GB/T-:电动汽车DC/DC变换器

DC/DCconverterforelectricvehicles

前言

本文件按照GB/T1.1-《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

本文件代替GB/T-《电动汽车DC/DC变换器》,与GB/T-相比,除结构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下:

a)修改了标准范围(见第1章,年版的第1章);

b)增加了效率的要求(见4.2.1);

c)修改了控制误差要求(见4.2.3,年版的5.16);

d)修改了超调量和恢复时间要求(见4.2.4,年版的5.13);

e)增加了对静态电流的要求(见4.2.5);

f)增加了对输出电压纹波因数的要求(见4.2.6);

g)增加了保护功能的要求(见4.3);

h)增加了对机械冲击的要求(见4.4.7);

i)修改了电磁兼容要求(见4.5,年版的5.12);

j)修改了绝缘电阻要求(见4.6.1,年版的5.6);

k)修改了耐电压性能要求(见4.6.2,年版的5.7);

l)删除了分级与型号命名的规定(见版第4章);

m)删除了壳体机械强度的要求(见版5.3);

n)删除了防护等级的要求(见版5.4);

o)删除了噪声的要求(见版5.5);

p)删除了电气间隙和爬电距离的要求(见版5.9);

q)删除了峰值输出功率及持续时间的要求(见版5.11);

r)删除了可靠性的要求(见版5.14);

s)删除了耐久性的要求(见版5.15);

t)增加了标准试验环境的要求(见5.1.1);

u)增加了试验仪器设备的要求(见5.1.2)。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出。

本文件由全国汽车标准化技术委员会(SAC/TC)归口。

本文件起草单位:苏州汇川联合动力系统有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、华为技术有限公司、上海磐动电气科技有限公司、中国汽车技术研究中心有限公司、杭州富特科技股份有限公司、上海蔚来汽车有限公司、比亚迪汽车工业有限公司、中汽研汽车检验中心(天津)有限公司、深圳威迈斯新能源股份有限公司、丰田汽车投资(中国)有限公司、台达电子企业管理(上海)有限公司、泛亚汽车技术中心有限公司、中国第一汽车股份有限公司、阿利昂斯汽车研发(上海)有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、观致汽车有限公司、重庆长安新能源汽车科技有限公司、郑州宇通客车股份有限公司。

本文件主要起草人:符志辉、赵春阳、许晓、黄兴、曹冬冬、甘银华、梁树林、赵凌霄、叶铱塬、侯钰珠、刘欣、曹云、徐枭、邹昕然、仰冬冬、陈越、杨睿诚、文彦东、周宇、马俊杰、蒋培新、杜全辉、林健鹏、王晓航、蒋光辉、陈钧、袁昌荣、杨泗鹏。

本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为:

---年首次发布为GB/T-;

---本次为第一次修订。

1范围

本文件规定了电动汽车DC/DC变换器的技术要求、试验方法。

本文件适用于电动汽车用DC/DC变换器,其他具有DC/DC转换功能的电路参照本文件。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T-车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法

GB/T电动汽车术语

GB/T道路车辆电气/电子部件对静电放电抗扰性的试验方法

GB/T.3-道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第3部分:机械负荷

GB/T.4-道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第4部分:气候负荷

GB/T道路车辆电磁兼容术语

ISO-2:道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第2部分:沿电源线的电瞬态传导

ISO-3:道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第3部分:除电源线外的导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射

ISO52-2道路车辆窄带辐射电磁能引发的电骚扰的零部件试验方法第2部分:装有吸波材料的屏蔽室

ISO52-4道路车辆窄带辐射电磁能引发的电骚扰的零部件试验方法第4部分:大电流注入(BCI)法

ISO52-8:道路车辆窄带辐射电磁能引发的电骚扰的零部件试验方法第8部分:磁场抗扰法

3术语和定义

GB/T、GB/T界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

DC/DC变换器

能够将一个直流电压值的电能变换为另一个直流电压值的电能的装置。

[来源:GB/T-,3.2.4.1,有修改]

