动力电池系统产品需求文档

字段	内容
文档编号	SUB-PS-V0.1
版本	V0.1
状态	草稿
作者	产品团队
日期	2026-04-14
审核人	[待定]

修订记录

版本	日期	修订人	修订内容
V0.1	2026-04-14	产品团队	初稿，结合now_pow.md实际电池样机参数

1. 概述

1.1 目的

本文档定义动力电池系统（Power System, PS）的产品需求，涵盖电池组规格、BMS管理、充电兼容性及安全要求，作为电池设计、BMS开发、充电器对接及安全测试的依据。

1.2 适用范围

适用产品型号：XX 农业无人机（内部代号待定）
适用版本：V1.0 种子用户版（2025年10月交付100台样机）

1.3 关联文档

文档编号	文档名称	关系
PRD-MASTER-V0.1	总体产品需求文档	上位需求来源
SUB-AF-V0.1	机身结构系统PRD	电池仓安装接口
SUB-FC-V0.1	飞控系统PRD	电池状态数据消费方
SUB-ESC-V0.1	电调系统PRD	电池供电下游
ICD-08	电源系统与各子系统接口	供电接口定义

1.4 术语定义

术语	定义
PS	Power System，动力电池系统
BMS	Battery Management System，电池管理系统
SOC	State of Charge，荷电状态
SOH	State of Health，健康状态
NCM	镍钴锰三元锂电池正极材料
DroneCAN	原UAVCAN v0，无人机CAN总线通信协议标准
18S1P	18串1并，电池组串并联配置
HDPE	High-Density Polyethylene（此处指电池外壳材料候选）

1.5 当前状态说明

重要背景：电池样机已完成，当前使用的电芯参数和BMS协议为实际开发中的数据（来源：now_pow.md）。本PRD基于这些实际参数制定规格书，同时参考T100电池规格作为性能对标基准。BMS通信协议正在制定中，充电机厂家已选型（OEM合作），需向对方提供BMS协议。

2. 系统描述

2.1 子系统职责

动力电池系统负责为飞行器整机提供稳定可靠的直流电源，通过BMS实时监控电池状态、执行安全保护，并通过DroneCAN总线向飞控/充电器报告电池数据。

2.2 系统边界

[充电器(C12000/慢充)] → 充电输入 → [本子系统：动力电池]
                                        ↓ 供电输出
                              [电调×4（V2: ×8）] [飞控] [喷洒系统] [避障] [遥控器图传]
                                        ↕ DroneCAN
                              [飞控系统（读取电池状态）]
                              [充电器（充电握手协议）]

输入：

充电器充电电能（快充：三相交流→62V DC / 慢充：单相交流→62V DC）
飞控系统指令（通过DroneCAN，如存储模式切换）

输出：

直流供电（标称68.4V，工作范围61.2~78.3V）
电池状态数据（通过DroneCAN：电压、电流、温度、SOC、SOH、故障状态）
LED电量/异常指示

2.3 工作环境

工作温度（放电）：0°C ~ 45°C
充电温度：0°C ~ 60°C（参考T100: 0°C ~ 60°C），低于0°C禁止充电
存储温度（1个月内）：-30°C ~ 45°C
存储温度（1-3个月）：-30°C ~ 35°C
存储温度（3个月-1年）：30°C ~ 30°C
防护等级：电池外壳IP54（最低），电源连接器防水
特殊环境：振动（飞行+运输）、农药腐蚀气氛（非直接接触）、粉尘

