能源运营产品技术规范-备电用磷酸铁锂电池组技术规范V1.0

铁塔智慧能源有限公司企业标准

Q/ZTT NY/BD 0001-2019

备电用磷酸铁锂电池组技术规范Technical Requirements for Lithium-ion Battery Packs for

Electrical standby

版本号：V1.0

2019 - 05- 06发布2019–05 - 07实施铁塔智慧能源有限公司发布

目录

前言.................................................................................................................... I 1范围.. (2)

2规范性引用文件 (2)

3术语和定义 (2)

4产品规格 (5)

4.1单体电池数量 (5)

4.2电池组输出电压标称值 (5)

4.3额定容量 (5)

5要求 (5)

5.1使用环境条件 (5)

5.2外观、标识及安装 (6)

5.3性能指标 (9)

5.4寿命 (12)

5.5安全性能 (12)

6 BMS 要求 (15)

6.1外观要求 (15)

6.2BMS硬件要求 (15)

6.3BMS软件功能要求 (18)

6.4信息采集要求 (19)

6.5通讯与监控 (23)

6.6电磁兼容性 (24)

6.7BMS可靠性及环境适应性 (25)

7位置服务系统 (26)

7.1位置服务系统技术要求 (26)

7.2系统技术要求 (27)

前言

备电用磷酸铁锂电池组可快速移动，灵活组合，可以为用户提供优质的供电服务和使用方案，既适用于社会上广泛的小容量应急交流用电需求的场景。解决了传统应急供电中使用油机发电时引起的噪音大、废气排放多、部分场景搬运难等的问题。

本标准适用于交通信号灯、邮储银行网点、医疗、教育等场景的后备电源备电用磷酸铁锂电池组。

本标准依据相关国家标准和行业标准，以相关配套设备技术标准为基础，提出了备电用磷酸铁锂电池组集成技术要求，为备电用磷酸铁锂电池组的建设提供技术依据。

备电用磷酸铁锂电池组技术规范

1 范围

本标准规定了中国铁塔股份有限公司对备电用磷酸铁锂电池集成的技术要求，适用于中国铁塔股份有限公司对备电用磷酸铁锂电池组的采购、使用和维护等。

2 规范性引用文件

下列文件对本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 191-2008 包装储运图示标志

GB/T 2408-2008 塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法

GB/T 2829-2002 周期检验计数抽样程序及表（适用于对过程稳定性的检验检查）GB/T 17626.2-2018 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T 17626.5-2008 电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验

GB/T 20626.1-2017 特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：通用技术要求GB 50689-2011 通信局站防雷与接地工程设计规范

QC/T 743-2006 电动汽车锂离子蓄电池

YD/T 983-2013 通信电源设备电磁兼容性要求及测量方法

YD/T 1051-2010 通信局(站)电源系统总技术要求

YD/T 1363.3-2014 通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统第3部分：前端智能设备协议

YD/T 2344.1-2011 通信用磷酸铁锂电池组第1部分:集成式电池组

YD/T 2344.2-2015 通信用磷酸铁锂电池组第2部分:集成式电池组

YD/T 5040-2010 通信电源设备工程安装设计规范

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本技术要求。

3.1

磷酸铁锂电池组 Echelon use liFePO4 battery

主要由磷酸铁锂电池模组、电池管理系统、箱体等组成储能集合体。

3.2

磷酸铁锂单体电池 LiFePO4 battery cell

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，其单只电芯标称电压为3.2V。

3.3

额定容量 Rated capacity

在环境温度为 25℃±2℃的环境中，完全充电状态下的电池组以 3h 率放电至终止电压时所应提供的电量，用 C3 表示，数值为 1.0C3 单位为安时（Ah）；3h 率放电电流用I3 表示，数值为 0.33C3（3.3I10），单位为安培（A）。

3.4

实测基准容量 Measured capacity of reference

在环境温度为 25℃±2℃的环境中，完全充电状态下的电池静置 1h 后，以 I3 的电流放电，电池组终止电压为 43.2V，取样品前三次测试容量平均值作为该电池组的 3 小时率实测基准容量，用 Ce 表示。

3.5

电池管理系统 Battery Management System (BMS)

BMS是保证锂电池单体和成组安全、可靠工作的电路系统总称。该系统采集锂电池组总电压、单体电压、电量、充放电电流、电池环境温度等参数，对锂电池充电、放电过程和状态进行监控，并具有有效的保护和告警功能；一般由监测、保护电路、电气、通信接口、数据传输等组成。

