ISO 21498-3-2021 中文版 道路车辆 - 电气和电子设备的环境条件和测试 电动车辆高压部件 第 3 部分：机械负荷

ISO21498-3:2021中文版道路车辆—电气和电子设备的环境条件和测试电动车辆高压部件第3部分：机械负荷前言本标准为ISO21498系列标准的第3部分，对应国际标准ISO21498-3:2021《Roadvehicles—Environmentalconditionsandtestingforelectricalandelectronicequipment—High-voltagecomponentsforelectricvehicles—Part3:Mechanicalloads》，本中文版为等同采用该国际标准的中文翻译版本，无技术性差异，仅对国际标准中的技术术语、测试流程描述进行中文适配翻译，确保术语定义的准确性、一致性和专业性，贴合我国电动车辆行业的技术表述习惯。ISO21498系列标准是国际标准化组织（ISO）针对电动车辆高压电气电子设备制定的专项环境条件与测试标准，源于汽车行业对电动车辆高压部件安全性、可靠性的核心需求，是ISO16750系列标准在电动车辆高压领域的延伸与细化。该系列标准分为多个部分，分别覆盖电压特性、电气测试、机械负荷等核心内容，其中本部分专门针对电动车辆高压部件的机械负荷要求进行规范，明确了机械负荷的环境条件、测试方法、验收准则，为高压部件的设计、生产、测试、认证提供统一的技术依据。随着电动车辆产业的快速发展，高压部件（如动力电池包、电机控制器、高压配电箱、车载充电机等）作为电动车辆的核心组成部分，其运行环境复杂多变，在车辆行驶、装卸、运输、维修等全生命周期内，会持续承受振动、冲击、碰撞、应力等多种机械负荷，若机械性能不达标，极易导致部件损坏、绝缘失效，进而引发漏电、火灾等安全事故。本标准的制定，旨在通过明确统一的机械负荷测试要求，确保高压部件在预期使用场景下能够抵御各类机械应力，保障电动车辆的行驶安全和使用可靠性。本标准发布于2021年，正式实施日期与发布日期一致，是电动车辆高压部件机械性能测试领域的核心标准，替代了此前相关的行业临时规范，填补了国际上电动车辆高压部件机械负荷专项标准的空白。与相关同类标准相比，本标准聚焦高压部件的特殊性，结合电动车辆的行驶工况、安装环境，细化了不同类型高压部件的机械负荷参数，优化了测试流程，增强了标准的可操作性和针对性，适用于全球范围内电动车辆高压部件的研发、生产和检测。本标准的实施，对于规范电动车辆高压部件的机械性能要求、统一行业测试标准、提升高压部件产品质量具有重要意义。国内相关标准GB/TXXXX-XXXX（道路车辆电气和电子设备的环境条件和测试电动车辆高压部件第3部分：机械负荷）修改采用本标准，进一步推动了我国电动车辆行业与国际标准的接轨，为国内整车企业、零部件供应商、检测机构提供了统一的执行依据，助力我国电动车辆产业的高质量发展。1范围本标准规定了电动车辆（包括纯电动汽车、插电式混合动力电动汽车、增程式电动汽车）高压部件在全生命周期内所承受的机械负荷的环境条件、测试方法、验收准则以及测试报告的要求。本标准适用于电动车辆中额定电压为B级电压（最大工作电压＞30VAC（rms）且＜1000VAC（rms），或＞60VDC且＜1500VDC）的高压电气电子部件，包括但不限于动力电池包及管理系统、电机控制器、高压配电箱（PDU）、车载充电机（OBC）、DC/DC转换器、电动压缩机、PTC加热器、高压线束及插接器等。本标准适用于高压部件的设计验证、生产检验、型式试验等相关活动，涵盖高压部件在车辆行驶、装卸、运输、存储、维修等各个阶段所承受的机械负荷测试，包括振动负荷、冲击负荷、碰撞负荷、静态应力负荷、安装与连接强度负荷等。本标准不适用于电动车辆中的低压电气电子部件（A级电压部件）、机械结构件（不包含与高压部件集成的机械连接部件），也不适用于特种电动车辆（如为残疾驾驶员设计的专用电动车辆）、非道路电动车辆（如工程机械、农业机械等）的高压部件。