ECE R10.04中新能源汽車傳導(dǎo)特性測(cè)試方法研究

文/丁榮誠(chéng)

近年來，隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展，其產(chǎn)生的各種電磁兼容（EMC）問題正受到國(guó)內(nèi)外各類整車企業(yè)及檢測(cè)機(jī)構(gòu)的日益關(guān)注。我國(guó)新能源車的出口銷量也在逐年遞增，隨之而來的是各個(gè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)新能源車委托試驗(yàn)的需求也不斷增加，尤其是新能源車輛充電系統(tǒng)。

現(xiàn)階段我國(guó)關(guān)于新能源車輛實(shí)行的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)只有GB 14023-2011《車輛、船和內(nèi)燃機(jī) 無線電騷擾特性 用于保護(hù)車外接收機(jī)的限值和測(cè)量方法》和GB/T 18387-2008《電動(dòng)車輛的電磁場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)度的限值和測(cè)量方法，寬帶，9 kHz～30 MHz》，其中只對(duì)車輛的電磁輻射發(fā)射作出相關(guān)規(guī)定，對(duì)車輛充電過程的傳導(dǎo)抗擾度和車輛的輻射抗擾度都處于空白。歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）已于2012年3月發(fā)布了最新汽車EMC認(rèn)證法規(guī)ECE R10.04《整車和零部件的EMC認(rèn)證試驗(yàn)》。其在ECE R10.03《汽車電子產(chǎn)品 廢棄回收要求》傳統(tǒng)動(dòng)力車輛檢測(cè)的基礎(chǔ)上，增加了大量有關(guān)新能源汽車的EMC性能要求。為盡快適應(yīng)國(guó)際新能源汽車市場(chǎng)規(guī)則，完善我國(guó)新能源汽車（尤其是出口汽車）充電系統(tǒng)電池兼容性能，滿足ECE在此方面的要求，提升檢測(cè)能力，我們對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。

一、ECE R10.04主要新增內(nèi)容

1. 測(cè)試時(shí)車輛所處狀態(tài)要求

新能源車在進(jìn)行EMC測(cè)試時(shí)，測(cè)試狀態(tài)為：傳導(dǎo)和輻射發(fā)射測(cè)試時(shí)可再充電式能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)（RESS）應(yīng)處于充電狀態(tài)，以額定功率進(jìn)行充電，直到充電電流不小于初始值的80%；抗擾度測(cè)試時(shí)，車輛靜止不動(dòng)、關(guān)閉引擎，處于充電模式，關(guān)閉所有能被駕駛員或乘客常態(tài)開啟的配備，測(cè)試期間考核車輛是否處于動(dòng)作狀態(tài)。

2. 測(cè)試項(xiàng)目關(guān)鍵要求

ECE R10.04中新增了充電過程中和通信過程中EMC的測(cè)試項(xiàng)目，其中傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試包括：交流電源線諧波電流發(fā)射測(cè)試、車輛交流電源線電壓波動(dòng)和閃爍測(cè)試、電源線上射頻發(fā)射測(cè)試。傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試包括：車輛網(wǎng)絡(luò)和電信端口傳導(dǎo)騷擾（CE）發(fā)射測(cè)試、沿電源線電快速瞬變脈沖群傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試、沿電源線浪涌傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試。本文主要針對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射中射頻發(fā)射測(cè)試和傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試展開研究。其中，傳導(dǎo)射頻發(fā)射測(cè)量?jī)H對(duì)于直流電充電網(wǎng)絡(luò)，電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)等級(jí)等同于IEC 61000-4-5-2014《EMC第4-5部分：試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)》的等級(jí)3。浪涌試驗(yàn)等級(jí)對(duì)于交流電和直流電分別對(duì)應(yīng)IEC 61000-4-5的等級(jí)3和等級(jí)1。

