国外电动汽车电磁兼容的检测标准*

/ 1.上海交通大学；.上海市计量测试技术研究院；.沃尔沃汽车技术（上海）有限公司

Zhou Zhen1,2, Wang Wei3, Ma Xin2

（1.Shanghai Jiao Tong University; 2.Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology; 3.VOLVO CAR CHINA）

0 引言

电动汽车与传统机动车相比，区别主要在于动力源、驱动系统和控制系统。由于电动汽车采用了更多高压、大功率的电气部件以及高系统集成度和电磁敏感度的电子控制单元，使得其电磁兼容（EMC）问题尤为突出。电动汽车的电磁兼容性问题不仅会影响车辆周围的无线电设备，还会通过传导或辐射的方式影响车辆内部其他电子部件工作的可靠性，直接关系到车辆行驶的安全性。因此，解决电动汽车的EMC问题至关重要,而开展电动汽车的EMC性能测试和标准研究是解决该问题的必要前提。

在电动汽车的电磁兼容性测试方面，近几年国外陆续发布的电动车整车电磁兼容测试标准有ECE R10.04和 SAE J551-5:2012《Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, 150 kHz to 30 MHz》。

1 ECE R10.04

联合国欧洲经济委员会2011年10月28日正式通过了ECE R10第四版修正案，并于2012年3月6日正式发布了ECE R10.04。ECE R10.04针对电动车和混合动力车充电部分增加了1个条款和6个附录，该法规的推出替代了ECE R10.03版本。

ECE R10.04中关于电动车和混合动力车的测试包括两方面内容，一方面是考核电动车和混合动力车的可再充能量存储系统（RESS）使用公共电网充电时对外界环境所产生的辐射骚扰以及对公共电网产生的传导骚扰；另一方面是考核电动车和混合动力车的RESS在使用公共电网充电时抵抗外界的辐射和传导干扰的能力。

ECE R10.04中定义了电动车和混合动力车测试时的工作状态：电动车或混合动力车上的RESS处于充电状态，电机和其他部件处于关闭状态，测量过程中要确保初始充电功率为额定功率，直至充电电流至少为初始充电电流的80%。

1.1 辐射骚扰

宽带辐射骚扰的测量限值与传统车辆宽带辐射骚扰限值相同，新增内容为电动车或混合动力车上的RESS处于使用公共电网充电的状态，车上的电机和其他部件都处于关闭状态。测量布置如图1和图2所示。图1和图2是ECE R10.04上的要求，但是实际情况下，电动车和混合动力车的充电口不一定位于汽车的侧面，有可能在其他部位，比如在后备箱盖的中间部位等。如果遇到这种情况，需在测试前由实验室与汽车厂商之间做好沟通，在制定测试计划的时候给予明确的布置要求后方可进行测试。

1.2 辐射抗干扰

辐射抗干扰的测试等级与方法等同于传统车辆辐射抗干扰测试，新增内容为电动车或混合动力车上的RESS 处于使用公共电网充电的状态，车上的电机和其他部件都处于关闭状态。测试中需要观察车的状态、充电信息等现象，不能出现任何与干扰施加前相违背的异常现象。测量布置如图3 所示。同辐射骚扰的情况一样，如果遇到充电接口的位置与标准定义的位置不同的情况，也必须在测试前由实验室和汽车厂商之间做好沟通，在测试计划中明确定义测试的布置，实际测试时需要根据测试计划的要求进行测试。

图1 RESS使用电网充电时辐射骚扰测试布置图（主视图）

1.3 传导骚扰

1.3.1 交流电源线上的谐波发射测试

谐波干扰是指电动车或混合动力车上的RESS使用公共电网充电时，对公共电网所产生的谐波干扰。谐波干扰限值分为≤16 A和16 A＜输入电流≤75 A两种情况，其具体的测试方法和限值需要分别参照IEC 61000-3-2（edition 3.2 - 2005 + Amd1:2008 + Amd2: 2009）和IEC 61000-3-12:2004。表1为单相输入电流≤16 A时的谐波电流限值。对于16 A＜输入电流≤75 A的谐波限值，应根据不同情况参照IEC 61000-3-12:2004中章节7.3.2.2的表4、表5和表6。谐波发射的测量布置图如图4和图5所示，测试中需要测量到40次谐波。

图3 RESS使用电网充电时辐射抗干扰测试布置图

表1 谐波限值（每相输入电流≤16 A）

图4 单相谐波发射测试布置图

1.3.2 交流电源线上电压变化、波动与闪烁测试

电压变化、波动和闪烁是指电动车或混合动力车上的RESS使用公共电网充电时，给电网带来的电压变化、波动和闪烁等现象。电压变化、波动和闪烁的限值分成≤16 A和16 A＜输入电流≤75 A两种情况，测试方法和限值分别参照 IEC 61000-3-3:2008 和 IEC 61000-3-11:2000。对于每相输入电流≤16 A的情况，其限值等同于IEC61000-3-3:2008版的第5章节；对于16 A＜输入电流≤75 A的情况，其限值等同于IEC61000-3-11:2000版的第5章节。电压变化、波动和闪烁的测量布置图如图6所示。

