01 48V 供电系统缘何 “崭露头角”

随着汽车电子化与电气化的迅猛发展，传统 12V 供电系统在满足车辆日益增长的电力需求时，渐感力不从心。而 48V 供电系统凭借更高的功率输出和出色的能效，成为未来轻度混合动力与传统内燃机车辆的理想选择，在汽车行业备受青睐。

02 解读 ISO 21780:2020 标准

（一）范围界定

（二）术语定义

（三）供电电压范围剖析

（四）功能类别解析

（五）操作模式汇总

（六）一般测试条件要点

（七）具体实验要求解读（见另一文）

（一）范围界定

ISO 21780:2020 针对道路车辆的 48V 直流电气系统。其测试对象涵盖车辆中所有与 48V 系统直接相连的电气 / 电子部件，测试内容包括一般要求、电压范围、具体电气实验（但不涉及 EMC）。

相应的GB/T 45120-2024也在2024年12月份实施。

欧洲主机厂VW，Audi，BMW等联合发布的LV148标准。

（二）术语定义

在该标准中，有几个关键术语需要了解。

“组件” 即直接安装在车辆中的部分，也就是我们常说的被测设备（DUT）。“功能状态”（FS）根据供电电压，将组件可能处于的状态分为 5 个等级。例如，FS1 要求功能达到规定性能且无偏差，运行中绝不允许停止或关闭该功能；而 FS5 则表示受试设备在施加测试参数时无法执行一项或多项功能，且测试结束后，若不进行修理或更换，基本无法再用。

此外，“接地” 明确界定了 12V/24V 和 48V 电气系统的接地引脚（GND12;24 和 GND48）。

（三）供电电压范围剖析

供电电压范围可分为多个区间，每个区间都有其独特意义与作用。

1. 标称电压范围（36V - 52V）：电气系统正常工作的 “黄金区间”。车辆正常行驶时，多数电气设备在此电压范围内，能够稳定、可靠地运行，充分发挥各项规定功能。

2. 上瞬态电压范围（52V - 54V）：主要用于校准存储介质以及吸收回收的能量。比如车辆制动能量回收时，产生的电能回充会使电压短暂上升至此区间，此时系统可完成相关能量吸收与存储介质校准工作。

3. 超压范围（54V - 58V）：此范围的出现，可能源于（短期的）电能回馈，也可能是控制错误所致。系统只能在此 “短暂停留”，例如车辆急加速时，电源系统瞬间输出较大功率，可能导致电压短暂 “跃入” 此区间；若电源管理系统控制出现偏差，也会使电压处于该超压范围。

4. 上超压范围（58V - 60V）（标准后文及LV&ISO是70Ｖ）：处于此范围通常是由控制错误导致，过高的电压对电气设备而言犹如 “隐形杀手”，一般不允许系统长时间停留在此。

5. 下瞬态电压范围（31V - 36V）：在助力过程中或冷启动时，电压可能会 “降至” 此范围。系统也只能暂时在此区间运行，比如车辆冷启动时，启动电机需要大量电流，会将电源电压瞬间 “拉低” 至此范围。

6. 欠压范围（24V - 31V）：同样在冷启动时，电压可能处于此范围。若长时间处于该范围，电气设备的正常工作性能将受到影响。

7. 下欠压范围（0V - 24V）：此范围主要用于存储保护。一般情况下，除供电电压短期中断或车辆长期停放等特殊情况外，电压不会进入此范围。一旦电压进入该范围，车辆电气系统可能无法正常工作，甚至部分电子元件会遭受损坏。

（四）功能类别解析

对于受试设备的每个相关功能，都需明确其所需性能，就如同规定电动机的扭矩或水泵的流量。然后，根据 48V 供电电压的变化，定义了四个功能类别（FC I 至 FC IV），用于为每个相关功能选定合适的功能状态级别。例如，FCⅠ 主要涉及通信、诊断功能；FCⅡ 包含 48V 转 12V 电压转换、与车辆安全相关以及与推进相关的功能，还有作为 48V 电源的部件；FCⅢ 则是与启动相关的部件 / 功能，如启动期间运行的起动机等；FCⅣ 为舒适性功能。若上述功能类别均不适用，还有 FCZ 类别，此时功能状态由供应商和客户协商确定。

（五）操作模式汇总

该标准适用于多种运行模式。在完成所有电气连接后，受试设备（DUT）一般采用特定测试电压进行电气操作。

模式 2.1 为系统 / 组件功能未激活，处于睡眠模式；

模式 2.2 是电气系统 / 组件以典型操作模式运行，这是车辆正常工作时常见的状态；

模式 2.3 是电气系统 / 组件以最小负载运行，处于无激活负载的待机状态；

模式 2.4 则是电气系统 / 组件以最大负载运行。 实验中最常用的工作模式。

（六）一般测试条件要点

1. 标准公差：明确测量值的公差范围，确保测试数据的准确性。

2. 一般值：测试通常需在标称 12V/24V 电压、标称 48V 电压、室温、相对湿度等特定条件下进行，以保证测试结果的可靠性与可比性。

3. 采样率和值分辨率：规定采样率和测量值的分辨率，为测试数据的采集与分析提供标准。

4. 接口描述：详细定义所有能使组件功能得以实现的接口和功能，如同搭建桥梁，让各个部件之间能够顺畅 “沟通”。

5. 测试限制：测试实验室必须符合 ISO/IEC 17025 标准，测试设备需校准并可追溯至国家计量实验室，从源头保证测试的科学性与规范性。通常，样件数量为 2 个。

