48V系統(tǒng)車型電安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李彬　黃祖朋　韋映竹　黃武榮　李淑英

摘 要：文章重點(diǎn)分析現(xiàn)階段我國48V系統(tǒng)車型電安全標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，針對目前48V系統(tǒng)相關(guān)的電安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了闡述，分析48V系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用前期與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求之間的適應(yīng)性。此外還進(jìn)一步探討了48V系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計的基準(zhǔn)和發(fā)展趨勢，為今后國內(nèi)48V系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)出臺及完善起積極促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：48V系統(tǒng) 電安全 標(biāo)準(zhǔn) 適應(yīng)性 發(fā)展趨勢

1 引言

近年來，為了應(yīng)對汽車越來越嚴(yán)格的節(jié)能與環(huán)保要求，電動汽車和混合動力汽車得到了長足的發(fā)展，但是電動汽車動力電池技術(shù)到達(dá)了瓶頸，加上生產(chǎn)成本一直難以有明顯的降低，電動汽車的銷量并沒有達(dá)到理想預(yù)期，預(yù)計未來十年里傳統(tǒng)汽車的占有量仍有90%左右。48V系統(tǒng)可搭載在傳統(tǒng)燃油車上使用，其技術(shù)成本只占高壓混合電動技術(shù)的30%，卻可以帶來高壓混合電動汽車70%的性能，實(shí)現(xiàn)10%-15%甚至更高的節(jié)油率提升。

目前及未來48V系統(tǒng)產(chǎn)品及其相關(guān)車型的推廣面臨的最大障礙是相關(guān)新技術(shù)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的適用性問題，主要是整車或系統(tǒng)、部件層面與現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的適用性問題。未來一段時間內(nèi)48V系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定與48V系統(tǒng)產(chǎn)品會共同存在，但可以肯定的是48V系統(tǒng)大的發(fā)展趨勢不會改變。為了更好地指導(dǎo)48V系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)，同時滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求 ，本文重點(diǎn)分析48V系統(tǒng)車型相關(guān)的電安全標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)以及展望相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢。

2 48V系統(tǒng)車型電安全標(biāo)準(zhǔn)適用性分析

2.1 48V系統(tǒng)相關(guān)電安全標(biāo)準(zhǔn)

目前國內(nèi)外還沒有針對48V系統(tǒng)制定專門的電安全法規(guī)，主要參考目前市場上的電動汽車和混合動力汽車的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)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(guī)主要依據(jù)最大工作電壓來定義相關(guān)要求，最大工作電壓按A/B等級進(jìn)行劃分（表1）。

針對上述的電壓等級分級方法，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18384.3-2015、GB/T 31498-2015）與國際上（ECE-R100/02、EVS GTR、ISO 6469-1-2011） 標(biāo)準(zhǔn)的分級一致。對于A級電壓不需按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行B級電壓電路的相關(guān)防護(hù)。

由于48V系統(tǒng)和目前所定義的B級電壓電路系統(tǒng)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(tǒng)中直流電壓最大約為54V，電力分配盒、48V儲能系統(tǒng)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(fù)極接地的情況下不存在安全隱患，無需遵循B級電壓相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

B級電壓電路：48V系統(tǒng)工作時交流電子空調(diào)壓縮機(jī)、發(fā)動機(jī)電子增壓泵、電子水泵等負(fù)載，在最高工作電壓時電機(jī)內(nèi)部會產(chǎn)生略高于30V的三相交流電，超出安全電壓的范圍，根據(jù)表2的分類應(yīng)分到B級電壓，需要滿足相應(yīng)的法律法規(guī)（正常工作條件下的基本防護(hù)要求、單點(diǎn)失效或碰撞情況下的絕緣電阻、電位均衡防護(hù)等要求）。