本标准不涉及高压部件的电气性能、电磁兼容性、气候环境适应性等其他测试要求，相关要求可参考ISO21498系列其他部分及ISO16750系列标准。本标准规定的测试要求为最低要求，若整车企业或零部件供应商有更高的机械性能要求，可在本标准的基础上补充额外的测试项目和参数，但不得低于本标准规定的限值。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是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。ISO21498-1:2021道路车辆—电气和电子设备的环境条件和测试电动车辆高压部件第1部分：电压等级及特性ISO21498-2:2021道路车辆—电气和电子设备的环境条件和测试电动车辆高压部件第2部分：电气测试ISO16750-3:2018道路车辆—电气电子设备的环境条件和测试第3部分：机械负荷ISO6469-3:2018电动车辆安全要求第3部分：人员触电防护IEC60664-1:2020低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验GB/T2423.10:2019环境试验第2部分：试验方法试验Fc：振动（正弦）GB/T2423.35:2019环境试验第2部分：试验方法试验Z/ABMFh：温度（低温、高温）和振动（随机）综合GB/TXXXX-XXXX道路车辆电气和电子设备的环境条件和测试电动车辆高压部件第3部分：机械负荷（修改采用ISO21498-3:2021）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件，同时适用于ISO21498系列其他所有部分。本标准未定义的术语，可参考ISO16750-3:2018、ISO6469-3:2018中的相关定义；若上述标准也未定义，则应在具体应用场景中明确其含义，确保无歧义。3.1通用术语3.1.1电动车辆（ElectricVehicle，EV）：以电动机为驱动装置，依靠可充电储能系统提供动力，设计用于在道路上行驶的车辆，包括纯电动汽车（BEV）、插电式混合动力电动汽车（PHEV）、增程式电动汽车（EREV），不包括轻便摩托车、非道路电动车辆和特种电动车辆中独特的车辆类型。3.1.2高压部件（High-voltageComponent）：额定电压为B级电压的电动车辆电气电子部件，其故障或失效可能导致人员触电、火灾等安全事故，是电动车辆动力系统的核心组成部分，包括储能、控制、转换、执行等各类高压电气电子组件。3.1.3机械负荷（MechanicalLoad）：作用于高压部件上的机械力或机械运动，包括振动、冲击、碰撞、静态压力、拉力、扭矩等，可能导致部件结构损坏、连接松动、绝缘失效等问题。3.1.4部件生命周期（ComponentLifecycle）：高压部件从设计、生产、运输、安装、运行、维护到退役的全过程，每个阶段均可能承受不同类型和强度的机械负荷。3.1.5测试样品（TestSample）：用于进行机械负荷测试的高压部件成品，其结构、材质、装配工艺应与批量生产的产品一致，不得进行任何额外的加固或修改，确保测试结果的真实性和代表性。3.2机械负荷相关术语3.2.1振动负荷（VibrationLoad）：高压部件在车辆行驶、发动机运行、路面颠簸等场景下承受的周期性或随机性振动，分为正弦振动和随机振动，可能导致部件内部元器件松动、线路脱落、结构疲劳等失效。3.2.2冲击负荷（ShockLoad）：高压部件在装卸、运输、碰撞、紧急制动等场景下承受的瞬间、突发性的机械冲击力，具有作用时间短、冲击力大的特点，可能导致部件结构破裂、绝缘层损坏。