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

　　ICs 29 . 280 CCss 35

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　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

　　Railwayapplications—onboardenergystoragetram—

　　part1：Capacitance-typeenergystoragecubicle

　　2022-10-12 发布 2023-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 环境条件 3

　　5 技术要求 3

　　6 检验方法 7

　　7 检验规则 18

　　8 标志 19

　　9 包装、运输、储存和回收 20

　　Ⅰ

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 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/T 42005《轨道交通 储能式电车》的第 1 部分。 GB/T 42005 已经发布了以下 2 个部分：

　　— 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/TC 278)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。

　　本文件主要起草人：张伟先、饶国华、阮殿波、范晓云、陈广赞、刘陆洲、李玉梅。

　　Ⅲ

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　Ⅳ

　　引

　　

　　言

　　轨道交通储能式电车已经在国内大批量地运营，国内相关单位已经掌握了储能电源、充电系统等关键部件的核心技术，同时通过多年的工程应用，具备一定的技术积累和现场应用经验。 通过提炼关键性能指标和检验项点，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/T 42005 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、安全及保护要求、检验方法等内容，GB/T 42005《轨道交通 储能式电车》拟由两个部分构成。

　　— 第 1 部分：电容式储能电源。 目的在于规定储能电源需具有故障检测功能、通信功能及电压均衡功能等相关要求;明确能量效率、电压保持能力、能量保持能力、温度一致性等关键性能指标;规定电容单体、模组及储能电源安全性能要求;对电压均衡功能检测、能量效率测试、电压保持能力测试、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、主要功能、检验方法、检验规则，明确各功能如充电功能、通信功能、数据采集、事件记录及储存显示、热待机功能、控制功能、保护功能、安全连锁功能的定义及要求;明确绝缘性能、额定功率、系统效率、电磁兼容性、功率因数、温升、噪声、热待机能耗、直流纹波、直流电压精度、电压电流均衡度要求、接地、防火及安全、结构要求、防护等级的性能指标要求;对系统检验项点及参照标准进行了规定，并对各个检验项点在型式试验、出厂试验、现场试验中的要求进行规定。

　　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

　　1 范围

　　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、检验方法、检验规则、标志、包装、运输、储存和回收。

　　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。

　　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/T

　　2423 .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/T

　　2423 .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/T

　　2423 .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(12

　　h+ 12

　　h 循

　　环)

　　GB/T 2423 . 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/T 4208 外壳防护等级(IP代码)

　　GB/T 4798 . 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/T 9174 一般货物运输包装通用技术条件

　　GB/T 21563—2018 轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验

　　GB/T 24338 . 4 轨道交通 电磁兼容 第 3-2 部分：机车车辆 设备

　　GB/T 25121 . 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/T 29481—2013 电气安全标志

　　GB/T 32350 . 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/T 34571 轨道交通 机车车辆布线规则

　　GB/T 34870 . 1—2017 超级电容器 第 1 部分：总则

　　ISO 3095 : 2013 声学 轨道交通 轨道车辆发出的噪声测量(Acoustics—Railway applications— Measurement of noise emitted by railbound vehicles)

　　3 术语和定义

　　GB/T 34870 . 1—2017 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　电容式储能电源 capacitance-typeenergystoragecubicle

　　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

　　1

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　衡单元的储能装置。

　　3.2

　　额定电压 ratedvoltage

　　UR

　　设计时所规定的储能电源的最高工作电压。

　　[来源：GB/T 34870 . 1—2017,3 . 10,有修改]

　　3.3

　　最低工作电压 minimum operatedvoltage

　　Umin

　　设计时所规定的储能电源的最低使用电压。

　　[来源：GB/T 34870 . 1—2017,3 . 11,有修改]

　　3.4

　　电源管理系统 powermanagementsystem

　　储能电源的控制管理单元。

　　注：负责电源的监控管理、对外通信等功能。

　　3.5

　　电压均衡单元 voltagebalancedunit

　　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单元。

　　注 ：电压均衡单元与电容器模组配套使用。

　　3.6

　　电容包 capacitorpack

　　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 1 ：包含防护用外壳，并提供正负极接线终端或其他接线方式。