3.2

超调量和恢复时间

输入或输出发生跃变时,DC/DC变换器的被控制量从变化时刻起到恢复至控制误差范围内的过程中,瞬态值偏离稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比即为超调量;从输入或输出发生变化的时刻开始,被控制量达到并保持在允许偏差范围内的时间为恢复时间。

3.3

静态电流

DC/DC变换器在休眠状态下消耗低压蓄电池的电流。

3.4

加权效率

DC/DC变换器对应的负载谱各个效率的加权平均值。

3.5

高压输出

额定输出电压等级大于60V不大于V的DC/DC变换器。

3.6

低压输出

额定输出电压等级不大于60V的DC/DC变换器。

3.7

纹波因数

脉动直流电量的峰值与谷值之差的一半,与其直流分量绝对值的比值。

[来源:GB/T-,3.8]

4技术要求

4.1外观要求

4.1.1电动汽车DC/DC变换器(以下简称“DC/DC”)外表面应无明显的破损、变形等缺陷。

4.1.2DC/DC的接线端或引出线应完整无损,紧固件连结应无松脱。

4.1.3DC/DC易触及的表面应无锈蚀、毛刺、飞边及类似尖锐边缘。

4.1.4包含有产品信息的标志安装应端正牢固,字迹清晰。

4.2输入输出特性

4.2.1效率

低压输出DC/DC的加权效率分为E1、E2、E3三个等级,高压输出DC/DC的加权效率不做分级。

4.2.2额定功率

在规定的环境条件、额定输入电压、额定输出电压下,DC/DC可持续工作的最大功率应不小于标称的额定功率值。

4.2.3控制误差

4.2.3.1电压控制误差

DC/DC在恒压状态下运行,其电压控制误差应不超过±2%。

4.2.3.2电流控制误差

DC/DC在恒流状态下运行,当被控电流大于或等于额定电流的20%时,其电流控制误差应不超过±2%;当被控电流小于额定电流的20%时,其电流控制误差应符合产品技术文件的规定。

