电动汽车用锂电池管理系统校准规范

PAGE16电动汽车用锂电池管理系统校准规范范围本规范适用于电动汽车锂电池管理系统的校准（以下简称锂电池管理系统），镍氢电池管理系统的校准，可参考本规范的校准方法。引用文件凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于该规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。GB38031-2020电动汽车用动力蓄电池安全要求GB/T38661-2020电动汽车用电池管理系统技术条件GB/T19596-2017电动汽车术语术语和计量单位3.1电池电子部件batteryelectronics采集或者同时监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。3.2电池控制单元batterycontrolunit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。3.3电池管理系统batterymanagementsystem（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、安全、电芯均衡及管理控制，并提供与应用设备通信接口的系统。3.4电池包batterypack具有从外部获得电能并可对外输出电能的单元。3.5电池系统batterysystem一个或一个以上的电池包及相应附件（管理系统、高压电路、低压电路及机械总成等）构成的能量存储装置。3.6荷电状态stateofcharge（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。概述锂电池管理系统是由电池电子部件和电池控制单元组成的电子装置。其中电池电子部件是采集电池单体（集成）或电池模块（集成）的电和热相关的数据，并将这些数据提供给电池控制单元的电子装置；电池控制单元是控制或管理电池系统电或热性能，并可以与车辆上的其他控制单元进行信息交互的电子控制部件。锂电池管理系统是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：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。其中电池物理参数实时监控主要包含电压、电流及锂电池SOC估算。计量特性5.1锂电池管理系统锂电池管理系统应满足表1要求表1计量特性一览表序号校准项目测量范围技术要求1电池总电压测量误差0～1000V最大允许误差：±1％FS2电池总电流测量误差0～2000A最大允许误差：±2％FS3电池SOC累积误差祥见5.24单体（电芯组）电压（0～5）V最大允许误差：±0.5％FS最大误差的绝对值应不大于10mV5电池温度测量误差-20℃～65℃最大允许误差：±2℃-40℃～-20℃，65℃～125℃最大允许误差：±3℃6电池绝缘电阻≥400V（电池总电压（标称））最大允许误差：-20%～20%＜400V（电池总电压（标称））最大允许误差：-30%～30%≤50kΩ最大允许误差：±10kΩ注：以上所有指标不用于合格性判定，仅供参考。5.2电池SOC累积误差对于纯电动汽车、可外接充电式混合动力充电汽车，电池管理系统SOC累积误差应不大于5%。对于不可外接充电的混合动力充电汽车，锂离子动力电池管理系统SOC累积误差应不大于15%。注：以上所有指标不用于合格性判定，仅供参考。校准条件环境条件环境温度：（25±5）℃；相对湿度：（15～90）%；6.2测量标准及其他设备测量标准应经计量检定或校准，并在有效期内，其测量范围应覆盖被校锂电池管理系统的测量范围，并具有满足开展校准需求的分辨力、准确度和稳定性。测量标准的扩展不确定度（k=2）应不大于表1中规定的相应最大允许误差绝对值的1/3。6.2.1测量标准——直流标准电压源或稳压源、标准电压表，测量范围：0～1000V；——直流标准电流源或稳流源、标准电流表，测量范围：0～2000A；——标准模拟电池系统；——电池充放电测试系统；——高低温试验箱，测量范围：-60℃～130℃。——绝缘电阻阵列校准项目和校准方法7.1校准项目表2校准项目一览表序号校准项目校准方法章条号1电池总电压测量误差2电池总电流测量误差3电池SOC累积误差7.2.34单体（电芯组）电压5电池温度测量误差6电池绝缘电阻7.2校准方法电池总电压测量误差采样标准源法（接线方法见图1）或标准表法（接线方法见图2）对锂电池管理系统的电池电压测量误差进行检测，分别选取满量程的10%，50%和100%三个测量点进行单次测量，确认数据并记录。图1电压测量精度检测标准源法图2电压测量误差检测标准表法按公式（1）计算，得到总电压测量误差。（1）式中：——充电总电压示值的引用误差，用%表示；——被检测试系统的充电电压示值，V；——直流数字电压表对充电电压的测得值，V；——该检测点充电电压标称区间或者标称范围上限值，V。对多通道电池数据采集测试系统可同时检测、也可单独检测。7.2.2电池总电流测量误差采样标准源法（接线方法见图3）或标准表法（接线方法见图4）对锂电池管理系统的电池电流测量误差进行检测，分别选取满量程的10%，50%和100%三个测量点进行单次测量，确认数据并记录。