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《电动汽车传导充电电磁兼容性要求和试验方法》解析

2021-12-22 00:40:58·  来源：电动学堂  作者：张登雨等  
　
文章来源：1.中国汽车技术研究中心有限公司2.中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司0引言目前，全国新能源汽车的保有量为603万辆，占据汽车总量的2.1%。相对于
文章来源：1.中国汽车技术研究中心有限公司2.中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司
0引言
目前，全国新能源汽车的保有量为603万辆，占据汽车总量的2.1%。相对于百万级保有量来说，去年电动汽车充电起火的事故发生了四五十起，属于可控范围，但充电EMC安全仍应引起重视。
充电EMC的影响十分广泛，包括电动汽车与电网之间的相互影响、电动汽车对周围环境的影响等，具体如图1所示。

电动汽车EMC标准的发展历程主要是近20年，2001年GB/T18387作为国内第一本电动车专用电磁兼容标准颁布，2011年UNR10.04第一次将整车充电EMC性能纳入标准考察范围内，2019年UNR10.06完善了整车充电状态的细节，2021年国内首个汽车充电电磁兼容标准正式发布，即GB/T40428—2021《电动汽车传导充电电磁兼容性要求和试验方法》（下称“该标准”），该标准适用于可外接充电的电动汽车，也适用于车辆与供电设备组成的系统。
1标准内容框架
新能源汽车充电时需要连接电网，而电网不可避免地会携带一些副产品，比如谐波和间接雷等，这些不仅容易导致电动汽车充电中断，严重时甚至能够损坏车辆的充电系统。
本标准包括整车充电辐射发射、传导发射、谐波发射、电压变化、电压波动和闪烁发射、充电辐射抗扰、电快速脉冲群（EFT）、浪涌等诸多电动汽车充电时需要重点考察的测试项目，下面给予简单介绍。
辐射发射：测量被测样品通过空间传播的辐射骚扰场强。
传导发射：测量被测样品工作时通过电源线、信号线/控制线、地线传输出去的传导骚扰信号强度。
辐射抗扰：通过模拟一定强度的电磁辐射环境，考察被测样品的电磁场辐射抗扰能力。
谐波发射：考察车辆充电时，车辆或者是车辆与供电设备组成的系统产生的谐波电流对电网的影响。电压变化、电压波动和闪烁发射：考察车辆充电
时，车辆或者是车辆与供电设备组成的系统引起的电压变化对电网的影响。
电快速脉冲群（EFT）：它属于在诸多干扰中最常见的，但其攻击力比较弱，主要会降低充电效率，并不容易使电动汽车充电系统罢工，更没有很强的破坏性。EFT的特点是上升时间快，持续时间短，能量低。专门针对电动汽车的要求，在欧盟强制认证法规UNR10及本标准中，都要求对电源供电端口施加2kV的干扰电压。在220V的正常电压下，施加近10倍电压的干扰脉冲，测试要求可以说是十分严酷。浪涌（Surge）：电网上的雷击浪涌是间接雷，相较于直击雷要轻微许多。专门针对电动汽车的要求，在欧盟强制认证法规UNR10及本标准中，都要求对电源供电端口施加2kV的干扰电压。相同的峰值电压下，脉冲群的半峰时间仅为50ns，而浪涌则高达50μs，时间延长了1000倍，这带来的能量必然是成百上千倍的差异。因此，欲承受住浪涌的袭击，必须依靠大功率的吸收器件，如电容、压敏电阻、TVS管、气体放电管等，以及更合理的电路设计，将干扰的能量统统吸收掉或隔离开，避免破坏用电设备。另外值得说明的是，浪涌抗干扰测试通过了，并不代表脉冲群就没问题了。
为了保障车辆充电的良好性能，这些测试项目在车辆研发阶段，都需要在关键部件和整车上测试许多遍。所以说，电动汽车虽然结构简单，但是至少在充电EMC与安全方面，正在逐渐引起汽车行业的重视。下表所示为GB/T40428—2021对电动汽车的充电EMC要求，测试项目如表1所示。

2发射类技术要求
该标准的发射类通用要求为：试验前，车辆可充电储能系统的荷电状态应处在20％～80％之间。交流充电的充电电流应不小于车辆持续最大充电电流值的80％；直流充电的充电电流应不小于20A或车辆持续最大充电电流值的20％，取两者较大值（除非另有规定）。
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。试验时，若有需要，可关闭直流充电车辆充电电路的绝缘监测系统。若关闭，宜考虑其它的安全防护措施。
该标准划分了测试对象为系统和车辆，测试边界更加明确、责任划分更加明确，例如电磁辐射发射试验布置，如图2和图3所示。有效避免了电动汽车与供电设备组成系统共同作为测试对象时，供电设备对测试结果带来的不确定性，这是与UNR10最大的差异。该标准的布置图详细区分了交直流、车辆接口在车头/车尾或在侧面的布置图，因此实施操作更加细化。

单独对车辆的测试方法也可以称之为模拟法，即模拟充电桩供电。由GB/T18487.1—2015可知，充电设备需要提供L，N，PE和CP与车辆连接，并按一定的控制流程及协议确保车辆正常充电；L，N，PE为经过LISN后的市电；CP信号为PWM信号，需要试验室提供。中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司电磁兼容部基于单片机信号发生器原理，自主设计了输出电压±5-±15之间可调PWM波；占空比20%-80%可调，充电电流随之可调；拥有出色的EMC滤波措施，对底噪无干扰；拥有出色的抗扰性的模拟法信号源，该单品可以满足标准中规定的自由场，浪涌，电脉冲要求，模拟充电框架图如图4所示。

另外，该标准相比UNR10第六版关于充电测试要求，增加了工业环境下的沿AC电源线的射频传导发射限值，如表2所示。

3抗扰类技术要求
该标准的抗扰类通用要求为：试验前，车辆可充电储能系统的荷电状态应处在20％～80％之间。交流充电的充电电流应不小于车辆持续最大充电电流值的20％；直流充电的充电电流应不小于20A或车辆持续最大充电电流值的20％，取两者较大值。
抗扰度测试前，应操作车辆，使车辆驱动系统处于不同工作状态，在所有可能的状态下进行充电功能验证，选择可进行正常充电且优先级较高的状态作为车辆抗扰度测试状态，车辆测试状态选择如表3所示。

该标准要求充电抗扰度测试时，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。
同时，该标准的判定要求为：
1)非驻车状态的车辆应不能通过其自身的驱动系统移动。
2)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。
3)抗扰度试验后，车辆行驶和驻车功能应正常。
UNR10充电抗扰失效判据则为车辆启动以及停车制动器意外释放等，对充电状态并无要求。然而，车辆充电状态在抗扰项目出现问题的情况时有发生，例如充电中断和车辆的充电系统发生损坏以至无法继续充电等情况，这些都会严重影响电动汽车的用车体验和社会认可度。因此，与UNR10相比，该标准对安全性考察的要求更加全面。
4结束语
本论文通过对标准中关键技术内容及重点条款的解读，以及与欧盟法规UNR10第六版关于充电测试要求的对比分析，完成了内容框架和技术要求等方面的标准解读，以便于企业能够更好地了解相关国家法规的关键点。
GB/T40428—2021是在整车直流充电相关国际标准、研究成果的基础上，结合我国国情和产业发展现状而制定的，作为汽车行业内首个车辆充电测试的国家标准，将助力提升整车的充电EMC安全，让新能源汽车获得更高的社会认可度。
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