技术 | 间隙增加?电气间隙与爬电距离的相关设计

来源: 泰科电子 TE Connectivity 作者:TE Connectivity 2025-07-04 11:12:11

众所周知,48V相较12V电压上升,因此需要更大爬电距离(安全绝缘路径)和电气间隙(安全绝缘间距)。这意味着部分连接器需要重新设计。

举例:以 TE Connectivity(泰科电子,简称TE)某大厂定点车型某48V产品为例,爬电距离/电气间隙参照IEC 60664-1和ISO21780要求,基于污染等级3、材料组别、环境、海拔条件,爬电距离和电气间隙设计参照如下: 
 

  
 

  材料组别I   材料组别II   材料组别III
  电气间隙(mm)   1.7   1.7   1.7
  爬电距离(mm)   2.1   2.3   2.5

  
那么,更大到底是多大?参照怎样的标准?现有的标准是否足够应对革新挑战?今天我们来探讨以上问题。

连接器设计参照标准:IEC 60664-1:2020与ISO 21780:2020

IEC 60664-1:2020:更通用的低压系统绝缘配合标准,由国际电工标准化委员会IX-CENELEC发布。适用于低压系统(≤1000V AC/1500V DC)的绝缘配合设计,定义污染等级、材料组别、海拔修正等基础原则。

 

ISO 21780:2020:汽车专用的电气电子设备绝缘配合标准,由国际标准化组织(ISO)定义,全称《道路车辆—电气电子设备绝缘配合》。它在IEC 60664-1框架下,增加了汽车特殊工况要求:

  • 振动、温度冲击、盐雾与油渍腐蚀等车载环境因素;
  • 48V系统双电压架构的绝缘协调规则;
  • 密封等级与污染等级的对应关系。

GB/T 45120-2024:是中国于2024年底发布的推荐性国家标准(全称《道路车辆 48V供电电压电气要求及试验》),在ISO 21780:2020基础上进一步提升了部分细节的要求。

 

优先级中国汽车市场优先遵循GB/T 45120-2024国际上车用48V系统优先遵循ISO 21780,未明确条款则引用IEC 60664-1。

  
关键参数一:污染等级(Pollution degree)

依据IEC 60664-1和ISO 21780,污染等级按环境导电风险分为4级,车用场景主要涉及2级与3级

关键说明:

  48V系统在机舱/底盘区域默认按污染等级3设计,需考虑粉尘、油污、冷凝水的复合影响。

  密封性等级(如IP6K9K)可降低污染等级。全密封(IP67+)可视为等级2

  
关键参数二:材料组别(Material Group)分类与CTI值

材料组别由相对漏电起痕指数(CTI)划分(参照IEC 60112标准),决定绝缘材料的抗表面放电能力。

  

关键说明:

  48V系统推荐使用II组及以上材料(CTI≥400),若用IIIb组材料需额外增加20%爬电距离。

  例如:48V电池包内PCB若采用FR-4(CTI=220,IIIa组),需按IIIa组查表计算爬电距离。

  注:TE定点车型48V产品塑壳采用I组材料

  材料组别   CTI值范围
  I   CTI ≥ 600
  II   400 ≤ CTI < 600
  IIIa   175 ≤ CTI < 400
  IIIb   100 ≤ CTI < 175

  
其他关键设计考量

电气间隙(Clearance):主要取决于工作电压+过压类别+污染等级

基础要求(污染等级3,海拔≤2000m)

冗余设计:实际需叠加瞬态过电压(如考虑负载突降影响),预留安全冗余。

  

爬电距离(Creepage)

核心变量工作电压+材料组别+污染等级

密封性影响:

全密封(IP67+):可按污染等级2设计。

非密封:污染等级3下,若用IIIb材料(CTI<175),需额外增加爬电距离20%(例:48V DC需≥3.0mm)。

双重绝缘:48V系统一次侧(高压)对车身需电气间隙+爬电距离要求双重达标

  
现有标准:仍有局限

现行标准IEC 60664-1未涵盖车载动态应力影响(如振动、温度冲击),而ISO 21780:2020当初主要针对过电压点高达70V的轻混动力汽车(MHEV)所制定,其爬电距离和电气间隙仍基于稳态电压设计,对于负载突降、开关浪涌等因素导致的瞬态电压激增情况未明确要求。GB/T 45120-2024增加了更多细节考量,但对于开关浪涌抑制,以及长久使用下的EMC考量、深度盐雾腐蚀、密封材料老化造成降距风险等,特别针对机舱高振动区、800V/48V共板区域,以及高原/沿海热销车型,车厂仍需加强标准提升,关注人车安全。

  
凭借80余年的丰富连接技术经验和48V架构整车量产案例,TE可基于客户的实际架构设计和环境需求,根据客户目标市场要求的标准提供量体裁衣的专家建议,为48V连接解决方案提供因地制宜的产品,在架构革新的同时,提供足具安全保障又兼顾整体性价比的方案。

  
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