3.2.3碰撞负荷（CollisionLoad）：高压部件在车辆发生碰撞事故时承受的冲击力，包括正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞等场景下的机械负荷，是评估高压部件碰撞安全性的核心指标。3.2.4静态应力（StaticStress）：高压部件在安装固定、存储、静态放置等场景下承受的持续机械应力，包括压力、拉力、扭矩等，长期作用可能导致部件结构变形、材料疲劳。3.2.5安装与连接强度（MountingandConnectionStrength）：高压部件与车辆车身、其他部件之间的连接部位（如螺栓、支架、插接器等）所能承受的机械负荷能力，确保在各类工况下连接可靠，不发生松动、脱落。3.2.6疲劳寿命（FatigueLife）：高压部件在周期性机械负荷作用下，能够维持正常功能而不发生失效的最大循环次数，是评估高压部件长期可靠性的重要指标。3.3测试相关术语3.3.1测试环境（TestEnvironment）：进行机械负荷测试时的环境条件，包括温度、湿度、气压等，应符合本标准规定的要求，避免环境因素对测试结果产生影响。3.3.2测试设备（TestEquipment）：用于施加机械负荷、采集测试数据的设备，包括振动台、冲击试验机、拉力试验机、扭矩试验机等，设备精度应满足本标准的要求，并经过定期校准。3.3.3验收准则（AcceptanceCriteria）：判断高压部件机械负荷测试是否合格的标准，包括测试后部件的外观、结构、绝缘性能、功能等方面的要求，是测试结果判定的核心依据。3.3.4型式试验（TypeTest）：为验证高压部件是否符合本标准要求而进行的全面机械负荷测试，适用于新产品研发、产品定型、批量生产前的质量验证。4机械负荷环境条件本章节规定了电动车辆高压部件在全生命周期内可能承受的机械负荷环境条件，结合电动车辆的实际使用场景，分为行驶工况、装卸与运输工况、存储与维护工况三类，明确了各类工况下机械负荷的类型、强度范围和作用时间，为测试参数的设定提供依据。4.1行驶工况机械负荷条件行驶工况是高压部件承受机械负荷的主要场景，包括城市道路行驶、高速公路行驶、乡村道路行驶、颠簸路面行驶等，主要承受振动负荷和瞬时冲击负荷，部分场景下可能承受静态应力。在城市道路行驶工况下，高压部件主要承受低频、小振幅的正弦振动，振动频率范围为10Hz～500Hz，振幅范围为0.1mm～1mm，振动持续时间与车辆行驶时间一致，同时可能承受车辆启停、转向时的瞬时冲击负荷，冲击加速度范围为5g～10g，冲击脉冲持续时间为10ms～20ms。在高速公路行驶工况下，高压部件主要承受中频、中振幅的随机振动，振动频率范围为50Hz～1000Hz，加速度均方根值（RMS）为0.5g～1.5g，振动持续时间随行驶里程变化，通常每行驶1000km，振动持续时间约为10小时，同时可能承受路面轻微颠簸带来的瞬时冲击。在乡村道路、颠簸路面行驶工况下，高压部件承受高频、大振幅的随机振动，振动频率范围为100Hz～2000Hz，加速度均方根值（RMS）为1.0g～3.0g，振动持续时间根据路面状况而定，同时承受较大的瞬时冲击负荷，冲击加速度范围为10g～20g，冲击脉冲持续时间为5ms～15ms。此外，行驶过程中，高压部件的安装连接部位还会承受持续的静态应力，应力大小取决于部件的重量、安装方式以及车辆行驶时的离心力，通常静态应力范围为5MPa～20MPa，长期作用下需确保部件结构不发生变形。4.2装卸与运输工况机械负荷条件装卸与运输工况包括高压部件生产后的包装运输、车辆装配时的装卸、车辆维修时的拆卸与安装等场景，主要承受冲击负荷、碰撞负荷和静态压力，部分场景下可能承受振动负荷。在包装运输工况下，高压部件通常采用包装材料进行防护，承受的振动负荷为随机振动，频率范围为10Hz～500Hz，加速度均方根值（RMS）为0.3g～0.8g，振动持续时间与运输距离相关，通常每运输1000km，振动持续时间约为8小时；同时可能承受运输过程中的冲击负荷，冲击加速度范围为8g～15g，冲击脉冲持续时间为15ms～30ms，冲击次数根据运输路况而定，通常每个运输方向冲击3次，共18次（6个面）。