《城市軌道交通 車載電容式儲能電源管理系統(tǒng)》

ICS31.060

CCSL11

團體標準

T/CAMETXXXX—XXXX

城市軌道交通車載電容式儲能電源管理

系統(tǒng)

UrbanRailTransit-Onboardcapacitiveenergystoragepowermanagementsystem

D

（征求意見稿）

（本草案完成時間：2024年1月）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布

T/CAMETXXXX—XXXX

城市軌道交通車載電容式儲能電源管理系統(tǒng)

1范圍

本文件規(guī)定了車載電容式儲能電源管理系統(tǒng)的工作條件、系統(tǒng)構成、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)

則、標志、包裝、運輸與貯存。

本文件適用于采用電容器為儲能單元的城市軌道交通車載電容式儲能電源管理系統(tǒng)的設計、制造和

檢驗。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構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/T191包裝儲運圖示標志

GB/T4208外殼防護等級（IP代碼）

GB/T21563—2018軌道交通機車車輛設備沖擊和振動試驗

GB/T24338.4軌道交通電磁兼容第3-2部分：機車車輛設備

GB/T25119—2021軌道交通機車車輛電子裝置

GB/T32347.1—2015軌道交通設備環(huán)境條件第1部分：機車車輛設備

GB/T32350.1軌道交通絕緣配合第1部分：基本要求電工電子設備的電氣間隙和爬電距離

GB/T34571軌道交通機車車輛布線規(guī)則

GB/T34870.1—2017超級電容器第1部分：總則

GB/T42005.1—2022軌道交通儲能式電車第1部分：電容式儲能電源

CJ/T416城市軌道交通車輛防火要求

TB/T3139機車車輛非金屬材料及室內空氣有害物質限量

3術語和定義

GB/T34870.1—2017、GB/T42005.1—2022界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

電容式儲能電源capacitance-typeenergystoragecubicle

具有分斷隔離設備，由一個或多個電容模組通過串、并聯(lián)組合而成的具有管理系統(tǒng)的儲能裝置。

[來源：GB/T42005.1—2022，3.1，有修改]

3.2

電容式儲能電源管理系統(tǒng)capacitiveenergystoragepowermanagementsystem；CMS

用于監(jiān)視電容的溫度、電壓、荷電狀態(tài)等狀態(tài)，為電容式儲能電源提供通信、均衡管理等控制的系

統(tǒng)。

3.3

電壓均衡單元voltagebalancedunit

對電容器單體和模組的電壓、溫度進行檢測，并對其電壓進行一致性管理，以及對外通信的功能單

元。

[來源：GB/T42005.1—2022，3.5]

3.4

模塊modular

由電容單體并聯(lián)組成的并聯(lián)節(jié)。

1

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3.5

模組module

由兩個或兩個以上電容器單體及其附件構成的組合體。

[來源：GB/T34870.1—2017，3.9]

3.6

充放電次數(shù)chargeanddischargetimes

總充電能量或放電能量除以額定能量的數(shù)值。

4縮略語

下列縮略語適用于本文件。

DC/DC：直流變直流的電源模塊（DCtoDC)

FS：滿量程（FullScale）

SOC：荷電狀態(tài)，也稱為剩余電量（StateofCharge）

5工作條件

5.1環(huán)境條件

CMS在以下環(huán)境條件下應能正常工作：

a)海拔：不大于2500m；

b)工作溫度：－25℃～70℃；

c)貯存溫度：－40℃～85℃；

d)月平均最大相對濕度不大于95%（月平均溫度最低為25℃）；

e)GB/T32347.1—2015中4.5～4.11規(guī)定的風、砂、雨、雪、霧、冰、雷電以及其他化學、生

物活性物、機械、污染物的侵蝕及污染。

5.2工作電壓

工作電壓范圍見表1。

表1工作電壓

單位為伏特

工作電壓(V)

標稱電壓(V)