4.2.4超调量和恢复时间

DC/DC在负载发生跃变时,输出电压的超调量应不大于10%,恢复时间应不大于5ms。

燃料电池动力系统用DC/DC在输出负载发生跃变时,输入电流超调应不大于10%,恢复时间应不大于20ms。

4.2.5静态电流

DC/DC无输出状态下,与低压蓄电池有固定电气连接(无法控制断开)的端口,静态电流应不大于3mA。

4.2.6输出电压纹波因数

DC/DC输出电压纹波因数应不大于5%。

4.3保护功能

4.3.1输入过、欠压保护

当DC/DC输入电压大于或等于过压保护值,或者小于或等于欠压保护值时,应关闭或者限制输出。故障排除后,可自动或经过必要的人为干预后恢复输出。

输入过压保护值和输入欠压保护值应符合产品技术文件规定。

4.3.2输出过、欠压保护

当DC/DC输出电压大于或等于过压保护值,或者小于或等于欠压保护值时,应关闭或者限制输出。故障排除后,可自动或经过必要的人为干预后恢复输出。

输出过压保护值和输出欠压保护值应符合产品技术文件规定。

4.3.3输出短路保护

具有短路保护功能的DC/DC,当DC/DC输出端发生短路,应关闭或者限制功率输出。故障排除后,可自动或经过必要的人为干预后恢复输出。

4.3.4过温保护

DC/DC应具备过温保护功能,当DC/DC温度采样点的温度达到过温保护设定值时,应关闭或者限制输出。故障排除后,可自动或经过必要的人为干预后恢复输出。

过温保护值应符合产品技术文件规定。

4.4环境适应性

4.4.1环境条件

4.4.1.1环境温度

若无特殊要求,应符合表2规定的温度限值,冷却液参数的要求应符合产品技术文件规定。

4.4.1.2相对湿度

相对湿度5%~95%。

4.4.1.3海拔

海拔高度应不高于m,或者符合产品技术文件规定。

4.4.2低温

4.4.2.1低温贮存

DC/DC的耐低温贮存能力应能满足GB/T.4-中5.1.1.1的要求。

4.4.2.2低温工作

DC/DC的耐低温工作能力应能满足GB/T.4-中5.1.1.2的要求。

4.4.3高温

4.4.3.1高温贮存

DC/DC的耐高温贮存能力应能满足GB/T.4-中5.1.2.1的要求。

4.4.3.2高温工作

DC/DC的耐高温工作能力应能满足GB/T.4-中5.1.2.2的要求。

4.4.4湿热

4.4.4.1湿热循环

DC/DC的耐湿热循环能力应能满足GB/T.4-中5.6的要求。

4.4.4.2稳态湿热

DC/DC的耐稳态湿热能力应能满足GB/T.4-中5.7的要求。

4.4.5盐雾

DC/DC的抗盐雾能力应能满足GB/T.4-中5.5的要求。

4.4.6耐振性

DC/DC的耐振性应能满足GB/T.3-中4.1的要求。

4.4.7机械冲击

DC/DC的耐机械冲击能力应能满足GB/T.3-中4.2的要求。

4.5电磁兼容

4.5.1功能特性状态

功能特性状态定义了被测装置(DUT)在试验环境下功能特性的期望目标,适于DUT的每一个独立功能,描述了试验中和试验后预期功能的工作状态。以下给出了四个功能特性状态:

---状态Ⅰ:试验中和试验后能够完成设计功能;

---状态Ⅱ:试验中不能完成设计功能,但试验后能够自动恢复到常态;

---状态Ⅲ:试验中不能完成设计功能,但试验后在试验人员的简单操作下,可以恢复到常态,例如通过对DUT开/关,或者重新启动;

---状态Ⅳ:试验中不能完成设计功能,试验后需要较复杂的操作才能恢复到常态,对DUT的功能不应造成任何永久性损坏。例如,断开蓄电池或供电电源后再连接。

每次试验都应确定最低功能状态,供应商和车辆制造商可以协商附加要求。

4.5.2电磁抗扰度

4.5.2.1静电放电(ESD)抗扰度

DC/DC应能满足表3中试验项目和对应的功能特性状态要求。

4.5.2.2低压沿电源线的电瞬态传导抗扰度

低压沿电源线的电瞬态传导抗扰使用的试验等级及功能特性状态要求应符合表4、表5的规定。

4.5.2.3低压沿非电源线的传导抗扰度

对于含有低压非电源线的DC/DC,其低压沿非电源线的传导抗扰度应满足ISO-3:附录B中试验等级Ⅲ的要求。

功能特性状态要求应为状态Ⅰ。

4.5.2.4电波暗室法抗扰度

在80MHz~MHz频段内,电波暗室法抗扰试验严酷等级为75V/m。

功能特性状态要求应为状态Ⅰ。

4.5.2.5大电流注入(BCI)法抗扰度

在1MHz到MHz的频段内,BCI法抗扰试验严酷等级为mA。

功能特性状态要求应为状态Ⅰ。

4.5.2.6磁场抗扰度

磁场抗扰度试验应满足ISO52-8:中表A.1试验等级Ⅲ的要求。

功能特性状态要求应为状态Ⅰ。

4.5.3电磁发射骚扰

4.5.3.1传导发射骚扰

4.5.3.1.1传导发射电压法对于非屏蔽系统及低压-人工网络射频端口的测量,限值应符合GB/T-中表5等级3的限值要求,或者符合产品技术文件规定。

4.5.3.1.2屏蔽电源装置传导电压法测量应符合GB/T-中表I.1等级3的限值要求,或者符合产品技术文件规定。

4.5.3.1.3DC/DC传导发射电流探头法的限值应符合GB/T-中表6等级3的限值要求,或者符合产品技术文件规定。

4.5.3.2辐射发射骚扰

DC/DC辐射发射骚扰应满足GB/T-中表7等级3的限值要求,或者符合产品技术文件规定。

4.5.3.3沿电源线的电瞬态传导骚扰

DC/DC沿电源线的电瞬态传导骚扰应满足ISO-2:附录B中等级Ⅲ的要求。

4.6电气安全

4.6.1绝缘电阻

DC/DC的绝缘电阻应满足以下要求,或者符合产品技术文件规定。

a)各独立带电电路与地(外壳)之间的绝缘电阻不小于10MΩ;

