充電EMC的影響十分廣泛,包括電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間的相互影響、電動(dòng)汽車對(duì)周圍環(huán)境的影響等,具體如圖1所示。
電動(dòng)汽車EMC標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程主要是近20年,2001年GB/T18387作為國(guó)內(nèi)第一本電動(dòng)車專用電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)頒布,2011年UNR10.04第一次將整車充電EMC性能納入標(biāo)準(zhǔn)考察范圍內(nèi),2019年UNR10.06完善了整車充電狀態(tài)的細(xì)節(jié),2021年國(guó)內(nèi)首個(gè)汽車充電電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布,即GB/T40428—2021《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》(下稱“該標(biāo)準(zhǔn)”),該標(biāo)準(zhǔn)適用于可外接充電的電動(dòng)汽車,也適用于車輛與供電設(shè)備組成的系統(tǒng)。
1、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容框架
新能源汽車充電時(shí)需要連接電網(wǎng),而電網(wǎng)不可避免地會(huì)攜帶一些副產(chǎn)品,比如諧波和間接雷等,這些不僅容易導(dǎo)致電動(dòng)汽車充電中斷,嚴(yán)重時(shí)甚至能夠損壞車輛的充電系統(tǒng)。本標(biāo)準(zhǔn)包括整車充電輻射發(fā)射、傳導(dǎo)發(fā)射、諧波發(fā)射、電壓變化、電壓波動(dòng)和閃爍發(fā)射、充電輻射抗擾、電快速脈沖群(EFT)、浪涌等諸多電動(dòng)汽車充電時(shí)需要重點(diǎn)考察的測(cè)試項(xiàng)目,下面給予簡(jiǎn)單介紹。
輻射發(fā)射:測(cè)量被測(cè)樣品通過(guò)空間傳播的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)。
傳導(dǎo)發(fā)射:測(cè)量被測(cè)樣品工作時(shí)通過(guò)電源線、信號(hào)線/控制線、地線傳輸出去的傳導(dǎo)騷擾信號(hào)強(qiáng)度。
輻射抗擾:通過(guò)模擬一定強(qiáng)度的電磁輻射環(huán)境,考察被測(cè)樣品的電磁場(chǎng)輻射抗擾能力。諧波發(fā)射:考察車輛充電時(shí),車輛或者是車輛與供電設(shè)備組成的系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響。電壓變化、電壓波動(dòng)和閃爍發(fā)射:考察車輛充電時(shí),車輛或者是車輛與供電設(shè)備組成的系統(tǒng)引起的電壓變化對(duì)電網(wǎng)的影響。
電快速脈沖群(EFT):它屬于在諸多干擾中最常見(jiàn)的,但其攻擊力比較弱,主要會(huì)降低充電效率,并不容易使電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)罷工,更沒(méi)有很強(qiáng)的破壞性。EFT的特點(diǎn)是上升時(shí)間快,持續(xù)時(shí)間短,能量低。專門針對(duì)電動(dòng)汽車的要求,在歐盟強(qiáng)制認(rèn)證法規(guī)UNR10及本標(biāo)準(zhǔn)中,都要求對(duì)電源供電端口施加2kV的干擾電壓。在220V的正常電壓下,施加近10倍電壓的干擾脈沖,測(cè)試要求可以說(shuō)是十分嚴(yán)酷。浪涌(Surge):電網(wǎng)上的雷擊浪涌是間接雷,相較于直擊雷要輕微許多。專門針對(duì)電動(dòng)汽車的要求,在歐盟強(qiáng)制認(rèn)證法規(guī)UNR10及本標(biāo)準(zhǔn)中,都要求對(duì)電源供電端口施加2kV的干擾電壓。相同的峰值電壓下,脈沖群的半峰時(shí)間僅為50ns,而浪涌則高達(dá)50μs,時(shí)間延長(zhǎng)了1000倍,這帶來(lái)的能量必然是成百上千倍的差異。因此,欲承受住浪涌的襲擊,必須依靠大功率的吸收器件,如電容、壓敏電阻、TVS管、氣體放電管等,以及更合理的電路設(shè)計(jì),將干擾的能量統(tǒng)統(tǒng)吸收掉或隔離開,避免破壞用電設(shè)備。另外值得說(shuō)明的是,浪涌抗干擾測(cè)試通過(guò)了,并不代表脈沖群就沒(méi)問(wèn)題了。
為了保障車輛充電的良好性能,這些測(cè)試項(xiàng)目在車輛研發(fā)階段,都需要在關(guān)鍵部件和整車上測(cè)試許多遍。所以說(shuō),電動(dòng)汽車雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是至少在充電EMC與安全方面,正在逐漸引起汽車行業(yè)的重視。下表所示為GB/T40428—2021對(duì)電動(dòng)汽車的充電EMC要求,測(cè)試項(xiàng)目如表1所示。
2、發(fā)射類技術(shù)要求
該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射類通用要求為:試驗(yàn)前,車輛可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)應(yīng)處在20%~80%之間。交流充電的充電電流應(yīng)不小于車輛持續(xù)最大充電電流值的80%;直流充電的充電電流應(yīng)不小于20A或車輛持續(xù)最大充電電流值的20%,取兩者較大值(除非另有規(guī)定)。試驗(yàn)時(shí),車輛應(yīng)靜止,發(fā)動(dòng)機(jī)(如有)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。所有與測(cè)試功能無(wú)關(guān)且可由駕駛員或乘員長(zhǎng)時(shí)關(guān)閉的設(shè)備應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。試驗(yàn)時(shí),若有需要,可關(guān)閉直流充電車輛充電電路的絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。若關(guān)閉,宜考慮其它的安全防護(hù)措施。該標(biāo)準(zhǔn)劃分了測(cè)試對(duì)象為系統(tǒng)和車輛,測(cè)試邊界更加明確、責(zé)任劃分更加明確,例如電磁輻射發(fā)射試驗(yàn)布置,如圖2和圖3所示。有效避免了電動(dòng)汽車與供電設(shè)備組成系統(tǒng)共同作為測(cè)試對(duì)象時(shí),供電設(shè)備對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來(lái)的不確定性,這是與UNR10最大的差異。該標(biāo)準(zhǔn)的布置圖詳細(xì)區(qū)分了交直流、車輛接口在車頭/車尾或在側(cè)面的布置圖,因此實(shí)施操作更加細(xì)化。
