48V系統車型電安全標準現狀及發展趨勢

李彬　黃祖朋　韋映竹　黃武榮　李淑英

摘 要：文章重點分析現階段我國48V系統車型電安全標準的現狀，針對目前48V系統相關的電安全標準進行了闡述，分析48V系統大規模應用前期與現有標準法規要求之間的適應性。此外還進一步探討了48V系統產品設計的基準和發展趨勢，為今后國內48V系統的標準出臺及完善起積極促進作用。

關鍵詞：48V系統 電安全 標準 適應性 發展趨勢

1 引言

近年來，為了應對汽車越來越嚴格的節能與環保要求，電動汽車和混合動力汽車得到了長足的發展，但是電動汽車動力電池技術到達了瓶頸，加上生產成本一直難以有明顯的降低，電動汽車的銷量并沒有達到理想預期，預計未來十年里傳統汽車的占有量仍有90%左右。48V系統可搭載在傳統燃油車上使用，其技術成本只占高壓混合電動技術的30%，卻可以帶來高壓混合電動汽車70%的性能，實現10%-15%甚至更高的節油率提升。

目前及未來48V系統產品及其相關車型的推廣面臨的最大障礙是相關新技術與現有標準的適用性問題，主要是整車或系統、部件層面與現有相關標準的適用性問題。未來一段時間內48V系統相關標準的制定與48V系統產品會共同存在，但可以肯定的是48V系統大的發展趨勢不會改變。為了更好地指導48V系統產品開發，同時滿足國家標準的要求 ，本文重點分析48V系統車型相關的電安全標準法規以及展望相關標準的發展趨勢。

2 48V系統車型電安全標準適用性分析

2.1 48V系統相關電安全標準

目前國內外還沒有針對48V系統制定專門的電安全法規，主要參考目前市場上的電動汽車和混合動力汽車的標準法規要求（如GB/T 18384.3-2015、ECE-R100/02、EVS GTR、GB/T 31498-2015、ISO 6469-1-2011等）[1-5]，這些法規主要依據最大工作電壓來定義相關要求，最大工作電壓按A/B等級進行劃分（表1）。

針對上述的電壓等級分級方法，國內標準（GB/T 18384.3-2015、GB/T 31498-2015）與國際上（ECE-R100/02、EVS GTR、ISO 6469-1-2011） 標準的分級一致。對于A級電壓不需按照相關標準進行B級電壓電路的相關防護。

由于48V系統和目前所定義的B級電壓電路系統存在著一定的差異性和特殊性，48V電路可分為A級電壓電路和B級電壓電路兩部分。如圖1所示。

A級電壓電路：48V系統中直流電壓最大約為54V，電力分配盒、48V儲能系統以及12V-48V雙向變換器的工作電壓均為不超過54V的直流電壓，在負極接地的情況下不存在安全隱患，無需遵循B級電壓相關標準要求。

B級電壓電路：48V系統工作時交流電子空調壓縮機、發動機電子增壓泵、電子水泵等負載，在最高工作電壓時電機內部會產生略高于30V的三相交流電，超出安全電壓的范圍，根據表2的分類應分到B級電壓，需要滿足相應的法律法規（正常工作條件下的基本防護要求、單點失效或碰撞情況下的絕緣電阻、電位均衡防護等要求）。

當48V系統發生單點失效時，因為只接觸到一個相位所以電壓值低于高電壓閾值（直流60V），所以不存在高電壓風險。而當發生多點失效時，就有接觸到第二個相位的可能，這時基本防護就不能滿足防觸電保護的要求，48V因為其負極接地的設計結構，不能滿足標準的規定。因此，想要滿足標準中的其它安全要求，就必須采用額外的防護措施，這自然也就增加了48V系統的開發使用成本，給48V系統技術的推廣應用帶來了障礙，可見目前國內外的電安全相關標準并非完全適用于48V系統車型。

