國外電動汽車電磁兼容的檢測標準*

/ 1.上海交通大學；.上海市計量測試技術研究院；.沃爾沃汽車技術（上海）有限公司

Zhou Zhen1,2, Wang Wei3, Ma Xin2

（1.Shanghai Jiao Tong University; 2.Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology; 3.VOLVO CAR CHINA）

0 引言

電動汽車與傳統(tǒng)機動車相比，區(qū)別主要在于動力源、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。由于電動汽車采用了更多高壓、大功率的電氣部件以及高系統(tǒng)集成度和電磁敏感度的電子控制單元，使得其電磁兼容（EMC）問題尤為突出。電動汽車的電磁兼容性問題不僅會影響車輛周圍的無線電設備，還會通過傳導或輻射的方式影響車輛內(nèi)部其他電子部件工作的可靠性，直接關系到車輛行駛的安全性。因此，解決電動汽車的EMC問題至關重要,而開展電動汽車的EMC性能測試和標準研究是解決該問題的必要前提。

在電動汽車的電磁兼容性測試方面，近幾年國外陸續(xù)發(fā)布的電動車整車電磁兼容測試標準有ECE R10.04和 SAE J551-5:2012《Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, 150 kHz to 30 MHz》。

1 ECE R10.04

聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會2011年10月28日正式通過了ECE R10第四版修正案，并于2012年3月6日正式發(fā)布了ECE R10.04。ECE R10.04針對電動車和混合動力車充電部分增加了1個條款和6個附錄，該法規(guī)的推出替代了ECE R10.03版本。

ECE R10.04中關于電動車和混合動力車的測試包括兩方面內(nèi)容，一方面是考核電動車和混合動力車的可再充能量存儲系統(tǒng)（RESS）使用公共電網(wǎng)充電時對外界環(huán)境所產(chǎn)生的輻射騷擾以及對公共電網(wǎng)產(chǎn)生的傳導騷擾；另一方面是考核電動車和混合動力車的RESS在使用公共電網(wǎng)充電時抵抗外界的輻射和傳導干擾的能力。

ECE R10.04中定義了電動車和混合動力車測試時的工作狀態(tài)：電動車或混合動力車上的RESS處于充電狀態(tài)，電機和其他部件處于關閉狀態(tài)，測量過程中要確保初始充電功率為額定功率，直至充電電流至少為初始充電電流的80%。

1.1 輻射騷擾

寬帶輻射騷擾的測量限值與傳統(tǒng)車輛寬帶輻射騷擾限值相同，新增內(nèi)容為電動車或混合動力車上的RESS處于使用公共電網(wǎng)充電的狀態(tài)，車上的電機和其他部件都處于關閉狀態(tài)。測量布置如圖1和圖2所示。圖1和圖2是ECE R10.04上的要求，但是實際情況下，電動車和混合動力車的充電口不一定位于汽車的側(cè)面，有可能在其他部位，比如在后備箱蓋的中間部位等。如果遇到這種情況，需在測試前由實驗室與汽車廠商之間做好溝通，在制定測試計劃的時候給予明確的布置要求后方可進行測試。

1.2 輻射抗干擾

輻射抗干擾的測試等級與方法等同于傳統(tǒng)車輛輻射抗干擾測試，新增內(nèi)容為電動車或混合動力車上的RESS 處于使用公共電網(wǎng)充電的狀態(tài)，車上的電機和其他部件都處于關閉狀態(tài)。測試中需要觀察車的狀態(tài)、充電信息等現(xiàn)象，不能出現(xiàn)任何與干擾施加前相違背的異?，F(xiàn)象。測量布置如圖3 所示。同輻射騷擾的情況一樣，如果遇到充電接口的位置與標準定義的位置不同的情況，也必須在測試前由實驗室和汽車廠商之間做好溝通，在測試計劃中明確定義測試的布置，實際測試時需要根據(jù)測試計劃的要求進行測試。

