GB/T 42005.1-2022 轨道交通 储能式电车 第1部分：电容式储能电源（正式版）

ICS29.280轨道交通储能式电车国家标准化管理委员会I Ⅲ 1 1 1 3 3 77检验规则 ⅢGB/T42005.1—2022本文件按照GB/T1.1—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。本文件是GB/T42005《轨道交通储能式电车》的第1部分。GB/T42005已经发布了以下2个——第1部分：电容式储能电源；—第2部分：地面充电系统。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、宁波中车新能源科技有限公司、广州有轨电车有限责任公司、中车株洲电力机车研究所有限公司、中车青岛四方车辆研究所有限公司。GB/T42005.1—2022能指标和检验项点，结合多年的生产、应用经验制定相关标准，有利于进一步推动相关产业的发展。GB/T42005旨在规定储能式有轨电车储能电源、充电系统等核心部件的功能要求、性能要求、安全及保持能力测试、能量保持能力测试、热失控及温度一致性等储能电源特有的测试方法进行规定。——第2部分：地面充电系统。目的在于规定储能式电车的充电系统的系统组成、使用条件、主要IN1轨道交通储能式电车第1部分：电容式储能电源本文件规定了储能式电车电容式储能电源(以下简称“储能电源”)的环境条件、技术要求、检验方本文件适用于采用双电层电容器、混合型电容器为储能单元的储能式电车动力储能电源。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。GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A:低温GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B:高温GB/T2423.4电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Db:交变湿热(12h+12h循GB/T2423.17电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka:盐雾GB/T4208外壳防护等级(IP代码)GB/T4798.5—2007电工电子产品应用环境条件第5部分：地面车辆使用GB/T9174一般货物运输包装通用技术条件GB/T21563—2018轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验GB/T24338.4轨道交通电磁兼容第3-2部分：机车车辆设备GB/T25121.3—2018轨道交通机车车辆设备电力电子电容器第3部分：双电层电容器GB/T29481—2013电气安全标志GB/T32350.1轨道交通绝缘配合第1部分：基本要求电工电子设备的电气间隙和爬电距离GB/T34571轨道交通机车车辆布线规则GB/T34870.1—2017超级电容器第1部分：总则ISO3095:2013声学轨道交通轨道车辆发出的噪声测量(Acoustics—Railwayapplications—Measurementofnoiseemittedbyrailboundvehicles)3术语和定义GB/T34870.1—2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1具有分断隔离设备，由一个或多个电容器模组通过串、并联组合而成的具有电源管理系统和电压均2GB/T42005.1—2022衡单元的储能装置。3.2额定电压ratedvoltageUR设计时所规定的储能电源的最高工作电压。3.3Umin设计时所规定的储能电源的最低使用电压。3.4储能电源的控制管理单元。3.5对电容器单体和模组的电压、温度进行检测，并对其电压进行一致性管理，以及对外通信的功能3.6由两个或两个以上的电容器模组通过电连接组合而成的储能装置。注2:至少包含监控回路，用于监控电容器的电压和温度等。3.7R3.83.93.10I储能电源充电或放电时的电流值。3注1:单位为法拉(F)。注2:按6.6.2的测量方法和公式(2)计算。