最小工作電壓（USmin）最大工作電壓（USmax）

DC241630

DC11077137.5

5.3其他工作條件

當超出5.1和5.2規(guī)定的工作條件時，由供需雙方協(xié)商確定。

6系統(tǒng)構成

CMS是電容式儲能電源（以下簡稱“儲能電源”）的核心部件，一般由主控單元、電壓均衡單元等

組成，系統(tǒng)構成示意見圖1。

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車輛其他設備維護/調試系統(tǒng)冷卻/加熱裝置

網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡通信控制/反饋

CMS輸出控制接觸器

主控單元

儲能

輸入檢測

熔斷器電源

高壓

供電及網(wǎng)絡通信電路

數(shù)據(jù)采集電流傳感器以及

輔助

設備

電壓均衡單元1電壓均衡單元2電壓均衡單元N控制電壓傳感器

電源

數(shù)據(jù)能量數(shù)據(jù)能量數(shù)據(jù)能量

采集采集采集

++++++

電容器模組1電容器模組2電容器模組N

圖1CMS構成示意

7技術要求

7.1一般要求

7.1.1非金屬材料應為阻燃型材料，防火性能應符合CJ/T416的規(guī)定。

7.1.2非金屬材料的有害物質限量和禁用物質、限用物質的物質構成應符合TB/T3139的規(guī)定。

7.1.3CMS應具有充電過程控制和管理功能，應能與車載充電機或非車載充電機進行實時通信，與非

車載充電機的通信也可通過車輛實現(xiàn)。

7.1.4布線應符合GB/T34571的規(guī)定。

7.1.5電子元件宜采用環(huán)保器件，印制板和元器件的選型應符合GB/T25119—2021的規(guī)定。

7.1.6CMS的控制電源應具有反向保護功能。

7.2功能要求

7.2.1數(shù)據(jù)監(jiān)測功能

CMS應具有數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，監(jiān)測參數(shù)應包括儲能電源總電壓、電容單體（模塊）電壓、模組電壓、

