ECE R10.04中新能源汽车传导特性测试方法研究

文/丁荣诚

近年来，随着新能源汽车的迅猛发展，其产生的各种电磁兼容（EMC）问题正受到国内外各类整车企业及检测机构的日益关注。我国新能源车的出口销量也在逐年递增，随之而来的是各个认证机构对新能源车委托试验的需求也不断增加，尤其是新能源车辆充电系统。

现阶段我国关于新能源车辆实行的EMC测试标准只有GB 14023-2011《车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车外接收机的限值和测量方法》和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》，其中只对车辆的电磁辐射发射作出相关规定，对车辆充电过程的传导抗扰度和车辆的辐射抗扰度都处于空白。欧洲经济委员会（ECE）已于2012年3月发布了最新汽车EMC认证法规ECE R10.04《整车和零部件的EMC认证试验》。其在ECE R10.03《汽车电子产品 废弃回收要求》传统动力车辆检测的基础上，增加了大量有关新能源汽车的EMC性能要求。为尽快适应国际新能源汽车市场规则，完善我国新能源汽车（尤其是出口汽车）充电系统电池兼容性能，满足ECE在此方面的要求，提升检测能力，我们对该标准进行了研究。

一、ECE R10.04主要新增内容

1. 测试时车辆所处状态要求

新能源车在进行EMC测试时，测试状态为：传导和辐射发射测试时可再充电式能量储存系统（RESS）应处于充电状态，以额定功率进行充电，直到充电电流不小于初始值的80%；抗扰度测试时，车辆静止不动、关闭引擎，处于充电模式，关闭所有能被驾驶员或乘客常态开启的配备，测试期间考核车辆是否处于动作状态。

2. 测试项目关键要求

ECE R10.04中新增了充电过程中和通信过程中EMC的测试项目，其中传导发射测试包括：交流电源线谐波电流发射测试、车辆交流电源线电压波动和闪烁测试、电源线上射频发射测试。传导抗扰度测试包括：车辆网络和电信端口传导骚扰（CE）发射测试、沿电源线电快速瞬变脉冲群传导抗扰度测试、沿电源线浪涌传导抗扰度测试。本文主要针对传导发射中射频发射测试和传导抗扰度测试展开研究。其中，传导射频发射测量仅对于直流电充电网络，电快速瞬变脉冲群试验等级等同于IEC 61000-4-5-2014《EMC第4-5部分：试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验》的等级3。浪涌试验等级对于交流电和直流电分别对应IEC 61000-4-5的等级3和等级1。

① 电源线上的射频发射测试

试验时应使用均值或峰值检波器。适用在半电波暗室或户外试验场地于0.15 MHz～30 MHz频率范围内的测试。使用50 μH/50 Ω电源网络对车辆进行测试。此测试主要测量车辆的RESS交流电源线耦合至电网充电时，产生射频CE，以达到与住宅区、商业区和轻工业周边电磁环境相兼容的目的。

② 车辆网络和电信端口的CE发射测试

此方法主要测量RESS耦合至电网充电状态下的车辆，经由车辆网络和电信端口产生射频CE的等级，以达到与住宅区、商业区和轻工业周边电磁环境兼容的目的。由于各个整车制造厂商的车辆通信协议并未完全统一，现在用充电桩充电时只是单一充电，并没有网络/通信的接入。因此，目前此测试暂时还无法进行。

③ 沿电源线电快速瞬变脉冲群传导抗扰度测试

此测试主要为证明车辆电机系统的抗干扰能力，测试沿车辆交流和直流电源充电线的电快速瞬变脉冲传导干扰。除必要测试设备外，车辆应为无负载状态。其电快速瞬变脉冲参数为：

开路试验电压为±2 kV；

上升时间（Tr）为5 μs；

保持时间（Th）为50 μs；

至少1 min内脉冲重复频率为5 kHz；

脉冲群持续时间，当5 kHz时，为15（1%±20%） ms，当100 kHz时，为0.75（1%±20%）ms;

脉冲群周期为300（1%±20%）ms。

④ 沿电源线浪涌传导抗扰度测试

此测试主要为了考核外界对车辆的RESS耦合至电网进行充电时的传导抗干扰能力。测试设备包括一个参考平面（无需屏蔽室）、瞬变脉冲试验发生器、耦合/去耦合网络（CDN）以及电容式耦合夹具。当CDN不能使用交流或直流电源线时，可选择使用容抗式耦合夹具。

