电动汽车充电状态发射特性与抗扰特性测试评价

2019-08-15 01:16:58·  来源:连线新能源  
 
《电动汽车及关键部件测评与开发技术》是继《电动汽车动力电池系统安全分析与设计》、《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》之后,系列丛书的第三本专著,由吴
《电动汽车及关键部件测评与开发技术》是继《电动汽车动力电池系统安全分析与设计》、《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》之后,系列丛书的第三本专著,由吴志新、周华和王芳等多位专家耗时一年联袂打造,本书内容根据多年从事电动汽车及关键部件测评与开发工作的经验积累,结合具体实例从整车关键性能、关键零部件、应用等多个角度进行了系统的梳理和论述,能够为电动汽车领域相关企事业单位开展方案论证、产品开发、技术研究和生产制造等提供参考。本书共七章,分别论述了电动汽车及关键部件测评技术发展现状、电动汽车整车安全性/节能/环境适用性/应用测评技术、电动汽车关键部件测评技术、燃料电池汽车及关键部件测评技术,可为新能源汽车行业从业人员提供丰富的工程实践参考。

节选自《电动汽车及关键部件测评与开发技术》第4.1.3小节“电动汽车与民用电网的电磁兼容性测试评价”

电动汽车与民用电网的电磁兼容性测试评价主要考察三个方面:

1)充电状态发射特性测试评价:电动汽车充电过程中通过车载充电机以传导干扰形式对民用电网电源质量和其他用电设备的影响评价;

2)充电状态抗扰性测试评价:民用电网中的脉冲信号通过充电线对电动汽车充电过程的影响评价;

3)电力线抗扰性测试评价:电力传输线产生的磁场对电动汽车的影响评价。

1. 电动汽车充电状态发射特性测试评价

电动汽车充电状态发射特性测试评价,主要通过测量来自汽车的交流(AC)电源线、直流(DC)电源线、网络线、通信线上产生的传导干扰,以确保其与居住环境、商业区和轻工业区兼容。参考标准或法规如表4-5 所示。在进行发射特性测试过程中,电动汽车动力电池荷电状态(SOC)应保持在最大值的20%~80%。充电电流至少应设置为其额定值的80%。测试过程中汽车应固定、发动机关闭,所有其他可以被驾驶员、乘客持续接通的设备都应关闭。

电动汽车充电状态发射特性与抗扰特性测试评价6

(1)AC 电源线谐波发射特性测试评价

在电网的交流供电网络中,除了50 Hz 或60 Hz 的基波频率外,还存在着基波频率若干整数倍的大于基波的频率分量,通过对电网周期性电流进行傅里叶级数变换,可对谐波频率分量进行定量评价。谐波的存在,会对电网产生干扰——电能质量受到“污染”,电能质量下降将导致用电设备的功率损耗增加、寿命缩短等严重问题。

试验设备和实际布置如图4-9 所示。

电动汽车充电状态发射特性与抗扰特性测试评价1

谐波的评价方式是将测试结果和标准的限值进行比较,从而评价电动汽车谐波可能产生的影响。

某电动汽车在单相输入电流≤16 A 的情况下的测试结果如图4-10 所示。从测量结果数据图表中可以看出,在整个试验观察周期内,各次谐波电流的平均值均低于限值,说明电动汽车对民用电网的电源质量影响在可接收范围内。

电动汽车充电状态发射特性与抗扰特性测试评价2

(2)AC 电源线上电压变化、电压波动和电压闪烁的发射特性测试评价

电动汽车在充电过程中如果供电电压超出正常的电压变化限度,将在电网中产生10 Hz 左右照明闪烁,影响电压敏感型电子设备和仪器的正常运行。此类电压变化、电压波动和电压闪烁会通过配电变压器传递到低压侧的用户电源端。

试验设备和实际布置如图4-11 所示。


电压变化、电压波动和电压闪烁的评价方式是将测试结果和标准的限值进行比较,从而评价电动汽车可能产生的影响。

某电动车AC 电源线上电压变化、电压波动和电压闪烁测试结果如表4-6 所示。由测试结果可以看出,该电动车的电压变化、波动和闪烁都小于限值要求。
 
电动汽车充电状态发射特性与抗扰特性测试评价3
 

(3)AC/DC 电源线射频传导发射特性测试评价

汽车AC/DC 传导发射测量的是电动汽车充电状态下汽车AC 或DC 电源线上产生的射频传导骚扰。测试布置如图4-12 所示。


汽车AC/DC 传导发射测试评价方式是将测试结果和标准的限值进行比较,从而评价电动汽车可能产生的影响。

某电动汽车的AC 电源线火线测试数据如图4-13 所示。由测试数据可以看出,准峰值的数据在800 kHz 以下的频率范围内超出限值15 dB,此电动汽车对AC 电源的射频干扰比较严重。这时企业开发产品时应该对车载充电机的变流装置实施有效的干扰抑制措施。


2. 电动汽车充电状态抗扰性测试评价

电动汽车充电状态抗扰性测试评价,主要通过测量汽车对沿AC 或DC 电源线传导的浪涌抗扰度和汽车对沿AC 和DC 电源线的电快速瞬变/脉冲群(EFT)干扰的抗扰度。对电动汽车充电状态抗扰性测试评价参考标准或法规如下表4-7所示。


测试过程中,一般要求汽车处于充电模式。在整个测试过程中,荷电状态(SOC)应保持在最大值的20%~80%(在执行下一频段测试时可能需要对动力电池进行放电,整个测试分成几个阶段完成)。充电电流至少设置为额定值的20%。

(1)浪涌抗扰性测试评价

浪涌一般会通过两种途径对电动汽车造成危害,一是极大的浪涌电压超过设备的承受能力,导致汽车充电设备完全被破坏或寿命大降;二是多个小浪涌累积效应造成充电设备内部半导体器件性能衰退、设备故障甚至寿命缩短,导致电动汽车充电性能下降或者停止工作。试验布置如图4-14 所示。


进行浪涌抗扰性测试应观察汽车的工作状态,以对电动汽车的抗扰性做出相应的评价。

某电动汽车在浪涌信号电压上升至2 kV 瞬间,仪表充电指示灯瞬间断电,充电连接器充电指示灯会瞬间跳变至停止指示灯。这种情况可能造成用户对汽车充电过程的误判从而引起操作上的失误。浪涌信号对电动车的充电设备存在一定的危害,因此在充电设备研制期间就要考虑到抑制浪涌的方法。在感应雷的作用下,电动汽车充电设备中的信号线、电源线上都可能产生浪涌高压脉冲,在设计时须增加适当的浪涌抑制器件以保护充电系统在现场的正常运行,如:气体放电管、雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻和TVS管(固态瞬变电压抑制器)。

(2)EFT 抗扰性测试评价

在电力网络中存在着一些短暂的高能量的脉冲骚扰源,这些骚扰对继电器及类似装置的正常工作有非常大的影响,严重时会损坏元器件,甚至整个系统,这些骚扰源就称为电快速瞬变脉冲群(EFT)。电网中常存在的高频率的、极短的上升时间的脉冲群,易对电动汽车充电过程产生干扰。

其试验布置与浪涌抗扰性测试类似。将模拟信号通过耦合器耦合到电动汽车的电源线上,进行测试。

电动汽车开发过程中,同样应重视对于EFT 干扰的抑制,比如端口电源线加滤波电路,信号线加去耦电路,采用屏蔽电缆和连接器,在滤波器前端采用适当的高脉冲抑制器件,例如压敏电阻、瞬态抑制器等。
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