国家标准《电动汽车高压系统电压等级技术规范》编制说明.doc

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1、国家标准电动汽车高压系统电压等级技术规范编制说明（征求意见稿）一、任务来源根据国家“863” 计划电动汽车整车及零部件技术标准研究(2011AA11A277)要求，其子项目电动汽车高压系统电压等级技术规范，由东风集团股份有限公司技术中心负责起草，计划于2013年12月完成。二、标准编制的意义和适用范围标准编制的目的在于促进中国电动汽车行业电动附件等零部件企业的产品平台化发展，减少产品种类，提高产品销售数量，降低产品成本，推进电动汽车产业发展。该标准适用于混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车。对于电压等级小于144V与大于600V电动汽车高压系统，不在本标准规定范围之内。该标准为推荐性标

2、准，不排斥整车企业开发定制的不符合该标准所规定的电压等级的电动汽车产品。该标准为推荐性标准，不排斥整车企业由于技术进步、整车布置空间等问题，导致整车电压等级略微偏离该电压等级。三、工作过程简述2011年9月，接到对电动汽车高压系统电压等级技术规范制定的任务后，东风汽车公司首先成立了标准制定工作组,确定了制定原则和方法，制定了工作计划，以确保标准制定质量和进度。1.广泛征集意见和建议为了解掌握国内主机及零部件厂在研和已上市电动汽车及零部件产品高压系统电压等级信息，使制定的标准充分、合理、适宜，2011年9月，东风汽车公司起草了“电动汽车高压用电系统及零部件电压等级技术规范调查问卷”，对上汽、奇瑞

3、、一汽、长安、广汽、北汽、国轩、万向等59个单位进行了问卷调查，收到问卷20份。2.对返还的20份问卷进行了统计分析，以确定国内电动汽车高压系统及零部件电压等级分布情况，为电压等级标准制定提供数据支持。3.对关键高压零部件电压等级确定因素如下：对于动力电池系统我们考虑现有电芯模块成组及电池系统的方便性通用性互换性与电压等级之间的关系；对于高压配电系统、电机及其控制器系统、DC/DC转换器、电动空调、PTC加热器等高压零部件，我们分析和考虑了其关键零部件效率、电压、成本、整车搭载之间的关系，最后提出了其电压等级。4.收集查阅国内电动汽车高压系统电压等级相关标准、文件，以确保修订后的标准与相关标准

4、、文件的相容性。5.2012年8月，我们走访了奇瑞、上汽、英飞凌公司，进行企业和零部件厂家调研，讨论标准主体思想，听取企业意见和建议，丰富并修改了标准和编制说明的内容。6.2012年8月-2012年9月提出行业标准草案（第一稿），并通过标准研究工作组秘书处发往各有关单位征求意见，再次收集了同时在网上广泛征求意见部分意见和建议。共收集到9个单位共21条意见，并对意见进行处理与答复，详见附件。7.2013年9月到2013年11月该行业标准草案在三个标准工作组内征集意见，共收到10个单位共41条意见，并对各单位的意见进行了处理，详见附件。8.2013年11月19日在武汉专门召开标准工作组第四次会议讨

5、论该标准的内容部分，由标准起草单位对标准内容及编制说明进行了讲解，并现场解答了各工作组专家提出的疑问。讨论会问题整理与处理情况见附件。四、编制原则1.充分考虑我国电动汽车及其关键零部件技术现状与未来的发展特点。2.有助于规范关键零部件的电压技术指标，促进关键零部件企业集中力量开发出平台化、高性能、高质量的产品。3.有助于电动汽车企业统一选择到通用的电动附件，提高电动附件产品销售数量，降低成本。4.有利于提高和规范电动汽车整车的生产技术水平。5.有利于提高标准的实用性和可操作性。6.有利于促进公平竞争，保护供需双方共同利益及社会利益。五、主要技术内容的确定1. 动力电池系统电压等级推荐说明：a)

