GB/T 43054-2023 轨道交通 轨道车牵引系统用铅酸蓄电池组

　　ICS 29 . 280 CCS S 35

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43054—2023

　　轨道交通

　　轨道车牵引系统用铅酸蓄电池组

　　Railway applicati0ns—Lead-acid battery system f0r tracti0n systems 0n

　　railway m0t0r tr0lley

　　2023-09-07 发布 2024-04-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43054—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语、定义和符号 2

　　4 环境条件 2

　　5 系统组成及技术要求 3

　　5 . 1 系统组成 3

　　5 . 2 蓄电池组的技术要求 3

　　5 . 3 蓄电池组的接口要求 4

　　6 部件技术要求 4

　　6 . 1 蓄电池包 4

　　6 . 2 BMS 5

　　7 试验方法 6

　　7 . 1 试验前准备 6

　　7 . 2 部件试验 6

　　7 . 3 系统试验 7

　　8 检验规则 8

　　8 . 1 检验分类 8

　　8 . 2 出厂检验 8

　　8 . 3 型式检验 8

　　8 . 4 检验项 目 8

　　9 标志、包装、运输与储存 10

　　9 . 1 标志 10

　　9 . 2 包装 10

　　9 . 3 运输 11

　　9 . 4 储存 11

　　参考文献 12

　　I

　　GB/T 43054—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由国家铁路局提出 。

　　本文件由全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会(SAC/TC278)归口 。

　　本文件起草单位:中车株洲电力机车有限公司 、宝鸡中车时代工程机械有限公司 、湖南丰 日 电源电气股份有限公司 、金鹰重型工程机械股份有限公司 。

　　本文件主要起草人:刘世杰 、何永川 、何小威 、孟刚刚 、王昭林 、郭盼 。

　　Ⅲ

　　GB/T 43054—2023

　　轨道交通

　　轨道车牵引系统用铅酸蓄电池组

　　1 范围

　　本文件规定了轨道车牵引系统用铅酸蓄电池组的环境条件 、系统组成及技术要求 、部件技术要求 、试验方法 、检验规则 、标志 、包装 、运输与储存 。

　　本文件适用于城市轨道交通轨道车主动力牵引系统用铅酸蓄电池组 。

　　其他轨道车的动力牵引系统用铅酸蓄电池组参照执行 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB2894 安全标志及其使用导则

　　GB/T 7403 . 1—2018 牵引用铅酸蓄电池 第 1 部分:技术条件

　　GB/T 9174 一般货物运输包装通用技术条件

　　GB/T 13337 . 1 固定型排气式铅酸蓄电池 第 1 部分:技术条件

　　GB/T 15479—1995 工业自动化仪表绝缘电阻 、绝缘强度技术要求和试验方法

　　GB/T 21413 . 1—2018 轨道交通 机车车辆电气设备 第 1 部分:一般使用条件和通用规则GB/T 21414 轨道交通 机车车辆 电气隐患防护的规定

　　GB/T 21563—2018 轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验

　　GB/T 24338 . 4 轨道交通 电磁兼容 第 3-2 部分:机车车辆 设备

　　GB/T 25119 轨道交通 机车车辆电子装置

　　GB/T 25343(所有部分) 铁路应用 轨道车辆及其零部件的焊接

　　GB/T 34119 轨道交通 机车车辆用电连接器

　　GB/T 34571 轨道交通 机车车辆布线规则

　　GB/T 38661—2020 电动汽车用电池管理系统技术条件

　　TB/T 3061 机车车辆用蓄电池

　　TB/T 3138 机车车辆用材料阻燃技术要求

　　ISO 5659-2 塑料 烟生成 第 2 部分:单室法测定光密度(plastics—Smoke generation—part 2 : Determination of optical density by a single-chamber test)

