電動(dòng)汽車充換電設(shè)施電磁兼容測試建議

許繼電源有限公司 吳 昊 禹 沛 張 勇 翟思捷

電動(dòng)汽車充換電設(shè)施電磁兼容測試建議

許繼電源有限公司 吳 昊 禹 沛 張 勇 翟思捷

充換電設(shè)施作為電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)取得快速發(fā)展?？煽康碾姶偶嫒菪阅埽浅鋼Q電設(shè)施安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本保障之一。從充換電設(shè)施定義、標(biāo)準(zhǔn)以及電磁兼容測試三個(gè)方面展開研究，指出在充換電設(shè)施在電磁兼容方面存在的問題，同時(shí)提出充換電設(shè)施電磁兼容性能要求及測試建議。

電動(dòng)汽車；充換電設(shè)施；電磁兼容

0 前言

隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，作為電動(dòng)汽車基礎(chǔ)配套設(shè)施，充換電設(shè)施得到快速普及與應(yīng)用，已經(jīng)取得一定的市場規(guī)模。

充換電設(shè)施現(xiàn)場存在普遍的電磁兼容問題，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）充換電設(shè)施中，含有大量大功率電力電子設(shè)備，工作運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生諧波及電磁干擾。該干擾一方面在充換電設(shè)施之間相互影響，另一方面通過輻射或傳導(dǎo)的形式對其他設(shè)備正常工作造成影響。

（2）充換電設(shè)施現(xiàn)場電磁環(huán)境較為復(fù)雜，充換電設(shè)施需要抵抗來自其環(huán)境中的干擾，才能正常工作。這些干擾包括雷電干擾、靜電干擾、無線電干擾、機(jī)動(dòng)車輛干擾、公共電源干擾等。

為了驗(yàn)證充電設(shè)施的電磁兼容性能，電磁兼容測試是必不可少的。

1 充換電設(shè)施定義

根據(jù)《GB/T 29317-2012 電動(dòng)汽車充換電設(shè)施術(shù)語》中的定義，充換電設(shè)施是指為電動(dòng)汽車提供電能的相關(guān)設(shè)施的總稱，一般包括充電站、電池更換站、電池配送中心、集中或分散布置的交流充電樁等。充換電設(shè)施是一個(gè)統(tǒng)稱，即包含了充換電區(qū)域，也包含了充換電設(shè)備。廣義上講，可以指整個(gè)充電站或換電站，包含站內(nèi)所有設(shè)備及系統(tǒng)；狹義上講，可以指充電站或換電站中一個(gè)具體的設(shè)備或功能單元，如充電樁、充電模塊、控制單元等[1]。

充換電設(shè)施是一個(gè)較為廣泛的概念，涉及到多個(gè)行業(yè)（電力、電子、通信、照明等）。需要特別指出的是，車載充電機(jī)屬于電動(dòng)汽車自身部分，不屬于充換電設(shè)施。

充換電設(shè)施內(nèi)容如圖1所示。

圖1 充換電設(shè)施分類

2 充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1 充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

充換電基施作為電動(dòng)汽車的一部分，充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)是電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)體系中不可缺少的一部分，標(biāo)準(zhǔn)的頒布與實(shí)施主要是為了保證充換電設(shè)施的通用技術(shù)性、安全性、互換性。

我國電動(dòng)汽車充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系，包括基礎(chǔ)類、設(shè)備類、系統(tǒng)類、規(guī)劃設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)收、運(yùn)營管理等幾個(gè)方面，如圖2所示?；A(chǔ)類主要涉及充換電設(shè)施的基本概念、術(shù)語、物料編碼、系統(tǒng)建模等基礎(chǔ)和要求；設(shè)備類主要涉及交流充電樁、車載充電機(jī)、非車載傳導(dǎo)充電機(jī)等要求；規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收類主要涉及充電樁布局等；運(yùn)營管理系統(tǒng)類涉及充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)及充換電設(shè)備和動(dòng)力電池兩大類運(yùn)行管理歸滿、維護(hù)技術(shù)規(guī)程以及安全管理要求。

圖2 電動(dòng)汽車充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系

我國已經(jīng)頒布的充換電設(shè)施專用標(biāo)準(zhǔn)130多個(gè)，其中國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)53個(gè)，主要偏重于基礎(chǔ)類、規(guī)劃建設(shè)類、運(yùn)營管理類，設(shè)備類標(biāo)準(zhǔn)較少。充換電設(shè)施專用標(biāo)準(zhǔn)如圖3所示（以國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)）：

圖3 我國充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)分布

2.2 標(biāo)準(zhǔn)存在的問題

充換電設(shè)施涵蓋面廣，專用標(biāo)準(zhǔn)少，特別是設(shè)備類標(biāo)準(zhǔn)。目前，國內(nèi)及國際均無統(tǒng)一的充換電設(shè)施電磁兼容性能要求[2]。充換電設(shè)施電磁兼容性能要求一般在設(shè)備類標(biāo)準(zhǔn)中提及。目前，充換電設(shè)施設(shè)備類標(biāo)準(zhǔn)主要涉及充電設(shè)備；對于衍生的新產(chǎn)品，無專用的標(biāo)準(zhǔn)。新衍生充換電設(shè)施產(chǎn)品，其電磁兼容的要求只能參考于電磁兼容基本標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 17626、GB/T 17625系列）和通用標(biāo)準(zhǔn)（GB/ T 17799系列）。

