车辆电气及电子设备起动低电压的供电环境条件和试验标准解析

文/卢兆明 许 毅 蔡振峰 沈海舟

ISO 16750-2:2010《道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第2部分:电气负荷》今年上半年已发布第3版，代替了2006年发布的第2版。新版标准对12 V/24 V供电系统的电器及电子设备在启动时蓄电池供电产生短时低供电电压条件的起动特性试验作了修订，其中增加了时间和电压参数的容差要求。ISO 21848:2005《道路车辆42 V供电电压的电气和电子设备电气负荷》也包括了本试验。但要求不同，试验描述也略有不同。目前，由全国汽车标准化技术委员会电子与电磁兼容分技委（SAC/TC114/SC29_ISO/TC22/SC3）完成了2项ISO国际标准转化为国家标准的起草，并进入了2009年报批程序；ISO 16750-2新版的翻译和验证工作也已完成。

在GB/T 21437.2_ISO 7637.2《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》的试验脉冲4中也描述了本试验，但不包括42 V系统。尽管在示意图和参数上有些许细小的差异，但试验的表述是基本相同的。

下面就对上述2项标准的12 V/24 V系统和42 V系统的抛负载试验一起展开讨论，同时结合ISO 7637.2的相关要求。

一、起动时低电压的供电环境

在低温条件下，通过起动电机用蓄电池供电发动汽车引擎时，起动电机具有时间短、电流大和发动机机件阻力较大的特点。加之蓄电池因低温化学反应活性下降，会造成供电电压在很短的时间内明显下降。故此恶劣环境也被称作低温起动的供电环境。另环境温度越低，蓄电池越旧，电压下降的幅度就会越大（见图1）。

图1 起动电压试验示意图

其中：a为当起动电机通电时，脉冲模拟的过程发生。

ISO 7637-2《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》的试验脉冲4，就是描述的内燃机起动机通电时电源电压降低的条件。

当起动电机开始转动，克服初始机械阻力时，电机可以处在短期超载状态，此时电流最大，供电电压处于最低；当机械系统转动起来，机械阻力相对减小，起动电机转速提升，电流也略有下降，电压则略有上升；起动电机转速继续提升，发动机转速起来，起动机自动脱离，电源断开，供电电压随即恢复正常。

起动低电压的供电环境条件（参见表1），对12 V供电系统的用电设备，最低的供电电压范围仅为8 V～3 V；对24 V供电系统的用电设备，最低的供电电压范围则为10 V～6 V；对42 V供电系统的用电设备，最低的供电电压则为18 V。这对较为重要的引擎管理系统管理控制单元，具备最低电压正常工作运行，执行其管理功能是必须的；同时，汽车电子驻车子系统和信息子系统，如导航、通讯等设备也应保持其功能；此外，空调、灯光等虽可以暂时停顿让电，但他们的管理系统还是需要克尽职守，保持功能的有效。

表1 额定12 V/24 V供电系统起动电压试验参数和容差（ISO 16750-2:2010版，表3和表4）

二、起动低电压环境的应对方案

起动低电压环境的应对方案可有两种：其一，为受试样品的电路直接设计为可以满足低电压环境，或能够满足在脉冲周期内的要求，并能在额定供电电压上限正常工作；其二，可采用降压/升压拓扑实现。

三、起动低电压供电环境的试验条件

1.12 V/24 V供电系统的起动低电压供电环境试验

①ISO 16750-2给出的12 V/24 V供电系统启动电压试验（该试验参数见表1、脉冲曲线见图2）。

ISO 16750定义US为随系统负荷和发电机的运行条件而变化的车辆电气系统电压。在图2的下降沿tf，建立扭矩的过程，是起动电机尚未转动或转速极低，电流持续增加；当建立扭矩，推动引擎开始旋转，因转速低而未产生足够的贯量时，电流基本维持，此时t6的电压US6最低；当旋转贯量逐渐建立，起动电机带动引擎转速逐步提升时，t7段的起动机电流开始减小，电压开始恢复到UA，发电机供电时的供电电压，此时交流发电机启动。

图2 12 V/24 V供电系统起动电压试验曲线

t8段曲线描述了发动机点着前的供电条件。当引擎转速逐渐提高，交流发电机出力渐增，随之逐缸被点着，经历tr后，起动电机退出工作，系统电压恢复。ISO 16750-2的这段脉冲曲线与ISO 7637-2的表述有所不同。在UA上叠加峰峰值为2 V的2 Hz正弦波，用以模拟引擎点着前因气缸压缩产生的阻力扭矩对供电电压的影响。

②按图2及表1给出的启动特性参数同时加到被测设备（DUT）的有效输入端。

a） 选取并确定等级的试验参数；

b） 共进行10次；

c） 启动循环之间间隔1 s～2 s。

③对受试样品要求，其功能状态至少应达到ISO 16750-1定义的A级，即试验中装置/系统一个或多个功能不满足设计要求，但试验后所有功能能自动恢复到正常运行。其他按表1确定。

