01 48V 供電系統緣何 “嶄露頭角”

隨著汽車電子化與電氣化的迅猛發展，傳統 12V 供電系統在滿足車輛日益增長的電力需求時，漸感力不從心。而 48V 供電系統憑借更高的功率輸出和出色的能效，成為未來輕度混合動力與傳統內燃機車輛的理想選擇，在汽車行業備受青睞。

02 解讀 ISO 21780:2020 標準

（一）范圍界定

（二）術語定義

（三）供電電壓范圍剖析

（四）功能類別解析

（五）操作模式匯總

（六）一般測試條件要點

（七）具體實驗要求解讀（見另一文）

（一）范圍界定

ISO 21780:2020 針對道路車輛的 48V 直流電氣系統。其測試對象涵蓋車輛中所有與 48V 系統直接相連的電氣 / 電子部件，測試內容包括一般要求、電壓范圍、具體電氣實驗（但不涉及 EMC）。

相應的GB/T 45120-2024也在2024年12月份實施。

歐洲主機廠VW，Audi，BMW等聯合發布的LV148標準。

（二）術語定義

在該標準中，有幾個關鍵術語需要了解。

“組件” 即直接安裝在車輛中的部分，也就是我們常說的被測設備（DUT）。“功能狀態”（FS）根據供電電壓，將組件可能處于的狀態分為 5 個等級。例如，FS1 要求功能達到規定性能且無偏差，運行中絕不允許停止或關閉該功能；而 FS5 則表示受試設備在施加測試參數時無法執行一項或多項功能，且測試結束后，若不進行修理或更換，基本無法再用。

此外，“接地” 明確界定了 12V/24V 和 48V 電氣系統的接地引腳（GND12;24 和 GND48）。

（三）供電電壓范圍剖析

供電電壓范圍可分為多個區間，每個區間都有其獨特意義與作用。

1. 標稱電壓范圍（36V - 52V）：電氣系統正常工作的 “黃金區間”。車輛正常行駛時，多數電氣設備在此電壓范圍內，能夠穩定、可靠地運行，充分發揮各項規定功能。

2. 上瞬態電壓范圍（52V - 54V）：主要用于校準存儲介質以及吸收回收的能量。比如車輛制動能量回收時，產生的電能回充會使電壓短暫上升至此區間，此時系統可完成相關能量吸收與存儲介質校準工作。

3. 超壓范圍（54V - 58V）：此范圍的出現，可能源于（短期的）電能回饋，也可能是控制錯誤所致。系統只能在此 “短暫停留”，例如車輛急加速時，電源系統瞬間輸出較大功率，可能導致電壓短暫 “躍入” 此區間；若電源管理系統控制出現偏差，也會使電壓處于該超壓范圍。

4. 上超壓范圍（58V - 60V）（標準后文及LV&ISO是70Ｖ）：處于此范圍通常是由控制錯誤導致，過高的電壓對電氣設備而言猶如 “隱形殺手”，一般不允許系統長時間停留在此。

5. 下瞬態電壓范圍（31V - 36V）：在助力過程中或冷啟動時，電壓可能會 “降至” 此范圍。系統也只能暫時在此區間運行，比如車輛冷啟動時，啟動電機需要大量電流，會將電源電壓瞬間 “拉低” 至此范圍。

6. 欠壓范圍（24V - 31V）：同樣在冷啟動時，電壓可能處于此范圍。若長時間處于該范圍，電氣設備的正常工作性能將受到影響。

7. 下欠壓范圍（0V - 24V）：此范圍主要用于存儲保護。一般情況下，除供電電壓短期中斷或車輛長期停放等特殊情況外，電壓不會進入此范圍。一旦電壓進入該范圍，車輛電氣系統可能無法正常工作，甚至部分電子元件會遭受損壞。

（四）功能類別解析

對于受試設備的每個相關功能，都需明確其所需性能，就如同規定電動機的扭矩或水泵的流量。然后，根據 48V 供電電壓的變化，定義了四個功能類別（FC I 至 FC IV），用于為每個相關功能選定合適的功能狀態級別。例如，FCⅠ 主要涉及通信、診斷功能；FCⅡ 包含 48V 轉 12V 電壓轉換、與車輛安全相關以及與推進相關的功能，還有作為 48V 電源的部件；FCⅢ 則是與啟動相關的部件 / 功能，如啟動期間運行的起動機等；FCⅣ 為舒適性功能。若上述功能類別均不適用，還有 FCZ 類別，此時功能狀態由供應商和客戶協商確定。

（五）操作模式匯總

該標準適用于多種運行模式。在完成所有電氣連接后，受試設備（DUT）一般采用特定測試電壓進行電氣操作。

模式 2.1 為系統 / 組件功能未激活，處于睡眠模式；

模式 2.2 是電氣系統 / 組件以典型操作模式運行，這是車輛正常工作時常見的狀態；

模式 2.3 是電氣系統 / 組件以最小負載運行，處于無激活負載的待機狀態；

模式 2.4 則是電氣系統 / 組件以最大負載運行。 實驗中最常用的工作模式。

（六）一般測試條件要點

1. 標準公差：明確測量值的公差范圍，確保測試數據的準確性。

2. 一般值：測試通常需在標稱 12V/24V 電壓、標稱 48V 電壓、室溫、相對濕度等特定條件下進行，以保證測試結果的可靠性與可比性。

3. 采樣率和值分辨率：規定采樣率和測量值的分辨率，為測試數據的采集與分析提供標準。

4. 接口描述：詳細定義所有能使組件功能得以實現的接口和功能，如同搭建橋梁，讓各個部件之間能夠順暢 “溝通”。

5. 測試限制：測試實驗室必須符合 ISO/IEC 17025 標準，測試設備需校準并可追溯至國家計量實驗室，從源頭保證測試的科學性與規范性。通常，樣件數量為 2 個。

