汽车试验:电动汽车无线充电系统电磁兼容性要求和试验方法

2021-11-19 22:28:38·  来源:汽车测试网  
 
无线充电最大的特点是高电磁能量,无线充电时主动发射的电磁场以及电子电气部件发射的电磁骚扰,会对电磁环境产生影响,如周围区域的无线电信号杂波、电网的故障
无线充电最大的特点是高电磁能量,无线充电时主动发射的电磁场以及电子电气部件发射的电磁骚扰,会对电磁环境产生影响,如周围区域的无线电信号杂波、电网的故障、车辆电气功能的故障等。
 

2021年10月11日,国家标准化委员会发布了GB/T 38775.5-2021《电动汽车无线充电系统 第5部分:电磁兼容性要求和试验方法》

标准给出电磁骚扰项目要求及测试方法,可统一行业的测量方法,规范产品的电磁骚扰特性。无线充电时,系统也会受到外部空间或公共电网的电磁场干扰,导致工作异常或出现功能故障,可导致安全事故或部件损坏。标准提供了测试方案,可指导企业的研发验证。

标准规定了符合GB/T38775的电动汽车无线充电系统的电磁兼容项目和试验方法。这里的电动汽车不区分车型和类别,纯电动、混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车都可,M1M2M3N1N2N3等类别都可,只要其安装了无线充电系统。对于无线充电系统,符合GB/T38775是唯一条件,这样标准就成为体系中的一部分,相互依存相互支撑,无线充电系统的安装方式、工作模式、功率等级等系统特性都可覆盖。


本国家标准作为无线充电领域唯一的电磁兼容标准项目,覆盖产品级别多、产品数量多、测试项目多。在部件级别,需要考虑可以适用于部件企业的产品测试开发活动,地面设备+车载设备作为系统的EMC项目需要考虑, 为应对部件企业分别对地面设备和车载设备的考察,为整机厂或设施运营方供货,还应考虑两侧设备的单独测试。若无线充电进入实用还需考虑EMC的实际情况, 需要对由地面设备+车辆组成的系统进行测试, 考虑到车辆的认证需求, 还应能单独考察车辆的EMC特性,对于地面端,由于无法在现场测试,因此,地面端仍以部件级测试为主,可与部件级的地面端测试等同对待。对由两侧组成的系统级测试是当前注重考虑的,因为当前的无线充电产品尚未大面积实用化,即使有应用,也主要是在私人使用领域,安装在私人场地,为私人车辆充电,且无需考虑不同产品不同企业间的兼容性。也就是说当前阶段应用较少,即使有也都是成对使用,车企将无线充电作为卖点,为客户提供地面端,其与车辆都是经过良好匹配的,因此,对电磁环境的影响以及自身的抗扰度,都是成对以系统的形式体现出来的。单侧的要求是次要的,主要是用于供货和认证,将来无线充电大面积应用后,这部分内容会加强和细化。


