我國電動汽車電磁兼容測試標準存在的問題及發展趨勢

覃延明，劉青松，李 彬，許響林

（1.重慶車輛檢測研究院國家客車質量監督檢驗中心，重慶 401122；2；重慶市電磁兼容工程技術研究中心，重慶 401122)

電動汽車包括燃料電池汽車（FCV）、混合動力汽車（HEV）和純電動汽車（EV）三大類，其與傳統燃油車的主要區別在于動力源及其驅動、控制系統。由于采用了更多的高壓大功率電氣部件以及系統集成度和電磁敏感度高的電子控制單元，電動汽車的電磁兼容（EMC）問題尤為突出[1-3]，特別是其電源逆變器和電機驅動系統等關鍵零部件采用了脈沖調制技術（PWM），將產生大量的諧波干擾信號，不僅會影響車輛周圍的無線電設備，還會通過傳導或輻射的方式影響車輛內部制動防抱死系統（ABS）、安全氣囊（SRS）和電子控制制動系統（EBS）等電子控制單元的工作可靠性，直接關系到車輛行駛的安全性[4-5]。因此，解決電動汽車的EMC問題至關重要,而開展電動汽車的EMC性能測試和標準研究是解決該問題的必要前提。本文結合重慶車輛檢測研究院國家客車質量監督檢驗中心、重慶電磁兼容工程技術研究中心長期開展的電動汽車EMC試驗及技術研究、咨詢工作，著重分析現行電動汽車電磁場發射強度測試標準在試驗可操作性和保證試驗結果一致性上存在的不足，并在此基礎上進一步闡述電動汽車EMC測試標準的發展趨勢，為電動汽車整車和零部件的研發工作提供參考。

1 電動汽車EMC測試標準現狀

目前，我國電動汽車的EMC測試標準體系已經初步建立，但在完備性、可操作性和一致性等方面仍有許多需要進一步改進的地方。現行國家標準中與電動汽車相關的EMC測試標準主要有 GB 14023-2006、GB/T 18387-2008、GB/T 17619-1998 和 GB 18655-2002（GB/T 18655-2010已經發布，但目前汽車公告管理仍在執行GB 18655-2002）等，如表1所示，涉及整車及零部件的傳導發射、電磁輻射騷擾、靜電放電試驗以及零部件的輻射、傳導抗干擾試驗等內容。

電動汽車屬于汽車范疇，仍須執行傳統燃油車的EMC測試標準。針對其特殊性，還必須增加新的測試內容，制定專門的測試項目或標準，通常均要求被測車輛（設備）在典型的或最嚴酷的工作狀態下進行測試。表1中，GB/T 18387-2008是專門針對電動汽車而制定的EMC測試標準，其它標準則可與傳統燃油車通用，其中GB 14023-2006對電動汽車在30 MHz～1 GHz頻率范圍內的電磁騷擾特性提出了與傳統燃油車不同的測試要求：對裝有獨立電機驅動和內燃機驅動系統的車輛應分別測試，對裝有混合動力系統的車輛應在同時驅動下測試，同時規定了對裝有驅動電機的“車輛在空載的底盤測功機或非導電車軸架上，以40 km/h的恒速驅動。如果最高車速達不到40 km/h，則以最大車速驅動”；GB/T 18387-2008規定了電動汽車在頻率范圍9 kHz～30 MHz的電場和磁場的輻射發射限值和測量方法，以及在頻率范圍450 kHz～30 MHz的車載電池充電系統的傳導發射限值和測量方法。國家級的車輛檢測機構和國內電動汽車生產企業針對電動汽車的電場和磁場輻射騷擾已開展了大量研究和試驗工作，但對車載電池充電系統的傳導騷擾項目還執行得比較少。

