GB/T 24347-2021 DC/DC converter for electric vehicles English
DC/DC converter for electric vehicles
1 Scope
This document specifies the technical requirements and test methods of DC/DC converter for electric vehicles.
This document is applicable to DC/DC converter for electric vehicles, for other circuits with DC/DC conversion function, this document may be referred.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
GB/T 18655-2018 Vehicles boats and internal combustion engines—Radio disturbance characteristics—Limits and methods of measurement for the protection of on-board receivers
GB/T 19596 Terminology of electric vehicles
GB/T 19951 Road vehicles—Disturbance test methods for electrical/electronic component from electrostatic discharge
GB/T 28046.3-2011 Road vehicles—Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment—Part 3: Mechanical loads
GB/T 28046.4-2011 Road vehicles—Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment—Part 4: Climatic loads
GB/T 29259 Road vehicle—Electromagnetic compatibility terminology
ISO 7637-2: 2011 Road vehicles—Electrical disturbances from conduction and coupling—Part 2: Electrical transient conduction along supply lines only
ISO 7637-3: 2016 Road vehicles—Electrical disturbances from conduction and coupling Part 3: Electrical transient transmission by capacitive and inductive coupling via lines other than supply lines
ISO 11452 2 Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy—Part 2: Absorber lined shielded enclosure
ISO 11452-4 Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy—Part 4: Harness excitation methods
ISO 11452-8: 2015 Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy—Part 8: Immunity to magnetic fields
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in GB/T 19596 and GB/T 29259 and the following apply.
3.1
DC/DC converter
device capable of converting electric energy of one DC voltage value into electric energy of another DC voltage value
[Source: GB/T 19596-2017, 3.2.4.1, modified]
3.2
overshoot and response time