电动汽车无线充电系统电磁兼容性要求和试验方法
1 范围
本文件规定了电动汽车无线充电系统的电磁兼容性通用要求、试验方案、抗扰度要求和发射要求。
本文件适用于地面设备与车载设备、地面设备与电动汽车所组成的无线充电系统,也适用于无线充电系统中的地面设备、车载设备和电动汽车(或简称车辆)。
本文件规定的辐射发射要求不适用于ITU定义的无线电发射机产生的有意发射, 也不适用于与这些有意发射相关的杂散发射。
注:ITU(International Telecommunication Union) 国际电信联盟。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 4824—2019 工业、科学和医疗设备 射频骚扰特性 限值和测量方法
GB 17625.1 电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)
GB/T 17625.2 电磁兼容 限值 对每相额定电流≤16A且无条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制
GB/T 17625.7 电磁兼容 限值 对额定电流≤75A且有条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制
GB/T 17625.8 电磁兼容 限值 每相输入电流大于16A小于等于75A连接到公用低压系统的设备产生的谐波电流限值
GB/T 17626.2 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验
GB/T 17626.3 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T 17626.4 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB/T 17626.5 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验
GB/T 17626.6 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度
GB/T 17626.8 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验
GB/T 17626.11 电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验
GB/T 17626.34 电磁兼容 试验和测量技术 主电源每相电流大于16A的设备的电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验
GB/T 18655 车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量方法
GB/T 19596 电动汽车术语
GB/T 19951 道路车辆 电气/电子部件对静电放电抗扰性的试验方法
GB/T 29259 道路车辆电磁兼容术语
GB/T 33014.2 道路车辆 电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法 第2部分:电波暗室法
GB/T 33014.4 道路车辆 电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法 第4部分:大电流注入(BCI) 法
GB 34660 道路车辆 电磁兼容性要求和试验方法
GB/T 38775.1一2020 电动汽车无线充电系统 第1部分:通用要求
IEC 61000-4-3 电磁兼容(EMC) 第4-3部分:试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验(Electromagnetic compatibility(EMC) —Part4-3:Testingandmeasurementtechniques—Radiated,radio-frequency, electromagnetic field immunity test)
CISPR32:2015多媒体设备的电磁兼容 发射要求(Electromagneticcompatibility of multimedia equipment一Emission requirements)
3 术语和定义
GB/T 18655、GB/T 19596、GB/T 29259和GB/T 38775.1―2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1 原边设备primary device
能量的发射端,与副边设备耦合,将电能转化成交变电磁场并定向发射的装置。
[来源:GB/T 38775.1一2020,3.1]
3.2 副边设备secondary device
能量的接收端,与原边设备耦合,接收交变电磁场并转化成电能装置。
[来源:GB/T 38775.1一2020,3.2]
3.3 地面设备off-board supply device
电动汽车无线充电系统的地面侧设备的统称。
[来源:GB/T 38775.1―2020,3.7]
3.4 车载设备on-board supply device
电动汽车无线充电系统的车辆侧设备的统称。
[来源:GB/T 38775.1一2020,3.8]
3.5 非车载功率组件off-board power components
将电网的电能转换成原边设备所需电能的功率变换单元。
[来源:GB/T 38775.1―2020,3.5]
4 通用要求
4.1 地面设备和车载设备
4.1.1 由地面设备和车载设备组成的无线充电系统,应满足7.1的发射要求。
4.1.2 地面设备应满足6.1的抗扰度和7.2的发射要求。
4.1.3 车载设备应满足6.2的抗扰度和7.3的发射要求。
4.2 地面设备和车辆
4.2.1 由地面设备和车辆组成的无线充电系统,应满足7.4的发射要求。
4.2.2 车辆应满足6.3的抗扰度和7.5的发射要求。


5 试验方案
5.1 一般规定
5.1.1 试验前应制定试验计划,计划至少包括运行状态、激励功能、监控功能、判定准则以及有意发射等情况。
5.1.2 试验时,试验方案应根据无线充电系统的实际方案进行设置,可按制造厂的规定进行调整,除非另有规定。
5.1.3 应在试验报告中详细记录测试布置、离地间隙、尺寸偏移量和倾斜角度、电源和设备参数配置、电缆连接等试验条件。
5.1.4 进行辐射发射试验时,应根据地面设备产品实际安装方案,调整无线充电系统的离地间隙,并在无线充电系统产品规格书参数范围内,模拟原边设备与副边设备之间的X、Y和Z方向偏移量,以及沿X轴、Y轴和Z轴的倾斜角度,确定无线充电系统的最大发射条件。
注:X轴、Y轴和Z轴的定义见GB/T 38775.1-2020的5.3。
5.1.5 应在试验报告中详细记录抗扰度试验过程中和试验后的设备功能与性能判据。
5.2 部件设备的试验方案
5.2.1 端口
无线充电系统的地面设备和车载设备端口见图1。