圖1 RESS使用電網(wǎng)充電時輻射騷擾測試布置圖（主視圖）

1.3 傳導騷擾

1.3.1 交流電源線上的諧波發(fā)射測試

諧波干擾是指電動車或混合動力車上的RESS使用公共電網(wǎng)充電時，對公共電網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波干擾。諧波干擾限值分為≤16 A和16 A＜輸入電流≤75 A兩種情況，其具體的測試方法和限值需要分別參照IEC 61000-3-2（edition 3.2 - 2005 + Amd1:2008 + Amd2: 2009）和IEC 61000-3-12:2004。表1為單相輸入電流≤16 A時的諧波電流限值。對于16 A＜輸入電流≤75 A的諧波限值，應根據(jù)不同情況參照IEC 61000-3-12:2004中章節(jié)7.3.2.2的表4、表5和表6。諧波發(fā)射的測量布置圖如圖4和圖5所示，測試中需要測量到40次諧波。

圖3 RESS使用電網(wǎng)充電時輻射抗干擾測試布置圖

表1 諧波限值（每相輸入電流≤16 A）

圖4 單相諧波發(fā)射測試布置圖

1.3.2 交流電源線上電壓變化、波動與閃爍測試

電壓變化、波動和閃爍是指電動車或混合動力車上的RESS使用公共電網(wǎng)充電時，給電網(wǎng)帶來的電壓變化、波動和閃爍等現(xiàn)象。電壓變化、波動和閃爍的限值分成≤16 A和16 A＜輸入電流≤75 A兩種情況，測試方法和限值分別參照 IEC 61000-3-3:2008 和 IEC 61000-3-11:2000。對于每相輸入電流≤16 A的情況，其限值等同于IEC61000-3-3:2008版的第5章節(jié)；對于16 A＜輸入電流≤75 A的情況，其限值等同于IEC61000-3-11:2000版的第5章節(jié)。電壓變化、波動和閃爍的測量布置圖如圖6所示。

圖5 三相諧波發(fā)射測試布置圖

圖6 電源線上電壓變化、波動與閃爍測試布置圖

1.3.3 交直流電源線上的射頻傳導騷擾測試

針對電源線上的射頻傳導騷擾測量，是確定電動車或混合動力車上RESS充電時通過AC或DC電源線耦合至電網(wǎng)的射頻干擾值。對于交流和直流電源線分別給出了不同的騷擾限值，見表2和表3，其測量布置圖如圖7所示。標準推薦在半電波暗室或開闊場進行試驗。

表2 交流電源線上的射頻傳導騷擾限值

表3 直流電源線上的射頻傳導騷擾限值

圖7 交直流電源線上的射頻傳導騷擾測試布置圖

1.3.4 車載網(wǎng)絡與通信接口的射頻傳導騷擾測試

針對網(wǎng)絡和通信接口的射頻傳導發(fā)射，是測量電動車或混合動力車上的RESS充電時,通過其網(wǎng)絡和通信端口對居民區(qū)、商業(yè)區(qū)和輕工業(yè)環(huán)境所造成的射頻傳導騷擾。其測試方法參考CISPR 22:2008，其限值見表4，測量布置圖如圖8所示。標準推薦在半電波暗室或開闊場進行試驗。

表4 車載網(wǎng)絡與通信接口的射頻傳導騷擾限值

圖8 車載網(wǎng)絡與通信接口的射頻傳導騷擾測試布置圖

1.4 傳導抗干擾

1.4.1 交直流電源線上的電快速脈沖群抗干擾測試電快速瞬變脈沖群抗干擾測試是考核電動車或混合動力車上RESS在充電模式下，承受交流或直流電源線上電快速瞬變脈沖群的能力，測試方法參考IEC 61000-4-4:2004。車輛直接放置在接地平面上，所施加脈沖群開路輸出試驗電壓±2 kV，上升時間（Tr）5 ns，保持時間（Th）50 ns，脈沖重復頻率 5 kHz，持續(xù)時間1 min，以共模方式加在電源線上，觀察車輛在施加干擾期間是否有任何異?，F(xiàn)象，測量布置圖如圖9所示。

