ISO 21782-72021 电动道路车辆.电力推进部件的试验规范.第7部分DCDC转换器的工作负载试验标准立项发展报告

电动道路车辆电力推进部件的试验规范第7部分：DC/DC转换器的工作负载试验标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricallyPropelledRoadVehicles—TestSpecificationforElectricPropulsionComponents—Part7:OperatingLoadTestingoftheDC/DCConverter摘要随着全球新能源汽车产业的迅猛发展，DC/DC转换器作为电动道路车辆电力推进系统中的关键部件，其可靠性与安全性直接关系到整车性能与驾乘安全。ISO21782-7:2021《电动道路车辆电力推进部件的试验规范第7部分：DC/DC转换器的工作负载试验》由国际标准化组织（ISO）于2021年5月17日正式发布，标志着电动车辆电力推进部件测试领域又一项重要的国际标准正式落地。该标准是ISO21782系列标准的重要组成部分，聚焦于DC/DC转换器在模拟实际运行工况下的负载能力测试，为全球范围内DC/DC转换器的设计验证、质量控制和产品认证提供了统一的技术依据。本报告从标准立项背景出发，系统分析了DC/DC转换器测试标准的行业发展需求，全面解读了ISO21782-7:2021的技术框架、核心试验方法与验证要求，阐述了该标准相较于传统测试方法的创新性与先进性，并对标准的推广应用前景与后续发展方向进行了展望。报告的编制旨在为新能源汽车行业的技术人员、质量管理人员及标准化工作者提供参考与指导，促进DC/DC转换器测试技术的规范化与国际化发展。关键词：电动道路车辆；电力推进部件；DC/DC转换器；工作负载试验；国际标准；测试规范；ISO21782Keywords:Electricallypropelledroadvehicles;Electricpropulsioncomponents;DC/DCconverter;Operatingloadtesting;Internationalstandard;Testspecification;ISO217821引言1.1研究背景在全球应对气候变化、推动能源结构转型的大背景下，新能源汽车产业正经历前所未有的快速发展。据国际能源署（IEA）统计，2023年全球电动汽车销量已突破1400万辆，占全球新车销售总量的18%左右。中国作为全球最大的新能源汽车市场，2023年新能源汽车产销分别完成958.7万辆和949.5万辆，连续九年位居世界首位。电动汽车产业的爆发式增长带动了上下游产业链的技术革新与标准建设需求。在电动道路车辆的电力推进系统中，DC/DC转换器承担着电压变换与能量管理的核心功能——它将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流电，为车载低压电气系统（如照明、仪表、控制系统等）供电，同时也可用于高压母线间的电压匹配与功率调节。DC/DC转换器的性能优劣直接关系到整车的能量利用效率、系统稳定性以及各电气部件的使用寿命，因而对其工作负载能力进行系统、规范的测试验证具有重要意义。1.2标准立项的必要性在ISO21782-7:2021发布之前，DC/DC转换器的测试在全球范围内缺乏统一的标准依据。各汽车制造商、零部件供应商和检测机构往往依据企业内部规范或参考其他相关标准（如ISO16750等环境试验标准）进行测试，导致测试条件、试验方法、评价指标各不相同，测试结果难以横向比较，给产品的国际贸易和技术交流带来了障碍。具体而言，标准立项的必要性体现在以下几个方面：第一，产业发展的现实需求。随着电动汽车续驶里程不断提升和整车电气架构日益复杂化，DC/DC转换器的工作负载呈现功率密度更高、工作环境更严苛、运行工况更多样的趋势。