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国内外电动汽车电磁兼容测试标准体系比对与研究
2017-01-12     来源:上海汽车    作者:滕添益 缪文泉 杨东 许立宇    浏览:252    评论:0        
导读:摘要:结合国内外电动汽车电磁兼容测试现状,对比了电动汽车整车及其零部件的国内外电磁兼容测试标准,并对国内电动汽车及其零部件的电磁兼容标准体系进行了研究与分析。关键词:电磁兼容,电动汽车, 整车,汽车零部件

摘要:结合国内外电动汽车电磁兼容测试现状,对比了电动汽车整车及其零部件的国内外电磁兼容测试标准,并对国内电动汽车及其零部件的电磁兼容标准体系进行了研究与分析。

关键词:电磁兼容 ,电动汽车, 整车,汽车零部件,标准体系

0 引言

电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶的车辆,包括燃料电池汽车(FCV)、混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(EV)三大类。电动汽车与传统燃油车相比,在动力源、驱动系统、控制系统等方面具有很大差异。电动汽车上所配备的电力电子变换装置无论数量还是功率都远远超过传统汽车。由于电动汽车采用了更多的高压、大功率电气部件及高系统集成度和电磁敏感度的电子控制单元,使得电动汽车的电磁兼容(EMC)问题显得尤为突出。因此电动汽车所产生的电磁兼容问题的严重性和复杂性也远高于传统汽车。

电动汽车的电磁兼容性问题不仅会影响车辆周围的无线电设备,还会通过传导或辐射方式影响车辆上电子部件工作的可靠性,直接关系到车辆的行驶安全。由此可见,电动汽车的电磁兼容性问题相比传统车而言显得更为重要,而开展电动汽车的电磁兼容性测试和标准体系的研究是解决该问题的方法和途径。

1 国内外电动汽车的电磁兼容测试标准

1.1 电动汽车电磁兼容测试标准分类

在电动汽车整车的电磁兼容测试方面,按照项目来分可以把电磁骚扰分为:无线电骚扰特性测试、电磁场强度测试以及车载天线接收到的辐射发射测试;在电磁抗干扰方面可以分为对车外辐射源的辐射抗扰度测试、对车载辐射源的辐射抗扰度测试、大电流注入测试、静电放电抗扰度测试以及磁场抗扰度测试。表1给出了机动车整车电磁兼容的主要测试标准。

表1机动车整车电磁兼容主要测试标准

在汽车零部件测试方面,常用的测试方法通常可以按项目分为:无线电骚扰特性测试、传导骚扰特性测试以及传导瞬态发射测试;在电磁抗干扰方面可以分为:辐射抗扰度测试、传导抗扰度测试、大电流注入测试、静电放电抗扰度测试以及磁场抗扰度测试。汽车零部件电磁兼容测试的主要标准见表2。

表2汽车零部件电磁兼容主要测试标准

1.2 电动汽车电磁兼容测试标准的发展方向在电动汽车的电磁兼容性测试方面,近几年也有新的发展,国外电磁兼容性测试标准的发展非常迅速。近两年国外陆续发布的新的电动车整车电磁兼容测试标准有ECE R10.04和SAE J551-52012版。

1.2.1 ECE R10.04

ECE R10.04《关于车辆电磁兼容性审批的统一规定》是欧盟的认证法规,该法规的推出替代了ECE R10.03版本。

ECE R10.04对比R10.03版本主要增加了对于电动汽车整车的考核内容。它主要增加了电动汽车充电时的相关检测方法,其中包括:

(1)交直流电源线谐波发射测试;

(2)交流电源线上电压变化、波动与闪烁的辐射发射测试;

(3)交直流电源线收音机频段传导干扰测试;

(4)车载通讯与网络接口发射的收音机频段传导干扰测试;

(5)交直流电源线上传导瞬态抗干扰测试;

(6)交直流电源线上的浪涌抗干扰测试。

这些测试将有效测量出电动汽车充电时,车辆对电网的干扰以及受到来自电网的干扰时电动汽车的抗干扰能力,并保证电动汽车与用电网络上其它用电器的电磁兼容性。这将是未来电动汽车电磁兼容标准发展的一个重要方向。越来越多的试验与研究将会朝着该方向发展,而相关测试方法与测试标准也将逐步完善与健全。

1.2.2 SAE J551-5:2012版

SAE J551-5:2012版《电动车辆的电磁场强度的测量方法及执行电平,150kHz~30MHz》是美国汽车工程师协会推出的电动汽车电磁兼容测试标准,该标准的推出替代了SAE J551-5:2004版本。

SAE J551-5:2012版相比2004版本有了较大的改动。它根据电动汽车的发展以及在大量测试数据支持下,对电动汽车的电磁场发射强度的测量进行了进一步规范,并提出了新的检测方法,以求促进电动汽车电磁兼容技术的不断发展和完善。

2012版SAE J551-5标准的主要修改内容在于辐射发射测试中频率范围的减小、限值线的变化以及传导发射测量的要求更加明确。

标准中的主要变化有以下6点。

(1)频率范围由原来的0.009~30MHz缩小到0.15~30MHz,如表3所示。

表3 SAE J551-5 2004版与2012版辐射发射测试频率范围比较

 (2)SAE J551-5:2004与SAE J551-5:2012辐射发射限值发生变化。表4为电场峰值限值的对比表。

表4 SAE J551-5:2004与2012版辐射发射电场测试限值对比表(峰值限值)

表5为电场平均值限值的对比表。

表5 SAE J551-5:2004与2012版辐射发射电场测试限值对比表(平均值限值)

