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隨著石油供應(yīng)的日趨緊缺和環(huán)境污染的日益加劇,電動(dòng)車這種以電能為動(dòng)力的交通工具憑借其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)日漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。20世紀(jì)80年代以來, 許多發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入巨資研發(fā)電動(dòng)汽車,我國(guó)的“863 計(jì)劃”也已明確將電動(dòng)汽車作為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。目前,我國(guó)電動(dòng)汽車的研發(fā)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家基本上處在同一起跑線上,在某些方面甚至超過國(guó)外。2005年,我國(guó)第一代混合動(dòng)力商品車通過論證和驗(yàn)收。

與傳統(tǒng)汽車相比,純電動(dòng)汽車最大的變革是取消了內(nèi)燃機(jī),改為電機(jī),能量來源由燃油改為車載蓄電池。一部分車輛采用直流電動(dòng)機(jī),其DC-DC轉(zhuǎn)換器、換向裝置和晶閘管斬波調(diào)速裝置向外界發(fā)射騷擾;一部分車輛采用交流電動(dòng)機(jī),蓄電池的直流電經(jīng)過DC-AC逆變器轉(zhuǎn)換為交流電給電機(jī)供電,通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行進(jìn)。如果抑制措施不夠,逆變后的交流電中將含有豐富的諧波成分,經(jīng)裝置的輸入輸出線向空間發(fā)射較強(qiáng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。其頻譜范圍較廣,從幾十千赫到幾十、幾百兆赫茲甚至覆蓋射頻段,會(huì)對(duì)調(diào)幅廣播頻段以及汽車本身電子管理系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。另一方面,許多汽車廠家為提高汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性,在汽車上裝置了較多的電子設(shè)備,如汽車制動(dòng)防抱死裝置(ABS)、電子控制制動(dòng)系統(tǒng)(EDS)及安全氣囊。如果這些系統(tǒng)的電子控制裝置受到干擾,將導(dǎo)致汽車管理系統(tǒng)失調(diào),造成嚴(yán)重的交通事故。因此出于安全角度,電動(dòng)車的研發(fā)階段應(yīng)專門進(jìn)行電磁兼容(EMC)測(cè)試,保證整車以及零部件滿足電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

電動(dòng)車的發(fā)展方向是真正“零排放、無污染、不消耗燃油”。但是最近來自北美混合動(dòng)力車車主的投訴,使混合動(dòng)力車等電動(dòng)汽車遭遇一場(chǎng)電磁危機(jī)。其原因在于電動(dòng)車的電磁輻射對(duì)人體以及生態(tài)環(huán)境的危害,目前國(guó)內(nèi)尚沒有開始這方面的研究,國(guó)外有相關(guān)研究。雖然這一問題目前尚未有定論,但消費(fèi)者的擔(dān)憂不無道理。電磁輻射已被世界衛(wèi)生組織列為繼水源、大氣、噪聲之后的第四大環(huán)境污染源。

另外電動(dòng)汽車配套產(chǎn)品中的一個(gè)非常重要的組成部分是充電系統(tǒng)。根據(jù)電動(dòng)車本身的設(shè)計(jì),可以在家里充電,也可以在專業(yè)的充電站進(jìn)行充電。國(guó)家發(fā)改委在《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2005年本)》實(shí)施兩年之后,在舊版目錄鼓勵(lì)建設(shè)汽車加氣站工程的基礎(chǔ)上,《新指導(dǎo)目錄》首次提出,鼓勵(lì)建設(shè)新能源汽車充電站工程。目前國(guó)內(nèi)的比亞迪公司正在著力研發(fā)自帶充電器的電動(dòng)車,實(shí)現(xiàn)在家充電。要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的產(chǎn)業(yè)化,就必須解決電池充電問題,大量布置充電站并增加充電站的功率以提高充電速度,但是電動(dòng)車充電站作為一個(gè)接在城市電網(wǎng)和電動(dòng)車汽車之間的電工電子設(shè)備,必須對(duì)充電站的電磁兼容性有嚴(yán)格的要求,這樣才能保證充電站在電網(wǎng)中安全穩(wěn)定的運(yùn)行并不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。目前國(guó)內(nèi)有相關(guān)法規(guī),都很少?gòu)?qiáng)制執(zhí)行,本文對(duì)相關(guān)法規(guī)進(jìn)行剖析和總結(jié),為電動(dòng)車以及充電系統(tǒng)的開發(fā)工作做鋪墊。

 

 

 二、電動(dòng)車EMC標(biāo)準(zhǔn)以及測(cè)試項(xiàng)目 

 

 