图5 三相谐波发射测试布置图

图6 电源线上电压变化、波动与闪烁测试布置图

1.3.3 交直流电源线上的射频传导骚扰测试

针对电源线上的射频传导骚扰测量，是确定电动车或混合动力车上RESS充电时通过AC或DC电源线耦合至电网的射频干扰值。对于交流和直流电源线分别给出了不同的骚扰限值，见表2和表3，其测量布置图如图7所示。标准推荐在半电波暗室或开阔场进行试验。

表2 交流电源线上的射频传导骚扰限值

表3 直流电源线上的射频传导骚扰限值

图7 交直流电源线上的射频传导骚扰测试布置图

1.3.4 车载网络与通信接口的射频传导骚扰测试

针对网络和通信接口的射频传导发射，是测量电动车或混合动力车上的RESS充电时,通过其网络和通信端口对居民区、商业区和轻工业环境所造成的射频传导骚扰。其测试方法参考CISPR 22:2008，其限值见表4，测量布置图如图8所示。标准推荐在半电波暗室或开阔场进行试验。

表4 车载网络与通信接口的射频传导骚扰限值

图8 车载网络与通信接口的射频传导骚扰测试布置图

1.4 传导抗干扰

1.4.1 交直流电源线上的电快速脉冲群抗干扰测试电快速瞬变脉冲群抗干扰测试是考核电动车或混合动力车上RESS在充电模式下，承受交流或直流电源线上电快速瞬变脉冲群的能力，测试方法参考IEC 61000-4-4:2004。车辆直接放置在接地平面上，所施加脉冲群开路输出试验电压±2 kV，上升时间（Tr）5 ns，保持时间（Th）50 ns，脉冲重复频率 5 kHz，持续时间1 min，以共模方式加在电源线上，观察车辆在施加干扰期间是否有任何异常现象，测量布置图如图9所示。

图9 交直流电源线上的电快速脉冲群抗干扰测试布置图

1.4.2 交直流电源线上的浪涌抗干扰测试

浪涌抗扰度测量，是考核电动车或混合动力车上RESS充电模式下承受交流或直流电源线上浪涌的能力，测试方法参考IEC 61000-4-5:2005。对于交流电源线，在线与地（共模）之间施加开路电压峰值为±2 kV的1.2/50μs浪涌波形，在线与线（差模）之间施加开路电压峰值为±1 kV的1.2/50 μs浪涌波形。测试中需要分别在0°，90°，180°和270°四个相位角施加正负极性各5次的浪涌干扰脉冲，脉冲的间隔时间为1 min。对于直流电源线，在线与地及线与线之间施加开路电压峰值为±0.5 kV的1.2/50 μs浪涌波形，正负极性各施加5次浪涌干扰脉冲，脉冲的间隔时间为1 min。测试中需要观察车辆在施加干扰期间是否有任何与干扰施加前不一致的现象。浪涌的测量布置图分别如图10、图11、图12和图13所示。

图10 交直流电源线上的浪涌抗干扰测试（线对线）布置图

2 SAE J551-5:2012版

我国现行的电动汽车整车电磁兼容标准GB/T 18387-2008《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法，宽带，9 kHz～30 MHz》，是参考美国汽车工程师协会标准SAE J551-5:2004《Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles,Broadband, 9 kHz to 30 MHz》修订而成的，现如今SAE J551-5:2004已经更新为SAE J551-5:2012。最新版的SAE J551-5:2012与GB/T 18387-2008的区别主要有以下几个方面。

图11 交直流电源线上的浪涌抗干扰测试（线对地）布置图

图12 三相电源线上的浪涌抗干扰测试（线对线）布置图

图13 三相电源线上的浪涌抗干扰测试（线对地）布置图

2.1 测量频率范围

GB/T 18387-2008的测量频率范围为9 kHz～30 MHz，最新版SAE J551-5:2012的测量频率范围为 150 kHz～ 30 MHz。

2.2 电磁场强度辐射发射限值

GB/T 18387-2008的电场及磁场强度辐射发射峰值限值分别见表5和表6，SAE J551-5:2012在电场强度的限值中加入平均值检波器的测量限值，其电场及磁场强度辐射发射限值分别见表7～表9。图14为两种标准的电场限值对比，图15为两种标准的磁场限值对比。