a)海拔不大于2500m;1)采用双电层型电容器的储能电源，环境温度为-25℃~+40℃,储存温度为-50℃~2)采用混合型电容器的储能电源，环境温度为-25℃~+40℃,储存温度为-30℃~c)月平均最大相对湿度不应大于95%(月平均温度最低为25℃);d)生物条件应符合GB/T4798.5—2007中5B2的规定；e)化学活性物质应符合GB/T4798.5—2007中5C2的规定；5.1.1布线应符合GB/T34571的规定。5.1.2同型号储能电源及其零部件应能互换。4GB/T42005.1—20225.2功能要求储能电源应具有能量储存功能，储存能量应为标称能量的100%～120%,电源储存电压范围宜采软件进行读取。部通信网络应冗余备份。储能电源应具有电压均衡功能，应能对各单体之间、模组与模组之间进行电压均衡，在额定电压5.3性能要求主电路绝缘电阻不应小于100Q/V。以及绝缘电压等级选择确定。绝缘材料的CTI值不应低于175V。5GB/T42005.1—2022内阻不应大于其标称值。实测容量应为标称容量的100%～120%。能量效率不应低于93%。能量效率不应低于90%。开路静置72h后，端电压不应低于额定电压的80%。开路静置72h后，放电能量不应低于初始状态的95%。应符合GB/T24338.4的规定。工作过程中储能电源最高工作温度不应大于55℃,同一时刻最高单体温度与最低单体温度差不应大于15℃。应符合GB/T21563—2018的规定。电连接器防护等级不应低于IP65,箱体防护等级不应低于IP54。6GB/T42005.1—2022高温试验后性能应符合下列规定：a)静电容量不低于初始值的85%;b)储存能量不低于初始值的85%;c)内阻小于或等于初始值的200%。高温试验后性能应符合下列规定：a)静电容量不低于初始值的80%;b)储存能量不低于初始值的80%;c)内阻小于或等于初始值的200%。低温试验后性能应符合下列规定：a)静电容量不低于初始值的65%;b)储存能量不低于初始值的50%;c)内阻小于或等于初始值的200%。低温试验后性能应符合下列规定：a)静电容量不低于初始值的70%;b)储存能量不低于初始值的60%;c)内阻小于或等于初始值的200%。应符合GB/T2423.4的规定。应符合GB/T2423.17的规定。5.3.15.1电容单体寿命应符合GB/T25121.3—2018中5.10的规定。5.3.15.2储能电源在额定电压、最高允许工作温度条件保持1000h或供需双方商定时间后，其能量不应低于初始状态的80%,内阻不应高于初始状态的200%。5.4安全及保护要求7GB/T42005.1—20225.4.4短路保护开储能电源信号。单体和总电压应具有欠压保护。欠压时，应自动停止放电、降低放电电流、断开储能电源或给出断开储能电源信号。6检验方法a)温度20℃~30℃;b)相对湿度25%～85%;c)大气压力86kPa～106kPa。除另有规定外，本文件充/放电电流按恒定电流I选取，方式如下：a)混合型电容器：I=5I₁或8C(或制造商提供的不低于5I₁的电流),取其中较大者；b)双电层电容器：I=40I₁或66C(或制造商提供的不低于40I₁的电流),取其中较大者。注3:I₁电容器1倍率充/放电电流，I₁=Cr×(Uk-Umin)/3600。8GB/T42005.1—2022储能电源应在6.1.1定义的温度环境下搁置1h(或制造商提供的不高于1h的搁置时间),储能电源箱体内部空气温度与环境温度差不应大于2℃。6.2一般检查6.2.2在良好的光线条件下，用目测法检查储能电源的安全标识和铭牌标识，用电压表检测储能电源的极性。信功能。范规定的时间内电压一致性应符合规定。6.4.1对于直接安装于车体上(或下部)的储能电源部件，按照GB/T21563—2018中规定的1类A级进行试验。6.4.2对于安装在其他设备或部件上的储能电源组件，应在其他设备或部件上对该组件进行冲击和振动试验。6.5防护等级试验应按GB/T4208的规定进行试验。a)除非另有规定，充电装置以6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行c)将采样间隔设置成100ms或更小，并且设置试验设备以测量高达0.3Ur的电压降特性。1)在内阻测量过程中，储能电源正负极引出端子间电压-时间特性如图1所示；9GB/T42005.1—20222)使用公式(1)计算储能电源的内阻R。