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        蘇州萊瑞測信息科技有限公司
        國內外電動汽車電磁兼容測試標準體系比對與研究
        2017-01-12     來源:上海汽車    作者:滕添益 繆文泉 楊東 許立宇    瀏覽:640    評論:0        
        導讀:摘要:結合國內外電動汽車電磁兼容測試現狀,對比了電動汽車整車及其零部件的國內外電磁兼容測試標準,并對國內電動汽車及其零部件的電磁兼容標準體系進行了研究與分析。關鍵詞:電磁兼容,電動汽車, 整車,汽車零部件

        摘要:結合國內外電動汽車電磁兼容測試現狀,對比了電動汽車整車及其零部件的國內外電磁兼容測試標準,并對國內電動汽車及其零部件的電磁兼容標準體系進行了研究與分析。

        關鍵詞:電磁兼容 ,電動汽車, 整車,汽車零部件,標準體系

        0 引言

        電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛的車輛,包括燃料電池汽車(FCV)、混合動力汽車(HEV)和純電動汽車(EV)三大類。電動汽車與傳統燃油車相比,在動力源、驅動系統、控制系統等方面具有很大差異。電動汽車上所配備的電力電子變換裝置無論數量還是功率都遠遠超過傳統汽車。由于電動汽車采用了更多的高壓、大功率電氣部件及高系統集成度和電磁敏感度的電子控制單元,使得電動汽車的電磁兼容(EMC)問題顯得尤為突出。因此電動汽車所產生的電磁兼容問題的嚴重性和復雜性也遠高于傳統汽車。

        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方式影響車輛上電子部件工作的可靠性,直接關系到車輛的行駛安全。由此可見,電動汽車的電磁兼容性問題相比傳統車而言顯得更為重要,而開展電動汽車的電磁兼容性測試和標準體系的研究是解決該問題的方法和途徑。

        1 國內外電動汽車的電磁兼容測試標準

        1.1 電動汽車電磁兼容測試標準分類

        在電動汽車整車的電磁兼容測試方面,按照項目來分可以把電磁騷擾分為:無線電騷擾特性測試、電磁場強度測試以及車載天線接收到的輻射發射測試;在電磁抗干擾方面可以分為對車外輻射源的輻射抗擾度測試、對車載輻射源的輻射抗擾度測試、大電流注入測試、靜電放電抗擾度測試以及磁場抗擾度測試。表1給出了機動車整車電磁兼容的主要測試標準。

        表1機動車整車電磁兼容主要測試標準

        在汽車零部件測試方面,常用的測試方法通??梢园错椖糠譃?無線電騷擾特性測試、傳導騷擾特性測試以及傳導瞬態發射測試;在電磁抗干擾方面可以分為:輻射抗擾度測試、傳導抗擾度測試、大電流注入測試、靜電放電抗擾度測試以及磁場抗擾度測試。汽車零部件電磁兼容測試的主要標準見表2。

        表2汽車零部件電磁兼容主要測試標準

        1.2 電動汽車電磁兼容測試標準的發展方向在電動汽車的電磁兼容性測試方面,近幾年也有新的發展,國外電磁兼容性測試標準的發展非常迅速。近兩年國外陸續發布的新的電動車整車電磁兼容測試標準有ECE R10.04和SAE J551-52012版。

        1.2.1 ECE R10.04

        ECE R10.04《關于車輛電磁兼容性審批的統一規定》是歐盟的認證法規,該法規的推出替代了ECE R10.03版本。

        ECE R10.04對比R10.03版本主要增加了對于電動汽車整車的考核內容。它主要增加了電動汽車充電時的相關檢測方法,其中包括:

        (1)交直流電源線諧波發射測試;

        (2)交流電源線上電壓變化、波動與閃爍的輻射發射測試;

        (3)交直流電源線收音機頻段傳導干擾測試;