原有的测试方法难以全面覆盖实际使用中的各种负载工况，亟需制定专门针对工作负载测试的标准规范。第二，行业标准的空白亟待填补。虽然ISO21782系列标准（涵盖电力推进部件的一般要求、环境试验、振动试验等方面）已逐步建立，但专门针对DC/DC转换器工作负载试验的标准此前尚属空白。本标准的发布填补了这一技术标准的缺口，完善了电动车辆电力推进部件测试标准体系。第三，促进国际贸易与产业合作的需要。统一的标准是消除技术性贸易壁垒、促进国际产业分工合作的基础。制定国际通用的DC/DC转换器工作负载测试标准，有助于降低跨国贸易中的重复测试成本，提升产业链协同效率。2标准立项过程概述2.1ISO/TC22/SC37的工作背景ISO21782-7:2021由国际标准化组织下设的道路车辆技术委员会（ISO/TC22）的电力推进系统分技术委员会（SC37）负责制定。ISO/TC22/SC37专门负责电动道路车辆电力推进系统及其零部件的标准化工作，涵盖电机、控制器、DC/DC转换器、车载充电机等关键部件的术语定义、性能要求、测试方法及安全规范。ISO/TC22/SC37汇聚了来自全球主要汽车生产国和地区的标准化专家，包括中国、德国、日本、美国、韩国、法国等国家的代表。中国作为ISO常任理事国和全球最大的新能源汽车市场，深度参与了该分技术委员会的各项工作，中国汽车技术研究中心有限公司等机构代表中国积极参与了ISO21782-7标准的制定过程。2.2标准制定时间线ISO21782-7标准的制定历程体现了国际标准制定的严谨性和协作性。该标准大致经历了以下阶段：-2018年：ISO/TC22/SC37工作组提出制定DC/DC转换器测试规范的提案，经成员国投票通过后正式立项，编号为ISO21782-7。此时，系列中的其他部分（如通用要求、环境试验等）也处于同步推进状态。-2019-2020年：工作组多次召开国际会议和网络会议，就标准的范围界定、技术条款、试验方法等进行深入研讨。各成员国提交了大量的技术意见和实验数据，尤其是围绕DC/DC转换器的负载特性模拟方法进行了多轮论证。-2020年下半年：标准進入最终草案（FDIS）阶段，各成员国进行最终投票。投票结果显示该标准获得广泛支持，高票通过。-2021年5月17日：ISO正式发布ISO21782-7:2021。2.3标准制定的主要参与者ISO21782-7:2021的制定凝聚了全球电动汽车技术领域专家的智慧和经验。主要参与方包括：-国家标准化管理机构：如中国国家标准化管理委员会（SAC）、德国标准化协会（DIN）、日本工业标准调查会（JISC）等，负责组织本国专家参与标准制定并反馈意见。-汽车行业组织：如中国汽车工业协会、欧洲汽车制造商协会（ACEA）、日本汽车工业协会（JAMA）等，代表行业整体利益参与标准讨论。-技术研究机构：如中国汽车技术研究中心、德国弗劳恩霍夫研究所等，提供技术研究和试验验证支持。-整车及零部件企业：如比亚迪、宁德时代、博世、大陆集团、电装等，基于产品研发和测试实践提供技术输入。3标准主要内容解读3.1标准范围ISO21782-7:2021规定了电动道路车辆用DC/DC转换器的工作负载试验方法。该标准适用于安装在电动道路车辆（包括纯电动汽车、混合动力电动汽车等）上的DC/DC转换器，用于验证其在模拟实际运行工况下的负载承受能力和工作稳定性。标准所涵盖的DC/DC转换器包括但不限于：-高压转低压（HV-LV）型DC/DC转换器：将动力电池高压直流电（通常为200V-800V）转换为低压直流电（通常为12V或24V），为车载低压系统供电；-低压转高压（LV-HV）型DC/DC转换器：用于特定场景下的电压提升；-高压转高压（HV-HV）型DC/DC转换器：用于不同电压等级高压母线之间的能量转换与匹配。