图3电流测量误差检测标准源法图4电流测量误差检测标准表法按公式（2）计算，得到总电流测量误差。（2）式中：——充电总电流示值的引用误差，用%表示；——被检测试系统的充电电流示值，A；——直流数字电流表对充电电流的测得值，A；——该检测点充电电流标称区间或者标称范围上限值，A。对多通道电池数据采集测试系统可同时检测、也可单独检测。7.2.3SOC累积误差按照以下步骤进行校准电池系统（或电池模拟系统）按GB/T386612020附录B.2中所采用的充电规范充电；静置30min或制造商规定的搁置时间，将电池管理系统上报SOCBMS值修改为100%；校准设备开始累积循环充放电容量;以1Q0（A）放电12min；静置30min或制造商规定的搁置时间；采用特定工况（参见GB/T386612020附录F或由整车厂和制造商协商确定）循环N次，N是使SOC真值接近30%的最大整数，但循环过程中需保证SOC不低于30%，否则停止工况循环跳至g）；静置30min或制造商规定的搁置时间（静置过程内不得触发电池管理系统的SOC修正）；以GB/T386612020附录B.2中所采用的充电规范将电池系统（或电池模拟系统）充电至实际SOC为80%；静置30min或制造商规定的搁置时间（静置过程内不得触发电池管理系统的SOC修正）；按f）~i）循环10次；记录电池管理系统上报SOCBMS值；校准过程中实时记录测试设备的累积循环充放电容量Q1（充电为负，放电为正），并计算SOC真值=×100%；其中Q0为电池可用容量，Q1为电池的充放电容量。校准结束后，SOC累积误差的计算公式为。7.2.4单体（电芯组）电压误差对于锂离子电池，分别检测1.5V、3V、4.5V单体电压（通道数不少于一个独立电源供电的采样单元），将电池管理系统采集数据与检测设备监测数据进行比较，进行单次测量，确认数据并记录。对于镍氢电池，分别检测模块电压n×1.0V、n×1.2V、n×1.6V（n为模块内单体串联支数，其中通道数不少于一个独立电源供电的采样单元），将电池管理系统采集数据与检测设备监测数据进行比较。按公式（3）计算，得到单体（电芯组）电压误差。（3）式中：——单体（电芯组）电压误差，V；——电池管理系统单体（电芯组）电压误差示值，V；——检测设备的单体（电芯组）电压误差测得值，V；7.2.5电池温度测量误差在-20℃±2℃、25℃±2℃和65℃±2℃（或由整车厂和制造商根据实际应用情况协商确定）下，将电池管理系统测温装置探头与检测设备传感器探头同时置于-40℃、0℃、25℃、40℃、125℃（或电池管理系统标定的最高测量温度）下测量温度值，将电池管理系统采集数据与检测设备监测数据进行比较，进行单次测量，确认数据并记录。按公式（4）计算，电池温度测量误差QUOTE∆𝑡=𝑡−𝑡0（4）式中:——被校电池温度测量的示值误差，℃；QUOTE𝑡——被校电池管理系统在校准温度点示值读数，℃；——检测设备在校准温度点的示值，℃。7.2.6电池绝缘电阻在50%、75%、100%满量程电压下，将电池总正对地及总负对地分别接入绝缘电阻阵列，按照80Ω/V、100Ω/V、300Ω/V、500Ω/V和2kΩ/V分别控制绝缘电阻阵列为不同电阻阻值，将电池管理系统采集数据与绝缘电阻阵列实际电阻值进行比较，进行单次测量，确认数据并记录。按公式（5）计算，电池绝缘电阻测量误差QUOTE∆𝑡=𝑡−𝑡0（5）式中:QUOTE∆𝑡——被校电池绝缘电阻测量的示值误差，kΩ或MΩ；——被校电池绝缘电阻在绝缘电阻点示值读数，kΩ或MΩ；QUOTE𝑡0——检测设备在绝缘电阻点的示值，kΩ或MΩ。校准结果表达校准记录推荐的校准原始记录的格式见附录A.校准证书校准内页格式见附录B，校准结果应在校准证书上反应，校准证书应至少包括以下信息：a）标题，如“校准证书”；b）实验室名称和地址；c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d）证书或报告的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和地址；f）被校对象的描述和明确标识；g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期；h）如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；i）对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k）校准环境的描述；l）校准结果及其测量不确定度的说明；m）对校准规范的偏离的说明；n）校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识；o）校准结果仅对被校对象有效的声明；p）未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。9复校时间间隔建议校准周期为1年。或由送校单位根据使用情况自主决定复校时间间隔。

