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新能源高壓產(chǎn)品電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分析與解讀

 

摘要：隨著電動(dòng)汽車的高速發(fā)展，新能源汽車產(chǎn)品需求大幅增長(zhǎng)，但由此引發(fā)的電磁兼容問(wèn)題也日益增多。為了更好地管控和測(cè)試高壓產(chǎn)品，本文對(duì)當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析和解讀，并結(jié)合高壓產(chǎn)品實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了影響測(cè)試結(jié)果的因素以及測(cè)試方法的差異。

 

關(guān)鍵詞： 新能源；電磁兼容；標(biāo)準(zhǔn)

 

0 引言

在電動(dòng)汽車中，高壓帶電器件主要包括動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓配電箱（PDU）、電動(dòng)壓縮機(jī)、直流變換器（DC/DC）、車載充電機(jī)（OBC）以及高壓線束等。這些器件共同構(gòu)成了電動(dòng)汽車的高壓系統(tǒng)，其中動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和高壓控制系統(tǒng)是新能源電動(dòng)汽車的三大核心部件 [11]。

隨著電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高壓電氣電子產(chǎn)品也迎來(lái)了高速增長(zhǎng)，但同時(shí)也帶來(lái)了電磁輻射污染問(wèn)題。高壓大電流導(dǎo)致車內(nèi)電磁環(huán)境受到嚴(yán)重污染，因此，高壓產(chǎn)品電磁兼容性能的設(shè)計(jì)與管控變得至關(guān)重要。為此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)已開(kāi)始修訂相關(guān)高壓產(chǎn)品的測(cè)試規(guī)范，以約束其電磁兼容性能[22]。

本文主要針對(duì)現(xiàn)有高壓產(chǎn)品的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行分析與解讀，給出建議。

 

1 新能源汽車產(chǎn)品測(cè)試要求

$\mathrm{}$

目前主流高壓產(chǎn)品主要包含：電池包與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與電機(jī)控制器MCU、車載充電器OBC、DC/DC等高壓產(chǎn)品。新能源汽車產(chǎn)品在整車法規(guī)測(cè)試中所貢獻(xiàn)的電磁干擾較多，甚至?xí)鸱ㄒ?guī)測(cè)試超標(biāo)等情況。因此，新能源汽車產(chǎn)品的單體電磁兼容測(cè)試顯得至關(guān)重要，高壓產(chǎn)品不同于低壓產(chǎn)品，涉及強(qiáng)電壓、大電流、測(cè)試方法和測(cè)試等級(jí)的制定成為關(guān)鍵點(diǎn)，目前企業(yè)主要依據(jù)參考ECER10.05、CISPR25-2016、GBT18655-2018標(biāo)準(zhǔn)制定測(cè)試等級(jí)要求。

 

 

電磁兼容測(cè)試一般要求貼近整車實(shí)際工況，新能源汽車在測(cè)試過(guò)程中盡可能去接近高壓產(chǎn)品單體在整車中的實(shí)際工作條件。因此，電磁兼容實(shí)驗(yàn)室測(cè)試能力要求也較高，涉及到需要有強(qiáng)電壓、大電流、大功率負(fù)載等設(shè)備，特別對(duì)于電機(jī)控制器加載測(cè)試要求較高，需要滿足電磁兼容要求的加載裝置，目前市場(chǎng)上主要是Bluebox、水力測(cè)功機(jī)等方式加載[55]。表1給出了新能源汽車測(cè)試等級(jí)參考。

 

1 新能源高壓產(chǎn)品測(cè)試等級(jí)（參考）

測(cè)試項(xiàng)目	零部件電磁輻射發(fā)射	電磁輻射抗擾度	大電流注入抗擾度	靜電放電干擾
參考標(biāo)準(zhǔn)	GB/T18655-2018	GB/T36282-2017	GB/T36282-2017	GB/T36282-2017
測(cè)試頻段	150kHz～2.5GHz	200MHz～2GHz	20MHz～200MHz	——
等級(jí)要求	等級(jí)3（具體用戶自定義參考標(biāo)準(zhǔn)）	30V/m	60mA	接觸放電：8kV 空氣放電：15kV

 