overshoot refers to the ratio (%) for the maximum deviation of the transient value from the steady-state value to the steady-state value in the process of the controlled value of the DC/DC converter from the change time to the recovery within the control error range when the input or output changes; response time refers to the time when the controlled quantity reaches and remains the allowable deviation range if the input or output changes
Note: The schematic diagram for overshoot and response time is shown in Figure 1.
... ...
Figure 1 Schematic diagram for overshoot and response time
3.3
quiescent current
current of low-voltage battery consumed by DC/DC converter in sleep status
3.4
weighted efficiency
weighted average of each efficiency of the load spectrum corresponding to the DC/DC converter?
3.5
DC/DC for high voltage output
DC/DC converter with a rated output voltage level greater than 60V and less than 1,500V
3.6
DC/DC for low voltage output
DC/DC converter with a rated output voltage level not greater than 60V
3.7
ripple factor
ratio of the half of the difference between the peak value and the valley value of the pulsating DC power to the absolute value of its direct current component
[Source: GB/T 19826-2014, 3.8]
4 Technical requirements
4.1 Appearance requirements
Foreword i
1 Scope
2 Normative references
3 Terms and definitions
4 Technical requirements
4.1 Appearance requirements
4.2 Input-output characteristics
4.3 Protection function
4.4 Environmental adaptability
4.5 Electromagnetic compatibility
4.6 Electrical safety
5 Test methods
5.1 Test requirements
5.2 Appearance test
5.3 Input-output characteristics test
5.4 Protection function test
5.5 Environmental adaptability test
5.6 Electromagnetic compatibility test
5.7 Electrical safety test
Bibliography
1 范圍
本文件規定了電動汽車DC/DC變換器的技術要求、試驗方法。
本文件適用于電動汽車用DC/DC變換器，其他具有DC/DC轉換功能的電路參照本文件。
2規范性引用文件
下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T 18655—2018車輛、船和內燃機 無線電騷擾特性 用于保護車載接收機的限值和測量方法
GB/T 19596 電動汽車術語
GB/T 19951 道路車輛 電氣/電子部件對靜電放電抗擾性的試驗方法
GB/T 28046.3—2011道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗 第3部分：機械負荷
GB/T 28046.4—2011道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗 第4部分：氣候負荷
GB/T 29259道路車輛 電磁兼容術語
ISO 7637-2：2011道路車輛 由傳導和耦合引起的電騷擾 第2部分：沿電源線的電瞬態傳導(Road vehicles—Electrical disturbances from conduction and coupling—Part 2：Electrical transient conduction along supply lines only)
