浅析《电动自行车电气安全要求》

卢金铎 王卓群 王伟 李小麟

摘 要：本文阐述了GB 42295-2022《电动自行车电气安全要求》发布实施的背景，对标准的适用范围、检验项目设置的必要性、技术要求和检验方法进行了解析，有助于生产企业和检验机构加深对标准的理解，有助于电动自行车电气安全的设计、生产和检验。

关键词：电动自行车，电气安全，防护试验，发热试验

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

0 引 言

电动自行车是指以蓄电池作为辅助能源，在普通自行车的基礎上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统具有脚踏骑行能力，能实现电助动或电驱动功能的两轮自行车[1]。截至2022年12月，中国电动自行车的社会保有量已达3.5亿辆，年产量超过3500万辆，均位居世界第一。2018年8月25日，市场监管总局认监委发布电动自行车产品由许可转为实施强制性产品认证管理的公告，电动自行车工业产品生产许可证管理转为强制性产品认证，即CCC认证管理。

随着电动自行车不断增加，起火事故时有发生，给人们的生命财产造成危害。数据显示，80%的电动车火灾是在充电时发生的，另外还有一部分起火事故是由于行驶过程中自燃。电动车起火，主要是由于充放电过压过流、线路布置不合理或老化、充电器使用不当等电气安全方面的原因造成的。鉴于此，GB 42295-2022《电动自行车电气安全要求》于2022年12月29日发布，将于2024年1月1日实施。这项标准是电动自行车电气安全领域的强制性国家标准，在提高电动自行车质量，保障消费者人身和财产安全，维护消费者权益方面提供了重要标准依据。

本文围绕GB 42295-2022标准的内容展开，对标准中规定的检验项目的必要性进行分析论证，对标准中对各个检验项目的技术要求进行解释说明，可以让生产企业了解标准中对电动自行车电气安全的要求，从而指导生产企业进行电动自行车电气安全设计和生产，也可帮助检验机构人员加深对标准中检验项目的理解，对检验起到一定的指导作用。

1 标准的适用范围

标准适用于电助力自行车、电动自行车、电动载重自行车，不适用于带有车载充电器的车辆。标准针对电动自行车电气安全要求，提出了电动自行车整车以及蓄电池系统的电气安全要求。

电助力自行车是带有电驱动力但仍以人力踩踏驱动为主的自行车，只有主动踩踏，电助力自行车才会通过电机驱动系统给自行车提供额外的辅助动力，使骑行更加轻松省力；电动自行车主要是用于骑行，对载人有特殊要求；电动载重自行车主要以运载货物为主，多用于外卖配送。由于本标准仅针对电动自行车的电气系统安全，而没有涉及充电器的电气安全要求，因此标准对于带有车载充电器的车辆不适用。

2 检验项目

整车带电部件和蓄电池系统都需要有相应标识和警示；导线的布置及连接方式、连接需要满足一定的强度要求；车辆电压及电门锁关闭后电压值规定；经历发热、高温、低温贮存和恒定湿热试验后的绝缘电阻要求；恒定湿热试验后的电气强度要求；部件发热应予以控制，电气电路防护要有适当的防护，充放电异常时需要有相应保护；整车振动冲击后应能保障车辆和电池安全[2]。

2.1 标志与警示语

标志与警示语作用是提示人们注意或区别各种电气线路和设备的性质和用途。有起警示作用的警告牌或警告提示，如闪电符号。在有危险的电气设备的外壳上注明操控人员的警示语，注明工作电压、电流和温度，以便识别。标准要求在电压高于35.0 V（直流）和16 V（交流）的主回路和蓄电池系统应标注“当心触电”图形标志，蓄电池系统外表面有“非专业人士禁止打开”警示语。

2.2 布线、导线与连接

在电气系统中，布线的合理性对系统的稳定起着重要作用。导线不符合要求会导致发热，严重的可导致烧断、着火，极不安全；另外导线上的电压降太大，电器上的电压就会降低，达不到应有的功率，有些用电器甚至不能正常工作。车辆导线连接应可靠，不然会造成接触电阻过大或者松脱，从而影响电气系统的正常工作。插接件和开关元件的接触电阻过大就会造成接触点发热，时间过长，就会缩短使用寿命，严重时可引起火灾，造成经济损失[3]。

标准要求电动自行车电气系统布线保证分类布线，线路整齐平滑，使用时不损坏导线绝缘，弯曲合理有度，无交叉重叠，如需重叠应有绝缘护套。导线的材质和截面积应满足标准要求；插接器连接的拉脱力要求主回路大于50 N，次回路大于20 N。接线端子连接的拆卸扭矩要求螺钉紧固大于1.2N·m，螺母紧固大于1.8 N·m。电压高于35 V（直流）的外露可导电部件全部连接。接触电阻小于相同接触长度导线的电阻，或根据通过最大工作电流确定插接元件和开关元件的接触电阻。布线采用目检和触摸的方法；导线采用千分尺测量直径并计算横截面积；采用拉力器和扭力扳手测试连接元件的连接强度；用低电阻测试仪测量接触电阻。

