车载产品设计流程系列(五)：车载应急电源产品设计全流程详解  |  FROM ZERO TO ONE

一、车载应急电源产品设计背景：双轨时代的应急刚需

中国汽车工业协会数据显示，截至2025年一季度，中国新能源汽车保有量已突破8000万辆，传统燃油车保有量仍保持在3亿辆以上，中国车市正式进入燃油车与新能源车并存的"双轨时代"。

汽车亏电已成为贯穿用车全周期的"隐形杀手"。根据《2025年中国启动电源市场调查研究报告》，汽车亏电的主要诱因包括冬季低温导致电瓶活性骤降、新能源低压电池的系统性衰减、长时间停放引发的自放电以及车载电器过度使用造成的瞬时过载。传统道路救援平均等待时间超过45分钟，单次费用高达200-500元；邻车搭电操作风险大，容易烧坏车辆电路。在此背景下，便携、安全、高效的车载应急电源迅速崛起，成为现代车主出行的必备装备。

行业发展历程可划分为三个典型阶段：

• 2015–2019年：铅酸主导期：以传统启动功能为核心，产品普遍重达3–5公斤，2019年市场规模仅为42.3亿元
• 2020–2024年：锂电替代期：锂离子电池渗透率由2020年的不足12%跃升至2024年的76.5%，产品平均重量降至1.2–1.8公斤，2024年行业市场规模达133.1亿元
• 2025年起：智能生态期：产品集成BMS智能管理、多协议快充、IP67级防水等模块，2025年市场规模预计达158亿元

二、车载应急电源行业调查研究：数据驱动的需求挖掘

在启动任何一个车载应急电源设计项目之前，我们都会进行深入行业调查研究，这是确保设计方向正确的基础。

2.1市场竞争格局分析

根据中国电源工业协会2025年度报告，中国车载应急电源行业集中度持续提升，头部企业如骆驼股份、宁德时代旗下子公司、德赛西威、卡儿酷、上海广为等凭借技术积累、供应链整合能力及规模化生产优势，占据约45%的市场份额。行业协会推动建立企业白名单制度，首批28家入围企业市场份额合计占比达65%。

产品结构呈现"两头扩张"趋势：一线城市向车家两用智能设备演进，三四线城市则聚焦高性价比基础款产品。2024年具备PD100W快充、LCD智能屏、双USB-C多协议输出功能的中高端机型占比已达41.3%，较2023年提升12.6个百分点。

2.2用户需求深度调研

我们团队深度调研后，总结出用户对车载应急电源的核心需求排序：

• 安全性：92.7%的用户将安全性列为首要考虑因素
• 可靠性：87.3%的用户希望产品在极端环境下仍能正常工作
• 便携性：81.5%的用户希望产品体积小、重量轻
• 易用性：76.8%的用户希望操作简单，无需看说明书
• 多功能性：69.2%的用户希望产品能为多种电子设备充电
• 耐用性：65.4%的用户希望产品使用寿命长

2.3行业标准与法规要求

车载应急电源产品设计必须严格遵守国家和行业相关标准，目前国内核心标准包括：

• CAB1022-2014《锂离子蓄电池汽车应急启动电源》：中国汽车工业协会发布的首个系统性技术规范
• GB/T31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与试验方法》
• GB/T27930-2015《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》
• GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》

三、车载应急电源设计痛点解决方案：直击四大核心矛盾

通过深入的行业调查研究，我们发现当前车载应急电源工业设计存在四大核心矛盾，这也是我们设计工作需要重点解决的问题。

3.1输出功率与产品体积的平衡

痛点：大排量燃油车和800V高压平台新能源汽车需要更大的启动功率，但功率越大，电芯数量越多，产品体积和重量也会相应增加。

解决方案：

• 采用汽车级A类高倍率锂离子电芯，瞬间放电电流可达2000A以上
• 采用三维堆叠设计，充分利用内部空间，实现组件一体化集成
• 采用模块化设计，根据不同功率需求灵活组合功能模块

3.2高压输出与使用安全性的平衡

痛点：800V高压平台对应急电源的绝缘防护要求极高，保护不足易引发安全事故，保护过度则会增加成本和体积。

解决方案：

• 构建"电芯级-电路级-结构级"三重安全防护体系
• 设计过压、过流、过温、短路、反接等十多重保护电路
• 采用高强度绝缘外壳，预留足够的内部爬电距离
• 加入主动放电功能，使用后自动释放高压电容残留电量

3.3多功能性与操作复杂度的平衡

痛点：应急电源核心功能使用频率低，单一功能导致用户感知价值低；功能过多则会增加操作复杂度，影响应急使用效率。

解决方案：

• 坚持"核心功能一键操作"原则，自动识别车辆电压并启动
• 附加功能"实用不复杂"，满足日常充电、露营等场景需求
• 采用直观的人机交互设计，配备LCD高清数显屏