ISO 7637-3：2016道路車輛 由傳導和耦合引起的電騷擾 第3部分：除電源線外的導線通過容性和感性耦合的電瞬態發射(Road vehicles—Electrical disturbances from conduction and coupling Part 3：Electrical transient transmission by capacitive and inductive coupling via lines other than supply lines)
ISO 11452 2道路車輛 窄帶輻射電磁能引發的電騷擾的零部件試驗方法 第2部分：裝有吸波材料的屏蔽室(Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy—Part 2：Absorber lined shielded enclosure)
ISO 11452-4道路車輛 窄帶輻射電磁能引發的電騷擾的零部件試驗方法 第4部分：大電流注入(BCI)法(Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radi-ated electromagnetic energy—Part 4：Harness excitation methods)
ISO 11452-8：2015 道路車輛 窄帶輻射電磁能引發的電騷擾的零部件試驗方法 第8部分：磁場抗擾法(Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radia-ted electromagnetic energy—Part 8：Immunity to magnetic fields)
3術語和定義
GB/T 19596、GB/T 29259界定的以及下列術語和定義適用于本文件。
3.1
DC/DC變換器DC/DC converter
能夠將一個直流電壓值的電能變換為另一個直流電壓值的電能的裝置。
[來源：GB/T 19596—2017，3.2.4.1，有修改]
3.2
超調量和恢復時間 overshoot and response time
輸入或輸出發生躍變時，DC/DC變換器的被控制量從變化時刻起到恢復至控制誤差范圍內的過程中，瞬態值偏離穩態值的最大偏離量占穩態值的百分比即為超調量；從輸入或輸出發生變化的時刻開始，被控制量達到并保持在允許偏差范圍內的時間為恢復時間。
注：招調和恢復時間示意圖如圖1所示。
響應
超調幅度
允許偏差
穩態值
恢復時間
激勵
圖1 超調和恢復時間示意圖
3.3
靜態電流 quiescent current
DC/DC變換器在休眠狀態下消耗低壓蓄電池的電流。
3.4
加權效率 weighted efficiency
DC/DC變換器對應的負載譜各個效率的加權平均值。
3.5
高壓輸出DC/DC DC/DC for high voltage output
額定輸出電壓等級大于60 V不大于1 500 V的DC/DC變換器。
3.6
低壓輸出DC/DC DC/DC for low voltage output
額定輸出電壓等級不大于60 V的DC/DC變換器。
3.7
紋波因數ripple factor
脈動直流電量的峰值與谷值之差的一半，與其直流分量絕對值的比值。
[來源：GB/T 19826—2014，3.8]
4 技術要求
4.1外觀要求
4.1.1 電動汽車DC/DC變換器(以下簡稱“DC/DC”)外表面應無明顯的破損、變形等缺陷。
4.1.2 DC/DC的接線端或引出線應完整無損，緊固件連結應無松脫。
4.1.3 DC/DC易觸及的表面應無銹蝕、毛刺、飛邊及類似尖銳邊緣。
4.1.4 包含有產品信息的標志安裝應端正牢固，字跡清晰。
4.2輸入輸出特性
4.2.1 效率
低壓輸出DC/DC的加權效率分為E1、E2、E3三個等級，高壓輸出DC/DC的加權效率不做分級。加權效率值應符合表1的規定。
表1加權效率
變換器類型 加權效率
低壓輸出DC/DC E3 E2 E1
88％～90％ >90％～92％ >92％
高壓輸出DC/DC ≥95％
4.2.2額定功率
在規定的環境條件、額定輸入電壓、額定輸出電壓下，DC/DC可持續工作的最大功率應不小于標稱的額定功率值。
4.2.3控制誤差
4.2.3.1 電壓控制誤差
DC/DC在恒壓狀態下運行，其電壓控制誤差應不超過±2％。
4.2.3.2 電流控制誤差
DC/DC在恒流狀態下運行，當被控電流大于或等于額定電流的20％時，其電流控制誤差應不超過±2％；當被控電流小于額定電流的20％時，其電流控制誤差應符合產品技術文件的規定。
4.2.4超調量和恢復時間
DC/DC在負載發生躍變時，輸出電壓的超調量應不大于10％，恢復時間應不大于5 ms。
燃料電池動力系統用DC/DC在輸出負載發生躍變時，輸入電流超調應不大于10％，恢復時間應不大于20 ms。
4.2.5靜態電流
DC/DC無輸出狀態下，與低壓蓄電池有固定電氣連接(無法控制斷開)的端口，靜態電流應不大于3 nA。
4.2.6輸出電壓紋波因數
DC/DC輸出電壓紋波因數應不大于5％。