5.2.2 工作状态
5.2.2.1 试验计划中应规定系统的配置和运行模式,且试验报告中应准确记录试验时的实际条件。
5.2.2.2 应在下列工作模式下进行测试:
a) 待机模式;
b) 充电模式:在最大持续充电功率的20%~80%内进行预扫,预扫确定的产生最大发射的充电功率,作为最终的测试充电功率。在最大持续充电功率的50%以上进行抗扰度测试。
5.2.2.3 若无线充电系统具有大量类似端口或连接器端口,则应选择足够数量的端口来模拟实际运行状况,并确保试验能够覆盖所有不同类型的终端(如所有端口数量的20%或至少4个端口)。
5.2.2.4 应使用附录A规定的交流供电电源,在充电设备规定的工作范围内进行试验,除非另有规定。
5.2.3 负载条件
测试负载应使无线充电系统工作在最大持续功率的20%~80%。所有其他的端口应连接典型负载,如电子负载或电阻负载。
5.3 车辆相关的试验方案
5.3.1 充电状态
5.3.1.1 进行6.3的抗扰度测试时,无线充电系统的充电功率应不小于系统可最大持续充电功率的20%。
5.3.1.2 进行7.4和7.5的发射类测试时,无线充电系统的充电功率应不小于系统可最大持续充电功率的80%。
5.3.1.3 应在试验报告中记录试验开始和结束时的充电功率。
5.3.2 车辆状态
5.3.2.1 试验开始前,车辆可充电储能系统的荷电状态应处在较低水平。试验过程中,车辆可充电储能系统的荷电状态应处在20%~80%之间。
5.3.2.2 试验时,车辆应静止,发动机(如有)应处于关闭状态。所有与测试功能无关且可由驾驶员或乘员长时关闭的设备应处于关闭状态。
5.3.2.3 抗扰度试验时,车辆驻车制动系统应满足:
a) 若车辆驻车制动系统可手动或自动松开,则驻车制动系统应处在非驻车状态。
b) 若车辆驻车制动系统无法手动或自动松开,则驻车制动系统可处在驻车状态。
5.3.2.4 抗扰度试验过程中,应对车辆进行监控,以检查车辆的符合性。除必要的试验设备外,车辆应为空载。
5.3.2.5 应在试验报告中记录试验开始和结束时车辆可充电储能系统的荷电状态。
5.3.2.6 应在试验报告中记录抗扰度试验中车辆驱动系统状态和驻车制动系统状态。
5.3.3 地面设备状态
5.3.3.1 无线充电系统的离地间隙尺寸应符合试验车辆和地面设备的典型要求。离地间隙范围内不应存在影响系统正常工作的金属等异物。
5.3.3.2 地面设备的非车载功率组件应使用附录A中规定的交流供电电源。
5.3.3.3 车辆的辐射发射试验时,地面设备应能模拟实际工作状态,合理安装在测试场地内。原边设备与非车载功率组件的电缆组件长度应符合实际产品状态,可采用电磁屏蔽措施。地面设备布置所使用的框架或面板不应对测试结果产生影响。
5.3.3.4 应在试验报告中记录地面设备的安装状态和布置情况。
5.3.3.5 应在试验报告中记录地面设备与车辆的相对位置、气隙高度、尺寸与位置偏差等信息。
6 抗扰度
6.1 地面设备的抗扰度
6.1.1 性能判据
6.1.1.1 性能判据A
试验实施的过程中或试验后,地面设备应在地面设备制造商所定义的容许范围内,按照预期继续运行。其运行状态不应改变,包括工作模式、充电电压和电流。
6.1.1.2 性能判据B
试验完成后,地面设备应在地面设备制造商所定义的容许范围内,按照预期继续运行。此外,在试验实施过程中,应保持地面设备的主要功能(在地面设备制造商所定义的容许范围内)。次要功能在试验过程中允许性能降级,但应在试验后恢复到初始状态。
6.1.1.3 性能判据C
试验实施的过程中和试验后,地面设备变化到故障保护状态。如已符合GB/T 38775.1―2020中定义的安全要求,这种状态需要用户干预以重启充电或自动恢复充电。
6.1.2 非住宅环境的抗扰度
无线充电系统地面设备预期在非住宅环境使用时,抗扰度要求及试验方法见表1。




