DIN 91252-2016 Electrically propelled road vehicles - Battery systems - Design specifications for Lithium-Ion battery cells Text in German and English《电动道路车辆 蓄电池系统 锂离子电池设计规范 德文和英文版.pdf

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1、November 2016DEUTSCHE NORM Preisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 43.120!%Y6W“2541952www.din.deDIN 91252Elektrische Straenfahrzeuge Batteriesysteme A

2、nforderungen an die Gestaltung von Lithium-Ionen-Batteriezellen;Text Deutsch und EnglischElectrically propelled road vehicles Battery systems Design specifications for Lithium-Ion battery cells;Text in German and EnglishVhicules routiers lectriques Systmes de batteries Exigences de spcification des

3、batteries cellules aux lithium-ion;Texte en allemand et anglaisAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN SPEC 91252:2011-01www.beuth.deGesamtumfang 32 SeitenDDIN-Normenausschuss Automobiltechnik (NAAutomobil)DIN 91252:2016-11 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung 4 1 A

4、nwendungsbereich . 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 5 4 Abkrzungen . 6 5 Konstruktionsform . 6 6 Messbedingungen 7 7 Mae fr das ausgewhlte Zelldesign 7 7.1 Allgemeines . 7 7.2 Prismatische Zellen 7 7.3 Folienzellen 10 8 Datenblatt . 12 Anhang A (informativ) Datenblatt zur Erfassung relevant

5、er Zelleigenschaften (Beispiel) . 13 DIN 91252:2016-11 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 052-00-37 AA Elektrische Straenfahrzeuge“ im DIN-Normenausschuss Automobiltechnik (NAAutomobil) erstellt. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Paten

6、trechte berhren knnen. DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN SPEC 91252:2011-01 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Anforderungen zur Stabilitt der Anschlsse hinzugefgt; b) Anforderungen an die Position der Ans

7、chlsse hinzugefgt; c) Anforderungen fr Rundzellen wurden entfernt; d) Anforderungen fr die Abmessungen ergnzt bzw. gendert. Frhere Ausgaben DIN SPEC 91252: 2011-01 DIN 91252:2016-11 4 Einleitung Es besteht eine enge Wechselwirkung zwischen den Abmessungen von Lithium-Ionen-Batteriezellen und der Ges

8、taltung des Batteriesystems im Fahrzeug. Letzteres wiederum wird stark vom Fahrzeugkonzept beein-flusst. Je nach Fahrzeugabmessung und den entsprechenden Einbaueinschrnkungen muss die Form der Batteriepakete und -systeme dem Top-down-Ansatz entsprechen. Gegenwrtig ist eine Vielzahl von Zelltypen mit

9、 unterschiedlichen Abmessungen fr Energiespeicherung zum Antrieb von Elektrofahrzeugen am Markt verfgbar. Eine Reduzierung der Designvielfalt von Lithium-Ionen-Batteriezellen soll dazu beitragen: die Zellkosten zu senken durch die Frderung des Wettbewerbs und damit den Zelllieferanten Zugang zum wel

10、tweiten Markt zu ermglichen; einen Austausch der Zellen verschiedener Lieferanten zu ermglichen, sowohl whrend als auch nach der Batteriesystementwicklung; die Entwicklung des Batteriesystemdesgins zu untersttzen, indem grundlegende Auenabmessungen je bekanntem Lithium-Ionen Zelltyp fr die automobil

11、e Traktionsbatteriesysteme festlegt werden und die Verfgbarkeit der Zellen ber den im Vergleich zu anderen Produkten deutlich hheren Lebensdau-erzyklus von Straenfahrzeugen sicherzustellen. Die in dieser Norm spezifizierten Zellen werden ber den gesamten Produktionszeitraum der Fahrzeuge, zuzglich d

