汽車低壓電器系統(tǒng)電氣負(fù)荷要求及試驗(yàn)方法

【摘" 要】隨著汽車“新四化”的發(fā)展，對(duì)電器部件的性能要求越來(lái)越高，相應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也在更新以適應(yīng)新的發(fā)展需求。文章通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)ISO 16750-2：2023和GB/T 28046.2—2019的差異，分析對(duì)于汽車低壓電器系統(tǒng)電氣負(fù)荷要求及試驗(yàn)方法的細(xì)節(jié)要求，并對(duì)試驗(yàn)方法差異點(diǎn)進(jìn)一步解讀。結(jié)合具體疊加交流電壓試驗(yàn)案例，說(shuō)明新的布置要求，明確試驗(yàn)步驟要求，為汽車低壓電器部件的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)和研發(fā)要求提供參考。

【關(guān)鍵詞】低壓電器；電氣負(fù)荷；試驗(yàn)方法

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）03-0105-04

Electrical Loads Requirements and Test Methods of Automotive Low Voltage Electrical System

【Abstract】With the development of the \"new four modernizations\" of automobiles，the performance requirements of electrical components are becoming higher and higher，and the corresponding test standards are also being updated to meet the new development needs.By comparing the differences between ISO 16750-2：2023 and GB/T 28046.2—2019，this paper analyzes the electrical load requirements for automotive low voltage electrical systems and the detailed requirements of test methods，and further interprets the differences of test methods. Combined with the specific test case of superimposed alternating voltage，the new layout requirements are explained，and the test steps are specified.This paper provides reference for the standard test and research and development requirements of automotive low voltage electrical components.

【Key words】low voltage electrical apparatus；electrical loads；test methods

0" 引言

2015年，在第七屆中國(guó)汽車藍(lán)皮書論壇上首次提出“電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”的汽車“新四化”發(fā)展趨勢(shì)[1]。隨著汽車“新四化”的推進(jìn)，電器部件的裝車占比越來(lái)越高，功能也越來(lái)越復(fù)雜且呈現(xiàn)控制元件集中化的趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)車用電器的通用標(biāo)準(zhǔn)要求為GB/T 28046系列標(biāo)準(zhǔn)。部分車用電器的強(qiáng)制性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)引用了GB/T 28046系列標(biāo)準(zhǔn)，如車載終端、不停車收費(fèi)系統(tǒng)車載電子單元和行車記錄儀等。GB/T 28046系列標(biāo)準(zhǔn)為ISO 16750系列標(biāo)準(zhǔn)的修改采用標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行的GB/T 28046系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的ISO 16750標(biāo)準(zhǔn)均經(jīng)歷了一次以上的修訂。GB/T 28046系列標(biāo)準(zhǔn)的要求已無(wú)法滿足車用電器件快速發(fā)展的試驗(yàn)要求。為了使12V和24V系統(tǒng)電器部件開發(fā)者及試驗(yàn)測(cè)試人員對(duì)電氣負(fù)荷要求有更深入的了解，本文就ISO 16750-2：2023的試驗(yàn)要求及試驗(yàn)方法與現(xiàn)行國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28046.2—2019進(jìn)行對(duì)比分析與說(shuō)明，后續(xù)提到的差異均為ISO 16750-2：2023相比于GB/T 28046.2—2019的變化。

1" 通用要求

相較于現(xiàn)行GB/T 28046標(biāo)準(zhǔn)，新版ISO 16750標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于工作模式的規(guī)定有了更細(xì)致的劃分，并增加了含有輔助裝置的工作模式4。按照負(fù)荷條件的不同，工作模式2分為休眠模式、典型模式、最小負(fù)荷、最大負(fù)荷，工作模式3和工作模式4分為待機(jī)模式、典型模式、最小負(fù)荷、最大負(fù)荷。待機(jī)模式與休眠模式相比，區(qū)別為含有微處理器的電子控制單元在待機(jī)模式可激活并維持基本功能。工作模式情況概述見表1。

ISO 16750-2：2023中每一項(xiàng)試驗(yàn)都有對(duì)工作模式的詳細(xì)要求。除了對(duì)工作模式有了明確要求外，還增加了對(duì)具有冗余電源系統(tǒng)的試驗(yàn)方法要求及判定要求。

