淺析《電動自行車電氣安全要求》

盧金鐸 王卓群 王偉 李小麟

摘 要：本文闡述了GB 42295-2022《電動自行車電氣安全要求》發布實施的背景，對標準的適用范圍、檢驗項目設置的必要性、技術要求和檢驗方法進行了解析，有助于生產企業和檢驗機構加深對標準的理解，有助于電動自行車電氣安全的設計、生產和檢驗。

關鍵詞：電動自行車，電氣安全，防護試驗，發熱試驗

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

0 引 言

電動自行車是指以蓄電池作為輔助能源，在普通自行車的基礎上，安裝了電機、控制器、蓄電池、轉把閘把等操縱部件和顯示儀表系統具有腳踏騎行能力，能實現電助動或電驅動功能的兩輪自行車[1]。截至2022年12月，中國電動自行車的社會保有量已達3.5億輛，年產量超過3500萬輛，均位居世界第一。2018年8月25日，市場監管總局認監委發布電動自行車產品由許可轉為實施強制性產品認證管理的公告，電動自行車工業產品生產許可證管理轉為強制性產品認證，即CCC認證管理。

隨著電動自行車不斷增加，起火事故時有發生，給人們的生命財產造成危害。數據顯示，80%的電動車火災是在充電時發生的，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、充電器使用不當等電氣安全方面的原因造成的。鑒于此，GB 42295-2022《電動自行車電氣安全要求》于2022年12月29日發布，將于2024年1月1日實施。這項標準是電動自行車電氣安全領域的強制性國家標準，在提高電動自行車質量，保障消費者人身和財產安全，維護消費者權益方面提供了重要標準依據。

本文圍繞GB 42295-2022標準的內容展開，對標準中規定的檢驗項目的必要性進行分析論證，對標準中對各個檢驗項目的技術要求進行解釋說明，可以讓生產企業了解標準中對電動自行車電氣安全的要求，從而指導生產企業進行電動自行車電氣安全設計和生產，也可幫助檢驗機構人員加深對標準中檢驗項目的理解，對檢驗起到一定的指導作用。

1 標準的適用范圍

標準適用于電助力自行車、電動自行車、電動載重自行車，不適用于帶有車載充電器的車輛。標準針對電動自行車電氣安全要求，提出了電動自行車整車以及蓄電池系統的電氣安全要求。

電助力自行車是帶有電驅動力但仍以人力踩踏驅動為主的自行車，只有主動踩踏，電助力自行車才會通過電機驅動系統給自行車提供額外的輔助動力，使騎行更加輕松省力；電動自行車主要是用于騎行，對載人有特殊要求；電動載重自行車主要以運載貨物為主，多用于外賣配送。由于本標準僅針對電動自行車的電氣系統安全，而沒有涉及充電器的電氣安全要求，因此標準對于帶有車載充電器的車輛不適用。

2 檢驗項目

整車帶電部件和蓄電池系統都需要有相應標識和警示；導線的布置及連接方式、連接需要滿足一定的強度要求；車輛電壓及電門鎖關閉后電壓值規定；經歷發熱、高溫、低溫貯存和恒定濕熱試驗后的絕緣電阻要求；恒定濕熱試驗后的電氣強度要求；部件發熱應予以控制，電氣電路防護要有適當的防護，充放電異常時需要有相應保護；整車振動沖擊后應能保障車輛和電池安全[2]。

2.1 標志與警示語

標志與警示語作用是提示人們注意或區別各種電氣線路和設備的性質和用途。有起警示作用的警告牌或警告提示，如閃電符號。在有危險的電氣設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，以便識別。標準要求在電壓高于35.0 V（直流）和16 V（交流）的主回路和蓄電池系統應標注“當心觸電”圖形標志，蓄電池系統外表面有“非專業人士禁止打開”警示語。

2.2 布線、導線與連接

在電氣系統中，布線的合理性對系統的穩定起著重要作用。導線不符合要求會導致發熱，嚴重的可導致燒斷、著火，極不安全；另外導線上的電壓降太大，電器上的電壓就會降低，達不到應有的功率，有些用電器甚至不能正常工作。車輛導線連接應可靠，不然會造成接觸電阻過大或者松脫，從而影響電氣系統的正常工作。插接件和開關元件的接觸電阻過大就會造成接觸點發熱，時間過長，就會縮短使用壽命，嚴重時可引起火災，造成經濟損失[3]。

標準要求電動自行車電氣系統布線保證分類布線，線路整齊平滑，使用時不損壞導線絕緣，彎曲合理有度，無交叉重疊，如需重疊應有絕緣護套。導線的材質和截面積應滿足標準要求；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）的外露可導電部件全部連接。接觸電阻小于相同接觸長度導線的電阻，或根據通過最大工作電流確定插接元件和開關元件的接觸電阻。布線采用目檢和觸摸的方法；導線采用千分尺測量直徑并計算橫截面積；采用拉力器和扭力扳手測試連接元件的連接強度；用低電阻測試儀測量接觸電阻。

