《電動自行車用鋰離子蓄電池設(shè)計規(guī)范》

ICS43.140

CCSY14

團體標(biāo)準(zhǔn)

T/CHINABICYCLEXXXX—XXXX

電動自行車用鋰離子蓄電池設(shè)計規(guī)范

DesignSpecificationforLithium-ionBatteryforElectricBicycle

（征求意見稿）

2022-XX-XX發(fā)布2022-XX-XX實施

中國自行車協(xié)會發(fā)布

T/CHINABICYCLEXXXX—XXXX

電動自行車用鋰離子蓄電池設(shè)計規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了電動自行車用鋰離子蓄電池產(chǎn)品，含鋰離子蓄電池、鋰離子蓄電池組、電池管理系統(tǒng)

設(shè)計要求、標(biāo)識和說明、驗證和確認(rèn)。

本文件適用于電動自行車用鋰離子蓄電池（以下簡稱“鋰電池”）產(chǎn)品的設(shè)計。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T2900.41-2008電工術(shù)語原電池和蓄電池

GB17761-2018電動自行車安全技術(shù)規(guī)范

GB/T18380.12電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗第12部分：單根絕緣電線電纜火焰垂直蔓延

試驗

GB/T24533鋰離子電池石墨類負(fù)極材料

GB/T33143-2016鋰離子電池用鋁及鋁合金箔

GB/T36363鋰離子電池用聚烯烴隔膜

GB/T36943電動自行車用鋰離子蓄電池型號命名與標(biāo)志要求

GB/T36945-2018電動自行車用鋰離子蓄電池詞匯

GB/T36972電動自行車用鋰離子蓄電池

GB38031電動汽車用動力蓄電池安全要求

HG/T4067六氟磷酸鋰電解液

SJ/T11483鋰離子電池用電解銅箔

YS/T677錳酸鋰

YS/T798鎳鈷錳酸鋰

YS/T1027磷酸鐵鋰

IEC62133-2Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acid

electrolytes–Safetyrequirementsforportablesealedsecondarycells,andforbatteriesmade

fromthem,foruseinportableapplications–Part2:Lithiumsystems

IPC/WHMA-A-620CRequirementsandAcceptanceforCableandWireHarnessAssemblies

UN38.3UNITEDNATIONS”RecommendationsontheTransportofdangerousgoods”Manualoftests

andcriteria

3術(shù)語和定義

GB/T2900.41-2008，GB/T36945-2018界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

鋰離子電池lithiumionbattery

含有鋰離子的能夠直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。該裝置包括電極、隔膜、電解液、容器和端子

等，并被設(shè)計成可充電。

3.2

電池單體secondarycell

將化學(xué)能與電能進行相互轉(zhuǎn)換的基本單元裝置。

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注：通常包括電極、隔膜、電解質(zhì)、外殼和端子，并被設(shè)計成可充電。

3.3

電池組battery

將一個或多個蓄電池按照電壓、尺寸、極端排列、容量和倍率特性連續(xù)作為電源使用的組合體。

3.4

額定容量ratedcapacity

電池組在環(huán)境溫度為23℃±2℃條件下，按標(biāo)準(zhǔn)充電方法充滿電后，以2小時率放電至終止電壓時所

提供的電量值，且此值由制造商宣稱。

注：用C2表示，單位為Ah（安時）或mAh（毫安時）。

3.5

電池管理系統(tǒng)

BMSbatterymanagementsystem

可以控制蓄電池輸入和輸出功率，監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)），為蓄電池提供通

訊接口的系統(tǒng)。

4設(shè)計原則

4.1通則

產(chǎn)品設(shè)計人員在進行產(chǎn)品總體設(shè)計時，首先考慮產(chǎn)品的安全性，對使用人員提供可接受的保護措施。

在正常使用、合理可預(yù)見的誤用以及故障情況下，蓄電池應(yīng)不會發(fā)生危險。危險包括但不限于以下情形：

a)產(chǎn)生的熱量造成材料變質(zhì)或人員燙傷；

b)在充電、放電、靜置、運輸?shù)冗^程中引起燃燒、爆炸、觸電等。

產(chǎn)品在安全性和經(jīng)濟利益等產(chǎn)品其他因素之間發(fā)生沖突時，應(yīng)考慮安全性的要求。

4.2設(shè)計程序

電池或電池組應(yīng)按以下次序進行方案設(shè)計：

1)遵循法規(guī)要求，明確應(yīng)用場景（如：使用區(qū)域、用戶、頻次等），設(shè)定輸入條件和限制要求，

滿足電池對電控系統(tǒng)、整車的要求；

2)選擇安全性高的電池單體材料體系（如：正極、負(fù)極、隔膜等），避免使用容易熱失控的材料；

3)圍繞消除或減少危險發(fā)生的可能性，設(shè)計PACK、BMS；

4)如上述方案或措施不能徹底避免危險的發(fā)生，那么需對殘留的危險采取標(biāo)識和說明的措施。

4.3相關(guān)規(guī)定

型號命名與標(biāo)志應(yīng)符合GB/T36943的規(guī)定。

鋰電池應(yīng)符合GB/T36972的規(guī)定，包括如下要求：

1）電性能：I2（A）放電、2I2（A）放電、低溫放電、高溫放電、荷電保持能力及荷電恢復(fù)能力、長

期貯存后荷電恢復(fù)能力、循環(huán)壽命；

2）安全性能：過充電、強制放電、外部短路、擠壓、機械沖擊、振動、自由跌落、低氣壓、高低溫

沖擊、浸水；

3）安全保護性能：過充電保護、過放電保護、短路保護、放電過流保護、靜電放電；

4）組合外殼安全性能：模制殼體應(yīng)力、殼體承受壓力、殼體阻燃性。

電池單體的安全性應(yīng)首先要滿足UN38.3要求；5kg及以下電池組的電池單體，應(yīng)符合IEC62133-2；

5kg及以上電池組的電池單體，應(yīng)符合GB38031。

5設(shè)計要求

5.1系統(tǒng)需求

5.1.1通則

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電池組由電池單體、支架、外殼、電池單體間的連接（如鎳帶）、電池管理系統(tǒng)、電纜、內(nèi)外部接