3 充換電設(shè)施電磁兼容測試的建議

3.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

充換電設(shè)施屬于典型的工業(yè)產(chǎn)品，但是隨著充換電設(shè)施的普及，特別是充電站的大量建設(shè)，充換電設(shè)施的使用環(huán)境已經(jīng)由工業(yè)環(huán)境向居住、商業(yè)環(huán)境中轉(zhuǎn)變。根據(jù)充換電設(shè)施的使用環(huán)境，同時(shí)考慮相關(guān)電磁兼容測試項(xiàng)目的適用范圍，推薦對充換電設(shè)施進(jìn)行以下電磁兼容測試（見表1）。

表1 充換電設(shè)施電磁兼容試驗(yàn)項(xiàng)目

3.2 試驗(yàn)等級(jí)與試驗(yàn)方法

為了保證試驗(yàn)的可靠性、準(zhǔn)確性及可重現(xiàn)性，建議統(tǒng)一試驗(yàn)等級(jí)和試驗(yàn)方法。

（a）靜電放電抗擾度

適用范圍：適用于所有的充換電設(shè)施產(chǎn)品，只考慮在正常使用時(shí)可接觸到的部位。

試驗(yàn)等級(jí)：空氣放電±8KV，接觸放電：±6KV

注意事項(xiàng)：直接放電和間接放電均需要進(jìn)行。直接放電在充換電設(shè)施表面放電，間接放電通過水平耦合板及垂直耦合板放電，空氣放電和接觸放電兩種放電方式都需要進(jìn)行[3]。

（b）電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)

適用范圍：適用于所有的充換電設(shè)施產(chǎn)品，針對充換電設(shè)施的電源端口（輸入/輸出）、通信端口、采樣端口、控制端口等端口進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)采樣端口與控制端口在實(shí)際使用時(shí)與其他設(shè)備的電源端口連接時(shí)，那么采樣端口與控制端口當(dāng)作電源端口進(jìn)行處理。

試驗(yàn)等級(jí)：±2KV（電源端口）、±1KV（通信端口），5KHz或100KHz。

注意事項(xiàng)：對于電源端口，使用耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)。對于通信端口使用容性耦合夾進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)由于電壓或電流容量的限制不適用于電源端口時(shí)，可用容性耦合夾代替耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)[4]。

（c）浪涌沖擊抗擾度

適用范圍：適用于所有的充換電設(shè)施產(chǎn)品，針對充換電設(shè)施的電源端口（輸入/輸出）、通信端口、采樣端口、控制端口等端口進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)采樣端口與控制端口在實(shí)際使用時(shí)與其他設(shè)備的電源端口連接時(shí)，那么采樣端口與控制端口當(dāng)作電源端口進(jìn)行處理。當(dāng)直流電源端口電壓低于65V，且前級(jí)存在有效隔離（不會(huì)出線瞬態(tài)電壓或電流），不需要進(jìn)行試驗(yàn)[5]。

試驗(yàn)等級(jí)：共?！?KV，差?！?KV

試驗(yàn)方法：對于電源端口，使用耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)。對于通信端口，使用不同于電源端口的專用的耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)（如電容耦合、鉗位電路耦合、避雷器耦合等）進(jìn)行。對于線纜屏蔽層，直接施加干擾。

（d）振鈴波抗擾度

適用范圍：適用于用于中高壓場合的充換電設(shè)施產(chǎn)品，如高壓控制柜等。針對充換電設(shè)施的電源端口（輸入/輸出）、通信端口、采樣端口、控制端口等端口進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)采樣端口與控制端口在實(shí)際使用時(shí)與其他設(shè)備的電源端口連接時(shí)，那么采樣端口與控制端口當(dāng)作電源端口進(jìn)行處理，但需要在測試結(jié)果中標(biāo)明。

試驗(yàn)等級(jí)：共?！?KV，差?！?KV

注意事項(xiàng)：對于電源端口，使用耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)。對于通信端口，使用不同于電源端口的專用的耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)（如電容耦合、鉗位電路耦合、避雷器耦合等）進(jìn)行。

（e）射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度

適用范圍：適用于所有的充換電設(shè)施產(chǎn)品。針對充換電設(shè)施的電源端口（輸入/輸出）、通信端口、采樣端口、控制端口等。當(dāng)采樣端口與控制端口在實(shí)際使用時(shí)與其他設(shè)備的電源端口連接時(shí)，那么采樣端口與控制端口當(dāng)作電源端口進(jìn)行處理。

試驗(yàn)等級(jí)：10V，150KHz～80MHz

注意事項(xiàng)：電源端口采用耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)，通信端口采用電磁鉗進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)由于電壓或電流容量限值，耦合去耦合網(wǎng)絡(luò)不適用時(shí)，可用電磁鉗對電源端口進(jìn)行試驗(yàn)。