2" 試驗(yàn)方法及要求

2.1" 直流供電電壓范圍

驗(yàn)證樣品在最低和最高電壓下的性能。ISO 16750-2：2023增加了試驗(yàn)曲線的規(guī)定，更利于實(shí)際試驗(yàn)的執(zhí)行。新增了在不同工作模式以及在高低溫下的試驗(yàn)要求。加嚴(yán)了對(duì)樣品的考核，與目前各大主機(jī)廠現(xiàn)行的對(duì)電器部件九點(diǎn)功能試驗(yàn)類似。

2.2" 過(guò)電壓試驗(yàn)

2.2.1" 長(zhǎng)時(shí)過(guò)電壓試驗(yàn)

模擬兩種工況下的試驗(yàn)：一是在高溫下模擬發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器失效引起的發(fā)電機(jī)輸出升高；二是模擬在室溫下或低溫下24V系統(tǒng)為12V系統(tǒng)車輛跳接啟動(dòng)。工況1的條件同國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)一致。同國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)相比，工況2新增了具體的試驗(yàn)曲線要求，最大試驗(yàn)電壓由24V變?yōu)?6V且新增了低溫試驗(yàn)要求。

2.2.2" 瞬時(shí)過(guò)電壓

模擬樣品受到配電系統(tǒng)中開關(guān)負(fù)載或注入電流負(fù)載的影響。此試驗(yàn)為新增項(xiàng)目。

2.3" 疊加交流電壓

檢查部件對(duì)車載系統(tǒng)產(chǎn)生紋波的抵抗力，如由交流發(fā)電機(jī)或DC/DC變換器產(chǎn)生的紋波。ISO 16750—2：2023重新定義了試驗(yàn)方法。明確區(qū)分了由交流發(fā)電機(jī)或DC/DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的嚴(yán)酷度條件，嚴(yán)酷度1和2適用于交流發(fā)電機(jī)供電情況，嚴(yán)酷度3和4適用于DC/DC轉(zhuǎn)換器供電情況。電壓變化增加了由最低電壓向上波動(dòng)的試驗(yàn)，頻率增加了更高頻30～200kHz的要求，頻率變化由漸變式變?yōu)椴竭M(jìn)式，對(duì)于波形的要求由空載滿足變?yōu)樾柙诠ぷ髂Ｊ?.3下進(jìn)行參考試驗(yàn)確認(rèn)。具體駐頻點(diǎn)見表2。

2.4" 供電電壓緩降緩升

模擬電池的逐漸放電和充電。起始電壓由最低工作電壓變?yōu)閷?duì)電池充電時(shí)工作電壓。

2.5" 供電電壓的瞬態(tài)變化

2.5.1" 供電電壓瞬時(shí)下降

模擬并聯(lián)電路內(nèi)的常規(guī)熔斷器熔斷時(shí)引起的電壓瞬時(shí)下降。試驗(yàn)參數(shù)無(wú)變化。要求電壓的上升和下降時(shí)間均要小于10ms，試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)波形進(jìn)行空載驗(yàn)證。

2.5.2" 供電電壓短時(shí)中斷

模擬由供電線路短路或開路引起的供電電壓短時(shí)中斷。例如，觸點(diǎn)故障、繼電器缺陷、繼電器觸點(diǎn)反彈或從主電源切換到冗余電源。本試驗(yàn)為新增項(xiàng)目，分為兩個(gè)工況：一是中斷時(shí)間變化；二是恢復(fù)時(shí)間變化。新增試驗(yàn)類型不同于以往標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定類型，未見于各主機(jī)廠企標(biāo)之中。正式試驗(yàn)前，需要分別用1kΩ電阻和10Ω電阻代替樣品進(jìn)行參考測(cè)量，驗(yàn)證開關(guān)反應(yīng)時(shí)間需不大于10μs。對(duì)于樣品中含感性元件的情況，需要注意在開關(guān)切斷時(shí)要避免過(guò)高的感性電壓出現(xiàn)，實(shí)際電路連接中可通過(guò)并聯(lián)低電阻實(shí)現(xiàn)。