插件組成。

在保證安全的前提下，電池組應(yīng)符合電動自行車系統(tǒng)的基本產(chǎn)品需求，如：續(xù)行里程、電控系統(tǒng)的

匹配、長時間持續(xù)工作、尺寸匹配。

5.1.2電池單體的選擇

在電性能、尺寸空間等都滿足產(chǎn)品要求的情況下，優(yōu)先選擇采用安全性較高材料的電池單體。

5.1.3電池單體容量的選擇

電池單體能量密度越大，相應(yīng)安全隱患越大。應(yīng)謹(jǐn)慎選用能量密度較大的電池單體，保證其安全性

并配置必要的保護裝置。

5.1.4電池單體的一致性

電池單體的一致性差異會導(dǎo)致某個電池單體遭遇充電或者放電過電流。為電池組在整個壽命周期內(nèi)

正常工作，每個電池單體的充電和放電電流均應(yīng)在制造商規(guī)定的安全范圍。應(yīng)采用同一品牌、型號、規(guī)

格的電池單體，組合前應(yīng)對電池單體的一致性進行篩選（考慮容量、內(nèi)阻、電壓等）。

5.1.5電池單體的數(shù)量

為了避免過熱、漏液和電性能故障，電池組中串聯(lián)、并聯(lián)的電池單體的最大數(shù)量不超過其制造商推

薦數(shù)量。

5.1.6電池單體的組合間隙

在電池組結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對方形結(jié)構(gòu)和聚合物（包含液態(tài)軟包裝）結(jié)構(gòu)的電池單體應(yīng)在電池最大面預(yù)

留有足夠的膨脹空間，所預(yù)留的膨脹空間應(yīng)至少大于其制造商推薦的最小值。

5.1.7電池單體的外觀

組裝前，對電池單體的外觀進行檢查，電池單體的外觀應(yīng)符合電池組制造商的規(guī)定，表面應(yīng)清潔、無

機械損傷等。

5.1.8電池組的最大放電電流

電池組允許的最大放電電流，對應(yīng)到電池單體后，不能超過電池單體制造商的規(guī)定范圍。為保證其

安全性并配置必要的保護裝置，防止超出電池單體范圍的應(yīng)用。

5.1.9電池組的最大充電電流

電池組允許的最大充電電流，對應(yīng)到電池單體后，不能超過電池單體制造商的規(guī)定范圍。為保證其

安全性并配置必要的保護裝置，防止超出電池單體范圍的應(yīng)用。

5.1.10電池組的工作溫度

電池組允許的工作溫度，不能超過電池單體制造商的規(guī)定范圍。為保證其安全性并配置必要的保護

裝置，防止超出電池單體范圍的應(yīng)用。

5.1.11電池組串聯(lián)/配置

根據(jù)不同占正極活性物質(zhì)最大比重的電池單體材料體系，推薦的串聯(lián)數(shù)量和充電截止電壓如表1所示。

表1串聯(lián)數(shù)量和充電截止電壓

放電截止電壓推充電截止電壓

材料標(biāo)稱電壓電壓平臺串聯(lián)數(shù)量推薦值

薦值推薦值

磷酸亞鐵鋰38.4V30V44.4V12

錳酸鋰36V37V28V41.8V10

三元36V28V41.8V10

磷酸亞鐵鋰48V48V37.5V55.5V15

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錳酸鋰48.1V36.4V54.3V13

三元46.8V36.4V54.3V13

5.1.12電池管理系統(tǒng)要求

鋰電池遭遇充電過壓、放電欠壓、充電過流、放電過載、外部短路等非正常條件，或在極端環(huán)境條

件下充放電，或在實際應(yīng)用環(huán)境下的充放電倍率超出其自身能力，均可能帶來安全風(fēng)險。電池管理系統(tǒng)