3. 功能需求

3.1 电池组基本需求

编号	需求描述	优先级	验证方式	来源
PS-F-001	电池类型应采用三元锂离子（NCM）电芯，电芯供应商：富力/国光（已选型）	P0	供应商确认	now_pow.md
PS-F-002	电池组配置为18S1P（18串1并），标称电压68.4V，工作电压范围61.2V~78.3V	P0	电气测试	now_pow.md
PS-F-003	电芯标称容量≥23Ah（@0.33C@25°C），电池组标称能量≥1.57kWh	P0	容量测试	now_pow.md
PS-F-004	飞行器应支持双电池并联供电，两组电池同时安装、同时供电，提供冗余和增大续航	P0	飞行测试	T100手册p57, SYS-F-030
PS-F-005	单组电池重量应控制在合理范围（目标≤[TBD]kg），双电池总重+药液载荷需满足MTOW≤150kg约束	P0	称重	SYS-P-001, AF-C-001
PS-F-006	电池应采用插拔式安装，配合机身电池仓滑轨+卡扣实现快速换电，单人单手操作，换电时间（拆旧+装新）≤30s	P0	实操计时	T100手册p11, 57
PS-F-007	电池应配备电源按钮，短按查看电量（LED显示），长按开启/关闭电池输出	P0	功能测试	T100手册p57
PS-F-008	电池应配备4颗LED电量指示灯，支持放电状态（8级电量显示）和充电状态（4级进度显示）指示	P0	功能测试	T100手册p59-60
PS-F-009	电池应配备提手，便于单手提拿搬运	P0	实物检查	T100手册p57
PS-F-010	电池电源连接器应设计防反插导向结构，防止极性反接	P0	装配验证	SYS-S-030

3.2 BMS需求

编号	需求描述	优先级	验证方式	来源
PS-F-020	BMS应监控每节电芯电压（18节），采样精度±5mV，采样频率≥10Hz	P0	校准测试	BMS基本功能
PS-F-021	BMS应支持多点温度监控（≥3路NTC），分别监测电芯温度、连接器温度、MOS管温度，精度±2°C	P0	温度校准	SYS-S-033
PS-F-022	BMS应实现被动均衡功能，均衡电流600mA~1000mA，均衡开启阈值：相邻电芯压差≥30mV	P0	均衡测试	now_pow.md（慢充版含均衡）
PS-F-023	BMS应实现SOC估算功能，精度±5%（25°C，0.5C放电），支持库仑积分+开路电压修正算法	P0	精度测试	SYS-F-030
PS-F-024	BMS应通过DroneCAN总线（1000Kbps）与充电器和飞控通信，电池节点号：10（单电池充电）或10/11（双电池充电）	P0	通信测试	now_pow.md
PS-F-025	BMS应定期向飞控报告电池状态数据包，包含：总电压、总电流、SOC、最大电芯温度、故障状态位	P0	数据验证	now_pow.md（20061报文）
PS-F-026	BMS应在LED指示灯上显示异常保护信息，不同故障对应不同LED闪烁模式（参考T100: LED2-4不同闪烁频率）	P0	功能测试	T100手册p60
PS-F-027	BMS应支持飞行数据记录（黑匣子），记录最近N次飞行的电池使用数据（电压/电流/温度曲线），可通过DroneCAN或有线接口导出	P1	数据导出测试	追溯需求

3.3 充电需求

编号	需求描述	优先级	验证方式	来源
PS-F-030	慢充兼容：电池应兼容慢充版充电器（3kW，最大45A），通过平衡口+主接口充电，支持单体均衡充电	P0	充电测试	now_pow.md（慢充规格）
PS-F-031	快充兼容：电池应兼容快充版充电器（参考C12000规格：三相交流输入，输出62V DC / 最大194A / 最大12000W），通过DroneCAN协议进行充电握手	P0	充电测试	C12000手册p5, now_pow.md
PS-F-032	快充时BMS应通过DroneCAN发送充电请求报文（20062.BatteryChargingLevel），包含：请求电压、请求电流、充电许可状态、最大电芯电压	P0	协议验证	now_pow.md
PS-F-033	BMS应通过DroneCAN发送充电状态报文（20061.BatteryChargingStatus），周期500ms，包含：总电压、总电流、SOC、最大电芯温度、故障状态	P0	协议验证	now_pow.md
PS-F-034	充电策略：恒流充电至单体电压4.35V（max），转恒压充电直至充电电流≤0.05C（约1.15A）	P0	充电曲线验证	now_pow.md
PS-F-035	快充充电时间目标：20%→90% SOC ≤ 15分钟（@25°C，快充模式）	P1	计时测试	验收标准B-06
PS-F-036	慢充充电时间：0%→100% SOC ≤ [TBD] 分钟（@45A慢充）	P1	计时测试	now_pow.md
PS-F-037	充电温度范围：0°C~75°C（不同温度下充电电流和电压需调整，BMS自动管理），低于0°C禁止充电	P0	温度条件充电测试	now_pow.md
PS-F-038	电池应支持与风冷散热器配合充电，飞行结束后高温电池放入散热器冷却后再充电	P1	充电流程验证	T100手册p58

