T/CIAPS 0021-2023 服务机器人用锂离子电池和电池组技术规范

ICS29.220.99

CCSK82

团体标准

T/CIAPS0021—2023

服务机器人用锂离子电池和电池组技术规范

TechnicalSpecificationforlithium-ioncellandbatterypackforservicerobots

2023年3月10日发布2023年4月1日实施

中国化学与物理电源行业协会发布

T/CIAPS0021—2023

目  次

前  言II

1范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义2

4缩略语和符号3

5试验条件3

6一般电性能要求6

7电池（组）安全要求8

8电池接口要求9

9通信协议规范要求16

10一般电性能实验17

11电池（组）安全实验21

12电池接口性能实验24

附录A（资料性）本标准范围内的楼宇间服务机器人产品示例31

附录B（资料性）热失控管理32

附录C（资料性）设计与封装工艺33

附录D（资料性）相关硬件、通信协议设置35

I

T/CIAPS0021—2023

前  言

本标准依据GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则编写。

本标准的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

本标准由中国化学与物理电源行业协会提出并归口。

本标准主要起草单位：天时力（天津）新能源科技有限责任公司、华富（江苏）锂电新技术有限

公司。

本标准参与起草单位：合肥学院、深圳市普渡科技有限公司、惠州亿纬锂能股份有限公司、深圳

市比亚迪锂电池有限公司坑梓分公司、武汉中原长江科技发展有限公司、鹤壁市诺信电子有限公司、

湖南格瑞普新能源有限公司。

本文件主要起草人：王之言、苟彦琦、宋岩斌、代云飞、朱明海、孟云、杨续来、王多勇、徐丝

鹿、李跃飞、刘玉、姜新军、蒲祥松、李彦灼、吴际良、周舟、王菘如、高巧娟、郭峰、张明、殷振

国、邓毛清。

本文件为首次制定。

II

T/CIAPS0021—2023

服务机器人用锂离子电池和电池组技术规范

1范围

本标准规定了楼宇间服务机器人用锂离子电池和电池组技术要求、电池接口安全实验要求、通信

协议规范要求、电池（组）安全实验方法、试验规范、一般电性能实验方法。

本标准适用于楼宇间服务机器人用锂离子电池和电池组(以下简称为电池和电池组)模组，模组容

量范围（24V/48V,30Ah/50Ah/100Ah）。

本标准中楼宇间服务机器人包括但不限于以下几类：医疗服务机器人、公共服务机器人、送餐机

器人、大厅引导机器人、商业清扫机器人等。

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。

GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）

GB4943.1-2011信息技术设备.安全.第1部分:通用要求标准

GB13140.2家用和类似用途低压电路用的连接器件第二部分

GB31241-2014便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求

GB/T2423.7-2018环境试验第2部分：试验方法试验Ec：粗率操作造成的冲击

GB/T2423.55-2006电工电子产品环境试验第2部分：试验方法：试验eh：锤击试验

GB/T3956-2008电缆的导体

GB/T4207-2012固体绝缘材料耐电痕化指数和相比电痕化指数的测定方法

GB/T5169.5-2020电工电子产品着火危险试验第5部分：试验火焰针焰试验方法装置、确认试验

方法和导则

GB/T5169.10-2017电工电子产品着火危险试验第10部分：灼热丝/热丝基本试验方法灼热丝装

置和通用试验方法

GB/T7676直接作用模拟指示电表及其附件

GB/T9799-2011金属及其他无机覆盖层钢铁上经过处理的锌电镀层

GB/T16842-2008外壳对人和设备的防护检验用试具

GB/T18213-2000低频电缆和电线无镀层和有镀层铜导体电阻计算导则

IEC60485数字电子直流电压表和直流电子模数转换器（Digitalelectronicd.c.voltmeters

andd.c.electronicanalogue-to-digitalconverters）

IEC60695-10-2:2003球压试验（TheBallPressureTest）

ANSI/TIA/EIA-485A-1998用于平衡数字多点系统的发生器和接收器的电气特性(Electrical

CharacteristicsofGeneratorsandReceiversforUseinBalancedDigitalMultipoint

Systems)