2.3 电压

稳定的电压能保证用电器具的正常工作，因此需要对工作电压做出明确的要求；安全电压指人体较长时间接触而不致发生触电危险的电压，为保证安全，除了主回路以外，人可触及的导体不能高于安全电压。

标准要求车辆主回路电压不大于60 V（直流），次回路电压不大于35 V（直流）；电门锁关闭后蓄电池系统输出端口主回路电压为0 V。使用万用表测量开启电门锁和关闭电门锁时蓄电池系统输出端口（与主回路连接）的电压值。

2.4 绝缘电阻

绝缘电阻是加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻，是电气设备和电气线路最基本的绝缘指标。它反映了绝缘材料的绝缘程度，是电气安全运行的基础。

标准要求电器部件在常温下大于等于20 mΩ，发热或高温试验后大于等于5 mΩ，低温贮存试验后大于等于20 mΩ，恒定湿热试验后大于等于1mΩ。使用直流电压500 V的绝缘电阻表或绝缘电阻测试仪在常温下测量车辆的电器部件和线路，以及在分别经过发热、高温、低温贮存和恒定湿热试验后的绝缘电阻值。

2.5 电气强度

电气强度是判断绝缘材料或电气设备绝缘性能的关键参数，一般通过施加规定的交流或直流电压于非电气连接的各带电回路之间以及各独立带电回路与地（金属外壳）之间，并通过检测泄漏电流大小或目测，来判断是否存在击穿或闪络。如果发生击穿或闪络，则表明绝缘被破坏，起不到防触电保护作用，因此该试验对保障设备正常工作和人员安全具有重要意义[4]。

车辆在进行恒定湿热试验后，标准中对电气强度试验，对蓄电池系统、控制系统等与裸露可导电部件之间的试验电压、试验时间和跳闸电流做了明确规定，试验应无击穿或闪络。

2.6 发热

车辆工作时可被接触到的部分，如果温度过高可能会对车辆使用者造成人身伤害；而且内部过高的温度也会影响车辆性能，甚至导致绝缘等级下降增加车辆的不稳定性。发热试验是车辆安全性能的重要试验之一，用来评价车辆的质量和安全特性。车辆在正常使用时，由于一些通过大电流元件的发热，导致自身的温升过高，长时间在这种状态下工作，可能降低绝缘材料性能，从而导致设备发生电击、烫伤或着火危险。发热试验就是用来检测和规避这些危险的。因此为了保证电动自行车能够安全稳定骑行，对其电器部件进行发热试验是非常有必要的[5]。

标准中要求，电器部件外表面温升小于等于50 K，保护装置外表面温升小于等于30 K，有T标志的小于等于T-25 K（T表示明示的电器部件能正常工作的最高环境温度）。

2.7 防护试验

2.7.1 对触及带电部分的防护

该项目是车辆电气安全标准中极为重要的项目之一，标准对该项目提出要求，目的是防止车辆使用者或维修人员在使用或维修车辆时，触及带电部件或基本绝缘失效而导致发生触电事故。为了正确实施标准中对触及带电部件的防护项目的要求，有必要弄清楚带电部件的电压等级，并分析标准相关要求和试验方法。蓄电池系统的防护等级满足IP33B要求。

2.7.2 外露可导电部分触电防护

如果车辆存在高于直流35 V或交流16 V的外露可导电部分，就有触电的危险，需要将这些部分与金属车架连接从而避免对人员的伤害，连接方式有电线连接、螺丝连接和金属簧片连接，用金属簧片连接的需要测量接触电阻。

2.7.3 充放电防护

电动自行车的蓄电池系统在充电和放电过程中，可能会出现短路、过压、过流、充电口错接、温度过高、保护装置失效等异常情况，使电动自行车处于危险状态，因此需要对这些异常情况进行监控处置[6 ]。充电、放电过压或过流在1 s内切断充电电路，充电口错接时无电流输出，充放电温度高于或低于明示值时，在30 s内切断充电或者放电电路，充电或放电电路温度达到限值时在30 s内发出不低于85 dB（A）报警声音，保护装置失效时立即切断蓄电池内部连接且不能自动恢复连接。

2.7.4 互认协同充电

电动自行车电气安全标准要求的充电器与电池组线缆将不再只有两根电力传输线芯，而是在原有的电力传输线芯基础上，新增专门的信号传输线芯，用于充电器与电池组沟通交流通信协议。因铅酸蓄电池与锂离子蓄电池的电压、充电算法不同，所以新国标设计了两种插头形式，且物理上不通用避免误用。铅酸蓄电池插头采用两根电力插针、两根通信插针（2+2）的形式。锂离子蓄电池则采用两根电力插针、四根通信插针（2+4）的形式。充电器插头插入电动自行车充电插孔后，离子蓄电池组充电器应先与被充电电池组（系统）互认协同，确认锂离子蓄电池组的技术参数，即通信线芯先尝试进行沟通握手，成功后，充电器才会输出，避免了乱用不同协议的充电器。改成常态化断电后，即使是充电器与电池组不同电压，也不会强行充电，杜绝安全隐患[7]。

