轨道交通 机车车辆 辅助供电系统蓄电池 第1部分：要求 征求意见稿

1GB/TXXXXX.1—XXXX轨道交通机车车辆辅助供电系统蓄电池第1部分：通用要求本文件规定了轨道交通机车车辆辅助供电系统蓄电池的一般要求、机械要求、电气接口、标志、储存、运输和试验。本文件适用于机车车辆（如机车、高速动车组、铁路客车、市域（郊）动车组、有轨电车、地铁等）辅助供电系统的各类型蓄电池。本文件还规定了：——以下标称电压的蓄电池系统电气接口：DC24V、DC48V、DC64V、DC72V、DC87V、DC96V、DC110V；——电气接口的要求：考虑蓄电池系统的负载曲线和容量规格（如工作电压范围和充电特性）。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。GB/T2900.41—2008电工术语原电池和蓄电池（IEC60050(482):2004,IDT）GB/T21413.1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/T21413.1—2018，IEC60077-1:2017，MOD）GB/T21563—2018轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验（IEC61373:2010，MOD）GB/T31523.1安全信息识别系统第1部分：标志（GB/T31523.1—2015，ISO7010:2011，MOD）GB/T32347.1—2015轨道交通设备环境条件第1部分：机车车辆设备（IEC62498-1:2010，MOD）注：GB/T32347.1—2015被引用的内容与IEC62498-1:2010被引用的内容没有技术上的差异。GB/TXXXXX.2轨道交通机车车辆辅助供电系统蓄电池第2部分：镉镍蓄电池（GB/TXXXXX.2—202X，IEC62973-2，MOD）GB/TXXXXX.3轨道交通机车车辆辅助供电系统蓄电池第3部分：铅酸蓄电池（GB/TXXXXX.3—202X，IEC62973-3，MOD）GB/TXXXXX.4轨道交通机车车辆辅助供电系统蓄电池第4部分：镍氢蓄电池（GB/TXXXXX.4—202X，IEC62973-4，MOD）GB/TXXXXX.5轨道交通机车车辆辅助供电系统蓄电池第5部分：锂离子蓄电池（GB/TXXXXX.5—202X，IEC62973-5，MOD）TB/TXXXX（所有部分）机车车辆防火第1部分：总则IEC62485-2二次电池和电池装置的安全要求第2部分：固定式电池（Safetyrequirementsforsecondarybatteriesandbatteryinstallations-Part2:Stationarybatteries）3术语和定义、缩略语3.1术语和定义2GB/TXXXXX.1—XXXXGB/T2900.41—2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1蓄电池组合框batterycrate用于容纳多个蓄电池或蓄电池组的带有框架壁的容器。注：见4.1和第5章。[来源：GB/T2900.41—2008，482-05-10，有修改]3.1.2蓄电池托盘batterytray用于容纳多个蓄电池或蓄电池组并具有底盘和侧壁的容器。注：见4.1和第5章。[来源：GB/T2900.41—2008，482-02-35，有修改]3.1.3单体蓄电池cell直接把化学能转变为电能的一种电源。注：是由电极、电解质、容器、极端、通常还有隔离层组成的基本功能单元。[来源：GB/T2900.41—2008，482-01-01，有修改]3.1.4整体蓄电池monoblocbattery连体蓄电池具有多个隔开的单格、以电气方式连接的蓄电池。[来源:GB/T2900.41—2008，482-02-17，有修改]3.1.5额定容量ratedcapacity在规定条件下测定并且由制造商声明的蓄电池的容量值。[来源：GB/T2900.41—2008，482-03-15]3.1.6荷电状态stateofcharge反映蓄电池剩余的放电容量。3.1.7放电深度depthofdischarge蓄电池在放电过程中放出的容量与额定容量的百分比。3.1.8老化系数ageingfactor表示蓄电池在特定的工作条件下（例如但不限于运行环境温度、循环放电深度和维护方法），由于使用而导致的容量衰减的定量因素。3.1.93GB/TXXXXX.1—XXXX蓄电池模组batterymodule以串联和/或并联连接在一起的蓄电池组。