        (4)車載通訊與網絡接口發射的收音機頻段傳導干擾測試;

        (5)交直流電源線上傳導瞬態抗干擾測試;

        (6)交直流電源線上的浪涌抗干擾測試。

        這些測試將有效測量出電動汽車充電時,車輛對電網的干擾以及受到來自電網的干擾時電動汽車的抗干擾能力,并保證電動汽車與用電網絡上其它用電器的電磁兼容性。這將是未來電動汽車電磁兼容標準發展的一個重要方向。越來越多的試驗與研究將會朝著該方向發展,而相關測試方法與測試標準也將逐步完善與健全。

        1.2.2 SAE J551-5:2012版

        SAE J551-5:2012版《電動車輛的電磁場強度的測量方法及執行電平,150kHz~30MHz》是美國汽車工程師協會推出的電動汽車電磁兼容測試標準,該標準的推出替代了SAE J551-5:2004版本。

        SAE J551-5:2012版相比2004版本有了較大的改動。它根據電動汽車的發展以及在大量測試數據支持下,對電動汽車的電磁場發射強度的測量進行了進一步規范,并提出了新的檢測方法,以求促進電動汽車電磁兼容技術的不斷發展和完善。

        2012版SAE J551-5標準的主要修改內容在于輻射發射測試中頻率范圍的減小、限值線的變化以及傳導發射測量的要求更加明確。

        標準中的主要變化有以下6點。

        (1)頻率范圍由原來的0.009~30MHz縮小到0.15~30MHz,如表3所示。

        表3 SAE J551-5 2004版與2012版輻射發射測試頻率范圍比較

         (2)SAE J551-5:2004與SAE J551-5:2012輻射發射限值發生變化。表4為電場峰值限值的對比表。

        表4 SAE J551-5:2004與2012版輻射發射電場測試限值對比表(峰值限值)

        表5為電場平均值限值的對比表。

        表5 SAE J551-5:2004與2012版輻射發射電場測試限值對比表(平均值限值)

        電場輻射發射限值的比較如圖1所示。

         

        圖1 SAEJ551-52004與2012版電場輻射發射測試限值比較

        磁場測試時,僅采用峰值檢波器進行測量。

        表6為磁場峰值限值的對比表。

        表6 SAEJ551-5:2004與2012版輻射發射磁場測試限值對比表(峰值限值)

         磁場輻射發射限值的比較如圖2所示。

          

         圖2 SAE J551-5:2004與2012版磁場輻射發射測試限值比較

        (3)附錄A中重新對近場邊界的公式進行修正。新的公式引用自ANSIC63.12中的計算方法。

        (4)磁場的垂直極化測量在新版標準中被刪除。主要原因在于該種極化方向磁場的場輻射效果較差,因此該方向上的測量值通常相對另外兩個極化方向都比較低,并且用此極化的磁場做接收系統的零部件也很少。所以新版本中刪除了這個極化方向。

        (5)在電場強度的限值中加入平均值檢波器的測量限值。因為隨著汽車驅動電機技術的革新,1983年提出的電場限值已不能完全考查現有電動機的電磁輻射特性。

        (6)最大輻射發射的測試流程被改動了。從原來的3種恒定車速發展為新版標準中的制動、爬坡、巡航這3種測試狀態??梢哉f新的車輛測試狀態更好地順應了電動汽車的輻射發射特性,能更加有效地反映電動汽車輻射發射的真實值??偠灾?,SAE J551-5:2012版相比2004版是朝著更加符合電動汽車驅動系統的電磁特性的方向發展的。在新版標準中,這種發展與改變體現在電動汽車電磁兼容測試方法和測試車輛的狀態兩個方面。這種發展使得電動汽車與傳統汽車的電磁兼容測試標準有著越來越大的區別,這樣的發展將更加有利于準確評價電動汽車的電磁兼容性能,為電動汽車技術的發展起到促進作用。