b)无电气联系的各电路之间的绝缘电阻不小于10MΩ。

4.6.2耐电压性能

各独立电路对地(外壳)之间、彼此无电气连接的各电路之间的耐电压性能应符合表6的规定。耐电压试验持续时间为1min,无击穿和电弧现象,漏电流限值应符合产品技术文件规定。

4.6.3安全接地检查

DC/DC中能触及的可导电部分与外壳接地点处的电阻应不大于0.1Ω。接地点应有明显的接地标志。若无特定的接地点,应在有代表性的位置设置接地标志。

5试验方法

5.1试验要求

5.1.1标准试验环境要求

如无特殊环境规定时,试验应按如下环境条件进行:

a)环境温度:23℃±5℃;

b)环境相对湿度:25%~75%;

c)环境气压:86kPa~kPa;

d)液冷DC/DC的冷却液参数应符合产品技术文件规定。

5.1.2仪器设备要求

试验用设备应采用比受试设备技术指标至少高一个等级,且具有足够的分辨率、准确度和稳定度。

若无特殊规定,应满足下列要求:

a)一般使用的仪表精度应根据被测量的误差等级按照表7进行选择;

b)测量温度用仪表误差为±1℃;

c)测量时间用仪表相对误差为1%;

d)恒温、恒湿试验箱要求温度控制误差为±2℃,相对湿度控制误差为±3%,容积不小于5倍被测样品的体积;

e)其他测试仪表的精度应符合有关标准的要求,并在计量认证的有效期内。

5.2外观试验

目测及表面触摸检查。

5.3输入输出特性试验

5.3.1输入输出性能试验线路

5.3.2效率试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,电子负载设置为恒流(或者恒阻)负载模式;

b)在额定输入和额定输出的条件下开启DC/DC,工作30min后开始测量效率;

c)保持输入电压为额定电压,按照表8(高压DC/DC按照表9)所示的负载谱,调节输出电流,分别记录各负载工况条件下的输入功率和输出功率,计算得到各工况条件下的效率ηi;

d)按照公式(1)及表8(高压DC/DC按照表9)中的权重系数,计算加权效率。

注1:DC/DC的输入功率用其输入端的电压和电流的测量值的乘积来计算。

注2:DC/DC的输出功率用其输出端的电压和电流的测量值的乘积来计算。

注3:效率测试数据采样有必要确保输入输出数据同步,电压采样点选取DC/DC的端口(或接线电缆头部)。

注4:效率测试不包含辅助源。

注5:若产品技术文件另有规定,效率测试根据产品技术文件执行。

5.3.3额定功率试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,使DC/DC的工作电压值等于额定电压值,电子负载设置为恒流(或恒阻)负载模式;

b)调整负载电流,使其与额定电压的乘积不小于额定功率;

c)持续工作不小于2h,每0.5h记录一次输出电压和输出电流值,并计算输出功率值。

5.3.4控制误差试验

5.3.4.1电压控制误差试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,电子负载设置为恒流(或恒阻)负载模式;

b)在额定输入和额定输出条件下开启DC/DC,使其工作在恒压输出状态下,电压为DC/DC受控范围内的某设定值Uzo。

5.3.4.2电流控制误差试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,电子负载设置为恒压负载模式;

b)在额定输入和额定输出的条件下开启DC/DC,使其工作在恒流状态下,电流为DC/DC受控范围内的某设定值Izo。

5.3.5超调量和恢复时间试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,电子负载设置为恒流负载模式;