3.6

充电限制电压 Charge limit voltage

电池/电池组充电时要求的最高充电电压。

3.7

终止电压 End of discharge voltage

电池/电池组要求停止放电的电压。

3.8

循环寿命C ycle life

在规定条件下，电池/电池组在特定性能失效之前所能完成的充放电循环次数。

3.9

容量保存率 Save rate of capacity

完全充电状态下的电池组，存储一定的时间后，在规定充放电条件下，电池组放出可用容量的能力。

3.10

100%深度放电 100%depth of discharge（100%DOD）

在电池使用过程中，以终止电压为放电结束条件的容量实验，称为100%深度放电。

3.11

荷电状态 State of charge（SOC）

电池组当前可用电量和当前电池容量的比值，即当前状态下以 3h 率放电至终止电时所能提供的电量与当前电池容量的比值，用 SOC 表示。

3.12

内阻 Internal resistance

电流流过电池/电池组时，电池/电池组输出端的电压变化所反应出来的直流电阻，用Ri 表示，单位为欧姆（Ω）或毫欧（mΩ）。

4 产品规格

4.1 单体电池数量

应采用16只电池单体或模组串联的方式。

4.2 电池组输出电压标称值

电池组标称电压为51.2V。

4.3 额定容量

电池组额定容量为50Ah、100Ah。

5 要求

5.1 使用环境条件

5.1.1 一般要求

电池组的工作环境应无腐蚀性、爆炸性和破坏绝缘的气体及导电尘埃，并远离高热源。

5.1.2 温度范围

（1）工作温度范围：

充电：0℃～45℃；

放电：-10℃～55℃

储运温度范围：-10℃～50℃

注：-5℃以下应采取保温措施。

（2）相对湿度范围：

工作相对湿度范围：≤95%（45℃±2℃）；

储运相对湿度范围：≤95%（45℃±2℃）。

5.1.3 大气压力

大气压力范围为：70kPa～106kPa。

5.2 外观、标识及安装

5.2.1 产品编码规则

产品命名编码规则详见如下：

产品名称：备电用锂电池组用BD标识；

电压等级：48V系列用48；

容量等级：100Ah规格用100；

材料体系：铁锂代号1；

循环寿命：400次循环用04标记；

厂家代码：锂电池生产厂家英文代码，若厂家英文代码不足四位，以数字“0”补位；

生产年份：按实际生产年份取后两位数；例2019年生产的电池，年份代号为19；

生产月份：1～12月份；

生产日期：用数字“01～31”表示；

生产线流水号：根据制造厂家生产日期当天生产的该型产品第N组，则编号为N（例：某型号的第1组，则N为001）；

5.2.2 电池组外观要求

（1）电池及电池组表面应清洁，无明显变形，无机械损伤，接口触点无锈蚀；

（2）电池组至少两面应有必需的产品标识及铁塔能源LOGO，且标识清楚；

（3）电池组应具有唯一产品编码，且标识清楚，每只电芯也应具有编码；

（4）电池组的正、负极端子及极性应有明显标记，并保证正、负极之间留有足够的操作安全间距；

（5）电池组的电源接口、通讯（或告警）接口应有明确标识。

5.2.3 尺寸

外壳：磷酸铁锂电池组的机械电气单元的容器外壳应为金属材质。

面板外形如图1所示，电池组尺寸如表1所示。

图1 电池组外形示意图

表1 电池组尺寸系列

电池组额定容量宽（mm）深（mm）高（mm）

1 50Ah 442（含挂耳482）500 132（3U）

2 100Ah 442（含挂耳482）500 222（5U）

5.2.4 标识

应在电池组机械电气单元外壳上显著位置标识产品名称、出厂日期、原始容量、已使用年限、额定容量、出厂日期、电池编号、制造厂名、商标和警示说明等相关信息；电池

组标识格式示例见表 2，其中允许将执行标准编号、厂址、邮编和联系电话标识印刷在包装或使用说明书中。

表2 电池标识格式示例

5.2.5 安装

备电用电池组安装方式采用 19 英寸标准机架安装方式。

5.2.6 电池组内部组装防护要求

a）电芯组装要求

1）电芯串并联连接固定牢靠，防止松动，脱落；

2）电芯与外箱间、电芯四周和上、下六个面、串并联线，有绝缘和缓冲设计；

3）电芯装配成模组后，模组定位牢固，不能在机箱内晃动。

b）采样线装配要求

1）电压采样线可靠固定在电压采样点上，严防松动或脱落；

2）电压采样线应采用阻燃电缆，阻燃等级应满足GB/T19666-2005中ZB的要求；