　　ISO 5660-1 对火反应试验 热释放 、产烟量及质量损失速率 第 1 部分:热释放速率(锥形量热仪法)[Reaction-to-fire tests— Heat release , smoke production and mass loss rate—part 1 : Heat release rate( cone calorimeter method)and smoke production rate(dynamic measurement)]

　　IEC 61133 :2016 轨道交通 机车车辆 机车车辆制成后投入使用前的试验方法(Railway appli- cations—Rolling stock—Testing of rolling stock on completion of construction and before entry into service)

　　1

　　GB/T 43054—2023

　　3 术语 、定义和符号

　　3 . 1 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3 . 1 . 1

　　蓄电池组 battery system

　　由蓄电池包 、蓄电池管理系统及电气连接部件等组成的能量存储系统 。

　　3.1.2

　　蓄电池包 battery package

　　能从外部获得电能并可对外输出电能的单元 。

　　注 : 蓄电池单体 、蓄电池箱体 、电气连接部件等组成的 。

　　3.1.3

　　蓄电池单体 battery cell

　　能实现化学能和电能相互转化的电化学储能装置 。

　　注 : 由电极 、电解质 、外壳和极柱组成 。

　　3.1.4

　　蓄电池管理系统 battery management system;BMS

　　监视蓄电池的状态(温度 、电压 、荷电状态等) , 可以为蓄电池提供通信 、记录及管理控制 , 并提供与应用设备通信接口的系统 。

　　[来源: GB/T 19596—2017 , 3 . 3 . 2 . 1 . 10 , 有修改] 3.1.5

　　循环耐久能力 cyclic endurance

　　在规定的充放电条件下 , 蓄电池单体可经受充放电的循环次数 K。

　　3.1.6

　　荷电保持能力 charge retention

　　电池在规定条件的开路状态下保持容量的能力 。

　　[来源: GB/T 2900 . 41—2008 , 482-03-35] 3.1.7

　　荷电状态 state-of-charge;Soc

　　当前蓄电池中按照规定放电条件可以释放的容量占可用容量的百分比 。

　　[来源: GB/T 19596—2017 , 3 . 3 . 3 . 2 . 5]

　　3 . 2 符号

　　下列符号适用于本文件 。

　　C5 — 5 h率额定容量 , 单位为安时(A . h) ;

　　I 5 — 5 h率放电电流 , 单位为安(A) , 数值为 C5 /5 。

　　4 环境条件

　　蓄电池组在以下环境条件下应能正常工作:

　　a) 海拔不超过 1 400 m ;

　　b) 环境温度 : —25 ℃~+40 ℃ ;

　　2

　　GB/T 43054—2023

　　c) 最大相对湿度不大于 95%(该月平均最低温度为 25 ℃) 。

　　当蓄电池组使用环境超出上述条件时 , 由供需双方协商确定 。

　　5 系统组成及技术要求

　　5 . 1 系统组成

　　蓄电池组主要由蓄电池包 、BMS组成 。蓄电池组的系统框图见图 1 。

　　虚线框内的功能块属于本文件的技术范围 。虚线框外的功能块用于描述与蓄电池组的关联关系 。

　　图 1 蓄电池组系统框图

　　5 . 2 蓄电池组的技术要求

　　5 . 2 . 1 外观

　　外观应平整 , 无外伤 , 无污物 , 无腐蚀 , 外壳不应有变形和裂纹 , 标志应完整 、清晰 。

　　5 . 2 . 2 布线要求

　　布线除应符合 GB/T 34571 的规定外 , 还满足以下要求:

　　a) 电气连接 、极柱等裸露带电部分应绝缘防护 , 电气连接处不应裸露 ;

　　b) 极柱连接应采用螺栓连接 , 螺栓连接应有防松措施 。

　　5 . 2 . 3 电连接

　　各蓄电池包间对外动力线缆连接宜采用连接器或螺栓连接 。

　　连接器应符合 GB/T 34119 的规定 , 宜采用封闭式电连接器 。

　　5 . 2 . 4 材料要求

　　所用非金属材料应使用无卤 、阻燃型材料 , 阻燃要求应满足 TB/T 3138 的要求 。

　　不应使用石棉 、短链氟化石蜡 、多氟联苯 、六氟丁二烯 、单甲基二溴二苯基甲烷等非环保材料 , 油漆涂料中不应使用硫酸铅 、碳酸铅 、镉及其化合物 、有机锡化合物等非环保材料 。

