電動(dòng)車及其充電系統(tǒng)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)研究
摘要：基于電動(dòng)車的發(fā)展趨勢(shì)以及在其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中面臨的挑戰(zhàn)，全面介紹了電動(dòng)車及其充電系統(tǒng)的電磁兼容問題，重點(diǎn)闡述了電動(dòng)車的電磁場(chǎng)發(fā)射要求及其充電系統(tǒng)的電磁干擾和抗干擾性能要求。
關(guān)鍵詞: 電動(dòng)車 電場(chǎng) 磁場(chǎng) 充電系統(tǒng) 騷擾 抗干擾
一、 電動(dòng)車及其充電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著石油供應(yīng)的日趨緊缺和環(huán)境污染的日益加劇，電動(dòng)車這種以電能為動(dòng)力的交通工具憑借其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)日漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。20世紀(jì)80年代以來, 許多發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入巨資研發(fā)電動(dòng)汽車，我國(guó)的“863 計(jì)劃”也已明確將電動(dòng)汽車作為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。目前，我國(guó)電動(dòng)汽車的研發(fā)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家基本上處在同一起跑線上，在某些方面甚至超過國(guó)外。2005年，我國(guó)*代混合動(dòng)力商品車通過論證和驗(yàn)收。
與傳統(tǒng)汽車相比，純電動(dòng)汽車zui大的變革是取消了內(nèi)燃機(jī)，改為電機(jī)，能量來源由燃油改為車載蓄電池。一部分車輛采用直流電動(dòng)機(jī)，其dc-dc轉(zhuǎn)換器、換向裝置和晶閘管斬波調(diào)速裝置向外界發(fā)射騷擾；一部分車輛采用交流電動(dòng)機(jī)，蓄電池的直流電經(jīng)過dc-ac逆變器轉(zhuǎn)換為交流電給電機(jī)供電，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行進(jìn)。如果抑制措施不夠，逆變后的交流電中將含有豐富的諧波成分，經(jīng)裝置的輸入輸出線向空間發(fā)射較強(qiáng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。其頻譜范圍較廣，從幾十千赫到幾十、幾百兆赫茲甚至覆蓋射頻段，會(huì)對(duì)調(diào)幅廣播頻段以及汽車本身電子管理系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。另一方面，許多汽車廠家為提高汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性，在汽車上裝置了較多的電子設(shè)備，如汽車制動(dòng)防抱死裝置（abs）、電子控制制動(dòng)系統(tǒng)（eds）及安全氣囊。如果這些系統(tǒng)的電子控制裝置受到干擾，將導(dǎo)致汽車管理系統(tǒng)失調(diào)，造成嚴(yán)重的交通事故。因此出于安全角度，電動(dòng)車的研發(fā)階段應(yīng)專門進(jìn)行電磁兼容（emc）測(cè)試，保證整車以及零部件滿足電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)要求。
電動(dòng)車的發(fā)展方向是真正“*、無污染、不消耗燃油”。但是zui近來自北美混合動(dòng)力車車主的投訴，使混合動(dòng)力車等電動(dòng)汽車遭遇一場(chǎng)電磁危機(jī)。其原因在于電動(dòng)車的電磁輻射對(duì)人體以及生態(tài)環(huán)境的危害，目前國(guó)內(nèi)尚沒有開始這方面的研究，國(guó)外有相關(guān)研究。雖然這一問題目前尚未有定論，但消費(fèi)者的擔(dān)憂不無道理。電磁輻射已被世界衛(wèi)生組織列為繼水源、大氣、噪聲之后的第四大環(huán)境污染源。
