盧金鐸 王卓群 王偉 李小麟

摘 要：本文闡述了GB 42295-2022《電動(dòng)自行車電氣安全要求》發(fā)布實(shí)施的背景，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍、檢驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置的必要性、技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法進(jìn)行了解析，有助于生產(chǎn)企業(yè)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)加深對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解，有助于電動(dòng)自行車電氣安全的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車，電氣安全，防護(hù)試驗(yàn)，發(fā)熱試驗(yàn)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.22.025

0 引 言

電動(dòng)自行車是指以蓄電池作為輔助能源，在普通自行車的基礎(chǔ)上，安裝了電機(jī)、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)具有腳踏騎行能力，能實(shí)現(xiàn)電助動(dòng)或電驅(qū)動(dòng)功能的兩輪自行車[1]。截至2022年12月，中國電動(dòng)自行車的社會(huì)保有量已達(dá)3.5億輛，年產(chǎn)量超過3500萬輛，均位居世界第一。2018年8月25日，市場(chǎng)監(jiān)管總局認(rèn)監(jiān)委發(fā)布電動(dòng)自行車產(chǎn)品由許可轉(zhuǎn)為實(shí)施強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理的公告，電動(dòng)自行車工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證管理轉(zhuǎn)為強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證，即CCC認(rèn)證管理。

隨著電動(dòng)自行車不斷增加，起火事故時(shí)有發(fā)生，給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成危害。數(shù)據(jù)顯示，80%的電動(dòng)車火災(zāi)是在充電時(shí)發(fā)生的，另外還有一部分起火事故是由于行駛過程中自燃。電動(dòng)車起火，主要是由于充放電過壓過流、線路布置不合理或老化、充電器使用不當(dāng)?shù)入姎獍踩矫娴脑蛟斐傻?。鑒于此，GB 42295-2022《電動(dòng)自行車電氣安全要求》于2022年12月29日發(fā)布，將于2024年1月1日實(shí)施。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是電動(dòng)自行車電氣安全領(lǐng)域的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，在提高電動(dòng)自行車質(zhì)量，保障消費(fèi)者人身和財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)消費(fèi)者權(quán)益方面提供了重要標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

本文圍繞GB 42295-2022標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容展開，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目的必要性進(jìn)行分析論證，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目的技術(shù)要求進(jìn)行解釋說明，可以讓生產(chǎn)企業(yè)了解標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電動(dòng)自行車電氣安全的要求，從而指導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行電動(dòng)自行車電氣安全設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，也可幫助檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)人員加深對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中檢驗(yàn)項(xiàng)目的理解，對(duì)檢驗(yàn)起到一定的指導(dǎo)作用。

1 標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍

標(biāo)準(zhǔn)適用于電助力自行車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)載重自行車，不適用于帶有車載充電器的車輛。標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)電動(dòng)自行車電氣安全要求，提出了電動(dòng)自行車整車以及蓄電池系統(tǒng)的電氣安全要求。

電助力自行車是帶有電驅(qū)動(dòng)力但仍以人力踩踏驅(qū)動(dòng)為主的自行車，只有主動(dòng)踩踏，電助力自行車才會(huì)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)給自行車提供額外的輔助動(dòng)力，使騎行更加輕松省力；電動(dòng)自行車主要是用于騎行，對(duì)載人有特殊要求；電動(dòng)載重自行車主要以運(yùn)載貨物為主，多用于外賣配送。由于本標(biāo)準(zhǔn)僅針對(duì)電動(dòng)自行車的電氣系統(tǒng)安全，而沒有涉及充電器的電氣安全要求，因此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于帶有車載充電器的車輛不適用。