在装卸工况下，高压部件通过起重机、叉车等设备进行搬运，可能承受瞬时冲击负荷和静态压力，冲击加速度范围为10g～25g，冲击脉冲持续时间为5ms～10ms；静态压力大小取决于装卸设备的夹持力和部件自身重量，通常静态压力范围为10MPa～30MPa，需避免压力过大导致部件结构损坏。在维修拆卸与安装工况下，高压部件的连接部位会承受扭矩负荷和拉力负荷，扭矩负荷范围为5N·m～50N·m，拉力负荷范围为1000N～5000N，需确保连接部位能够承受该负荷，不发生松动、断裂。4.3存储与维护工况机械负荷条件存储与维护工况包括高压部件的仓储存储、日常维护、故障检修等场景，主要承受静态应力和轻微振动负荷，部分维护场景下可能承受冲击负荷。在仓储存储工况下，高压部件通常采用堆叠或平放的方式存储，承受的静态压力取决于堆叠高度和部件自身重量，堆叠高度不超过3层时，静态压力范围为5MPa～15MPa，长期存储（超过6个月）时，需定期检查部件结构，避免发生变形；同时可能承受仓储环境中的轻微振动，振动频率范围为10Hz～100Hz，振幅范围为0.05mm～0.2mm，振动持续时间为间歇性。在日常维护和故障检修工况下，高压部件可能承受拆卸、安装过程中的扭矩负荷、拉力负荷，以及维护工具操作带来的瞬时冲击负荷，扭矩负荷范围为3N·m～30N·m，拉力负荷范围为500N～3000N，冲击加速度范围为5g～10g，冲击脉冲持续时间为10ms～20ms，需确保部件在维护过程中不发生损坏。5机械负荷测试方法本章节规定了高压部件机械负荷的测试方法，包括测试样品的准备、测试环境的要求、各类机械负荷的测试流程、测试数据的采集与记录，确保测试过程的规范性和可重复性，测试结果能够真实反映高压部件的机械性能。所有测试应在符合本标准规定的测试环境下进行，测试设备应经过校准，精度满足测试要求；测试样品应按照批量生产的工艺要求装配，不得进行任何额外的加固或修改，测试前需对样品进行外观检查、绝缘性能测试和功能测试，确保样品处于正常状态。5.1振动负荷测试方法振动负荷测试分为正弦振动测试和随机振动测试，根据高压部件的安装位置和使用场景，选择对应的测试类型，测试过程中需模拟部件在实际行驶工况下的振动状态，确保测试参数与实际工况一致。正弦振动测试适用于模拟车辆行驶过程中的低频、周期性振动，测试前需将测试样品按照实际安装方式固定在振动台上，确保固定方式与车辆上的安装方式一致，固定强度满足测试要求，避免样品在测试过程中发生松动、脱落。测试时，按照以下流程进行：首先设定振动频率范围为10Hz～2000Hz，振幅或加速度按照本标准4.1节规定的行驶工况参数设定，从低频到高频逐步调节振动频率，每个频率点保持5分钟，观察样品的状态；然后在关键频率点（如部件的共振频率）持续振动30分钟，记录样品的振动响应数据；测试结束后，停止振动，对样品进行外观检查、绝缘性能测试和功能测试。随机振动测试适用于模拟车辆行驶过程中的中频、高频随机振动，测试前同样将样品按照实际安装方式固定在振动台上，测试时设定振动频率范围、加速度均方根值（RMS）按照本标准4.1节规定的参数，振动持续时间根据测试目的设定，型式试验的振动持续时间为100小时，生产检验的振动持续时间为20小时；测试过程中，实时采集样品的振动加速度、位移等数据，监测样品的状态，若出现异常（如部件松动、异响等），立即停止测试，记录异常情况；测试结束后，对样品进行全面检查和测试。振动测试过程中，样品的温度应控制在23℃±5℃，相对湿度控制在45%～75%，气压控制在86kPa～106kPa，避免环境因素对测试结果产生影响。5.2冲击负荷测试方法冲击负荷测试适用于模拟高压部件在装卸、运输、行驶过程中承受的瞬时冲击，分为半正弦波冲击、后峰锯齿波冲击两种类型，根据实际工况选择对应的冲击波形，测试参数按照本标准4.1、4.2节规定的冲击加速度、脉冲持续时间设定。