電動(dòng)汽車低于30 MHz頻段EMI測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分析

曾博 鄧俊泳 林道祺 林青 劉國(guó)榮

摘 要：針對(duì)電動(dòng)汽車高度集成的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可能帶來電磁兼容性問題，分析國(guó)際現(xiàn)行電動(dòng)汽車低于30 MHz頻段電磁騷擾測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，指出各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量?jī)x器、測(cè)量場(chǎng)地規(guī)定較為一致，但天線系統(tǒng)類型、位置布局、測(cè)試方向、檢波方式以及汽車工況有不同要求，GB/T 18387——2008規(guī)定巡航工況，CISPR 36規(guī)定巡航、空擋2種工況，這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)未明確普遍提出使用測(cè)功機(jī)要求；SAE J551-5：2012規(guī)定巡航、制動(dòng)、怠速3種工況，必須使用測(cè)功機(jī)。結(jié)果表明：制定中的CISPR 36開始關(guān)注30 MHz以下頻段電磁干擾（electromagnetic interference，EMI）特性，國(guó)際上EMI測(cè)量手段一致，測(cè)量對(duì)象、評(píng)價(jià)指標(biāo)則各有區(qū)別，SAE J551-5：2012標(biāo)準(zhǔn)通過設(shè)置能夠模擬出常規(guī)駕駛時(shí)可能存在的工況，以保證電動(dòng)汽車在各種情況使用的過程中不會(huì)出現(xiàn)輻射超標(biāo)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；電磁干擾；測(cè)試方法；包絡(luò)檢波；車輛工況

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-5124（2016）09-0011-04

0 引 言

電動(dòng)汽車發(fā)展基于直流電機(jī)技術(shù)，電池技術(shù)也是其核心技術(shù)之一。1834年Thomas Davenport制造出第一輛直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，動(dòng)力源為初級(jí)電池；1859年Gaston Plante發(fā)明可充電鉛酸電池，形成以有軌電車、電瓶車為主電動(dòng)汽車體系；20世紀(jì)90年代后，世界關(guān)注電動(dòng)車發(fā)展，并且2007年明確新能源汽車戰(zhàn)略以鋰電池為主，電動(dòng)汽車迎來新的發(fā)展機(jī)遇，其高度集成的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電磁兼容性（electro magnetic compatibility，EMC）測(cè)試帶來挑戰(zhàn)[1]。Iglesias M[2-3]分析四輪驅(qū)動(dòng)車輛EMC特性、耦合與接地問題對(duì)系統(tǒng)安全、性能的影響；Willmann B[4]提出針對(duì)電動(dòng)汽車高電壓供應(yīng)系統(tǒng)中的電壓紋波、高電壓瞬變的測(cè)試方法以及對(duì)應(yīng)措施；同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心[5]發(fā)現(xiàn)燃料電池汽車控制電路、主電路干擾峰值出現(xiàn)在4 MHz與2 MHz附近；北汽新能源公司[6]發(fā)現(xiàn)車外磁場(chǎng)輻射發(fā)射峰值主要集中在9～160 kHz頻段，系統(tǒng)內(nèi)干擾主要集中在500 kHz～2 MHz頻段。本文將基于國(guó)際上現(xiàn)行電動(dòng)汽車電磁干擾測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[7]，討論測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合學(xué)科發(fā)展，指出電動(dòng)汽車EMI測(cè)試的一些研究方向與熱點(diǎn)，期望對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到積極作用。

1 電動(dòng)汽車低頻EMI測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)趨勢(shì)分析與比較

國(guó)際致力于汽車整車EMI測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化工作的組織包括美國(guó)機(jī)動(dòng)車工程師學(xué)會(huì)（SAE）、國(guó)際無線電干擾特別委員會(huì)（CISPR）、聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)（SAC），表1為國(guó)際電動(dòng)汽車EMI測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試頻段與測(cè)試位置匯總表。

可以看出，30 MHz以下頻段電動(dòng)汽車整車EMI車外騷擾測(cè)試的相關(guān)規(guī)定較少，正在執(zhí)行中的標(biāo)準(zhǔn)只有SAE J551-5：2012[8]、GB/T 18387——2008[9]；CISPR與ECE是將電動(dòng)汽車作為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車一類，正在制定CISPR 36，開始關(guān)注30 MHz以下頻段EMI特性，但依然采用傳統(tǒng)車輛EMI測(cè)試方法[10]。而SAE、SAC則是將電動(dòng)汽車獨(dú)立出來，專門制定標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)其測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)化，SAC正在完善的GB/T 18387以推進(jìn)30 MHz以下頻段EMI車外騷擾測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化。

下面將從測(cè)試項(xiàng)目、場(chǎng)地、方法、限制各方面對(duì)SAE J551-5：2012、GB/T 18387——2008、CISPR 36（正在制定中）3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)定加以比較。

1.1 電動(dòng)汽車低頻EMI測(cè)試儀器與場(chǎng)地

SAE J551-5：2012、GB/T 18387——2008、CISPR 36標(biāo)準(zhǔn)對(duì)騷擾測(cè)量?jī)x器等規(guī)定較為一致，騷擾測(cè)量?jī)x器采用頻譜分析儀或掃描接收儀，輻射發(fā)射測(cè)量場(chǎng)地可以為開闊試驗(yàn)場(chǎng)（OATS）或吸波屏蔽室（ALSE）[11]。表2為國(guó)際電動(dòng)汽車EMI測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試場(chǎng)地與儀器匯總表。

GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012規(guī)定天線系統(tǒng)采用單極子天線或環(huán)形天線，必須在車輛前進(jìn)方向、倒退方向、兩個(gè)側(cè)面測(cè)量電磁騷擾；CISPR 36規(guī)定天線系統(tǒng)采用環(huán)形天線，天線布置將參考CISPER 12——2009相關(guān)規(guī)定，在車輛的兩個(gè)側(cè)面測(cè)量電磁騷擾[12]，圖1（a）、圖1（b）分別為GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012和CISPER 36標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試天線布置圖。GB/T 18387——2008、CISPER 36兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試X、Y、Z 3個(gè)正交方向的磁場(chǎng)發(fā)射，SAE J551-5：2012僅要求測(cè)試X、Y 2個(gè)水平方向磁場(chǎng)發(fā)射。GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012只規(guī)定天線距離為3 m的EMI測(cè)試方法，CISPR 36規(guī)定天線距離為3，10 m的EMI測(cè)試方法。

GB/T 18387——2008規(guī)定使用絕緣的千斤頂舉起驅(qū)動(dòng)輪，僅在車輛在無負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行會(huì)引起動(dòng)力系統(tǒng)損害或降低輻射發(fā)射電平，才使用測(cè)功機(jī)，CISPR 36規(guī)定空載的測(cè)功機(jī)或絕緣軸架上，SAE J551-5：2012規(guī)定必須使用測(cè)功機(jī)實(shí)現(xiàn)車輛工況模擬?？梢钥闯?，3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)功機(jī)的應(yīng)用方法要求不同[13]。

1.2 電動(dòng)汽車低頻EMI測(cè)試方法與限值

相比于GB/T 18387——2008，SAE J551-5：2012在電場(chǎng)騷擾部分增加均值（average，AV）檢波測(cè)試；CISPR 36在電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度依然采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車準(zhǔn)峰值（quasi-peak，QP）檢波與峰值（peak，PK）檢波結(jié)合的方法。QP檢波方式優(yōu)勢(shì)在于可以測(cè)試脈沖信號(hào)幅度、時(shí)間分布、重復(fù)頻率，被CISPR 16-1-1 推薦用于測(cè)試脈沖信號(hào)，內(nèi)燃機(jī)引起的電磁騷擾是類脈沖信號(hào)，而電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁騷擾特性則更穩(wěn)定。各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目檢波方式如表3所示。

CISPR 36對(duì)于限值方面的相關(guān)規(guī)定尚未出臺(tái)，表4～表6分別為各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電場(chǎng)強(qiáng)度輻射發(fā)射限值、磁場(chǎng)強(qiáng)度輻射發(fā)射限值、傳導(dǎo)輻射發(fā)射限值。可見，GB/T 18387——2008與SAE J551-5：2012在傳導(dǎo)發(fā)射限值的頻段劃分中有較大區(qū)別。圖2為GB/T 18387——2008與SAE J551-5：2012電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度輻射發(fā)射限值對(duì)比，可以看出SAE J551-5：2012放寬了30 MHz以下頻段峰值限值要求約20 dB。

1.3 電動(dòng)汽車工況

如表7、表8所示，在工況設(shè)置方面，GB/T 18387——2008規(guī)定了勻速巡航一種工況，在特征頻率提取與最大發(fā)射值測(cè)量中采用不同的速度。CISPR 36則規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)（巡航）、通電但不運(yùn)轉(zhuǎn)（停車檔）2種工況，且在發(fā)動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，特征頻率提取與最大發(fā)射值測(cè)量中采用不同轉(zhuǎn)速。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在工況設(shè)置上較為一致，只是用以描述工況的參數(shù)不同。而SAE J551-5：2012則在巡航工況之上，額外設(shè)置了制動(dòng)、怠速2種工況。可以看出，SAE J551-5：2012標(biāo)準(zhǔn)欲通過設(shè)置能夠模擬出常規(guī)駕駛時(shí)可能存在的工況，以保證電動(dòng)汽車在各種情況使用的過程中不會(huì)出現(xiàn)輻射超標(biāo)的現(xiàn)象。

2 結(jié)束語(yǔ)

1）30 MHz以下頻段電動(dòng)汽車整車EMI車外騷擾測(cè)試的相關(guān)規(guī)定較少但很重要，正在制定的CISPR 36開始關(guān)注30MHz以下頻段EMI特性。

2）CISPR 36將電動(dòng)汽車歸類傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車船中的一類，規(guī)定電磁場(chǎng)的發(fā)射值采用PK、QP檢波；GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012則是針對(duì)電動(dòng)汽車單獨(dú)制定EMI測(cè)試方法，GB/T 18387——2008規(guī)定電磁場(chǎng)的發(fā)射值采用PK檢波，SAE J551-5：2012則規(guī)定電場(chǎng)發(fā)射值采用PK、AV檢波，磁場(chǎng)發(fā)射值采用PK檢波；且SAE J551-5：2012的限值比GB/T 18387——2008提高了約20 dB。

3）GB/T 18387——2008規(guī)定巡航工況，未明確普遍提出使用測(cè)功機(jī)需求；CISPR 36以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，規(guī)定巡航、空擋2個(gè)工況；SAE J551-5：2012規(guī)定巡航、制動(dòng)、怠速3個(gè)工況，必須使用測(cè)功機(jī)。

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（編輯：李妮）