TISLLA036DMarch2007–RevisedAugust2008

1

T/CIAPS0021—2023

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1连接connection

两根或多根导线之间的电气连接或者一导电部件与一根或多根导线之间的电气连接。

3.2端接junction

两个或多个导线端点之间的连接。

3.3分接tapping

一根导线（分接导线）的端点与另一根导线（主导线）上的任何点的连接。

3.4连接器件connectingdevice

由一个或多个端子及绝缘和/或附件（必要时）组成的能连接两根或多根导线的器件。

3.5端子terminal

由一个或多个夹紧件及绝缘（必要时）组成的一个极的导电部件。

3.6夹紧件clampingunit

在端子中对导线进行机械夹紧和电气连接所必须的部件，包括保证正常接触压力所必须的部件。

3.7辅件ancillarypart

在连接器件中提供电气和机械保护和/或安装的部件，如底座、外壳、安装条等。

3.8额定连接容量ratedconnectingcapacity

由连接器件制造商规定的可连接的硬线最大横截面积。对于仅使用软线的连接器件，其额定连接

容量就是可连接的软线最大横截面积。

3.9额定绝缘电压ratedinsulationvoltage

参考电介质电压试验和爬电距离而定的元件、器件或设备部件的电压。

3.10额定电流ratedcurrent

制造商给器件规定的电流。

3.11电气间隙clearance

两个导电部件之间在空气中的最短距离。

3.12爬电距离creepagedistance

两个导电部件之间沿绝缘材料表面测得的最短距离。

3.13环境温度ambienttemperature

连接器件及其外壳（如果有的话）四周的空气温度。

2

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3.14温升temperaturerise

在试验规范规定的负载下测得的受试部件及其外壳（如果有的话）的温度与环境温度之差值。

3.15多路端子器件multiwayterminaldevice

装在同一绝缘材料基座上的由互相绝缘的多个端子组成的连接器件。这种器件可由使用者分成一

个或多个端子组成。

3.16未经特别处理的导线unpreparedconductor

为插入端子而剪断并剥去一定长度绝缘层的导线。

注：插入端子前对导线进行的整形或对多股导线端头的绞股，都可认为是未经特别处理的导线。

3.17帧frame

组成一条完整信息的数据字节集合。

4缩略语和符号

下列符号和缩略语适用于本文件。

4.1缩略语

PCP：全称IPPayloadCompressionProtocol（IP载荷压缩协议，简称PCP），是一个减少IP数据报长

度的协议。

Modbus：一种串行通信协议，现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

MQTT：基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。

4.2符号

：推荐充电电流（标准充电电流）；

：推荐放电电流（标准放电电流）；

�𝑐

：最大连续充电电流；

�𝑐

：最大连续放电电流；

�𝑐

：欠压放电保护电压（总电压欠压保护电压）；

�𝑐

：放电保护电流（放电过电流保护）；

�𝑑

1C：电池组额定容量。

�𝑑

5试验条件

5.1试验的适用性

只有涉及安全性时才进行本标准规定的试验。

在标准内容约定某一类电池或电池组因为产品的设计、结构、功能上的制约而明确对该产品的试

验不适用时，可不进行该试验。如因受产品设计、构造或功能上的制约而无法对电池或电池组进行试

验，而这种试验又必须实施时，可连同使用该电池或电池组的电子产品、该电子产品附属的充电器或

构成该电子产品一部分的零部件，与电池或电池组一起进行相关试验。

注：若便携式电子产品及其附带的充电器或者构成其一部分的零部件来自该电池或电池组的制造商或者电子产品