4. 性能需求

4.1 电芯性能

编号	性能指标	我方目标值	T100参考值	优先级	验证方式
PS-P-001	电芯标称电压	3.8V	—	P0	电气测试
PS-P-002	电芯标称容量	≥23Ah (@0.33C@25°C)	41000mAh (DB2160)	P0	容量测试
PS-P-003	电芯标称能量	≥87.4Wh	—	P0	能量测试
PS-P-004	电芯质量能量密度	≥213 Wh/kg	—	P0	称重+能量测试
PS-P-005	电芯体积能量密度	≥434 Wh/L	—	P1	体积测量+能量测试
PS-P-006	电芯标准电压范围	3.0V~4.35V（对应真实SOC 0~100%）	—	P0	充放电曲线
PS-P-007	电芯可用电压范围	3.4V~4.35V（对应可用SOC 15%~100%）	—	P0	充放电曲线
PS-P-008	电芯交流内阻	≤1.1mΩ (@50%SOC, 1000Hz, 25°C)	—	P1	阻抗测试

4.2 电池组性能

编号	性能指标	我方目标值	T100参考值	优先级	验证方式
PS-P-010	电池组标称电压	68.4V (18S×3.8V)	52.78V / 52.5V (DB2160/DB2212)	P0	电气测试
PS-P-011	电池组使用电压范围	61.2V~78.3V	—	P0	充放电曲线
PS-P-012	电池组SOC使用范围	15%~95%	—	P0	SOC校准
PS-P-013	电池组标称能量	≥1.57kWh (@0.33C)	~2.16kWh (DB2160: 52.78V×41Ah)	P0	能量测试
PS-P-014	电池组峰值放电功率 (@10s@25°C@50%SOC)	≥15.7kW	—	P0	功率测试
PS-P-015	电池组峰值充电功率 (@10s@25°C@50%SOC)	≥7.87kW	—	P0	功率测试
PS-P-016	低温峰值放电功率 (@10s@-10°C@50%SOC)	≥12.8kW	—	P1	低温功率测试
PS-P-017	最大持续充电电流	5C (约115A@23Ah)，环境温度10°C~45°C	220A (C12000快充)	P0	充电测试
PS-P-018	循环寿命	≥500次（80%容量保持，1C充/1C放@25°C）	—	P0	循环寿命测试
PS-P-019	悬停时间（双电池满载）	≥6 min	6.1 min (@41000mAh & 149.9kg)	P0	飞行计时
PS-P-020	最大飞行时间（双电池满载）	≥8 min	10 min (@41000mAh & 149.9kg)	P1	飞行计时

注：T100使用DB2160/DB2212电池（52.5~52.78V / 41000mAh），双电池供电。我方当前电芯方案为18S1P/23Ah/68.4V，单组能量1.57kWh低于T100单组能量（~2.16kWh）。需评估是否需要增大电芯容量（如换用40Ah电芯，参考充电器技术要求中的电池包参数），或是否采用双电池+更高放电倍率策略来满足续航目标。这是关键待决事项。