        國內的GB/T 18387是考核電動汽車低頻電磁場發射強度的測試標準。而GB/T 18387—2008是借鑒并翻譯了SAE J551-5:2004版作為國內電動汽車的電磁兼容測試標準,這一現象顯示出國內在電動汽車電磁兼容測試領域的基礎研究還是相對比較薄弱的。

        2 國內外電動汽車電磁兼容測試標準比對與分析

        2.1 整車測試標準

        傳統車輛的電磁兼容測試標準某些也對電動汽車進行了測試方法的描述。除此以外,還有專門針對電動汽車的電磁兼容測試標準。國內外電動汽車的電磁兼容測試標準見表7。

        表7國內外電動汽車整車電磁兼容測試標準

        通過表7可以看到,國內的兩個標準化技術委員會在參考了國際標準的基礎上制定了國內電動汽車的電磁兼容測試標準。國內電動汽車電磁兼容測試標準的研究與修訂能力還相對比較薄弱。

        2.2 零部件的測試標準

        目前,國內外暫時還沒有專門針對電動汽車零部件的電磁兼容性測試評價體系。在實際測試中,電動汽車驅動系統的電磁兼容測試評價方法以及測試標準依舊參考了傳統汽車零部件的電磁兼容測試標準。國內外汽車零部件的電磁兼容測試標準見表8。

        表8國內外零部件電磁兼容測試標準

        本文認為缺乏針對電動汽車驅動系統的電磁兼容測試標準與評價體系的原因有以下幾點。

        (1)傳統汽車零部件的電磁兼容性測試標準與評價體系已經非常全面。由于電動汽車驅動系統最終也是裝在整車上并接入汽車車身供電網絡的,所以驅動系統的電磁兼容測試也必須經過傳統汽車零部件的電磁兼容測試標準與考核方法才能保證裝車后的整車電磁兼容性能。

        (2)不同整車生產企業所運用的電動車技術與設計大相徑庭,目前還沒有一個相對統一的技術方案與明確的技術路線。所以針對零部件級的電磁兼容性標準的制定條件還不成熟,也無法形成一個統一的電磁兼容性測試標準與方法?,F階段,各大汽車廠商都在做自己的電動車驅動系統的電磁兼容性測試。這些部件級的電磁兼容性測試僅僅適用于自己的企業所制定的技術方案。汽車企業在保證整車的電磁兼容性能的前提下摸索零部件的電磁兼容性檢測方法。

        (3)電動汽車驅動系統的電磁兼容測試設備以及基礎設施還沒有完全規范化,也沒有統一的技術指標與要求。雖然有供應商推出e-Chamber這樣的驅動電機系統電磁兼容測試設備解決方案,但是畢竟在全球范圍內也只售出了幾套。只能說,電動汽車驅動系統相關部件的電磁兼容測試設備還處于發展階段,要被市場完全采納還有些路要走。

        3 結語

        無論是在整車還是驅動系統等關鍵零部件上,國內電動汽車的電磁兼容測試標準還不夠完善,標準的研究與制定還處于借鑒與翻譯國際標準的階段。國內電動汽車電磁兼容測試標準體系的不健全必然會影響到整個國家電動汽車的行業發展,嚴重制約了國內電動汽車技術發展的腳步,也會在電動汽車出口時受到發達國家技術壁壘的限制,造成國內電動車產品在國際競爭中處于弱勢。

        我國電動汽車電磁兼容測試標準的完善建議有以下3個方面:

        (1)廣泛學習與了解國外電動汽車電磁兼容測試標準進行消化吸收;

        (2)豐富并積累大量的電動汽車電磁兼容性測試數據;

        (3)立足于國內外電動汽車技術的發展與創新,依靠產學研結合的模式,推動電動汽車電磁兼容測試標準與評價體系的不斷完善。

        作者簡介:滕添益 繆文泉 楊東 許立宇 上海機動車檢測中心

         

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