單獨(dú)對(duì)車輛的測(cè)試方法也可以稱之為模擬法,即模擬充電樁供電。由GB/T18487.1—2015可知,充電設(shè)備需要提供L,N,PE和CP與車輛連接,并按一定的控制流程及協(xié)議確保車輛正常充電;L,N,PE為經(jīng)過(guò)LISN后的市電;CP信號(hào)為PWM信號(hào),需要試驗(yàn)室提供。中汽研新能源汽車檢驗(yàn)中心(天津)有限公司電磁兼容部基于單片機(jī)信號(hào)發(fā)生器原理,自主設(shè)計(jì)了輸出電壓±5-±15之間可調(diào)PWM波;占空比20%-80%可調(diào),充電電流隨之可調(diào);擁有出色的EMC濾波措施,對(duì)底噪無(wú)干擾;擁有出色的抗擾性的模擬法信號(hào)源,該單品可以滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的自由場(chǎng),浪涌,電脈沖要求,模擬充電框架圖如圖4所示。
另外,該標(biāo)準(zhǔn)相比UNR10第六版關(guān)于充電測(cè)試要求,增加了工業(yè)環(huán)境下的沿AC電源線的射頻傳導(dǎo)發(fā)射限值,如表2所示。
3、抗擾類技術(shù)要求
該標(biāo)準(zhǔn)的抗擾類通用要求為:試驗(yàn)前,車輛可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)應(yīng)處在20%~80%之間。交流充電的充電電流應(yīng)不小于車輛持續(xù)最大充電電流值的20%;直流充電的充電電流應(yīng)不小于20A或車輛持續(xù)最大充電電流值的20%,取兩者較大值??箶_度測(cè)試前,應(yīng)操作車輛,使車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于不同工作狀態(tài),在所有可能的狀態(tài)下進(jìn)行充電功能驗(yàn)證,選擇可進(jìn)行正常充電且優(yōu)先級(jí)較高的狀態(tài)作為車輛抗擾度測(cè)試狀態(tài),車輛測(cè)試狀態(tài)選擇如表3所示。
該標(biāo)準(zhǔn)要求充電抗擾度測(cè)試時(shí),車輛駐車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足:a)若車輛駐車制動(dòng)系統(tǒng)可手動(dòng)或自動(dòng)松開,則駐車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)處在非駐車狀態(tài)。b)若車輛駐車制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法手動(dòng)或自動(dòng)松開,則駐車制動(dòng)系統(tǒng)可處在駐車狀態(tài)。同時(shí),該標(biāo)準(zhǔn)的判定要求為:1)非駐車狀態(tài)的車輛應(yīng)不能通過(guò)其自身的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)。2)駐車狀態(tài)的車輛其駐車功能應(yīng)正常,車輛充電過(guò)程應(yīng)不中斷。3)抗擾度試驗(yàn)后,車輛行駛和駐車功能應(yīng)正常。UNR10充電抗擾失效判據(jù)則為車輛啟動(dòng)以及停車制動(dòng)器意外釋放等,對(duì)充電狀態(tài)并無(wú)要求。然而,車輛充電狀態(tài)在抗擾項(xiàng)目出現(xiàn)問(wèn)題的情況時(shí)有發(fā)生,例如充電中斷和車輛的充電系統(tǒng)發(fā)生損壞以至無(wú)法繼續(xù)充電等情況,這些都會(huì)嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車的用車體驗(yàn)和社會(huì)認(rèn)可度。因此,與UNR10相比,該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全性考察的要求更加全面。
4、結(jié)束語(yǔ)
本論文通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容及重點(diǎn)條款的解讀,以及與歐盟法規(guī)UNR10第六版關(guān)于充電測(cè)試要求的對(duì)比分析,完成了內(nèi)容框架和技術(shù)要求等方面的標(biāo)準(zhǔn)解讀,以便于企業(yè)能夠更好地了解相關(guān)國(guó)家法規(guī)的關(guān)鍵點(diǎn)。GB/T40428—2021是在整車直流充電相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)國(guó)情和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀而制定的,作為汽車行業(yè)內(nèi)首個(gè)車輛充電測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),將助力提升整車的充電EMC安全,讓新能源汽車獲得更高的社會(huì)認(rèn)可度。
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軍工領(lǐng)域:靜電放電發(fā)生器、低頻傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試系統(tǒng)、尖峰脈沖發(fā)生器、電纜束注入測(cè)試系統(tǒng)、快速方波測(cè)試系統(tǒng)、高速阻尼振蕩測(cè)試系統(tǒng)等