测试前，将测试样品按照实际安装方式固定在冲击试验机的工作台上，确保固定牢固，避免样品在冲击过程中发生位移、碰撞；测试时，设定冲击加速度、脉冲持续时间和冲击方向，冲击方向应覆盖样品的6个面（而非X、Y、Z三个方向），每个方向冲击3次，共18次，相邻两次冲击的间隔时间不少于30分钟，确保样品有足够的时间恢复；冲击过程中，实时采集冲击加速度、冲击力等数据，观察样品的状态；测试结束后，对样品进行外观检查、绝缘性能测试和功能测试，记录测试数据和样品状态。若样品在冲击测试过程中出现结构损坏、绝缘失效、功能异常等情况，应立即停止测试，判定样品不合格，并记录异常情况的详细信息，包括冲击次数、冲击参数、异常现象等。5.3碰撞负荷测试方法碰撞负荷测试适用于模拟车辆发生碰撞事故时高压部件承受的冲击力，分为正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞三种测试场景，测试参数根据电动车辆的碰撞安全要求设定，冲击加速度范围为20g～50g，冲击脉冲持续时间为5ms～10ms。测试前，将测试样品安装在模拟车辆车身的试验台上，模拟样品在车辆上的实际安装位置和固定方式，同时在样品上安装加速度传感器、应变传感器等测试设备，用于采集碰撞过程中的加速度、应变等数据；测试时，通过碰撞试验机施加冲击力，模拟车辆碰撞场景，冲击力的大小、方向按照测试场景设定，碰撞过程中实时监测样品的状态和测试数据；测试结束后，停止碰撞，对样品进行全面检查，包括外观结构、连接部位、绝缘性能、内部元器件等，同时分析测试数据，评估样品的碰撞承受能力。碰撞测试过程中，需确保测试环境安全，设置防护装置，避免样品碎片飞溅造成人员伤害；测试结束后，若样品未发生结构破裂、绝缘失效、功能异常，且测试数据符合本标准要求，则判定碰撞测试合格。5.4静态应力测试方法静态应力测试适用于评估高压部件在静态放置、安装固定等场景下承受静态压力、拉力、扭矩的能力，测试参数按照本标准4.1、4.3节规定的静态应力范围设定。静态压力测试时，将测试样品放置在压力试验机的工作台上，确保样品放置平稳，压力施加方向与样品实际承受的压力方向一致，缓慢施加压力，直至达到设定的静态压力值，保持该压力30分钟，观察样品的结构状态，是否发生变形、破裂等异常；测试结束后，卸载压力，测量样品的变形量，若变形量在允许范围内，且无其他异常，则判定静态压力测试合格。静态拉力测试时，将测试样品的两端固定在拉力试验机的夹具上，确保固定牢固，避免样品在拉力作用下发生滑动，缓慢施加拉力，直至达到设定的拉力值，保持该拉力30分钟，观察样品的连接部位和结构状态，是否发生断裂、松动等异常；测试结束后，卸载拉力，检查样品的损坏情况，判定测试是否合格。扭矩负荷测试时，使用扭矩试验机对样品的连接部位（如螺栓、接口等）施加设定的扭矩，保持扭矩10分钟，观察连接部位是否发生松动、滑丝等异常；测试结束后，拆卸样品，检查连接部位的损伤情况，判定测试是否合格。5.5安装与连接强度测试方法安装与连接强度测试适用于评估高压部件与车辆车身、其他部件之间连接部位的机械负荷承受能力，包括螺栓连接、支架连接、插接器连接等，测试参数按照本标准4.2、4.3节规定的扭矩、拉力范围设定。螺栓连接强度测试时，将样品通过螺栓按照实际安装要求固定在试验台上，使用扭矩试验机对螺栓施加设定的扭矩，然后保持扭矩10分钟，观察螺栓是否发生松动、滑丝、断裂等异常，同时检查支架是否发生变形；测试结束后，拆卸螺栓，检查螺栓和支架的损伤情况，判定连接强度是否合格。支架连接强度测试时，将样品的支架固定在试验台上，在支架的受力部位施加设定的拉力或压力，保持该负荷30分钟，观察支架是否发生变形、断裂等异常；测试结束后，检查支架的结构状态，判定连接强度是否合格。插接器连接强度测试时，将插接器按照实际使用要求插入样品接口，使用拉力试验机对插接器施加设定的拉力，保持拉力10分钟，观察插接器是否发生松动、脱落等异常；测试结束后，检查插接器和接口的损伤情况，判定连接强度是否合格。