电场辐射发射限值的比较如图1所示。

 

图1 SAEJ551-52004与2012版电场辐射发射测试限值比较

磁场测试时,仅采用峰值检波器进行测量。

表6为磁场峰值限值的对比表。

表6 SAEJ551-5:2004与2012版辐射发射磁场测试限值对比表(峰值限值)

 磁场辐射发射限值的比较如图2所示。

  

 图2 SAE J551-5:2004与2012版磁场辐射发射测试限值比较

(3)附录A中重新对近场边界的公式进行修正。新的公式引用自ANSIC63.12中的计算方法。

(4)磁场的垂直极化测量在新版标准中被删除。主要原因在于该种极化方向磁场的场辐射效果较差,因此该方向上的测量值通常相对另外两个极化方向都比较低,并且用此极化的磁场做接收系统的零部件也很少。所以新版本中删除了这个极化方向。

(5)在电场强度的限值中加入平均值检波器的测量限值。因为随着汽车驱动电机技术的革新,1983年提出的电场限值已不能完全考查现有电动机的电磁辐射特性。

(6)最大辐射发射的测试流程被改动了。从原来的3种恒定车速发展为新版标准中的制动、爬坡、巡航这3种测试状态。可以说新的车辆测试状态更好地顺应了电动汽车的辐射发射特性,能更加有效地反映电动汽车辐射发射的真实值。总而言之,SAE J551-5:2012版相比2004版是朝着更加符合电动汽车驱动系统的电磁特性的方向发展的。在新版标准中,这种发展与改变体现在电动汽车电磁兼容测试方法和测试车辆的状态两个方面。这种发展使得电动汽车与传统汽车的电磁兼容测试标准有着越来越大的区别,这样的发展将更加有利于准确评价电动汽车的电磁兼容性能,为电动汽车技术的发展起到促进作用。

国内的GB/T 18387是考核电动汽车低频电磁场发射强度的测试标准。而GB/T 18387—2008是借鉴并翻译了SAE J551-5:2004版作为国内电动汽车的电磁兼容测试标准,这一现象显示出国内在电动汽车电磁兼容测试领域的基础研究还是相对比较薄弱的。

2 国内外电动汽车电磁兼容测试标准比对与分析

2.1 整车测试标准

传统车辆的电磁兼容测试标准某些也对电动汽车进行了测试方法的描述。除此以外,还有专门针对电动汽车的电磁兼容测试标准。国内外电动汽车的电磁兼容测试标准见表7。

表7国内外电动汽车整车电磁兼容测试标准

通过表7可以看到,国内的两个标准化技术委员会在参考了国际标准的基础上制定了国内电动汽车的电磁兼容测试标准。国内电动汽车电磁兼容测试标准的研究与修订能力还相对比较薄弱。

2.2 零部件的测试标准

目前,国内外暂时还没有专门针对电动汽车零部件的电磁兼容性测试评价体系。在实际测试中,电动汽车驱动系统的电磁兼容测试评价方法以及测试标准依旧参考了传统汽车零部件的电磁兼容测试标准。国内外汽车零部件的电磁兼容测试标准见表8。

表8国内外零部件电磁兼容测试标准

本文认为缺乏针对电动汽车驱动系统的电磁兼容测试标准与评价体系的原因有以下几点。

(1)传统汽车零部件的电磁兼容性测试标准与评价体系已经非常全面。由于电动汽车驱动系统最终也是装在整车上并接入汽车车身供电网络的,所以驱动系统的电磁兼容测试也必须经过传统汽车零部件的电磁兼容测试标准与考核方法才能保证装车后的整车电磁兼容性能。

(2)不同整车生产企业所运用的电动车技术与设计大相径庭,目前还没有一个相对统一的技术方案与明确的技术路线。所以针对零部件级的电磁兼容性标准的制定条件还不成熟,也无法形成一个统一的电磁兼容性测试标准与方法。现阶段,各大汽车厂商都在做自己的电动车驱动系统的电磁兼容性测试。这些部件级的电磁兼容性测试仅仅适用于自己的企业所制定的技术方案。汽车企业在保证整车的电磁兼容性能的前提下摸索零部件的电磁兼容性检测方法。

(3)电动汽车驱动系统的电磁兼容测试设备以及基础设施还没有完全规范化,也没有统一的技术指标与要求。虽然有供应商推出e-Chamber这样的驱动电机系统电磁兼容测试设备解决方案,但是毕竟在全球范围内也只售出了几套。只能说,电动汽车驱动系统相关部件的电磁兼容测试设备还处于发展阶段,要被市场完全采纳还有些路要走。

3 结语

无论是在整车还是驱动系统等关键零部件上,国内电动汽车的电磁兼容测试标准还不够完善,标准的研究与制定还处于借鉴与翻译国际标准的阶段。国内电动汽车电磁兼容测试标准体系的不健全必然会影响到整个国家电动汽车的行业发展,严重制约了国内电动汽车技术发展的脚步,也会在电动汽车出口时受到发达国家技术壁垒的限制,造成国内电动车产品在国际竞争中处于弱势。

我国电动汽车电磁兼容测试标准的完善建议有以下3个方面:

(1)广泛学习与了解国外电动汽车电磁兼容测试标准进行消化吸收;

(2)丰富并积累大量的电动汽车电磁兼容性测试数据;

(3)立足于国内外电动汽车技术的发展与创新,依靠产学研结合的模式,推动电动汽车电磁兼容测试标准与评价体系的不断完善。

作者简介:滕添益 缪文泉 杨东 许立宇 上海机动车检测中心

 

 
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