表5 GB/T 18387-2008电场强度辐射发射峰值限值

表6 GB/T 18387-2008磁场强度辐射发射峰值限值

表7 SAE J551-5 MAY2012电场辐射发射峰值限值

表8 SAE J551-5 MAY2012电场辐射发射平均值限值

表9 SAE J551-5 MAY2012磁场辐射发射峰值限值

2.3 辐射发射测量场地布置要求

两种标准对辐射发射测量场地天线的放置要求有所不同。GB/T 18387-2008要求电场测试用的棒天线距离车辆最近部分为（3±0.1）m，磁场测试用的环天线中心置于地面以上（1±0.05）m，距离车辆的最近部分为（3±0.2）m；SAE J551-5:2012要求棒天线距离车辆最近部分为（3±0.03）m，环天线中心置于地面以上（1±0.05）m，距离车辆的最近部分为（3±0.03）m。从这里来看，SAE J551-5:2012标准中对于天线距离车辆的距离要求更加精确，试验的准确性会得到进一步提高。对于磁场发射测试，将原先三个正交方向中的Z方向测试要求删除，其原因可能是Z方向测得的数据普遍偏低，且向远场发射的能力弱。图16是电场测试用棒天线相对于车辆的位置，图17(a)是磁场测试用环天线相对于车辆径向放置的示意图，图17(b)是横向放置的示意图。

图14 GB/T 18387-2008和SAE J551-5:2012电场强度辐射发射限值比对

图15 GB/T 18387-2008和SAE J551-5:2012磁场强度辐射发射限值比对

图16 棒状天线相对车辆的位置示意图

图17 环形天线相对车辆的位置示意图

3.4 测试状态

SAE J551-5:2012相对于GB/T 18387-2008来说，在测试状态上做了很大调整。

在GB/T 18387-2008中，只要求车辆在行驶状态，挂高速档时车速稳定在40 km/h的情况下，对车前后左右四个面电场的垂直方向和磁场的三个正交方向进行测试，记录数据。然后根据每个面的测试结果确定电场和磁场辐射最大的一个面。最后让车辆稳定在车速16 km/h和64 km/h的两种情况下，测量该面的电场和磁场辐射，以确定是否超标。

而在SAE J551-5:2012中，增加了测试的状态，由原来的一个车辆行驶状态增加至三个状态：制动状态、爬行状态、巡航状态，具体情况如下。

1）制动状态：踩下刹车使车轮处于静止状态；

2）爬行状态：不踩油门和刹车，低速但不为零状态；

3）巡航状态：通过油门踏板或定速巡航的控制使车辆稳定在70 km/h的车速运行。可以使用功率计负载模拟道路负载。

在测试过程中，考虑到电动车的辐射强度是多个参数的函数，该标准给出了测试的相关默认值，并且在此基础上推荐了参数变化的范围。在此范围内改变测试状态，如果发现辐射量增加2dB以上且可以重复出现，则将默认状态改为最大值状态。具体参数如表10。

表10 SAE J551-5:2012最大发射参数

SAE J551:2012中对于车载充电系统的测试做了一些修改。GB/T 18387-2008中只要求在最大连续补充充电登记上进行测试，而SAE J551:2012中要求在最大充电速率的80%和最小充电速率两种情况下进行测试。还需要注意一点，标准中要求对于带有频率大于1.705 MHz的数字控制电路或开关电路，必须采用CISPR 12中30～1000 MHz范围内的平均值限值对于充电系统进行测试。

3 结语

电动汽车与传统的燃油机动车相比，增加了许多电力电子装置和一些高压模块，由此导致可能存在的EMC隐患。这些隐患可能会危及人身安全，必须引起广泛重视。在国家的大力扶持下，电动汽车产业迅猛发展，由此带来电动汽车的各项检测要求，包括EMC检测都应予以重视。由于国内电动汽车关于EMC的检测经验较少，虽然我国电动汽车的 EMC相关标准体系已经初步建立，但在完备性、可操作性等方面仍需改善。故在标准的制定过程中需要借鉴国外先进经验，参考国外最新的电动汽车相关标准，并结合我国电动汽车产业实际情况，制定出适应我国国情的电动汽车相关标准。本文通过对ECE R10.04和SAE J551-5：2012中电动汽车部分新增和修订的内容做了一个简单的概括，希望可以对电动汽车的EMC检测人员提供一点帮助，方便大家开展检测工作。

[1]联合国欧洲共同体.ECE Regulation No.10 Revision 4[S].Geneva，2012.

[2]美国汽车工程师协会.SAE J551-5：2012[S].Warrendale，2012.

[3]中国汽车技术研究中心.GB/T 18387-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]刘伏萍，陈燕涛，苏茂辉，等.我国电动汽车标准的现状和发展[J].上海汽车，2006.04：37-40.

[5]韩永杰，傅振兴，张恒，等.电动汽车电磁兼容研究概述[J].上海汽车，2013.07:3-11.

[6]滕添益，缪文泉，杨东，等.国内外电动汽车电磁兼容测试标准体系比对与研究[J].上海汽车，2014.02:58-62.

[7]覃延明，刘青松，李彬，等.我国电动汽车电磁兼容测试标准存在的问题及发展趋势[J].客车技术与研究，2012.02（1）：1-13.