ECE R10.04中新能源汽車傳導特性測試方法研究

文/丁榮誠

近年來，隨著新能源汽車的迅猛發展，其產生的各種電磁兼容（EMC）問題正受到國內外各類整車企業及檢測機構的日益關注。我國新能源車的出口銷量也在逐年遞增，隨之而來的是各個認證機構對新能源車委托試驗的需求也不斷增加，尤其是新能源車輛充電系統。

現階段我國關于新能源車輛實行的EMC測試標準只有GB 14023-2011《車輛、船和內燃機 無線電騷擾特性 用于保護車外接收機的限值和測量方法》和GB/T 18387-2008《電動車輛的電磁場發射強度的限值和測量方法，寬帶，9 kHz～30 MHz》，其中只對車輛的電磁輻射發射作出相關規定，對車輛充電過程的傳導抗擾度和車輛的輻射抗擾度都處于空白。歐洲經濟委員會（ECE）已于2012年3月發布了最新汽車EMC認證法規ECE R10.04《整車和零部件的EMC認證試驗》。其在ECE R10.03《汽車電子產品 廢棄回收要求》傳統動力車輛檢測的基礎上，增加了大量有關新能源汽車的EMC性能要求。為盡快適應國際新能源汽車市場規則，完善我國新能源汽車（尤其是出口汽車）充電系統電池兼容性能，滿足ECE在此方面的要求，提升檢測能力，我們對該標準進行了研究。

一、ECE R10.04主要新增內容

1. 測試時車輛所處狀態要求

新能源車在進行EMC測試時，測試狀態為：傳導和輻射發射測試時可再充電式能量儲存系統（RESS）應處于充電狀態，以額定功率進行充電，直到充電電流不小于初始值的80%；抗擾度測試時，車輛靜止不動、關閉引擎，處于充電模式，關閉所有能被駕駛員或乘客常態開啟的配備，測試期間考核車輛是否處于動作狀態。

2. 測試項目關鍵要求

ECE R10.04中新增了充電過程中和通信過程中EMC的測試項目，其中傳導發射測試包括：交流電源線諧波電流發射測試、車輛交流電源線電壓波動和閃爍測試、電源線上射頻發射測試。傳導抗擾度測試包括：車輛網絡和電信端口傳導騷擾（CE）發射測試、沿電源線電快速瞬變脈沖群傳導抗擾度測試、沿電源線浪涌傳導抗擾度測試。本文主要針對傳導發射中射頻發射測試和傳導抗擾度測試展開研究。其中，傳導射頻發射測量僅對于直流電充電網絡，電快速瞬變脈沖群試驗等級等同于IEC 61000-4-5-2014《EMC第4-5部分：試驗和測量技術 浪涌(沖擊)抗擾度試驗》的等級3。浪涌試驗等級對于交流電和直流電分別對應IEC 61000-4-5的等級3和等級1。

① 電源線上的射頻發射測試

試驗時應使用均值或峰值檢波器。適用在半電波暗室或戶外試驗場地于0.15 MHz～30 MHz頻率范圍內的測試。使用50 μH/50 Ω電源網絡對車輛進行測試。此測試主要測量車輛的RESS交流電源線耦合至電網充電時，產生射頻CE，以達到與住宅區、商業區和輕工業周邊電磁環境相兼容的目的。

② 車輛網絡和電信端口的CE發射測試

此方法主要測量RESS耦合至電網充電狀態下的車輛，經由車輛網絡和電信端口產生射頻CE的等級，以達到與住宅區、商業區和輕工業周邊電磁環境兼容的目的。由于各個整車制造廠商的車輛通信協議并未完全統一，現在用充電樁充電時只是單一充電，并沒有網絡/通信的接入。因此，目前此測試暫時還無法進行。

③ 沿電源線電快速瞬變脈沖群傳導抗擾度測試

此測試主要為證明車輛電機系統的抗干擾能力，測試沿車輛交流和直流電源充電線的電快速瞬變脈沖傳導干擾。除必要測試設備外，車輛應為無負載狀態。其電快速瞬變脈沖參數為：

開路試驗電壓為±2 kV；

上升時間（Tr）為5 μs；

保持時間（Th）為50 μs；

至少1 min內脈沖重復頻率為5 kHz；

脈沖群持續時間，當5 kHz時，為15（1%±20%） ms，當100 kHz時，為0.75（1%±20%）ms;

脈沖群周期為300（1%±20%）ms。

④ 沿電源線浪涌傳導抗擾度測試

此測試主要為了考核外界對車輛的RESS耦合至電網進行充電時的傳導抗干擾能力。測試設備包括一個參考平面（無需屏蔽室）、瞬變脈沖試驗發生器、耦合/去耦合網絡（CDN）以及電容式耦合夾具。當CDN不能使用交流或直流電源線時，可選擇使用容抗式耦合夾具。