　　注 2：至少包含监控回路，用于监控电容器的电压和温度等。

　　注 3：可能包含保护装置和控制回路。

　　3.7

　　内阻 internalresistance

　　R

　　在规定的条件下，测量得到的储能电源各单体电阻、接触电阻以及电连接电阻的组合。

　　注：按 6 . 6 . 1 的测试方法和公式(1)计算。

　　3.8

　　电压保持能力 voltageholdingcharacteristics

　　储能电源充电至额定电压后，在开路状态下维持电压的能力。

　　[来源：GB/T 34870 . 1—2017,3 . 18,有修改]

　　3.9

　　能量保持能力 energyholdingcharacteristics

　　储能电源充电至额定电压后，在开路状态下维持能量的能力。

　　3 . 10

　　充/放电电流 chargingordischargingcurrent

　　I

　　储能电源充电或放电时的电流值。

　　2

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　[来源：GB/T 34870 . 1—2017,3 . 23,有修改]

　　3 . 1 1

　　工作温度 operatingtemperature

　　储能电源工作时，所有电容单体外壳最高稳态温度。

　　[来源：GB/T 25121 . 3—2018,3 . 14,有修改]

　　3 . 12

　　最高允许工作温度 maximum allowableoperatingtemperature

　　储能电源工作时，电容单体外壳允许达到的最高温度。

　　3 . 13

　　静电容量 electrostaticcapacity

　　储能电源进行恒流放电时，放电电量与电位变化值的比值。

　　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。

　　3 . 14

　　储存能量 storedenergy

　　储能电源自额定电压起至最低工作电压止所储存的能量。

　　注：按 6 . 6 . 3 的测试方法和公式(3)计算。

　　3 . 15

　　能量效率 energyefficiency

　　在规定的充电和放电条件下放电累积能量与充电累积能量的比率。

　　注：按 6 . 6 . 4 的测试方法和公式(6)计算。

　　4 环境条件

　　4 . 1 在以下环境条件下，储能电源应能正常工作：

　　a) 海拔不大于 2 500 m ;

　　b ) 温度类别分为：

　　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 ℃ ~ +70 ℃ ;

　　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 ℃ ~ +70 ℃ 。

　　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/T 4798.5—2007 中 5B2 的规定;

　　e) 化学活性物质应符合 GB/T 4798.5—2007 中 5C2 的规定;

　　f) 机械活性物质应符合 GB/T 4798.5—2007 中 5S2 的规定。

　　4 . 2 当环境条件超出 4 . 1 规定的范围时，由供需双方协商确定。

　　5 技术要求

　　5 . 1 -般要求

　　5 . 1 . 1 布线应符合 GB/T 34571 的规定。

　　5 . 1 . 2 同型号储能电源及其零部件应能互换。

　　3

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　5 . 1 . 3 非金属材料应使用防火、无卤材料。

　　5 . 1 . 4 储能电源故障时，应具有分断隔离、单独切除功能。

　　5 . 1 . 5 金属柜体表面应使用耐高压绝缘材料，避免箱内设备与箱体接地短路。

　　5 . 2 功能要求

　　5 . 2 . 1 储存功能

　　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

　　用 500 V~900 V。

　　5 . 2 . 2 故障检测、记录和输出功能

　　储能电源应具有故障检测功能，应能实时传送给车辆;应具有故障记录储存功能，应能通过上位机软件进行读取。

　　5 . 2 . 3 通信功能

　　5 . 2 . 3 . 1 内部通信功能

　　储能电源应具有内部通信功能，各模组电压、温度等信息应通过内部通信发送给电源管理系统。

　　5 . 2 . 3 . 2 外部通信功能

　　储能电源应具有外部通信功能，储能电源的状态参数及故障信息应通过外部通信网络发给车辆，外部通信网络应冗余备份。

　　5 . 2 . 3 . 3 无线通信功能

　　采用地面充电系统时，储能电源自身或通过车辆应能与充电系统实现无线通信，应把储能电源相关状态，如储能电源电压、过压、欠压等信息发送给充电系统。

　　5 . 2 . 4 电压均衡功能

　　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，在额定电压时，各储能单体电压与单体平均电压之差绝对值应符合下列要求：