2 檢驗(yàn)項(xiàng)目

整車帶電部件和蓄電池系統(tǒng)都需要有相應(yīng)標(biāo)識(shí)和警示；導(dǎo)線的布置及連接方式、連接需要滿足一定的強(qiáng)度要求；車輛電壓及電門鎖關(guān)閉后電壓值規(guī)定；經(jīng)歷發(fā)熱、高溫、低溫貯存和恒定濕熱試驗(yàn)后的絕緣電阻要求；恒定濕熱試驗(yàn)后的電氣強(qiáng)度要求；部件發(fā)熱應(yīng)予以控制，電氣電路防護(hù)要有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)，充放電異常時(shí)需要有相應(yīng)保護(hù)；整車振動(dòng)沖擊后應(yīng)能保障車輛和電池安全[2]。

2.1 標(biāo)志與警示語

標(biāo)志與警示語作用是提示人們注意或區(qū)別各種電氣線路和設(shè)備的性質(zhì)和用途。有起警示作用的警告牌或警告提示，如閃電符號(hào)。在有危險(xiǎn)的電氣設(shè)備的外殼上注明操控人員的警示語，注明工作電壓、電流和溫度，以便識(shí)別。標(biāo)準(zhǔn)要求在電壓高于35.0 V（直流）和16 V（交流）的主回路和蓄電池系統(tǒng)應(yīng)標(biāo)注“當(dāng)心觸電”圖形標(biāo)志，蓄電池系統(tǒng)外表面有“非專業(yè)人士禁止打開”警示語。

2.2 布線、導(dǎo)線與連接

在電氣系統(tǒng)中，布線的合理性對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定起著重要作用。導(dǎo)線不符合要求會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱，嚴(yán)重的可導(dǎo)致燒斷、著火，極不安全；另外導(dǎo)線上的電壓降太大，電器上的電壓就會(huì)降低，達(dá)不到應(yīng)有的功率，有些用電器甚至不能正常工作。車輛導(dǎo)線連接應(yīng)可靠，不然會(huì)造成接觸電阻過大或者松脫，從而影響電氣系統(tǒng)的正常工作。插接件和開關(guān)元件的接觸電阻過大就會(huì)造成接觸點(diǎn)發(fā)熱，時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)縮短使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可引起火災(zāi)，造成經(jīng)濟(jì)損失[3]。

標(biāo)準(zhǔn)要求電動(dòng)自行車電氣系統(tǒng)布線保證分類布線，線路整齊平滑，使用時(shí)不損壞導(dǎo)線絕緣，彎曲合理有度，無交叉重疊，如需重疊應(yīng)有絕緣護(hù)套。導(dǎo)線的材質(zhì)和截面積應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；插接器連接的拉脫力要求主回路大于50 N，次回路大于20 N。接線端子連接的拆卸扭矩要求螺釘緊固大于1.2N·m，螺母緊固大于1.8 N·m。電壓高于35 V（直流）的外露可導(dǎo)電部件全部連接。接觸電阻小于相同接觸長(zhǎng)度導(dǎo)線的電阻，或根據(jù)通過最大工作電流確定插接元件和開關(guān)元件的接觸電阻。布線采用目檢和觸摸的方法；導(dǎo)線采用千分尺測(cè)量直徑并計(jì)算橫截面積；采用拉力器和扭力扳手測(cè)試連接元件的連接強(qiáng)度；用低電阻測(cè)試儀測(cè)量接觸電阻。

2.3 電壓

穩(wěn)定的電壓能保證用電器具的正常工作，因此需要對(duì)工作電壓做出明確的要求；安全電壓指人體較長(zhǎng)時(shí)間接觸而不致發(fā)生觸電危險(xiǎn)的電壓，為保證安全，除了主回路以外，人可觸及的導(dǎo)體不能高于安全電壓。

標(biāo)準(zhǔn)要求車輛主回路電壓不大于60 V（直流），次回路電壓不大于35 V（直流）；電門鎖關(guān)閉后蓄電池系統(tǒng)輸出端口主回路電壓為0 V。使用萬用表測(cè)量開啟電門鎖和關(guān)閉電門鎖時(shí)蓄電池系統(tǒng)輸出端口（與主回路連接）的電壓值。