3.4极端环境适应性与产品成本的平衡

痛点：车载应急电源需要在-40℃~+60℃的宽温域环境下工作，但采用昂贵的宽温材料会大幅提升产品成本。

解决方案：

• 选用工作温度范围为-40℃~+60℃的磷酸铁锂电池
• 设计三级散热系统，分别针对不同发热部件进行散热
• 采用IP65级防水防尘设计，应对雨天和沙尘天气

四、壹零壹标准车载应急电源设计流程：从概念到量产的六步走

在壹零壹工业设计，我们将车载应急电源产品设计流程分为六大阶段，每个阶段都有明确的交付物和验收标准，确保项目高质量按时交付。

4.1第一阶段：需求定义与项目立项

交付物：《车载应急电源产品需求规格书》《项目计划书》

核心工作：与客户对齐产品定位、目标价格和交付周期；明确启动电流、电池容量等技术指标；组建跨职能团队；进行可行性评估；制定详细项目计划。

4.2第二阶段：概念设计与方案评审

交付物：《车载应急电源概念设计方案集》《CMF设计方案》

核心工作：输出5-8套外观概念草图；筛选3套最优方案进行三维建模和渲染；进行CMF设计；组织内部和客户评审；确定最终设计方向。

4.3第三阶段：详细设计与工程验证

交付物：《车载应急电源三维结构模型》《电子原理图》《PCB设计图》

核心工作：进行详细结构设计和电路设计；使用Flotherm进行热仿真，使用ANSYS进行结构仿真；制作3D打印手板模型，验证设计可行性。

4.4第四阶段：原型测试与设计优化

交付物：《原型测试报告》《设计优化方案》

核心工作：制作功能完整的原型机；进行全面的性能测试和可靠性测试；根据测试结果优化设计；重复测试-优化过程直至满足要求。

4.5第五阶段：模具开发与试生产

交付物：《模具验收报告》《试生产报告》

核心工作：制作注塑模具和冲压模具；进行模具验收；小批量试生产50-100台样机；进行量产前最终测试；优化生产工艺。

4.6第六阶段：量产导入与售后服务

交付物：《量产导入文件》《售后服务手册》

核心工作：向工厂移交所有生产文件；对生产人员进行培训；全程跟踪首批量产过程；编写售后服务手册；收集市场反馈用于产品迭代。

五、车载应急电源设计技巧分享：提升产品竞争力的关键

在多年的车载应急电源工业设计实践中，我们总结出了一些实用的设计技巧，能有效提升产品的安全性、易用性和美观度。

5.1安全性设计技巧

• 采用智能防反接夹子，接反时自动切断输出并发出声光报警
• 在电芯、MOSFET等关键发热部位安装温度传感器，实现过温保护
• 在电池组与外壳之间增加绝缘层，电路板喷涂绝缘漆
• 采用防爆阀设计，当电池内部压力过大时自动释放压力

5.2人机工程学设计技巧

• 产品侧面设计符合人体工学的防滑纹理，提升握持舒适度
• 按键大小适中，行程合理，戴手套也能轻松操作
• 红黑分明的电瓶夹对应正负极，避免用户接反
• 显示屏采用大字体、高对比度设计，强光下清晰可见

5.3CMF设计技巧

• 色彩设计：采用明黄与曜黑的撞色设计，提升应急场景下的辨识度
• 材质设计：外壳采用ABS+PC阻燃材质，高端产品可采用航空铝合金
• 表面处理：采用双色注塑、IMD、阳极氧化等工艺，提升美观度和耐用性

5.4结构设计技巧

• 一体化收纳设计，将电瓶夹、充电线等配件收纳在机身内
• 模块化设计，便于生产和后期维修
• 外壳接缝处使用密封胶条，接口配备防水防尘盖
• 设计独立散热风道，形成良好的空气对流

六、车载应急电源设计实战举例：壹零壹某系列

下面以我们团队设计的某系列车载应急电源为例，展示一个完整的设计过程。

6.1项目背景与挑战

客户是国内某汽车电子企业，希望设计一款面向中高端市场、适配800V高压平台新能源汽车的车载应急电源，同时集成充气泵功能。主要设计挑战包括：在有限体积内集成多个组件、解决800V高压输出的安全问题、平衡充气泵的噪音和散热问题。

6.2设计方案

• 外观设计：采用简约硬朗的几何造型，深空灰与极光蓝的撞色设计，体现新能源汽车的科技感
• 结构设计：采用三维堆叠设计，电池组在底部，电路板在中间，充气泵在顶部；设计独立散热风道
• 功能设计：最大启动电流2500A，20000mAh电池容量，PD100W双向快充，智能充气泵自动充停