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中與電動(dòng)車輛有關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)有四個(gè),分別是GB/T17619-1998《機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗干擾限值和測(cè)量方法》、GB18655-2002《用于保護(hù)車載接收機(jī)的無線電騷擾特性的限值和測(cè)量方法》、GB14023-2006《車輛、船和由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置無線電騷擾特性限值和測(cè)量方法》和GB/T18387-2008《電動(dòng)車輛的電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度的限值和測(cè)量方法寬帶9kHz~30MHz》,其中前面三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)車輛通用,本文不在詳述。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18387-2008等同采用美國(guó)機(jī)動(dòng)汽車工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)SAEJ 551-5:2004《電動(dòng)車輛的磁場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量方法及執(zhí)行電平》。

目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)車輛還處于研制樣車階段,電動(dòng)車輛電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度的測(cè)量少有實(shí)施。本文根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)相關(guān)試驗(yàn)要求。

 

(1)GB18387中規(guī)定限值所用帶寬為1kHz,而規(guī)定的測(cè)量?jī)x器帶寬如表1,因此在測(cè)試之前要先進(jìn)行帶寬轉(zhuǎn)換。0.009MHz~0.15MHz的轉(zhuǎn)換系數(shù)為20lg0.2=-13.98dB,0.15MHz~30MHz的轉(zhuǎn)換系數(shù)為20lg9=19.08dB。這些系數(shù)可以在軟件設(shè)置測(cè)試模板時(shí)進(jìn)行,加上修正系數(shù)即可。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電場(chǎng)和磁場(chǎng)限值見圖1和圖2。

表1 測(cè)量?jī)x器帶寬(6dB)

頻率范圍儀器帶寬

0.009MHz~0.15MHz 200Hz

0.15MHz~30MHz 9kHz

圖1 標(biāo)準(zhǔn)峰值脈沖的電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)射限值圖2 標(biāo)準(zhǔn)峰值脈沖的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)射限值

(2)測(cè)試場(chǎng)地為開闊試驗(yàn)場(chǎng)地(OATS),應(yīng)符合GB14023中規(guī)定,目前這個(gè)信息時(shí)代,很難找到一個(gè)符合要求的開闊場(chǎng)。現(xiàn)在大多都使用電波暗室(ALSE),ALSE具有很多優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定的電特性,全天候試驗(yàn),可控制的電磁環(huán)境,測(cè)量重復(fù)性強(qiáng)。

(3)分別用1m垂直單極子天線和60cm靜電屏蔽環(huán)天線測(cè)量電場(chǎng)和磁場(chǎng),測(cè)量時(shí),單極子天線置于地面上,距車輛的最近部分為

3m±0.1m;環(huán)天線中心置于地面以上1m±0.05m,距車輛的最近部分為3m±0.2m。

(4)被測(cè)車輛應(yīng)運(yùn)行在穩(wěn)定車速40km/h下,對(duì)車輛的每一個(gè)側(cè)面進(jìn)行測(cè)量,以獲得最大輻射方向和最大輻射電平值。在最大輻射方向分別測(cè)量車速為16km/h和64km/h的最大輻射電平值。

 

三、電動(dòng)車充電系統(tǒng)EMC標(biāo)準(zhǔn)以及測(cè)試項(xiàng)目

 

3.1 電動(dòng)車充電系統(tǒng)的電磁騷擾

GB/T 18487.2-2001《電動(dòng)車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動(dòng)車輛與交流/直流電源的連接要求》和GB/T 18487.3-2001《電動(dòng)車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動(dòng)車輛交流/直流充電機(jī)(站)》的電磁環(huán)境測(cè)試部分分別對(duì)電動(dòng)車充電設(shè)備和電動(dòng)車充電站接交流電網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的諧波電流、傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾作了詳細(xì)規(guī)定。

 

▲ 諧波電流

充電系統(tǒng)連接到交流電源時(shí),所引起的交流輸入電流失真不應(yīng)該超過有關(guān)規(guī)定。額定電流小于16A的充電系統(tǒng)依據(jù)GB/T 17625.1測(cè)試符合性,額定電流大于16A小于75A的充電系統(tǒng)依據(jù)IEC61000-3-12測(cè)試符合性。

 

▲ 高頻傳導(dǎo)騷擾

GB/T 18487.2-2001中規(guī)定了電動(dòng)車輛在交流輸入連接端的傳導(dǎo)騷擾限值,見表2。根據(jù)GB4343、GB 6113.1和GB 6113.2來檢驗(yàn)其符合性。把電動(dòng)車輛的電源電纜連到人工設(shè)置的電源網(wǎng)絡(luò)上,測(cè)量電動(dòng)車輛充電設(shè)備的高頻電壓騷擾,然后確定產(chǎn)生最大電壓騷擾的工作點(diǎn)。