2.4 絕緣電阻

絕緣電阻是加直流電壓于電介質(zhì)，經(jīng)過一定時(shí)間極化過程后，流過電介質(zhì)的泄漏電流對(duì)應(yīng)的電阻，是電氣設(shè)備和電氣線路最基本的絕緣指標(biāo)。它反映了絕緣材料的絕緣程度，是電氣安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)要求電器部件在常溫下大于等于20 mΩ，發(fā)熱或高溫試驗(yàn)后大于等于5 mΩ，低溫貯存試驗(yàn)后大于等于20 mΩ，恒定濕熱試驗(yàn)后大于等于1mΩ。使用直流電壓500 V的絕緣電阻表或絕緣電阻測(cè)試儀在常溫下測(cè)量車輛的電器部件和線路，以及在分別經(jīng)過發(fā)熱、高溫、低溫貯存和恒定濕熱試驗(yàn)后的絕緣電阻值。

2.5 電氣強(qiáng)度

電氣強(qiáng)度是判斷絕緣材料或電氣設(shè)備絕緣性能的關(guān)鍵參數(shù)，一般通過施加規(guī)定的交流或直流電壓于非電氣連接的各帶電回路之間以及各獨(dú)立帶電回路與地（金屬外殼）之間，并通過檢測(cè)泄漏電流大小或目測(cè)，來判斷是否存在擊穿或閃絡(luò)。如果發(fā)生擊穿或閃絡(luò)，則表明絕緣被破壞，起不到防觸電保護(hù)作用，因此該試驗(yàn)對(duì)保障設(shè)備正常工作和人員安全具有重要意義[4]。

車輛在進(jìn)行恒定濕熱試驗(yàn)后，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)蓄電池系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等與裸露可導(dǎo)電部件之間的試驗(yàn)電壓、試驗(yàn)時(shí)間和跳閘電流做了明確規(guī)定，試驗(yàn)應(yīng)無擊穿或閃絡(luò)。

2.6 發(fā)熱

車輛工作時(shí)可被接觸到的部分，如果溫度過高可能會(huì)對(duì)車輛使用者造成人身傷害；而且內(nèi)部過高的溫度也會(huì)影響車輛性能，甚至導(dǎo)致絕緣等級(jí)下降增加車輛的不穩(wěn)定性。發(fā)熱試驗(yàn)是車輛安全性能的重要試驗(yàn)之一，用來評(píng)價(jià)車輛的質(zhì)量和安全特性。車輛在正常使用時(shí)，由于一些通過大電流元件的發(fā)熱，導(dǎo)致自身的溫升過高，長(zhǎng)時(shí)間在這種狀態(tài)下工作，可能降低絕緣材料性能，從而導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生電擊、燙傷或著火危險(xiǎn)。發(fā)熱試驗(yàn)就是用來檢測(cè)和規(guī)避這些危險(xiǎn)的。因此為了保證電動(dòng)自行車能夠安全穩(wěn)定騎行，對(duì)其電器部件進(jìn)行發(fā)熱試驗(yàn)是非常有必要的[5]。

標(biāo)準(zhǔn)中要求，電器部件外表面溫升小于等于50 K，保護(hù)裝置外表面溫升小于等于30 K，有T標(biāo)志的小于等于T-25 K（T表示明示的電器部件能正常工作的最高環(huán)境溫度）。

2.7 防護(hù)試驗(yàn)

2.7.1 對(duì)觸及帶電部分的防護(hù)

該項(xiàng)目是車輛電氣安全標(biāo)準(zhǔn)中極為重要的項(xiàng)目之一，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該項(xiàng)目提出要求，目的是防止車輛使用者或維修人員在使用或維修車輛時(shí)，觸及帶電部件或基本絕緣失效而導(dǎo)致發(fā)生觸電事故。為了正確實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)觸及帶電部件的防護(hù)項(xiàng)目的要求，有必要弄清楚帶電部件的電壓等級(jí)，并分析標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求和試驗(yàn)方法。蓄電池系統(tǒng)的防護(hù)等級(jí)滿足IP33B要求。