b)调节输入输出电压分别为额定电压,设置负载变化率0.1A/μs(或按照产品技术文件执行),负载变化范围30%~80%~30%;

c)用数字示波器测量输出电压的超调量和恢复时间。

5.3.6静态电流试验

试验方法及步骤:

a)高压端子悬空,电源端子和低压端子都接到可调低压直流电源;

b)调节可调直流电源的输出电压为低压电池的额定输出电压(12V或24V);

c)记录电流表读数即为静态电流。

5.3.7输出电压纹波因数试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,电子负载设置为恒流负载模式,数字示波器带宽20MHz;

b)调节DC/DC负载电流,使DC/DC运行在20%(或最小负载)、50%、80%及%额定功率,并用示波器记录不同功率下的输出电压的纹波峰峰值Upp与输出电压的平均值Udc.

5.4保护功能试验

5.4.1输入过、欠压保护试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路;

b)在额定的输入条件下开启DC/DC,使其工作在最小负载(负载电流大于零)状态下;

c)逐步调节直流输入电压至过压保护值或欠压保护值,至DC/DC关闭或者限制输出;

d)逐步调节直流输入电压从过压保护值或欠压保护值恢复至正常工作电压范围内,观察DC/DC输出状态,或在额定条件下重新启动DC/DC,观察其输出状态。

5.4.2输出过、欠压保护试验

5.4.2.1输出过压保护试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,输出端接直流电压源;

b)在额定的输入条件下开启DC/DC,设定输出电压为额定输出电压值;

c)开启输出端直流源,调节输出端电压源至输出过压保护值,至DC/DC关闭或者限制输出;

d)关闭输出端直流源,观察DC/DC的输出状态,或在额定条件下重新启动DC/DC,观察其输出状态。

5.4.2.2直流输出欠压保护试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,电子负载设置为恒阻(或恒压)负载模式;

b)在额定的输入条件下开启DC/DC,使其工作在输出限流状态;

c)减小电子负载电阻值(或降低电子负载电压设定值),使输出电压逐步达到欠压保护值,观察DC/DC的输出状态;

d)将电子负载电阻值恢复为额定负载状态(或恒压设定值设置为DC/DC额定输出电压),观察DC/DC输出状态,或在额定条件下重新启动DC/DC,观察其输出状态。

5.4.3输出短路保护试验

5.4.3.1启动前的短路保护试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路,将DC/DC输出直流正负极进行短接;

b)在额定的输入条件下开启DC/DC,检查DC/DC的状态;

c)输出短路去除后,观察其输出状态,或在额定条件下重新启动DC/DC,观察其输出状态。

5.4.3.2工作过程中的短路保护试验

试验方法及步骤:

a)按照图2接好试验电路;

b)在额定输入条件下开启DC/DC,使其处于额定工作状态;

c)将输出直流正负极进行短接,检查DC/DC的工作状态;

d)输出短路去除后,观察其输出状态,或在额定条件下重新启动DC/DC,观察其输出状态。

5.4.4过温保护试验

DC/DC的过温保护试验按以下方法进行。

---对于风冷DC/DC,在高温工作试验后,继续逐步升高温箱温度至过温保护值,观察并记录DC/DC的工作状态。将温箱恢复到DC/DC可额定工作的温度范围内,DC/DC可自动恢复输出或经过必要的人为干预后恢复输出。

---对于液冷DC/DC,在高温工作试验后,逐步提升冷却液的温度至过温保护值,观察并记录DC/DC的工作状态。将冷却液温度恢复到DC/DC可额定工作的温度范围内,DC/DC可自动恢复输出或经过必要的人为干预后恢复输出。