表2 電動(dòng)車車載充電系統(tǒng)的交流輸入端的傳導(dǎo)發(fā)射限值

位置非限定區(qū)域(包括民用環(huán)

境)限定區(qū)域的(僅限于工業(yè)環(huán)

境)

頻段MHz 準(zhǔn)峰值dBμV 平均值dBμV 準(zhǔn)峰值dBμV 平均值dBμV

0.15~0.5 66隨頻率對(duì)

數(shù)減少到56 56隨頻率對(duì)

數(shù)減少到46

79 66

0.5~5.0 56 46 73 60

5.O~30.0 60 50 73 60

注:表中平均值測(cè)量用限值是暫定的,通過一段時(shí)間實(shí)踐后可能會(huì)修改。

GB/T 18487.3-2001規(guī)定了電動(dòng)車輛充電站接電阻性負(fù)載和額定輸出功率下,交流輸入端對(duì)外發(fā)射的傳導(dǎo)騷擾限值,見表3。根據(jù)GB 9254、GB 6113.1和GB 6113.2檢驗(yàn)其符合性。

表3 電動(dòng)車充電站的交流輸入端的傳導(dǎo)發(fā)射限值

頻率MHz 限值

準(zhǔn)峰值dBμV 平均值dBμV

0.15~0.5 66隨頻率對(duì)數(shù)減少到

56 56隨頻率對(duì)數(shù)減少到

46

0.5~5.0 56 46

5.O~30.0 60 50

GB/T 18487.3-2001還規(guī)定了電動(dòng)車充電站的信號(hào)線和控制線的傳導(dǎo)發(fā)射騷擾限值,見表4。根據(jù)GB 9254、GB 6113.1和GB 6113.2檢驗(yàn)其符合性。

表4 電動(dòng)車充電站的信號(hào)線和控制線的傳導(dǎo)發(fā)射限值

頻率MHz 限值

準(zhǔn)峰值dBμV 平均值dBμV

0.15~0.5 40隨頻率對(duì)數(shù)減少到

30 30隨頻率對(duì)數(shù)減少到

20

0.5~30.0 30 20

 

▲ 高頻輻射騷擾

GB/T 18487.2對(duì)電動(dòng)車車載充電系統(tǒng)沒有作高頻輻射騷擾限制,然而GB/T18387-2008規(guī)定如下:如果車載充電系統(tǒng)的數(shù)字控制電路或開關(guān)電路使用的頻率超出1.705MHz,應(yīng)對(duì)車載充電系統(tǒng)進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)試,根據(jù)GB14023進(jìn)行測(cè)量,在頻率范圍30MHz~1000MHz執(zhí)行窄帶輻射發(fā)射限值。GB/T 18487.3對(duì)電動(dòng)車充電站的高頻輻射干擾作了規(guī)定,10米處的強(qiáng)度限值見表5。

表5 電動(dòng)車充電站的輻射發(fā)射限值

頻率MHz 準(zhǔn)峰值限值dBμV/m

30~230 30

230~1000 37

 

     3.2 電動(dòng)車充電系統(tǒng)的電磁抗擾度

 電動(dòng)車的充電系統(tǒng),在充電過程中屬于電力網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)高功耗設(shè)備,其電磁兼容抗擾度試驗(yàn)除了應(yīng)該考慮靜電放電、射頻輻射、射頻傳導(dǎo)、浪涌以及電快速脈沖群等抗擾度試驗(yàn)項(xiàng)目外,還應(yīng)通過更加嚴(yán)酷的電源相關(guān)的電磁兼容抗擾度試驗(yàn),如電壓中斷、跌落以及變化抗擾度,工頻電壓中的諧波抗擾度,電壓波動(dòng)抗擾度、三相電壓不平衡抗擾度以及工頻電網(wǎng)中的頻率變化抗擾度試驗(yàn)。

相關(guān)要求可以參考 GB/T 18487.2-2001和GB/T 18487.3-2001

的電磁環(huán)境測(cè)試部分。

 

▲電源電壓暫降和中斷抗擾度

直接用交流電網(wǎng)供電的電動(dòng)車充電設(shè)備或者電動(dòng)車輛充電站(交流)都應(yīng)能承受電網(wǎng)故障導(dǎo)致電源電壓跳變和中斷,依據(jù)GB/T 17626.11測(cè)試符合性。其最低測(cè)試等級(jí)是電壓下降到標(biāo)稱電壓的70%,持續(xù)時(shí)間達(dá)10 ms,性能判據(jù)為B;電壓下降到標(biāo)稱電壓的50%,持續(xù)時(shí)間達(dá)100 ms,性能判據(jù)為B;電壓下降到標(biāo)稱電壓的95%,持續(xù)時(shí)間達(dá)5 s,性能判據(jù)為B。

