《电动乘用车共享换电站建设规范》系列团体标准解读

发布于:2022/1/14 9:06:29 | 16848 次阅读

    为贯彻落实《新能源汽车产业发展规划(2021——2035年)》,促进新能源汽车换电模式应用创新,推动新能源汽车与能源深度融合发展,支撑碳达峰、碳中和目标实现。以加强关键技术研发、加快换电基础设施建设、促进换电模式车辆应用为具体目标,加快推动形成新能源汽车充换电模式互补的良性发展生态。受有关方面委托,中国汽车工业协会会同中国电动汽车充电基础设施促进联盟组织有关单位编制完成并于近日正式发布了T/CAAMTB 55《电动乘用车共享换电站建设规范》团体标准(以下简称《标准》),现从标准出台背景、主要内容等方面进行解读。
    一、《标准》出台的背景
    自2008年起,我国就已经开始在纯电动客车领域开展换电模式的推广,受限于当时政策环境、技术水平、成本因素和市场规模,换电模式并没有得到大规模应用。近年来,随着换电技术进步、换电站建设成本降低、换电标准不断完善,以北汽新能源、蔚来汽车、奥动新能源等为代表的企业开始加大换电模式的研究和推广。但受限于跨品牌、多车型、换电平台和装置技术、换电电池包通信协议、电连接器技术、液冷连接器技术、电池包技术、换电机构技术、数据安全管理预警分析等技术的通用性,一座换电站只能服务于单一车辆品牌甚至单一车型,从而导致日益增大的建站需求和土地、电力资源有限的矛盾进一步凸显。
    今年4月,工业和信息化部、国家能源局决定联合组织开展新能源汽车换电模式应用试点工作,为配合国家坚持以市场为主导来推动创新换电商业模式探索的工作部署和要求,我们组织行业单位编制了本《标准》。希望以更加灵活和包容的团体标准的形式来验证共享换电站在技术层面的可行性,为进一步的商业模式创新和大规模应用打好基础。我们设想,按照“三步走”的方式来向市场推广共享换电技术。

    第yi步,除电池包形状、尺寸,接口结构、通讯协议,电连接器,水冷管路接口外,共享换电站将在实现土地、电力、水、安防、数据、充电、基建等基础资源共享的基础上同步实现机械锁止机构解锁、更换平台,搬运设备,安全防护设施,车辆识别系统,电池包存放货架,电力系统,充电机,数据分析系统的共享。其中,包括利用云平台实现互联互通和智能识别; 

   第二步,随着参与换电模式的企业数量的逐步壮大,共享换电站将在实现通讯协议,电连接器等共享的基础上,进一步实现车型平台的共享;    第三步,很终共享换电站将实现电池包平台和电池模块的共享。