式中：R——储能电源的内阻，单位为毫欧(mΩ);Ia——放电电流，单位为安培(A);△U₃——用最小二乘法计算近似直线，从起始电压(0.9Uk)到结束电压(0.7Ur)给电压降特性曲线。在放电起始时间处获得该直线的截取(电压值)。△U₃是截取电压值与恒压充电设定值之间的电压差，单位为伏特(V)。e)若△U₃超过额定电压的20%(0.20×Ur),则放电电流I。可降50%、20%或10%。f)重复步骤a)～d)1次～3次，按公式(1)计算储能电源的内阻，取其平均值，在进行型式检验时，测量次数不应小于3次。标引序号说明：UR——额定电压，单位为伏特(V);U₁——计算起始电压，单位为伏特(V);U₂——计算结束电压，单位为伏特(V);△U₃——电压降，单位为伏特(V);Tev——恒压充电持续时间，单位为秒(s)。图1储能电源正负极引出端子间电压-时间特性6.6.1.2混合型电容器内阻测量室温下，按照如下步骤测试储能电源的内阻：a)除非另有规定，充电装置以6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行充电，充电至额定电压UR后，继续保持恒压充电30min;b)除非另有规定，储能电源以6.1.2规定的直流电流I。进行放电，放电开始时测量储能电源电压U₁,放电开始后30ms内测量储能电源电压U₂,电压降△U₃=U₁-U₂;c)使用公式(1)计算储能电源的内阻R;d)重复步骤a)～c)1次～3次，按公式(1)计算储能电源的内阻，取其平均值，在进行型式检验时，测量次数不应小于3次。6.6.2容量测量室温下，按照如下步骤测试储能电源的容量：a)除非另有规定，充电装置以6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行充电，充电至额定电压UR后，继续保持恒压充电5min;b)除非另有规定，储能电源以6.6.1.1中b)规定的直流电流Ia进行放电，放电至最低工作电c)重复步骤a)～b)1次～3次，记录储能电源电压从额定电压的90%放电至最低工作电压Umin的放电时间t,在进行型式检验时，测量次数不应小于3次；d)按公式(2)计算系统电容C,取其平均值。 (2)C——储能电源的电容，单位为法拉(F);I———放电电流，单位为安培(A);t——放电时间，单位为秒(s);Umin——最低工作电压，单位为伏特(V);6.6.3储存能量测量室温下，按照如下步骤测试储能电源的储存能量：a)除非另有规定，充电装置以6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行充电，充电至额定电压UR后，继续保持恒压充电5min;b)除非另有规定，储能电源以6.6.1.1中b)规定的直流电流I进行放电，放电至最低工作电c)重复步骤a)～b)1次～3次，记录电压U、放电电流I与时间的波形，在进行型式检验时，测量次数不应小于3次；d)按公式(3)计算储能电源的储存能量，取其平均值。 (3)E——储存能量，单位为瓦时(W·h);I——放电电流，单位为安培(A);U——储能电源电压，单位为伏特(V)。6.6.4能量效率测量6.6.4.1室温下，按照如下步骤测试储能电源的能量效率：a)除非另有规定，充电装置以6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行充电，充电至0.5Uk(或最低工作电压Umin,或制造商提供的电压),继续保持恒压充电5min;b)除非另有规定，充电装置以6.1.2规定的直流电流I。继续对储能电源进行充电，充电至额定电压Ur后，继续保持恒压充电10s;c)除非另有规定，储能电源以6.6.1.1中b)规定的直流电流Ia进行放电，放电至0.5Ur(或最低工作电压Umin,或制造商提供的电压);d)重复步骤b)～c)3次，记录电压U、电流I与时间的波形；e)分别按公式(4)、公式(5)和公式(6)来计算储能电源的能量效率、放电能量及充电能量，取其平均值。 (4) (5) (6)式中：E₁——能量效率；E。——在Tcc₁3期间放电的电能，单位为焦耳(J);E.——在Tcc₁2加上Tcvi2期间充电的电能，单位为焦耳(J)。6.6.4.2试验过程中，对储能电源正负极引出端子之间的电流和电压进行连续测量。