3.1.10蓄电池系统batterysystem可包括蓄电池箱体、蓄电池托盘、蓄电池组合框、蓄电池模组、整体蓄电池、电子元件和/或设备以及相关机电连接的系统。3.1.11用户enduser运营蓄电池系统的组织。3.1.12集成商systemintegrator对整个蓄电池系统和充电机系统负有技术责任的组织。3.1.13制造商manufacturer对其供货范围负有技术责任的组织。3.2缩略语下列缩略语适用于本文件。DOD：放电深度（DepthofDischarge）LRU：现场可更换单元（LineReplaceableUnit）SOC：荷电状态（StateofCharge）4一般要求4.1蓄电池系统的构成蓄电池系统的构成示例见图1。4GB/TXXXXX.1—XXXX图1蓄电池系统构成示例蓄电池系统可不包含上述所有部件，如单体蓄电池可安装在没有组合框的托盘中。蓄电池系统可能包含其他组件（如模组）。4.2蓄电池类型辅助供电系统蓄电池类型可分为：——镍镉蓄电池；——铅酸蓄电池；——镍氢蓄电池；——锂离子电池。4.3环境条件5GB/TXXXXX.1—XXXX考虑到蓄电池的使用寿命、充电能力和放电性能，不应在超出各类型蓄电池最大或最小工作温度范围下工作。蓄电池箱内的单体/整体蓄电池应防太阳直射、热源、雨、污染、雪、冰雹、沙尘暴等。温度条件如下：——环境温度应符合GB/T32347.1—2015中表2的规定；——运输和储存温度范围：-30℃~+70℃;——如需要，用户/集成商可指定高于或低于上述要求的温度范围。湿度条件如下：——应符合GB/T32347.1—2015中4.4的规定；——如需要，用户/集成商可指定高于或低于上述要求的湿度范围。冲击和振动性能应符合GB/T21563—2018的规定。介电性能应符合GB/T21413.1的规定。海拔应符合GB/T32347.1—2015中4.2的规定。4.4系统要求4.4.1系统电压低压供电网络的电压范围应符合表1的规定。蓄电池系统的标称电压仅用于识别或划分设备的类型，不应视为设备的工作电压或蓄电池的空载电压。在满足设备工作电压范围的最小和最大限值的前提下，蓄电池系统中单体的数量可根据运行条件和负载曲线而变化。蓄电池系统的充电电压取决于单体的数量、温度及其类型。表1由蓄电池系统供电的设备工作范围蓄电池系统的标称电压和放电电压不同。蓄电池在不同恒定电流下的放电曲线示例见图2，放电曲线因蓄电池类型而异。不同倍率的放电电流以It的倍数（见公式1）或In的倍数表示，It和In是相关的，如0.2It等于I5。各类型蓄电池在对应温度下的典型放电曲线（基于恒流放电的放电电压与放电容量的关系）见GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5。6GB/TXXXXX.1—XXXX式中：It——不同倍率的放电电流；Cn——n小时的放电容量。0.2I或I倍率放电电流；1I或5I倍率放电电流；图2蓄电池在不同恒定电流下的放电曲线示例（充满电，在20℃下静置1h后放电）单体蓄电池的充电曲线示例见图3。蓄电池首先以恒定电流0.2It（相当于I5）充电，最终达到恒定电压充电的状态。各类型蓄电池在对应温度下的典型充电方法（与容量相关的充电电压）见GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5。充电曲线应由蓄电池制造商提供。a）充电电流曲线示例b）充电电压曲线示例图3单体蓄电池的充电曲线示例7GB/TXXXXX.1—XXXX4.4.2充电要求蓄电池系统的充电电压要求和最佳充电方法应符合表2的规定。表2充电特性要求充电电压精度是指理想充电特性下的电压要求，各类型蓄电池的充）；各类型蓄电池的充电电流纹波要求应符合GB/TXXXXX.2～G根据蓄电池的要求进行温度补偿，各类型蓄电池的温度补偿系数应符合GB/T计算特定负载曲线所需的蓄电池容量之前，应确认是否需要温度补偿，如不需要，则可省略温度传感器。蓄电池和充电机接口的典型电气原理图见图4。图4蓄电池和充电机接口的典型电气原理图图4所示蓄电池和充电机之间的接口符合以下要求。a)电压传感器（1）：精度应高于±1%。8GB/TXXXXX.1—XXXXb)温度数据采集（2a），包括与温度传感器（3）之间的导线（2b)：精度应高于±2.5K（相当于理想充电电压的±0.5%）。c)温度传感器（3）：在指定温度范围内，精度应高于±2K（相当于理想充电电压的±0.4%）。每个蓄电池系统应至少安装一个温度传感器，且宜与蓄电池连接。