當(dāng)48V系統(tǒng)發(fā)生單點(diǎn)失效時，因?yàn)橹唤佑|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(fēng)險。而當(dāng)發(fā)生多點(diǎn)失效時，就有接觸到第二個相位的可能，這時基本防護(hù)就不能滿足防觸電保護(hù)的要求，48V因?yàn)槠湄?fù)極接地的設(shè)計結(jié)構(gòu)，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。因此，想要滿足標(biāo)準(zhǔn)中的其它安全要求，就必須采用額外的防護(hù)措施，這自然也就增加了48V系統(tǒng)的開發(fā)使用成本，給48V系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來了障礙，可見目前國內(nèi)外的電安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并非完全適用于48V系統(tǒng)車型。

3 我國48V系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢

3.1 48V 系統(tǒng)電安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢

目前國外針對48V系統(tǒng)的安全問題在ISO、ECE、EVS等相關(guān)法規(guī)中進(jìn)行了相應(yīng)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(jìn)行了補(bǔ)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(dǎo)體之間電壓不超過30VAC或者60VDC。也就是說雖然48V系統(tǒng)中三相交流電機(jī)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(jī)的每一相與電平臺之間或者與其他外露可導(dǎo)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(tǒng)進(jìn)行了定義，即連接到電平臺的電路系統(tǒng)，只有其運(yùn)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(tǒng)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(jìn)行了說明，如果規(guī)定碰撞后48V系統(tǒng)停止工作，則不需要進(jìn)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(jìn)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(hù)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(hù)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(hù)，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(hù)要求。

綜上所述，48V系統(tǒng)針對負(fù)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(jī)是無法負(fù)極搭鐵的部分，48V系統(tǒng)若設(shè)有碰撞斷電裝置則根據(jù)ECE-R95不需要進(jìn)行絕緣監(jiān)測。根據(jù)正在修訂的ISO 6469標(biāo)準(zhǔn)48V系統(tǒng)包括三相交流電機(jī)在內(nèi)都不再需要失效防護(hù)、故障防護(hù)，最大程度的節(jié)約了成本，降低了48V系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

結(jié)合我國48V技術(shù)發(fā)展的適應(yīng)性、時間緊迫性，今后我國48V系統(tǒng)電安全標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展將呈現(xiàn)如下趨勢： 對GB/T 18384.3標(biāo)準(zhǔn)基于ECE-R100和ISO 6469進(jìn)行修訂以便適用于48V系統(tǒng)，一方面是因?yàn)镽100已經(jīng)于2014年修訂實(shí)施，而且是強(qiáng)制性法規(guī)，有一定的參考依據(jù)，另一方面依據(jù)此法規(guī)進(jìn)行修訂時間較快，且能滿足安全要求，實(shí)施更方便快捷。如此一來，即滿足了標(biāo)準(zhǔn)需要的迫切性，又盡可能解決了目前48V技術(shù)發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性上的障礙。

4 結(jié)束語

48V 系統(tǒng)作為一項(xiàng)具有廣闊前途的新技術(shù)，目前缺乏相關(guān)的技術(shù)條件或標(biāo)準(zhǔn)，使企業(yè)在研發(fā)設(shè)計過程中缺少必要的依據(jù)。本文總結(jié)了國內(nèi)外48V 系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，在深入分析技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，分析了48V系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用前期與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求之間的適應(yīng)性，此外還進(jìn)一步探討了我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與48V系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，希望能夠?yàn)?8V 技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的提供參考。

基金項(xiàng)目：廣西創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展專項(xiàng)資助項(xiàng)目（桂科AA18242039）;柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃資助項(xiàng)目（2019AD10202）

參考文獻(xiàn)：

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

[2]ECE-R100/02.關(guān)于對輪式車輛、設(shè)備及輪式車輛上安裝或使用的部件采用統(tǒng)一技術(shù)要求協(xié)定書—關(guān)于電動車特殊要求的統(tǒng)一規(guī)定.

[3]EVS GTR.電動汽車安全全球技術(shù)法規(guī).

[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(guī)范—第1部分：車載可充電蓄能系統(tǒng).