6. 测试电压：所有配备 12V/24V 供电接口或通信接口的 48V 部件，还需满足 12V/24V 供电的相应要求。在不同供电系统测试期间，对电压有明确规定，确保部件在各种情况下都能经受住考验。

03 测试程序与要求

（一）测试步骤规划

（二）测试设备要求

（三）部件状态监测

（四）故障处理与分析

（五）参数检测关键环节

（六）带漂移分析的连续参数检测

（一）测试步骤规划

测试程序规划至关重要，需与客户共同确定并记录在测试计划中。其中要明确每项测试的允许错误记忆条目、部件各功能的功能状态、测试设置、运行负载和边界条件等。只有双方达成一致并记录，后续测试才能有序开展。

（二）测试设备要求

测试设备需确保满足受试设备规定性能所需的接口配备齐全，且功能达标。若不使用整车或硬件在环模拟，则需设法模拟与车辆控制器间的信号或信息传输，确保测试环境尽可能贴近实际情况。

（三）部件状态监测

1. 存储设备状态：程序和数据存储设备在部件停用前需保持在 FS1 状态，非易失性存储器更要始终确保完整性，如同守护珍贵宝藏般守护数据。

2. 参数检查与记录：测试前后均需按规范对受试设备进行参数检查，测试开始时 DUT 的温度需稳定。测试过程中，关键监测参数、部件复位情况均需详细记录，这些记录是测试报告的重要组成部分。

（四）故障处理与分析

1. 故障设备处理：若 DUT 处于 FS5 受损状态，需从测试循环中移除，然后仔细分析故障原因并记录。之后是用新的 DUT 重复测试，还是继续后续测试，需与客户商议决定。

2. 物理分析：所有电气测试完成后，至少需对一台 DUT 进行物理分析，记录处于最终验证阶段的 DUT 的所有部件信息。若部件有变更，需重新验证或证明变更无影响。

（五）参数检测关键环节

1. 关键参数定义：在部件规格说明中，需与客户协商确定一系列敏感参数，如静态电流消耗、工作电流、输出电压等，这些即为关键参数。

2. 测试前后检查：每次测试开始前和结束后，均需对关键参数进行检查，查看是否符合规格。测试时也需测量关键参数，检查部件在环境室温（T_{RT}）和 48V 标称电压（U_{48N}）下的功能表现。对于有错误存储器的部件，测试前需读出并记录错误信息，然后清除，测试后再次读取并记录。

3. 结果差异处理：测试前后的结果和数据差异需在规定的允许公差范围内，若测量值变化超出测量精度，需予以标明。同时，还需检查结果的趋势和漂移情况，以便及时发现部件的异常、老化或故障。

4. 外观检查：按照 EN 13018 标准，在不打开受试设备的情况下，对部件进行外观检查，查看是否有外部损坏或变化，如裂缝、碎屑、变色、变形等，这些细节可能反映部件的健康状况。

5. 结果记录：所有检查结果均需记录在测试报告中，为后续分析和评估提供依据。

（六）带漂移分析的连续参数监测

1. 关键参数清单定义：在部件规格说明中，需明确关键参数清单。这些参数对终端用户实现部件在车辆中的完整功能性能、可靠运行至关重要，同时也是确保部件与车辆连接系统兼容所必须了解的，可通过书面文件、图纸、原理图等形式定义。

2. 参数示例：建议考虑纳入清单的参数有静态电流消耗、峰值和额定工作电流及电压、接触电阻、输入阻抗、信号速率（上升和下降时间）、总线规格等，这些参数如同部件的 “健康指标”。

3. 参数记录：在整个测试期间，需对关键参数进行持续记录，不放过任何可能影响部件性能的细节。

4. 错误存储器监测：对于有错误存储器的部件，每次测试的起始和结束阶段均需监测错误存储器，并将相关记录条目记录在测试报告中，以便及时发现潜在问题。

5. 数据分析：对连续参数监测所收集的数据进行趋势和漂移分析，通过这些数据的变化，能够识别部件是否存在异常、老化或故障情况，如同为部件进行全面 “体检”。

通过对 ISO 21780:2020 标准的深入解读，我们可以看到，它如同一位严谨的 “守护者”，为道路车辆 48V 供电系统的电气性能和测试规范提供了全面、细致的指导，确保车辆在复杂的电气环境中能够安全、稳定地运行。相信随着汽车技术的不断发展，48V 供电系统在该标准的护航下，将在汽车领域发挥愈发重要的作用，为我们带来更高效、更智能的出行体验。

文章来源于公众号：汽车零部件实验，谢谢姚老师的分享！如有侵权，请联系删除！

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