宜采用4线制PT100型温度传感器、2线制PT1000型温度传感器或负温度系数温度传感器（25℃时阻值为10kΩ)。d)温度传感器（3）应安装于蓄电池箱内部（4）。e)蓄电池和充电机之间的连接线缆（5）：充电机和蓄电池之间接口的一部分。充电机的精度检查应符合以下要求：f)检查温度范围应小于80K；g)在充电机接口处。考虑到线缆的电压降和温度传感器导线的电阻，应确认是否需要以及如何补偿布线的影响。传感器布线的影响取决于温度传感器的类型，温度数据采集系统和电压传感器的位置。若存在显著影响，应在充电机控制系统中进行补偿。宜采用能忽略布线电阻对温度采集产生影响的温度传感器。4.4.3放电要求4.4.3.1概述蓄电池在使用或储存期间有以下放电情形：——负载供电（辅助设备的应急备用/正常运行期间，如分相区或无电区——直接连接的负载供电；——低温和高温放电；——自放电。4.4.3.2负载供电应确认负载曲线是否针对整列车，并明确为负载供电的蓄电池组数量及每辆车蓄电池的配置情况。两种不同类型的负载曲线示例如下：——辅助设备的应急备用（见图5，显示了1级至5级负载）；——在正常运行期间，如分相区或无电区（见图6，显示了1级至2级负载）。负载曲线应采用以下负载表示，恒定功率负载（W）、电阻负载(Ω)和恒定电流负载（A），三种负载可能在每个放电阶段同时存在，也可能单独出现。高速动车组和市域（郊）动车组应急工况的负载曲线示例见图A.1和图A.2。9GB/TXXXXX.1—XXXX图5辅助设备应急备用（列车停止）的负载曲线示例图6正常运行期间（分相区或无电区）的负载曲线示例4.4.3.3直接连接的负载供电不能完全排除超出正常应急负载范围的小负载供电，如在规定的放电条件下，放电时间超过1d。蓄电池应能承受长时间放电而不会永久损坏，如需要在长时间放电后对蓄电池进行修复以恢复性能，见GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5。4.4.3.4高低温性能在允许的工作温度范围内，充电后的蓄电池应能满足负载曲线的要求。蓄电池在该温度范围内不应发生永久性损坏。4.4.4荷电保持（自放电）通常蓄电池会发生自放电，导致可用容量下降，在储存过程中也会受温度的影响。各类型蓄电池在一定温度下储存一段时间后的自放电特性或其他影响，应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5。自放电而降低的可用容量通常是可逆的，可通过蓄电池制造商规定的充电方法来恢复。GB/TXXXXX.1—XXXX蓄电池的储存要求，见8.2。4.4.5蓄电池容量要求应定义以下参数：——每个工况的放电要求（见4.4.3）；——考虑负载扩容或安全的容量冗余系数；——应急工况下的蓄电池环境温度范围；——由于线缆长度和规格导致从蓄电池到设备（负载）的电压降，或蓄电池端的最低电压；蓄电池端电压、设备电压和线缆电压降的关系，见公式2；式中：Vbattery——蓄电池端电压；Vequipment——设备电压（见表1，至少为最低电压Vdrop——蓄电池和设备之间线缆的电压降。——重复放电循环，包括放电次数（每天、每月或每年）和持续时间；——SOC，取决于充电参数（电压、温度补偿等）和环境条件；——老化系数，取决于但不限于工作环境温度、循环工作的DOD、维护方式和寿命要求。表3规定了蓄电池容量选型要求。各类型蓄电池参数表应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5。表3蓄电池容量选型涉及的参数和职责方），4.5安全及防护要求4.5.1一般要求蓄电池托盘或蓄电池箱体应能在蓄电池漏液的情况下避免电解液泄漏，并能承受电解液的腐蚀。蓄电池排气塞或加水系统应具备阻火功能，以防止外部火焰或火花进入蓄电池，导致内部爆炸引起电解液飞溅。产生气体（如充电期间）的蓄电池系统应确保足够的通风，以避免危险气体浓度过高（见5.5）。通风量的计算应符合IEC62485-2的规定。4.5.2蓄电池深度放电GB/TXXXXX.1—XXXX蓄电池的放电容量超过允许值，或超过放电曲线中的规定值（深度放电），可能导致永久性损坏、电池再充电容量不足（可用容量降低）或使用寿命缩短。蓄电池制造商应提供放电电流和放电终止电压关系的曲线。宜通过规定以下参数，避免蓄电池深度放电：——电压；——电流；——温度；——时间。4.5.3充电温度补偿蓄电池充电电压宜随温度进行补偿。各类型蓄电池的温度补偿系数应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定（如适用）。