圖9 交直流電源線上的電快速脈沖群抗干擾測試布置圖

1.4.2 交直流電源線上的浪涌抗干擾測試

浪涌抗擾度測量，是考核電動車或混合動力車上RESS充電模式下承受交流或直流電源線上浪涌的能力，測試方法參考IEC 61000-4-5:2005。對于交流電源線，在線與地（共模）之間施加開路電壓峰值為±2 kV的1.2/50μs浪涌波形，在線與線（差模）之間施加開路電壓峰值為±1 kV的1.2/50 μs浪涌波形。測試中需要分別在0°，90°，180°和270°四個相位角施加正負極性各5次的浪涌干擾脈沖，脈沖的間隔時間為1 min。對于直流電源線，在線與地及線與線之間施加開路電壓峰值為±0.5 kV的1.2/50 μs浪涌波形，正負極性各施加5次浪涌干擾脈沖，脈沖的間隔時間為1 min。測試中需要觀察車輛在施加干擾期間是否有任何與干擾施加前不一致的現(xiàn)象。浪涌的測量布置圖分別如圖10、圖11、圖12和圖13所示。

圖10 交直流電源線上的浪涌抗干擾測試（線對線）布置圖

2 SAE J551-5:2012版

我國現(xiàn)行的電動汽車整車電磁兼容標準GB/T 18387-2008《電動車輛的電磁場發(fā)射強度的限值和測量方法，寬帶，9 kHz～30 MHz》，是參考美國汽車工程師協(xié)會標準SAE J551-5:2004《Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles,Broadband, 9 kHz to 30 MHz》修訂而成的，現(xiàn)如今SAE J551-5:2004已經(jīng)更新為SAE J551-5:2012。最新版的SAE J551-5:2012與GB/T 18387-2008的區(qū)別主要有以下幾個方面。

圖11 交直流電源線上的浪涌抗干擾測試（線對地）布置圖

圖12 三相電源線上的浪涌抗干擾測試（線對線）布置圖

圖13 三相電源線上的浪涌抗干擾測試（線對地）布置圖

2.1 測量頻率范圍

GB/T 18387-2008的測量頻率范圍為9 kHz～30 MHz，最新版SAE J551-5:2012的測量頻率范圍為 150 kHz～ 30 MHz。

2.2 電磁場強度輻射發(fā)射限值

GB/T 18387-2008的電場及磁場強度輻射發(fā)射峰值限值分別見表5和表6，SAE J551-5:2012在電場強度的限值中加入平均值檢波器的測量限值，其電場及磁場強度輻射發(fā)射限值分別見表7～表9。圖14為兩種標準的電場限值對比，圖15為兩種標準的磁場限值對比。

表5 GB/T 18387-2008電場強度輻射發(fā)射峰值限值

表6 GB/T 18387-2008磁場強度輻射發(fā)射峰值限值

表7 SAE J551-5 MAY2012電場輻射發(fā)射峰值限值

表8 SAE J551-5 MAY2012電場輻射發(fā)射平均值限值

表9 SAE J551-5 MAY2012磁場輻射發(fā)射峰值限值

2.3 輻射發(fā)射測量場地布置要求

兩種標準對輻射發(fā)射測量場地天線的放置要求有所不同。GB/T 18387-2008要求電場測試用的棒天線距離車輛最近部分為（3±0.1）m，磁場測試用的環(huán)天線中心置于地面以上（1±0.05）m，距離車輛的最近部分為（3±0.2）m；SAE J551-5:2012要求棒天線距離車輛最近部分為（3±0.03）m，環(huán)天線中心置于地面以上（1±0.05）m，距離車輛的最近部分為（3±0.03）m。從這里來看，SAE J551-5:2012標準中對于天線距離車輛的距離要求更加精確，試驗的準確性會得到進一步提高。對于磁場發(fā)射測試，將原先三個正交方向中的Z方向測試要求刪除，其原因可能是Z方向測得的數(shù)據(jù)普遍偏低，且向遠場發(fā)射的能力弱。圖16是電場測試用棒天線相對于車輛的位置，圖17(a)是磁場測試用環(huán)天線相對于車輛徑向放置的示意圖，圖17(b)是橫向放置的示意圖。