2.7.2 外露可導(dǎo)電部分觸電防護(hù)

如果車輛存在高于直流35 V或交流16 V的外露可導(dǎo)電部分，就有觸電的危險(xiǎn)，需要將這些部分與金屬車架連接從而避免對(duì)人員的傷害，連接方式有電線連接、螺絲連接和金屬簧片連接，用金屬簧片連接的需要測(cè)量接觸電阻。

2.7.3 充放電防護(hù)

電動(dòng)自行車的蓄電池系統(tǒng)在充電和放電過程中，可能會(huì)出現(xiàn)短路、過壓、過流、充電口錯(cuò)接、溫度過高、保護(hù)裝置失效等異常情況，使電動(dòng)自行車處于危險(xiǎn)狀態(tài)，因此需要對(duì)這些異常情況進(jìn)行監(jiān)控處置[6 ]。充電、放電過壓或過流在1 s內(nèi)切斷充電電路，充電口錯(cuò)接時(shí)無電流輸出，充放電溫度高于或低于明示值時(shí)，在30 s內(nèi)切斷充電或者放電電路，充電或放電電路溫度達(dá)到限值時(shí)在30 s內(nèi)發(fā)出不低于85 dB（A）報(bào)警聲音，保護(hù)裝置失效時(shí)立即切斷蓄電池內(nèi)部連接且不能自動(dòng)恢復(fù)連接。

2.7.4 互認(rèn)協(xié)同充電

電動(dòng)自行車電氣安全標(biāo)準(zhǔn)要求的充電器與電池組線纜將不再只有兩根電力傳輸線芯，而是在原有的電力傳輸線芯基礎(chǔ)上，新增專門的信號(hào)傳輸線芯，用于充電器與電池組溝通交流通信協(xié)議。因鉛酸蓄電池與鋰離子蓄電池的電壓、充電算法不同，所以新國標(biāo)設(shè)計(jì)了兩種插頭形式，且物理上不通用避免誤用。鉛酸蓄電池插頭采用兩根電力插針、兩根通信插針（2+2）的形式。鋰離子蓄電池則采用兩根電力插針、四根通信插針（2+4）的形式。充電器插頭插入電動(dòng)自行車充電插孔后，離子蓄電池組充電器應(yīng)先與被充電電池組（系統(tǒng)）互認(rèn)協(xié)同，確認(rèn)鋰離子蓄電池組的技術(shù)參數(shù)，即通信線芯先嘗試進(jìn)行溝通握手，成功后，充電器才會(huì)輸出，避免了亂用不同協(xié)議的充電器。改成常態(tài)化斷電后，即使是充電器與電池組不同電壓，也不會(huì)強(qiáng)行充電，杜絕安全隱患[7]。

2.8 耐濕與耐熱

車輛進(jìn)行濕熱環(huán)境測(cè)試的目的是評(píng)估其在高溫高濕環(huán)境下的性能和可靠性，主要涉及車輛的耐濕度、耐熱性、耐腐蝕性等方面的測(cè)試。濕熱環(huán)境是電動(dòng)自行車在實(shí)際使用中可能遇到的環(huán)境條件，如炎熱夏季、高濕度環(huán)境等，對(duì)許多材料和電子元件具有腐蝕性，導(dǎo)致車輛性能如電子元器件的電氣性能、機(jī)械零部件的運(yùn)動(dòng)性能等發(fā)生變化。

濕熱環(huán)境測(cè)試可以評(píng)估車輛在長(zhǎng)時(shí)間高溫高濕環(huán)境下的性能變化情況，以了解車輛在實(shí)際使用中是否受到環(huán)境影響，及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)制造工藝。標(biāo)準(zhǔn)要求車輛的電器部件放入環(huán)境溫度為40℃±2℃、相對(duì)濕度為93%±3%的試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)2天，然后進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)或絕緣電阻試驗(yàn)。