12、er durchschnittlichen Fahrzeuglebensdauer und der gesetzlich vorgeschriebenen Ersatzteilver-fgbarkeit bentigt. Damit schafft diese Norm eine Grundlage fr eine langfristige Verfgbarkeit solcher Zellen. DIN 91252:2016-11 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm stellt standardisierte Abmessungen fr Lithium-Io

13、nen-Batteriezellen als Konstruktionsanforde-rung fr Batteriesysteme in elektrisch angetriebenen Straenfahrzeugen zur Verfgung. Sie trifft auch Fest-legungen, sofern anwendbar, zu den Dimensionen, der Lage und der Form der Anschlsse, den berdruck-schutzvorrichtungen sowie zu grundlegenden Anforderung

14、en an die Stabilitt der Anschlsse. Diese Norm bezieht sich auf prismatische Zellen mit festen oder foliierten Gehusen. Das Innendesign, die Zellchemie und die elektrischen Eigenschaften der Zellen sind in dieser Norm nicht festgelegt. ANMERKUNG 1 Prfungen fr Lithium-Ionen basierte Batteriesysteme fr

15、 elektrisch angetriebene Straenfahrzeuge sind in ISO 12405 festgelegt. ANMERKUNG 2 Die Nutzung anderer, nicht durch diese Norm beschriebener Zellen fr den Fahrzeugantrieb ist nicht ausgeschlossen. 2 Normative Verweisungen IEC 62660-1, Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road v

16、ehicles Part 1: Performance testing 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 berdruckschutzeinrichtung OPSD (en: over-pressure safety device) Sicherheitseinrichtung um den Gasdruck im Inneren der Zelle zu begrenzen BEISPIEL Berstscheibe, Druckventil oder Sollbr

17、uchstelle 3.2 Folienzelle Sekundrlithiumionenzelle aus laminierter Verbundfolie einschlielich elektrischer Anschlsse 3.3 prismatische Zelle Sekundrlithiumionenzelle mit einem prismatischen, festen Zellgehuse einschlielich elektrischer An-schlsse und OPSD 3.4 Sekundrlithiumionenzelle wieder aufladbar

18、e Einzelzelle, deren elektrische Energie abgeleitet wird durch Aus- und Einlagerung von Lithium-Ionen zwischen der Anode und der Kathode Anmerkung 1 zum Begriff: Eine Sekundrzelle ist eine Basiseinheit, die elektrische Energie durch Umwandlung aus chemischer Energie erzeugt. Die Zelle besteht aus El

19、ektroden, Separatoren, Elektrolyten, Behltern und Anschlssen und kann elektrisch aufgeladen werden. 3.5 Anschluss Einrichtung der Zelle zur Verbindung mit elektrischen Stromkreisen DIN 91252:2016-11 6 4 Abkrzungen BoL Beginn der Lebensdauer (en: Begin of life) BEV Batterieelektrisches Fahrzeug (en:

20、Battery Electric Vehicle) EoL Ende der Lebensdauer (en: End of life) HEV Hybridfahrzeug (en: Hybrid Electric Vehicle) k.A. keine Angabe PHEV PlugIn”-Hybridfahrzeug (en: PlugIn Hybrid Electric Vehicle) Sym. Symmetrisch 5 Konstruktionsform Diese Norm spezifiziert die folgenden zwei Konstruktionsformen

21、 der Lithium-Ionen-Batteriezellen fr au-tomobile Antriebsanwendungen in Kraftfahrzeugen: Prismatische Zellen (siehe 7.2) Folienzellen (siehe 7.3). Legende 1 Anschluss 2 OPSD 3 Zellgehuse Bild 1 Prismatische Zelle Schematische Darstellung DIN 91252:2016-11 7 Legende 1 Anschluss 2 Zellgehuse Bild 2 Fo

22、lienzelle Schematische Darstellung 6 Messbedingungen Die Mae der Zelle werden bei (25 2) C unter Bercksichtigung zulssiger Grenzabmaen nach IEC 62660-1 gemessen. Die Dicke N1 einer Folienzelle muss im Ladezustand 100 % gemessen werden, indem eine Kraft fr 2 s auf den gesamten Elektrodenstapelbereich