6、 推荐电压等级分别参考了国内与电动汽车零部件相关的标准中的电压等级：i. GB/T 18488.1电动汽车电机及其控制器 第1部分：技术条件中规定的电源电压等级要求；ii. GB/T 24347 电动汽车DC/DC变换器中规定的DC/DC输入/输出电压等级要求；iii. GB/T 22068 汽车空调用电动压缩机总成中规定电源的电压等级要求。b) 考虑了电池模块成组的便利性、通用性和互换性：目前电动汽车常用的典型电芯主要包括以下四种：传统铅酸电池、镍氢和各种材料体系的锂离子电池，其标称电压如表1所示。考虑到控制整车模块连接、安全保护的成本需要，应采用较高的模块电压；因为电池模块的存放一般是开放

7、式摆放，没有严格的防止触摸安全设施，故模块的成组需要考虑模块电压基本处于安全电压范围；国家标准安全电压（GB3805-83）规定安全电压额定值的等级为42V、36V、24V、12V和6V；所以，在正常环境中模块电压选择一般低于42V。考虑到目前的电压采集芯片的采样数量主要是6的倍数；考虑整车要求能够用整数模块串联达成整车的各种标称电压的需求；考虑目前国内外成熟电动车型上电池模块的成组方式；考虑到通用性和互换性，最终我们推荐电池模块的组合方式见表1。（本标准中没有对模块电压等级提出要求，但是在标准编制过程中充分考虑了动力电池系统模块设计的通用性和互换性）。模块标称电压（表1）成组数量 (只单体)

8、铅酸电池(V)代表车型镍氢电池(V)代表车型锰酸锂(V)代表车型磷酸铁锂(V)代表车型121.23.63.2612奇瑞QQ3 EV7.2本田思域21.619.2828.8三菱i-MiEV、日产leaf1012东风/一汽混合动力客车36别克君越32奇瑞PHEV122414.4奇瑞ISGc) 收集了不同厂家电池组电压等级的现状，考虑了电池成组的发展趋势：在标准编制前期，我们拟定了“电动汽车高压用电系统及零部件电压等级技术规范调查问卷”，对各主机厂的在研和上市的电动汽车动力电池系统电压等级信息进行了收集和总结，回复的20份问卷及意见中统计的结果如下：aa) 总体样本数量为49个，其中乘用车样本共计3

9、6个。bb) 根据超过4个样本的电压划分为区间，分为5个区间：120-160V，278-310V，310-330V，330-360V，500-600V；不足4个样本的电压放在“其它”区间，不推荐电压等级；cc) 样本信息及样本统计信息详见表2和表3： (表2) 电压范围 120-160V， 144V数量4占该分段样本比例：80%电压范围 278-310V，288V数量3占该分段样本比例：43%电压范围 310-330V，320V数量5占该分段样本比例：56%电压范围 330-360V， 346V数量4占该分段样本比例:33%电压范围500-600V，576V数量3占该分段样本比例:43%其他明

10、细表，由于电压比较分散，而且属于小概率，因此未予考虑车型动力电池系统额定电压/V 车型 动力电池系统额定电压/V 车型动力电池系统额定电压/V 车型动力电池系统额定电压/V 车型动力电池系统额定电压/V 车型动力电池系统额定电压/V EV153.6PHEV 300EV312EV339商用车EV538商用车BSG48HEV144HEV288EV316EV339.2商用车EV544BSG108HEV144HEV288EV318EV342商用车EV565.2EV60HEV144EV300EV320EV345.6商用车EV576EV72HEV144EV307EV320EV345.6商用车EV576HE

11、V202EV307EV326EV360商用车EV600HEV240HEV288PHEV320EV336商用车EV576PHEV384PHEV320PHEV336商用车EV400PHEV320PHEV345.6商用车EV384商用车PHEV 345.6商用车PHEV 336EV336（表3） 合计乘用车14%19%25%25%0%17%100%57990636总体（乘用车和商用车）10%14%18%24%14%18%100%579127949分析结果推荐值/V144288320346576推荐值占总体样本比列8%6%10%8%6%34%电压范围分区/V120-160278-310310-3303