电压(电流)-时间的特性曲线见图2。#xk时间/s时间/s注：0.5Ur——0.5倍额定电压(或最低工作电压Umin,或制造商提供的电压),单位为伏特(V)。图2在能量效率试验中电容器端子之间的电压(电流)-时间特性曲线6.6.5电压、能量保持能力室温下，按照如下步骤测试储能电源的电压、能量保持能力：GB/T42005.1—2022a)采用双电层电容器时：1)除非另有规定，充电装置以6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行充电，充电至额定电压U,继续保持恒压充电30min;2)开路静置72h后，再次测量储能电源的端电压Uocv;3)按公式(7)计算储能电源的电压保持率A。 (7)Uoey——开路电压，单位为伏特(V);UR——额定电压，单位为伏特(V)。b)采用混合型电容器时：1)按6.6.2测量电容单体的初始能量E;2)除非另有规定，充电装置以6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行充电，充电至额定电压UR后，继续保持恒压充电5min;4)除非另有规定，储能电源以6.6.1.1中b)规定的直流电流I。进行放电，放电至最低工作5)按公式(3)计算储能系统的开路静置能量E₁;6)按公式(8)计算储能系统的能量保持率。式中：B——能量保持能力；E开路静置能量，单位为瓦时(W·h);E——初始能量，单位为瓦时(W·h)。6.6.6绝缘耐压6.6.6.1绝缘电阻试验使用兆欧表测量主回路和控制回路的绝缘电阻。6.6.6.2工频耐受电压6.6.6.2.1按照GB/T32350.1进行试验。6.6.6.2.2主回路：双电层电容器储能电源放电至0V后，将正负极短接，耐压设备正极接该短接点，负极接箱体外壳，耐受电压由0V逐渐调到试验电压值，施加试验电压1min。混合型电容器储能电源在接入耐压设备前先断开其分断隔离设备，对正极回路和负极回路分别对外壳进行工频耐受试验。6.6.6.2.3控制回路：将控制回路短接，耐压设备正极接该短接点，负极接箱体外壳，耐受电压由0V逐渐调到试验电压值，施加试验电压1min。6.7安全试验6.7.1过温保护测试对象为电容器储能电源，试验在6.1.1规定的温度下进行。在试验开始前，影响试验对象功能GB/T42005.1—2022a)通过外部充放电设备对测试对象进行持续充电和放电，使测试对象的工作温度尽可能快地b)温度升高至储能电源制造商定义的过热保护措施的工作温度阈值或规定的最高工作温度，保1)测试对象自动终止或限制充电或放电；2)测试对象发出终止或限制充电或放电的信号；d)在6.1.1规定的温度下观察1h。测试对象为储能电源，试验在6.1.1规定的温度下进行。在试验开始前，影响测试对象功能并与试验结果相关的所有保护设备都应处于正常运行状态。具体试验步骤如下：b)与储能电源制造商协商确定可施加的过电流和最大电压(在正常范围内)。d)启动外部充电设备，对储能电源进行充电，以达到储能电源制造商规定的最高正常充电电流；然后，将电流在5s内从最高正常充电电流增加到b)所述的过电流水平，并继续进行充电。1)测试对象自动终止充电电流；2)测试对象发出终止充电电流的信号。f)在6.1.1规定的温度下观察1h。测试对象为电容包或储能电源，试验在6.1.1规定的温度下进行。在试验开始前，影响测试对象功能并与试验结果相关的所有保护设备都应处于正常运行状态。具体试验步骤如下：b)将测试对象的正极端子和负极端子相互连接来产生短路。外接短路电阻不超过5mΩ。d)试验结束后，在6.1.1规定的温度下观察材料与储能电源箱体或其他附件的材料相同且结构类同，且热失控触发对象周围的设备布置情况与实a)确认试验条件1)在6.1.1规定的环境条件下进行试验；GB/T42005.1—20223)试验应尽可能少地对测试样品进行改动，制造商应提交所做改4)试验应在室内环境或者风速不大于2.5km/h的环境下进行。b)选择触发对象要求热失控触发对象在热失控时产生的热量应非常容易传递至相邻电容器单体。