2.42 V供电系统的起动低电压供电环境试验

①ISO 7637-2的试验脉冲4，并未包括42 V系统供电条件。ISO 21848给出的试验脉冲曲线（见图3）形状与之相同，没有加峰峰值为2 V的2 Hz正弦波。给出的试验参数（见表2）已经可以支撑试验要素。

表2 额定42 V供电系统起动电压试验参数

对电压和t1,t2和/或t3间持续时间的特殊要求可以由车辆生产商和供应商协商确定。

②按图3及表2给出的启动特性参数同时加到DUT的相关输入端。

③对受试样品要求

受试样品其功能状态至少应达到ISO 16750-1定义的A级。即试验中和试验后，装置/系统所有功能满足设计要求。特殊要求可以由车辆生产商和供应商协商确定为B级，试验中装置/系统所有功能满足设计要求，但允许有一个或多个超出规定允差。试验后所有功能应自动恢复到规定限值。存储器功能应符合A级标准。在启动期间不要求的功能至少应达到C级，试验中装置/系统一个或多个功能不满足设计要求，但试验后所有功能能自动恢复到正常运行。

四、综述

在起动电压试验中应考虑下列要素。

1.可以采用数字智能电源预设值试验脉冲后进行试验。

2.试验委托方应在提交试验委托时，介绍受试样品在起动低电压环境的应对方案。

3.试验委托方应在提交试验委托时，给出受试样品功能监测的细节和判定要素。当一个脉冲注入过程不足以实现所要求的功能监测时，应制订可行的试验方案。

4.对12 V/24 V系统试验脉冲中，t7、t8间波形连接设置，应注意叠加正弦波的相位。应在UA+1 V正弦相位180°时过渡，t8、tr间波形连接设置应保持连续。

图3 42 V供电系统起动电压试验曲线

5.受试样品对12 V系统最低的供电电压。参数II或参数III的环境可能会更敏感些。

6.12 V/24 V供电系统起动电压试验曲线标注的US6（t6）的参数。

12 V/24 V供电系统起动电压试验曲线，由于ISO 7637-2的脉冲4示意图与ISO 16750本试验的标注方式不同，在试验中可能会需要一些换算和比较。

ISO 7637-2的脉冲4的取值表述：实际试验施加电压=UB-|US|，参见表3。显然ISO 16750的本试验所用参数更严酷一些。

表3 ISO 7637-2的脉冲4的取值与ISO 16750-2本试验标注的US6（t6）的试验施加电压范围比较

7.12 V/24 V供电系统起动电压试验曲线标注的UA（t8）参数。

ISO 16750中UA定义为工作模式3试验电压，即为发电机供电时的供电电压。

在验证试验中，发现ISO 16750-2:2010版本试验的脉冲波形示意图（本文图2）或该版的表3、表4（本文表1）标注有误。如果，将该版的表3、表4（本文表1）中对US的赋值改为UA，更为合理。而原图中的US，姑且按2006版，理解为UN，且可作如下讨论：

ISO 7637-2中的脉冲4取值表述：实际试验施加电压 =UB-|Ua|， 且 |Ua|不 大 于 |US|（见 表 4）。 显 然 ISO 16750的本试验所用参数偏严酷一些。

8.根据第7点所述的原因，在本试验实施时，应对委托方作必要的解释，再次确定试验参数，并把试验参数详细地记录在报告中。此问题将到ISO TC22/SC3会议中予以解决。

表4 ISO 7637-2的脉冲4的取值与ISO 16750-2本试验标注的UA（t8）的试验施加电压范围比较

9.在试验中，应用脉冲波形记录设备记录脉冲注入过程。探头的阻抗应相对受试样品输入阻抗相差在一个数量级以上。

10.42 V系统有42 V单电压系统和组合电压系统，试验方案制订时应注意到受试样品所处的供电回路和可能承受的电源环境。

11.ISO 21848没有给出注入脉冲次数；ISO7637-2对于12 V/24 V系统注入试验脉冲1次。

[1]ISO/TC 22/SC 3,ISO committee.ISO 16750-2:2010 Road vehicles-Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment-Part 2:Electrical loads[S].

[2]ISO/TC 22/SC 3,ISO committee.ISO 21848:2005 Road vehicles-Electrical and electronic equipment for a supply voltage of 42 V-Electrical loads[S].

[3]徐立.汽车电子部件的电磁抗扰度技术要求[J].电子质量,2006(11):77-80.

[4]Michele Sclocchi,Frederik Dodtal.适用于汽车冷起动应用的双开关降压/升压技术[J].世界电子元器件2009(3):49-51.