6.1.3 住宅环境的抗扰度
无线充电系统地面设备预期在住宅环境使用时,抗扰度要求及试验方法见表2。




6.1.4 射频电磁场辐射抗扰度
6.1.4.1 若非车载功率单元为落地式产品,则应按照实际使用时的状态进行放置,试验布置见图2。落地式之外的产品应放置在一个高为0.8m的绝缘试验台上进行测试,试验布置见图3。
6.1.4.2 非车载功率单元应置于高出试验台面0.05m~0.15m的绝缘支撑材料(介电常数≤1.4)上。
6.1.4.3 非车载功率单元以外的其他设备应放置在发射天线照射范围之外。多余的电缆应去耦(延伸到测试区域外的电缆),去耦方式不应影响非车载功率单元的正常功能。若由于线长限制无法放置在发射天线照射范围之外,贝应采取适当的电磁屏蔽措施。
6.1.4.4 应分别在发射天线的垂直极化和水平极化两种极化状态下进行测试。
6.1.4.5 如无其他规定,应参考GB/T 17626.3的要求进行。








6.2 车载设备的抗扰度
6.2.1 性能判据
车载设备抗扰度的性能判据应依据6.1.1的规定。
6.2.2 车载设备的抗扰度要求
车载设备的抗扰度要求见表3。


6.2.3 辐射抗扰度试验方法
6.2.3.1 副边设备与车载功率组件无法分离时,试验布置见图4。副边设备与车载功率组件可以分离时,试验布置见图5.
6.2.3.2 车载功率组件应放置在高度为0.05m~0.15m的绝缘支撑材料(介电常数≤1.4)上。
6.2.3.3 辐射抗扰度测试时,若车载功率组件可与无线充电系统的其他部分分离,则其他部分宜放置在测试场地外。其他部分位于测试场地内时,宜放置在发射天线照射范围之外。若因线长限制无法放置在发射天线照射范围之外,则应采取适当的电磁屏蔽措施
6.2.3.4 需要分别在发射天线的垂直极化和水平极化两种极化状态下进行测试。
6.2.3.5 如无其他规定,应按照GB/T 33014.2的要求进行。








6.2.4 大电流注入法
6.2.4.1 电流注入探头分别放置在车载功率组件的电源输出线和控制线进行测试,注入探头与车辆模拟底盘距离为150mm。试验应在屏蔽室或半电波暗室内进行,半电波暗室试验布置见图6.
6.2.4.2 如无其他规定,应按GB/T 33014.4的规定进行试验。




6.3 车辆的辐射抗扰度
6.3.1 在外壳端口进行辐射抗扰度试验,场强参考点位于车辆。非车载功率组件应放置在暗室外;若在暗室内,应放置在发射天线照射范围之外。
6.3.2 应分别在车辆处于待机和充电模式下进行测量。
6.3.3 在20MHz~2000MHz的90%以上频段内, 场强应为30V/m(均方根值) , 其他剩余频段内场强应不低于25V/m(均方根值)。
6.3.4 抗扰度试验中,非驻车状态的车辆应不能通过其自身的驱动系统移动,驻车状态的车辆其驻车功能应正常,车辆充电过程应不中断。抗扰度试验后,车辆行驶和驻车功能应正常。
6.3.5 试验布置见图7。如无其他规定,应按GB 34660 的规定进行试验。