（f）工頻磁場抗擾度

適用范圍：適用于所有的充換電設(shè)施產(chǎn)品。

試驗(yàn)等級(jí)：持續(xù)磁場10A/m，短時(shí)磁場300A/m

注意事項(xiàng)：試驗(yàn)在屏蔽室進(jìn)行，優(yōu)先采用浸入法進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)產(chǎn)品尺寸過大時(shí)，可采用鄰近法進(jìn)行試驗(yàn)。

（g）射頻電磁場輻射抗擾度

適用范圍：適用于所有的充換電設(shè)施產(chǎn)品。

試驗(yàn)等級(jí)：試驗(yàn)場強(qiáng)10V/m，80MHz～1GHz，1.4GHz～2GHz。

注意事項(xiàng)：試驗(yàn)在電波暗室中進(jìn)行。

（h）傳導(dǎo)發(fā)射

適用范圍：適用于所有的充換電設(shè)施產(chǎn)品。針對充換電設(shè)施的電源端口（輸入/輸出）、通信端口、采樣端口、控制端口等。當(dāng)采樣端口與控制端口在實(shí)際使用時(shí)與其他設(shè)備的電源端口連接時(shí)，那么采樣端口與控制端口當(dāng)作電源端口進(jìn)行處理。

結(jié)果要求：充換電設(shè)施傳導(dǎo)發(fā)射應(yīng)不超過表2要求。

表2 充換電設(shè)施傳導(dǎo)發(fā)射限值

注意事項(xiàng)：試驗(yàn)在屏蔽室中進(jìn)行，電源端口用人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）測量，通信端口用不對稱人工網(wǎng)絡(luò)（AAN）測試。也用電壓探頭代替LISN或AAN進(jìn)行測試。

（i）輻射發(fā)射

適用范圍：適用于所有的充換電設(shè)施產(chǎn)品。

結(jié)果要求：充換電設(shè)施輻射發(fā)射應(yīng)不超過表3要求。

表3 充換電設(shè)施輻射發(fā)射限值

注意事項(xiàng)：試驗(yàn)在電波暗室中進(jìn)行。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果判定

對于抗擾度試驗(yàn)，共有四種結(jié)果判定方式：結(jié)果判定A：在制造商、委托方或購買方規(guī)定的限值內(nèi)性能正常；結(jié)果判定B：功能或性能暫時(shí)喪失或降低，但在騷擾停止后能自動(dòng)恢復(fù)，不需要操作者干預(yù)；

結(jié)果判定C：功能或性能暫時(shí)喪失或降低，但需要操作如人愿干預(yù)才能恢復(fù)；

結(jié)果判定D：因設(shè)備硬件或軟件損壞，或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。

現(xiàn)場環(huán)境中，傳導(dǎo)騷擾、電磁場騷擾是一直存在的，充換電設(shè)施必須在這種連續(xù)干擾環(huán)境中可靠運(yùn)行，不能出現(xiàn)功能喪失或性能降低，故射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度、工頻磁場抗擾度、輻射電磁場抗擾度試驗(yàn)結(jié)果必須滿足：在制造商、委托方或購買方規(guī)定的限值內(nèi)性能正常。

其他干擾（如靜電、電快速瞬變脈沖群、浪涌）不是一直存在的。這種干擾的特點(diǎn)是：發(fā)生概率較低、瞬時(shí)干擾、持續(xù)時(shí)間短、能量相對較大。為了保證充換電設(shè)施正常運(yùn)行，在存在瞬態(tài)干擾時(shí)，允充換電設(shè)施功能或性能暫時(shí)喪失或降低，但在騷擾停止后能自動(dòng)恢復(fù)，不需要操作者干預(yù)，即結(jié)果判定B。

4 總結(jié)

充換電設(shè)施的建設(shè)已經(jīng)取得一定的規(guī)模，但充換電設(shè)施的電磁兼容性能要求未取得統(tǒng)一共識(shí)。充換電設(shè)施電磁兼容試驗(yàn)項(xiàng)目與結(jié)果要求不統(tǒng)一、試驗(yàn)方法與試驗(yàn)流程不規(guī)范，給充換電設(shè)施的研發(fā)設(shè)計(jì)與認(rèn)證測試造成不便，不利于充換電設(shè)施的發(fā)展及普及。

為滿足我國電動(dòng)汽車發(fā)展及充換電設(shè)施建設(shè)的需要，應(yīng)盡快統(tǒng)一規(guī)范充換電設(shè)施電磁兼容性能要求，并制定一套通用的測試標(biāo)準(zhǔn)、測試流程及測試方法。

[1]GB/T 29317-2012,電動(dòng)汽車充換電設(shè)施術(shù)語[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.

[2]李新強(qiáng),琚丁力,陳建兵.電動(dòng)汽車充電設(shè)施及其標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀探討[J].低壓電器,2014,01:56-60.

[3]GB/T 17626.2-2006,電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[4]GB/T 17626.4-2008,電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[5]GB/T 17626.5-2008,電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

吳昊（1989—），男，河南人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：開關(guān)電源設(shè)計(jì)、電磁兼容檢測技術(shù)。