12、30-360500-600others我们还分析了2012年和2013年车展及部分网络渠道获得的电动汽车动力电池系统信息总计40个，详见表4与表5。在400-500V区间内共有9个样本，其中400V电压等级占比例为44%，为最高。其他区间内电压等级分布144V、288V、320V、346V、576V所占为最高，与调查问卷分析结果一致。 （表4车展及网络渠道动力电池系统电压等级信息汇总）电压范围 120-200V， 144V数量：3占该分断样本比例：75%电压范围 278-310V，288V数量：1 占该分断样本比例：25%电压范围 310-330V，320V数量：3 占该分断样本比例：67%电

13、压范围 330-360V， 346V数量：4 占该分断样本比例:43%电压范围 380-500V， 400V数量：4 占该分断样本比例:36%电压范围500-600V，576V数量：2 占该分断样本比例:30%其他明细表，由于其偏离统计较多，属于个例，因此未予考虑车型动力电池系统额定电压/V车型动力电池系统额定电压/V车型动力电池系统额定电压/V车型动力电池系统额定电压/V车型动力电池系统额定电压/V车型动力电池系统额定电压/V车型动力电池系统额定电压/VISG144EV300EV316EV345.6商用车EV400商用车EV512BSG48混合动力客车144HEV288EV320REEV33

14、6商用车EV464商用车EV544BSG商用车115混合动力客车144HEV294商用车EV320商用车EV336V商用车EV480商用车EV565.2ISG120EV307商用车EV336V商用车EV400商用车EV576REEV345.6商用车HEV400商用车EV576PHEV360商用车HEV480商用车EV540商用车PHEV346商用车EV450商用车EV540乘用车EV400商用车EV576商用车HEV476商用车EV600商用车HEV388商用车EV540商用车EV384(表5 网络渠道及车展动力电池系统电压等级信息) 合计乘用车6.5%27%14%33%6.5%6.5%6.5

15、%100%142400115总体（乘用车和商用车）10%10%7.5%22.5%22.5%25%2.5%100%44371110140分析结果推荐值/V144288320346400576推荐值占总体样本比列7.5%2.5%5%7.5%10%7.5%40%电压范围分区/V120-200200-310310-330330-360380-500500-600others(表6 网络渠道、车展、问卷调查动力电池系统电压等级信息汇总表) 乘用车10.5%19.3%19.3%22.8%5.3%10.5%12.3%100.0%611111336757总体（乘用车和商用车）10.1%12.4%13.5%21

16、.3%15.7%19.1%7.9%100.0%91112191417789分析结果推荐值/V144288320346400576推荐值占总体样本比列8%4.5%8%8%4.5%7%40%电压范围分区/V120-200200-310310-330330-360380-500500-600others车展及网络渠道动力电池系统电压等级信息汇总如表6所示，根据动力电池系统电压等级统计结果，我们建议推荐动力电池系统电压等级为144V、288V、320V、346V、400V、576V；表7为推荐动力电池系统电压等级及对常见四种动力电池成组关系列表，所推荐动力电池系统电压等级对常见四种动力电池成组的可操作

17、性较强，这也表明我们推荐动力电池组电压等级的合理性。考虑到目前低压车型多为配备铅酸电池的低成本的场地车和低速电动汽车，由于铅酸电池的污染性以及国家新能源产业规划中明确指出重点支持最高车速100km/h插电式混合动力汽车和纯电动汽车，因此在此标准未予以考虑。大多数主机厂为便于与市电电压衔接，开发的乘用车电压多在300-350 V之间，在此区间内推荐了2个电压等级320V和346V。上汽建议：目前汽车用单芯电缆只有60V和600V两个等级(GB/T 25085)，我们所分析的数据信息中初步确定的电压等级中有576V,但是对于某些零部件（电池组）其工作制已经超过了电缆的600V安全限制电压等级，因此

18、建议在300-600V之间增加一个450V左右的电压等级，而576V电压等级应该继续保留，以满足国内现有商用车对电压等级的需求。根据表2和表4的信息细分分析发现，400V动力电池系统电压，总体样本数和其附近的样本数比较丰富，因此增加400V电压等级。对于576V的电压等级，对两类四类锂电体系都是便于成组的，由于其的最大工作电压大于600V，超出了线缆的耐压等级（600V以下）需求（GB/T 25087-2010），但是考虑到目前大型商用车的工作电压等级基本上都会超过600V，考虑到大型商用车需要，因此保留576V电压等级。（表7）动力电池系统电压等级及对常见四种动力电池成组关系列表 序号标称电

