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电池包EMC测试方法分析
时间:2018-10-22 15:15:54  作者:临测检测技术(上海)有限公司  点击:
1.电池包电磁兼容标准现状

目前国内尚无关于电池包的电磁兼容测试方法,无论是发射试验还是抗扰度试验,都没有对电池包的测试布置方式和运行状态进行明确要求。与电池包电磁兼容性相关的国内汽车零部件标准见表 1。

深度 | 关于电池包EMC测试方法分析

GB/T 18655 和GB/T17619 分别规定了汽车零部件的发射测试和抗扰度测试要求,但是标准主要针对12 V/24 V 电气系统,不涉及电动车辆的高压部件,高压部件无法按照上述标准进行试验。行业标准QC/T 897-2011 是专门针对电动汽车动力电池管理系统的试验技术条件说明,但是对于电磁兼容测试,标准中只是简单的规定了应满足GB/T 17619 要求,而GB/T 17619 没有高压部件试验方法的规定。

深度 | 关于电池包EMC测试方法分析

国际上汽车零部件试验方法参考的主要标准如表 2 所示,其中,ECE R10、ISO7637 和ISO 11452 系列标准都没有针对电动汽车高压部件的技术文档。目前,CISPR 25 新草案有高压部件的说明,虽然不包括电池包的具体试验布置和运行状态,但具有一定的参考价值。 

2.测试影响因素分析

电池包进行电磁兼容测试时,应根据电池包的特点来确定影响测试的因素。

接地平板

接地平板在汽车零部件测试过程中用于模拟汽车车架接地系统,通常置于标准高度的桌子上。参考GB/T 18655-2010 的规定,接地平板接地板采用至少0.5 mm 厚的铜板或镀锌钢板。这对于汽车零部件试验是通用的,电池包测试可沿用该试验条件。CE认证

关于接地平板的大小,GB/T 18655-2010 规定:用于传导发射测量的接地平板 小尺寸应该为1 000mm×400 mm。用于辐射发射测量的接地平板 小宽度应该为1000 mm, 小长度应该为2 000 mm,或者比整个设备的各边大200 mm。由于电池包尺寸通常为1.5 m×1 m 左右,所以电池包试验应该选用尺寸较大的接地平板,如4 000 mm×1 500 mm。由于在接地平板处有谐振现象,铜带的长宽会影响测试结果。

所以GB/T18655-2010 规定接地平板应与屏蔽室地面或墙面电气搭接,接地铜带间的距离不得大于300 mm,接地铜带 大长宽比应为7:1。这同样适用于电池包的测试。

人工电源网络

通常试验室只具备低压12 V/24 V 的人工电源网络,而电池包的蓄电池电压大都在300 V 以上,在充电过程中,电池包需要更大的电压,所以测试需要配备更大的人工电源网络,确保其可以提供1 000 V 的直流电压及500 A 电流。

另外,电池包测试中,人工电源网络与低压布置应一致,直接安装在接地平面上,其外壳应与接地平面连结。

负载模拟器的位置

GB/T18655 中规定,在不影响测试的情况下,可将负载模拟器直接固定在接地平板上。如果负载模拟器外壳为金属,则外壳应与接地板直接连接。负载模拟器也可以放置在靠近接地板处或安装在暗室外面。

电池包在放电过程中,负载需能够吸收比较大的放电功率,通常采用电子负载,这会影响测试结果。所以,电池包测试时,负载模拟器应该放于暗室外面,并与人工网络相连。

电源

12 V/24V 的汽车零部件可使用汽车电瓶进行测试,且不影响测试结果。而电池包充电需要高电压、大电流电源,比如开关电源,因此充电电源需要放置于暗室外,并通过滤波器和人工网络与电池包相连。电池包的低压电源可以沿用传统的方式,采用汽车电瓶进行测试。

线束

通常,测试低压部件时,测试线束平行于接地板边缘部分的长度应为(1 500±75)mm。距离桌子边缘为100 mm。电池包的低压线束布置可参考上述线束要求。

电池包的高压线束可根据CISPR25 新草案的规定,将高压线束与低压线束平行布置,距离低压线束约100 mm。线束的类型采用整车上实际使用的线束型式。

3.测试技术条件分析

检波方式选择

在判断采用哪种检波方式时应考虑如下几方面:

1)如果EUT具有时钟、晶振、微处理器和数字逻辑电路,则应考察其窄带发射特性;如果EUT 是能提高控制效果的电流变换电路或开关类电路,或者电机和点火系统,则应考察其宽带发射特性;如果EUT 只是直流电刷整流电机等已知的宽带骚扰源,应该只考察其宽带发射特性;如果仅测量EUT 对于GPS 接收机的影响,因为GPS带宽只有9 kHz,宽带发射对其的影响微乎其微,所以只考察EUT的窄带发射特性。

