電動汽車低于30 MHz頻段EMI測試標準分析

曾博 鄧俊泳 林道祺 林青 劉國榮

摘 要：針對電動汽車高度集成的電力驅動系統可能帶來電磁兼容性問題，分析國際現行電動汽車低于30 MHz頻段電磁騷擾測試標準，指出各標準對測量儀器、測量場地規定較為一致，但天線系統類型、位置布局、測試方向、檢波方式以及汽車工況有不同要求，GB/T 18387——2008規定巡航工況，CISPR 36規定巡航、空擋2種工況，這兩項標準未明確普遍提出使用測功機要求；SAE J551-5：2012規定巡航、制動、怠速3種工況，必須使用測功機。結果表明：制定中的CISPR 36開始關注30 MHz以下頻段電磁干擾（electromagnetic interference，EMI）特性，國際上EMI測量手段一致，測量對象、評價指標則各有區別，SAE J551-5：2012標準通過設置能夠模擬出常規駕駛時可能存在的工況，以保證電動汽車在各種情況使用的過程中不會出現輻射超標的現象。

關鍵詞：電動汽車；電磁干擾；測試方法；包絡檢波；車輛工況

文獻標志碼：A 文章編號：1674-5124（2016）09-0011-04

0 引 言

電動汽車發展基于直流電機技術，電池技術也是其核心技術之一。1834年Thomas Davenport制造出第一輛直流電機驅動電動車，動力源為初級電池；1859年Gaston Plante發明可充電鉛酸電池，形成以有軌電車、電瓶車為主電動汽車體系；20世紀90年代后，世界關注電動車發展，并且2007年明確新能源汽車戰略以鋰電池為主，電動汽車迎來新的發展機遇，其高度集成的電力驅動系統為電磁兼容性（electro magnetic compatibility，EMC）測試帶來挑戰[1]。Iglesias M[2-3]分析四輪驅動車輛EMC特性、耦合與接地問題對系統安全、性能的影響；Willmann B[4]提出針對電動汽車高電壓供應系統中的電壓紋波、高電壓瞬變的測試方法以及對應措施；同濟大學新能源汽車工程中心[5]發現燃料電池汽車控制電路、主電路干擾峰值出現在4 MHz與2 MHz附近；北汽新能源公司[6]發現車外磁場輻射發射峰值主要集中在9～160 kHz頻段，系統內干擾主要集中在500 kHz～2 MHz頻段。本文將基于國際上現行電動汽車電磁干擾測試標準[7]，討論測試標準的發展趨勢，結合學科發展，指出電動汽車EMI測試的一些研究方向與熱點，期望對電動汽車產業發展起到積極作用。

1 電動汽車低頻EMI測試標準趨勢分析與比較

國際致力于汽車整車EMI測試標準化工作的組織包括美國機動車工程師學會（SAE）、國際無線電干擾特別委員會（CISPR）、聯合國歐洲經濟委員會（ECE）、中國國家標準化管理委員會（SAC），表1為國際電動汽車EMI測試標準測試頻段與測試位置匯總表。

可以看出，30 MHz以下頻段電動汽車整車EMI車外騷擾測試的相關規定較少，正在執行中的標準只有SAE J551-5：2012[8]、GB/T 18387——2008[9]；CISPR與ECE是將電動汽車作為傳統內燃機汽車一類，正在制定CISPR 36，開始關注30 MHz以下頻段EMI特性，但依然采用傳統車輛EMI測試方法[10]。而SAE、SAC則是將電動汽車獨立出來，專門制定標準推動其測試方法標準化，SAC正在完善的GB/T 18387以推進30 MHz以下頻段EMI車外騷擾測試標準化。

下面將從測試項目、場地、方法、限制各方面對SAE J551-5：2012、GB/T 18387——2008、CISPR 36（正在制定中）3個標準具體規定加以比較。

1.1 電動汽車低頻EMI測試儀器與場地

SAE J551-5：2012、GB/T 18387——2008、CISPR 36標準對騷擾測量儀器等規定較為一致，騷擾測量儀器采用頻譜分析儀或掃描接收儀，輻射發射測量場地可以為開闊試驗場（OATS）或吸波屏蔽室（ALSE）[11]。表2為國際電動汽車EMI測試標準測試場地與儀器匯總表。

GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012規定天線系統采用單極子天線或環形天線，必須在車輛前進方向、倒退方向、兩個側面測量電磁騷擾；CISPR 36規定天線系統采用環形天線，天線布置將參考CISPER 12——2009相關規定，在車輛的兩個側面測量電磁騷擾[12]，圖1（a）、圖1（b）分別為GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012和CISPER 36標準規定的測試天線布置圖。GB/T 18387——2008、CISPER 36兩個標準規定測試X、Y、Z 3個正交方向的磁場發射，SAE J551-5：2012僅要求測試X、Y 2個水平方向磁場發射。GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012只規定天線距離為3 m的EMI測試方法，CISPR 36規定天線距離為3，10 m的EMI測試方法。

GB/T 18387——2008規定使用絕緣的千斤頂舉起驅動輪，僅在車輛在無負載狀態下運行會引起動力系統損害或降低輻射發射電平，才使用測功機，CISPR 36規定空載的測功機或絕緣軸架上，SAE J551-5：2012規定必須使用測功機實現車輛工況模擬。可以看出，3個標準測功機的應用方法要求不同[13]。

1.2 電動汽車低頻EMI測試方法與限值

相比于GB/T 18387——2008，SAE J551-5：2012在電場騷擾部分增加均值（average，AV）檢波測試；CISPR 36在電場強度、磁場強度依然采用傳統內燃機汽車準峰值（quasi-peak，QP）檢波與峰值（peak，PK）檢波結合的方法。QP檢波方式優勢在于可以測試脈沖信號幅度、時間分布、重復頻率，被CISPR 16-1-1 推薦用于測試脈沖信號，內燃機引起的電磁騷擾是類脈沖信號，而電動汽車電力驅動系統的電磁騷擾特性則更穩定。各標準規定的測試項目檢波方式如表3所示。

CISPR 36對于限值方面的相關規定尚未出臺，表4～表6分別為各標準規定的電場強度輻射發射限值、磁場強度輻射發射限值、傳導輻射發射限值。可見，GB/T 18387——2008與SAE J551-5：2012在傳導發射限值的頻段劃分中有較大區別。圖2為GB/T 18387——2008與SAE J551-5：2012電場強度、磁場強度輻射發射限值對比，可以看出SAE J551-5：2012放寬了30 MHz以下頻段峰值限值要求約20 dB。

1.3 電動汽車工況

如表7、表8所示，在工況設置方面，GB/T 18387——2008規定了勻速巡航一種工況，在特征頻率提取與最大發射值測量中采用不同的速度。CISPR 36則規定了發動機恒速運轉（巡航）、通電但不運轉（停車檔）2種工況，且在發動機恒速運轉工況下，特征頻率提取與最大發射值測量中采用不同轉速。這兩個標準在工況設置上較為一致，只是用以描述工況的參數不同。而SAE J551-5：2012則在巡航工況之上，額外設置了制動、怠速2種工況。可以看出，SAE J551-5：2012標準欲通過設置能夠模擬出常規駕駛時可能存在的工況，以保證電動汽車在各種情況使用的過程中不會出現輻射超標的現象。

2 結束語

1）30 MHz以下頻段電動汽車整車EMI車外騷擾測試的相關規定較少但很重要，正在制定的CISPR 36開始關注30MHz以下頻段EMI特性。

2）CISPR 36將電動汽車歸類傳統內燃機車船中的一類，規定電磁場的發射值采用PK、QP檢波；GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012則是針對電動汽車單獨制定EMI測試方法，GB/T 18387——2008規定電磁場的發射值采用PK檢波，SAE J551-5：2012則規定電場發射值采用PK、AV檢波，磁場發射值采用PK檢波；且SAE J551-5：2012的限值比GB/T 18387——2008提高了約20 dB。

3）GB/T 18387——2008規定巡航工況，未明確普遍提出使用測功機需求；CISPR 36以電動機的轉速，規定巡航、空擋2個工況；SAE J551-5：2012規定巡航、制動、怠速3個工況，必須使用測功機。

參考文獻

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（編輯：李妮）