例如，选择最靠c)选择热失控触发方法d)根据选择触发方法和对象进行热失控测试采用3mm～8mm的圆锥形(角度为20°~60°)钢针，以10mm/s～100mm/s的速度，选择可能2)加热触发热失控：●对于尺寸与电容器单体相同的块状加热装置，可用该加热装置代替其中一个电容器●对于尺寸比电容器单体小的块状加热装置，则可将其安装在模块中，并与触发对象的●将加热装置的加热面与电容器单体直接接触，加热装置的位置应与图3中规定的温度装置的功率要求见表1,但不做强制性要求。3)过充触发热失控：以最小1/3I₁、最大不超过储能电源制造商规定正常工作范围的最大电流对触发对象进行恒流充e)电压及温度的监测1)监测触发对象的电压和温度以判定是否发生热失控；2)监测电压时，不应改动原始的电路；3)监测温度定义为测试过程中触发对象的最高表面温度；温度数据的采样间隔应小于1s,准确度要求为±2℃,温度传感器尖端的直径应小于1mm;4)针刺触发时，温度传感器的位置应尽可能接近短路点，温度传感器布置位置见图3;5)加热触发时，温度传感器布置在远离热传导的一侧，即安装在加热装置的对侧，温度传感器布置位置见图4。如果很难直接安装温度传感器，则将其布置在能探测到触发对象连续温升的位置。f)根据以下三点判断系统是否发生热失控：1)触发对象产生电压降，且下降值超过初始电压的25%;2)监测点温度达到制造商规定的最高工作温度；GB/T42005.1—20223)监测点的温升速率dT/dt≥1℃/s,且持续3s以上。测试对象能量EW·h加热装置最大功率WE≤100300～1000400<E≤800300～2000E>800图3针刺触发时温度传感器布置位置示意图a)硬壳电容b)圆柱形电容-Ic)圆柱形电容-Ⅱ图4加热触发时温度传感器的布置位置示意图测试对象为储能电源，试验在6.1.1规定的温度下进行。在试验开始前，影响测试对象功能并与试验结果相关的所有保护设备都应处于正常运行状态。具体试验步骤如下：a)通过外部充放电设备按6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行充电到最大工作电压，再按GB/T42005.1—20226.1.2规定的直流电流0.2I继续充电到设定的过压保护值。b)通过外部充放电设备按6.1.2规定的直流电流I对储能电源进行放电到最低工作电压，再按6.1.2规定的直流电流0.2I继续放电到设定的欠压保护值。1)测试对象自动终止充电电流；d)为保护试验操作安全，制造商应提供试验上限参数，采用此上限参数强制终止的试验判定为6.8电磁兼容检测依据GB/T24338.4的规定进行以下试验：a)辐射试验；b)抗扰度试验。按照ISO3095:2013第5章的规定进行试验。6.11环境试验依据GB/T2423.2的规定以及如下步骤进行试验：a)将温度箱温度设定为储能电源最高工作温度55℃±2℃;b)将储能电源置于此温度下的温度箱中6h;依据GB/T2423.2的规定以及如下步骤进行试验：a)试验前，按6.1.2规定的直流电流定电压充电5min;b)放置在6.1.1规定的环境条件；c)除非另有规定，将储能电源所在的箱温逐渐升高至70℃±2℃,待温度稳定后保温16h;6.6.3的方法测量储能电源的储存能量。依据GB/T2423.1的规定以及如下步骤进行试验：a)将温度箱温度设定为储能电源最低工作温度—25℃±2℃;GB/T42005.1—2022b)将储能电源置于此温度下的温度箱中6h;依据GB/T2423.1的规定以及如下步骤进行试验：压充电5min;b)放置在6.1.1规定的环境条件；c)除非另有规定，双电层型电容器构成的储能电源所在箱温逐渐降低至-50℃±2℃,由混合型电容器构成的储能电源所在箱温逐渐降低至-30℃±2℃,待温度稳定后保温16h;6.6.3的方法测量储能电源储存能量。依据GB/T2423.4的规定以及如下步骤进行试验：压充电5min;b)放置在6.1.1规定的环境条件；c)除非另有规定，温度的严酷程度选择55℃,循环次数选择2次；6.6.6的方法进行绝缘性能检测。6.11.6.1依据如下步骤进行试验：压充电5min;b)放置在6.1.1规定的环境条件；a)用额定电流将电容包或模组充电至Un并保持30min,再放电至最低工作电压；b)将电容包或模组放置在25℃±2℃环境保持3.5h;c)按照6.6.1和6.6.3测试电容包或模组的初始能量和初始内阻；d)将电容包或模组充电至额定电压，并放置在最高允许工作温度的环境，持续时间为1000h或供需双方商定时间。GB/T42005.1—20227检验规则a)新产品试制完成；