    我们希望通过为行业提供共享换电站的统一技术要求,很终能够促成换电模式成为电动汽车能量补给市场的主动选择。同时,我们也认为这是一个庞大而复杂的市场运营体系,需要车企、运营商、电力企业和土地资源方等单位之间相互密切协同,行业则需要为这种商业模式在技术上提供可能性。从而使得各参与方可以共同建立一种可持续发展的商业模式。
    二、《标准》的主要内容
    《标准》明确了13个部分的内容。
    第1部分总则(T/CAAMTB 55.1-2021)。明确了《标准》的术语和定义、关键技术、换电步骤、共享换电发展的关键阶段。其中,关键技术包含车辆鉴权识别技术,换电整车定位技术,换电加解锁技术,通信协议标准化,共享换电单电池包充电技术,共享换电站热管理技术,共享换电数据接入与安全监控、运营等7项;换电步骤按照先后顺序包含车、站鉴权识别,车辆定位,电池包解锁,电池包转运,电池包加锁,车辆自检,订单结算等7个步骤;共享换电发展的关键阶段按照由易到难的顺序包括资源共享,换电设备共享,换电接口标准化,换电系统和电池标准化,车辆底盘标准化等5个阶段。
    第2部分换电平台和装置技术要求(T/CAAMTB 55.2-2021)。明确了换电平台是指用于实现对换电车辆进行电池包更换的机械台架及设备,包括车辆停放平台、电池包更换设备等。并规定了适用于电动乘用车共享换电站换电平台的组成以及功能要求、性能要求、安全性要求、试验方法等。其中,技术要求就环境温度(工作环境:-20℃ ~ 50℃)、相对湿度(≤95%(40℃?2℃)(无凝露)),停车平台尺寸(停车平台长度应不小于5000mm,宽度应不小于3000mm,高度应不大于600mm,上/下坡平台宽度不小于2700mm,倾角应不大于8?)和兼容性(适应轴距范围:2400mm~3100mm;适应轮距范围:轮胎外侧距离1600mm~2000mm),接地性能(接地形式可采用与集装箱共用接地的形式,设备接地电阻应小于4Ω,采用TN-S供电系统,零地线不得相互替代)以及电池包更换设备的耐温度交变性能和耐湿热性能等提出了具体要求。本部分还对试验方法提出了具体要求。
    第3部分换电电池包通信协议要求(T/CAAMTB 55.3-2021)。规定了共享换电电动乘用车电池包基于控制器局域网(CAN)的通信物理层(BMS与充电机的通讯应使用独立于动力总成控制系统之外的CAN接口,通讯速率采用250kbit/s)、数据链路层、应用层的定义。本部分将报文分为基本信息报文、运行数据报文、控制报文等三大类,并明确了报文格式和内容。本部分还提供了换电站内电池包网络拓扑结构、换电站内电池包技术要求、换电站内电池包充电流程、传输协议功能示例作为资料性附录供行业参考。
    第4部分车辆识别系统要求(T/CAAMTB 55.4-2021)。规定了本部分适用于电动乘用车共享换电站车辆识别系统的组成以及功能要求、性能要求、安全性要求、试验方法等。其中,技术要求对环境温度和相对湿度与第二部分保持一致。并对识别范围(车辆识别单元识别距离应不小于2m)、识别车速(车辆识别单元应能够识别以0km/h~60km/h速度范围内通过识别区域的车辆信息)、识别正确率(车辆身份信息识别正确率应不小于97%)、信息捕获率(车辆身份信息捕获率应不小于95%)、噪声限值(车辆识别系统工作时噪声应不大于65dB)、外壳防护(户外安装的部件应采取密封措施,外壳的防护等级为IP55)、耐火阻燃(应使用GB 8624规定的燃烧性能为B1级以上材料,塑料组件应使用V-0等级材料)提出了具体限值要求。本部分还对试验方法提出了具体要求。
    第5部分电池包技术要求(T/CAAMTB 55.5-2021)。本部分规定了共享换电电动乘用车底盘式换电电池包规格及尺寸要求,适用于共享换电电动乘用车底盘式换电电池包。其中,一方面对电池包的电量规格要求(标称电量用1C标定)、电压规格要求(电压范围宜为240 V~550 V)提出了具体指标,并对电池包包容图和包容尺寸予以明确,如下图(表)所示。
    另一方面,还对整包换电卡扣式定位与紧固结构要求、分包式电池换电机构的定位与紧固结构要求予以明确。本部分很后,还提供了两种典型换电电池包包容形状和尺寸作为资料性附录供行业参考。
    第6部分车辆换电机构技术要求(T/CAAMTB 55.6-2021)。本部分规定了共享换电电动乘用车车端换电机构的技术要求。其中,在耐久性要求中,卡扣式锁止机构耐久寿命不低于10000次,螺纹式锁止机构耐久寿命不低于3000次;在卡扣式锁止机构技术要求里,明确了二级锁止机构解锁力不应超过800N。本部分还分别对卡扣式锁止机构和螺纹式锁止机构从技术到外观提出了相关要求并明确了试验要求。本部分很后,提供了整车试验记录单和车端换电机构布置图及关键尺寸作为规范性附录供行业参考。
    第7部分电连接器技术要求(T/CAAMTB 55.7-2021)。本部分规定了共享换电电动乘用车电池包电连接器的技术要求以及标识、包装、运输和存储的要求,共享换电电动乘用车电池包电连接器(以下简称“电连接器”)的试验方法和检验规则。