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T/CIAPS0021—2023

的制造商，则由该制造商提供操作说明。

除非另有规定，测试完成后的样品不要求还能正常使用。

5.2试验的环境条件

除非另有规定，试验一般在下列条件下进行：

a)温度：20±5℃；

b)相对湿度：不大于75%；

c)气压：86kPa~106kPa。

5.3参数测量公差

相对于规定值或实际值，所有控制值或测量值的准确度应在下述公差范围内：

a)电压：±1%；

b)电流：±1%；

c)温度：±2℃；

d)时间：±0.1%；

e)容量：±1%。

上述公差包含了所用测量仪器的准确度、所采用的测试方法以及测试过程中引入的所有其他误差。

选择模拟仪器可按照GB/T7676,选择数字仪器可按照IEC60485。在任何一份记录结果的报告都应提

供所使用的测试设备的详细资料。

5.4温度测量方法

采用热电偶法来测量电池或电池组的表面温度。温度测试点应位于电池或电池组的几何中心表面

或侧边接触点及其他位置，选取温度最高点作为试验判定依据。

5.5测试用充放电程序

5.5.1测试用充电程序

室温下，电池或电池组先按照制造商规定的方法放电至放电截止电压，搁置1h（或制造商提供的

不大于1h的搁置时间），电池或电池组按制造商规定的方法进行充电。

若制造商未提供充电方法，则依据以下方法充电：以1C电流恒流充电至制造商技术条件中规定的

充电终止电压时转恒压充电，至充电电流降至0.05C时停止充电，充电后搁置1h（或制造商提供的不大

于1h的搁置时间）。

5.5.2测试用放电程序

室温下，电池或电池组按制造商规定的方法进行恒流放电至放电截止电压。

5.6模拟故障或异常工作条件

当要求施加模拟故障或异常工作条件，应依次施加，一次模拟一个故障。对由模拟故障或异常工

作条件直接导致的故障被认为是模拟故障或异常工作条件的一部分。

当设置某单一故障时，这个单一故障包括任何元器件的失效。

应通过电路板检查、电路图分析和元器件规范来合理预测可能会发生的故障条件,例如：

——半导体器件的短路和开路；

——电容器的短路和开路；

——限流器件的短路和开路；

4

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——限压器件的短路和开路；

——使集成电路形成功耗过大的内部故障。

5.7型式试验

除非另有说明，本标准规定的试验均为型式试验。

5.7.1样品的要求

除非另有规定，被测试样品应当是客户将要接受的产品的代表性样品，包括小批量试产样品或是

准备向客户交货的产品。

若试验需要引入导线测试或连接时，引入导线测试或连接产生的总电阻应小于20mΩ。

5.7.2样品的数量

除特殊说明外，每个试验项目的样品为3个。

5.7.3电池样品容量测试

按照如下步骤测试室温下电池样品放电容量：

a)电池按5.5.1方法充电；

b)室温下，电池或电池组按1C电流放电至任一单体电池电压达到放电截止电压；

c)计量放电容量（以Ah计）和放电比能量（以Wh/kg计）；

d)重复a)~c)5次,当连续3次试验结果的极差小于额定容量的3%，可提前结束试验，取最后3次试

验结果平均值；

当对容量测试结果有异议时，可依据23℃+2℃的环境温度作为仲裁条件重新测试。

5.7.4样品的预处理

电池或电池组按照5.5规定的充放电程序进行两个充放电循环,充放电程序之间搁置10min。

注：对于电池样品可同时进行容量测试。

5.7.5试验项目

表1为电池（组）的型式试验项目，“样品”栏中阿拉伯数字为测试样品编号。

表1电池（组）型式试验

项目本标准章条号试验内容样品

5.7.3电池容量测试全部

试验条件

5.7.4样品预处理全部

10.1预充、预放1~3

10.2SOC与SOH4~6

10.3主机通信7~9

一般电性能试验10.4充电最长保持时间10~12

10.5总电压欠压保护1315

~

10.6放电过流保护等级16~18