6.3设计成果

系列正式上市后，上市首月销量突破，荣获中国设计奖。

七、车载应急电源设计常见问题

Q1：车载应急电源设计最重要的考虑因素是什么？

A1：安全性是车载应急电源设计中最重要的考虑因素，没有之一。设计师必须从电芯选型、电路设计、结构设计等各个环节严格把控安全风险，确保产品在任何情况下都不会发生爆炸、燃烧、漏电等安全事故。

 

Q2：800V新能源车载应急电源设计与传统燃油车应急电源设计有什么区别？

A2：800V新能源车载应急电源设计的核心区别在于绝缘防护要求和电压适配能力。800V平台需要更高的绝缘等级和更完善的高压保护电路，同时需要能够识别并适配不同新能源车型的低压系统电压。

 

Q3：如何平衡车载应急电源的体积和启动功率？

A3：平衡体积和启动功率的关键在于选用高倍率放电电芯和优化内部结构布局。采用汽车级高倍率电芯可以在减少电芯数量的同时保证足够的启动功率，三维堆叠设计可以最大化利用内部空间。

 

Q4：车载应急电源设计需要遵守哪些国家标准？

A4：目前国内车载应急电源设计需要遵守的核心国家标准包括CAB1022-2014《锂离子蓄电池汽车应急启动电源》、GB/T31467.3-2015、GB/T27930-2015和GB7258-2017等。

 

Q5：车载应急电源的防水等级一般设计为多少？

A5：车载应急电源的防水等级一般设计为IP65级，可以应对雨天和沙尘天气。对于面向户外越野场景的高端产品，可以设计为IP67级防水。

 

Q6：车载应急电源的工作温度范围应该设计为多少？

A6：考虑到中国幅员辽阔，气候差异大，车载应急电源的工作温度范围应该设计为-40℃~+60℃，以适应北方冬季的低温和南方夏季的高温环境。

 

Q7：车载应急电源设计中如何提升用户的易用性？

A7：提升易用性的关键在于简化核心功能的操作流程。坚持"核心功能一键操作"原则，采用直观的图标和文字标识，配备清晰的显示屏，让用户无需看说明书就能使用。

 

Q8：车载应急电源的CMF设计有什么特别注意事项？

A8：车载应急电源的CMF设计需要兼顾辨识度和耐用性。色彩上建议采用高对比度的撞色设计，提升应急场景下的辨识度；材质上采用阻燃、防刮耐磨的材料；表面处理工艺要能抵抗油污和紫外线的侵蚀。

 

Q9：车载应急电源设计中如何进行散热设计？

A9：车载应急电源的散热设计需要采用分区散热的策略。电池组、电路板和充气泵等不同发热部件应设计独立的散热风道，避免热量相互影响。同时在关键发热部位安装散热片和散热风扇。

 

Q10：车载应急电源从设计到量产一般需要多长时间？

A10：一个完整的车载应急电源设计项目从需求定义到量产导入一般需要6-9个月的时间。其中概念设计和详细设计约3个月，原型测试和设计优化约2个月，模具开发和试生产约2-3个月。

八、文章总结

车载应急电源产品设计是一个系统性的工程，需要设计师在安全性、可靠性、便携性、易用性和成本之间找到最佳平衡点。随着新能源汽车技术的不断发展，车载应急电源也将朝着更加智能化、集成化、生态化的方向发展。

作为工业设计师，我们的工作不仅仅是画出漂亮的图纸，更是要深入理解用户的需求，运用专业知识和技能，创造出既实用又美观的产品。希望本文分享的车载应急电源设计流程、技巧和实战经验，能够为行业同仁提供有价值的参考，共同推动中国车载应急电源行业的高质量发展。

 

参考文献

[1]中国汽车工业协会.2025年中国汽车工业经济运行报告[R].北京:中国汽车工业协会,2025.

[2]中国电源工业协会.2025年度中国车载应急电源行业发展报告[R].北京:中国电源工业协会,2025.

[3]中国汽车工业协会.CAB1022-2014锂离子蓄电池汽车应急启动电源[S].北京:中国标准出版社,2014.

[4]国家质量监督检验检疫总局.GB/T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求与试验方法[S].北京:中国标准出版社,2015.

[5]国家质量监督检验检疫总局.GB/T27930-2015电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议[S].北京:中国标准出版社,2015.

[6]国家质量监督检验检疫总局.GB7258-2017机动车运行安全技术条件[S].北京:中国标准出版社,2017.

[7]2025年中国启动电源市场调查研究报告[R].北京:赛迪顾问股份有限公司,2025.

[8]壹零壹工业设计.车载产品工业设计标准流程手册[EB/OL].深圳:壹零壹工业设计官网,2026.

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