各类型蓄电池充电的最高或最低温度应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定（如适用）。温度传感器发生故障时，充电机应采用安全的默认充电参数，各类型蓄电池相关参数应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定（如适用）。4.6防火防火要求，包括耐燃性、烟密度和毒性限度，应满足TB/TXXXX（所有部分）的相关要求。4.7维护应根据蓄电池制造商的要求提供预防性维护和纠正性维护的数据，各类型蓄电池的维护数据应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定（如适用）。蓄电池的维护频率和调试方式（如适用）取决于用户使用情况和蓄电池制造商的要求。4.8充电特性选择充电特性时，应确保蓄电池在正常操作条件下保持较高SOC，并尽可能降低耗水量（如适用各类型蓄电池的充电特性应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定。5机械要求5.1概述蓄电池系统可包括一个或多个蓄电池箱体、托盘、组合框、蓄电池模组或整体蓄电池，见4.1。蓄电池系统的机械设计主要有三个方面：——机械接口（蓄电池托盘和蓄电池箱之间，以及蓄电池箱和车辆之间——蓄电池系统在车辆上的位置；——蓄电池的接近方式。5.2机械接口5.2.1概述蓄电池托盘与蓄电池箱体之间的机械接口，有以下三种基本方式：——固定式；——滚轮式；GB/TXXXXX.1—XXXX——滑轨式。蓄电池箱体与车辆之间的接口通常采用螺栓连接。5.2.2固定式组合框或整体蓄电池可直接安装在蓄电池箱体中（见图7）。蓄电池托盘可采用螺栓固定在蓄电池箱体上（见图8），蓄电池箱体可通过叉车或其他升降方式进行拆卸或安装。图7无托盘固定式示例图8有托盘固定式示例5.2.3滚轮式带滚轮的蓄电池托盘主要有以下两种：——带折叠梁（滚轮在托盘上），见图9；——带滚动轴承（滚轮在蓄电池箱体上或托盘上），见图10。GB/TXXXXX.1—XXXX图9带折叠梁滚轮式示例图10带滚动轴承滚轮式示例GB/TXXXXX.1—XXXX5.2.4滑轨式带滑轨的蓄电池托盘通常采用伸缩式滑轨，见图11。图11滑轨式示例5.3蓄电池系统在车辆上的位置蓄电池系统在车辆上的位置主要分为以下三种：——车辆顶部；——车辆内部（柜体、支架）；——地板下方（低地板、高地板车辆）。5.4蓄电池的接近方式蓄电池的接近方式主要分为以下三种：——顶部（顶部可及），安装在车顶上方或车内；——侧面（单侧可及），安装在车体下方或车内；——跨越（双侧可及），安装在车体下方。5.5蓄电池箱体通风对于产生气体（如充电期间）的蓄电池，应确保蓄电池箱体内充分通风，以避免危险气体过度积聚。进气口和出气口的位置应能保证空气流动，特别是在车辆静止（如在维修车间）时。蓄电池箱体宜采用自然通风，通风口位置取决于箱体在车辆上的安装位置。通风口的尺寸及其他要求见IEC62485-2。GB/TXXXXX.1—XXXX6电气接口6.1概述蓄电池系统的电气接口示例见图12。各类型蓄电池对特定部件的要求应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定。）；图12蓄电池系统的电气接口示例图6.2外部电气连接接口根据蓄电池的结构、要求不同，外部电气连接接口可采用不同的设计：——主接线端子（车载系统和蓄电池之间的接口）的设计取决于项目要求及用户与列车制造商、蓄电池制造商之间的协议，可使用螺栓连接或插入式连接器（类似于外接供电）；——线缆端子的规格和长度取决于项目要求，由用户与列车制造商、蓄电池制造商达成一致；——插入式连接器可用于蓄电池维修车间或外接供电，也可用于连接蓄电池托盘和蓄电池箱；——用于传感的插入式连接器（温度传感器、恒温器（过温开关）、维修车间的指示触点等）的设计，见GB/T34119；——蓄电池系统的接口设计应便于区分蓄电池主接线端子的正负极性。7标志GB/TXXXXX.1—XXXX7.1安全标志7.1.1蓄电池箱体外部按照GB/T31523.1—2015的要求，蓄电池箱体外部应至少设置以下安全标志。——警告标志：.5-13当心触电；.5-21当心电池充电。——禁令标志：.4-02禁止吸烟；.4-03禁止烟火。7.1.2托盘、组合框或蓄电池箱体内的其他位置按照GB/T31523.1—2015的要求，蓄电池箱体内应设置以下安全标志。——警告标志：.5-02当心爆炸；.5-13当心触电；.5-21当心电池充电；.5-31当心腐蚀。