儲能電源電流、模組溫度。

7.2.2自檢功能

CMS應具有自檢功能，對CMS主要功能進行初步篩查和識別，對嚴重影響使用和安全的功能異常應給

出預警。

7.2.3故障診斷

CMS應具有故障診斷功能，對于儲能電源進行故障診斷的基本項目和可擴展項目應符合表2和表3的

規(guī)定。表2中所列的故障診斷項目是基本要求。根據(jù)整車功能設計和儲能電源的具體需要，CMS的具體診

斷內容不限于表2和表3所列項目。

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表2CMS故障診斷基本項目

序號故障狀態(tài)aCMS的故障診斷項目b

1儲能電源溫度超過預警設定值儲能電源溫度超溫預警

2儲能電源溫度超過報警設定值儲能電源溫度超溫報警

3模組的溫度超過預警設定值模組溫度超溫預警

4模組的溫度超過報警設定值模組溫度超溫報警

5模組的溫度低于報警設定值模組溫度低溫報警

6模塊的電壓超過預警設定值模組中模塊過壓預警

7模塊的電壓超過報警設定值模組中模塊過壓報警

8儲能電源的總電流超過最大設定值儲能電源過流

9儲能電源的可用能量低于預警設定值能量過低預警

10儲能電源的可用能量低于報警設定值能量過低報警

11儲能電源的充放電次數(shù)大于報警設定值充放電次數(shù)達到允許最大值

12外部通信故障外部通信異常

a電壓、電流、溫度的設定值由整車廠和制造商協(xié)商確定，且不應超過電容制造商規(guī)定的最大工作限值。

b制造商可以自行規(guī)定故障項目的具體名稱、故障等級劃分以及相關故障條件的設定值。

表3可擴展的故障診斷項目

序號故障狀態(tài)CMS的故障診斷項目

1正極熔斷器熔斷故障正極熔斷器故障

2負極熔斷器熔斷故障負極熔斷器故障

3隔離電源無法正常輸出隔離電源故障

4風扇供電后無法正常工作風扇故障

5總電壓大于設定值儲能電源過壓

6內部通信故障內部通信異常

7儲能電源內部溫度差大于溫度差設定值儲能電源溫差大

8單體（模塊）容量偏離平均值過大單體（模塊）容量異常

9電壓均衡單元無法正常工作電壓均衡單元失效

10絕緣電阻小于設定值絕緣故障

11模塊的電壓低于預警設定值模組中模塊低壓預警

12模塊的電壓低于報警設定值模組中模塊低壓報警

13模組中模塊最高電壓和最低電壓差值超過預警設定值模組中模塊壓差預警

14模組中模塊最高電壓和最低電壓差值超過報警設定值模組中模塊壓差報警

15最高模組電壓和最低模組電壓差值超過預警設定值模組壓差預警

16最高模組電壓和最低模組電壓差值超過報警設定值模組壓差報警

17電壓采集故障電壓采集故障

18電流采集故障電流采集故障

19儲能電源的支路電流超過最大設定值儲能電源支路過流

7.2.4故障保護功能

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CMS應具有完善的故障保護功能，當故障發(fā)生時能及時觸發(fā)保護裝置或關閉系統(tǒng)以避免設備損壞或