10.7高低温容量保持率19~21

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10.8充电器与电池组通信22~24

11.1壳体应力25~27

11.2壳体承受压力28~30

11.3壳体IP等级防水31~33

11.4电池组挤压34~36

电池组安全试验

11.5电池组机械冲击37~39

11.6电池组振动40~42

11.7电池组自由跌落43~45

11.8电池组IP等级防水46~48

对厂商提供的标签、说明书、材料等进行检査和试验。

5.7.6试验判据

只有当某项试验的受试样品全部测试合格，才可判定该项试验合格。

6一般电性能要求

6.1预充、预放

6.1.1预充

避免当电芯电压较低时，初始大电流充电影响电芯寿命。

电池组充电开始时需通过电芯电压判断是先预充，还是直接进入正常标准充电过程。具体的门限

电压由企业在电池安全充电范围内自行设定。

6.1.2预放

避免容性负载导致瞬间电流过大，多次使用造成连接器老化、影响使用寿命。

电池组开始放电时需要有一段时间的小电流放电，然后再开始正常标准电流放电过程。具体的预

放电流大小、预放时间由企业基于实际使用情况自行设定。

6.2SOC和SOH

6.2.1充放电电流精度

电池组电流精度要求在±2%@FS以内。电池组SOC的动态变化一般基于实际容量即电流计算。

6.2.2SOC精度

SOC的精度需在±5%以内。就机器人对于电量的判断而言，电量的准确性依赖于SOC的精度。

6.2.3SOC自学习

电池组在客户后期使用过程中能够自行完成SOC自学习。一般电池组出厂前需完成一次自学习，且

后续客户使用过程中，在23~25℃温度、一个完整充电循环条件下，能够自行完成SOC自学习。

6.2.4SOC变化连续

6

T/CIAPS0021—2023

由于机器人很大程度上依赖于现有电量以实现对电量的判断，故电池组SOC的变化范围为0%~100%，

且中间必须连续，不能出现SOC跳变的情况。

6.2.5SOC温度变化特性

电池组SOC需随温度有适时调整，使SOC与电芯实际容量相接近。温度变化会导致电池组可放电容

量变小，有些依赖于现有容量的SOC计算存在导致机器人对可用电量误判的风险。

6.2.6SOH精度

SOH的精度需在±8%以内。SOH精度会影响机器人针对电池组性能判断的准确性。

6.2.7SOH性能要求

一般磷酸铁锂电池要求1500次充放电之后，电池组的可放电（放电方法参照5.5.2规定的方法放电）

容量在60%以上。

SOH表征当前电池相对于新电池存储电能的能力，以百分比的形式表示电池从寿命开始到寿命结束

期间所处的状态，用来定量描述当前电池的性能状态。

注：以下充放电循环次数要求均默认磷酸铁锂电池，如若为三元锂电池，则按600次充放电循环进行要求；

6.3主机通信

电池组需能与机器人通信，实时获取到电池组相关的电量信息、保护状态等，在机器人实际使用

过程中，基于机器人智能化，可自行基于电池组状态，做出合理行动预估。

6.4充电最长保持时间

电池组需设定充电最大时长保护，避免保护无效情况下，长时间充电造成电池损坏等安全隐患。

一般该时间设定为标准充电电流时长的2倍。

6.5总电压欠压保护

电池组需有总电压过放欠压保护，且优先级高于单电池欠压保护，主要避免因电池组内部接触不

良导致总压异常。

6.6放电过流保护等级

电池组需设定3级电流保护，基于可能在使用过程中含有特殊异常大电流情况下（如含有电机等），

机器人能够继续工作。

a)放电过电流保护1：一般平滑电流，保护时间默认（默认设定1s保护）；

b)放电过电流保护2：特殊脉冲大电流，电流大于放电过电流保护1，保护时间稍短于放电过电

流保护1；

c)放电过电流保护3：特殊脉冲大电流，电流大于放电过电流保护2，保护时间稍短于放电过电

流保护2；

6.7高低温容量保持率

电池及电池组需有一定的高低温容量保持能力，在可能需要的非室温场景条件下能够保持正常工

作。

7

T/CIAPS0021—2023