3）电芯温度采样探头需紧贴电芯表面；

4）采样线走线整洁、规范、无交叉，绑扎、转角部位加装绝缘保护；

5）电压采样线应具备熔断机制串接1A熔断保险，保险距电芯端距离不大于50mm。

c）BMS装配要求

1）BMS应牢固安装在面板上，指示灯、通信口、按键和屏幕与面板开槽匹配无错位。

2）BMS与电压采样线、温感线、电池负极线束必须装配牢靠，走线整洁无相互缠绕，

接插件有防呆设计。

5.3 性能指标

5.3.1 充电电压要求

单体电池充电电压为3.50V～3.60V，默认值为3.53V；

电池组的充电电压限制范围为56.0V～57.6V，默认值为56.4V。

5.3.2 充放电电流要求

充电电流范围＜0.5I1A（充电限流情况除外）；

放电电流范围≥1.0I1A。

5.3.3 充电方式

电池组充电方式应为间歇式充电方式，该充电方式分为四个阶段，如图 1 所示。

恒流-限压充电阶段（T1）：此阶段中充电电流保持恒定，电压逐步升高，当电池最高电压或电池组端电压大于或等于规定的电压值后，结束此阶段充电；

恒压-限流充电阶段（T2）：此阶段中最大充电电流限值在允许充电电流之内，当电池最高电压等于设置值后，充电电流自动减小，当充电电流下降到规定值后停止充电；

电池组开路静置阶段（T3）：电池组完成整个恒流-限压、恒压-限流充电过程后，电池组由 BMS 控制进入充电回路开路静置状态，如图 2 所示，随时监测电源系统直流输出端电压，确保放电回路连通，若交流电停电，BMS 应能控制电池组无延迟进入放电状态；

间歇式补充电阶段（T4）：电池组充电回路处于开路静置状态，直至容量减少到电池组充电限值电压初始容量的 95%SOC 时，由 BMS 控制电池组重新进入补充电状态，补充电方式也经历恒流-限压和恒压-限流两个阶段。

图1 间歇式充电方式示意图

注：T5 为电池组放电过程，电池组根据负载情况提供能量，当电池最低电压或电池组电压达到终止电压时，停止放电。

5.3.4 完全充满电

电池组完全充满电可以通过以下两种方式之一来判断：

A）在环境温度 25℃±2℃的条件下，以 5.3.1.2 规定的电流充电，当电池组电压达到规定的充电电压时，改为恒压充电，总充电时间不小于 24h。

B）在环境温度 25℃±2℃的条件下，以 5.3.1.2 规定的电流充电，当电池组电压达到规定的充电电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于0.02 I1A。

5.3.5 容量

电池组充满电后静置 1h，在不同工作温度条件下容量见表 2。

表2 各环境温度时容量

5.3.6 电池组性能一致性

电池组内各电池应为生产厂家相同、结构相同、化学成分相同的产品，且符合下列要求：

A)静态开路电压差：电池组完全充电后，静置 1h，单体电池之间的静态开路电压最大值与最小值的差值应不大于 200mV；

B)在线状态电压差：电池组进入在线状态 24h 后，单体电池之间的端电压差应≤200mV；

C)放电状态电压差：电池组完全充满电后，以 0.33 I1A电流放电，截至电池终止电压43.2V，单体电池之间的端电压差应不大于300mV；

D）单体容量差：电池组完全充满电后，以0.33 I1A电流放电、截至电池组电压下降到43.2V 时，电池组内单体电池之间容量的最大值、最小值的差值和平均值的比，应不大于 5%；

E)内阻差：组内单体电池之间的内阻最大值、最小值与平均值的差值比≤平均值的±50％。

5.3.7 连续条压降

蓄电池按1.0 I1A电流放电，在两只单体电池极柱根部测量的电池之间的连接条压降≤10mV。

注：在一个电池极柱上，不允许采用多条连接条（或连接电缆）并联连接。

5.3.8 容量保存率

在环境温度为25℃±5℃的条件下将电池组在有 BMS 的条件下静置 28 天后进行3h 率放电容量试验，放电至电池终止电压 43.2V，得到电池组静置 28 天后的容量Ce′。容量保存率应不低于 95%，且电池组内各电池单体之间容量的最大值、最小值的差值和平均值的比，应不大于 5%。

5.3.9 充电效率

完成容量试验后的电池组经完全充电后，在环境温度为 25℃±2℃且有 BMS 的条件下进行试验；电池组以0.1I1A电流放电至终止电压 43.2V，记录放电容量，静置 1h 后再按规定的充电电压以 0.1I1A 限流充电 24h，记录充电容量，电池组的充电效率应≥92%。