另外電動(dòng)汽車配套產(chǎn)品中的一個(gè)非常重要的組成部分是充電系統(tǒng)。根據(jù)電動(dòng)車本身的設(shè)計(jì)，可以在家里充電，也可以在專業(yè)的充電站進(jìn)行充電。國(guó)家*在《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2005年本）》實(shí)施兩年之后，在舊版目錄鼓勵(lì)建設(shè)汽車加氣站工程的基礎(chǔ)上，《新指導(dǎo)目錄》提出，鼓勵(lì)建設(shè)新能源汽車充電站工程。目前國(guó)內(nèi)的比亞迪公司正在著力研發(fā)自帶充電器的電動(dòng)車，實(shí)現(xiàn)在家充電。要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的產(chǎn)業(yè)化，就必須解決電池充電問題，大量布置充電站并增加充電站的功率以提高充電速度，但是電動(dòng)車充電站作為一個(gè)接在城市電網(wǎng)和電動(dòng)車汽車之間的電工電子設(shè)備，必須對(duì)充電站的電磁兼容性有嚴(yán)格的要求，這樣才能保證充電站在電網(wǎng)中安全穩(wěn)定的運(yùn)行并不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。目前國(guó)內(nèi)有相關(guān)法規(guī)，都很少?gòu)?qiáng)制執(zhí)行，本文對(duì)相關(guān)法規(guī)進(jìn)行剖析和總結(jié)，為電動(dòng)車以及充電系統(tǒng)的開發(fā)工作做鋪墊。
二、 電動(dòng)車emc標(biāo)準(zhǔn)以及測(cè)試項(xiàng)目
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中與電動(dòng)車輛有關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)有四個(gè)，分別是gb/t17619-1998《機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗干擾限值和測(cè)量方法》、gb18655-2002《用于保護(hù)車載接收機(jī)的無線電騷擾特性的限值和測(cè)量方法》、gb14023-2006《車輛、船和由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置 無線電騷擾特性 限值和測(cè)量方法》和gb/t18387-2008《電動(dòng)車輛的電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度的限值和測(cè)量方法 寬帶9khz～30mhz》，其中前面三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)車輛通用，本文不在詳述。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t18387-2008等同采用美國(guó)機(jī)動(dòng)汽車工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)saej 551-5:2004《電動(dòng)車輛的磁場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量方法及執(zhí)行電平》。
目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)車輛還處于研制樣車階段，電動(dòng)車輛電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度的測(cè)量少有實(shí)施。本文根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)相關(guān)試驗(yàn)要求。
（1）gb18387中規(guī)定限值所用帶寬為1khz，而規(guī)定的測(cè)量?jī)x器帶寬如表1，因此在測(cè)試之前要*行帶寬轉(zhuǎn)換。0.009mhz～0.15mhz的轉(zhuǎn)換系數(shù)為20lg0.2=-13.98db，0.15mhz～30mhz的轉(zhuǎn)換系數(shù)為20lg9=19.08db。這些系數(shù)可以在軟件設(shè)置測(cè)試模板時(shí)進(jìn)行，加上修正系數(shù)即可。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電場(chǎng)和磁場(chǎng)限值見圖1和圖2。
表1 測(cè)量?jī)x器帶寬（6db）
頻率范圍
儀器帶寬
0.009mhz～0.15mhz
200hz
0.15mhz～30mhz
9khz
圖1 標(biāo)準(zhǔn)峰值脈沖的電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)射限值 圖2 標(biāo)準(zhǔn)峰值脈沖的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)射限值
（2）測(cè)試場(chǎng)地為開闊試驗(yàn)場(chǎng)地（oats），應(yīng)符合gb14023中規(guī)定，目前這個(gè)信息時(shí)代，很難找到一個(gè)符合要求的開闊場(chǎng)。現(xiàn)在大多都使用電波暗室（alse），alse具有很多優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定的電特性，全天候試驗(yàn)，可控制的電磁環(huán)境，測(cè)量重復(fù)性強(qiáng)。