2 新能源汽車產(chǎn)品EMC 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)概述

$\mathrm{}$

電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求電子電機(jī)設(shè)備相關(guān)產(chǎn)品必須符合輻射干擾與傳導(dǎo)干擾發(fā)射規(guī)格，以及輻射抗干擾性能與傳導(dǎo)抗干擾性能規(guī)格。為了驗(yàn)證電子電機(jī)設(shè)備EMC 設(shè)計(jì)是否良好，必須在研發(fā)的整個(gè)過(guò)程中，對(duì)各種電磁干擾源發(fā)射干擾、傳輸特性及受干擾設(shè)備能否滿足抗干擾性能測(cè)試，驗(yàn)證設(shè)備是否符合相關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，電磁兼容性測(cè)試包含電磁干擾測(cè)試（EMI）及電磁抗干擾測(cè)試（EMS）。

2.1 EMI 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

$\mathrm{}$

新能源汽車產(chǎn)品EMI 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)ECER10.05、CISPR25-2016、GB/T18655-2018、GBT36282-2018 等，標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)典型的產(chǎn)品給出了測(cè)試布置圖、推薦限值、測(cè)試頻段等內(nèi)容，同時(shí)測(cè)試頻段分別列出了不同頻段所代表的信息。汽車廠家標(biāo)準(zhǔn)主要是依據(jù)參考該國(guó)際與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于推薦標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，表2 是GBT36282-2017 標(biāo)準(zhǔn)部分推薦限值。

 

表2 窄帶電磁輻射發(fā)射限值

頻率f/MHz	30~75	75~400	400~1000
場(chǎng)強(qiáng)/ (dBμV/m)	52-25.13lg(f/30)	42+15.13lg(f/75)	53

注：在30MHz~75MHz頻率范圍內(nèi)，限值隨頻率的對(duì)數(shù)呈線性減??；在75MHz~400MHz頻率范圍內(nèi)，限值隨頻率的對(duì)數(shù)呈線性增加。

 

表3 寬帶電磁輻射發(fā)射限值

頻率f/MHz	30~75	75~400	400~1000
場(chǎng)強(qiáng)/ (dBμV/m)	62-25.13lg(f/30)	52+15.13lg(f/75)	63

注：在30MHz~75MHz頻率范圍內(nèi)，限值隨頻率的對(duì)數(shù)呈線性減??；在75MHz~400MHz頻率范圍內(nèi)，限值隨頻率的對(duì)數(shù)呈線性增加。

2.2 EMS 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

$\mathrm{}$

新能源汽車產(chǎn)品EMS 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)目前主要依據(jù)ISO 系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、GBT33014 系列國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，主要涵蓋頻段范圍10kHz～6GHz，分別采用不同的輻射抗擾耦合方式在電波暗室（屏蔽室）模擬生活中電磁干擾的現(xiàn)象 [10]。該類標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)汽車電子電器12V 或24V 系統(tǒng)的產(chǎn)品，針對(duì)高壓產(chǎn)品并未給出具體的測(cè)試等級(jí)推薦與測(cè)試布置要求。目前針對(duì)高壓產(chǎn)品抗擾類的標(biāo)準(zhǔn)正在逐步完善與更新，測(cè)試布置主要參考CISPR25-2016、GB/T18655-2018、ECER10 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。部分企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)根據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)，制定測(cè)試計(jì)劃，提供測(cè)試布置圖和測(cè)試等級(jí)。

 

3 新能源汽車產(chǎn)品測(cè)試方法解讀

3.1 EMI 測(cè)試方法

${}^{}$

新能源汽車產(chǎn)品在正常工作過(guò)程中通過(guò)自身功率器件產(chǎn)生諧振干擾，通過(guò)線束傳導(dǎo)耦合（輻射耦合）影響車內(nèi)其他用電器的正常工作。因此，國(guó)際、國(guó)內(nèi)以及車企要求電子產(chǎn)品需要測(cè)試高低頻電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度，主要方法包含寬窄帶電磁輻射發(fā)射、傳導(dǎo)發(fā)射等測(cè)試方法 [11]。

 

 

目前針對(duì)電機(jī)及其控制器采用GBT36282-2018標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，其EMI測(cè)試包含寬窄帶電磁輻射測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)給出了電機(jī)加載要求，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的50%，扭矩為額定扭矩的50%，機(jī)械輸出負(fù)載達(dá)到持續(xù)功率的20%[12]。其余高壓電池包、DCDC變換器、車載充電機(jī)OBC等典型產(chǎn)品未給出相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，目前主要依據(jù)ECER10、CISPR25-2016、GBT18655-2018等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試。EMI測(cè)試方法相對(duì)簡(jiǎn)單，難點(diǎn)在于產(chǎn)品規(guī)格的各不一致，導(dǎo)致測(cè)試布置圖需要仔細(xì)研究，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 EMS測(cè)試方法