 

▲電源電壓諧波抗擾度

直接用交流電網(wǎng)供電的電動(dòng)車充電設(shè)備或者電動(dòng)車輛充電站(交流)都能承受電網(wǎng)中50 Hz~2000 Hz范圍內(nèi)電壓諧波,通常該諧波是由電網(wǎng)中接入的其他非線性負(fù)載引起的,其電平的最低要求是IEC 61000-2-2中電源電壓諧波限值乘上系數(shù)1.7,性能判據(jù)為A。根據(jù)IEC最新標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì),將來應(yīng)該采用IEC61000-4-13。

 

▲ 靜電放電抗擾度

直接用交流電網(wǎng)供電的電動(dòng)車充電設(shè)備或者電動(dòng)車輛充電站(交流)都應(yīng)該能夠抗靜電放電,依據(jù)GB/T 17626.2測(cè)試符合性,推薦的最低要求是:8kV(空氣放電)或者4kV(接觸放電),性能判據(jù)為B。

 

▲快速脈沖群抗擾度

直接用交流電網(wǎng)供電的電動(dòng)車充電設(shè)備或者電動(dòng)車輛充電站(交流)應(yīng)能承受快速脈沖群的共模騷擾,共模干擾通常由電感性負(fù)載切換、繼電接觸器抖動(dòng)、高壓開關(guān)裝置切換引起,依據(jù)GB/T 17626.4測(cè)試符合性,測(cè)試等級(jí)為電壓2 kV,5 kHz脈沖重復(fù)率,持續(xù)1 min 以上,性能判據(jù)為B。對(duì)所有電源電纜、輸入/輸出信號(hào)線和控制電纜(如果有的話)應(yīng)進(jìn)行測(cè)試,在充電期間把它們接到電動(dòng)車輛充電機(jī)(站),對(duì)輸入/輸出信號(hào)和控制電纜的電平級(jí)別應(yīng)減半。

 

▲浪涌電壓抗擾度

直接用交流電網(wǎng)供電的電動(dòng)車充電設(shè)備或者電動(dòng)車輛充電站(交流)應(yīng)能承受電壓沖擊,浪涌電壓通常由電網(wǎng)換接的轉(zhuǎn)換、故障或閃電(間接電擊)引起的。依據(jù)GB/T 17626.5測(cè)試符合性,測(cè)試等級(jí)最低要求為1.2/50μs沖擊,共模狀態(tài)下2 kV,差模狀態(tài)下為1 kV,性能判據(jù)為C。

 

▲輻射電磁場(chǎng)抗擾度

直接用交流電網(wǎng)供電的電動(dòng)車充電設(shè)備或者電動(dòng)車輛充電站(交流)都應(yīng)能承受射頻電磁干擾,依據(jù)GB/T 17626.3測(cè)試符合性。其最低要求為場(chǎng)強(qiáng)3 V/m,頻率80 MHz~1000 MHz;性能判據(jù)為A;場(chǎng)強(qiáng)10 V/m,頻率80 MHz~1000 MHz,性能判據(jù)為B。

 

▲ 電壓不平衡和直流分量抗擾度

直接用交流電網(wǎng)供電的電動(dòng)車充電設(shè)備或者電動(dòng)車輛充電站(交流)都應(yīng)能承受電網(wǎng)電壓的不平衡度和由不平衡負(fù)載引起的直流分量,但其具體測(cè)試要求還在考慮中。

 

 四、結(jié)語

 

 電動(dòng)車在其研制過程中必須充分考慮電磁兼容問題,特別針對(duì)電源控制系統(tǒng)以及其他功能和娛樂控制系統(tǒng),必須做好濾波、屏蔽等抑制措施,使其自身發(fā)射的騷擾足夠小,減少對(duì)人體的傷害和環(huán)境的污染,同時(shí)提高自身的抗干擾能力。本文重點(diǎn)闡述了電動(dòng)車的低頻段(9kHz~30MHz)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)發(fā)射要求。

電動(dòng)車車載充電器的電磁兼容問題也是電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵問題,另外專業(yè)的電動(dòng)汽車充電站的電磁兼容性問題更加復(fù)雜,本文僅對(duì)其充電系統(tǒng)的電磁兼容性測(cè)試進(jìn)行了介紹,除充電系統(tǒng)外,電動(dòng)車充電站還具有計(jì)量系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng),要保證充電站的正常運(yùn)行,對(duì)計(jì)量系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的電磁兼容性也應(yīng)充分考慮。