2.5.3" 復(fù)位特性

檢驗(yàn)樣品在不同電壓驟降下的復(fù)位性能。本試驗(yàn)適用于具有復(fù)位功能的設(shè)備，例如裝有一個(gè)或多個(gè)微控制器的設(shè)備。增加了對(duì)下降電壓的要求，需確保樣品的供電電壓水平下降到每個(gè)步驟要求的試驗(yàn)電壓水平。每次恢復(fù)到最低工作電壓后均需確認(rèn)功能情況。本試驗(yàn)最后一步類似于對(duì)樣品重新啟動(dòng)，實(shí)際測(cè)試中如未關(guān)注整個(gè)過(guò)程，可能會(huì)對(duì)結(jié)果做出錯(cuò)誤的評(píng)價(jià)。實(shí)際測(cè)試中，出現(xiàn)過(guò)以下情況：降低到一定電壓后再恢復(fù)到最低工作電壓時(shí)，功能出現(xiàn)異常；經(jīng)過(guò)最后一步電壓為0V再恢復(fù)到最低工作電壓時(shí)，功能恢復(fù)正常。

2.5.4" 啟動(dòng)特性

檢驗(yàn)樣品在車輛啟動(dòng)時(shí)和啟動(dòng)后的性能。啟動(dòng)循環(huán)之間增加了樣品必須達(dá)到100%運(yùn)行狀態(tài)后再進(jìn)行下一循環(huán)的要求。對(duì)于12V系統(tǒng)啟動(dòng)特性參數(shù)，新增了試驗(yàn)等級(jí)說(shuō)明，利于實(shí)際操作中的參數(shù)選擇。對(duì)于12V系統(tǒng)，等級(jí)Ⅰ曲線模擬熱啟動(dòng)工況，等級(jí)Ⅱ曲線模擬狀態(tài)良好電池低溫下冷啟動(dòng)工況，等級(jí)Ⅲ曲線模擬老化電池低溫下冷啟動(dòng)工況，等級(jí)Ⅳ曲線模擬狀態(tài)良好的電池室溫下冷啟動(dòng)工況。

2.6" 拋負(fù)載

模擬在電池放電且發(fā)電機(jī)為其他負(fù)載供電情況下，斷開電池連接時(shí)發(fā)生的瞬間變化。無(wú)集中拋負(fù)載抑制試驗(yàn)，脈沖參數(shù)無(wú)變化。對(duì)于12V系統(tǒng)，具有集中拋負(fù)載抑制試驗(yàn)脈沖參數(shù)新增了嚴(yán)酷度的選擇要求。對(duì)于24V系統(tǒng)，具有集中拋負(fù)載抑制試驗(yàn)脈沖參數(shù)無(wú)變化的要求。

2.7" 反向電壓

模擬車輛輔助啟動(dòng)時(shí)對(duì)蓄電池的反向連接。增加了具體曲線的試驗(yàn)要求，明確了試驗(yàn)前后的電壓要求，利于具體試驗(yàn)的實(shí)施。24V系統(tǒng)反向電壓值由28V變?yōu)?6V。

2.8" 參考接地和供電偏移

本試驗(yàn)用于驗(yàn)證組件存在兩條及以上的供電線路時(shí)的運(yùn)行可靠性。增加了連接圖示例和試驗(yàn)矩陣示例，極大地增加了試驗(yàn)的可操作性。

2.9" 開路

2.9.1" 單線斷開

模擬了一個(gè)開路接觸條件。增加了試驗(yàn)線路適用性說(shuō)明，適用于樣品的電源線、地線、信號(hào)線和負(fù)載電路連接線；增加了動(dòng)態(tài)中斷的工況要求；靜態(tài)中斷增加了中斷最大轉(zhuǎn)換10ms的要求；新增轉(zhuǎn)換時(shí)間，排除了手動(dòng)操作測(cè)試的可能。

2.9.2" 多線斷開

檢驗(yàn)在樣品遭受快速的多條線中斷時(shí)，按照規(guī)范定義的功能狀態(tài)仍能得到保持的能力。

2.10" 短路和過(guò)載保護(hù)試驗(yàn)