4.3 充电器兼容性参数对照

参数	慢充版（现阶段）	快充版（2026年10月量产目标）	C12000参考
输入电源	AC 100~240V, 50/60Hz	AC 175-520V三相, 50/60Hz	三相175-520V / 单相200-264V
输入电流	MAX 17A	MAX 22A	22A(快) / 16A(慢)
输出电压	62V DC [TBD-需确认]	79.5V DC [TBD-需确认]	62V DC
输出电流	MAX 45A	MAX 210A	194A(快) / 48A(慢)
充电功率	3kW	14kW	12000W(快) / 3000W(慢)
通信协议	无（平衡口直充）	DroneCAN (CAN 2.0)	DroneCAN
均衡	平衡充电流 600~1000mA	BMS主动/被动均衡	—
支持电池串数	18S	18S	适配DB2100/DB1580/DB2160

注：充电器输出电压需与电池组使用电压范围匹配。当前慢充版输出62V可能需要调整以匹配18S电池组（充满电压78.3V）。快充版目标输出79.5V更接近满充电压。需与充电器OEM厂家确认输出电压范围。

5. 安全需求

编号	安全需求描述	触发条件	系统响应	优先级	验证方式
PS-S-001	过充保护：任一电芯电压≥4.40V时，BMS应立即切断充电回路（硬件+软件双重保护）	充电时电芯过压	断开充电MOS，LED报警（LED3每秒闪2次），通过DroneCAN发送故障码	P0	过充模拟测试
PS-S-002	过放保护：任一电芯电压≤3.0V时，BMS应切断放电输出，防止深度放电损伤电芯	放电时电芯欠压	断开放电MOS，LED报警（LED2和4每秒闪2次）	P0	过放模拟测试
PS-S-003	过流保护（放电）：放电电流超过设定阈值（[TBD]A）持续[TBD]ms时，BMS应限流或切断输出	负载异常过大	限流/断开输出，LED报警（LED2和4每秒闪3次）	P0	过流测试
PS-S-004	过流保护（充电）：充电电流超过最大允许值时，BMS发送ChargeForbid指令给充电器	充电器输出异常	DroneCAN发送battery_charging_control=2(ChargeForbid)，fault_status bit6置位	P0	过流充电测试
PS-S-005	短路保护：检测到短路时BMS在≤100μs内切断输出（硬件保护），通过LED指示（LED2和4每秒闪3次）	正/负极意外短路	硬件MOS关断+LED报警	P0	短路模拟测试
PS-S-006	过温保护（放电）：电芯温度≥65°C时告警，≥75°C时切断放电输出	高温环境/大功率放电	告警→限功率→切断输出	P0	温度模拟测试
PS-S-007	过温保护（充电）：电芯温度≥60°C时降低充电电流，≥75°C时停止充电；连接器温度过高时停止充电	高温充电	降流→停充，fault_status bit3(Overtemperature)和bit5(Connector Overtemperature)置位	P0	温度模拟测试
PS-S-008	低温保护（充电）：电芯温度<0°C时禁止充电	低温环境	BMS发送ChargeForbid，fault_status bit4(Undertemperature)置位	P0	低温测试
PS-S-009	热失控预防：BMS应持续监控温升速率，异常温升速率（≥2°C/s）时立即报警并切断所有输出	电芯内部短路	紧急断电+声光报警+DroneCAN紧急广播	P0	热滥用测试
PS-S-010	通信超时保护：充电过程中BMS与充电器通信中断≥3s时，BMS应发送ChargeForbid状态，充电器应停止输出	通信线缆松脱	fault_status bit7(Charger Comm Timeout)置位	P0	通信中断测试
PS-S-011	电池物理外壳应具备抗跌落能力（1m自由跌落至水泥地面无破裂），防穿刺设计（侧面和底部加强）	意外跌落	物理防护	P0	跌落+穿刺测试
PS-S-012	长期存储安全：存储超过10天时电池应自动进入深度休眠模式，SOC应在40%~60%范围内存储	长时间不使用	自放电管理+深度休眠	P1	存储测试