在設(shè)計中，主動應(yīng)對上述風(fēng)險以保護組成電池單體的安全。

鋰電池的電量受到溫度、充放電電流倍率、電池單體容量等因素影響，電池管理系統(tǒng)需要有專門的

SOC來確保提供給電控系統(tǒng)，防止出現(xiàn)鋰電池的斷電而導(dǎo)致整車失控帶來的安全風(fēng)險。

鋰電池電池的充放電接插件，可能因接觸打火造成接觸阻抗增加。電池管理系統(tǒng)設(shè)計中，主動對打

火帶來的風(fēng)險進行評估，防止出現(xiàn)局部過熱帶來的安全風(fēng)險。

電池管理系統(tǒng)作為鋰電池組最核心的安全防護部件，自身在各類極端環(huán)境下，要保證可靠工作。防

止因電池管理系統(tǒng)失控而導(dǎo)致整個電池組處于非安全運行。

5.2電池單體

5.2.1通則

電池單體設(shè)計時，根據(jù)系統(tǒng)使用條件及對電池單體的性能需求，其中使用條件包括電池的工作電壓、

工作電流、峰值充放電電流、工作環(huán)境等方面；電池單體性能包括容量、內(nèi)阻、存儲性能、循環(huán)性能以

及安全性能等方面。

5.2.2電極活性材料

5.2.2.1分類

電極活性物質(zhì)包括正極材料和負(fù)極材料。

電極活性物質(zhì)的類型決定了電極的理論容量和電極的平衡電位。從而決定了電池的容量和電動勢。

除此之外，電極活性物質(zhì)還要有合適的晶態(tài)、密度、粒度表面狀態(tài)等。

5.2.2.2正極材料

正極材料應(yīng)符合以下要求：

a)嵌入/脫嵌鋰電位高，以保證電池較高的工作電壓；

b)嵌入/脫嵌鋰容量高，以保證電池的高比容量和比能量；

c)在所要求的充放電電位范圍內(nèi)，具有電解質(zhì)優(yōu)良的相容性；

d)溫和的電極過程動力學(xué)；

e)高度的嵌入/脫嵌鋰可逆性；

f)全鋰化狀態(tài)下在空氣中穩(wěn)定性。

鋰電池正極材料通常選用磷酸亞鐵鋰、三元或錳酸鋰，附錄A表格中給出了相應(yīng)的典型值，應(yīng)符合YS/T

677、YS/T1027、YS/T798。

5.2.2.3負(fù)極材料

負(fù)極材料應(yīng)符合以下要求：

a)嵌入/脫嵌鋰電位低且平穩(wěn)，以保證電池較高的工作電壓；

b)嵌入/脫嵌鋰容量高，以保證電池的高比容量和比能量；

c)首次循環(huán)過程中的不可逆容量小，以保證電池有較高的首次庫倫效率（第一次極化）；

d)電化學(xué)循環(huán)性能好；

e)嵌鋰過程中尺寸和機械性能穩(wěn)定性好；

f)在電解質(zhì)溶液中穩(wěn)定；

g)制備容易、造價低；

h)無毒性，對環(huán)境友好。

鋰電池負(fù)極材料通常選用人造石墨，應(yīng)符合GB/T24533。

5.2.3隔膜

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隔膜的選擇會直接影響電池的內(nèi)阻、放電性能、貯存性能、循環(huán)壽命。

隔膜材料應(yīng)滿足以下要求：

a)有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；

b)且有一定的耐濕性、耐腐蝕性；

c)具有足夠的隔離性和電子絕緣性，能保證正、負(fù)極的機械隔離和活性物質(zhì)遷移；

d)具有足夠的吸液保濕能力和離子導(dǎo)電性，保證正、負(fù)極間良好的離子導(dǎo)電性能；

e)有良好的透氣性，足夠的機械強度和防震能力；

f)鋰電池隔膜材料通常選擇聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）微孔膜，應(yīng)符合GB/T36363。

5.2.4電解質(zhì)/電解液

電解液是電池的重要組成之一，電解液的性質(zhì)直接決定了電池的性質(zhì)。電解液通常包括溶劑和電解

質(zhì)。

電解液材料的選擇應(yīng)滿足如下基本要求：

a)應(yīng)注意電解液的穩(wěn)定性、活性物質(zhì)是否與電解液相互作用；

b)電解液的比電導(dǎo)、電解質(zhì)和溶劑的狀態(tài)；

c)應(yīng)根據(jù)電池工作溫度范圍來考慮電解液的熔點和沸點。

鋰電池電解液溶劑通常選擇環(huán)狀酯與鏈狀酯的混合體系。環(huán)狀酯一般包括碳酸乙鏈狀酯一般包括碳

酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯（EC）等。鋰電池電解液電解質(zhì)通常

選擇鋰鹽，常用的有LiPF6。LiPF6電解液應(yīng)符合HG/T4067。

5.2.5集流體

集流體是鋰離子電池中不可或缺的組成部件之一，它不僅能承載活性物質(zhì)，而且還可以將電極活性

物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集并輸出，有利于降低鋰離子電池的內(nèi)阻，提高電池的庫倫效率、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率

性能。

集流體材料應(yīng)滿足以下要求：

a)有較高的電導(dǎo)率；

b)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；

c)有較高的機械強度；

d)與電極活性物質(zhì)的兼容性和結(jié)合力好；

e)質(zhì)量輕。

鋰電池正極集流體通常選擇鋁箔，負(fù)極集流體通常選擇銅箔。鋁箔應(yīng)符合GB/T33143-2016，銅箔應(yīng)

符合SJ/T11483。

5.2.6電池單體結(jié)構(gòu)

5.2.6.1鋰電池單體結(jié)構(gòu)分類

鋰電池結(jié)構(gòu)按形狀和外包裝方式可分為方型電池、軟包電池和圓柱電池。可根據(jù)電池單體的使用條

件和特性合理的設(shè)計電池結(jié)構(gòu)。參見附錄B。

5.2.6.2方型電池

方型鋰離子電池通常是方形結(jié)構(gòu)、金屬外殼，如鋁外殼或鋼外殼，整體的設(shè)計原則要以輕量化為主，

結(jié)構(gòu)包括：蓋板、支架、連接片、鋁殼、安全閥、極組。根據(jù)極組纏繞方式的不同，一般分為卷繞和疊

片兩種方式。

5.2.6.3軟包電池

軟包鋰離子電池是鋰電池套一層聚合物外殼，其外包裝材料(鋁塑復(fù)合膜)是軟包鋰電池中最關(guān)鍵、

技術(shù)難度最高的材料。通常分為三層，即外阻層(一般為尼龍BOPA或PET構(gòu)成的外層保護層)、阻透層(中

間層鋁箔)和內(nèi)層(多功能高阻隔層)。軟包電池的外形設(shè)計相對靈活，可根據(jù)不同的需求設(shè)計新的型號。

根據(jù)極組的不同，一般分為卷繞和疊片兩種方式。

5.2.6.4圓柱電池

圓柱型電池的結(jié)構(gòu)包括正極蓋、安全閥、PTC元件、電流切斷機構(gòu)、墊圈、極組、殼體。極組一般采

用卷繞方式。

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5.2.7電池容量設(shè)計

5.2.7.1額定容量

單體電池在環(huán)境溫度為23℃±2℃條件下，按標(biāo)準(zhǔn)充電方法充滿電后，以1I2（A）放電至終止電壓時

所提供的容量值。

注：用C2表示，單位為Ah（安時）或mAh（毫安時）

5.2.7.2設(shè)計容量

為了保證電池的可靠性和壽命，一般設(shè)計容量應(yīng)大于額定容量的10%~20%。

C_desgin（Ah）=（1.1~1.2）×C2·····················································(1)

式中：

Cdesgin（Ah）——設(shè)計容量。

5.2.8計算正、負(fù)極活性物質(zhì)的用量

5.2.8.1計算控制電極活性物質(zhì)用量

根據(jù)控制電極的活性物質(zhì)的電化當(dāng)量、設(shè)計容量及活性物質(zhì)利用率來計算單體電池中控制電極的物

質(zhì)用量。

Ma=（Cdesgin*Cr）/Ua························································(2)