2)测量EUT 的窄带发射,应根据CISPR16-1-1 的说明,平均值检波方式测量窄带信号比起峰值检波方式来说具有抑制脉冲成分、不丢失窄带信号等优点。所以考察EUT 的窄带发射特性应该选用平均值检波方式。

3)测量EUT 的宽带发射,可以根据车载接收机的类型判断选用峰值检波方式还是准峰值检波方式。准峰值检波是根据人耳对声音的反应规律来设计的,而且AM 和FM 制式抗干扰能力 差,所以考察EUT 的宽带发射对AM 和FM 制式的接收机的影响使用准峰值检波方式比较合适。而数字音频广播、数字地面电视广播、卫星数字音频广播、遥控钥匙、移动通信及蓝牙传输的都是数字信号,抗干扰能力强,以人耳反应设计出来的检波器测量的骚扰对这样的数据传输来说没有特殊意义,所以保护这些接收机不适用准峰值检波方式及限值。

4)根据CISPR 16-1-3 :2003 的说明,如果EUT的脉冲重复频率小于10 Hz,应选择CISPR-AVERAGE的检波方式,而不能使用普通平均值检波方式。如果脉冲的重复频率较大,则两种平均值检波方式都适用。例如,内燃机的脉冲重复频率高于10 Hz,可以用普通平均值检波代替CISPR-AVERAGE 检波。

综上所述,电池包控制单元具有数字逻辑电路,需要考虑其窄带发射特性;而其信号采集时有放大电路,属于能提高控制效果类的电路,需要考虑其宽带发射特性。基于综合考虑,故电池包测量时应选择峰值检波和平均值检波。

限值要求

为了保护其他车载的设备不受电池包的影响, 应该采用GB/T 18655 的限值要求。

工作状态

电池包的工作状态主要指电池包充电和放电过程,及不同充、放电电流,这需要在试验过程中进行比对分析,从而确定试验工况。笔者在第5 章中对充、放电状态下及不同工作电流时的传导发射测试进行了对比分析,给出了设置电池包运行状态的建议。

布置图

电池包传导发射测试布置见图 2。深度 | 关于电池包EMC测试方法分析
电池包EMC测试方法分析

试验设备的选用

根据以上分析,选用的测量设备见表3。

深度 | 关于电池包EMC测试方法分析

4.不同工作状态的传导发射结果分析

充、放电状态下的测试结果比较

电流为30 A 时充、放电状态下,高压正极电源线0.15~108 MHz 传导发射测试结果如图 3 所示。

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结果显示,充电和放电状态下电池包传导发射随频率不同,其变化趋势一致,测试值 大处相差不到10 dBμV,可见电池包进行传导发射测试时处于充电或放电状态对测试结果影响不大。

不同充电电流的测试结果比较

充电状态下,电流分别为40 A(橙色)、30 A(灰色)、10A(绿色)时,高压正极电源线0.15~108 MHz传导发射测试结果如图4 所示。

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结果显示,在40 A、30 A、10 A 电流条件下,电池包传导发射随频率的变化趋势一致,测试值 大处相差不到10 dBμV,电池包进行传导发射测试时充电电流大小对测试结果影响不大。

不同放电电流的测试结果比较

放电状态下,电流分别为40 A(橙色)、30 A(灰色)、10A(绿色)时,高压正极电源线0.15~108 MHz传导发射测试结果如图5 所示。

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结果显示,在40 A、30 A、10 A 电流条件下,电池包传导发射随频率的变化趋势一致,测试值 大处相差不到10dBμV,电池包进行传导发射测试时放电电流大小对测试结果影响不大。

不同工作状态电池包的传导发射特性

笔者对多套电池包系统进行测试发现,上述测试结果在电池包中具有普遍性:相同工作电流时,电池包处于充、放电状态下的传导发射测试结果基本一致;在充、放电状态下,不同工作电流下的测试结果都是一致的。因此在进行电池包的传导发射测试时,可以选择充电和放电过程之一,并选择正常工作电流进行测试。 

5.结论

通过对国内外标准、试验影响因素、测试技术条件的对比,以及对充放电状态下不同试验条件测试结果的分析,电池包传导发射测试可以通过以下试验条件来

规范:

● 接地平板:至少0.5 mm 厚的铜板, 尺寸4 000 mm×1 500 mm, 接地铜带间的距离不得大于300 mm,接地铜带 大长宽比应为7:1。

● 人工电源网络:低压电源线配备12 V/24 V 人工网络;高压电源线配备1 000 V/800 A 的人工网络。

● 放电负载的位置:暗室外。EMC测试

● 电源:低压:暗室内,汽车电瓶。高压:暗室外,开关电源,通过滤波器和人工网络相连。

● 线束:低压线束平行于接地板边缘部分的长度应该有(1 500±75) mm,高压线束和低压线束平行,距离100 mm。

● 检波器:峰值和平均值检波器。

● 限值:发射选用GB/T 18655-2010 的限值。

● 运行状态:可以选择充电和放电过程之一,并选择正常工作电流即可。


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