關(guān)于/新能源汽車(chē)-電池包EMC測試方法分析

1.電池包電磁兼容標準現狀
目前國內尚無(wú)關(guān)于電池包的電磁兼容測試方法，無(wú)論是發(fā)射試驗還是抗擾度試驗，都沒(méi)有對電池包的測試布置方式和運行狀態(tài)進(jìn)行明確要求。與電池包電磁兼容性相關(guān)的國內汽車(chē)零部件標準見(jiàn)表 1。
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GB/T 18655 和GB/T17619 分別規定了汽車(chē)零部件的發(fā)射測試和抗擾度測試要求，但是標準主要針對12 V/24 V 電氣系統，不涉及電動(dòng)車(chē)輛的高壓部件，高壓部件無(wú)法按照上述標準進(jìn)行試驗。行業(yè)標準QC/T 897-2011 是專(zhuān)門(mén)針對電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池管理系統的試驗技術(shù)條件說(shuō)明，但是對于電磁兼容測試，標準中只是簡(jiǎn)單的規定了應滿(mǎn)足GB/T 17619 要求，而GB/T 17619 沒(méi)有高壓部件試驗方法的規定。
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國際上汽車(chē)零部件試驗方法參考的主要標準如表 2 所示，其中，ECE R10、ISO7637 和ISO 11452 系列標準都沒(méi)有針對電動(dòng)汽車(chē)高壓部件的技術(shù)文檔。目前，CISPR 25 *新草案有高壓部件的說(shuō)明，雖然不包括電池包的具體試驗布置和運行狀態(tài)，但具有一定的參考價(jià)值。  

2.測試影響因素分析
電池包進(jìn)行電磁兼容測試時(shí)，應根據電池包的特點(diǎn)來(lái)確定影響測試的因素。
（1）接地平板
接地平板在汽車(chē)零部件測試過(guò)程中用于模擬汽車(chē)車(chē)架接地系統，通常置于標準高度的桌子上。參考GB/T 18655-2010 的規定，接地平板接地板采用至少0.5 mm 厚的銅板或鍍鋅鋼板。這對于汽車(chē)零部件試驗是通用的，電池包測試可沿用該試驗條件。
關(guān)于接地平板的大小，GB/T 18655-2010 規定：用于傳導發(fā)射測量的接地平板*小尺寸應該為1 000mm×400 mm。用于輻射發(fā)射測量的接地平板*小寬度應該為1000 mm，*小長(cháng)度應該為2 000 mm，或者比整個(gè)設備的各邊大200 mm。由于電池包尺寸通常為1.5 m×1 m 左右，所以電池包試驗應該選用尺寸較大的接地平板，如4 000 mm×1 500 mm。由于在接地平板處有諧振現象，銅帶的長(cháng)寬會(huì )影響測試結果。
所以GB/T18655-2010 規定接地平板應與屏蔽室地面或墻面電氣搭接，接地銅帶間的距離不得大于300 mm，接地銅帶*大長(cháng)寬比應為7:1。這同樣適用于電池包的測試。
（2）人工電源網(wǎng)絡(luò )
通常試驗室只具備低壓12 V/24 V 的人工電源網(wǎng)絡(luò )，而電池包的蓄電池電壓大都在300 V 以上，在充電過(guò)程中，電池包需要更大的電壓，所以測試需要配備更大的人工電源網(wǎng)絡(luò )，確保其可以提供1 000 V 的直流電壓及500 A 電流。
另外，電池包測試中，人工電源網(wǎng)絡(luò )與低壓布置應一致，直接安裝在接地平面上，其外殼應與接地平面連結。
（3）負載模擬器的位置
GB/T18655 中規定，在不影響測試的情況下，可將負載模擬器直接固定在接地平板上。如果負載模擬器外殼為金屬，則外殼應與接地板直接連接。負載模擬器也可以放置在靠近接地板處或安裝在暗室外面。
電池包在放電過(guò)程中，負載需能夠吸收比較大的放電功率，通常采用電子負載，這會(huì )影響測試結果。所以，電池包測試時(shí)，負載模擬器應該放于暗室外面，并與人工網(wǎng)絡(luò )相連。
（4）電源
12 V/24V 的汽車(chē)零部件可使用汽車(chē)電瓶進(jìn)行測試，且不影響測試結果。而電池包充電需要高電壓、大電流電源，比如開(kāi)關(guān)電源，因此充電電源需要放置于暗室外，并通過(guò)濾波器和人工網(wǎng)絡(luò )與電池包相連。電池包的低壓電源可以沿用傳統的方式，采用汽車(chē)電瓶進(jìn)行測試。
（5）線(xiàn)束
通常，測試低壓部件時(shí)，測試線(xiàn)束平行于接地板邊緣部分的長(cháng)度應為（1 500±75）mm。距離桌子邊緣為100 mm。電池包的低壓線(xiàn)束布置可參考上述線(xiàn)束要求。
電池包的高壓線(xiàn)束可根據CISPR25 *新草案的規定，將高壓線(xiàn)束與低壓線(xiàn)束平行布置，距離低壓線(xiàn)束約100 mm。線(xiàn)束的類(lèi)型采用整車(chē)上實(shí)際使用的線(xiàn)束型式。