式中：

Ma——控制電機的活性物質(zhì)用量；

Cr——活性物質(zhì)電化學(xué)當(dāng)量；

Ua——活性物質(zhì)利用率。

5.2.8.2計算非控制電極活性物質(zhì)用量

單體電池單體中非控制電極活性物質(zhì)的用量，應(yīng)根據(jù)控制電極活性物質(zhì)的用量來定，為了保證電池

較好的性能和安全，一般應(yīng)過量，通常過剩系數(shù)為1.05~1.20之間。

5.2.9計算正、負(fù)極板的平均厚度

5.2.9.1計算每片電極物質(zhì)用量

Me=Mbattery/Ne································································(3)

式中：

Me——每片正負(fù)極極片物質(zhì)用量；

Mbattery——單體電池正負(fù)極物質(zhì)用；

Ne——單體電池正負(fù)極極板數(shù)目。

5.2.9.2計算每片電極厚度

De=Me/ρ/（1-Pe）/Se+Dc····················································(4)

式中：

De——正負(fù)極極片平均厚度；

Me——每片正負(fù)極物質(zhì)用量；

ρ——物質(zhì)密度；

Pe——極片孔隙率；

Se——極板面積；

Dc——集流體厚度。

5.2.10確定電解液的濃度及用量

根據(jù)選定的電池單體的特性，結(jié)合具體設(shè)計電池單體的使用條件（如工作電流、工作溫度等）以及

不同的電池單體結(jié)構(gòu)來確定電解液的濃度和用量。

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通常選用1mol?L-1LiPF6/碳酸乙烯酯-碳酸二甲酯-碳酸甲乙酯(1:1:1)作為鋰電池的電解液。

5.2.11確定電池的群裕度

應(yīng)根據(jù)所選定的電池特性及設(shè)計電池的電極厚度等情況來確定群裕度，一般控制在80%~95%。

注：電池的群裕度是指電池實際內(nèi)部截面積與最大內(nèi)部截面積的比例，即填充率。

5.3電氣

5.3.1通則

為了防止電路和器件過熱引起著火，電池組的保護電路需要考慮回路是否擁有足夠的載流能力，保

護電路使用的器件能否耐受足夠的功率。參考IPC/WHMA-A-620C的要求。

5.3.2電氣保護裝置

除了電池管理電路外，電池組還應(yīng)在充放電回路中安裝相應(yīng)保護器件，如保險絲、空氣開關(guān)等。

5.3.3連接器/連接片連接

電池進行串并聯(lián)時，連接片不能通過釬焊直接焊在電池上，容易引發(fā)電池過熱。過熱損壞雖然是不

可見的，但可能引發(fā)漏液、破裂、起火，甚至爆炸。為了避免過熱損壞，推薦使用低熱量輸入的焊接方

式，如點焊、激光焊，進行電池間的連接。使用低熱量輸入的焊接方式將電池焊牢，防止虛焊、脫落。

連接片與電池單體之間的焊接需可靠，應(yīng)具有一定的拉脫力設(shè)計要求（宜大于60N），需滿足振動、

跌落后無脫落。

對于采用鎳帶連接的電池，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要確保鎳帶不會與無連接關(guān)系的其它任何電池節(jié)點觸碰到，

或因鎳帶的邊緣毛刺刺破電池表面的絕緣表皮而發(fā)生短路現(xiàn)象。

5.3.4外部接插件

電池和整車其他部件連接，需要使用到接插件。接插件應(yīng)充分考慮絕緣、過電流能力、接觸阻抗耐

受、耐溫、誤操作等，防止接插件老化或不符合設(shè)計導(dǎo)致局部過熱等問題，進而引發(fā)危害的升級。

建議充放電口塑膠材質(zhì)需滿足V-0級阻燃且耐130℃以上高溫；插拔機械壽命不低于3000次；充放電

口需滿足標(biāo)稱額定(持續(xù))電流過流2小時溫升≤35℃；外觀應(yīng)標(biāo)識有"+""-"極性;有防反插防呆設(shè)計。

需滿足IP66及以上防護等級要求，端口需防觸電保護。

5.3.5熱電偶

電池組中如使用熱電偶進行溫度測量，則熱電偶的固定需緊貼電池表面能測量到最高溫度的位置，

并保證足夠的強度，建議選擇2個或以上單體電池作為溫度采集點，監(jiān)控溫度場均勻性。采集數(shù)量以覆蓋

所有溫度范圍為原則，如電芯數(shù)量多，根據(jù)實際應(yīng)用進行增加。

如果是帶電物體，需要做好絕緣處理，不能引起短路。

5.3.6線纜及布線

設(shè)計參考IPC/WHMA-A-620C的要求，根據(jù)持續(xù)電流、電壓選擇線纜，線束選擇應(yīng)充分考慮使用全壽

命周期的過電流能力，在關(guān)鍵點，布線應(yīng)絕緣，相關(guān)設(shè)計應(yīng)將短路的可能性降至最低?；芈返碾姎獠?/p>

件及接插件應(yīng)滿足V-0或VW-1及以上阻燃性能。

電池組和電池的老化可能引發(fā)有機電解液漏液。電池組中端子、布線和連接片能耐電解液，合適的

材料如鎳、鎳基或金基材料，這些材料也都是低阻材料。

電池在組裝過程中應(yīng)最大可能的避免布線的損壞。電池組裝過程中注意避免導(dǎo)線的纏繞。留有足夠

走線空間，防止壓線，磨破線皮，線材須有線扣、膠帶等可靠固定。

禁止將功率線與信號線纏繞，應(yīng)盡可能分開，橫平豎直，并在蓄電池內(nèi)部進行固定限位；導(dǎo)線不能

直接置于電子元器件或者電池單體極耳及連接片等金屬件上。

5.3.7絕緣材料

電池組所用的起絕緣作用的材料（如絕緣膠帶、導(dǎo)線護套等）具有足夠的絕緣性能，并在–30℃

到105℃范圍內(nèi)具有較好的化學(xué)、電化學(xué)、機械和熱穩(wěn)定性。

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5.4結(jié)構(gòu)