2.9 耐高溫低溫試驗(yàn)

耐高溫低溫試驗(yàn)，是環(huán)境可靠性測(cè)試中的一項(xiàng)。電動(dòng)自行車在一定的溫度環(huán)境下存儲(chǔ)保存或者工作運(yùn)行，有些環(huán)境下的溫度會(huì)不斷變化，時(shí)高時(shí)低，這種不斷變化的溫度環(huán)境會(huì)造成車輛的功能、性能、質(zhì)量及壽命等受到影響，會(huì)加速老化，縮短使用壽命。如果車輛長(zhǎng)期處于這種大幅度交替變化的高溫、低溫環(huán)境下，則需要具備足夠的抗高低溫循環(huán)的能力。這樣就需要模擬一定的環(huán)境條件，對(duì)車輛進(jìn)行高低溫測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)要求在設(shè)定的高溫環(huán)境（60℃～80℃）、低溫環(huán)境（-25℃）中，所有的電氣部件上加載運(yùn)行規(guī)定時(shí)間后，絕緣電阻應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.10 振動(dòng)與沖擊

模擬車輛在運(yùn)輸或使用過程中所遇到的振動(dòng)環(huán)境，驗(yàn)證其在振動(dòng)環(huán)境下性能退化的情況，用來評(píng)定車輛在振動(dòng)條件下運(yùn)行和維持工作參數(shù)在可接受范圍內(nèi)的能力。隨著對(duì)車輛可靠性要求的提高，作為可靠性試驗(yàn)關(guān)鍵設(shè)備的振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)展顯得越來越重要[8]。標(biāo)準(zhǔn)要求先將前輪緊固在試驗(yàn)機(jī)的振子上進(jìn)行試驗(yàn)，完成后再將后輪緊固在試驗(yàn)機(jī)的振子上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后，目檢各電器部件情況、測(cè)試常溫絕緣電阻值、蓄電池系統(tǒng)再進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

機(jī)械沖擊分析是蓄電池結(jié)構(gòu)仿真中的重要內(nèi)容之一，用于評(píng)估蓄電池在受到高加速度或突發(fā)沖擊載荷下的響應(yīng)和行為。在日常使用和發(fā)生事故情況下，電動(dòng)自行車上的蓄電池常常面臨來自碰撞、跌落等機(jī)械沖擊載荷，因此了解其沖擊響應(yīng)對(duì)于確保電池結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性至關(guān)重要。通過了解蓄電池在機(jī)械沖擊下的響應(yīng)和行為，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力，并確保電池在受到機(jī)械沖擊時(shí)的安全性和可靠性。鋰離子電池用沖擊臺(tái)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，在3個(gè)相互垂直軸線正反方向上沖擊總數(shù)為18次，鉛酸蓄電池系統(tǒng)用彈簧沖擊錘進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后檢查外表面情況。

3 結(jié) 語

為規(guī)范電動(dòng)自行車的電氣系統(tǒng)，保障電動(dòng)自行車在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售和使用中的電氣安全要求，國家發(fā)布實(shí)施強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 42295-2022《電動(dòng)自行車電氣安全要求》。本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍和檢驗(yàn)項(xiàng)目及方法進(jìn)行了闡述和分析，對(duì)每個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目的基本原理及其設(shè)置原因進(jìn)行了解釋說明，有助于電動(dòng)自行車生產(chǎn)企業(yè)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，對(duì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的電氣安全檢驗(yàn)工作具有一定的指導(dǎo)作用。

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作者簡(jiǎn)介

盧金鐸，碩士研究生，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娖鳟a(chǎn)品檢驗(yàn)。

王卓群，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娖鳟a(chǎn)品檢驗(yàn)。

王偉，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娖鳟a(chǎn)品檢驗(yàn)。

李小麟，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娖鳟a(chǎn)品檢驗(yàn)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）