23、 der Zelle ausgebt wird, whrend die Zelle zwischen Platten gehalten wird. Der dabei verwendete Oberflchendruck muss 5 kPa bis 30 kPa betragen. Die Messungen werden entsprechend der Vereinbarung zwischen Zelllieferant und Fahrzeughersteller durchgefhrt. 7 Mae fr das ausgewhlte Zelldesign 7.1 Allgemei

24、nes Die in den Merkblttern der Zellhersteller vorgegebenen Grenzabmae fr die Dimensionen sollten berck-sichtigt werden. 7.2 Prismatische Zellen 7.2.1 Mae fr prismatische Zellen Mae fr prismatische Zellen sind in Tabelle 1 angegeben, siehe auch Spalte Kurzzeichen“ fr die Zuord-nung der Werte zu den M

25、aen in Bild 3. Die Anschlsse mssen parallel zur Lnge der Zelle ausgefhrt sein, die Abweichung darf maximal 0,2 mm betragen. DIN 91252:2016-11 8 Mae in Millimeter Legende 1 abgerundete Ecke mglich 5 mgliche Verstrkung der Anschlsse 2 abgerundete Ecke mglich 6 mgliche Position OPSD 3 abgerundete Ecke

26、mglich 7 Bereich der Elektroden 4 abgerundete Ecke mglich 8 gedachter idealer Verlauf der seitlichen Begrenzung a nderung der Zelldicke abhngig vom Ladezustand Bild 3 Mae fr prismatische Zellen Mabezeichnungen DIN 91252:2016-11 9 Tabelle 1 Mae fr prismatische Zellen Mae in Millimeter Parameter Kurz-

27、zeichen HEV 1 HEV 2 PHEV 1 PHEV 2 BEV 1 BEV 2 BEV 3 BEV 4 Zelllnge M1 120 120 173 148 173 173 173 173 Grenzabma 0,15 0,3/-0,2 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 Zellbreite M2 12,5 12,1 21 26,5 32 45 32 45 Grenzabma 0,1 0,15 0,15 0,15 0,15 0,1 0,15 0,1 Zellhhe ohne An-schlsse M4 85 80,5 85 91 115 115 125

28、125 Grenzabma 0,15 0,2 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 Zellhhe Anschluss geschweit M3 91,5 87,4 91 97 123 123 133 133 Zellhhe Anschluss geschraubt M3+M21 91,5 87,4 91 105,1 123 123 133 133 Entfernung zwischen Anschlssen M5 90 sym. 97,5 sym. 133 sym. 62,85 sym. 133 sym. 133 sym. 133 sym. 133 sym. Grenz

29、abma 0,2 0,5 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Entfernung der An-schlsse zur Zellen-mitte M27 0,25 0 ,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Lage der Anschlsse sym. sym. sym. sym. sym. sym. sym. Grenzabma 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Lnge der Anschlsse M7 25 12,6 28 28 24 24 24 24 Breite der Anschls-se M8 9 9,6 11,6

30、 11,6 18,4 18,4 18,4 18,4 Hhe der Anschlsse M6 6 6,7 6 6 6,5 - 8,0 6,5 - 8,0 6,5 - 8,0 6,5 - 8,0 Ebenheit der An-schlsse M17 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Parallelitt der Bat-terie zur Gehuse-unterseite M16 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 7.2.2 Stabilittsanforderungen fr Anschlsse Die Anforderunge

31、n an die Stabilitt der Anschlsse fr prismatische Zellen werden zwischen Hersteller und Lieferant vereinbart. Die Parameter und Richtwerte knnen Tabelle A.2 entnommen werden 7.2.3 Anforderungen an die Position der Anschlsse und das Gehuse Die Anschluss mssen den Positionieranforderungen, wie in Tabel