3 我國48V系統標準發展趨勢

3.1 48V 系統電安全相關標準發展趨勢

目前國外針對48V系統的安全問題在ISO、ECE、EVS等相關法規中進行了相應的適用性豁免條款說明和修改，其中ECE修訂主要包括以下3方面：

（1）ECE-R100/02對絕緣電阻的檢測進行了補充說明：與底盤相連的電路，只要滿足以下條件，就可以免除絕緣電阻的要求，即任何帶電體和底盤之間或者帶電體與外露的導體之間電壓不超過30VAC或者60VDC。也就是說雖然48V系統中三相交流電機的兩相之間電流超過交流30V，屬于B級電壓范圍，但是其電機的每一相與電平臺之間或者與其他外露可導電部件之間的電壓都低于直流60V，所以可以免除絕緣電阻的檢測。

（2）ECE-R100/02的修訂說明中還對高壓系統進行了定義，即連接到電平臺的電路系統，只有其運行電壓高于直流60V和交流30V的部分或組組件才被稱為高壓母線，從而將48V系統排除在高壓范圍之外。

（3）為了滿足碰撞后的電安全要求，ECE-R95 5.2.8.1對碰撞后的絕緣電阻檢測進行了說明，如果規定碰撞后48V系統停止工作，則不需要進行絕緣電阻檢測。

此外，國外正在修訂的ISO 6469-3文本中對電壓等級進行了重新的定義與劃分，如表2。

對修訂之后的B1級電壓電路觸電防護要求除了需要滿足本身的電壓限制以外，只需要滿足基本防護即可保證安全，也就是說只需要基本絕緣或者遮攔/外殼防護，免除了目前對B級電壓電路以及修訂后的B2級電壓電路的失效防護要求。

綜上所述，48V系統針對負極搭鐵或者與電平臺連接的部分是豁免絕緣電阻要求的，而針對三相交流電機是無法負極搭鐵的部分，48V系統若設有碰撞斷電裝置則根據ECE-R95不需要進行絕緣監測。根據正在修訂的ISO 6469標準48V系統包括三相交流電機在內都不再需要失效防護、故障防護，最大程度的節約了成本，降低了48V系統的復雜程度。

結合我國48V技術發展的適應性、時間緊迫性，今后我國48V系統電安全標準發展將呈現如下趨勢： 對GB/T 18384.3標準基于ECE-R100和ISO 6469進行修訂以便適用于48V系統，一方面是因為R100已經于2014年修訂實施，而且是強制性法規，有一定的參考依據，另一方面依據此法規進行修訂時間較快，且能滿足安全要求，實施更方便快捷。如此一來，即滿足了標準需要的迫切性，又盡可能解決了目前48V技術發展與標準適應性上的障礙。

4 結束語

48V 系統作為一項具有廣闊前途的新技術，目前缺乏相關的技術條件或標準，使企業在研發設計過程中缺少必要的依據。本文總結了國內外48V 系統的發展現狀，在深入分析技術原理的基礎上，分析了48V系統大規模應用前期與現有標準法規要求之間的適應性，此外還進一步探討了我國現行標準與48V系統技術的發展趨勢，希望能夠為48V 技術的產業化和標準化發展的提供參考。

基金項目：廣西創新驅動發展專項資助項目（桂科AA18242039）;柳州市科學研究與技術開發計劃資助項目（2019AD10202）

參考文獻：

[1]GB/T 18384.3-2015. 電動汽車 安全要求 第3部分：人員觸電防護.

[2]ECE-R100/02.關于對輪式車輛、設備及輪式車輛上安裝或使用的部件采用統一技術要求協定書—關于電動車特殊要求的統一規定.

[3]EVS GTR.電動汽車安全全球技術法規.

[4]GB/T 31498-2015. 電動汽車碰撞后安全要求.

[5]ISO 6469-1-2011.電動道路車輛—安全規范—第1部分：車載可充電蓄能系統.