2.8 耐湿与耐热

车辆进行湿热环境测试的目的是评估其在高温高湿环境下的性能和可靠性，主要涉及车辆的耐湿度、耐热性、耐腐蚀性等方面的测试。湿热环境是电动自行车在实际使用中可能遇到的环境条件，如炎热夏季、高湿度环境等，对许多材料和电子元件具有腐蚀性，导致车辆性能如电子元器件的电气性能、机械零部件的运动性能等发生变化。

湿热环境测试可以评估车辆在长时间高温高湿环境下的性能变化情况，以了解车辆在实际使用中是否受到环境影响，及时优化设计和改进制造工艺。标准要求车辆的电器部件放入环境温度为40℃±2℃、相对湿度为93%±3%的试验箱内试验2天，然后进行电气强度试验或绝缘电阻试验。

2.9 耐高温低温试验

耐高温低温试验，是环境可靠性测试中的一项。电动自行车在一定的温度环境下存储保存或者工作运行，有些环境下的温度会不断变化，时高时低，这种不断变化的温度环境会造成车辆的功能、性能、质量及寿命等受到影响，会加速老化，缩短使用寿命。如果车辆长期处于这种大幅度交替变化的高温、低温环境下，则需要具备足够的抗高低温循环的能力。这样就需要模拟一定的环境条件，对车辆进行高低温测试。标准要求在设定的高温环境（60℃～80℃）、低温环境（-25℃）中，所有的电气部件上加载运行规定时间后，绝缘电阻应满足标准要求。

2.10 振动与冲击

模拟车辆在运输或使用过程中所遇到的振动环境，验证其在振动环境下性能退化的情况，用来评定车辆在振动条件下运行和维持工作参数在可接受范围内的能力。随着对车辆可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统的发展显得越来越重要[8]。标准要求先将前轮紧固在试验机的振子上进行试验，完成后再将后轮紧固在试验机的振子上进行试验，试验结束后，目检各电器部件情况、测试常温绝缘电阻值、蓄电池系统再进行冲击试验。

机械冲击分析是蓄电池结构仿真中的重要内容之一，用于评估蓄电池在受到高加速度或突发冲击载荷下的响应和行为。在日常使用和发生事故情况下，电动自行车上的蓄电池常常面临来自碰撞、跌落等机械冲击载荷，因此了解其冲击响应对于确保电池结构的安全性和可靠性至关重要。通过了解蓄电池在机械冲击下的响应和行为，可以优化设计，提高结构的抗冲击能力，并确保电池在受到机械冲击时的安全性和可靠性。锂离子电池用冲击台进行冲击试验，在3个相互垂直轴线正反方向上冲击总数为18次，铅酸蓄电池系统用弹簧冲击锤进行试验，试验完成后检查外表面情况。

3 结 语

为规范电动自行车的电气系统，保障电动自行车在设计、生产、销售和使用中的电气安全要求，国家发布实施强制性标准GB 42295-2022《电动自行车电气安全要求》。本文对标准的适用范围和检验项目及方法进行了阐述和分析，对每个检验项目的基本原理及其设置原因进行了解释说明，有助于电动自行车生产企业电气系统的设计和生产，对检验机构的电气安全检验工作具有一定的指导作用。

参考文献

[1]电动自行车安全技术规范：GB 17761-2018[S].

[2]电动自行车电气安全要求：GB 42295-2022[S].

[3]黄亮亮.布线工艺中的电器电路布线关键技术与质量控制[J].上海轻工业，2023（2）：120-123.

[4]李维.机电设备中的电气安全检测方法分析[J].集成电路应用，2022，39（2）：136-137.

[5]周滢，朱应陈，丁飞，等.电动自行车主回路发热问题探究——基于电气安全新国标的监测[J].轻工标准与质量，2023（3）：75-76+95.

[6]郭锐，刘晗巍.电动汽车电气火灾防护技术研究[J].品牌与标准化，2016（12）：94-95.

[7]陈宝善.电动自行车团体标准修订[ J ] .湖北应急管理，2023（8）：68.

[8]姜君，曹雪銘，黄健，等.机车车辆锂离子蓄电池试验方法[J].铁道技术监督，2018，46（11）：24-27+36.

作者简介

卢金铎，硕士研究生，正高级工程师，研究方向为电器产品检验。

王卓群，本科，工程师，研究方向为电器产品检验。

王伟，本科，工程师，研究方向为电器产品检验。

李小麟，本科，工程师，研究方向为电器产品检验。

（责任编辑：袁文静）