故障范圍擴大。應至少具有如下保護功能：

——過流保護；

——過溫保護；

——過壓保護。

7.2.5通信功能

CMS應具有外部通信功能，儲能電源的狀態(tài)數(shù)據(jù)及故障信息應通過外部通信網(wǎng)絡發(fā)給車輛，外部通

信網(wǎng)絡應冗余備份。通信協(xié)議應至少有控制器局域網(wǎng)絡（CAN）、多功能車輛總線（MVB）和以太網(wǎng)（Ethernet）

通信其中一種。

7.2.6軟件更新功能

CMS應具有軟件更新接口，通過通訊電纜或無線通訊方式實現(xiàn)應用層軟件的更新。

7.2.7數(shù)據(jù)存儲功能

CMS應實時存儲儲能電源運行狀態(tài)信息、運行參數(shù)信息、報警信息和保護動作信息等數(shù)據(jù)。CMS應在

本地存儲不少于120天的數(shù)據(jù)信息。

7.2.8均衡管理功能

CMS應具有均衡管理功能，通過對電壓均衡單元的管理，實現(xiàn)對電壓、能量過高的模塊進行放電，

或對電壓、能量過低的模塊進行補電等方式，實現(xiàn)電壓、能量的一致性管理。

7.2.9熱管理功能

CMS通過采集到的溫度數(shù)據(jù)，宜具有對熱管理系統(tǒng)的風機或水冷系統(tǒng)等的控制，以保證電容在合適

的溫度范圍內運行，避免系統(tǒng)出現(xiàn)熱失控。

7.2.10充放電次數(shù)計算功能

CMS應具有充放電次數(shù)計算功能。

7.3性能要求

7.3.1測量精度要求

7.3.1.1總電壓

儲能電源總電壓檢測精度應滿足±1％FS。

7.3.1.2主回路電流

儲能電源主回路電流檢測精度應滿足±1％FS。

7.3.1.3單體（模塊）電壓

單體（模塊）電壓檢測精度應滿足±0.5％FS，且最大誤差的絕對值不應大于10mV。

7.3.1.4溫度

在－20℃～65℃（包含－20℃和65℃）范圍內溫度檢測精度應滿足±2℃，在－40℃～－20℃

以及65℃～125℃（或監(jiān)控標定的最高測量溫度）范圍內，溫度檢測精度應滿足±3℃。

7.3.1.5充放電次數(shù)計算

CMS充放電次數(shù)按公式（1）進行計算，估算的充放電次數(shù)累積誤差不應大于5％。

以累積充電或放電能量來計算充放電次數(shù)，即累積100%SOC充電、放電計算成一次充電或放電。

E1

N????????????????????（1）

EN

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式中：

N——充放電次數(shù)，單位為次；

E1——充電或放電累積能量，單位為千瓦時（kWh）；

EN——系統(tǒng)標稱能量，單位為千瓦時（kWh）。

7.3.2電氣性能

CMS應能在過電壓、欠電壓、電源中斷等電壓條件下正常工作，其電氣性能應符合GB/T25119—2021

中5.1.1、5.1.2和5.2的規(guī)定，電源中斷應符合GB/T25119—2021中5.1.1.3規(guī)定的S2級的規(guī)定。

7.3.3絕緣性能

7.3.3.1絕緣電阻

絕緣電阻不應小于10MΩ。

7.3.3.2工頻耐受電壓

CMS與主電路相連部分工頻耐受電壓應符合GB/T32350.1的規(guī)定，其它部分的工頻耐受電壓應符合

GB/T25119—2021的規(guī)定。

注：海拔大于1400m時,工頻耐受電壓乘以海拔修正系數(shù)Ka。

7.3.4沖擊和振動

CMS應能承受GB/T21563—2018規(guī)定的1類B級的沖擊和振動。

7.3.5電磁兼容性能

電磁兼容性能應符合GB/T24338.4的規(guī)定。

7.3.6防護等級

防護等級不應低于IP20。

8試驗方法

8.1試驗條件

8.1.1所有試驗均在有充分安全保護的條件下進行。

8.1.2除另有規(guī)定外，應在下列條件下進行試驗：

a)試驗溫度：20℃～30℃；

b)相對濕度：25％～85％；

c)大氣壓力：86kPa～106kPa。

8.2工作電壓檢測

工作電壓在最低、標稱及最高時，通過上位機查看CMS的所有功能是否正常。

8.3故障診斷試驗

8.3.1數(shù)據(jù)監(jiān)測功能試驗

CMS正常上電啟動時，通過上位機能正常監(jiān)測到儲能電源總電壓、電容單體（模塊）電壓、模組電

壓、儲能電源電流、模組溫度。

8.3.2CMS自檢功能試驗

CMS正常上電啟動時，記錄的自檢相關信息記錄；通過電容模擬系統(tǒng)，建立系統(tǒng)自診斷和上電自檢

預警觸發(fā)條件，并記錄相應自檢信息和預警信號，系統(tǒng)自診斷與上電自檢的范圍由供需雙方協(xié)商確定。

8.3.3故障診斷和上報試驗

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通過電容模擬系統(tǒng)，建立滿足表2所列故障項目的觸發(fā)條件，記錄相應故障項目及其觸發(fā)條件。同