19、压(V)铅酸镍氢钴镍锰锂磷酸铁锂主要车型串联数串联数串联数串联数1144721204045中度混合动力车/纯电动微型车22881442408090混合动力乘用车/纯电动乘用车33201601004345.6961085400240120纯电动商用车6576288480160180纯电动商用车综上所述，在充分考虑了目前各种电动车用主流二次电池电压等级情况，并兼顾了安全、经济、电网电压、现有产品等多方面需求，能够满足电动汽车的一般需要，我们确定推荐整车动力电池系统电压等级为：144V、288V、320V、346V、400V、576V。2. 电机及其控制器系统电机及其控制器系统电压等级推荐说明：从电

20、机效率方面考虑，目前电机及其控制器系统电机及其控制器系统上最常使用的功率器件是IGBT，考虑到电池电压的波动，以及开关电压尖峰，在Vmax/2周围，电压利用率最好，可完全发挥IGBT的能力。直流300V左右电压等级相当于交流的220V，直流600V左右电压等级相当于交流380V；从安全角度考虑，如果可以使用低电压尽量不使用高电压；乘用车基本存在车载充电的需求，建议采用300V-350V电压等级的产品（IGBT使用600V/650V）；商用车由于电池能量的需求，多使用600V电压等级产品（IGBT使用1200V）。电压等级变化对电机及其控制器系统电机及其控制器系统效率影响小于电压变动比例，300

21、V左右标称电压工作范围内，10V电压等级的变化，对系统效率的影响小于1%，所以电压等级变动梯度可以定义在20-30V，1%-1.5%电机及其控制器系统电机及其控制器系统效率影响应当是整车可以接受的。为此，根据电池系统信息，在车辆信息最密集的电压范围内，推荐288V、320V、346V作为电压推荐等级。从电机控制器的关键器件IGBT（占电机控制器总成本的50%）成本对电压的敏感度来考虑，如下图1所示，在功率一定的情况下，IGBT的成本是基本保持不变的，如下图所示在相同功率下，1200V系列的IGBT产品价格比600V产品高5%-10%，而电流要低于600V系列的产品，从而可以选用截面积更小的线束

22、，连接器的体积也可以大大缩小，这两方面都可以降低成本。为此，根据电池系统信息，在车辆信息最密集的电压范围内，推荐288V、320V、346V作为电压推荐等级。虽然，320V和346V电压等级与GB/T 184881.1电动汽车电机及其控制器技术条件推荐电压等级不一致（电机国标在300-360V阶段推荐了三个电压等级：312V、336V、360V），但如前面指出，本电压等级标准不是强制性标准，不强制要求完全一致，并不会影响整车对电机及其控制器的选型与使用，而且312V、336V、360V额定电压的电机仍然可以满足前面所分析的1%整车性能差异的需求。电机及其控制器系统由于目前纯电动商用车对高功率电

23、机的需要，为降低线路电流,降低成本，考虑目前车用线缆只有两个电压等级的产品60V和600V，考虑动力电池系统成组的方便性和通用性，在400-500以上推荐电压等级400，而与之对应的电机国标推荐的电压等级408V冲突，根据之前对电机及其控制器系统效率与电压等级关系的分析，408V电机系列产品也是能满足400V整车需求；对于576V电压等级，电机国标推荐值540V、576V两个电压等级与之对应，并能满足整车的576V电压等级需求。（图1）综上所述，我们建议电机及其控制器的电压等级为144V、288V、320V、346V、400、576V，与动力电池系统一致。3. DC/DC变换器（输入）电压等级