附录A校准原始记录格式校准证书编号：校准日期：送检单位名称：送检单位地址：仪器名称：型号/规格：出厂编号：生产厂商：准确度等级：所依据的技术文件（代号、名称）：温度：℃相对湿度：%检定地点：校准员：核验员：校准使用的计量标准器具：名称：型号：出厂编号：准确度等级：标准器具证书号：有效期至：一、电池总电压测量误差：电压量程（V）标准示值（V）示值（V）引用误差（%）二、电池总电流测量误差：电流量程（A）标准示值（A）示值（A）引用误差（%）三、电池SOC累计误差电池实际容量状态示值SOC（%）实测SOC（%）累积误差（%）SOC>80%80%>SOC>30%SOC<30%四、单体（电芯组）电压误差电压量程（V）标准示值（V）示值（V）示值误差五、电池温度测量误差电池管理系统温度（℃）探头温度范围（℃）标准示值（℃）示值（℃）示值误差（℃）-4002540125六、电池绝缘电阻测试电压（V）标准示值（kΩ）示值（kΩ）示值误差（kΩ）附录B校准证书内页格式表B.1电池总电压测量误差电压量程（V）标准示值（V）示值（V）引用误差（%）表B.2电池总电流测量误差电流量程（A）标准示值（A）示值（A）引用误差（%）表B.3电池SOC累计误差电池实际容量状态示值SOC（%）实测SOC（%）累积误差（%）SOC>80%80%>SOC>30%SOC<30%表B.4单体（电芯组）电压误差电压量程（V）标准示值（V）示值（V）示值误差表B.5电池温度测量误差电池管理系统温度（℃）探头温度范围（℃）标准示值（℃）示值（℃）示值误差（℃）-4002540125表B.6电池绝缘电阻测试电压（V）标准示值（kΩ）示值（kΩ）示值误差（kΩ）附录CSOC累积误差测量不确定度评定示例C.1SOC累积误差测量结果不确定度评定方法根据JJF1059.2—2012规定的方法，对SOC累积误差测量结果进行不确定度评定。C.1.1动力电池SOC测试根据GB/T38661-2020电动汽车用电池管理系统技术条件要求，纯电动汽车应进行SOC≥80%和SOC≤30%条件下测试，根据本规范测试步骤进行测试，选取下列工况进行测试。图1四种典型工况测试（1）SOC≥80%条件下的SOC测试不考虑到模拟工况测试和充放电测试过程中的电量，在对SOC建模时，只考虑最终决定SOC的电量参数。SOC值取决于充入电量Q1与可用容量。在将电池充满的整个过程中，恒流充电充入的电量大约占总充入电量的95%左右。故在进行SOC≥80%的测试时，Q1应包含两个过程恒流充电过程和恒压充电过程。设恒流充电过程充入电量为Q11，恒压充电过程充入电量为Q12。所以该模式下，SOC的测量不确定度模型为：C.1式中:——可用容量测试中测得动力电池可用容量，Ah；——恒流充电过程充入动力电池的电量，Ah；——恒压充电过程充入动力电池的电量，Ah。SOC测试是在可用容量测试的基础上完成的，将得到可用容量Q0的概率密度分布函数，直接作为SOC测量模型式工况一的输入量即可。恒流充电过程与恒压充电过程为两个相互独立的过程，恒流充电电量Q11与恒压充电电量Q12按第三提供的方法完成测量不确定度评定工作，得到其对应的概率密度函数作为模型式工况一的输入量。（2）SOC≤30%条件下的SOC测试 在建立该模型时，同样不考虑SOC测试过程中，模拟工况测试和充放电测试等电量的变化。只考虑最终决定SOC值的电量的变化。该过程中，SOC值取决于恒流放电放电量Q1与可用容量Q0。SOC测量不确定度模型可表示为：C.2式中:——可用容量测试中测得动力电池可用容量，Ah；——恒流放电过程动力电池放出的电量，Ah。将可用容量Q0的概率密度函数直接作为SOC测量模型式工况二的输入量，SOC测试时的恒流放电量通过第三章提供的方法评定出其测量不确定度，将其概率密度函数作为式工况二的输入量。C.1.2动力电池包SOC检测C.1.2.1实验装置及实验条件本次实验利用的是电压为336V，电量为60Ah的动力电池包进行实验的，将两个电池包进行并联处理，得到足够大的电流。实验中以1C进行充放电实验，实验环境温度为室温，每个电池包中共有26个电池单体串联，即其进行恒流充电电流为120A，恒压充电以单体电压恒压充电的3.6V与单体个数的乘积为94V，恒流放电终止条件是单体电压达到2.5V，即为65V。采用BCSE-8202电池包测试系统提供电池包充电的恒流源和和恒压源，电流电压精度满量程的千分之一。由于实验条件的限制，实验过程中选择工况4进行实验，电池包电流不能超过200A，工况4的具体情况如下：图2充放电工况四表1充放电工况4时间与充电倍率的关系C.1.2.2实验数据采集根据规程中可用容量测试的步骤进行3次循环充放电过程的电压电流数据采集如下所示：图3可用容量测试电压电流数据选择工况4之后，进行动力电池SOC的测试。根据上一节中动力电池不同SOC范围的测试步骤，进行数据采样可得到其电压、电流与时间的采样图如下所示：图4SOC≥80%测试数据图5SOC≤30%测试数据图6工况四的十次循环电压、电流采样C.1.2.3实验结果分析（1）SOC≥80%不确定度评XX果 在SOC≥80%条件下，SOC测量模型式为工况一所示，评定其不确定度需要确定恒流充电电量Q11，恒压充电电量Q12以及可用容量Q0的概率密度函数，根据蒙特卡洛法得出测量不确定度，如下表所示：表2SOC≥80%测量模型中各输入量不确定度评定的结果将上述输入量的概率密度函数带入到测量模型式工况一中，利用蒙特卡洛法进行测量SOC的不确定度评XX果的概率密度函数如图所示：图7SOC≥80%测试