6验收准则本章节规定了高压部件机械负荷测试的验收准则，所有测试项目均需满足本章节规定的要求，方可判定样品合格；若有一项测试项目不符合要求，即判定样品不合格，需重新进行测试或对样品进行整改后再次测试。6.1外观与结构验收要求所有机械负荷测试结束后，测试样品的外观应无明显损坏，包括无裂纹、无变形、无破损、无掉漆等；样品的结构应完整，连接部位无松动、脱落、断裂等异常，内部元器件无移位、损坏；密封部位无渗漏、密封失效等情况；高压接口、绝缘层无破损、开裂，确保绝缘性能不受影响。若样品在测试过程中出现轻微变形，但变形量在设计允许范围内，且不影响样品的功能和绝缘性能，经测试机构和委托方确认后，可判定外观与结构合格；若变形量超过允许范围，或出现结构损坏、连接松动等影响样品性能的异常，则判定不合格。6.2绝缘性能验收要求机械负荷测试结束后，需对样品进行绝缘性能测试，测试方法按照ISO60664-1:2020和ISO21498-2:2021的规定执行，绝缘电阻值应不小于100MΩ，耐压测试应能承受设定的试验电压（根据部件额定电压确定），无击穿、闪络等异常现象；样品的绝缘层应无破损、开裂，高压带电部件与外壳之间的绝缘距离应符合设计要求，确保无漏电风险。若绝缘性能测试结果不符合上述要求，即判定样品不合格，需排查样品的绝缘损坏原因，整改后重新进行机械负荷测试和绝缘性能测试。6.3功能验收要求机械负荷测试结束后，需对样品进行功能测试，模拟样品在实际使用中的工作状态，检查样品的各项功能是否正常，包括控制功能、转换功能、保护功能等，无功能异常、功能失效等情况；样品的输出参数、工作效率等应符合设计要求，与测试前的功能状态一致。例如，动力电池包测试后，需检查电池管理系统的监测功能、均衡功能、保护功能是否正常，电池单体电压、总电压、温度等参数是否在正常范围内；电机控制器测试后，需检查控制信号的传输、电机驱动功能是否正常，无卡顿、异响等异常。6.4测试数据验收要求机械负荷测试过程中采集的测试数据（如振动加速度、冲击加速度、静态应力、应变等）应符合本标准4.1至4.3节规定的环境条件参数范围，测试数据的波动范围应在允许范围内，无异常峰值、异常波动等情况；测试数据应完整、准确，可追溯，能够真实反映样品的机械负荷承受能力。若测试数据超出本标准规定的范围，或数据存在异常波动，且无法解释原因，即判定样品不合格，需重新进行测试，排查测试设备、测试环境或样品本身的问题。7测试报告机械负荷测试结束后，测试机构应编制完整的测试报告，报告应真实、准确、完整，能够全面反映测试过程和测试结果，为样品的质量评估、认证提供依据。测试报告应包含以下内容：7.1报告基本信息：包括报告编号、测试日期、测试机构名称、委托方名称、样品名称、样品型号、样品编号、测试依据（本标准ISO21498-3:2021）等。7.2样品信息：包括样品的规格参数、生产厂家、生产批号、装配工艺、安装方式等，同时附上样品的外观照片、结构示意图。7.3测试环境信息：包括测试温度、相对湿度、气压等环境参数，测试设备的名称、型号、校准证书编号等。7.4测试项目与测试参数：包括测试项目（振动、冲击、碰撞等）、测试类型、测试参数（频率、加速度、持续时间等）、测试流程等，明确每个测试项目的具体设定。7.5测试数据与分析：包括测试过程中采集的各类数据、数据曲线、异常情况记录等，对测试数据进行分析，评估样品的机械性能。7.6测试结果与判定：根据本标准6章的验收准则，对每个测试项目的测试结果进行判定，明确样品是否合格，若不合格，需说明不合格项、不合格原因及整改建议。7.7签字与盖章：包括测试人员、审核人员、批准人员的签字，测试机构的盖章，确保报告的有效性和权威性。测试报告应一式多份，委托方、测试机构各留存一份，必要时可提交给相关认证机构、监管部门，报告的保存期限不少于5年，确保可追溯。8附录A测试设备要求