3.2规范性引用文件ISO21782-7:2021在制定过程中参考并引用了多项国际标准和文件，主要包括：-ISO21782-1：电力推进部件的一般要求和定义；-ISO16750系列：道路车辆电气电子设备的环境条件和试验；-ISO20653：道路车辆防护等级（IP代码）；-ISO6469系列：电动道路车辆安全规范；-IEC60068系列：环境试验方法。上述引用文件为DC/DC转换器工作负载试验的试验条件设置、测量方法及评价要求提供了基础性的技术支持。3.3术语和定义标准对以下关键术语进行了明确定义：-DC/DC转换器：一种将直流电能从一种电压等级转换为另一种电压等级的电力电子装置；-工作负载试验：在模拟实际车辆运行工况的条件下，对DC/DC转换器施加规定负载以验证其工作性能和可靠性的试验；-额定功率：制造商标称的DC/DC转换器在规定的冷却条件和工作条件下的最大连续输出功率；-负载循环：按规定的时序和幅值对DC/DC转换器施加交变负载的周期性模式；-效率：DC/DC转换器输出功率与输入功率之比；-热稳定状态：在恒定负载条件下，DC/DC转换器各监测点的温度变化速率不超过规定限值时的状态。3.4试验条件要求3.4.1环境条件标准规定试验应在以下环境条件下进行：-环境温度：23℃±5℃（除非另有规定）；-相对湿度：25%-75%；-大气压力：86kPa-106kPa。对于特殊环境适应性验证，可根据产品规格要求在更宽的温度范围（如-40℃至+85℃）内进行补充试验。3.4.2电气条件试验用直流电源应满足以下要求：-电压纹波系数不大于1%；-电压稳定度在±1%以内；-具有足够的功率容量，能够满足被测DC/DC转换器最大输入功率的需求。负载装置（电子负载或电阻负载）应能在规定的电压范围内承受被测转换器的最大输出功率，并具备动态负载编程能力。3.4.3冷却条件DC/DC转换器通常采用风冷、液冷或自然冷却等方式。试验时的冷却条件应符合制造商的规格要求，并在试验记录中详细标注冷却方式、冷却介质温度、流量等参数。对于液冷系统，冷却液入口温度宜控制在65℃±2℃（或制造商规定的额定值±2℃）。3.5试验方法与步骤3.5.1试验准备正式试验前需完成以下准备工作：-确认被测DC/DC转换器的型号、规格及技术参数；-安装试验样品，确保其安装方式与整车实际安装状态一致；-连接测量设备，校准传感器和数据采集系统；-记录试验环境的初始状态参数。3.5.2工作负载试验程序标准规定的试验程序主要包括以下步骤：步骤一：额定功率连续运行试验。在规定的输入电压（额定电压）条件下，将DC/DC转换器输出调至额定功率，持续运行规定时间（通常不少于1小时），监测并记录输入/输出电压、输入/输出电流、效率、壳体温度及关键元器件温度等参数，验证其在额定负载下的持续工作能力。步骤二：负载阶跃响应试验。将负载从额定负载的10%阶跃升至100%（或反之），记录转换器的动态响应时间、电压超调量、恢复时间等指标。步骤三：周期性负载循环试验。模拟实际行驶工况，按照标准给出的负载循环图谱对DC/DC转换器施加周期性变化的负载。典型的负载循环包括多个运行阶段，如启动、加速、巡航、制动能量回收和停车待机等，每个阶段对应特定的输出功率和时间占比。步骤四：过载能力试验。在规定的时间内（如30秒）将输出功率提升至额定功率的110%-120%，验证转换器的短时过载承受能力。步骤五：效率测量。在输入电压为额定电压的条件下，分别在25%、50%、75%和100%额定负载点测量输入功率和输出功率，计算各负载点的转换效率，绘制效率-负载特性曲线。3.5.3试验数据记录与处理标准要求试验过程中需持续采集以下数据：-输入电压、输入电流、输入功率；-输出电压、输出电流、输出功率；-转换效率；-功率器件（IGBT/MOSFET）、变压器、电感等关键部件的温度；-冷却介质温度及流量；-噪声水平（如有要求）；-试验环境温度和湿度。