3.測試技術(shù)條件分析
（1）檢波方式選擇
在判斷采用哪種檢波方式時(shí)應考慮如下幾方面：
1）如果EUT具有時(shí)鐘、晶振、微處理器和數字邏輯電路，則應考察其窄帶發(fā)射特性；如果EUT 是能提高控制效果的電流變換電路或開(kāi)關(guān)類(lèi)電路，或者電機和點(diǎn)火系統，則應考察其寬帶發(fā)射特性；如果EUT 只是直流電刷整流電機等已知的寬帶騷擾源，應該只考察其寬帶發(fā)射特性；如果僅測量EUT 對于GPS 接收機的影響，因為GPS帶寬只有9 kHz，寬帶發(fā)射對其的影響微乎其微，所以只考察EUT的窄帶發(fā)射特性。
2）測量EUT 的窄帶發(fā)射，應根據CISPR16-1-1 的說(shuō)明，平均值檢波方式測量窄帶信號比起峰值檢波方式來(lái)說(shuō)具有抑制脈沖成分、不丟失窄帶信號等優(yōu)點(diǎn)。所以考察EUT 的窄帶發(fā)射特性應該選用平均值檢波方式。
3）測量EUT 的寬帶發(fā)射，可以根據車(chē)載接收機的類(lèi)型判斷選用峰值檢波方式還是準峰值檢波方式。準峰值檢波是根據人耳對聲音的反應規律來(lái)設計的，而且AM 和FM 制式抗干擾能力*差，所以考察EUT 的寬帶發(fā)射對AM 和FM 制式的接收機的影響使用準峰值檢波方式比較合適。而數字音頻廣播、數字地面電視廣播、衛星數字音頻廣播、遙控鑰匙、移動(dòng)通信及藍牙傳輸的都是數字信號，抗干擾能力強，以人耳反應設計出來(lái)的檢波器測量的騷擾對這樣的數據傳輸來(lái)說(shuō)沒(méi)有特殊意義，所以保護這些接收機不適用準峰值檢波方式及限值。
4）根據CISPR 16-1-3 ：2003 的說(shuō)明，如果EUT的脈沖重復頻率小于10 Hz，應選擇CISPR-AVERAGE的檢波方式，而不能使用普通平均值檢波方式。如果脈沖的重復頻率較大，則兩種平均值檢波方式都適用。例如，內燃機的脈沖重復頻率高于10 Hz，可以用普通平均值檢波代替CISPR-AVERAGE 檢波。
綜上所述，電池包控制單元具有數字邏輯電路，需要考慮其窄帶發(fā)射特性；而其信號采集時(shí)有放大電路，屬于能提高控制效果類(lèi)的電路，需要考慮其寬帶發(fā)射特性?；诰C合考慮，故電池包測量時(shí)應選擇峰值檢波和平均值檢波。
（2）限值要求
為了保護其他車(chē)載的設備不受電池包的影響， 應該采用GB/T 18655 的限值要求。
（3）工作狀態(tài)
電池包的工作狀態(tài)主要指電池包充電和放電過(guò)程，及不同充、放電電流，這需要在試驗過(guò)程中進(jìn)行比對分析，從而確定試驗工況。筆者在第5 章中對充、放電狀態(tài)下及不同工作電流時(shí)的傳導發(fā)射測試進(jìn)行了對比分析，給出了設置電池包運行狀態(tài)的建議。
（4）布置圖