2.3 電壓

穩定的電壓能保證用電器具的正常工作，因此需要對工作電壓做出明確的要求；安全電壓指人體較長時間接觸而不致發生觸電危險的電壓，為保證安全，除了主回路以外，人可觸及的導體不能高于安全電壓。

標準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）；電門鎖關閉后蓄電池系統輸出端口主回路電壓為0 V。使用萬用表測量開啟電門鎖和關閉電門鎖時蓄電池系統輸出端口（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，經過一定時間極化過程后，流過電介質的泄漏電流對應的電阻，是電氣設備和電氣線路最基本的絕緣指標。它反映了絕緣材料的絕緣程度，是電氣安全運行的基礎。

標準要求電器部件在常溫下大于等于20 mΩ，發熱或高溫試驗后大于等于5 mΩ，低溫貯存試驗后大于等于20 mΩ，恒定濕熱試驗后大于等于1mΩ。使用直流電壓500 V的絕緣電阻表或絕緣電阻測試儀在常溫下測量車輛的電器部件和線路，以及在分別經過發熱、高溫、低溫貯存和恒定濕熱試驗后的絕緣電阻值。

2.5 電氣強度

電氣強度是判斷絕緣材料或電氣設備絕緣性能的關鍵參數，一般通過施加規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立帶電回路與地（金屬外殼）之間，并通過檢測泄漏電流大小或目測，來判斷是否存在擊穿或閃絡。如果發生擊穿或閃絡，則表明絕緣被破壞，起不到防觸電保護作用，因此該試驗對保障設備正常工作和人員安全具有重要意義[4]。

車輛在進行恒定濕熱試驗后，標準中對電氣強度試驗，對蓄電池系統、控制系統等與裸露可導電部件之間的試驗電壓、試驗時間和跳閘電流做了明確規定，試驗應無擊穿或閃絡。

2.6 發熱

車輛工作時可被接觸到的部分，如果溫度過高可能會對車輛使用者造成人身傷害；而且內部過高的溫度也會影響車輛性能，甚至導致絕緣等級下降增加車輛的不穩定性。發熱試驗是車輛安全性能的重要試驗之一，用來評價車輛的質量和安全特性。車輛在正常使用時，由于一些通過大電流元件的發熱，導致自身的溫升過高，長時間在這種狀態下工作，可能降低絕緣材料性能，從而導致設備發生電擊、燙傷或著火危險。發熱試驗就是用來檢測和規避這些危險的。因此為了保證電動自行車能夠安全穩定騎行，對其電器部件進行發熱試驗是非常有必要的[5]。

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

2.7 防護試驗

2.7.1 對觸及帶電部分的防護

該項目是車輛電氣安全標準中極為重要的項目之一，標準對該項目提出要求，目的是防止車輛使用者或維修人員在使用或維修車輛時，觸及帶電部件或基本絕緣失效而導致發生觸電事故。為了正確實施標準中對觸及帶電部件的防護項目的要求，有必要弄清楚帶電部件的電壓等級，并分析標準相關要求和試驗方法。蓄電池系統的防護等級滿足IP33B要求。

2.7.2 外露可導電部分觸電防護

如果車輛存在高于直流35 V或交流16 V的外露可導電部分，就有觸電的危險，需要將這些部分與金屬車架連接從而避免對人員的傷害，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量接觸電阻。

2.7.3 充放電防護

電動自行車的蓄電池系統在充電和放電過程中，可能會出現短路、過壓、過流、充電口錯接、溫度過高、保護裝置失效等異常情況，使電動自行車處于危險狀態，因此需要對這些異常情況進行監控處置[6 ]。充電、放電過壓或過流在1 s內切斷充電電路，充電口錯接時無電流輸出，充放電溫度高于或低于明示值時，在30 s內切斷充電或者放電電路，充電或放電電路溫度達到限值時在30 s內發出不低于85 dB（A）報警聲音，保護裝置失效時立即切斷蓄電池內部連接且不能自動恢復連接。

2.7.4 互認協同充電

電動自行車電氣安全標準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上，新增專門的信號傳輸線芯，用于充電器與電池組溝通交流通信協議。因鉛酸蓄電池與鋰離子蓄電池的電壓、充電算法不同，所以新國標設計了兩種插頭形式，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自行車充電插孔后，離子蓄電池組充電器應先與被充電電池組（系統）互認協同，確認鋰離子蓄電池組的技術參數，即通信線芯先嘗試進行溝通握手，成功后，充電器才會輸出，避免了亂用不同協議的充電器。改成常態化斷電后，即使是充電器與電池組不同電壓，也不會強行充電，杜絕安全隱患[7]。