① 電源線上的射頻發(fā)射測(cè)試

試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使用均值或峰值檢波器。適用在半電波暗室或戶外試驗(yàn)場(chǎng)地于0.15 MHz～30 MHz頻率范圍內(nèi)的測(cè)試。使用50 μH/50 Ω電源網(wǎng)絡(luò)對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)試。此測(cè)試主要測(cè)量車輛的RESS交流電源線耦合至電網(wǎng)充電時(shí)，產(chǎn)生射頻CE，以達(dá)到與住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)和輕工業(yè)周邊電磁環(huán)境相兼容的目的。

② 車輛網(wǎng)絡(luò)和電信端口的CE發(fā)射測(cè)試

此方法主要測(cè)量RESS耦合至電網(wǎng)充電狀態(tài)下的車輛，經(jīng)由車輛網(wǎng)絡(luò)和電信端口產(chǎn)生射頻CE的等級(jí)，以達(dá)到與住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)和輕工業(yè)周邊電磁環(huán)境兼容的目的。由于各個(gè)整車制造廠商的車輛通信協(xié)議并未完全統(tǒng)一，現(xiàn)在用充電樁充電時(shí)只是單一充電，并沒有網(wǎng)絡(luò)/通信的接入。因此，目前此測(cè)試暫時(shí)還無法進(jìn)行。

③ 沿電源線電快速瞬變脈沖群傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試

此測(cè)試主要為證明車輛電機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力，測(cè)試沿車輛交流和直流電源充電線的電快速瞬變脈沖傳導(dǎo)干擾。除必要測(cè)試設(shè)備外，車輛應(yīng)為無負(fù)載狀態(tài)。其電快速瞬變脈沖參數(shù)為：

開路試驗(yàn)電壓為±2 kV；

上升時(shí)間（Tr）為5 μs；

保持時(shí)間（Th）為50 μs；

至少1 min內(nèi)脈沖重復(fù)頻率為5 kHz；

脈沖群持續(xù)時(shí)間，當(dāng)5 kHz時(shí)，為15（1%±20%） ms，當(dāng)100 kHz時(shí)，為0.75（1%±20%）ms;

脈沖群周期為300（1%±20%）ms。

④ 沿電源線浪涌傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試

此測(cè)試主要為了考核外界對(duì)車輛的RESS耦合至電網(wǎng)進(jìn)行充電時(shí)的傳導(dǎo)抗干擾能力。測(cè)試設(shè)備包括一個(gè)參考平面（無需屏蔽室）、瞬變脈沖試驗(yàn)發(fā)生器、耦合/去耦合網(wǎng)絡(luò)（CDN）以及電容式耦合夾具。當(dāng)CDN不能使用交流或直流電源線時(shí)，可選擇使用容抗式耦合夾具。

浪涌傳導(dǎo)抗擾度所涉及的測(cè)試參數(shù)如下。

?對(duì)于交流電源線：在線與地線之間施加在開路上的測(cè)試電壓為±2 kV。Tr為1.2 μs，Th為 50 μs，分別在0°、90°、180°、270°相位下施加5次浪涌脈沖，每次脈沖間隔為1 min。

?對(duì)于直流電源線：在線與地線之間施加在開路上的測(cè)試電壓為±0.5 kV。Tr為1.2 μs，Th為50 μs，正負(fù)極各施加5次浪涌脈沖，每次脈沖間隔為1 min。

浪涌次數(shù)：施加在充電接口端和互連線上的浪涌脈沖次數(shù)應(yīng)為正、負(fù)極各5次，對(duì)交流電源端口，應(yīng)分別在0°、90°、180°、270°相位施加，正、負(fù)極各施加5次浪涌脈沖。連續(xù)脈沖時(shí)間的間隔為1 min或者更短。

二、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵內(nèi)容分析

1. 傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試

由于新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高電壓、大電流以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使其電磁干擾能量較大、頻帶較寬，且傳播耦合路徑呈多樣性。同時(shí)，電磁干擾以傳導(dǎo)和輻射的方式進(jìn)行傳播，相應(yīng)的傳播路徑也不同。傳導(dǎo)電磁干擾傳播是指通過導(dǎo)線或其他元器件（如電容、電感），以電壓或電流的形式，將電磁噪聲的能量在電路中傳送。

