電動車及其充電系統(tǒng)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)研究
摘要：基于電動車的發(fā)展趨勢以及在其產(chǎn)業(yè)化進程中面臨的挑戰(zhàn)，全面介紹了電動車及其充電系統(tǒng)的電磁兼容問題，重點闡述了電動車的電磁場發(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: 電動車 電場 磁場 充電系統(tǒng) 騷擾 抗干擾
一、 電動車及其充電系統(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，電動車這種以電能為動力的交通工具憑借其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點日漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點。20世紀(jì)80年代以來, 許多發(fā)達國家紛紛投入巨資研發(fā)電動汽車，我國的“863 計劃”也已明確將電動汽車作為重點攻關(guān)項目。目前，我國電動汽車的研發(fā)水平與發(fā)達國家基本上處在同一起跑線上，在某些方面甚至超過國外。2005年，我國*代混合動力商品車通過論證和驗收。
與傳統(tǒng)汽車相比，純電動汽車zui大的變革是取消了內(nèi)燃機，改為電機，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機，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機，蓄電池的直流電經(jīng)過dc-ac逆變器轉(zhuǎn)換為交流電給電機供電，通過電機驅(qū)動車輛行進。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)射較強的電場和磁場。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，會對調(diào)幅廣播頻段以及汽車本身電子管理系統(tǒng)的時鐘頻率產(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，如汽車制動防抱死裝置（abs）、電子控制制動系統(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，電動車的研發(fā)階段應(yīng)專門進行電磁兼容（emc）測試，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近來自北美混合動力車車主的投訴，使混合動力車等電動汽車遭遇一場電磁危機。其原因在于電動車的電磁輻射對人體以及生態(tài)環(huán)境的危害，目前國內(nèi)尚沒有開始這方面的研究，國外有相關(guān)研究。雖然這一問題目前尚未有定論，但消費者的擔(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。
另外電動汽車配套產(chǎn)品中的一個非常重要的組成部分是充電系統(tǒng)。根據(jù)電動車本身的設(shè)計，可以在家里充電，也可以在專業(yè)的充電站進行充電。國家*在《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2005年本）》實施兩年之后，在舊版目錄鼓勵建設(shè)汽車加氣站工程的基礎(chǔ)上，《新指導(dǎo)目錄》提出，鼓勵建設(shè)新能源汽車充電站工程。目前國內(nèi)的比亞迪公司正在著力研發(fā)自帶充電器的電動車，實現(xiàn)在家充電。要實現(xiàn)電動車的產(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，但是電動車充電站作為一個接在城市電網(wǎng)和電動車汽車之間的電工電子設(shè)備，必須對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)定的運行并不對其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。目前國內(nèi)有相關(guān)法規(guī)，都很少強制執(zhí)行，本文對相關(guān)法規(guī)進行剖析和總結(jié)，為電動車以及充電系統(tǒng)的開發(fā)工作做鋪墊。
二、 電動車emc標(biāo)準(zhǔn)以及測試項目
國家標(biāo)準(zhǔn)中與電動車輛有關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)有四個，分別是gb/t17619-1998《機動車電子電器組件的電磁輻射抗干擾限值和測量方法》、gb18655-2002《用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》、gb14023-2006《車輛、船和由內(nèi)燃機驅(qū)動的裝置 無線電騷擾特性 限值和測量方法》和gb/t18387-2008《電動車輛的電磁場輻射強度的限值和測量方法 寬帶9khz～30mhz》，其中前面三個標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)車輛通用，本文不在詳述。
國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t18387-2008等同采用美國機動汽車工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)saej 551-5:2004《電動車輛的磁場和電場強度的測量方法及執(zhí)行電平》。
目前國內(nèi)電動車輛還處于研制樣車階段，電動車輛電磁場輻射強度的測量少有實施。本文根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)相關(guān)試驗要求。
（1）gb18387中規(guī)定限值所用帶寬為1khz，而規(guī)定的測量儀器帶寬如表1，因此在測試之前要*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)置測試模板時進行，加上修正系數(shù)即可。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電場和磁場限值見圖1和圖2。
表1 測量儀器帶寬（6db）
頻率范圍
儀器帶寬
0.009mhz～0.15mhz
200hz
0.15mhz～30mhz
9khz
圖1 標(biāo)準(zhǔn)峰值脈沖的電場強度發(fā)射限值 圖2 標(biāo)準(zhǔn)峰值脈沖的磁場強度發(fā)射限值
（2）測試場地為開闊試驗場地（oats），應(yīng)符合gb14023中規(guī)定，目前這個信息時代，很難找到一個符合要求的開闊場?，F(xiàn)在大多都使用電波暗室（alse），alse具有很多優(yōu)點：穩(wěn)定的電特性，全天候試驗，可控制的電磁環(huán)境，測量重復(fù)性強。
（3）分別用1m垂直單極子天線和60cm靜電屏蔽環(huán)天線測量電場和磁場，測量時，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）被測車輛應(yīng)運行在穩(wěn)定車速40km/h下，對車輛的每一個側(cè)面進行測量，以獲得zui大輻射方向和zui大輻射電平值。在zui大輻射方向分別測量車速為16km/h和64km/h的zui大輻射電平值。
三、電動車充電系統(tǒng)emc標(biāo)準(zhǔn)以及測試項目
3.1 電動車充電系統(tǒng)的電磁騷擾
gb/t 18487.2-2001《電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動車輛與交流/直流電源的連接要求》和gb/t 18487.3-2001《電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動車輛交流/直流充電機（站）》的電磁環(huán)境測試部分分別對電動車充電設(shè)備和電動車充電站接交流電網(wǎng)時產(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，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測試符合性。
▲ 高頻傳導(dǎo)騷擾
gb/t 18487.2-2001中規(guī)定了電動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來檢驗其符合性。把電動車輛的電源電纜連到人工設(shè)置的電源網(wǎng)絡(luò)上，測量電動車輛充電設(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。
表2 電動車車載充電系統(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隨頻率對數(shù)減少到56
56隨頻率對數(shù)減少到46
79
66
0.5～5.0
56
46
73
60
5.o～30.0
60
50
73
60
注：表中平均值測量用限值是暫定的，通過一段時間實踐后可能會修改。
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一、電磁兼容知識大匯總
二、靜電放電抗干擾試驗系統(tǒng)【iec61000-4-2 gb/t17626.2】
三、射頻磁場輻射抗繞度試驗【iec61000-4-3 gb/t17626.3】
四、電快速瞬變脈沖群的抗干擾度試驗【iec61000-4-4 gb/t17626.4】
五、雷擊浪涌抗干擾度試驗【iec61000-4-5 gb/t17626.5】
六、射頻傳導(dǎo)抗擾度試驗【iec61000-4-6 gb/t17626.6】
七、工頻磁場抗擾度試驗【iec61000-4-8 gb/t17626.8】
八、脈沖磁場抗擾度試驗【iec61000-4-9 gb/t17626.9】
九、電壓跌落、短時中斷和電壓漸變的抗干擾度試驗【iec61000-4-11】
十、諧波電流、電壓波動和閃爍測試系統(tǒng)【iec61000-3-2，iec61000-3-3】
十一、衰減震蕩&振鈴波抗擾度試驗【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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