电动汽车低于30 MHz频段EMI测试标准分析

曾博 邓俊泳 林道祺 林青 刘国荣

摘 要：针对电动汽车高度集成的电力驱动系统可能带来电磁兼容性问题，分析国际现行电动汽车低于30 MHz频段电磁骚扰测试标准，指出各标准对测量仪器、测量场地规定较为一致，但天线系统类型、位置布局、测试方向、检波方式以及汽车工况有不同要求，GB/T 18387——2008规定巡航工况，CISPR 36规定巡航、空挡2种工况，这两项标准未明确普遍提出使用测功机要求；SAE J551-5：2012规定巡航、制动、怠速3种工况，必须使用测功机。结果表明：制定中的CISPR 36开始关注30 MHz以下频段电磁干扰（electromagnetic interference，EMI）特性，国际上EMI测量手段一致，测量对象、评价指标则各有区别，SAE J551-5：2012标准通过设置能够模拟出常规驾驶时可能存在的工况，以保证电动汽车在各种情况使用的过程中不会出现辐射超标的现象。

关键词：电动汽车；电磁干扰；测试方法；包络检波；车辆工况

文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2016）09-0011-04

0 引 言

电动汽车发展基于直流电机技术，电池技术也是其核心技术之一。1834年Thomas Davenport制造出第一辆直流电机驱动电动车，动力源为初级电池；1859年Gaston Plante发明可充电铅酸电池，形成以有轨电车、电瓶车为主电动汽车体系；20世纪90年代后，世界关注电动车发展，并且2007年明确新能源汽车战略以锂电池为主，电动汽车迎来新的发展机遇，其高度集成的电力驱动系统为电磁兼容性（electro magnetic compatibility，EMC）测试带来挑战[1]。Iglesias M[2-3]分析四轮驱动车辆EMC特性、耦合与接地问题对系统安全、性能的影响；Willmann B[4]提出针对电动汽车高电压供应系统中的电压纹波、高电压瞬变的测试方法以及对应措施；同济大学新能源汽车工程中心[5]发现燃料电池汽车控制电路、主电路干扰峰值出现在4 MHz与2 MHz附近；北汽新能源公司[6]发现车外磁场辐射发射峰值主要集中在9～160 kHz频段，系统内干扰主要集中在500 kHz～2 MHz频段。本文将基于国际上现行电动汽车电磁干扰测试标准[7]，讨论测试标准的发展趋势，结合学科发展，指出电动汽车EMI测试的一些研究方向与热点，期望对电动汽车产业发展起到积极作用。

1 电动汽车低频EMI测试标准趋势分析与比较

国际致力于汽車整车EMI测试标准化工作的组织包括美国机动车工程师学会（SAE）、国际无线电干扰特别委员会（CISPR）、联合国欧洲经济委员会（ECE）、中国国家标准化管理委员会（SAC），表1为国际电动汽车EMI测试标准测试频段与测试位置汇总表。

可以看出，30 MHz以下频段电动汽车整车EMI车外骚扰测试的相关规定较少，正在执行中的标准只有SAE J551-5：2012[8]、GB/T 18387——2008[9]；CISPR与ECE是将电动汽车作为传统内燃机汽车一类，正在制定CISPR 36，开始关注30 MHz以下频段EMI特性，但依然采用传统车辆EMI测试方法[10]。而SAE、SAC则是将电动汽车独立出来，专门制定标准推动其测试方法标准化，SAC正在完善的GB/T 18387以推进30 MHz以下频段EMI车外骚扰测试标准化。

下面将从测试项目、场地、方法、限制各方面对SAE J551-5：2012、GB/T 18387——2008、CISPR 36（正在制定中）3个标准具体规定加以比较。

1.1 电动汽车低频EMI测试仪器与场地

SAE J551-5：2012、GB/T 18387——2008、CISPR 36标准对骚扰测量仪器等规定较为一致，骚扰测量仪器采用频谱分析仪或扫描接收仪，辐射发射测量场地可以为开阔试验场（OATS）或吸波屏蔽室（ALSE）[11]。表2为国际电动汽车EMI测试标准测试场地与仪器汇总表。

GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012规定天线系统采用单极子天线或环形天线，必须在车辆前进方向、倒退方向、两个侧面测量电磁骚扰；CISPR 36规定天线系统采用环形天线，天线布置将参考CISPER 12——2009相关规定，在车辆的两个侧面测量电磁骚扰[12]，图1（a）、图1（b）分别为GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012和CISPER 36标准规定的测试天线布置图。GB/T 18387——2008、CISPER 36两个标准规定测试X、Y、Z 3个正交方向的磁场发射，SAE J551-5：2012仅要求测试X、Y 2个水平方向磁场发射。GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012只规定天线距离为3 m的EMI测试方法，CISPR 36规定天线距离为3，10 m的EMI测试方法。

GB/T 18387——2008规定使用绝缘的千斤顶举起驱动轮，仅在车辆在无负载状态下运行会引起动力系统损害或降低辐射发射电平，才使用测功机，CISPR 36规定空载的测功机或绝缘轴架上，SAE J551-5：2012规定必须使用测功机实现车辆工况模拟。可以看出，3个标准测功机的应用方法要求不同[13]。

1.2 电动汽车低频EMI测试方法与限值

相比于GB/T 18387——2008，SAE J551-5：2012在电场骚扰部分增加均值（average，AV）检波测试；CISPR 36在电场强度、磁场强度依然采用传统内燃机汽车准峰值（quasi-peak，QP）检波与峰值（peak，PK）检波结合的方法。QP检波方式优势在于可以测试脉冲信号幅度、时间分布、重复频率，被CISPR 16-1-1 推荐用于测试脉冲信号，内燃机引起的电磁骚扰是类脉冲信号，而电动汽车电力驱动系统的电磁骚扰特性则更稳定。各标准规定的测试项目检波方式如表3所示。

CISPR 36对于限值方面的相关规定尚未出台，表4～表6分别为各标准规定的电场强度辐射发射限值、磁场强度辐射发射限值、传导辐射发射限值。可见，GB/T 18387——2008与SAE J551-5：2012在传导发射限值的频段划分中有较大区别。图2为GB/T 18387——2008与SAE J551-5：2012电场强度、磁场强度辐射发射限值对比，可以看出SAE J551-5：2012放宽了30 MHz以下频段峰值限值要求约20 dB。

1.3 电动汽车工况

如表7、表8所示，在工况设置方面，GB/T 18387——2008规定了匀速巡航一种工况，在特征频率提取与最大发射值测量中采用不同的速度。CISPR 36则规定了发动机恒速运转（巡航）、通电但不运转（停车档）2种工况，且在发动机恒速运转工况下，特征频率提取与最大发射值测量中采用不同转速。这两个标准在工况设置上较为一致，只是用以描述工况的参数不同。而SAE J551-5：2012则在巡航工况之上，额外设置了制动、怠速2种工况。可以看出，SAE J551-5：2012标准欲通过设置能够模拟出常规驾驶时可能存在的工况，以保证电动汽车在各种情况使用的过程中不会出现辐射超标的现象。

2 结束语

1）30 MHz以下频段电动汽车整车EMI车外骚扰测试的相关规定较少但很重要，正在制定的CISPR 36开始关注30MHz以下频段EMI特性。

2）CISPR 36将电动汽车归类传统内燃机车船中的一类，规定电磁场的发射值采用PK、QP检波；GB/T 18387——2008、SAE J551-5：2012则是针对电动汽车单独制定EMI测试方法，GB/T 18387——2008规定电磁场的发射值采用PK检波，SAE J551-5：2012则规定电场发射值采用PK、AV检波，磁场发射值采用PK检波；且SAE J551-5：2012的限值比GB/T 18387——2008提高了约20 dB。

3）GB/T 18387——2008规定巡航工况，未明确普遍提出使用测功机需求；CISPR 36以电动机的转速，规定巡航、空挡2个工况；SAE J551-5：2012规定巡航、制动、怠速3个工况，必须使用测功机。

参考文献

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（编辑：李妮）