32、le 2 angegeben, folgen. DIN 91252:2016-11 10 Tabelle 2 Positionieranforderungen an Schraubanschlsse fr prismatische Zellen Parameter HEV 1 HEV 2 PHEV 1 PHEV 2 BEV 1 BEV 2 BEV 3 BEV 4 Anschluss Schraubengewinde M6 Hhe Schraubengewinde ge-schraubter Anschluss (mm) 10 Entfernung M5 (mm) sym. 90 133 79,

33、7 133 Grenzabma (mm) 0,2 Tabelle 3 OPSD-Position Parameter HEV 1 HEV 2 PHEV 1 PHEV 2 BEV 1 BEV 2 BEV 3 BEV 4 Lage der OPSD relativ zur Breite sym. Lage der OPSD relativ zur Lnge sym. Lnge der OPSD (relativ zur Lnge) (mm) 11,2 17,5 24 24 50 50 50 50 Breite der OPSD (relativ zur Breite) (mm) 10 7,5 9

34、9 20 20 20 20 Tabelle 4 Gehuseanforderungen Parameter HEV 1 HEV 2 PHEV 1 PHEV 2 BEV 1 BEV 2 BEV 3 BEV 4 Ebenheit des Gehuseunterseite (mm) k.A. k.A. 0,2 0,2 k.A. 0,2 k.A. 0,2 Mindestflche des Zellenbodens (Lnge x Breite) (mm) k.A. k.A. 2 505 2505 k.A. k.A. k.A. k.A. 7.3 Folienzellen Mae fr Folienzel

35、len sind in Tabelle 5 angegeben, siehe auch Spalte Kurzzeichen“ fr die Zuordnung der Werte zu den Maen in den Bildern 4 und 5. Die Lage der Anschlsse muss symmetrisch zur Breite (Dicke) der Folienzelle sein. Die uere Siegelnaht kann bei Folienzellen sowohl gerade oder gefaltet sein. Anmerkung: Die D

36、icke (Breite) der Folienstelle wird nicht vorgegeben. DIN 91252:2016-11 11 Bild 4 Folienzellen Mabezeichnungen (Anschlsse gleiche Seite) Bild 5 Folienzellen Mabezeichnungen (Abschlsse gegenber) DIN 91252:2016-11 12 Tabelle 5 Folienzellen Abmessungen Mae in Millimeter Parameter Kurzzeichen HEV PHEV 1

37、 PHEV 2 BEV 1 BEV 2 Zellenbreite (mm) W 161 164,2 164 99,7 329,2 Grenzabma (mm) 1 0,65 1,5 1,5 0,8 Zellenhhe ohne Anschluss (mm) h 141 226 232 301,5 161,4 Grenzabma (mm) 1,0 1,0 0,8/-0,5 0,5/-1,0 1,0 Zellenhhe mit Anschluss (mm) H 163 249,6 254,2 365,5 168,5 Grenzabma (mm) 1,5 1,0 1,3/-1,0 1,0 1,0 L

38、age Anschluss (gleiche Seite / ge-genber) gleiche Seite gleiche Seite gleiche Seite gegen-ber gleiche Seite Minimale Entfernung zwischen An-schlssen (mm) M 37 34 36 n/a 63,5 Grenzabma (mm) 0,7 0,5 0,5 n/a 0,4 Lage Anschluss (mm), sym. (P=P1) P, P1 39,5 42,6 41,5 49,85 80,4 Grenzabma (mm) 1,15 0,7 1,

39、7 1,7 0,5 Siegelnaht (flach / gefaltet) gefaltet flach gefaltet gefaltet flach 8 Datenblatt Ein Beispiel fr ein Datenblatt zur Erfassung aller relevanten Zelldaten, die die Eigenschaften einer Lithium-Ionen-Zelle fr den Einsatz im Elektrofahrzeug bestimmen, ist im Anhang A enthalten. DIN 91252:2016-