5.4.1通則

滿足GB/T36972對安全性的要求，尤其必須滿足阻燃的要求。

參考GB/T18380.12。

5.4.2電池組排布設(shè)計要求

單體蓄電池排布簡單，優(yōu)先選用一字排開直立擺放或一層多排擺放方式。如果電池組內(nèi)存在串并聯(lián)，

推薦先并后串。

如果電池組內(nèi)串并連單體蓄電池數(shù)量過多，則需要將單體蓄電池分組擺放，并在組和組之間增加散

熱通道，或采取導(dǎo)熱措施,避免內(nèi)部單體蓄電池溫度偏高。電池組內(nèi)部電池單體間溫度場的溫差應(yīng)不大

于8℃。

方形或軟包單體蓄電池排布需盡量考慮極耳在整車上的向上安裝方向，盡量避免單體蓄電池極耳倒

置。

單體蓄電池的極柱和安全閥禁止受力。固定單體蓄電池的周圍不能有凸起小平面或尖點，特別是注

塑時的澆口和推頂桿位置；筋位不可直接支撐在單體蓄電池表面、極耳、連接片上，盡量采用平面與單

體蓄電池表面接觸。單體蓄電池在殼體或支架內(nèi)需固定可靠，不能有晃動或異響。

做好絕緣處理，單體蓄電池不能直接安裝在金屬品表面，單體蓄電池與保護板，均衡板或帶電的金

屬部件，必須要有絕緣片或者有≥3mm的空氣距離。

方形和軟包電芯使用過程中可能會有一定的鼓脹，需根據(jù)使用電芯特性預(yù)留一定的鼓脹空間，電芯

鼓脹后不能對內(nèi)部件產(chǎn)生擠壓或拉扯，也不能因鼓脹后將外殼撐開變形。

5.4.3蓄電池組外殼

外殼設(shè)計需對內(nèi)部單體蓄電池進行有效防護，需設(shè)計一定的緩沖空間及間隙，滿足電池單體可能存

在的充放電過程膨脹及避免電池組跌落撞擊等損傷內(nèi)部單體蓄電池部件。

電池組上的非金屬材料的阻燃性能需滿足GB17761-2018中6.5阻燃性能的相關(guān)要求。

電池組與整車匹配,無干涉，安裝有引導(dǎo)角，順暢，可靠固定。

電池組使用材料必須符合銷往國家的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，如國內(nèi)符合新國標(biāo)關(guān)于阻燃的要求,出口歐盟需滿

足ROHS及REACH等。

外殼設(shè)計要充分考慮模具進膠口的位置，應(yīng)避免進膠口影響整個產(chǎn)品的強度及外觀。外觀規(guī)格縫隙

＜0.5mm，段差＜0.6mm，段差指連接處兩零件的最大高度差。殼體上需設(shè)計凹槽用于標(biāo)簽貼附，尺寸

單邊比標(biāo)簽大至少0.2mm;槽深≥0.3mm，凹槽表面拋光。殼體內(nèi)部應(yīng)包含日期碼、模號、穴號、材質(zhì)。

外殼不能有尖角及銳邊。

5.4.4防水設(shè)計

電池組需采用密封圈或者密封膠等方式滿足IPX5級以上防水性能。商用產(chǎn)品需滿足IPX7級以上防

水性能。

充放電口本體達(dá)到相應(yīng)的防水等級。

燈板、充放電口等部件推薦設(shè)計在一側(cè)殼子上，避免在左右殼合縫處。

5.4.5提手

提手應(yīng)設(shè)計圓滑，舒適，無尖角及銳邊。不卡手,位置需方便用戶操作，提手握手空間高度需≥25mm，

條件允許建議手柄寬度≥90mm，小規(guī)格電池根據(jù)實際情況確定，但需拎提可靠不滑跌。

強度足夠，安裝可靠不易掉落，按照設(shè)計要求正常安裝后以4倍電池組重量靜態(tài)懸掛24小時不斷裂；

按照設(shè)計要求正常安裝后以2倍電池組重量以1m/s加速度提升0.5m進行提升測試，2000次不斷裂及

松脫等。

提手握手方向需盡量與電池組重心在同一直線上。

5.4.6連接片

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單體蓄電池間連接片連接部分截面需考慮過流能力,截面積選擇(W*t)，建議正常使用中以6A/mm

2進行設(shè)計，最大持續(xù)電流以12A/mm2進行設(shè)計，以允許最大持續(xù)過流溫升測試不超35℃為宜（常溫環(huán)

境）；

連接片與單體蓄電池之間的拉力建議應(yīng)達(dá)到60N以上。焊接電阻低于1mΩ。

當(dāng)連接片與周邊部件有短路風(fēng)險時需有絕緣設(shè)計，比如套絕緣膜等；

連接片與其他導(dǎo)電部件的安全距離>2mm；若通過PCB板走功率線，則PCB需加錫處理，并且最薄弱

處按照蓄電池組允許最大持續(xù)放電電流溫升≤50℃。

功率線和信號線分開走線，以免產(chǎn)生電磁干擾。

5.4.7振動及跌落強度設(shè)計

蓄電池組按照GB/T36972進行振動跌落后應(yīng)滿足其判定標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品需進行加嚴(yán)測試，可參考UN38.3

標(biāo)準(zhǔn)。

外殼設(shè)計應(yīng)具備一定的厚度來滿足強度要求，壁厚建議設(shè)計(2.5～3)mm，內(nèi)部做相應(yīng)的加強筋來提

高電池殼強度，避免加強筋與單體電池表面直接接觸，從而損傷單體電池，應(yīng)采用面與單體電池單體進

行接觸與固定，在電池容易跌落的角上，電池單體與殼體之間應(yīng)有一定的空間，以便跌落后殼體變形緩

沖空間。

外殼的連接螺絲柱等應(yīng)具有加強筋位，避免振動時螺絲柱脫落。蓄電池組內(nèi)部線束及接頭應(yīng)進行相

應(yīng)的固定，避免晃動產(chǎn)生異響或者觸碰到其余電氣件等。

5.4.8仿真

5.4.8.1結(jié)構(gòu)仿真

在結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，可以通過對于設(shè)計仿真模擬，驗證設(shè)計合理性和發(fā)現(xiàn)設(shè)計可能存在的隱患，加