7 发射
7.1 地面设备和车载设备的发射
7.1.1 通则
7.1.1.1 无线充电系统应满足GB 4824—20192 组A类或B类设备的定义和要求。
7.1.1.1.1 A类设备是非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。A类设备应满足A类限值。对于A类设备,产品附带的使用说明书应包含以下警告:
警告——此设备不能应用于居住环境,在这类环境中可能无法对无线电通信提供充分的保护。
7.1.1.1.2 B类供电设备是家用设备和直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。B类设备应满足B类限值。
7.1.1.2 应在明确的、可复现的条件下对每种类型的骚扰进行测量。
7.1.1.3 表4和表5给出了试验描述、试验方法和试验布置。
7.1.2 低频骚扰的限值和试验条件
7.1.2.1 通则
低频骚扰的要求见表4。


7.1.2.2 谐波电流
7.1.2.2.1 每相输入电流小于或等于16A且连接到公共低压交流配电系统的无线充电系统应符合GB 17625.1。
7.1.2.2.2 每相输入电流大于16A,小于或等于75A且连接到公共低压交流配电系统的无线充电系统部件设备应符合GB/T 17625.8。
7.1.2.3 电压波动和闪烁
7.1.2.3.1 每相输入电流小于或等于16A且连接到公共低压交流配电系统的无线充电系统部件设备,所产生的电压波动和闪烁骚扰应符合GB/T 17625.2。
7.1.2.3.2 每相输入电流大于16A,小于或等于75A且连接到公共低压交流配电系统的无线充电系统部件设备,所产生的电压波动和闪烁骚扰应符合GB/T 17625.7。
7.1.2.3.3应在适当的观察周期内,无线充电系统应按下列步骤运行:
a) 测量开始;
b) 开始一个充电循环;
c) 在剩余的观察周期内以不小于50%充电功率运行。
7.1.3射频骚扰的限值和试验条件
7.1.3.1通则
射频骚扰的要求见表5。


7.1.3.2 交流电源输入端口(150kHz~30MHz)
7.1.3.2.1 交流电源输入端口应按照GB 4824—2019进行测试,使用GB 4824—2019中规定的试验仪器。
7.1.3.2.2 无线充电系统交流电源输入端口的传导骚扰应满足GB 4824—2019的表8(A类设备)或表9(B类设备)。
7.1.3.3 通信线端口(150kHz~30MHz)
7.1.3.3.1 通信线端口应按照 CISPR 32:2015 进行测试,使用CISPR32:2015中规定的试验仪器。
7.1.3.3.2 无线充电系统(A类设备)限值应满足 CISPR 32:2015 的表A.10。
7.1.3.3.3 无线充电系统(B类设备)限值应满足 CISPR 32:2015 的表A.11。
7.1.3.4 外壳端口(9kHz~150kHz)
7.1.3.4.1 测量应按照GB 4824—2019进行,使用GB 4824—2019中规定的试验仪器。
7.1.3.4.2 无线充电系统在9kHz~150kHz范围的辐射骚扰限值待定。
7.1.3.5 外壳端口(150kHz~30MHz)
7.1.3.5.1 测量应按照GB 4824—2019进行,使用GB 4824—2019中规定的试验仪器。
7.1.3.5.2 无线充电系统在150kHz~30MHz范围的辐射骚扰限值待定。
7.1.3.6 外壳端口(30MHz~1GHz)
7.1.3.6.1 测量应按照GB 4824—2019进行,使用GB 4824—2019中规定的试验仪器。
7.1.3.6.2 在30MHz~1GHz频段范围内, 辐射骚扰限值应分别满足GB 4824—2019中的表10(A类设备)和表12(B类设备)。
7.1.3.6.3 若无线充电系统能满足B类设备的辐射骚扰要求,则无需7.1.1.1.1中的警示(或警告)提示。
7.1.3.7 辐射发射试验布置
7.1.3.7.1 进行9kHz~30MHz频段测试时, 推荐使用直径为60cm的环天线进行测试, 天线应分别处于X轴、Y轴和Z轴极化方向;
7.1.3.7.2 进行30MHz~1GHz频段测试时, 应分别使用双锥天线和对数天线进行测试, 天线应分别处于水平极化和垂直极化方向。
7.1.3.7.3 天线在被测系统的一面进行测试完成后;转台旋转180°,天线在被测系统的另一面进行测试。
7.1.3.7.4 试验布置(落地式设备)见图8。