5.5环境适应性试验

5.5.1低温试验

5.5.1.1低温贮存试验

DC/DC的低温贮存试验,按照GB/T.4-中5.1.1.1.2的规定执行,试验温度按要求,试验持续时间不少于24h。

5.5.1.2低温工作试验

DC/DC的低温工作试验,按照GB/T.4-中5.1.1.2.2的规定执行,试验温度按要求,试验持续时间不少于2h。

5.5.2高温试验

5.5.2.1高温贮存试验

DC/DC的高温贮存试验,按照GB/T.4-中5.1.2.1.2的规定执行,试验温度按要求,试验不少于持续时间24h。

5.5.2.2高温工作试验

DC/DC的高温工作试验,按照GB/T.4-中5.1.2.2.2的规定执行,试验温度按要求,试验持续时间不少于2h。

最高冷却液温度限值宜优选55℃、60℃、65℃、70℃、75℃。

5.5.3湿热试验

5.5.3.1湿热循环试验

DC/DC的湿热循环试验,按照GB/T.4-中5.6.2.2的规定执行。

5.5.3.2稳态湿热试验

DC/DC的稳态湿热试验,按照GB/T.4-中5.7的规定执行,试验持续时间48h。

5.5.4盐雾试验

DC/DC的盐雾试验,按照GB/T.4-中5.5的规定进行。

5.5.5振动试验

根据安装部位,DC/DC振动试验按照GB/T.3-中4.1的规定进行。

注:振动试验需要通电测试,可带小负载试验。

5.5.6机械冲击试验

DC/DC非工作状态下机械冲击试验,按照GB/T.3-中4.2进行。

5.6电磁兼容试验

5.6.1工作状态

DC/DC在工作状态下进行电磁兼容试验时,若无特殊要求,DC/DC额定输入电压、额定输出电压工作,输出功率达到30%额定功率。

5.6.2电磁抗扰试验

5.6.2.1静电放电抗扰度试验

测试布置及试验方法按照GB/T进行。

5.6.2.2低压沿电源线的电瞬态传导抗扰度试验

测试布置及试验方法按照ISO-2:第4章中对低压输入电源线按不同脉冲测试要求进行。

5.6.2.3低压沿非电源线的传导抗扰度试验

测试布置及试验方法按照ISO-3:的要求进行。

5.6.2.4电波暗室法抗扰度试验

测试布置及试验方法按照ISO52-2的要求进行。

5.6.2.5大电流注入(BCI)法抗扰度试验

测试布置及试验方法按照ISO52-4的要求进行。

5.6.2.6磁场抗扰度试验

测试布置及试验方法按照ISO52-8:的要求进行。

5.6.3电磁发射骚扰试验

5.6.3.1传导发射骚扰试验

测试布置及试验方法按照GB/T-的要求进行,在输入端口试验。

电压法用于考核沿低压电源线和高压线束传播的骚扰信号的特性。

电流探头法用于考核沿低压线束传播的骚扰信号的特性。

5.6.3.2辐射发射骚扰试验

测试布置及试验方法按照GB/T-的要求进行。

5.6.3.3低压沿电源线的电瞬态传导骚扰试验

测试布置及试验方法按照ISO-2:的要求进行。

5.7电气安全试验

5.7.1绝缘电阻试验

在DC/DC未工作情况下,用绝缘电阻测试仪对DC/DC的绝缘电阻进行测量,施加直流试验电压V并维持稳态值60s后确定绝缘电阻。

5.7.2耐电压性能试验

试验过程中,DC/DC中同一独立电路回路的端子应短接。根据表6的耐压值,将试验电压加载于:

a)接线端子和地(外壳)之间;

b)无电气联系的各电路之间。

加载过程中,施加的电压应在5s或5s以内逐渐升高到规定值,使电压不出现明显的跳变。全值试验电压应持续1min。

记录试验过程中漏电流的大小。

注:对有些因电磁场感应等情况而导致高电压进入低压电路的部件(如脉冲变压器、互感器等),可在实验前予以隔离或拔除。

5.7.3安全接地检查试验

用精度为1/0Ω的万用表(或其他具有相同功能和精度等级的仪器)测量DC/DC中能触及的金属部件与外壳接地点处的电阻。

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