快設(shè)計的迭代改進。仿真可以有效提高開發(fā)效率和產(chǎn)品可靠性。

常用的結(jié)構(gòu)仿真工具有ANSYS、SOLIDWORK等專業(yè)軟件。

5.4.8.2熱仿真

熱仿真一般包括產(chǎn)熱和散熱仿真。產(chǎn)熱仿真用來獲得電池組實際發(fā)熱功率，作為散熱仿真的輸入。

散熱仿真是用來對于用來驗證電池單體的最高溫度、電池單體的最大溫差。由于電動兩輪車鋰電池系統(tǒng)

沒有主動散熱系統(tǒng)，電池組散熱和整車設(shè)計有緊密關(guān)系，如需要精準(zhǔn)仿真，需要緊密結(jié)合整車的散熱環(huán)

境進行仿真。常用的熱仿真Flotherm、ICEPACK。

5.5電池管理電路（電池管理系統(tǒng)）

5.5.1通則

過充、過放、過溫、低溫下充電等會破壞電池組中的電池，從而引發(fā)潛在危險如起火、爆炸、漏液。

這類風(fēng)險都可以通過對于電壓、電流、溫度等的檢測，進行預(yù)警、防護。

BMS的核心功能是通過對于可測信息監(jiān)控，實現(xiàn)對電池組的完善和可靠的保護。

電池管理系統(tǒng)需要通過采集單元獲取必要的電池信息，通過處理單元對信息處理后，通過執(zhí)行單元

進行主動停止充放電行為或者將充放電行為控制在電池安全區(qū)域，對電池的安全進行保護，避免電池受

到損傷及風(fēng)險危害度的升級。

電池組可通過與電控系統(tǒng)、充電器之間的信息交互，限制電池輸出功率、切斷電池充電等控制手段，

進一步降低電池的安全風(fēng)險。因此電池組與電控部件之間，可以增加必要的通信、識別等措施。

電池管理系統(tǒng)應(yīng)有功能安全技術(shù)開發(fā)、流程開發(fā)等要求。

本章目標(biāo)在于規(guī)范實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)核心保護功能需要和確保電池管理系統(tǒng)可靠性的必備要求。

5.5.2信息采集

電壓、電流、溫度是電池單體的關(guān)鍵表征參數(shù)，電池管理系統(tǒng)圍繞這三類信息，對于電池組進行安

全防護。信息的完整、準(zhǔn)確性和實時性是電池管理系統(tǒng)實現(xiàn)安全保護的前提。

電壓采樣需要覆蓋到每一串電池單體。

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電流采樣需要覆蓋充放電流。對于充放電回路分開設(shè)計的鋰電池組，充電或者放電回路能分別阻止

相反的電流通過。且兩個方向上的電流均建議控制在電池的最大充電和放電電流以下?？紤]到設(shè)計的便

捷性、空間和成本等因素，推薦使用充放電同回路的架構(gòu)。

電池組的溫度采集需監(jiān)測電池單體表面溫度，盡可能覆蓋到所有電池單體中最高溫度和最低溫度。

三類信息的精度需要控制在合理范圍內(nèi)，以確保保護的有效性和適合系統(tǒng)工作。

采樣精度可參考如下數(shù)據(jù)：

a)電壓采樣精度：常溫下，電壓測量精度不低于±25mV；

b)電流采樣精度：

常溫下，電流不低于0.5A，電流測量精度不低于±5%；

常溫下，電流低于0.5A，電流測量精度不低于200mA；

c)溫度采樣精度：-20至100℃范圍內(nèi)，溫度測量精度不低于±3℃。

5.5.3電壓管理

5.5.3.1電壓管理設(shè)計原則

超出電池安全區(qū)域的過壓、過放，會造成電池直接或間接的安全風(fēng)險。通過對單節(jié)電池單體的電壓

進行實時監(jiān)控，通過切斷充放電回路的措施，可以有效預(yù)防此類安全風(fēng)險。

5.5.3.2單體蓄電池過壓保護

電池管理系統(tǒng)應(yīng)在電池組全工作溫度范圍，都具有單體電池過壓保護功能，當(dāng)充電至單體電池電壓

限壓值時，切斷充電回路；當(dāng)單體電池的電壓下降到過壓恢復(fù)值時，過充保護狀態(tài)解除，充電回路重新

打開，允許再次充電。

電池管理系統(tǒng)的過壓保護精度，在考慮系統(tǒng)檢測誤差后，不得超出電池單體規(guī)格書的限值要求。

5.5.3.3單體蓄電池欠壓保護

電池管理系統(tǒng)應(yīng)在電池組全工作溫度范圍，具有單體電池欠壓保護功能，當(dāng)放電至單體電池欠壓值

時，切斷放電回路；當(dāng)單體電池的電壓上升到欠壓恢復(fù)值時，欠壓保護狀態(tài)解除，放電回路重新打開，

允許再次放電。

電池管理系統(tǒng)的欠壓保護精度，在考慮系統(tǒng)檢測誤差后，不得超出電池單體規(guī)格書的限值要求。

5.5.3.4壓差保護

電池單體因內(nèi)部因素或外部因素處于非正常狀態(tài)時，電池單體壓差有可能會變大。通過壓差的判斷，

可以提前識別出一部分安全隱患。當(dāng)電池組在充放電的過程中壓差達(dá)到保護值時，電池管理系統(tǒng)應(yīng)切斷

充放電回路，禁止充放電，防止危險升級。

5.5.3.5電壓管理的其他考慮

若電池組或其組成電池的充電上限電壓或放電下限電壓與環(huán)境溫度緊密相關(guān)，過壓和欠壓的保護閥

值應(yīng)不超出當(dāng)前環(huán)境溫度下的上限電壓及下限電壓。

過壓是最危險的安全風(fēng)險之一，在電池管理系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生單點失效時，電池管理系統(tǒng)或整個系統(tǒng)

仍具有過壓保護功能，可以大大提高安全性。

5.5.4電流管理

5.5.4.1電流管理設(shè)計原則

超出電池安全區(qū)域的充電或放電過流，會造成電池直接或間接的安全風(fēng)險。超出整個充放電回路設(shè)