時，通過上位機，測試故障上報功能。

8.4故障保護試驗

8.4.1過流保護試驗

采用最小儲能電源或電容模擬系統(tǒng)進行試驗，在儲能電源總電流超過設定值時，檢查CMS是否可以

斷開儲能電源輸出或送出切斷信號。

8.4.2過溫保護試驗

采用最小儲能電源或電容模擬系統(tǒng)進行試驗，在儲能電源溫度、模組溫度超過設定值時，檢查CMS

是否可以斷開儲能電源輸出或送出切斷信號。

8.4.3過壓保護試驗

采用最小儲能電源或電容模擬系統(tǒng)進行試驗，在儲能電源總電壓超過設定值時，檢查CMS是否可以

斷開儲能電源輸出或送出切斷信號。

8.5通信功能試驗

通過模擬系統(tǒng)，建立通信鏈路，用上位機查看CMS的通信狀態(tài)。

8.6軟件更新功能試驗

檢查軟件更新系統(tǒng)是否能通過外部的軟件更新口（或無線的方式）實現(xiàn)對應用軟件的更新。

8.7數(shù)據(jù)存儲功能試驗

進行8.3.3試驗后，斷開管理系統(tǒng)的工作電源，1min以后，重新上電，檢查是否能夠通過上位機讀

取上次故障診斷測試的故障時間與故障信息。

8.8均衡管理功能試驗

按照電壓均衡策略，模擬電壓均衡觸發(fā)條件，測試電壓均衡執(zhí)行部件（均衡電阻、均衡DC/DC）的

工作狀態(tài)。

8.9熱管理功能試驗

根據(jù)實際使用工況，模擬熱管理系統(tǒng)各種工作條件，測試風機（或水冷系統(tǒng)）的工作狀態(tài)。

8.10控制電源反向保護試驗

對CMS施加反向控制電源持續(xù)1min以上，再施加正常的控制電源，檢查CMS是否能正常工作。如采

用熔斷保護的，只允許更換熔斷器。

8.11狀態(tài)參數(shù)精度測試

8.11.1試驗準備

8.11.1.1將儲能電源按正常工作要求裝配、連接或者通過電容模擬系統(tǒng)（模擬系統(tǒng)的紋波系數(shù)、精度

和穩(wěn)定度等指標應達到不影響試驗結果的相應等級）提供CMS需要監(jiān)測的電氣信號，正確安裝布置檢測

設備的電壓、電流和溫度，接通CMS控制電源。

8.11.1.2將CMS采集的數(shù)據(jù)（單體或模塊電壓采集通道不少于一個獨立電源供電的采樣單元，溫度采

集通道數(shù)不少于2個）與檢測設備檢測的對應數(shù)據(jù)進行比較。

8.11.1.3除另有規(guī)定外，試驗溫度均指受試對象CMS所處環(huán)境溫度。

8.11.2總電壓測量

在－25℃±2℃、25℃±2℃和50℃±2℃（或由整車廠和制造商根據(jù)實際應用情況協(xié)商確定）

下，分別檢測儲能電源滿量程總電壓50％、100％的電壓值，將CMS采集數(shù)據(jù)與檢測設備監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比

較。

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8.11.3主回路電流測量

在－25℃±2℃、25℃±2℃和50℃±2℃（或由整車廠和制造商根據(jù)實際應用情況協(xié)商確定）

下，分別檢測儲能電源滿量程主回路電流±50％、±100％的電流值，將CMS采集數(shù)據(jù)與檢測設備監(jiān)測數(shù)

據(jù)進行比較。

8.11.4單體（模塊）電壓測量

在－25℃±2℃、25℃±2℃和50℃±2℃（或由整車廠和制造商根據(jù)實際應用情況協(xié)商確定）

下，分別測量50%、75%、100%單體（模塊）額定電壓（通道數(shù)不少于一個獨立電源供電的采樣單元），

將CMS采集數(shù)據(jù)與檢測設備監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較。

8.11.5溫度測量

在-20℃±2℃、25℃±2℃和50℃±2℃（或由整車廠和制造商根據(jù)實際應用情況協(xié)商確定）

下，將CMS測溫裝置探頭與檢測設備傳感器探頭同時置于-40℃、0℃、25℃、40℃、80℃（或儲能

電源標定的最高測量溫度）下測量溫度值，將CMS采集數(shù)據(jù)與檢測設備監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較。

8.11.6充放電次數(shù)試驗

充放電次數(shù)試驗按以下步驟進行：

a)將儲能電源放置于室溫環(huán)境下；

b)采用額定電流對儲能電源持續(xù)充（放）電，直到達到以下條件之一時終止：儲能電源的單體

（模塊）電壓保護上（下）限，總電壓保護上（下）限，制造商技術規(guī)范中規(guī)定的倍率等其

他限定條件；

c)將儲能電源充電到80%SOC，記錄CMS顯示的充放電次數(shù)N1，同時充放電設備開始累積放電能

量，按額定電流對系統(tǒng)進行放電到20%SOC，停止5min，按額定電流充電到80%SOC，循環(huán)工

作10次以上，記錄最后一次放電到20%SOC時CMS顯示的充放電次數(shù)N2，記錄累積放電能量

E1；

d)CMS計算的充放電次數(shù)為N2-N1；

e)實際充放電次數(shù)N按公式（2）計算；

f)計算測試值與實際值的誤差。

N-N-N

β21100%

N???????????????（2）

式中：

β——充電次數(shù)測量誤差的數(shù)值，單位為%。

8.12電氣性能試驗

8.12.1電源波動試驗

按GB/T25119—2021中12.2.3規(guī)定的方法進行試驗。

8.12.2電源中斷試驗

按GB/T25119—2021中12.2.3規(guī)定的方法進行試驗。

8.12.3電源過電壓試驗

按GB/T25119—2021中12.2.7規(guī)定的方法進行試驗。

8.13絕緣性能試驗

8.13.1絕緣電阻測量

按GB/T25119—2021中12.2.10.1和12.2.10.2規(guī)定的方法進行試驗。

使用兆歐表測量絕緣電阻。

8.13.2工頻耐受電壓試驗

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按GB/T25119—2021中12.2.10.1和12.2.10.3規(guī)定的方法進行試驗。