圖14 GB/T 18387-2008和SAE J551-5:2012電場強度輻射發(fā)射限值比對

圖15 GB/T 18387-2008和SAE J551-5:2012磁場強度輻射發(fā)射限值比對

圖16 棒狀天線相對車輛的位置示意圖

圖17 環(huán)形天線相對車輛的位置示意圖

3.4 測試狀態(tài)

SAE J551-5:2012相對于GB/T 18387-2008來說，在測試狀態(tài)上做了很大調(diào)整。

在GB/T 18387-2008中，只要求車輛在行駛狀態(tài)，掛高速檔時車速穩(wěn)定在40 km/h的情況下，對車前后左右四個面電場的垂直方向和磁場的三個正交方向進行測試，記錄數(shù)據(jù)。然后根據(jù)每個面的測試結(jié)果確定電場和磁場輻射最大的一個面。最后讓車輛穩(wěn)定在車速16 km/h和64 km/h的兩種情況下，測量該面的電場和磁場輻射，以確定是否超標。

而在SAE J551-5:2012中，增加了測試的狀態(tài)，由原來的一個車輛行駛狀態(tài)增加至三個狀態(tài)：制動狀態(tài)、爬行狀態(tài)、巡航狀態(tài)，具體情況如下。

1）制動狀態(tài)：踩下剎車使車輪處于靜止狀態(tài)；

2）爬行狀態(tài)：不踩油門和剎車，低速但不為零狀態(tài)；

3）巡航狀態(tài)：通過油門踏板或定速巡航的控制使車輛穩(wěn)定在70 km/h的車速運行?？梢允褂霉β视嬝撦d模擬道路負載。

在測試過程中，考慮到電動車的輻射強度是多個參數(shù)的函數(shù)，該標準給出了測試的相關默認值，并且在此基礎上推薦了參數(shù)變化的范圍。在此范圍內(nèi)改變測試狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)輻射量增加2dB以上且可以重復出現(xiàn)，則將默認狀態(tài)改為最大值狀態(tài)。具體參數(shù)如表10。

表10 SAE J551-5:2012最大發(fā)射參數(shù)

SAE J551:2012中對于車載充電系統(tǒng)的測試做了一些修改。GB/T 18387-2008中只要求在最大連續(xù)補充充電登記上進行測試，而SAE J551:2012中要求在最大充電速率的80%和最小充電速率兩種情況下進行測試。還需要注意一點，標準中要求對于帶有頻率大于1.705 MHz的數(shù)字控制電路或開關電路，必須采用CISPR 12中30～1000 MHz范圍內(nèi)的平均值限值對于充電系統(tǒng)進行測試。

3 結(jié)語

電動汽車與傳統(tǒng)的燃油機動車相比，增加了許多電力電子裝置和一些高壓模塊，由此導致可能存在的EMC隱患。這些隱患可能會危及人身安全，必須引起廣泛重視。在國家的大力扶持下，電動汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，由此帶來電動汽車的各項檢測要求，包括EMC檢測都應予以重視。由于國內(nèi)電動汽車關于EMC的檢測經(jīng)驗較少，雖然我國電動汽車的 EMC相關標準體系已經(jīng)初步建立，但在完備性、可操作性等方面仍需改善。故在標準的制定過程中需要借鑒國外先進經(jīng)驗，參考國外最新的電動汽車相關標準，并結(jié)合我國電動汽車產(chǎn)業(yè)實際情況，制定出適應我國國情的電動汽車相關標準。本文通過對ECE R10.04和SAE J551-5：2012中電動汽車部分新增和修訂的內(nèi)容做了一個簡單的概括，希望可以對電動汽車的EMC檢測人員提供一點幫助，方便大家開展檢測工作。

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[2]美國汽車工程師協(xié)會.SAE J551-5：2012[S].Warrendale，2012.

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