　　3

　　GB/T 43054—2023

　　5 . 2 . 5 充电性能

　　按 7 . 3 . 2 进行充电 , 充电性能满足以下要求:

　　a) 容量从 20%充电到 80%的时间不应大于 6 h ;

　　b) 容量从 20%充电到浮充阶段的时间不应大于 10 h 。

　　5 . 2 . 6 荷电保持能力

　　按 7 . 3 . 3 进行试验 , 容量不应小于额定容量的 85% 。

　　5 . 2 . 7 放电容量

　　按 7 . 3 . 4 进行试验 , 满足以下要求:

　　a) 室温下 , 第 1 次容量试验测试的实际容量不应低于额定容量的 90% , 前 5 次容量试验至少有1 次达到额定容量 ;

　　b) 低温下 , 放电至截止电压 1 . 6 V, 放电容量不应低于常温下额定容量的 35% 。

　　5 . 2 . 8 高倍率放电能力

　　按 7 . 3 . 5 进行试验 , 蓄电池组放电持续时间不少于 5 min 。

　　5 . 2 . 9 绝缘性能

　　应符合 GB/T 21413 . 1—2018 的规定 。

　　5 . 2 . 10 介电性能

　　应符合 GB/T 21413 . 1—2018 附录 C 的规定 。

　　5 . 2 . 1 1 电磁兼容

　　应符合 GB/T 24338. 4 的规定 。

　　5 . 2 . 12 接地保护要求

　　应符合 GB/T 21414 的规定 。

　　5 . 3 蓄电池组的接口要求

　　蓄电池组的充电电源的纹波因数不应大于 5% 。

　　BMS可通过硬线传输关键故障和报警信号 。

　　如 BMS与机车控制系统采用网络通信方式 , 宜采用多功能车辆总线(MVB) 、CAN 网络 、以太网或RS-485 的通信方式 。

　　6 部件技术要求

　　6 . 1 蓄电池包

　　6 . 1 . 1 蓄电池包要求

　　6 . 1 . 1 . 1 外形尺寸及重量

　　应符合经规定程序批准的图样和技术文件 。

　　4

　　GB/T 43054—2023

　　6 . 1 . 1 . 2 开路电压差

　　按 7 . 2 . 2 . 2 规定的方法进行充电 , 同一蓄电池包内蓄电池单体的开路电压差不应大于 0 . 02 v 。

　　6 . 1 . 1 . 3 绝缘电阻

　　输出的正 、负极端子与蓄电池箱体之间的绝缘电阻不应小于 5 MΩ。

　　6 . 1 . 1 . 4 冲击和振动

　　蓄电池包冲击和振动性能要求满足以下要求 。

　　a) 蓄电池包按 7 . 2 . 2 . 3 规定的方法进行冲击试验 。完成试验后 , 蓄电池包表面不应有变形和损坏 , 蓄电池包与蓄电池箱体的绝缘电阻值不应小于 5 MΩ。

　　b) 蓄电池包按 7 . 2 . 2 . 3 规定的方法进行振动试验 , 试验后:

　　1) 蓄电池包结构件不应有明显变形和裂纹 ;

　　2) 蓄电池包进行 C5 容量试验 , 容量应满足 5 . 2 . 7 中室温下的要求 ;