4.3 保護功能
4.3.1輸入過、欠壓保護
當DC/DC輸入電壓大于或等于過壓保護值，或者小于或等于欠壓保護值時，應關閉或者限制輸出。故障排除后，可自動或經過必要的人為干預后恢復輸出。
輸入過壓保護值和輸入欠壓保護值應符合產品技術文件規定。
4.3.2輸出過、欠壓保護
當DC/DC輸出電壓大于或等于過壓保護值，或者小于或等于欠壓保護值時，應關閉或者限制輸出。故障排除后，可自動或經過必要的人為干預后恢復輸出。
輸出過壓保護值和輸出欠壓保護值應符合產品技術文件規定。
4.3.3輸出短路保護
具有短路保護功能的DC/DC，當DC/DC輸出端發生短路，應關閉或者限制功率輸出。故障排除后，可自動或經過必要的人為干預后恢復輸出。
4.3.4過溫保護
DC/DC應具備過溫保護功能，當DC/DC溫度采樣點的溫度達到過溫保護設定值時，應關閉或者限制輸出。故障排除后，可自動或經過必要的人為干預后恢復輸出。
過溫保護值應符合產品技術文件規定。
4.4環境適應性
4.4.1環境條件
4.4.1.1環境溫度
若無特殊要求，應符合表2規定的溫度限值，冷卻液參數的要求應符合產品技術文件規定。
表2環境溫度
低溫貯存環境溫度 低溫工作環境溫度 高溫貯存環境溫度 高溫工作環境溫度
40℃ 40℃ 85℃ 根據DC/DC安裝位置，參照GB/T 28046.4—2011中表1選定
4.4.1.2相對濕度
相對濕度5％～95％。
4.4.1.3海拔
海拔高度應不高于2 000 m，或者符合產品技術文件規定。
4.4.2低溫
4.4.2.1低溫貯存
DC/DC的耐低溫貯存能力應能滿足GB/T 28046.4—2011中5.1.1.1的要求。
4.4.2.2低溫工作
DC/DC的耐低溫工作能力應能滿足GB/T 28046.4—2011中5.1.1.2的要求。
4.4.3 高溫
4.4.3.1 高溫貯存
DC/DC的耐高溫貯存能力應能滿足GB/T 28046.4—2011中5.1.2.1的要求。
4.4.3.2 高溫工作
DC/DC的耐高溫工作能力應能滿足GB/T 28046.4—2011中5.1.2.2的要求。
4.4.4濕熱
4.4.4.1 濕熱循環
DC/DC的耐濕熱循環能力應能滿足GB/T 28046.4—2011中5.6的要求。
4.4.4.2穩態濕熱
DC/DC的耐穩態濕熱能力應能滿足GB/T 28046.4—2011中5.7的要求。
4.4.5 鹽霧
DC/DC的抗鹽霧能力應能滿足GB/T 28046.4—2011中5.5的要求。
4.4.6耐振性
DC/DC的耐振性應能滿足GB/T 28046.3—2011中4.1的要求。
4.4.7機械沖擊
DC/DC的耐機械沖擊能力應能滿足GB/T 28046.3—2011中4.2的要求。
4.5 電磁兼容
4.5.1 功能特性狀態
功能特性狀態定義了被測裝置(DUT)在試驗環境下功能特性的期望目標，適于DUT的每一個獨立功能，描述了試驗中和試驗后預期功能的工作狀態。以下給出了四個功能特性狀態：
——狀態I：試驗中和試驗后能夠完成設計功能；
——狀態Ⅱ：試驗中不能完成設計功能，但試驗后能夠自動恢復到常態；
——狀態Ⅲ：試驗中不能完成設計功能，但試驗后在試驗人員的簡單操作下，可以恢復到常態，例如通過對DUT開/關，或者重新啟動；
——狀態Ⅳ：試驗中不能完成設計功能，試驗后需要較復雜的操作才能恢復到常態，對DUT的功能不應造成任何永久性損壞。例如，斷開蓄電池或供電電源后再連接。
每次試驗都應確定最低功能狀態，供應商和車輛制造商可以協商附加要求。
4.5.2 電磁抗擾度
4.5.2.1 靜電放電(ESD)抗擾度
DC/DC應能滿足表3中試驗項目和對應的功能特性狀態要求。
表3 ESD抗擾度試驗項目及功能等級要求
項目 試驗嚴酷等級 功能特性狀態要求
ESD抗擾度 通電ESD試驗 ±8 kV(直接接觸放電)
±15 kV(直接空氣放電)
±20 kV(間接接觸放電) 狀態I
不通電ESD試驗 ±8 kV(直接接觸放電)
±15 kV(直接空氣放電) 狀態Ⅱ
4.5.2.2低壓沿電源線的電瞬態傳導抗擾度
低壓沿電源線的電瞬態傳導抗擾使用的試驗等級及功能特性狀態要求應符合表4、表5的規定。
表4 12 V系統使用的試驗等級及功能特性狀態要求
試驗脈沖 試驗等級/V 最少脈沖數或
試驗時間 短脈沖循環時間或脈沖重復時間 功能特性狀態要求
最小 最大
1 -112 500個脈沖 0.5 s 5 s 狀態Ⅲ
2a +55 500個脈沖 0.2 s 5 s 狀態I
2b +10 10個脈沖 0.5 s 5 s 狀態Ⅲ
3a -165 1 h 90 ms 100 ms 狀態I
3b +112 1 h 90 ms 100 ms 狀態I
表5 24 V系統使用的試驗等級及功能特性狀態要求
試驗脈沖 試驗等級/V 最少脈沖數或試驗時間 短脈沖循環時間或脈沖重復時間 功能特性狀態要求
最小 最大
1 -450 500個脈沖 0.5 s 5 s 狀態Ⅲ
2a +55 500個脈沖 0.2 s 5 s 狀態I
2b +20 10個脈沖 0.5 s 5 s 狀態Ⅲ
3a -220 1 h 90 ms 100 ms 狀態I
3b +220 1 h 90 ms 100 ms 狀態I