電池包傳導發(fā)射測試布置見(jiàn)圖 2。

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試驗設備的選用
根據以上分析，選用的測量設備見(jiàn)表3。
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4.不同工作狀態(tài)的傳導發(fā)射結果分析

（1）充、放電狀態(tài)下的測試結果比較
電流為30 A 時(shí)充、放電狀態(tài)下，高壓正極電源線(xiàn)0.15~108 MHz 傳導發(fā)射測試結果如圖 3 所示。
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結果顯示，充電和放電狀態(tài)下電池包傳導發(fā)射隨頻率不同，其變化趨勢一致，測試值*大處相差不到10 dBμV，可見(jiàn)電池包進(jìn)行傳導發(fā)射測試時(shí)處于充電或放電狀態(tài)對測試結果影響不大。
（2）不同充電電流的測試結果比較
充電狀態(tài)下，電流分別為40 A（橙色）、30 A（灰色）、10A（綠色）時(shí)，高壓正極電源線(xiàn)0.15~108 MHz傳導發(fā)射測試結果如圖4 所示。
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結果顯示，在40 A、30 A、10 A 電流條件下，電池包傳導發(fā)射隨頻率的變化趨勢一致，測試值*大處相差不到10 dBμV，電池包進(jìn)行傳導發(fā)射測試時(shí)充電電流大小對測試結果影響不大。
（3）不同放電電流的測試結果比較
放電狀態(tài)下，電流分別為40 A（橙色）、30 A（灰色）、10A（綠色）時(shí)，高壓正極電源線(xiàn)0.15~108 MHz傳導發(fā)射測試結果如圖5 所示。
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結果顯示，在40 A、30 A、10 A 電流條件下，電池包傳導發(fā)射隨頻率的變化趨勢一致，測試值*大處相差不到10dBμV，電池包進(jìn)行傳導發(fā)射測試時(shí)放電電流大小對測試結果影響不大。
（4）不同工作狀態(tài)電池包的傳導發(fā)射特性
筆者對多套電池包系統進(jìn)行測試發(fā)現，上述測試結果在電池包中具有普遍性：相同工作電流時(shí)，電池包處于充、放電狀態(tài)下的傳導發(fā)射測試結果基本一致；在充、放電狀態(tài)下，不同工作電流下的測試結果都是一致的。因此在進(jìn)行電池包的傳導發(fā)射測試時(shí)，可以選擇充電和放電過(guò)程之一，并選擇正常工作電流進(jìn)行測試。  

5.結論
通過(guò)對國內外標準、試驗影響因素、測試技術(shù)條件的對比，以及對充放電狀態(tài)下不同試驗條件測試結果的分析，電池包傳導發(fā)射測試可以通過(guò)以下試驗條件來(lái)
規范：
● 接地平板：至少0.5 mm 厚的銅板， 尺寸4 000 mm×1 500 mm， 接地銅帶間的距離不得大于300 mm，接地銅帶*大長(cháng)寬比應為7:1。
● 人工電源網(wǎng)絡(luò )：低壓電源線(xiàn)配備12 V/24 V 人工網(wǎng)絡(luò )；高壓電源線(xiàn)配備1 000 V/800 A 的人工網(wǎng)絡(luò )。
● 放電負載的位置：暗室外。
● 電源：低壓：暗室內，汽車(chē)電瓶。高壓：暗室外，開(kāi)關(guān)電源，通過(guò)濾波器和人工網(wǎng)絡(luò )相連。
● 線(xiàn)束：低壓線(xiàn)束平行于接地板邊緣部分的長(cháng)度應該有（1 500±75） mm，高壓線(xiàn)束和低壓線(xiàn)束平行，距離100 mm。
● 檢波器：峰值和平均值檢波器。
● 限值：發(fā)射選用GB/T 18655-2010 的限值。
● 運行狀態(tài)：可以選擇充電和放電過(guò)程之一，并選擇正常工作電流即可。