表1 國內主要的電動汽車EMC測試標準

此外，還有部分電動車標準雖然不是專門針對電動汽車電磁兼容性而制定的，但同樣對其EMC性能測試作出了規定。如在文獻 [6]的系列標準中規定需按GB 14023-2006和GB/T 17619-1998進行電機及其控制器的EMC測試，在文獻[7、8]中分別要求電動汽車儀表和DC/DC變換器滿足GB 18655-2002和GB/T 17619-1998的測試要求。作為電動汽車的重要組成部分，電動汽車充電系統中也采用了大量的電力電子元器件，運行時也會產生大量的諧波干擾，造成正弦波形的畸變，使電能品質因數下降，給電網造成污染，影響發供電設備及其它用電設備。為此，國家出臺了系列標準[9]，對電動汽車接交流電網時的EMC測試也進行了規定，包括電源電壓諧波、電源電壓暫降和中斷、快速瞬變脈沖群、浪涌、靜電放電、輻射電磁場等電磁抗擾性測試以及電流諧波、電源線傳導發射等騷擾測試要求。

國家工信部已成立了專門的“新能源車項目”審查組。凡是登入汽車《公告》的電動汽車，除了必須滿足傳統燃油車的EMC測試要求外，還必須符合GB/T 18387-2008中對電場和磁場發射的要求。對于安裝有ABS系統的車輛（包含電動汽車）還必須滿足GB/T 17619-1998和GB 18655-2002標準的要求。考慮到目前電動汽車的研發工作仍處于起步階段，為鼓勵電動汽車技術的發展，其它標準中有關EMC測試的內容尚未強制執行。

2 現行標準存在的主要問題

國內開展電動汽車EMC測試的時間較短，相關的電動汽車EMC測試標準基本是參照國外先進標準而制定的，但在完備性、可操作性和一致性等方面仍有許多不足。在開展電動汽車EMC測試過程中，發現現行標準主要存在以下問題：

1）國內現行標準不完備，缺少電動汽車整車的電磁輻射抗干擾標準，且其零部件的電磁輻射抗干擾標準已經嚴重滯后。電動汽車內電磁環境非常復雜，部分車載電子電器件在單獨運行時能夠通過EMC測試，但將其裝配到整車以后，卻產生了測試超標或工作異常等現象，因此，有必要開展包括整車在內的EMC測試工作。國外已經對電動汽車整車及零部件的電磁兼容性進行了具體而嚴格的規定（如歐盟指令72/245/EEC（2004/104/EC）和歐洲經濟委員會法規ECE R10），涵蓋了電磁騷擾和抗干擾測試兩方面內容。但我國現行EMC測試標準中，涉及電動汽車零部件的已經比較齊備，而涉及整車的除了抗靜電放電標準外，僅包含了電磁騷擾測試方面的內容，沒有對整車的電磁輻射抗擾性進行要求，因此，無法全面評價電動汽車的電磁兼容性能。另外，我國目前仍在沿用10多年前制定的零部件電磁輻射抗干擾測試標準GB/T 17619-1998，但是現在汽車電子技術已經發生了極大的變化，該標準所參照的國外標準已經過多次修訂，且其采用的測試方法也發生了很大的變化，現行國標已經嚴重滯后。

2）GB/T 18387-2008未給出被測車輛不滿足試驗車速時的測試要求，不便于實際操作。該標準的適用對象是電動車輛，規定了在時速40 km/h下，對車輛的每一個側面電磁場發射電平進行測量，以確定車輛最大發射面，然后以16 km/h和64 km/h車速運行，并根據所測得的數據確定電動汽車電場和磁場的最大騷擾電平。但是部分電動車輛（主要是混合動力車和電動摩托車）在電機獨立驅動時，由于其電力輸出功率有限，其車速只能達到16 km/h和40 km/h，甚至更低，但是標準中并未規定在此種情況下如何進行測試。此外，GB/T 18387-2008要求被測車輛在三個車速上穩定運行，但標準未規定允許的車速波動范圍。實際上被測車輛的速度很難穩定在這三個恒定車速上，總會有一定的波動。因此，建議標準給出允許的車速波動范圍，以便于實際操作。

