模块按5.4.2.5进行加热试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.2.6蓄电池模块按5.4.2.6进行挤压试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.2.7蓄电池模块按5.4.2.7进行针刺试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.2.8蓄电池模块按5.4.2.8进行海水浸泡试验时,应不爆炸、不起火。
5.2.2.9蓄电池模块按5.4.2.9进行温度循环试验时,应不爆炸、不起火、不漏液。
5.2.2.10蓄电池模块按5.4.2.10进行低气压试验时,应不爆炸、不起火、不漏液。
5.2.3蓄电池包和系统
5.2.3.1蓄电池包或系统按5.4.3.1进行振动试验时,应满足:
蓄电池包或系统:
测试过程中,蓄电池包或系统的最小监控单元无电压蜕变(电压差的绝对值不大于0.15V),蓄电池包或系统保持连接可靠、结构完好、蓄电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
试验后的绝缘电阻值不小于100Ω/V。
蓄电池包或系统的电子装置:
试验过程中,连接可靠,结构完好,无装机松动,且试验后状态参数测量精度满足表1的要求。
表1状态参数测量精度要求
参数
总电压值
温度值
单体(模块)电压值
精度要求
≤±
2%FS
2℃
0.5%FS
5.2.3.2蓄电池包或系统按5.4.3.2进行机械冲击试验时,应无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
试验后的绝缘电阻不小于100Ω/V。
5.2.3.3蓄电池包或系统按5.4.3.3进行跌落试验时,应无无泄漏、着火或爆炸等现象。
5.2.3.4蓄电池包或系统按5.4.3.4进行翻转试验时,应无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象,并保持连接可靠、结构完好,试验后的绝缘电阻值不小于100Ω/V。
5.2.3.5蓄电池包或系统按5.4.3.5进行模拟碰撞试验时,应无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
5.2.3.6蓄电池包或系统按5.4.3.6进行挤压试验时,应无着火、爆炸等现象。
5.2.3.7蓄电池包或系统按5.4.3.7进行温度冲击试验时,应无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
5.2.3.8蓄电池包或系统按5.4.3.8进行湿热循环试验时,应无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
5.2.3.9蓄电池包或系统按5.4.3.9进行海水浸泡试验时,应无着火或爆炸等现象
5.2.3.10蓄电池包或系统按5.4.3.10进行外部火烧试验时,应爆炸现象,若有火苗,应在火源移开后2min内熄灭。
5.2.3.11蓄电池包或系统按5.4.3.11进行盐雾验时,应无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸现象。
5.2.3.12蓄电池包或系统按5.4.3.12进行高海拔试验时,应无放电电流锐变、电压异常、泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
5.2.3.13蓄电池包或系统按5.4.3.13进行过温保护试验时,要求电池管理系统起作用,蓄电池系统无喷气、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
5.2.3.14蓄电池包或系统按5.4.3.14进行短路保护试验时,应无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
5.2.3.15蓄电池包或系统按5.4.3.15进行过充电试验时,要求电池管理系统起作用,蓄电池系统无外壳破裂、着火或爆炸等现象。
5.2.3.16蓄电池包或系统按5.4.3.16进行过放电试验时,要求电池管理系统起作用,蓄电池系统无外壳破裂、着火或爆炸等现象。
5.3试验条件
5.3.1蓄电池及其模块
5.3.1.1环境条件
除另有规定外,试验应在温度为25℃±
5℃,相对湿度为15%~90%,大气压力为86kPa~106kPa的环境中进行。
本标准提到的室温,是指25℃±
2℃。
5.3.1.2测量仪器、仪表准确度
测试仪器、仪表应满足以下要求:
a)电压测量装置:
准确度不低于0.5级,
b)电流测量装置:
准确度不低于0.5级;
c)温度测量装置:
标定准确度不低于0.5℃;
d)计时器:
准确度为士0.1%;
e)尺寸测量装置:
准确度为士0.1%;
f)质量测量装置:
准确度为士0.1%。
5.3.1.3充电
室温下,蓄电池先以1I1(一小时率放电电流,A)电流放电至企业技术条件中规定的放电终止电压,搁置1h(或企业提供的不大于1h的搁置时间),然后按厂家提供的专用规程进行充电。
若厂家未提供充电方法,则依据以下方法充电:
以1I1(A)电流恒流充电至企业技术条件中规定的充电终止电压时转恒压充电,至充电电流降至0.05I1(A)停止充电,充电后搁置1h(或企业提供的不大于1h的搁置时间)。
5.3.2蓄电池包和系统
5.3.2.1一般条件
5.3.2.1.1除非在某些具体测试项目中另有说明,测试工作在温度为室温25℃±
2℃,湿度为15%~90%环境下进行。
5.3.2.1.2蓄电池包和系统应满足GB/T18384.1和GB/T18384.3的相关要求。
5.3.2.1.3测试样品交付时需要包括必要的操作文件,以及和测试设备相连所需的借口部件,如连接器、插头,包括冷却接口,蓄电池包和蓄电池系统的典型结构参见附录A。
制造商需要提供蓄电池包或系统的工作限值,以保证整个测试过程的安全。
5.3.2.1.4蓄电池包和系统的防护等级应根据实际安装位置满足GB4208的相关要求。
5.3.2.1.5蓄电池包和系统在所有测试前进行绝缘电阻测试。
测试位置为:
正极与壳体,负极与壳体。
要求绝缘电阻值不小于100Ω/V。
5.3.2.1.6当测试的目标环境温度改变时,在进行测试前测试样品需要完成环境适
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