    其中,明确了导向浮动(导向机构轴向应能修正不小于1?的角度偏差,垂直换电X/Y/Z向浮动不小于?5mm, 水平换电X/Y/Z向浮动不小于?3mm。电连接器在耦合过程中,浮动跟随机构轴向位置不发生偏移,耦合后浮动跟随机构偏移至轴向极限位置时,压缩力不宜超过1200N。),插拔力(电连接器耦合和脱开全过程的插拔力不应大于400N),防护等级(电连接器插头和插座耦合后满足IP67&IP69K),机械寿命(电连接器的插拔寿命应不低于10000次),绝缘电阻(在规定的试验要求中,每个端子和壳体零件之间的绝缘电阻≥200 MΩ)、介电强度(在规定的试验要求中,漏电流≤5mA),接触电阻(垂直换电:正常条件下,功率接触对:≤0.3mΩ、信号接触对:≤5mΩ;振动、冲击、环境老化试验后:高压极柱≤1mΩ ;低压极柱≤10mΩ。水平换电:正常条件下,功率接触对:≤1mΩ、信号接触对:≤100mΩ;振动、冲击、环境老化试验后:高压极柱≤2mΩ ;低压极柱≤200mΩ),阻燃(非金属材料垂直燃烧满足V0,水平燃烧满足HB)等具体性能要求。
    本部分还针对高海拔、高盐雾等特殊环境工况条件下,在规定的试验要求下的绝缘电阻、介电强度和接触电阻均需满足上述要求。
    本部分很后,还提供了水平换电电连接器和垂直换电电连接器的接口及功能,尺寸及触头布置位置作为典型换电电连接器的规范性附录供行业参考。
    第8部分液冷连接器技术要求(T/CAAMTB 55.8-2021)。本部分规定了共享换电电动乘用车及共享换电站电池液冷连接器的技术要求和试验方法。
    其中,明确了浮动能力(在规定的试验要求下,换电电池包液冷连接器应在x、y、z方向均具备大于等于?3mm的浮动能力及大于等于1?的角度纠正能力),插拔寿命(在规定的试验要求下,换电电池包液冷连接器插拔寿命应大于等于10000次),泄漏量(在规定的试验要求下,换电电池包液冷连接器泄漏量应小于等于0.5mL/次),插拔力(在规定的试验要求下,换电电池包液冷连接器插拔力应不超过800N),流阻(在规定的试验要求下,换电电池包液冷连接器进出水口压降应小于等于0.25bar),气密性(在规定的试验要求下,换电电池包液冷连接器单件及组合件气体泄漏量均应小于0.5cc/min),IP等级(在规定的试验要求下,换电电池包液冷连接器应满足IP67及IPX9K等级)等具体性能要求。
    本部分就适用冷却液体还提出了宜使用冰点温度为-40℃的免维护的乙二醇型冷却液的建议,以便兼容不同车企的液冷电池包,为“三步走”的很后一步做好铺垫。
    本部分很后,还提供了一种典型换电电池包液冷连接器的外形和尺寸作为规范性附录,以供行业参考。
    第9部分充电设备、搬运设备、电池仓储系统要求(T/CAAMTB 55.9-2021)。本部分规定了电动乘用车共享换电站的充电设备、搬运设备、电池包存放周转货架系统和换电站内动力电池系统维护和储存要求。
    其中,在充电设备和搬运设备的电气安全要求中重点就所有外露导电部分都应按GB5226.1-2008中8.2.1的要求连接到保护联结电路上。接地端子或接地触点与接地金属部件之间的连接,应具有低电阻值,其电阻值应不超过0.1Ω。电气设备的所有电路导线与保护连接电路之间应按照GB/T5290、GB/T8554和GB4793规定经受至少60s时间的耐电压试验。对搬运设备在正常运行时,提出了噪声声压级不应大于80dB(A)的具体限值。
    此外,本部分还在储存要求中,对储存状态(电池包宜处于30%~70%SOC),储存温度和湿度(产品的储存温度应在-20~35℃,环境湿度低于65%RH),储存时间及要求(每月应定期检查一个电池状态,保证电池的SOC在30%以上)作出了规定。
    第10部分数据安全管理,风险预警分析技术要求(T/CAAMTB 55.10-2021)。本部分规定了电动乘用车换电过程中的数据上传,包括换电站登入、准备换电(换电握手)、换电过程、换电后电池补能过程、换电后电池置放过程等5个过程中换电站、电池采集和上传的数据要求。在换电站与服务平台通信中,明确了数据包结构,定义了命令和应答标识,在整个数据包中,“设备编号”为仅有识别码。其中,进一步规定了换电站登入,实时信息上报(实时信息上报格式、换电站数据、换电站报警数据、电池数据),换电操作过程上报(换电握手过程,换电操作过程),补发信息上报和换电站登出所涉及的数据字段及其类型和长度。本部分还提出了换电站和电池故障处置措施和数据安全管理要求。
    第11部分安全防护及应急要求(T/CAAMTB 55.11-2021)。本部分规定了电动乘用车共享换电站的安全防护及应急措施规定及试验方法。分别从充电设备防护,搬运设备防护,电池包存放设备防护,人员防护,场地防护(防水、防雷、防火、防鼠及其他小型动物),车辆防护及应急措施等方面提出了有关要求。
    第12部分换电站规划布局要求(T/CAAMTB 55.12-2021)。本部分规定了电动乘用车共享换电站的站址选择、站区规划和总布置,供配电系统,土建,消防,节能与环保要求。
    第13部分换电站标识、安全运营、设备运输和安装要求(T/CAAMTB 55.13-2021)。本部分规定了电动乘用车共享换电站的标识、安全运营、设备运输和安装的要求及试验方法。
    很后需要指出,共享并不是包容所有,要有所为有所不为。各主要参与企业在编制的过程中都或多或少的为了行业的这一共同目标做了妥协。在保证共享换电站使用的安全性、可靠性和稳定性的大前提下,着力提升共享换电的经济性、便捷性和易用性。因此,本《标准》没有包含所有锁止机构,对于电动乘用车整体式电池包更换的只有两类锁止机构——卡扣式和楔形(螺纹式)锁止机构。另外,为了共享换电的商业模式建立,电池包的种类也不宜过多,否则共享换电站需要储备很多不同规格的电池包,从而降低其经济性。
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