3）GB/T 18387-2008未明確車輛最大發射面的確定方法及具體的試驗布置，不能很好地保證試驗結果的一致性。該標準中，車輛的最大發射面是基于從車輛的4個側面測得的最高電平確定的，但是該電平是基于絕對值進行判定，還是基于測試電平與限值的相對值進行判定，標準中并沒有明確，同時，在尋找車輛最大發射面的過程中，標準僅規定了天線與車輛最近部分的距離，但對天線具體的擺放位置和移動的角度未作具體規定。由于車內騷擾源位置的不確定性，即使天線處于測試車輛的同一側面，如果其與車輛的相對位置不同，測試結果也會有較大的差異，因此，在執行標準過程中很難操作。此外，由于不同測試機構在執行標準過程中可能會出現不同的理解，因此，不能很好地保證測試結果的一致性。

4）現行標準沒有規定如何加載開展電動汽車EMC試驗，不能有效評估其實際電磁場的輻射水平。GB 14023-2006僅規定了電動汽車在空載的底盤測功機或非導電車軸架上進行測試；GB/T 18387-2008規定了“車輛在不帶負載的測功機或以定速在輪軸支架上運行”，雖然它也注明了“如果車輛在無負載狀態下運行會引起動力系統損害或降低輻射發射電平，那么可以使用測功機，按水平道路給車輛加載”，但沒有給出具體的實施細則，如測試過程中哪些電氣設備需要開啟，輻射發射電平降低到何種程度需要加載，以及對加載量的計算如何進行規定等。

從理論分析及實際測試結果來看，電動汽車運行在不同負載條件下，其對外電磁場輻射電平將產生較大差異[10]。電動汽車驅動電機與控制器之間的動力線是電動汽車對外電磁場輻射的主要路徑。根據天線理論，可將動力線看作是由多個電偶極子組成的天線，其中單個電偶極子的電磁場輻射公式如式（1）-（5）所示[11]。根據場的疊加原理，應用上述公式積分后可求出動力線產生的電磁輻射場。

式中，E、H分別為電場和磁場；I為電偶極子天線電流密度；l為電偶極子天線長度；r表示測試距離；θ、φ為球坐標方位角；ω為信號角頻率；λ為信號波長；ε為傳播介質介電常數；Z為自由空間波阻抗，波數k=2π/λ。從上述公式中可以看出，理論上，對于近區場和遠區場，動力線產生的電場和磁場發射強度與其上電流正相關，電流大小差異越大，其電磁場發射強度的差異也越大。采用轉轂模擬電動汽車在實際道路上的行駛狀態，在不同加載情況下，其工作電流可能有較大的差異，產生不同強度的輻射電磁場。

受制于目前的測試設備（施），國內汽車檢測機構基本上是采用架空車輛驅動輪或采用轉轂空載的方式進行電動汽車EMC測試。此種方式也可通加載電氣設備來改變電動汽車的工作電流以進一步驗證。以在國家客車質量監督檢驗中心開展的某混合動力汽車電磁場發射試驗為例，在大功率空調和發動機散熱器等車載設備全部開啟時，動力線電流由24 A上升到80 A，電動車對外的電磁場發射電平也產生了很大的變化，如圖1和圖2所示。圖2中，在車載電氣設備開啟后，該車的磁場發射電平最大可增大22 dB。

因此，有必要進一步完善現行標準，對如何在加載方式下開展電動汽車EMC試驗作出具體的規定。

3 發展趨勢

隨著國家對電動汽車EMC問題的日漸重視以及新的電動車EMC檢測能力的建設完成，我國電動汽車電磁兼容的檢測水平將進一步提高，標準化進程會進一步加快，原有標準將進一步被修訂和完善，其執行力度也將會進一步加強。

1）我國將制定新的汽車整車和零部件電磁輻射抗干擾標準。針對我國汽車整車電磁輻射抗擾性標準缺失以及零部件電磁輻射抗干擾標準滯后的現狀，國家擬參照ISO 11451《道路車輛整車對窄帶輻射電磁能的抗擾試驗方法》和ISO 11452《道路車輛電器/電子部件（ESA）對窄帶輻射電磁能的抗擾試驗方法》制定新的針對整車及零部件的電磁抗干擾測試標準（同樣適用于電動汽車）。新電磁抗干擾測試標準的轉化、制定工作計劃于2012年完成。新標準發布實施后，國家主管部門將增加對汽車整車電磁輻射抗擾性的要求。