40、11 13 Anhang A (informativ) Datenblatt zur Erfassung relevanter Zelleigenschaften (Beispiel) Die nachfolgenden Tabellen dienen als Beispiel fr die Erfassung der Daten einer Zelle fr den Informations-austausch zwischen Fahrzeughersteller und Zelllieferant. Es ist so aufgebaut, dass es fr alle Bauform

41、en von Batteriezellen angewendet werden kann. Tabelle A.1 zeigt die Erfassung der Zellabmessungen. Tabelle A.1 Liste der Abmessungen fr Lithium-Ionen-Zellen Parameter Kurzzeichen siehe Bilder 3 bis 5 in DIN 91252 Werte Lnge der Zellen (mm) M1 Grenzabma (mm) Breite der Zellen (mm) M2 / W Grenzabma (m

42、m) Hhe der Zellen ohne Anschluss (mm) M4 / h Grenzabma (mm) Hhe der Zellen mit geschweiten Anschluss (mm) M3 / H Hhe der Zellen mit Schraubklemmen (mm) M3 + M21 / n.a. Entfernung zwischen den Anschlssen (mm) M5 / M Grenzabma (mm) Grenzabma Mitte Anschluss bei symmetrischen Abstand zum Zellzentrum M2

43、7 / n.a. Lage Anschluss (relativ zur Breite) (mm) Grenzabma (mm) Lnge Anschluss (mm) M7 Breite Anschluss (mm) M8 Hhe Anschluss (mm) M6 Ebenheit Anschluss (mm) M17 Parallelitt Anschlsse zum Gehuseboden (mm) M16 / n.a. Die Erfassung der fr die Festigkeit der Anschlsse wichtigen Daten sollte wie in Tab

44、elle A.2 erfolgen. DIN 91252:2016-11 14 Tabelle A.2 Festigkeit der Anschlsse Parameter Richtwerte fr prismatische Zelltypen Ist“-Wert Max. Krfte Anschluss (Breite) 1 000 Anzahl Belastungswechsel (Breite) 300 000 Dauer pro Ladezyklus (Breite) s 60 Max. Krfte Anschluss (Lnge) N 1 000 Anzahl Belastungs

45、wechsel (Lnge) 300 000 Dauer pro Ladezyklus (Lnge) s 60 Max. Krfte Anschluss (Hhe) N 500 Anzahl Belastungswechsel (Hhe) 300 000 Dauer pro Ladezyklus in (Hhe) s 60 Drehmoment Anschluss (Achse 1) Nm 6 Anzahl Drehmomentnderungen (Achse 1) 300 000 Dauer Belastungswechsel (Achse 1) 60 Drehmoment Anschlus

46、s (Achse 2) Nm 6 Anzahl Drehmomentnderungen (Achse 2) 300 000 Dauer Belastungswechsel (Achse 2) 60 Drehmoment Anschluss (Achse 3) Nm 6 Anzahl Drehmomentnderungen (Achse 3) 300 000 Dauer Belastungswechsel (Achse 3) 60 Mindestflche Anschluss Breite x Lnge mm k. A. durchschnittliche Rauigkeit RaAnschlu

47、ss-oberflche m 1,0 durchschnittliche Tiefe der Rauigkeit Rzan Anschlussoberflche m 16 DIN 91252:2016-11 15 Tabelle A.3 zeigt die Erfassung der Details zur Lage der Anschlsse. Tabelle A.3 Ausfhrung der Anschlsse Parameter Kurzzeichen siehe Bilder 3 bis 5 in DIN 91252 Werte minimaler Bereich Anschluss Breite x Lnge (mm) M28 durchschnittliche Rauheit Ra der Oberflche (m) M19 durchschnittliche Tiefe der Rauheit Rz an der Oberflche (m) M20 Form der Schweianschlsse M23 / M24 / M25 Anschluss Gewindeschraube (Durchmesser) M22 Hhe des Schraubengewindes geschr