5.3.10 在线电流（检测项）

在无 BMS 时，电池组充满电后，再以 54.4V 的浮充电压充电 24h，浮充状态下的充电电流应≤200mA。

5.4 寿命

5.4.1 循环寿命

在环境温度为 25℃±2℃条件下，电池组 80% DOD 0.33C 循环寿命应不少于下表所列工况下的次数要求。

循环寿命验收方法：在线测试验收，进行 80%DOD 充放电测试，测试周期一个月（充放电循环 30 次），测试电池的衰减率，不同循环寿命的衰减率不超过以下值：

5.4.2 设计寿命

在环境温度 25℃±2℃的条件下，磷酸铁锂电池组在线状况下的寿命应≥6年。

5.5 安全性能

5.5.1 抗过充电

单体电池充满电后，在无 BMS 时，将电池放置于通风厨中，将恒流恒压源电压设定为2 倍标称电压，以2I1A电流给电池充电，试验过程中用具有连续记录功能的点温计监测电池温度变化，当电池温度达到稳态或降至环境温度时结束试验。电池应不起火、不爆炸。

5.5.2 深度放电

单体电池充满电后，在无 BMS 时，以 0.1I1A 电流放电至 0.1V，用 40Ω电阻短接24h，再用均充电压 3.6V 限流 0.1I1A 充电 48h，构成一个循环，连续进行五次循环后，以 0.1I1A 电流放电至单体电池终止电压 2.7V。电池应不起火、不爆炸。

5.5.3 恒定湿热

锂电池组充满电后，在有 BMS 时，将其放入 60℃±2℃、相对湿度为 90%～95%的恒

温恒湿箱中静置 12h 后，再将其取出在环境温度 25℃±2℃的条件下静置 2h，目测其外观，再以 1.0I1A电流放电至终止电压 43.2V。电池组外观应无明显变形、锈蚀、冒烟或爆炸，其容量应不低于实测基准容量的 90%。

5.5.4 抗振动

电池组充满电后，在有 BMS 时，进行 X、Y、Z 三个方向的振动试验。从 10Hz～55Hz 循环扫频振动 90min～100min，扫频速率为 1oct/min，位移幅值（单振幅）为 0.8mm。电池组外观应无明显损伤、漏液、冒烟或爆炸，并能正常工作。

5.5.5 绝缘电阻

电池组正、负极接口分别对电池组金属外壳的绝缘电阻不小于2MΩ。

5.5.6 抗电强度

电池组正、负极接口分别对电池组金属外壳能够承受 50Hz、有效值为 500V 的交流电压（漏电流≤10mA）或 710V 的直流电压 1min，应无击穿、无飞弧现象。

5.5.7 安全充电电压

完成容量试验且达到标称值的单体电池，以 4.2V 恒压、0.1I1A 限流进行充电 24h，并以 0.33I1A电流放电至单体电池终止电压 2.7V。电池应不漏液、冒烟、起火或爆炸，以 0.33I1A放电电流放电，其容量应不小于实测基准容量的 92%。

5.5.8 抗重物冲击

单体电池放置于冲击台上并固定在夹具中（电池单体最大的面应与台面垂直），将10kg 重锤自 1.0m 高度自由落下。电池应不起火、不爆炸。

5.5.9 抗热冲击

单体电池放置于高温箱中，调节高温箱温度以（5℃±2℃）/min 上升至 130℃±2℃，保持 30min。电池应不起火、不爆炸。

5.5.10 高温存储

无 BMS 时，将充满电的单体电池放入 85℃±2℃的高温箱中保持 48h。电池应不漏液、冒烟、起火或爆炸。

5.5.11 抗加热（可选）

单体电池按规定充满电后，将其放在金属网上，盖住平面桌中间的孔，然后进行加热直至电池组爆炸或被摧毁。爆炸电池没有任何部分穿透网屏，没有部分或全部电池突出网屏。

5.5.12 抗短路

无 BMS 时，将接有热电偶的充满电的电池单体置于通风橱中，将电池的正负极用 0.1 Ω电阻器短路，试验过程中用具有连续记录功能的点温计监测电池温度变化，当温度下降到低于峰值 10℃时结束试验。电池应不起火、不爆炸。

5.5.13 抗穿刺

单体电池充满电后，在无 BMS 时将直径 3mm 的钨钢针、以 20mm/s 的速度，沿径向刺穿电池组中的任一电池。电池应不起火、不爆炸。

5.5.14 抗挤压

在无 BMS 的条件下，单体电池充满电后，电池两个最大面积的表面之间进行压缩，压缩力通过一个直径为 32mm 的液压活塞施加，压缩持续进行直至压力达到 17.2MPa，施加的压力为 13kN，当达到最大压力后泄压。电池应不起火、不爆炸。