——禁令标志：.4-02禁止吸烟；.4-03禁止烟火。——指令标志：.3-03必须戴防护眼镜；.3-15必须穿防护服；.3-11必须戴防护手套；.3-23必须查阅操作手册。如安全标志固定在托盘或组合框上，标志可为黑白或彩色。7.1.3单体蓄电池或整体蓄电池各类型单体蓄电池或整体蓄电池的标志要求应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定（如有）。7.2铭牌7.2.1蓄电池箱体蓄电池箱体的铭牌应包括以下信息：——序列号；——修订版本（如适用——制造商名称。可包括标称电压和额定容量等信息。7.2.2托盘、组合框、模组或蓄电池箱体内的其他铭牌GB/TXXXXX.1—XXXX各类型蓄电池托盘、组合框、模组上的铭牌或箱体内的其他铭牌要求应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定。如有多个托盘、组合框或模组，应在托盘或维护手册中标明序号和位置。7.2.3单体蓄电池或整体蓄电池各类型单体蓄电池或整体蓄电池的铭牌要求应符合GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定。8储存和运输8.1运输根据蓄电池运输要求和相关规定执行。8.2储存蓄电池应储存在室内干燥、清洁、无霜的环境。蓄电池应避免阳光直射。各类型蓄电池储存要求应符合蓄电池使用维护手册。9试验9.1概述9.2和9.3为典型的试验项目。各类型蓄电池具体的试验程序和其他试验项目应符合GB/TXXXXX.2~GB/TXXXXX.5的规定。试验种类如下：——型式检验；——出厂检验。同一类型蓄电池的型式检验可适用于多个项目。9.2型式检验9.2.1概述型式检验应包括蓄电池模组/蓄电池系统的电气性能试验、介电试验、负载供电试验（负载曲线见附录A）以及冲击和振动试验。9.2.2电气性能试验按照GB/TXXXXX.2～GB/TXXXXX.5的规定进行。9.2.3介电试验按照GB/T21413.1的规定进行。9.2.4负载供电试验按照附录B的规定进行。9.2.5冲击和振动试验GB/TXXXXX.1—XXXX采用专用工装将蓄电池固定至试验台，并进行冲击和振动试验，蓄电池应能满足GB/T21563—2018规定的冲击和振动要求。最小的试验对象为单体蓄电池、整体蓄电池、蓄电池模组、蓄电池组合框或蓄电池托盘时，应按照GB/T21563—2018中1类B级的规定进行试验。对于整个蓄电池系统，应按照GB/T21563—2018中1类A级的规定进行试验。如果已经对相同系列、相同制造商和相同装配方式的单体蓄电池、整体蓄电池、蓄电池模组、蓄电池组合框或蓄电池系统进行过冲击和振动试验，则无须重复试验。使用已知和经过设计验证的单体蓄电池、整体蓄电池或蓄电池组合框替换时，可不再进行冲击和振动试验。9.3出厂检验9.3.1概述出厂检验的目的是为了检验批量交付的蓄电池模组/蓄电池系统质量。9.3.2目视检查应根据图纸规定进行相关项点（如标志）的检查。检查结果应符合图纸要求。9.3.3介电试验介电试验应按照GB/T21413.1的规定进行。9.3.4电气性能试验检查蓄电池开路电压。GB/TXXXXX.1—XXXX典型的应急负载曲线示例A.1高速动车组负载曲线示例高速动车组应急负载曲线示例，见图A.1。图A.1高速动车组负载曲线示例（全列负载，无启动阶段）A.2市域（郊）动车组负载曲线示例市域（郊）动车组应急负载曲线示例，见图A.2。图A.2市域（郊）动车组负载曲线示例（全列负载，无启动阶段）GB/TXXXXX.1—XXXX负载曲线的验证B.1总则本附录用于说明并验证蓄电池是否满足所要求的负载曲线。其目的在于验证蓄电池系统的设计是否符合相关技术规范，测试时，宜将试验的数量限制在必要的范围内。B.2一般方法蓄电池选型相关的负载曲线应由以下三种形式的负载来表示：恒功率负载(W)、电阻负载(Ω)和恒流负载(A)。三种负载可能会在每个放电阶段同时存在。研究方法和相关参数包括：——负载曲线中所消耗和可用的累计放电容量；——负载曲线中可用的功率、电压和电流；——环境（如温度）；——运行要求（如最低电压）；——蓄电池和列车设备之间的矫正参数（如电压降——蓄电池充电水平（取决于充电条件的初始SOC）；——蓄电池老化情况。负载曲线验证方法有以下两个步骤。——蓄电池选型，确认所选定的蓄电池在规定的环境（温度）和运行条件（电压）下是否满足列车所要求的负载曲线。蓄电池选型可通过数值计算（如模拟）或实验室试验（若无数值计算