關于/新能源汽車-電池包EMC測試方法分析

1.電池包電磁兼容標準現狀
目前國內尚無關于電池包的電磁兼容測試方法，無論是發射試驗還是抗擾度試驗，都沒有對電池包的測試布置方式和運行狀態進行明確要求。與電池包電磁兼容性相關的國內汽車零部件標準見表 1。
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GB/T 18655 和GB/T17619 分別規定了汽車零部件的發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，不涉及電動車輛的高壓部件，高壓部件無法按照上述標準進行試驗。行業標準QC/T 897-2011 是專門針對電動汽車動力電池管理系統的試驗技術條件說明，但是對于電磁兼容測試，標準中只是簡單的規定了應滿足GB/T 17619 要求，而GB/T 17619 沒有高壓部件試驗方法的規定。
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國際上汽車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 系列標準都沒有針對電動汽車高壓部件的技術文檔。目前，CISPR 25 *新草案有高壓部件的說明，雖然不包括電池包的具體試驗布置和運行狀態，但具有一定的參考價值。  

2.測試影響因素分析
電池包進行電磁兼容測試時，應根據電池包的特點來確定影響測試的因素。
（1）接地平板
接地平板在汽車零部件測試過程中用于模擬汽車車架接地系統，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。這對于汽車零部件試驗是通用的，電池包測試可沿用該試驗條件。
關于接地平板的大小，GB/T 18655-2010 規定：用于傳導發射測量的接地平板*小尺寸應該為1 000mm×400 mm。用于輻射發射測量的接地平板*小寬度應該為1000 mm，*小長度應該為2 000 mm，或者比整個設備的各邊大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，銅帶的長寬會影響測試結果。
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*大長寬比應為7:1。這同樣適用于電池包的測試。
（2）人工電源網絡
通常試驗室只具備低壓12 V/24 V 的人工電源網絡，而電池包的蓄電池電壓大都在300 V 以上，在充電過程中，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絡，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，人工電源網絡與低壓布置應一致，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，這會影響測試結果。所以，電池包測試時，負載模擬器應該放于暗室外面，并與人工網絡相連。
（4）電源
12 V/24V 的汽車零部件可使用汽車電瓶進行測試，且不影響測試結果。而電池包充電需要高電壓、大電流電源，比如開關電源，因此充電電源需要放置于暗室外，并通過濾波器和人工網絡與電池包相連。電池包的低壓電源可以沿用傳統的方式，采用汽車電瓶進行測試。
（5）線束
通常，測試低壓部件時，測試線束平行于接地板邊緣部分的長度應為（1 500±75）mm。距離桌子邊緣為100 mm。電池包的低壓線束布置可參考上述線束要求。
電池包的高壓線束可根據CISPR25 *新草案的規定，將高壓線束與低壓線束平行布置，距離低壓線束約100 mm。線束的類型采用整車上實際使用的線束型式。

3.測試技術條件分析
（1）檢波方式選擇
在判斷采用哪種檢波方式時應考慮如下幾方面：
1）如果EUT具有時鐘、晶振、微處理器和數字邏輯電路，則應考察其窄帶發射特性；如果EUT 是能提高控制效果的電流變換電路或開關類電路，或者電機和點火系統，則應考察其寬帶發射特性；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，寬帶發射對其的影響微乎其微，所以只考察EUT的窄帶發射特性。
2）測量EUT 的窄帶發射，應根據CISPR16-1-1 的說明，平均值檢波方式測量窄帶信號比起峰值檢波方式來說具有抑制脈沖成分、不丟失窄帶信號等優點。所以考察EUT 的窄帶發射特性應該選用平均值檢波方式。
3）測量EUT 的寬帶發射，可以根據車載接收機的類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的檢波器測量的騷擾對這樣的數據傳輸來說沒有特殊意義，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，需要考慮其窄帶發射特性；而其信號采集時有放大電路，屬于能提高控制效果類的電路，需要考慮其寬帶發射特性。基于綜合考慮，故電池包測量時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
電池包的工作狀態主要指電池包充電和放電過程，及不同充、放電電流，這需要在試驗過程中進行比對分析，從而確定試驗工況。筆者在第5 章中對充、放電狀態下及不同工作電流時的傳導發射測試進行了對比分析，給出了設置電池包運行狀態的建議。
（4）布置圖

電池包傳導發射測試布置見圖 2。

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試驗設備的選用
根據以上分析，選用的測量設備見表3。
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4.不同工作狀態的傳導發射結果分析

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

5.結論
通過對國內外標準、試驗影響因素、測試技術條件的對比，以及對充放電狀態下不同試驗條件測試結果的分析，電池包傳導發射測試可以通過以下試驗條件來
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*大長寬比應為7:1。
● 人工電源網絡：低壓電源線配備12 V/24 V 人工網絡；高壓電源線配備1 000 V/800 A 的人工網絡。
● 放電負載的位置：暗室外。
● 電源：低壓：暗室內，汽車電瓶。高壓：暗室外，開關電源，通過濾波器和人工網絡相連。
● 線束：低壓線束平行于接地板邊緣部分的長度應該有（1 500±75） mm，高壓線束和低壓線束平行，距離100 mm。
● 檢波器：峰值和平均值檢波器。
● 限值：發射選用GB/T 18655-2010 的限值。
● 運行狀態：可以選擇充電和放電過程之一，并選擇正常工作電流即可。