a)在室温下，电池及电池组放电容量应不低于额定容量，并且不超过额定容量的110%，同时所有

测试对象初始容量极差不大于初始容量极差平均值的10%；

b)在-20±2℃下的1C放电容量不低于初始容量的60%；

c)在55±2℃下的1C放电容量不低于初始容量的75%；

d)在55±2℃下100%SOC存储7天后，其荷电保持率不低于初始容量的75%，容量恢复应不低于初始

容量的80%；

6.8充电器与电池组通信

充电器与电池组之间有握手通信控制，充电器通过对电池组的状态获取，以确认充电的模式、电

流大小等信息，达到快速充电以及安全充电的目的。

充电过程需经过如下：

a)充电器与待充电电池组握手（确认型号匹配）；

b)充电器获取电池组状态信息并判断（基于温度、电压、状态等进行判断是否可以充电）；

c)充电器充电模式判定（或使用何种模式进行充电）。

7电池（组）安全要求

7.1壳体应力

按照11.1规定的方法进行壳体应力测试时，电池组应不爆炸、不起火、内部不发生明显形变；

7.2壳体承受压力

按照11.2规定的方法进行壳体承受压力测试时，电池组应不破裂、不起火、不爆炸；

7.3壳体IP防水等级

按照11.3规定的方法进行电池组壳体IP等级防水测试时，电池组不起火、不爆炸。

7.4电池组挤压

按照11.4规定的方法进行电池组挤压测试时，电池组不起火、不爆炸。

7.5电池组机械冲击

按照11.5规定的方法进行机械冲击测试时，电池组不爆炸、不起火、内部不发生明显形变；

7.6电池组振动

按照11.6规定的方法进行电池组测试时，电池组不泄露、不起火、不爆炸，放电容量不低于初始

容量的95%。

7.7电池组自由跌落

按照11.7规定的方法进行电池组自由跌落测试时，电池组不爆炸、不起火；

7.8电池组IP等级防水

按照11.8规定的方法进行电池组IP等级防水测试时，电池组不爆炸、不起火；

8

T/CIAPS0021—2023

对于本标准中其它未提及安全要求项目，给出表2作为参考。在本表中，“√”表示在标准中涉及

的安全要求项目，“○”表示在标准中未涉及的安全要求项目。本标准中的“○”均参考GB31241-

2014中的要求和试验方法。

表2电池（组）型式试验

安全要求项目GB31241-2014本标准

低气压√○

温度循环√○

振动√√

壳体应力○√

壳体承受压力○√

挤压○√

机械冲击○√

加速度冲击√○

跌落√√

应力消除√○

高温√○

洗涤√√

阻燃要求√○

过压充电√○

过流充电√○

过流放电○√

欠压放电√√

过载√○

短路√○

反向充电√○

静态放电√○

8电池接口要求

充电口、放电口或充放电口应选择2芯连接器作为输入输出接口，其性能应满足以下要求：

8.1接口类型

8.1.1接口硬件定义

接口硬件定义如表3：

表3硬件接口定义

接口序号接口标识描述试验电流/A额定连接容量/mm2

1RS485-ARS485通信A

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T/CIAPS0021—2023

2RS485-BRS485通信B40.2

3EN使能

4IDID识别

5C+充电+

6C-充电-

7P+放电+25/50/1002.5/10/25

8P-放电-

8.1.2接口拓扑结构定义

接口拓扑分类如表4：

表4接口拓扑分类

拓扑编号描述说明拓扑图示

1共正&充放同端图1

2共正&充放不同端图2

3共负&充放同端图3

4共负&充放不同端图4

图1共正&充放同端

10

T/CIAPS0021—2023

图2共正&充放不同端

图3共负&充放同端

11

T/CIAPS0021—2023

图4共负&充放不同端

8.2接口通信协议

8.2.1通信设置

a)硬件设置：隔离式RS485；

b)适用电平：

1)兼容TTL电平（3.3V,5.0V）；

2)逻辑1：2线之间压差2~6V；

逻辑0：2线之间压差-2~-6V；

3)波特率：默认9600bps（可自动识别），8，N，1；

4)其他：无特殊说明的，则参照标准：TI