　　3) 蓄电池包与蓄电池箱体的绝缘电阻值不应小于 5 MΩ。

　　6 . 1 . 2 蓄电池包零部件要求

　　6 . 1 . 2 . 1 阀控密封式蓄电池单体应符合 TB/T 3061 的规定 , 排气式蓄电池单体应符合 GB/T 13337 . 1的规定 , 并满足以下要求 。

　　a) 按 7 . 2 . 1 . 2 规定的方法进行试验 , 循环耐久能力不应低于 1 200 次 。

　　b) 外壳防火性能应满足以下要求:

　　1) 最大平均热释放率不大于 90 kW/m2 ;

　　2) 光密度不大于 300 ;

　　3) 光密度累积值不大于 600 ;

　　4) 毒性不大于 0 . 9 。

　　6 . 1 . 2 . 2 蓄电池箱体的技术要求如下:

　　a) 蓄电池箱体的焊接应符合 GB/T 25343(所有部分)的规定 ;

　　b) 蓄电池箱体应防腐防锈 。

　　6 . 2 BMS

　　6 . 2 . 1 一般要求

　　6 . 2 . 1 . 1 BMS应符合 GB/T 25119 的规定 。

　　6 . 2 . 1 . 2 BMS应对蓄电池组的电压 、充(放)电电流 、温度及容量等参数进行实时监测 、记录和管理 。

　　6 . 2 . 1 . 3 BMS应具有与机车车辆的控制系统进行信息交换功能 。

　　6 . 2 . 1 . 4 BMS应记录蓄电池组的故障信息 , 并能进行故障诊断 。

　　6 . 2 . 1 . 5 BMS应具有蓄电池组低电压 、低容量报警功能 。

　　6 . 2 . 1 . 6 BMS应能对记录数据进行存储 , 存储时间不应少于 15 d;故障数据存储时间不应少于 180 d ;数据可通过维护端口下载 。

　　6 . 2 . 2 监控精度

　　6 . 2 . 2 . 1 BMS监控状态参数的测量精度应满足表 1 的要求 。

　　5

　　GB/T 43054—2023

　　表 1 状态参数测量精度

　　参数

　　总电压

　　放电电流

　　充电电流

　　精度

　　±2%FS

　　±2%FS

　　±2%FS

　　6 . 2 . 2 . 2 按 7 . 2 . 3 . 4 规定的方法进行试验 , BMS对蓄电池组的 SOC估算的累积误差不大于 8% 。

　　7 试验方法

　　7 . 1 试验前准备

　　试验应在蓄电池单体生产日期后 180 d 内进行 , 试验前所有蓄电池单体应进行完全充电 。

　　7 . 2 部件试验

　　7 . 2 . 1 蓄电池单体

　　7 . 2 . 1 . 1 阀控密封式蓄电池单体应按 TB/T 3061 规定的方法进行试验 , 排气式蓄电池单体应 按GB/T 13337 . 1规定的方法进行试验 。

　　7 . 2 . 1 . 2 选择蓄电池组中至少 3 个蓄电池单体 , 按 GB/T 7403 . 1—2018 中 6 . 5 规定的方法进行循环耐久能力试验 。

　　7 . 2 . 1 . 3 按以下要求进行外壳防火性能试验:

　　a) 按照 ISO5660-1 规定的方法测试最大平均热释放率 , 数据采集间隔 2 s , 数据采集在 20 min 内终止 , 热通量为 50 kW/m2 ;

　　b) 按照 ISO 5659-2 规定的方法测试光密度 , 热通量为 50 kW/m2 (无引燃火焰) , 测试持续时间为10 min ;

　　c) 按照 ISO 5659-2 规定的方法测试光密度累积值 , 热通量为 50 kW/m2 (无引燃火焰) , 测试持续时间为 10 min ;