　　a) 以双层电容器为储能单元时：不大于 0 . 15 V ;

　　b ) 以混合型电容器为储能单元时：不大于 0 . 1 V。

　　5 . 3 性能要求

　　5 . 3 . 1 绝缘性能

　　5 . 3 . 1 . 1 绝缘电阻

　　主电路绝缘电阻不应小于 100 Ω/V。

　　5 . 3 . 1 . 2 电气间隙与爬电距离

　　应符合 GB/T 32350 . 1 的规定，根据过电压类别、环境污染等级、绝缘材料相比电痕化指数(CTI) 值以及绝缘电压等级选择确定。 绝缘材料的 CTI值不应低于 175 V。

　　4

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　5 . 3 . 1 . 3 工频耐受电压

　　应符合 GB/T 32350 . 1 的规定，施加工频耐受电压 1 min,应无绝缘击穿、表面闪络等现象。

　　注：海拔大于 1 400 m 时，工频耐受电压乘以海拔修正系数 ka。

　　5 . 3 . 2 内阻

　　内阻不应大于其标称值。

　　5 . 3 . 3 容量

　　实测容量应为标称容量的 100%~120% 。

　　5 . 3 . 4 能量效率

　　5 . 3 . 4 . 1 双电层电容器

　　能量效率不应低于 93%。

　　5 . 3 . 4 . 2 混合型电容器

　　能量效率不应低于 90%。

　　5 . 3 . 5 电压、能量保持能力

　　5 . 3 . 5 . 1 双电层电容器

　　开路静置 72 h后，端电压不应低于额定电压的 80%。

　　5 . 3 . 5 . 2 混合型电容器

　　开路静置 72 h后，放电能量不应低于初始状态的 95%。

　　5 . 3 . 6 电磁兼容

　　应符合 GB/T 24338 . 4 的规定。

　　5 . 3 . 7 噪声

　　在距离为 1 m 时，产生的噪声不应大于 70 dB( A) 。

　　5 . 3 . 8 温度-致性

　　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 ℃ 。

　　5 . 3 . 9 冲击和振动

　　应符合 GB/T 21563—2018 的规定。

　　5 . 3 . 10 防护等级

　　电连接器防护等级不应低于 IP65,箱体防护等级不应低于 IP54 。

　　5

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　5 . 3 . 1 1 高温性能

　　5 . 3 . 1 1 . 1 双电层电容器

　　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% 。

　　5 . 3 . 1 1 . 2 混合型电容器

　　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% 。

　　5 . 3 . 12 低温性能

　　5 . 3 . 12 . 1 双电层电容器

　　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% 。

　　5 . 3 . 12 . 2 混合型电容器

　　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% 。

　　5 . 3 . 13 耐湿热性能

　　应符合 GB/T 2423 . 4 的规定。

　　5 . 3 . 14 耐盐雾性能

　　应符合 GB/T 2423 . 17 的规定。

　　5 . 3 . 15 耐久性能

　　5 . 3 . 15 . 1 电容单体寿命应符合 GB/T 25121 . 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 1 000 h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

　　5 . 4 . 1 产品安全性能

　　5.4. 1 . 1 单体安全性能应符合 GB/T 34870.1—2017 中 6.4.1.13~6.4.1.18、6.4.1.20、6.4.1.21 的规定。

　　6

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　5.4. 1 .2 模组安全性能应符合 GB/T 34870.1—2017 中 6.4.2.10~6.4.2.13、6.4.2.15、6.4.2.17 的规定。

