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 18655—2018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 19596 电动汽车术语
GB/T 19951 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 28046.3—2011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 28046.4—2011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 29259道路车辆 电磁兼容术语
ISO 7637-2：2011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(Road vehicles—Electrical disturbances from conduction and coupling—Part 2：Electrical transient conduction along supply lines only)
ISO 7637-3：2016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(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(Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy—Part 2：Absorber lined shielded enclosure)
ISO 11452-4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(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(Road vehicles—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radia-ted electromagnetic energy—Part 8：Immunity to magnetic fields)
3术语和定义
GB/T 19596、GB/T 29259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DC/DC converter
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 19596—2017，3.2.4.1，有修改]
3.2
超调量和恢复时间 overshoot and response time
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。
注：招调和恢复时间示意图如图1所示。
响应
超调幅度
允许偏差
稳态值
恢复时间
激励
图1 超调和恢复时间示意图
3.3
静态电流 quiescent current
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 weighted efficiency
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DC/DC DC/DC for high voltage output
额定输出电压等级大于60 V不大于1 500 V的DC/DC变换器。
3.6
低压输出DC/DC DC/DC for low voltage output
额定输出电压等级不大于60 V的DC/DC变换器。
3.7
纹波因数ripple factor
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 19826—2014，3.8]
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。
4.1.2 DC/DC的接线端或引出线应完整无损，紧固件连结应无松脱。
4.1.3 DC/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。加权效率值应符合表1的规定。
表1加权效率
变换器类型 加权效率
低压输出DC/DC E3 E2 E1
88％～90％ >90％～92％ >92％
高压输出DC/DC ≥95％
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5 ms。
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20 ms。
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3 nA。
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。
表2环境温度
低温贮存环境温度 低温工作环境温度 高温贮存环境温度 高温工作环境温度
40℃ 40℃ 85℃ 根据DC/DC安装位置，参照GB/T 28046.4—2011中表1选定
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2 000 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 28046.4—2011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 28046.4—2011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 28046.4—2011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 28046.4—2011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 28046.4—2011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 28046.4—2011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 28046.4—2011中5.5的要求。
4.4.6耐振性
DC/DC的耐振性应能满足GB/T 28046.3—2011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 28046.3—2011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。
表3 ESD抗扰度试验项目及功能等级要求
项目 试验严酷等级 功能特性状态要求
ESD抗扰度 通电ESD试验 ±8 kV(直接接触放电)
±15 kV(直接空气放电)
±20 kV(间接接触放电) 状态I
不通电ESD试验 ±8 kV(直接接触放电)
±15 kV(直接空气放电) 状态Ⅱ
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。
表4 12 V系统使用的试验等级及功能特性状态要求
试验脉冲 试验等级/V 最少脉冲数或
试验时间 短脉冲循环时间或脉冲重复时间 功能特性状态要求
最小 最大
1 -112 500个脉冲 0.5 s 5 s 状态Ⅲ
2a +55 500个脉冲 0.2 s 5 s 状态I
2b +10 10个脉冲 0.5 s 5 s 状态Ⅲ
3a -165 1 h 90 ms 100 ms 状态I
3b +112 1 h 90 ms 100 ms 状态I
表5 24 V系统使用的试验等级及功能特性状态要求
试验脉冲 试验等级/V 最少脉冲数或试验时间 短脉冲循环时间或脉冲重复时间 功能特性状态要求
最小 最大
1 -450 500个脉冲 0.5 s 5 s 状态Ⅲ
2a +55 500个脉冲 0.2 s 5 s 状态I
2b +20 10个脉冲 0.5 s 5 s 状态Ⅲ
3a -220 1 h 90 ms 100 ms 状态I
3b +220 1 h 90 ms 100 ms 状态I
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 7637-3：2016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80 MHz～2 000 MHz频段内，电波暗室法抗扰试验严酷等级为75 V/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1 MHz到400 MHz的频段内，BCI法抗扰试验严酷等级为100 mA。
功能特性状态要求应为状态工。
4.5.2.6磁场抗扰度
磁场抗扰度试验应满足ISO 11452-8：2015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 18655—2018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 18655—2018中表I.1等级3的限值要求，或者符合产品技术文件规定。
4.5.3.1.3 DC/DC传导发射电流探头法的限值应符合GB/T 18655—2018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 18655—2018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 7637-2：2011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10 MΩ；
b)无电气联系的各电路之间的绝缘电阻不小于10 MΩ。
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1 min，无击穿和电弧现象，漏电流限值应符合产品技术文件规定。
表6 DC/DC接线端子对地(外壳)的耐电压要求
单位为伏特
最高工作电压Udmax 试验电压
Udmax≤60 500
60500 1 000+2×Udmax
注1：表中试验电压为(50±5)Hz交流电压的有效值。
注2：试验电压可采用表中对应电压值的等效直流电压(交流电压有效值的1.4倍)。
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0.1 Ω。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：86 kPa～106 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。
表7测试仪表精度的选择
误差 ≤0.5％ 0.5％～1.5％ 1.5％～5％ 7.5％
仪表精度 0.1级 0.2级 0.5级 1.0级
数字仪表精度 6位半 5位半 4位半 4位半
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示意图
输入输出性能试验线路示意图如图2所示。
可调直流源
功率分析仪
DC/DC变换器
冷却系统
数字示波器
可调直流负载
说明：
A1——输入电流采样装置；
A2——输出电流采样装置；
V1——输入电压采样装置；
V2——输出电压采样装置。
图2 输入输出性能试验线路示意图
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30 min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。
表8低压DC/DC负载谱及其权重