（3）分別用1m垂直單極子天線和60cm靜電屏蔽環(huán)天線測(cè)量電場(chǎng)和磁場(chǎng)，測(cè)量時(shí)，單極子天線置于地面上，距車輛的zui近部分為3m±0.1m；環(huán)天線中心置于地面以上1m±0.05m，距車輛的zui近部分為3m±0.2m。
（4）被測(cè)車輛應(yīng)運(yùn)行在穩(wěn)定車速40km/h下，對(duì)車輛的每一個(gè)側(cè)面進(jìn)行測(cè)量，以獲得zui大輻射方向和zui大輻射電平值。在zui大輻射方向分別測(cè)量車速為16km/h和64km/h的zui大輻射電平值。
三、電動(dòng)車充電系統(tǒng)emc標(biāo)準(zhǔn)以及測(cè)試項(xiàng)目
3.1 電動(dòng)車充電系統(tǒng)的電磁騷擾
gb/t 18487.2-2001《電動(dòng)車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動(dòng)車輛與交流/直流電源的連接要求》和gb/t 18487.3-2001《電動(dòng)車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動(dòng)車輛交流/直流充電機(jī)（站）》的電磁環(huán)境測(cè)試部分分別對(duì)電動(dòng)車充電設(shè)備和電動(dòng)車充電站接交流電網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的諧波電流、傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾作了詳細(xì)規(guī)定。
▲ 諧波電流
充電系統(tǒng)連接到交流電源時(shí)，所引起的交流輸入電流失真不應(yīng)該超過有關(guān)規(guī)定。額定電流小于16a的充電系統(tǒng)依據(jù)gb/t 17625.1測(cè)試符合性，額定電流大于16a小于7的充電系統(tǒng)依據(jù)iec61000-3-12測(cè)試符合性。
▲ 高頻傳導(dǎo)騷擾
gb/t 18487.2-2001中規(guī)定了電動(dòng)車輛在交流輸入連接端的傳導(dǎo)騷擾限值，見表2。根據(jù)gb4343、gb 6113.1和gb 6113.2來檢驗(yàn)其符合性。把電動(dòng)車輛的電源電纜連到人工設(shè)置的電源網(wǎng)絡(luò)上，測(cè)量電動(dòng)車輛充電設(shè)備的高頻電壓騷擾，然后確定產(chǎn)生zui大電壓騷擾的工作點(diǎn)。
表2 電動(dòng)車車載充電系統(tǒng)的交流輸入端的傳導(dǎo)發(fā)射限值
位 置
非限定區(qū)域（包括民用環(huán)境）
限定區(qū)域的（于工業(yè)環(huán)境）
頻段mhz
準(zhǔn)峰值dbμv
平均值dbμv
準(zhǔn)峰值dbμv
平均值dbμv
0.15～0.5
66隨頻率對(duì)數(shù)減少到56
56隨頻率對(duì)數(shù)減少到46
79
66
0.5～5.0
56
46
73
60
5.o～30.0
60
50
73
60
注：表中平均值測(cè)量用限值是暫定的，通過一段時(shí)間實(shí)踐后可能會(huì)修改。
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一、電磁兼容知識(shí)大匯總
二、靜電放電抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng)【iec61000-4-2 gb/t17626.2】
三、射頻磁場(chǎng)輻射抗繞度試驗(yàn)【iec61000-4-3 gb/t17626.3】
四、電快速瞬變脈沖群的抗干擾度試驗(yàn)【iec61000-4-4 gb/t17626.4】
五、雷擊浪涌抗干擾度試驗(yàn)【iec61000-4-5 gb/t17626.5】
六、射頻傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)【iec61000-4-6 gb/t17626.6】
七、工頻磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)【iec61000-4-8 gb/t17626.8】
八、脈沖磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)【iec61000-4-9 gb/t17626.9】
九、電壓跌落、短時(shí)中斷和電壓漸變的抗干擾度試驗(yàn)【iec61000-4-11】
十、諧波電流、電壓波動(dòng)和閃爍測(cè)試系統(tǒng)【iec61000-3-2，iec61000-3-3】
十一、衰減震蕩&振鈴波抗擾度試驗(yàn)【iec61000-4-12 gb/t17626.12】
十三、汽車電子沿電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)系統(tǒng)【iso7637-2，gb/t21437】
十三、電磁兼容屏蔽室建設(shè)方案
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