所有测量数据应进行同步记录，采样频率不低于1Hz，关键瞬态参数（如阶跃响应过程）的采样频率不低于1kHz。3.5.4评价准则标准明确规定了DC/DC转换器工作负载试验的合格判据，主要包括：-在整个试验过程中，输出电压应保持在规定范围内（通常为标称电压±5%）；-转换效率应不低于制造商声明的标称效率的95%（在额定负载点）；-各部件温度不应超过制造商规定的最大允许温度；-负载阶跃响应过程中，输出电压超调量应不超过标称电压的10%，恢复时间应不超过规定值；-试验结束后，转换器的外观和电气性能应保持完好，无功能退化或物理损伤迹象。3.6与系列标准的协调关系ISO21782-7:2021是ISO21782系列标准的组成部分。该系列标准涵盖电动道路车辆电力推进部件的多个方面，包括：-ISO21782-1：一般要求与定义；-ISO21782-2：环境试验（温度、湿度等）；-ISO21782-3：振动试验；-ISO21782-4：机械冲击试验；-ISO21782-5：电气负荷试验；-ISO21782-6：电磁兼容性试验；-ISO21782-7：DC/DC转换器的工作负载试验（本部分）各部分标准相互协调、互为补充，共同构成完整的电力推进部件测试标准体系。本部分（Part7）与Part5（电气负荷试验）的区别在于：Part5侧重于模拟电气系统中的异常电气条件（如电压骤降、浪涌等），而Part7则侧重于模拟车辆实际运行中的负载变化工况，两者互为补充。4标准特点与创新4.1测试工况贴近实际ISO21782-7:2021最显著的创新之处在于其试验方法高度贴近DC/DC转换器在实际车辆运行中的负载特征。相较于传统的恒定满负载或简单阶跃负载测试，该标准引入了基于实际行驶工况的负载循环模式，能够更真实地评价DC/DC转换器在复杂工况下的工作能力。4.2考虑系统集成环境标准充分考虑了DC/DC转换器在整车中的安装环境和系统集成条件，包括冷却条件、安装方向、电气接口等因素对试验结果的影响。要求试验过程中尽可能模拟整车实际安装条件，从而保证测试结果能够真实反映产品在实际应用中的性能水平。4.3注重试验的可重复性和可比性为保证不同实验室、不同时间获得的测试结果具有良好的可重复性和可比性，标准对试验条件（环境参数、电气参数、冷却参数等）、测量方法、数据处理和判定准则均做了明确规定，减少了人为因素对测试结果的影响。5参与标准制定的主要单位介绍在ISO21782-7:2021的制定过程中，中国汽车技术研究中心有限公司（ChinaAutomotiveTechnologyandResearchCenterCo.,Ltd.，简称CATARC）发挥了重要作用，作为中国在该标准制定中的核心技术支持单位之一，深度参与了标准的技术研讨与验证工作。中国汽车技术研究中心有限公司成立于1985年，总部位于天津，是隶属于国务院国资委的中央企业，是中国汽车行业综合性研究机构和权威的技术服务机构。CATARC拥有多名长期参与ISO/IEC国际标准制定工作的资深专家，业务涵盖汽车标准化研究与服务、汽车产品检测认证、汽车政策研究、汽车信息化等多个领域。在新能源汽车标准化方面，CATARC承担着全国汽车标准化技术委员会电动车分技术委员会秘书处工作，组织了多项电动汽车国家标准的制修订工作。在ISO21782-7的制定过程中，CATARC组织国内DC/DC转换器主要生产企业（如比亚迪、欣锐科技、通合科技、英搏尔等）和检测机构进行了大量的试验验证工作，将中国在DC/DC转换器测试方面的技术经验和试验数据提交给ISO/TC22/SC37工作组，为标准的科学性、合理性和适用性提供了重要的技术支撑。CATARC下属的汽车试验研究所建有先进的电力电子部件测试实验室，装备了高精度功率分析仪、可编程直流电源、可编程电子负载、环境试验箱等一流测试设备，具备按照ISO21782-7开展DC/DC转换器工作负载试验验证的能力。该实验室已于近