浪涌传导抗扰度所涉及的测试参数如下。

・对于交流电源线：在线与地线之间施加在开路上的测试电压为±2 kV。Tr为1.2 μs，Th为 50 μs，分别在0°、90°、180°、270°相位下施加5次浪涌脉冲，每次脉冲间隔为1 min。

・对于直流电源线：在线与地线之间施加在开路上的测试电压为±0.5 kV。Tr为1.2 μs，Th为50 μs，正负极各施加5次浪涌脉冲，每次脉冲间隔为1 min。

浪涌次数：施加在充电接口端和互连线上的浪涌脉冲次数应为正、负极各5次，对交流电源端口，应分别在0°、90°、180°、270°相位施加，正、负极各施加5次浪涌脉冲。连续脉冲时间的间隔为1 min或者更短。

二、测试标准关键内容分析

1. 传导发射测试

由于新能源汽车电机驱动系统的高电压、大电流以及复杂的结构，使其电磁干扰能量较大、频带较宽，且传播耦合路径呈多样性。同时，电磁干扰以传导和辐射的方式进行传播，相应的传播路径也不同。传导电磁干扰传播是指通过导线或其他元器件（如电容、电感），以电压或电流的形式，将电磁噪声的能量在电路中传送。

辐射电磁干扰传播，是指在电机驱动系统干扰作用下，根据传导干扰方式的不同，分为差模干扰和共模干扰。差模干扰指在L、N电源线上流动的干扰电流；共模干扰是指在载流导线和参考接地之间的无用电位差所形成的干扰电流。

在测试中可以发现主要的干扰源是开关变压器和电机驱动模块。故，若测试超标就应先确认是哪个干扰源，是差模干扰还是共模干扰。这里有个简单的鉴别方法：可将地线断开，这将阻断大部分共模电流，还有一小部分共模电流从电容上流过（此值很小），这时所测到的信号就是差模干扰。

当电路干扰在30 MHz以上时，干扰源就会以电磁波的形式在空间传播至受扰设备，这就是辐射骚扰。部分测试结果如图1和图2所示。

测试频段：0.15 MHz ～30 MHz；

被测线缆：交流电源线（L、N线）。

图1 L线CE测试结果图

图2 N线CE测试结果图

2. 传导抗扰度测试

在做沿电源线的电快速瞬变脉冲群传导抗扰度测试时，应该注意以下几点：

① 试验发生器和CDN网络应直接放置在参考接地平面上，并与之搭接。

② 与受试设备相连接的所有电缆应放置在接地参考平面上方0.1 m的绝缘支撑上。不经受电快速瞬变脉冲的电缆布线应尽量远离受试电缆，以使电缆间的耦合最小化。

③ 应采用直接耦合或容性耦合夹施加试验电压。试验电压应耦合到受试设备的所有端口，包括受试设备两单元之间的端口，除非设备单元之间连线的长度达不到进行试验的基本要求。

在做沿电源线的浪涌传导抗扰度测试时应该注意浪涌经电容耦合网络加到充电端口时，为避免对车辆同一电源供电的非受试设备产生不利影响，要为浪涌波提供足够的去耦阻抗，以便将规定的浪涌施加到受试线缆上，需要使用耦合网络。如无附加条件，受试设备和CDN之间的电源线不应超过2 m。

3. 标准分析

ECE R10.04对充电过程中传导发射等级要求基本等同于家用器具的EMC标准，但其测量限值严于现行的GB/T 18387-2008标准要求。

电快速瞬变脉冲群传导抗扰度试验等级等同于IEC 61000-4-4《EMC第4-4部分：试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》中的等级3。沿电源线的浪涌传导抗扰度试验等级针对交流电源和直流电源而有所不同。可以看出ECE R10.04选用标准时，对新能源车的EMC要求更高。

三、结语

国内车辆制造商为了满足ECE R10.04要求，需要解决技术上和整车研发上所产生的问题，从而促使国内车企制造新能源车时不断提升车辆的品质，对我国新能源车的发展起到了良性循环的作用。国内的各个检测机构现已逐步开展ECE R10.04新能源车的测试工作，伴随试验数据的积累，也将为今后国家相关标准的修订打下基础，提供参考。

[1] Xiao Fang,Zhou Yang. The Equivalent Circuit Model of PWM Drive Motor System Conducted Interference [J].The World of Inverters,2011(1):1 05-109.