計安全范圍內(nèi)電流，會導(dǎo)致回路上器件、線纜、連接器等部件的過熱甚至燃燒，導(dǎo)致安全風(fēng)險的升級。

必須通過充放電回路電流的實時監(jiān)控，通過切斷充放電回路的措施，可以有效預(yù)防此類安全風(fēng)險。

5.5.4.2放電過流保護

電池管理系統(tǒng)應(yīng)具有放電過流保護功能，防止放電電流超出電池單體或電氣回路的最大放電電流。

當(dāng)電池的放電電流超過放電過流保護值時，電池管理系統(tǒng)應(yīng)切斷放電回路。

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5.5.4.3充電過流保護

電池管理系統(tǒng)應(yīng)具有充電電過流保護功能，防止放電電流超出電池單體或電氣回路的最大充電電流。

當(dāng)電池的放電電流超過充電電過流保護值時，電池管理系統(tǒng)應(yīng)切斷充電回路。

5.5.4.4短路保護

電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備短路保護功能，在外部負(fù)載短路時，電池管理系統(tǒng)應(yīng)切斷放電回路。

短路是風(fēng)險等級極高的一類故障，如未及時防范，極其容易造成安全風(fēng)險的進一步升級，在電池管

理系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生單點失效時，電池管理系統(tǒng)或整個系統(tǒng)具有短路保護保護功能。

5.5.4.5電流管理的其他考慮

對于多節(jié)電池或多個電池模塊并聯(lián)使用的鋰電池組，可能因組成電池單體電池或電池模塊一致性變

差，而導(dǎo)致某個單節(jié)電池遭遇充電或者放電過電流。設(shè)計時，必須評估是否需要對于并聯(lián)電池單體或電

池模塊進行單獨的電流管理。

為了防止電路和器件過熱引起著火，電池組的保護電路需要考慮回路是否擁有足夠的載流能力，保

護電路使用的器件能否耐受足夠的功率。

通常鋰電池的最大充電電流和最大放電電流能力與環(huán)境溫度緊密相關(guān)。電池組的放電過流和充電過

流保護閥值，不能超出當(dāng)前環(huán)境溫度的允許范圍。

5.5.5溫度管理

5.5.5.1溫度管理設(shè)計原則

溫度是電池單體安全有直接關(guān)系的表征參數(shù)，通過溫度管理可以有效控制安全風(fēng)險。

5.5.5.2放電過溫保護

電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備放電溫度保護功能，當(dāng)電池組在放電的過程中溫度達(dá)到溫度保護值時，電池管

理系統(tǒng)應(yīng)切斷放電回路，禁止放電。

電池管理系統(tǒng)的溫度保護精度，在考慮系統(tǒng)檢測誤差后，不得超出電池單體規(guī)格書的限值要求。

參考值：65℃。

5.5.5.3充電過溫保護

電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備充電溫度過溫保護功能，當(dāng)電池組在充電的過程中溫度達(dá)到溫度保護值時，電

池管理系統(tǒng)應(yīng)切斷充放電回路，禁止充電。

電池管理系統(tǒng)的溫度保護精度，在考慮系統(tǒng)檢測誤差后，不得超出電池單體規(guī)格書的限值要求。

參考值：45℃

5.5.5.4充電低溫保護

電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備充電溫度低溫保護功能，當(dāng)電池組在充電的過程中溫度低于溫度保護值時，電