2.8 耐濕與耐熱

車輛進行濕熱環境測試的目的是評估其在高溫高濕環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試。濕熱環境是電動自行車在實際使用中可能遇到的環境條件，如炎熱夏季、高濕度環境等，對許多材料和電子元件具有腐蝕性，導致車輛性能如電子元器件的電氣性能、機械零部件的運動性能等發生變化。

濕熱環境測試可以評估車輛在長時間高溫高濕環境下的性能變化情況，以了解車輛在實際使用中是否受到環境影響，及時優化設計和改進制造工藝。標準要求車輛的電器部件放入環境溫度為40℃±2℃、相對濕度為93%±3%的試驗箱內試驗2天，然后進行電氣強度試驗或絕緣電阻試驗。

2.9 耐高溫低溫試驗

耐高溫低溫試驗，是環境可靠性測試中的一項。電動自行車在一定的溫度環境下存儲保存或者工作運行，有些環境下的溫度會不斷變化，時高時低，這種不斷變化的溫度環境會造成車輛的功能、性能、質量及壽命等受到影響，會加速老化，縮短使用壽命。如果車輛長期處于這種大幅度交替變化的高溫、低溫環境下，則需要具備足夠的抗高低溫循環的能力。這樣就需要模擬一定的環境條件，對車輛進行高低溫測試。標準要求在設定的高溫環境（60℃～80℃）、低溫環境（-25℃）中，所有的電氣部件上加載運行規定時間后，絕緣電阻應滿足標準要求。

2.10 振動與沖擊

模擬車輛在運輸或使用過程中所遇到的振動環境，驗證其在振動環境下性能退化的情況，用來評定車輛在振動條件下運行和維持工作參數在可接受范圍內的能力。隨著對車輛可靠性要求的提高，作為可靠性試驗關鍵設備的振動試驗系統的發展顯得越來越重要[8]。標準要求先將前輪緊固在試驗機的振子上進行試驗，完成后再將后輪緊固在試驗機的振子上進行試驗，試驗結束后，目檢各電器部件情況、測試常溫絕緣電阻值、蓄電池系統再進行沖擊試驗。

機械沖擊分析是蓄電池結構仿真中的重要內容之一，用于評估蓄電池在受到高加速度或突發沖擊載荷下的響應和行為。在日常使用和發生事故情況下，電動自行車上的蓄電池常常面臨來自碰撞、跌落等機械沖擊載荷，因此了解其沖擊響應對于確保電池結構的安全性和可靠性至關重要。通過了解蓄電池在機械沖擊下的響應和行為，可以優化設計，提高結構的抗沖擊能力，并確保電池在受到機械沖擊時的安全性和可靠性。鋰離子電池用沖擊臺進行沖擊試驗，在3個相互垂直軸線正反方向上沖擊總數為18次，鉛酸蓄電池系統用彈簧沖擊錘進行試驗，試驗完成后檢查外表面情況。

3 結 語

為規范電動自行車的電氣系統，保障電動自行車在設計、生產、銷售和使用中的電氣安全要求，國家發布實施強制性標準GB 42295-2022《電動自行車電氣安全要求》。本文對標準的適用范圍和檢驗項目及方法進行了闡述和分析，對每個檢驗項目的基本原理及其設置原因進行了解釋說明，有助于電動自行車生產企業電氣系統的設計和生產，對檢驗機構的電氣安全檢驗工作具有一定的指導作用。

參考文獻

[1]電動自行車安全技術規范：GB 17761-2018[S].

[2]電動自行車電氣安全要求：GB 42295-2022[S].

[3]黃亮亮.布線工藝中的電器電路布線關鍵技術與質量控制[J].上海輕工業，2023（2）：120-123.

[4]李維.機電設備中的電氣安全檢測方法分析[J].集成電路應用，2022，39（2）：136-137.

[5]周瀅，朱應陳，丁飛，等.電動自行車主回路發熱問題探究——基于電氣安全新國標的監測[J].輕工標準與質量，2023（3）：75-76+95.

[6]郭銳，劉晗巍.電動汽車電氣火災防護技術研究[J].品牌與標準化，2016（12）：94-95.

[7]陳寶善.電動自行車團體標準修訂[ J ] .湖北應急管理，2023（8）：68.

[8]姜君，曹雪銘，黃健，等.機車車輛鋰離子蓄電池試驗方法[J].鐵道技術監督，2018，46（11）：24-27+36.

作者簡介

盧金鐸，碩士研究生，正高級工程師，研究方向為電器產品檢驗。

王卓群，本科，工程師，研究方向為電器產品檢驗。

王偉，本科，工程師，研究方向為電器產品檢驗。

李小麟，本科，工程師，研究方向為電器產品檢驗。

（責任編輯：袁文靜）