7.2 地面设备的发射
7.2.1 无线充电系统的地面设备应满足7.1的发射要求。其中, 外壳端口的辐射骚扰不含9kHz~150kHz频段。
7.2.2 测试时,应以地面设备中的非车载功率组件作为测试对象。
7.2.3 辐射骚扰测试时,若非车载功率组件可与无线充电系统的其他部分分离,则其他部分宜放置在测试场地外。其他部分位于测试场地内时,宜放置在接收天线波瓣范围之外。测试布置见图9。




7.3 车载设备的发射
7.3.1 测试时,应以车载设备中的车载功率组件为测试对象。
7.3.2 辐射骚扰测试时,若车载功率组件可与无线充电系统的其他部分分离,则其他部分宜放置在测试场地外。其他部分位于测试场地内时,宜放置在接收天线波瓣范围之外。车载功率组件应满足GB/T 18655规定的电场发射要求,试验布置可按照GB/T 18655.
7.3.3 车载功率组件应进行磁场发射试验,试验方法可参照GB/T18387,场强应符合产品技术文件要求。测试布置见图10。




7.4 地面设备和车辆的发射
7.4.1 谐波电流
7.4.1.1 地面设备和车辆的谐波电流应符合7.1.2.2的要求。
7.4.1.2 应在非车载功率组件的交流电源输入端口进行谐波电流测量。
7.4.2 电压变化、波动和闪烁
7.4.2.1 地面设备和车辆的电压变化、波动和闪烁应符合7.1.2.3的要求。
7.4.2.2 应在非车载功率组件的交流电源输入端口进行电压变化、波动和闪烁测量。
7.4.3 射频传导发射
7.4.3.1 地面设备和车辆的射频传导发射应分别符合7.1.3.2和7.1.3.3的要求。
7.4.3.2 应分别在非车载功率组件的交流电源输入端口和通信线端口进行射频传导发射测量。
7.4.4 辐射发射
7.4.4.1 地面设备和车辆在9kHz~30MHz频段内的磁场强度限值待定。
7.4.4.2 地面设备和车辆在30MHz~1000MHz频段内的电场强度应符合GB 34660宽带辐射发射的要求。
7.4.4.3 天线应对准无线充电系统离地间隙的中心位置。天线有效波瓣宽度应能覆盖测试对象,如果不能覆盖,则应增加测量位置。
7.4.4.4 进行磁场强度测量时,环天线中心距地面应为1.30m±0.05m,距车辆的最近部分应为3.00m±0.05m。试验布置见图11.
7.4.4.5 进行电场强度测量时,试验布置见图12。如无其他规定,应按GB 34660的规定进行试验。








7.5 车辆的发射
7.5.1 车辆在30MHz~1000MHz频段内的电场强度应符合GB 34660宽带辐射发射的要求。
7.5.2 天线应对准无线充电系统离地间隙的中心位置。天线有效波瓣宽度应能覆盖测试对象,如果不能覆盖,则应增加测量位置。
7.5.3 非车载功率组件可位于测试场地内或测试场地外。若非车载功率组件位于测试场地内,则应置于场地地平面下方或场地地平面上方的接收天线波瓣宽度范围之外。
7.5.4 非车载功率组件与原边设备的线束长度不应小于2m,且应满足以下条件:
——尽可能贴近场地地平面,多余线束宜折成“Z”字形;
——无法贴近场地地平面的线束应与场地地平面垂直。
7.5.5 车辆的辐射发射试验布置见图13。如无其他规定,应按GB 34660的规定进行试验。


 
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