　　d) 按照 ISO 5659-2 规定的方法测试毒性 , 热通量为 50 kW/m2 (无引燃火焰) , 测试持续时间为10 min 。

　　7 . 2 . 2 蓄电池包

　　7 . 2 . 2 . 1 外形尺寸及重量检查

　　用精度不小于公称尺寸 2%的直尺或卷尺对外形尺寸进行测量 , 用精度不小于公称重量 2%的称重器具对重量进行检查 。

　　7 . 2 . 2 . 2 开路电压差试验

　　按 7 . 3 . 2 进行充电后静置 1 h , 测量蓄电池包中蓄电池单体开路电压差 。

　　7 . 2 . 2 . 3 冲击和振动试验

　　试验对象为电池包 , 包含蓄电池箱体 、蓄电池单体及附属装置 。蓄电池单体可以采用蓄电池单体替代品进行替代 , 蓄电池单体数量不少于总数的 1/3 。

　　冲击和振动试验应在按 7 . 3 . 2 规定的方法完全充电并已达到额定容量的蓄电池包上进行 , 试验要求如下 。

　　6

　　GB/T 43054—2023

　　a) 冲击试验按照 GB/T 21563—2018 中 1 类 A 级规定的方法进行试验 。 冲击试验结束后按

　　7 . 2 . 2 . 1 规定的方法进行检查 , 按 7 . 3 . 6 进行试验 。

　　b) 振动试验按照 GB/T 21563—2018 中 1 类 A级规定的方法进行试验 , 模拟长寿命振动试验的加速度比例系数按 GB/T 21563—2018 中表 2 值 7 . 83 选取 。 蓄电池包振动试验结束后静置2 h , 按 7 . 2 . 2 . 1 规定的方法进行检查 , 按 7 . 3 . 4 、7 . 3 . 6 规定的方法进行试验 。

　　7 . 2 . 3 BMS试验

　　7 . 2 . 3 . 1 通用要求

　　按 GB/T 25119 规定的方法进行 , 并进行以下功能试验 。

　　7 . 2 . 3 . 2 总电压精度试验

　　在 —25 ℃ ±2 K、25 ℃ ± 2 K、55 ℃ ± 2 K 温度下 , 用 BMS分别检测电池组满量程总电压 50% 、 75% 、100%的电压 , 将 BMS系统采集数据与标准计量检测设备检测的数据进行对比 。

　　7 . 2 . 3 . 3 充放电电流精度试验

　　在—25 ℃ ±2 K、25 ℃ ±2 K、55 ℃ ±2 K 温度下 , 用 BMS分别检测电池组满量程总电流为 0% 、 50% 、100%的充 、放电电流 , 将 BMS采集数据与检测设备检测的数据进行对比 。

　　7 . 2 . 3 . 4 SOC累积误差试验

　　按 GB/T 38661—2020 中附录 B规定的方法进行 。

　　7 . 3 系统试验

　　7 . 3 . 1 测试样品替代方案

　　蓄电池组可采用以下替代方案进行全部或部分试验 , 但是作为测试样品应包含试验要求所有部分:

　　a) 充电试验 、介电性能试验采用蓄电池包 ;

　　b) 荷电保持能力试验 、放电容量试验 、高倍率放电性能试验采用蓄电池包或蓄电池单体 。

　　7 . 3 . 2 充电试验

　　在 25 ℃ ±5 K 的环境温度下 , 按以下 3 个阶段进行完全充电:

　　a) 恒流阶段:按(0 . 6 I 5 ~0 . 8 I 5 )A恒流充电 , 当蓄电池组电压达到 n ×2 . 35 v , 则跳转恒压阶段 ;

　　b) 恒压阶段:蓄电池组充电电压恒定在 n ×2 . 35 v , 当充电电流小于 0. 1I 5 A, 则跳转浮充阶段 ;

　　c) 浮充阶段:蓄电池组充电电压恒定在 n ×2 . 27 v , 充电时间达到 5 h , 则停止充电 。

　　注 : n 为蓄电池组中串联蓄电池单体节数 。

　　充电时应按温度对电压进行补偿:

　　a) 以 25 ℃为基础 , 温度每升高 1 K, 充电电压下降 4 mv(单节) , 最低电压限制在 2 . 2 v(单节) ;

　　b) 以 25 ℃为基础 , 温度每降低 1 K, 充电电压上升 4 mv(单节) , 最高电压限制在 2 . 5 v(单节) 。

　　7 . 3 . 3 荷电保持能力试验

　　按 GB/T 7403 . 1—2018 中 6 . 3 规定的方法进行 。

　　7 . 3 . 4 放电容量试验

　　按以下方法进行试验:

　　7

　　GB/T 43054—2023

　　a) 室温下按 GB/T 7403 . 1—2018 中 6 . 2 规定的方法进行 , 放电至终止电压 n × 1 . 7 v , 记录时间并计算实测容量 ;

　　b) 室温下 , 在对蓄电池包完全充电后 , 放置于 —25 ℃ ±2 K 的低温箱或低温室内保持 24 h , 在此温度下以 I 5 恒定电流放电至终止电压 n × 1 . 6 v , 记录时间并计算实测容量 。

　　注 : n 为蓄电池组中串联蓄电池单体节数 。

　　7 . 3 . 5 高倍率放电性能试验

　　按 GB/T 7403 . 1—2018 中 6 . 4 规定的方法进行 。其中放电电流按 8I 5 (A)电流进行 , 记录间隔时间 , 按每隔 1 min进行记录 。

　　7 . 3 . 6 绝缘电阻试验

　　蓄电池包正极或负极与蓄电池包箱体外壳之间的绝缘电阻按 IEC61133 :2016 中 8 . 7 . 3 规定的方法进行 。

　　BMS对外输出的接线端子和插头与机箱的绝缘电阻按 GB/T 15479—1995 中 5 . 3 规定的方法进行 。

　　7 . 3 . 7 介电性能试验

　　按 GB/T 21413 . 1—2018 中附录 C规定的方法进行 。

　　8 检验规则

　　8 . 1 检验分类

　　检验分为出厂检验和型式检验 。

　　8 . 2 出厂检验

　　8 . 2 . 1 对每台产品均应进行出厂检验 。

　　8 . 2 . 2 在出厂检验过程中 , 若任意一项不合格 , 均判该产品不合格 。

　　8 . 3 型式检验

　　蓄电池组具有下列情况之一应进行型式检验:

　　— 新产品试制完成时 ;

　　— 产品的结构 、工艺或材料的变更影响到产品的某些特性或参数时 ;

　　— 连续生产的定型产品每 5 年时 ;

　　— 转场生产或停产 2 年及以上重新生产时 。

　　8 . 4 检验项目

　　8 . 4 . 1 部件型式检验应按 7 . 2 规定的方法进行 , 检验项目应符合表 2 的规定 。

　　8 . 4 . 2 系统型式检验应按 7 . 3 规定的方法进行 , 检验项目应符合表 3 的规定 。

　　8

　　GB/T 43054—2023

　　表 2 部件检验项目

　　序号

　　检验项 目

　　检验分类

　　技术要求对应条款

　　检验方法对应条款

　　型式检验

　　出厂检验

　　1

　　蓄电池单体

　　循环耐久能力试验

　　√

　　—

　　6 . 1 . 2 . 1 a)

　　7.2.1.2

　　2

　　外壳防火性能试验

　　√

　　6 . 1 . 2 . 1 b)

　　7.2.1.3

　　3

　　蓄电池包

　　外形尺寸及重量检查

　　—

　　√

　　6.1.1.1

　　7.2.2.1

　　4

　　开路电压差试验

　　√

　　√

　　6.1.1.2

　　7.2.2.2

　　5

　　绝缘电阻试验

　　√

　　√

　　6.1.1.3

　　7.3.6

　　6

　　冲击和振动试验

　　√

　　—

　　6.1.1.4

　　7.2.2.3

　　7