浪涌傳導抗擾度所涉及的測試參數如下。

?對于交流電源線：在線與地線之間施加在開路上的測試電壓為±2 kV。Tr為1.2 μs，Th為 50 μs，分別在0°、90°、180°、270°相位下施加5次浪涌脈沖，每次脈沖間隔為1 min。

?對于直流電源線：在線與地線之間施加在開路上的測試電壓為±0.5 kV。Tr為1.2 μs，Th為50 μs，正負極各施加5次浪涌脈沖，每次脈沖間隔為1 min。

浪涌次數：施加在充電接口端和互連線上的浪涌脈沖次數應為正、負極各5次，對交流電源端口，應分別在0°、90°、180°、270°相位施加，正、負極各施加5次浪涌脈沖。連續脈沖時間的間隔為1 min或者更短。

二、測試標準關鍵內容分析

1. 傳導發射測試

由于新能源汽車電機驅動系統的高電壓、大電流以及復雜的結構，使其電磁干擾能量較大、頻帶較寬，且傳播耦合路徑呈多樣性。同時，電磁干擾以傳導和輻射的方式進行傳播，相應的傳播路徑也不同。傳導電磁干擾傳播是指通過導線或其他元器件（如電容、電感），以電壓或電流的形式，將電磁噪聲的能量在電路中傳送。

輻射電磁干擾傳播，是指在電機驅動系統干擾作用下，根據傳導干擾方式的不同，分為差模干擾和共模干擾。差模干擾指在L、N電源線上流動的干擾電流；共模干擾是指在載流導線和參考接地之間的無用電位差所形成的干擾電流。

在測試中可以發現主要的干擾源是開關變壓器和電機驅動模塊。故，若測試超標就應先確認是哪個干擾源，是差模干擾還是共模干擾。這里有個簡單的鑒別方法：可將地線斷開，這將阻斷大部分共模電流，還有一小部分共模電流從電容上流過（此值很?。?，這時所測到的信號就是差模干擾。

當電路干擾在30 MHz以上時，干擾源就會以電磁波的形式在空間傳播至受擾設備，這就是輻射騷擾。部分測試結果如圖1和圖2所示。

測試頻段：0.15 MHz ～30 MHz；

被測線纜：交流電源線（L、N線）。

圖1 L線CE測試結果圖

圖2 N線CE測試結果圖

2. 傳導抗擾度測試

在做沿電源線的電快速瞬變脈沖群傳導抗擾度測試時，應該注意以下幾點：

① 試驗發生器和CDN網絡應直接放置在參考接地平面上，并與之搭接。

② 與受試設備相連接的所有電纜應放置在接地參考平面上方0.1 m的絕緣支撐上。不經受電快速瞬變脈沖的電纜布線應盡量遠離受試電纜，以使電纜間的耦合最小化。

③ 應采用直接耦合或容性耦合夾施加試驗電壓。試驗電壓應耦合到受試設備的所有端口，包括受試設備兩單元之間的端口，除非設備單元之間連線的長度達不到進行試驗的基本要求。

在做沿電源線的浪涌傳導抗擾度測試時應該注意浪涌經電容耦合網絡加到充電端口時，為避免對車輛同一電源供電的非受試設備產生不利影響，要為浪涌波提供足夠的去耦阻抗，以便將規定的浪涌施加到受試線纜上，需要使用耦合網絡。如無附加條件，受試設備和CDN之間的電源線不應超過2 m。

3. 標準分析

ECE R10.04對充電過程中傳導發射等級要求基本等同于家用器具的EMC標準，但其測量限值嚴于現行的GB/T 18387-2008標準要求。

電快速瞬變脈沖群傳導抗擾度試驗等級等同于IEC 61000-4-4《EMC第4-4部分：試驗和測量技術 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》中的等級3。沿電源線的浪涌傳導抗擾度試驗等級針對交流電源和直流電源而有所不同?？梢钥闯鯡CE R10.04選用標準時，對新能源車的EMC要求更高。

三、結語

國內車輛制造商為了滿足ECE R10.04要求，需要解決技術上和整車研發上所產生的問題，從而促使國內車企制造新能源車時不斷提升車輛的品質，對我國新能源車的發展起到了良性循環的作用。國內的各個檢測機構現已逐步開展ECE R10.04新能源車的測試工作，伴隨試驗數據的積累，也將為今后國家相關標準的修訂打下基礎，提供參考。

[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.