8.14環(huán)境適應性能試驗

8.14.1高溫試驗

按GB/T25119—2021中12.2.5規(guī)定的方法進行試驗。

8.14.2低溫試驗

按GB/T25119—2021中12.2.4規(guī)定的方法進行試驗。

8.14.3低溫存放試驗

按GB/T25119—2021中12.2.15規(guī)定的方法進行試驗。

8.14.4交變濕熱試驗

按GB/T25119—2021中12.2.6規(guī)定的方法進行試驗。

8.14.5鹽霧試驗

按GB/T25119—2021中12.2.11規(guī)定的方法進行試驗。

8.15沖擊和振動試驗

按GB/T21563—2018規(guī)定的方法進行試驗。

8.16電磁兼容試驗

按GB/T24338.4規(guī)定的方法進行試驗。

8.17防護等級試驗

按GB/T4208規(guī)定的方法進行試驗。

9檢驗規(guī)則

9.1檢驗分類

分為出廠檢驗和型式檢驗。

9.2出廠檢驗

所有產(chǎn)品均應進行出廠檢驗，合格后方可出廠。

應對每個產(chǎn)品進行出廠檢驗，若發(fā)現(xiàn)任意一項不合格，則判定該產(chǎn)品為不合格。

9.3型式檢驗

9.3.1檢驗樣品在出廠檢驗的合格品中抽取，數(shù)量為1套。

9.3.2如果整臺裝置或其中的一部分基本接近于已定型產(chǎn)品，經(jīng)供需雙方協(xié)商確定，可由制造商出示

5年內的型式檢驗證明，可不重復進行型式檢驗。

9.3.3型式檢驗全部項目應在同一樣品上進行，檢驗項目全部合格時，該產(chǎn)品合格；若發(fā)現(xiàn)任意一項

不合格，則該產(chǎn)品不合格。

9.3.4凡具有下列情況之一者，應進行型式檢驗：

a)新產(chǎn)品定型時；

b)產(chǎn)品結構、材料、生產(chǎn)工藝有重大改變時；

c)停產(chǎn)2年以上再生產(chǎn)時；

d)已定型產(chǎn)品轉場生產(chǎn)時；

e)連續(xù)生產(chǎn)5年時。

9.4檢驗項目

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檢驗項目應符合表4的規(guī)定。

表4檢驗項目

檢驗分類技術要求檢驗方法

序號檢驗項目

出廠檢驗型式檢驗對應條款對應條款

1工作電壓檢測√√5.28.2

2數(shù)據(jù)監(jiān)測功能試驗√√7.2.18.3.1

3故障診斷試驗CMS自檢功能試驗-√7.2.28.3.2

4故障診斷和上報試驗-√7.2.38.3.3

5過流保護試驗√√8.4.1

6故障保護試驗過溫保護試驗√√7.2.48.4.2

7過壓保護試驗√√8.4.3

8通信功能試驗√√7.2.58.5

9軟件更新功能試驗√√7.2.68.6

10數(shù)據(jù)存儲功能試驗√√7.2.78.7

11均衡管理功能試驗√√7.2.88.8

12熱管理功能試驗-√7.2.98.9

13控制電源反向保護試驗-√7.1.68.10

14總電壓a測量√√7.3.1.18.11.2

15主回路電流a測量√√7.3.1.28.11.3

16狀態(tài)參數(shù)精單體（模塊）電壓a測量√√7.3.1.38.11.4

17度測試溫度a測量√√7.3.1.48.11.5

7.2.10、

18充放電次數(shù)試驗-√8.11.6

7.3.1.5

19電源波動試驗-√8.12.1

電氣性能試

20電源中斷試驗-√7.3.28.12.2

驗

21電源過電壓試驗-√8.12.3

22絕緣性能試絕緣電阻測量√√7.3.3.18.13.1

2