輻射電磁干擾傳播，是指在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)干擾作用下，根據(jù)傳導(dǎo)干擾方式的不同，分為差模干擾和共模干擾。差模干擾指在L、N電源線上流動(dòng)的干擾電流；共模干擾是指在載流導(dǎo)線和參考接地之間的無用電位差所形成的干擾電流。

在測(cè)試中可以發(fā)現(xiàn)主要的干擾源是開關(guān)變壓器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。故，若測(cè)試超標(biāo)就應(yīng)先確認(rèn)是哪個(gè)干擾源，是差模干擾還是共模干擾。這里有個(gè)簡(jiǎn)單的鑒別方法：可將地線斷開，這將阻斷大部分共模電流，還有一小部分共模電流從電容上流過（此值很小），這時(shí)所測(cè)到的信號(hào)就是差模干擾。

當(dāng)電路干擾在30 MHz以上時(shí)，干擾源就會(huì)以電磁波的形式在空間傳播至受擾設(shè)備，這就是輻射騷擾。部分測(cè)試結(jié)果如圖1和圖2所示。

測(cè)試頻段：0.15 MHz ～30 MHz；

被測(cè)線纜：交流電源線（L、N線）。

圖1 L線CE測(cè)試結(jié)果圖

圖2 N線CE測(cè)試結(jié)果圖

2. 傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試

在做沿電源線的電快速瞬變脈沖群傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

① 試驗(yàn)發(fā)生器和CDN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)直接放置在參考接地平面上，并與之搭接。

② 與受試設(shè)備相連接的所有電纜應(yīng)放置在接地參考平面上方0.1 m的絕緣支撐上。不經(jīng)受電快速瞬變脈沖的電纜布線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離受試電纜，以使電纜間的耦合最小化。

③ 應(yīng)采用直接耦合或容性耦合夾施加試驗(yàn)電壓。試驗(yàn)電壓應(yīng)耦合到受試設(shè)備的所有端口，包括受試設(shè)備兩單元之間的端口，除非設(shè)備單元之間連線的長(zhǎng)度達(dá)不到進(jìn)行試驗(yàn)的基本要求。

在做沿電源線的浪涌傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試時(shí)應(yīng)該注意浪涌經(jīng)電容耦合網(wǎng)絡(luò)加到充電端口時(shí)，為避免對(duì)車輛同一電源供電的非受試設(shè)備產(chǎn)生不利影響，要為浪涌波提供足夠的去耦阻抗，以便將規(guī)定的浪涌施加到受試線纜上，需要使用耦合網(wǎng)絡(luò)。如無附加條件，受試設(shè)備和CDN之間的電源線不應(yīng)超過2 m。

3. 標(biāo)準(zhǔn)分析

ECE R10.04對(duì)充電過程中傳導(dǎo)發(fā)射等級(jí)要求基本等同于家用器具的EMC標(biāo)準(zhǔn)，但其測(cè)量限值嚴(yán)于現(xiàn)行的GB/T 18387-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

電快速瞬變脈沖群傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)等級(jí)等同于IEC 61000-4-4《EMC第4-4部分：試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)》中的等級(jí)3。沿電源線的浪涌傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)等級(jí)針對(duì)交流電源和直流電源而有所不同。可以看出ECE R10.04選用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)新能源車的EMC要求更高。

三、結(jié)語

國(guó)內(nèi)車輛制造商為了滿足ECE R10.04要求，需要解決技術(shù)上和整車研發(fā)上所產(chǎn)生的問題，從而促使國(guó)內(nèi)車企制造新能源車時(shí)不斷提升車輛的品質(zhì)，對(duì)我國(guó)新能源車的發(fā)展起到了良性循環(huán)的作用。國(guó)內(nèi)的各個(gè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)現(xiàn)已逐步開展ECE R10.04新能源車的測(cè)試工作，伴隨試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，也將為今后國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂打下基礎(chǔ)，提供參考。

[1] Xiao Fang,Zhou Yang. The Equivalent Circuit Model of PWM Drive Motor System Conducted Interference [J].The World of Inverters,2011(1):1 05-109.