2）我國將制定一個全面統一的強制性電磁兼容標準。目前我國出口歐盟的汽車產品需符合72/245/EC或ECE R10的要求（兩者技術要求基本一致，測試方法細節程序大部分引用CISPR和ISO的標準），其中ECE R10新的第4版標準已于2011年10月28日強制實施，不僅涵蓋了原有的車輛發射和抗擾，零部件的發射、抗干擾和抗靜電放電等內容，還增加了針對電動汽車充電系統的試驗內容。國家汽車標準化委員會擬參照ECE R10制定全面統一的國家強制性標準《道路車輛電磁兼容技術要求》。屆時對電動汽車充電系統的EMC要求將可能嚴格執行，對汽車零部件電磁輻射抗擾性測試的嚴酷度要求將嚴于GB/T 17619-1998，GB/T 17619-1998也失去了存在的作用，可以申請廢止。

3）我國將進一步提高對電動汽車EMC檢測能力的要求。為了客觀評價電動汽車的EMC性能，必須提供一個能夠模擬電動汽車運行狀態的測試環境，其必要技術平臺就是帶有專用轉轂測試系統的電磁兼容暗室。國家工信部已經發布了“汽車產業技術進步和技術改造投資方向（2010年）”，對于第三方汽車及零部件公共檢測機構能力建設，明確提出“電磁檢測能力建設：具備基于整車轉轂法的十米法半電波暗室進行重型商用車車輛輻射及抗擾測試的試驗檢測能力”。國內各國家級汽車檢測機構將在2012年初陸續建成具備上述能力的EMC測試平臺，其中國家客車檢測中心將建成國內功率最大、軸距最長的三軸四驅汽車EMC專用測試轉轂。屆時，電動汽車的EMC測試將不再受制于測試設備（施），相關機構可對其EMC測試技術開展進一步研究，并對試驗標準進行完善和細化。國家主管部門也將在執行相關標準的過程中增加電動汽車在加載方式下進行EMC測試的要求。

4 結束語

電動汽車相比于傳統燃油車增加了許多電力電子裝置，由此引發的EMC問題尤為突出，需要更加重視。隨著電動汽車產業的進一步發展和國家主管部門越來越嚴格的要求，電動汽車EMC測試內容將備受關注。現行EMC測試標準在執行過程中還存在許多問題，在電動汽車EMC測試能力技術改造完成后，通過對電動汽車EMC測試技術的研究，并開展企業、行業、國家的EMC技術標準的制（修）訂工作，現有標準將會在執行細節上進一步細化，更具可操作性。

[1]朱學軍，張逸成.電動汽車動力電力電子裝置的電磁兼容性研究現狀[J].安全與電磁兼容，2009，（2）：81-85.

[2]李衛華，張逸成，姚勇濤，等.電動汽車中的EMC問題研究[C]//2002中國電動汽車研究與開發論文集.北京：中國電工技術學會，2002：235-239.

[3]張逸成，韓新春，沈玉琢，等.電動汽車用直流-直流變換器中電磁干擾與抑制 [J].同濟大學學報：自然科學版，2005，(1)：108-110.

[4]董悅航，孫磊，杜建福.混合動力客車中電磁干擾對發動機ECU功能的影響及改進[J].柴油機設計與制造,2010，(3):10-13.

[5]金松濤，劉青松.混合動力汽車電磁兼容技術研究[J].客車技術與研究，2010，（2）：45-47.

[6]GB/T 18488.1-2006，電動汽車用電機及其控制器（第1部分：技術條件）[S].北京：中國標準出版社，2006.

[7]GB/T 19836-2005，電動汽車用儀表[S].北京：中國標準出版社，2005.

[8]GB/T 24347-2009，電動汽車DC/DC變換器[S].北京：中國標準出版社，2009.

[9]GB/T 18487.3-2001，電動車輛傳導充電系統 電動車輛交流/直流充電機(站)[S].北京：中國標準出版社，2001.

[10]陳乃云，魏東北，李一枚.電磁場與電磁波理論基礎[M].北京：中國鐵道出版社，2001：290-292.

[11]顧海雷.混合動力汽車在不同運行狀態時輻射騷擾測試結果實例解析[J],電磁干擾與兼容，2010，（3）：53-57.