24、推荐说明：在GB/T 24347 电动汽车DC/DC变换器中规定DC/DC输入/输出电压等级要求为12V-600V中12倍数的电压数值，而DC/DC变换器的关键器件对电压敏感度不强，因此建议DC/DC变换器（输入）电压等级与动力电池系统一致。4. 空调压缩机总成电压等级推荐说明：空调压缩机电压等级推荐值需要综合考虑，因为目前空调压缩机必须使用三相IGBT，即6个IGBT组成一个模块，而目前IGBT产品系列中600V/1200V IGBT最低工作电流只有50A等级；空调压缩机功率较小，在两种不同电压等级中选用的IGBT的电流范围相同，导致1200V IGBT成本是600V的2倍多。从线束、插接件

25、成本考虑，同等功率下，电压越高，所需电流越小，可以选用截面积更小的线束，连接器的体积也可以大大缩小，这两方面都可以降低成本；因此权衡两者成本，才能够得到电压对总体成本的影响。 （表8）不同情况下PTC加热器成本构成IGBT线束连接器电路板其他若使用IGBT50%30%10%10%若使用MOSFET40%30%10%15%PTC加热器电压等级推荐说明：PTC加热器成本构成如表8所示，在使用IGBT时，IGBT所占PTC加热器的总成本比例较大，由于PTC所使用的IGBT为单相IGBT，即为2个IGBT封装组成，因此其在同样功率下，电压由600V升为1200V对其成本影响不大。在使用MOSFET时，

26、 在同功率条件下MOSFET成本对电压不太敏感，同等功率下，电压越高，所需电流越小，可以选用截面积更小的线束，连接器的体积也可以大大缩小，这两方面都可以降低成本；电压等级的高低对绝缘防护措施的成本影响有限；因此PTC加热器电压等级越高，附属线缆等成本越低。建议PTC加热器电压等级与动力电池系统一致。5、动力线缆的电压等级推荐说明：考虑目前汽车用线缆，只有60V和600V线束绝缘等级(GB/T 25087)，考虑到目前动力电池系统的工作电压范围，应将电压值定在512V，才不会使线束成本及选择余地降低。因此建议在300-600V之间增加一个400V电压等级，而576V电压等级应该继续保留，以满足商

27、用车对电压等级的需求。动力线缆的电压等级仍按GB/T 25087执行，动力线缆的电压等级不在本标准中体现。6、高压配电系统(高压继电器、熔断器、电阻器)的电压等级推荐说明：高压配电系统（高压继电器、熔断器、电阻器）电压等级，推荐与动力电池系统电压等级一致，理由如下： 如下图2所示：在同样工作电流下，继电器工作电压由600V上升到800V或更大，继电器电气寿命下降速度加快；电压等级为600V以上继电器产品的成本呈现跨越式增长。而目前电动汽车主流的继电器产品的电压等级分度为：400V、600V、800V，能满足电动汽车整车电压等级要求。高压熔断器电压等级推荐建议：压等级维持在600V以下，理由如下

28、： 在同样电流下，熔断器的电压等级的提高会导致熔断器体积增大，相应的也会增加产品重量，这样非常不利于产品向轻量化、小型化发展。 结合所推荐的动力电池系统电压等级也在600V之下，因此建议熔断器电压等级与电池系统电压等级一致。 (图2)电阻器的电压等级对成本不敏感，电阻器的电压等级建议与动力电池系统一致 。综上推荐高压配电系统电压等级与电池系统电压等级一致。7、相关企业反馈意见及处理结果详见附件。五、总结综合相关标准与以上讨论结果如表7所示，我们最终推荐电动汽车动力电池系统、电机及其控制器、空调电动压缩机总成、DC/DC变换器、PTC加热器、高压配电系统电压等级为：144V、288V、320V、346V、400V、576V。考虑到目前还有主流混合动力电动汽车，由于其给动力电池系统布置空间有限，加之对动力电池系统能量需求较小，其高压系统的电压等级集中在144V、288V，而且这两个电等级点对于目前主流电动车电芯（镍氢、锂电）的成组设计都有利的。对于超级电容混合动力汽车，其输出端用电负载与电动汽车是完全相同的，所以超级电容混合动力汽车同样也可以参考该电压等级规范。 备注：本编制说明内所提及电压未作说明时都为直流电压。