${}^{}$

目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)針對(duì)高壓產(chǎn)品抗干擾測(cè)試方法主要是依據(jù)低壓等級(jí)的要求執(zhí)行，方法包含電磁輻射抗擾度（電波暗室法、大電流注入法、車載發(fā)射機(jī)模擬法）、磁場(chǎng)干擾度、手持天線干擾度、沿電源線的瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度、靜電放電抗擾度。主要考察產(chǎn)品自身抗干擾能力、電源（信號(hào)）線抗干擾能力 。電機(jī)及其控制器給出了測(cè)試布置圖，其余高壓產(chǎn)品的測(cè)試布置圖目前主要參考EMI測(cè)試布置圖，下圖電機(jī)及其控制器BCI法的輻射抗擾度實(shí)驗(yàn)布置示例。

 

 

關(guān)于新能源產(chǎn)品高壓電源線的傳導(dǎo)耦合抗擾度，目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO7637-4即將發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)給高壓電源線施加電源紋波、脈沖正弦波、低頻正弦等干擾信號(hào)，測(cè)試高壓產(chǎn)品的抗干擾性能[14]。

EMS測(cè)試方法較多，各方法測(cè)試頻段不同、測(cè)試等級(jí)不同，對(duì)產(chǎn)品施加的電磁干擾也不相同。因此，在制定測(cè)試計(jì)劃時(shí)需要根據(jù)產(chǎn)品情況選擇合適的測(cè)試方法與等級(jí)。

 

4 思考與建議

4.1 EMI測(cè)試結(jié)果影響因素

${}^{}$

隨著新能源高壓產(chǎn)品的研發(fā)投入，測(cè)試需求也越來(lái)越大，因此，各類產(chǎn)品外形之間的差異也較大，對(duì)于測(cè)試布置要求越來(lái)越高，測(cè)試過(guò)程中，需要仔細(xì)研究測(cè)試布置。線束長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)電磁波波長(zhǎng)與頻段之間的關(guān)系，嚴(yán)格給出了標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度要求，因此在測(cè)試過(guò)程中嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求，否則測(cè)試布置不規(guī)范會(huì)影響產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性；測(cè)試過(guò)程中嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品要求是否接地，接地方式也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響；測(cè)試過(guò)程中對(duì)于天線與產(chǎn)品之間的距離測(cè)量達(dá)到精確，否則在測(cè)試輻射發(fā)射時(shí)會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響；傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量過(guò)程中對(duì)于線束長(zhǎng)度要嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，否則會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。電磁兼容測(cè)試必須嚴(yán)謹(jǐn)按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行產(chǎn)品的測(cè)試，線束的改變、位置的移動(dòng)都會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響[15]。

4.2 EMS測(cè)試不同方法之間差異

新能源產(chǎn)品自身具有強(qiáng)電流高電壓的特點(diǎn)，與12V/24V由于BMS集成于電池包內(nèi)部，整個(gè)產(chǎn)品由金屬外殼包裹而成，對(duì)于輻射抗干擾-電波暗室法、手持天線等測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)電磁輻射耦合存在反射等情況，但是大電流注入法能夠通過(guò)線束耦合進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)抗擾性能的測(cè)試，因此在選擇EMS產(chǎn)品測(cè)試時(shí)需要根據(jù)產(chǎn)品自身的特點(diǎn)，選擇最優(yōu)電磁抗擾的測(cè)試方法。

 

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要通過(guò)新能源高壓產(chǎn)品電磁兼容測(cè)試要求切入，通過(guò)分析目前高壓產(chǎn)品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合高壓產(chǎn)品特點(diǎn)與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求，詳細(xì)解讀了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試限值、測(cè)試方法等；根據(jù)高壓產(chǎn)品測(cè)試實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，為高壓產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果的影響因素、測(cè)試方法的選擇提供了參考建議；目前市面上很多廠家開(kāi)始研制集成化高壓產(chǎn)品，采用多個(gè)產(chǎn)品集成于一體，因此，目前對(duì)于高壓產(chǎn)品電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法的研究顯得越來(lái)越重要。

 

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