　　5 . 4 . 2 过温保护

　　应具有过温保护功能，过温时不应爆炸、起火。

　　5 . 4 . 3 过流保护

　　正负极两端应具有过流保护功能，过流时不应爆炸、起火。

　　5 . 4 . 4 短路保护

　　应具有短路保护功能，短路时不应爆炸、起火。

　　5 . 4 . 5 热失控保护

　　应具有热失控保护功能，热失控时不应爆炸、起火。

　　5 . 4 . 6 过压保护

　　单体和总电压应具有过压保护。 过压时，应自动停止充电、降低充电电流、断开储能电源或给出断开储能电源信号。

　　5 . 4 . 7 欠压保护

　　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

　　6 . 1 检验条件

　　6 . 1 . 1 环境条件

　　6 . 1 . 1 . 1 所有安全试验均在有充分安全保护的条件下进行。

　　6 . 1 . 1 . 2 除另有规定外，一切测量、试验和恢复均在下列环境中进行：

　　a) 温度 20 ℃ ~30 ℃ ;

　　b) 相对湿度 25%~85% ;

　　c) 大气压力 86 kPa~106 kPa。

　　6 . 1 . 2 充放电电流

　　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 1 ：C 表示电容充放电时电流大小的比率，8C 即 8 倍放电电流。

　　注 2：储能电源的测试电流可根据单体并联数进行倍乘。

　　注 3：I1 电容器 1 倍率充/放电电流，I1 =CR ×(UR-Umin)/3 600。

　　注 4：I也可按用户的订货技术规范规定的电流选取。

　　7

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　6 . 1 . 3 热平衡条件

　　储能电源应在 6 . 1 . 1 定义的温度环境下搁置 1 h(或制造商提供的不高于 1 h 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 -般检查

　　6 . 2 . 1 在良好的光线条件下，用目测法检查储能电源的外观。

　　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。

　　6 . 2 . 3 在良好的光线条件下，用目测法检查储能电源箱体内壁是否采用耐高压绝缘材料。

　　6 . 3 功能检查

　　6 . 3 . 1 通信功能检查

　　用专用测试设备或上位机测试软件，测试内部、外部通信功能。 用无线接收装置，检查设备无线通信功能。

　　注：如无线通信功能是由车辆实现的，无线通信功能可不进行测试。

　　6 . 3 . 2 电压均衡功能检查

　　采用额定电流对储能电源恒流充放电。 在充放电过程中，电压均衡功能应工作正常，在产品技术规范规定的时间内电压一致性应符合规定。

　　6 . 4 冲击和振动试验

　　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/T 21563—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/T 4208 的规定进行试验。

　　6 . 6 电气性能试验

　　6 . 6 . 1 内阻测量

　　6 . 6 . 1 . 1 双电层电容器内阻测量

　　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 5 min。

　　b ) 除非另有规定，储能电源以 6 . 1 . 2 规定的直流电流 Id 进行放电，放电至最低工作电压 Umin 。

　　c) 将采样间隔设置成 100 ms 或更小，并且设置试验设备以测量高达 0 . 3UR 的电压降特性。

　　d) 除非另有规定，储能电源的内阻应按照以下规定进行计算：

　　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;

　　8

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　2) 使用公式(1)计算储能电源的内阻 R。

　　R ……………………( 1 )

　　式中：

　　R —储能电源的内阻，单位为毫欧(mΩ) ;

　　Id —放电电流，单位为安培(A) ;

　　ΔU3 — 用最小二乘法计算近似直线，从起始电压(0 . 9UR)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)。ΔU3 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 ΔU3 超过额定电压的 20%(0.20×UR),则放电电流 Id 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) ;

　　ΔU3 — 电压降，单位为伏特(V) ;

　　TCV —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 30 min;

　　b ) 除非另有规定，储能电源以 6 . 1 . 2 规定的直流电流 Id 进行放电，放电开始时测量储能电源电压U1 ,放电开始后 30 ms 内测量储能电源电压 U2 ,电压降 ΔU3 =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

　　9

　　GB/T 42005 . 1—2022

　　时，测量次数不应小于 3 次 。

　　6 . 6 . 2 容量测量