6. 合规需求

编号	法规/标准	需求描述	优先级	认证周期预估
PS-C-001	UN38.3	电池组应通过UN38.3运输安全测试（高度模拟、温度测试、振动、冲击、外短路、碰撞、过充、强制放电）	P0	约2-3个月
PS-C-002	GB/T 36276 / GB 31241	电池应满足便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求（或适用的国标）	P0	约2个月
PS-C-003	IEC 62133	电池安全性国际标准（如有出口需求）	P1	约2-3个月
PS-C-004	GB/T 43071-2023	电池系统满足植保无人飞机通用技术要求中电池相关条款	P0	随整机认证
PS-C-005	危废处理标识	电池外壳应张贴危废回收标识（带叉垃圾桶标志），产品手册应包含废弃电池处理指引	P0	—
PS-C-006	RoHS (GB/T 26572)	电池材料不含超标有害物质	P1	约1个月

7. 接口需求

接口编号	对端子系统	接口类型	详细定义
PS-I-001	机身电池仓 (AF)	机械+电气	滑轨+卡扣安装，电源连接器（[TBD]型号），防反插导向
PS-I-002	飞控系统 (FC)	DroneCAN	电池状态上报（20061报文），节点号10/11
PS-I-003	充电器（快充）	DroneCAN	充电请求（20062）、充电状态（20061）、充电器反馈（20060）
PS-I-004	充电器（慢充）	平衡口+主接口	18S平衡口，主回路XT90或定制连接器
PS-I-005	LED指示	本体	4颗LED电量/故障指示，电源按钮

8. 约束与假设

8.1 设计约束

电压约束：18S配置已确定，标称68.4V不可变更，充电器输出必须匹配此电压范围
重量约束：双电池总重需配合空机重量和载荷满足MTOW≤150kg
供应商约束：电芯已选型富力/国光，BMS协议需与充电器OEM厂家对齐
时间约束：慢充版现阶段可用，快充版2026年10月量产

8.2 假设条件

假设V1.0种子用户版使用慢充方案，快充方案V1.5跟进
假设双电池并联供电方案沿用，不考虑单电池飞行场景
假设电池外壳由电池供应商设计制造，我方提供外形尺寸约束

9. 验收标准

9.1 必须通过项

测试项	通过标准	对应需求
电池容量	≥23Ah (@0.33C@25°C)	PS-F-003
工作电压范围	61.2V~78.3V	PS-F-002
过充保护	电芯≥4.40V时切断充电	PS-S-001
过放保护	电芯≤3.0V时切断放电	PS-S-002
短路保护	≤100μs切断输出	PS-S-005
过温保护	≥75°C切断输出	PS-S-006
低温禁充	<0°C禁止充电	PS-S-008
换电时间	≤30s	PS-F-006
悬停时间(双电池满载)	≥6 min	PS-P-019
慢充兼容	3kW/45A正常充电	PS-F-030
DroneCAN通信	报文收发正常	PS-F-024

9.2 应当通过项

测试项	通过标准	对应需求
快充20%→90%	≤15分钟	PS-F-035
循环寿命	≥500次@80%容量	PS-P-018
SOC精度	±5%	PS-F-023

9.3 可延后项

测试项	计划版本	对应需求
UN38.3认证	V1.5	PS-C-001
黑匣子数据导出	V1.5	PS-F-027

10. 待决事项 (TBD)

编号	事项描述	责任人	期望决定日期	影响范围
TBD-PS-001	电芯容量最终选型：23Ah vs 40Ah，关系到续航能否对标T100	电池+产品团队	[TBD]	续航、重量、充电时间
TBD-PS-002	单组电池重量确认（依赖电芯容量选型）	电池供应商	[TBD]	MTOW预算
TBD-PS-003	充电器输出电压范围确认，慢充62V是否匹配78.3V满充	充电器OEM	[TBD]	充电兼容性
TBD-PS-004	电源连接器型号选型（XT90/定制）	结构+电池团队	[TBD]	电池仓设计
TBD-PS-005	快充版充电器开发排期确认	充电器OEM	[TBD]	量产时间线
TBD-PS-006	过流保护阈值和延时参数确定	BMS开发	[TBD]	安全保护