4.5.2.3低壓沿非電源線的傳導抗擾度
對于含有低壓非電源線的DC/DC，其低壓沿非電源線的傳導抗擾度應滿足ISO 7637-3：2016附錄B中試驗等級Ⅲ的要求。
功能特性狀態要求應為狀態I。
4.5.2.4 電波暗室法抗擾度
在80 MHz～2 000 MHz頻段內，電波暗室法抗擾試驗嚴酷等級為75 V/m。
功能特性狀態要求應為狀態I。
4.5.2.5大電流注入(BCI)法抗擾度
在1 MHz到400 MHz的頻段內，BCI法抗擾試驗嚴酷等級為100 mA。
功能特性狀態要求應為狀態工。
4.5.2.6磁場抗擾度
磁場抗擾度試驗應滿足ISO 11452-8：2015中表A.1試驗等級Ⅲ的要求。
功能特性狀態要求應為狀態I。
4.5.3 電磁發射騷擾
4.5.3.1 傳導發射騷擾
4.5.3.1.1 傳導發射電壓法對于非屏蔽系統及低壓人工網絡射頻端口的測量，限值應符合GB/T 18655—2018中表5等級3的限值要求，或者符合產品技術文件規定。
4.5.3.1.2屏蔽電源裝置傳導電壓法測量應符合GB/T 18655—2018中表I.1等級3的限值要求，或者符合產品技術文件規定。
4.5.3.1.3 DC/DC傳導發射電流探頭法的限值應符合GB/T 18655—2018中表6等級3的限值要求，或者符合產品技術文件規定。
4.5.3.2輻射發射騷擾
DC/DC輻射發射騷擾應滿足GB/T 18655—2018中表7等級3的限值要求，或者符合產品技術文件規定。
4.5.3.3 沿電源線的電瞬態傳導騷擾
DC/DC沿電源線的電瞬態傳導騷擾應滿足ISO 7637-2：2011附錄B中等級Ⅲ的要求。
4.6 電氣安全
4.6.1 絕緣電阻
DC/DC的絕緣電阻應滿足以下要求，或者符合產品技術文件規定。
a)各獨立帶電電路與地(外殼)之間的絕緣電阻不小于10 MΩ；
b)無電氣聯系的各電路之間的絕緣電阻不小于10 MΩ。
4.6.2耐電壓性能
各獨立電路對地(外殼)之間、彼此無電氣連接的各電路之間的耐電壓性能應符合表6的規定。耐電壓試驗持續時間為1 min，無擊穿和電弧現象，漏電流限值應符合產品技術文件規定。
表6 DC/DC接線端子對地(外殼)的耐電壓要求
單位為伏特
最高工作電壓Udmax 試驗電壓
Udmax≤60 500
60500 1 000+2×Udmax
注1：表中試驗電壓為(50±5)Hz交流電壓的有效值。
注2：試驗電壓可采用表中對應電壓值的等效直流電壓(交流電壓有效值的1.4倍)。
4.6.3 安全接地檢查
DC/DC中能觸及的可導電部分與外殼接地點處的電阻應不大于0.1 Ω。接地點應有明顯的接地標志。若無特定的接地點，應在有代表性的位置設置接地標志。
5試驗方法
5.1 試驗要求
5.1.1標準試驗環境要求
如無特殊環境規定時，試驗應按如下環境條件進行：
a)環境溫度：23℃±5℃；
b)環境相對濕度：25％～75％；
c)環境氣壓：86 kPa～106 kPa；
d)液冷DC/DC的冷卻液參數應符合產品技術文件規定。
5.1.2儀器設備要求
試驗用設備應采用比受試設備技術指標至少高一個等級，且具有足夠的分辨率、準確度和穩定度。若無特殊規定，應滿足下列要求：
a)一般使用的儀表精度應根據被測量的誤差等級按照表7進行選擇；
b)測量溫度用儀表誤差為±1℃；
c)測量時間用儀表相對誤差為1％；
d)恒溫、恒濕試驗箱要求溫度控制誤差為±2℃，相對濕度控制誤差為±3％，容積不小于5倍被測樣品的體積；
e)其他測試儀表的精度應符合有關標準的要求，并在計量認證的有效期內。
表7測試儀表精度的選擇
誤差 ≤0.5％ 0.5％～1.5％ 1.5％～5％ 7.5％
儀表精度 0.1級 0.2級 0.5級 1.0級
數字儀表精度 6位半 5位半 4位半 4位半
5.2外觀試驗
目測及表面觸摸檢查。
5.3輸入輸出特性試驗
5.3.1 輸入輸出性能試驗線路示意圖
輸入輸出性能試驗線路示意圖如圖2所示。
可調直流源
功率分析儀
DC/DC變換器
冷卻系統
數字示波器
可調直流負載
說明：
A1——輸入電流采樣裝置；
A2——輸出電流采樣裝置；
V1——輸入電壓采樣裝置；
V2——輸出電壓采樣裝置。
圖2 輸入輸出性能試驗線路示意圖
5.3.2 效率試驗
試驗方法及步驟：
a)按照圖2接好試驗電路，電子負載設置為恒流(或者恒阻)負載模式；
b)在額定輸入和額定輸出的條件下開啟DC/DC，工作30 min后開始測量效率；
c)保持輸入電壓為額定電壓，按照表8(高壓DC/DC按照表9)所示的負載譜，調節輸出電流，分別記錄各負載工況條件下的輸入功率和輸出功率，計算得到各工況條件下的效率ηi；
d)按照公式(1)及表8(高壓DC/DC按照表9)中的權重系數，計算加權效率。
注1：DC/DC的輸入功率用其輸入端的電壓和電流的測量值的乘積來計算。
注2：DC/DC的輸出功率用其輸出端的電壓和電流的測量值的乘積來計算。
注3：效率測試數據采樣有必要確保輸入輸出數據同步，電壓采樣點選取DC/DC的端口(或接線電纜頭部)。
注4：效率測試不包含輔助源。
注5：若產品技術文件另有規定，效率測試根據產品技術文件執行。
表8低壓DC/DC負載譜及其權重
