48V系统车型电安全标准现状及发展趋势

1 引言

近年来，为了应对汽车越来越严格的节能与环保要求，电动汽车和混合动力汽车得到了长足的发展，但是电动汽车动力电池技术到达了瓶颈，加上生产成本一直难以有明显的降低，电动汽车的销量并没有达到理想预期，预计未来十年里传统汽车的占有量仍有90%左右。48V系统可搭载在传统燃油车上使用，其技术成本只占高压混合电动技术的30%，却可以带来高压混合电动汽车70%的性能，实现10%-15%甚至更高的节油率提升。



目前及未来48V系统产品及其相关车型的推广面临的最大障碍是相关新技术与现有标准的适用性问题，主要是整车或系统、部件层面与现有相关标准的适用性问题。未来一段时间内48V系统相关标准的制定与48V系统产品会共同存在，但可以肯定的是48V系统大的发展趋势不会改变。为了更好地指导48V系统产品开发，同时满足国家标准的要求 ，本文重点分析48V系统车型相关的电安全标准法规以及展望相关标准的发展趋势。

2 48V系统车型电安全标准适用性分析

2.1 48V系统相关电安全标准

目前国内外还没有针对48V系统制定专门的电安全法规，主要参考目前市场上的电动汽车和混合动力汽车的标准法规要求（如GB/T 18384.3-2015、ECE-R100/02、EVS GTR、GB/T 31498-2015、ISO 6469-1-2011等)，这些法规主要依据最大工作电压来定义相关要求，最大工作电压按A/B等级进行划分（表1）。

表1 电压等级



针对上述的电压等级分级方法，国内标准(GB/T 18384.3-2015、GB/T 31498-2015)与国际上(ECE-R100/02、EVS GTR、ISO 6469-1-2011) 标准的分级一致。对于A级电压不需按照相关标准进行B级电压电路的相关防护。

由于48V系统和目前所定义的B级电压电路系统存在着一定的差异性和特殊性，48V电路可分为A级电压电路和B级电压电路两部分。如图1所示。


图1 48V电路电压分级

A级电压电路：48V系统中直流电压最大约为54V，电力分配盒、48V储能系统以及12V-48V双向变换器的工作电压均为不超过54V的直流电压，在负极接地的情况下不存在安全隐患，无需遵循B级电压相关标准要求。

B级电压电路：48V系统工作时交流电子空调压缩机、发动机电子增压泵、电子水泵等负载，在最高工作电压时电机内部会产生略高于30V的三相交流电，超出安全电压的范围，根据表2的分类应分到B级电压，需要满足相应的法律法规(正常工作条件下的基本防护要求、单点失效或碰撞情况下的绝缘电阻、电位均衡防护等要求)。

当48V系统发生单点失效时，因为只接触到一个相位所以电压值低于高电压阈值（直流60V），所以不存在高电压风险。而当发生多点失效时，就有接触到第二个相位的可能，这时基本防护就不能满足防触电保护的要求，48V因为其负极接地的设计结构，不能满足标准的规定。因此，想要满足标准中的其它安全要求，就必须采用额外的防护措施，这自然也就增加了48V系统的开发使用成本，给48V系统技术的推广应用带来了障碍，可见目前国内外的电安全相关标准并非完全适用于48V系统车型。

3 我国48V系统标准发展趋势

3.1 48V 系统电安全相关标准发展趋势

目前国外针对48V系统的安全问题在ISO、ECE、EVS等相关法规中进行了相应的适用性豁免条款说明和修改，其中ECE修订主要包括以下3方面：

（1）ECE-R100/02对绝缘电阻的检测进行了补充说明：与底盘相连的电路，只要满足以下条件，就可以免除绝缘电阻的要求，即任何带电体和底盘之间或者带电体与外露的导体之间电压不超过30VAC或者60VDC。也就是说虽然48V系统中三相交流电机的两相之间电流超过交流30V，属于B级电压范围，但是其电机的每一相与电平台之间或者与其他外露可导电部件之间的电压都低于直流60V，所以可以免除绝缘电阻的检测。

（2）ECE-R100/02的修订说明中还对高压系统进行了定义，即连接到电平台的电路系统，只有其运行电压高于直流60V和交流30V的部分或组组件才被称为高压母线，从而将48V系统排除在高压范围之外。

（3）为了满足碰撞后的电安全要求，ECE-R95 5.2.8.1对碰撞后的绝缘电阻检测进行了说明，如果规定碰撞后48V系统停止工作，则不需要进行绝缘电阻检测。

此外，国外正在修订的ISO 6469-3文本中对电压等级进行了重新的定义与划分，如表2。

表2 ISO 6469-3修订版电压等级


对修订之后的B1级电压电路触电防护要求除了需要满足本身的电压限制以外，只需要满足基本防护即可保证安全，也就是说只需要基本绝缘或者遮拦/外壳防护，免除了目前对B级电压电路以及修订后的B2级电压电路的失效防护要求。

综上所述，48V系统针对负极搭铁或者与电平台连接的部分是豁免绝缘电阻要求的，而针对三相交流电机是无法负极搭铁的部分，48V系统若设有碰撞断电装置则根据ECE-R95不需要进行绝缘监测。根据正在修订的ISO 6469标准48V系统包括三相交流电机在内都不再需要失效防护、故障防护，最大程度的节约了成本，降低了48V系统的复杂程度。

结合我国48V技术发展的适应性、时间紧迫性，今后我国48V系统电安全标准发展将呈现如下趋势：对GB/T 18384.3标准基于ECE-R100和ISO 6469进行修订以便适用于48V系统，一方面是因为R100已经于2014年修订实施，而且是强制性法规，有一定的参考依据，另一方面依据此法规进行修订时间较快，且能满足安全要求，实施更方便快捷。如此一来，即满足了标准需要的迫切性，又尽可能解决了目前48V技术发展与标准适应性上的障碍。

4  结束语

48V 系统作为一项具有广阔前途的新技术，目前缺乏相关的技术条件或标准，使企业在研发设计过程中缺少必要的依据。本文总结了国内外48V 系统的发展现状，在深入分析技术原理的基础上，分析了48V系统大规模应用前期与现有标准法规要求之间的适应性，此外还进一步探讨了我国现行标准与48V系统技术的发展趋势，希望能够为48V 技术的产业化和标准化发展的提供参考。