附录

附录A：DroneCAN充电协议报文定义摘要

充电器→BMS 状态反馈（ID: 20060，周期50ms）

序号	字段名	说明	单位	比例系数	偏移量	数据长度(bit)
1	charger_out_voltage	充电器输出电压	V	0.1	0	16
2	charger_out_current	充电器输出电流	A	0.1	10000	16
3	charger_working_status	工作状态(0:离线/1:待机/2:充电/3:无效)	—	—	—	2
4	charger_charging_mode	充电模式(0:无效/1:快充/2:慢充/3:保留)	—	—	—	2
5	fault_level	故障等级(0:无/1-15:递增)	—	—	—	4
6	fault_code	故障码(0:无/1-255:具体故障)	—	—	—	8
7	charger_temperature	充电器温度	°C	1	50	8

BMS→充电器充电请求（ID: 20062，周期50ms）

序号	字段名	说明	单位	比例系数	偏移量	数据长度(bit)
1	request_voltage	请求输出电压	V	0.1	0	16
2	request_current	请求输出电流	A	0.1	10000	16
3	battery_charging_control	充电控制(0:待机/1:允许/2:禁止/3:无效)	—	—	—	8
4	max_cell_voltage	最大单体电压	mV	1	0	16

BMS→充电器充电状态（ID: 20061，周期500ms）

序号	字段名	说明	单位	比例系数	偏移量	数据长度(bit)
1	voltage	电池总压	V	0.1	0	16
2	current	电池电流	A	0.1	10000	16
3	state_of_charge	SOC	%	1	0	8
4	max_cell_temperature	最大电芯温度	°C	1	50	8
5	fault_status	故障位图	—	—	—	8

fault_status 位定义：

bit0: Cell Overvoltage（电芯过压）
bit1: Cell Undervoltage（电芯欠压）
bit2: Pack Overvoltage（组端过压）
bit3: Overtemperature（过温）
bit4: Undertemperature（低温）
bit5: Connector Overtemperature（连接器过温）
bit6: Charge Overcurrent（充电过流）
bit7: Charger Comm Timeout（充电器通信超时）

附录B：需求追溯矩阵

子系统需求	系统级来源	验证方式	状态
PS-F-002	SYS-F-030	电气测试	未验证
PS-F-004	SYS-F-030	飞行测试	未验证
PS-P-019	SYS-P-005	飞行计时	未验证
PS-S-001	SYS-S-030	充电测试	未验证
PS-S-002	SYS-S-031	放电测试	未验证
PS-S-005	SYS-S-032	短路测试	未验证
PS-C-001	运输法规	UN38.3	未验证

文档结束

动力电池系统 产品需求文档 ​

修订记录 ​

1. 概述 ​

1.1 目的 ​

1.2 适用范围 ​

1.3 关联文档 ​

1.4 术语定义 ​

1.5 当前状态说明 ​

2. 系统描述 ​

2.1 子系统职责 ​

2.2 系统边界 ​

2.3 工作环境 ​

3. 功能需求 ​

3.1 电池组基本需求 ​

3.2 BMS需求 ​

3.3 充电需求 ​

4. 性能需求 ​

4.1 电芯性能 ​

4.2 电池组性能 ​

4.3 充电器兼容性参数对照 ​

5. 安全需求 ​

6. 合规需求 ​

7. 接口需求 ​

8. 约束与假设 ​

8.1 设计约束 ​

8.2 假设条件 ​

9. 验收标准 ​

9.1 必须通过项 ​

9.2 应当通过项 ​

9.3 可延后项 ​

10. 待决事项 (TBD) ​

附录 ​

附录A：DroneCAN充电协议报文定义摘要 ​

附录B：需求追溯矩阵 ​