5.5.15 抗低压

充满电的单体电池放置于真空箱室，抽真空至 11.6kPa 或更低，在 25±2℃的环境温度下保持 360min。电池应不漏液、冒烟、起火或爆炸。

5.5.16 抗碰撞

电池组充满电后，在有 BMS 时承受 x、y、z 三个方向的碰撞试验。初始 3ms 内平均加速度应不小于 75g，峰值加速度在 125g～175g 之间，碰撞次数为 1000 次±10 次。电池组外观应无明显损伤、漏液、冒烟或爆炸，并能正常工作。

5.5.17 温度循环

单体电池按规定充满电，将其放入 70℃±2℃的高温箱中，保持 12h，然后将其放入-40℃±2℃的低温箱中，保持 12h，重复上述操作 9 次，最后将电池在 25℃±2℃

的环境静置 24h。电池应不漏液、冒烟、起火或爆炸；单体电池外观无破裂，无质量损失，容量不低于实测基准容量 Ce 的 70%。

6 BMS 要求

6.1 外观要求

BMS 外观应符合以下要求：

(1)BMS 布局合理、质量可靠，无明显变形，无机械损伤；

(2)BMS 导线线径、载流量满足充放电和均衡的要求；

(3)与 BMS 有关的通讯接口、告警指示、状态指示应有明确标识；

(4)BMS 电路板应进行三防（防潮湿、防霉变、防盐雾）处理。

6.2 BMS硬件要求

6.2.1 BMS加工工艺要求

表3 PCB加工工艺要求

6.2.2 BMS框图

图2 BMS框图

6.2.3 控制器MCU单元

主控制器MCU能够流畅的处理电池前端采集的数据，迅速处理异常情况的控制指令,在选用主芯片时，应当考虑到后续的可拓展性和二次开发兼容性，保证在二次开发时芯片的程序存储空间ROM以及数据存储空间RAM充足可用。

6.2.4 模拟前端AFE

在BMS设计时，选用模拟前端AFE时能够同时监管16节锂电池电芯，模拟前端AFE 的单个通道电压采集范围0~5V。电压采集端口具备滤波电路，单体电池电压采样精度在常温下应小于10mV。

6.2.5 电池均衡功能

能够实现外部被动式均衡，可通过调节均衡电阻控制均衡电流的大小，均衡电流在3.5V时能达到50mA或以上，均衡时负载电阻温度不超过50℃。

6.2.6 MOSFET单元

BMS的主回路采用N-MOSFET控制负极电路通断， MOSFET需增加硬件驱动，保证MOSFET 的正常通断，充放电MOSFET需加TVS保护。每个MOSFET需放置驱动电阻，保证MOSFET 能够快速通断。MOS耐压等级≥100V，在1C条件放电下，MOS管温升≤45℃。

6.2.7 MOS能力要求

BMS中的MOS阵列应具备1.25I1A的持续过流能力；电流达到限定值时，应启动电路限流功能；任一MOS检测到故障或损毁，应立即切断输出回路，MOS阵列最大抗冲击能力要求为1.0I1A的1.5倍，持续时间1min。

6.2.8 电流采集单元

采用等精度的分流器检测电池组总电流，信号经调理后送高速AD进行模数转换和电流积分运算，分流器应根据实际电流的大小调节使用数量，要求能够承受1.5倍的过流值，精度在2%以上。

6.2.9 RS485通讯接口单元

RS485收发单元采用RS485接口芯片转换电平，通讯接口需作隔离处理。通讯接口需要进行EMC防护处理，确保通讯过程的稳定，数据的正常传输。

6.2.10 温度采集电路单元

电池组温度采集用4组NTC探头，均匀分布于电池组内部检测电池温度，环境温度探头放置BMS主板上远离功率器件的一侧，功率MOSFET温度探头需直接接触到MOSFET表面点胶固定。温度采集配置10K的NTC用于检测温度，采集端口需有滤波电路，防止噪声干扰造成温度采集误差。

6.2.11 电源输入单元

BMS从48V电池组直接取电，效率≥90%，+12V输出纹波应不大于120mV，+3.3V和+5V 输出纹波应≤50mV，输出电流需满足100mA以上，电源输入端做EMC防护处理，具有输入反接保护功能。

6.2.12 EEPROM单元

EEPROM的选用要能够保证BMS采集数据的存储要求。

6.2.13 加热膜单元（选配）

电池组需经常应用于用于0℃以下的工况场景时，BMS应增加控制直流电加热装置，当使用工况低于0℃时，启动加热功能，BMS直流输出功率根据环境要求满足加热需求。