池管理系統(tǒng)應(yīng)切斷充放電回路，禁止充電。

電池管理系統(tǒng)的溫度保護精度，在考慮系統(tǒng)檢測誤差后，不得超出電池單體規(guī)格書的限值要求。

參考值：0℃

5.5.5.5溫差保護

電池單體因內(nèi)部因素或外部因素處于非正常狀態(tài)時，電池單體溫差有可能會變大。通過溫差的判斷，

可以提前識別出一部分安全隱患。當(dāng)電池組在充放電的過程中溫差達(dá)到保護值時，電池管理系統(tǒng)應(yīng)切斷

充放電回路，禁止充放電，防止危險升級。

參考值：電池組內(nèi)電池單體的溫差不高于10℃。（常溫1C放電）

5.5.5.6溫度管理的其他考慮

電池單體有最低放電溫度的要求，一般溫度在-20℃，低溫放電影響電池單體性能對于安全危險性

較小，會影響電池組的循環(huán)壽命。在進行低溫放電管理時，應(yīng)根據(jù)使用工況和產(chǎn)品要求進行處理。

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5.5.6保護的可靠性

電池組的保護電路應(yīng)具備可靠性，在整個電池組生命周期中需要能按照預(yù)期啟動保護動作。

執(zhí)行電池保護功能的關(guān)鍵器件，盡管在遭遇高壓輸入時會啟動過壓充電保護，但是持續(xù)的高壓可

能對器件結(jié)構(gòu)造成破壞，因此器件需要耐受可預(yù)見的持續(xù)高電壓輸入。建議采用電池組規(guī)定的最高充電

電壓的1.3倍的電壓對電池組進行持續(xù)充電，電池管理系統(tǒng)要正常保護，電池管理系統(tǒng)不發(fā)生損壞，電池

組不發(fā)生過充。器件的抗靜電能力，是電池管理系統(tǒng)可靠性的一個重要的體現(xiàn)。

通常認(rèn)為，硬件的保護可靠性強于軟件設(shè)置的保護。在設(shè)計有軟件控制的保護電路的電池組，還宜

設(shè)計硬件保護電路作為最后一道安全保護。如軟件作為主要保護時，需要對軟件及相關(guān)器件進行功能安

全評估，確保軟件的可靠性。

5.5.7電控系統(tǒng)的整體考慮

電池組可通過與電控系統(tǒng)、充電器之間的信息交互，限制電池輸出功率、切斷電池充電等控制手段，

進一步降低電池的安全風(fēng)險。因此電池組與電控部件之間，可以增加必要的通信、識別等措施。

在一些特殊工況，若直接切斷充放電回路，可能造成其他衍生危險，且該風(fēng)險比電池遭遇過充電

或者放電更不可接受，例如電池直接切斷放電容易摔傷騎行人員。宜考慮將電池組與設(shè)備的第一級保護

設(shè)置提前到系統(tǒng)設(shè)備中，并留有一定閾值，通過以系統(tǒng)設(shè)備主動停止充放電行為來保護用戶和電池的安

全。

5.5.8SOC估算功能

電控系統(tǒng)參與電池管理時，可通過電池容量來提前降低系統(tǒng)輸出功率，避免系統(tǒng)的突然斷電。因此

電池管理系統(tǒng)需要有SOC估算功能，并有較準(zhǔn)確的精度。

建議-20℃～55℃溫度范圍內(nèi)，以額定電流持續(xù)放電，SOC估算誤差小于等于5%。

5.5.9功耗管理

功耗是一個安全風(fēng)險無相關(guān)性，但是長期擱置會導(dǎo)致電池過放，影響到用戶使用。電池管理系統(tǒng)應(yīng)

具有功耗管理的功能。建議在環(huán)境溫度23℃±2℃條件下，電池組充電后擱置0.5h，以2.0I2A電流恒流

放電至電池組保護，在常溫擱置存儲60天后，單節(jié)電池單體電壓不得低于電池單體規(guī)格書的定義可修復(fù)

限值。

建議BMS的休眠下功耗低于800uA。

5.5.10靜電防護

電動自行車用鋰離子蓄電池電池組，存在電池組和車體分離的使用狀況。在人體接觸電池組端口時，

會對電池組內(nèi)部電路發(fā)生靜電放電。所以電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備靜電防護能力。

建議電池組符合GB/T36972靜電放電的測試標(biāo)準(zhǔn)。

5.5.11其他考慮

電池管理系統(tǒng)如具備故障記錄等功能，可以幫助生產(chǎn)商、運營商及用戶對于電池信息追溯，幫助產(chǎn)

品迭代升級和故障原因分析。

電池管理電路選取功率器件時，需要考慮極限工況下來自電池組外部的高電壓，必要時需要整車電

控系統(tǒng)進行對應(yīng)的策略調(diào)整，以保護電池管理電路的器件。如BMS輸出保護時，有能量回饋能力得電控系

統(tǒng)會在電池組端口產(chǎn)生高于電池組自身的電壓。

6標(biāo)識和說明

蓄電池組上需有清晰的品牌、產(chǎn)品規(guī)格以及使用注意事項等標(biāo)識，包裝上需有生產(chǎn)廠家以及地址等，

以便追蹤追溯。

標(biāo)識、說明書、包裝等需滿足GB/T36972的要求。

產(chǎn)品品牌需永久性的通過模具刻字、印刷等方式做到蓄電池組表面。產(chǎn)品表面貼標(biāo)的地方建議凹下

0.3～0.5mm的槽，以免使用中剮蹭及磨損等。

充放電口需有明顯且永久性的的極性標(biāo)志（建議做成模具刻字）。

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7驗證和確認(rèn)

7.1通則

鋰電池組生產(chǎn)廠家或整車廠家，應(yīng)按照本規(guī)范所述原則和要求，提供對鋰電池組設(shè)計與構(gòu)造的驗證

和確認(rèn)。應(yīng)復(fù)查風(fēng)險評估，評價是否所有合理可預(yù)見的危險均被確認(rèn)，是否采取了糾正措施。

7.2驗證和確認(rèn)方法

表2給出了設(shè)計要求和措施的驗證方法，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔu估這些要求是否已在設(shè)計中考慮，以決

定產(chǎn)品的設(shè)計和構(gòu)造是否充分滿足要求。詳見附錄C。

表2驗證和確認(rèn)方法表

編號驗證和確認(rèn)方法

A目視檢查

B實際測試

C測量

D操作中觀察

E復(fù)查特定應(yīng)用原理圖、電路圖和設(shè)計索材

F復(fù)查和安全相關(guān)的應(yīng)用軟件和/或軟件文檔

G復(fù)查基于任務(wù)的風(fēng)險評估

H復(fù)查布局圖和文件

I復(fù)查使用說明和資料

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A

A

附錄A

（規(guī)范性）

電池單體材料參考信息

表A.1正極材料

鋰電池正極材料

正極材料磷酸亞鐵鋰錳酸鋰三元富鋰錳基材料

Li(NixCoyMnz)O2xLi2MnO3·（1-x）

化學(xué)式LiFePO4LiMn2O4

（x+y+z=1)LiMn0.5Ni0.5O2

晶體結(jié)構(gòu)橄欖石結(jié)構(gòu)尖晶石層狀六方/單斜固溶體

離子表觀擴散系數(shù)/

1.8×10-16~2.2×10-1410-14~10-1210-11~10-1010-16~10-14

（cm2·s-1）

壓實密度/（g·cm-3）2.20~2.30>3.00>3.40>3.00

實際比容量/（mA·h·g-1）130~140100~120155~220180~200

相應(yīng)電池電池單體的質(zhì)量比

130~160130~180180~240150~260

能量/（W·h·kg-1）

平均電壓/V3.23.753.63.8

電壓范圍/V2.5~3.72.7~4.22.7~4.22.0~4.6

循環(huán)性/次>2000>500>2000>2000

在電壓低于4.2V的

安全性能好好差條件下安全性能較

好

使用溫度/℃-20~75-20~50-20~55-20~55

4.5~5.03.0~5.013.5~20.08.0~11.0

價格（萬元·t-1）

低低高中

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T/CHINABICYCLEXXXX—XXXX

B

B

附錄B

（規(guī)范性）

電池單體的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝流程

電池單體結(jié)構(gòu)示意圖如下：

圖B.1方型電池單體

圖B.2軟包電池單體

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T/CHINABICYCLEXXXX—XXXX

圖B.3圓柱電池單體

電池單體結(jié)構(gòu)工藝流程如下：

a)方型電池

電極段物料干燥勻漿涂布輥壓模切

入殼包襯套極耳裁切冷壓疊片或卷繞

裝配段

電池單體

頂焊注液靜置

干燥

化成分

容段老化分容檢測封口焊接化成

PACK分選

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b)軟包電池

電極段