6. 測試電壓：所有配備 12V/24V 供電接口或通信接口的 48V 部件，還需滿足 12V/24V 供電的相應要求。在不同供電系統測試期間，對電壓有明確規定，確保部件在各種情況下都能經受住考驗。

03 測試程序與要求

（一）測試步驟規劃

（二）測試設備要求

（三）部件狀態監測

（四）故障處理與分析

（五）參數檢測關鍵環節

（六）帶漂移分析的連續參數檢測

（一）測試步驟規劃

測試程序規劃至關重要，需與客戶共同確定并記錄在測試計劃中。其中要明確每項測試的允許錯誤記憶條目、部件各功能的功能狀態、測試設置、運行負載和邊界條件等。只有雙方達成一致并記錄，后續測試才能有序開展。

（二）測試設備要求

測試設備需確保滿足受試設備規定性能所需的接口配備齊全，且功能達標。若不使用整車或硬件在環模擬，則需設法模擬與車輛控制器間的信號或信息傳輸，確保測試環境盡可能貼近實際情況。

（三）部件狀態監測

1. 存儲設備狀態：程序和數據存儲設備在部件停用前需保持在 FS1 狀態，非易失性存儲器更要始終確保完整性，如同守護珍貴寶藏般守護數據。

2. 參數檢查與記錄：測試前后均需按規范對受試設備進行參數檢查，測試開始時 DUT 的溫度需穩定。測試過程中，關鍵監測參數、部件復位情況均需詳細記錄，這些記錄是測試報告的重要組成部分。

（四）故障處理與分析

1. 故障設備處理：若 DUT 處于 FS5 受損狀態，需從測試循環中移除，然后仔細分析故障原因并記錄。之后是用新的 DUT 重復測試，還是繼續后續測試，需與客戶商議決定。

2. 物理分析：所有電氣測試完成后，至少需對一臺 DUT 進行物理分析，記錄處于最終驗證階段的 DUT 的所有部件信息。若部件有變更，需重新驗證或證明變更無影響。

（五）參數檢測關鍵環節

1. 關鍵參數定義：在部件規格說明中，需與客戶協商確定一系列敏感參數，如靜態電流消耗、工作電流、輸出電壓等，這些即為關鍵參數。

2. 測試前后檢查：每次測試開始前和結束后，均需對關鍵參數進行檢查，查看是否符合規格。測試時也需測量關鍵參數，檢查部件在環境室溫（T_{RT}）和 48V 標稱電壓（U_{48N}）下的功能表現。對于有錯誤存儲器的部件，測試前需讀出并記錄錯誤信息，然后清除，測試后再次讀取并記錄。

3. 結果差異處理：測試前后的結果和數據差異需在規定的允許公差范圍內，若測量值變化超出測量精度，需予以標明。同時，還需檢查結果的趨勢和漂移情況，以便及時發現部件的異常、老化或故障。

4. 外觀檢查：按照 EN 13018 標準，在不打開受試設備的情況下，對部件進行外觀檢查，查看是否有外部損壞或變化，如裂縫、碎屑、變色、變形等，這些細節可能反映部件的健康狀況。

5. 結果記錄：所有檢查結果均需記錄在測試報告中，為后續分析和評估提供依據。

（六）帶漂移分析的連續參數監測

1. 關鍵參數清單定義：在部件規格說明中，需明確關鍵參數清單。這些參數對終端用戶實現部件在車輛中的完整功能性能、可靠運行至關重要，同時也是確保部件與車輛連接系統兼容所必須了解的，可通過書面文件、圖紙、原理圖等形式定義。

2. 參數示例：建議考慮納入清單的參數有靜態電流消耗、峰值和額定工作電流及電壓、接觸電阻、輸入阻抗、信號速率（上升和下降時間）、總線規格等，這些參數如同部件的 “健康指標”。

3. 參數記錄：在整個測試期間，需對關鍵參數進行持續記錄，不放過任何可能影響部件性能的細節。

4. 錯誤存儲器監測：對于有錯誤存儲器的部件，每次測試的起始和結束階段均需監測錯誤存儲器，并將相關記錄條目記錄在測試報告中，以便及時發現潛在問題。

5. 數據分析：對連續參數監測所收集的數據進行趨勢和漂移分析，通過這些數據的變化，能夠識別部件是否存在異常、老化或故障情況，如同為部件進行全面 “體檢”。

通過對 ISO 21780:2020 標準的深入解讀，我們可以看到，它如同一位嚴謹的 “守護者”，為道路車輛 48V 供電系統的電氣性能和測試規范提供了全面、細致的指導，確保車輛在復雜的電氣環境中能夠安全、穩定地運行。相信隨著汽車技術的不斷發展，48V 供電系統在該標準的護航下，將在汽車領域發揮愈發重要的作用，為我們帶來更高效、更智能的出行體驗。

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