檢驗(yàn)樣品在輸入或輸出端發(fā)生短路或過(guò)載時(shí)的性能。新增了過(guò)載試驗(yàn)，適用于帶有負(fù)載電路的系統(tǒng)/組件，分別進(jìn)行100%電流容量和150%電流容量試驗(yàn)。

2.11" 耐電壓和絕緣電阻

檢驗(yàn)樣品系統(tǒng)和材料的絕緣特性。新增了預(yù)處理要求，從指定要求變?yōu)?個(gè)溫濕循環(huán)條件選擇1個(gè)。

3" 疊加交流電壓試驗(yàn)分析

3.1" 試驗(yàn)布置及要求

試驗(yàn)布置如圖1所示。GB/T 28046.2—2019要求空載試驗(yàn)波形滿足要求即可；ISO 16750-2：2023要求在工作模式3.3下進(jìn)行參考試驗(yàn)確認(rèn)電源端紋波電壓UR，使樣品端UPP滿足標(biāo)準(zhǔn)要求或Ipp達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求限制。

3.2" 具體試驗(yàn)分析

使用一款氣囊控制器作為樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析。試驗(yàn)參數(shù)Umax=16V，Upp=2V。對(duì)于GB/T 28046.2—2019，頻率范圍為50Hz～25kHz，頻率變化方式為由低頻到高頻再回到低頻的掃頻變化，周期120s，連續(xù)進(jìn)行5個(gè)周期；對(duì)于ISO 16570-2：2023，頻率范圍為10Hz～30kHz，頻率變化為對(duì)數(shù)方式2%步進(jìn)，各頻率的具體數(shù)據(jù)見表2。經(jīng)參考試驗(yàn)確認(rèn)，自43步起增加電源設(shè)定UR值，最大為30kHz頻率下，設(shè)定值為2.4V。

采集GB/T 28046.2—2019中試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)電流情況，如圖2、圖3所示。圖2中電壓在高頻下最大電壓有較為明顯的下降。

為了進(jìn)一步對(duì)比兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)下電壓和電流的差異，采用國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)1個(gè)周期50Hz～25kHz條件下的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。試驗(yàn)電流如圖4、圖5所示。

對(duì)比圖4、圖5可以看出電流變化的趨勢(shì)是一致的，電流變化的最大值和最小值也是接近的。圖4中最大值為160mA，最小值為30mA；圖5中最大值為158mA，最小值為34mA。由于ISO 16750-2：2023參考試驗(yàn)的要求，在高頻段電壓波動(dòng)已無(wú)明顯損失，如圖6、圖7所示。同時(shí)從電流數(shù)據(jù)可以看出，在高頻段ISO 16750-2：2023試驗(yàn)電流變化更大。

本次對(duì)比試驗(yàn)選擇了工作電流較低的控制器，且沒(méi)有在更高的頻率進(jìn)行，但是參考試驗(yàn)在具體執(zhí)行上依然很繁瑣，需要在各頻率下逐一對(duì)比。隨著頻率的增加，波形失真情況是難以避免的，在具體實(shí)施過(guò)程中失真的存在將極大降低試驗(yàn)效率，增加試驗(yàn)人員的參數(shù)確認(rèn)難度。

4" 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)ISO 16750-2：2023與GB/T 28046.2—2019的對(duì)比分析，可以看出對(duì)于低壓電器系統(tǒng)電氣負(fù)荷的要求在進(jìn)一步加嚴(yán)，且對(duì)于具體參數(shù)選擇和工況選擇更加清晰。對(duì)于GB/T 28046.2的修訂工作正在進(jìn)行中，一定會(huì)進(jìn)一步加嚴(yán)要求，希望本文能為低壓電氣系統(tǒng)產(chǎn)品試驗(yàn)人員及研發(fā)人員提供一些參考，提前去適應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)要求。尤其對(duì)于疊加交流電壓試驗(yàn)，需要明確區(qū)分兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的方法要求，全新的試驗(yàn)方法對(duì)設(shè)備、試驗(yàn)人員及樣品本身都提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn)

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