随着电动汽车在全球范围内的快速普及,其电磁兼容性(EMC)问题日益受到广泛关注。电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。对于电动汽车而言,其内部集成了大量高压大功率的电力电子设备,如电机控制器、车载充电机(OBC)、直流变换器(DC-DC)以及高压电池包等,这些设备在工作时会产生强烈的电磁骚扰。如果这些骚扰得不到有效抑制,不仅可能导致车辆内部电子系统(如控制系统、信息娱乐系统)的功能紊乱或性能下降,形成自身干扰;还可能通过空间辐射或线缆传导的方式发射到外界,对车辆周围的无线电通信、广播、导航等其他电子设备造成有害干扰,甚至可能对人体健康产生潜在的长期影响。因此,对电动汽车进行科学、严谨的辐射发射(Radiated Emission, RE)检测,评估其电磁骚扰水平是否在法规标准限值之内,是确保车辆电磁安全、保障公共电磁环境、提升产品质量和市场竞争力的关键环节。
检测项目
电动汽车辐射发射检测的核心项目是测量车辆在特定工况下,通过空间传播的电磁骚扰场强。具体检测通常涵盖以下方面:
1. 宽带骚扰与窄带骚扰测量:区分由开关器件快速通断产生的连续频谱的宽带骚扰和由时钟电路等产生的离散频率的窄带骚扰。
2. 不同频段场强测量:依据相关标准要求,测量从较低频率(如30MHz)到高频(通常可达1GHz, 3GHz甚至6GHz)的电场强度或磁场强度。
3. 车辆运行工况模拟:检测需要在能代表车辆实际使用的多种工况下进行。常见工况包括:
* 充电模式:交流充电和直流快充过程中,车载充电机及相关部件工作时的辐射发射。
* 行驶模式:车辆在模拟行驶状态下(如驱动电机在不同转速/负载下运行)的辐射发射。
* 待机模式:车辆高压系统上电但未执行驱动或充电命令时的辐射发射。
4. 天线极化方向测量:通常在水平极化和垂直极化两种天线放置方式下进行测量,以获取全方位的辐射骚扰特性。
检测仪器
进行电动汽车辐射发射检测需要一套精密的电磁测量系统,主要仪器包括:
1. EMI接收机:核心设备,用于精确测量和分析特定频段内的骚扰信号幅度。它需要具备符合CISPR标准的检波器(如峰值、准峰值、平均值检波器)。
2. 测量天线:用于接收空间的电磁波并将其转换为电信号。需要根据测量频段选择不同类型的天线,如双锥天线(30MHz ~ 300MHz)、对数周期天线(200MHz ~ 1GHz)、喇叭天线(1GHz以上)等。
3. 电波暗室:提供纯净的电磁环境,屏蔽外界电磁干扰,并通过内壁的吸波材料模拟自由空间条件,确保测量结果的准确性和可重复性。用于车辆辐射发射测量的通常是半电波暗室。
4. 转台:安装于电波暗室内,用于自动旋转车辆,以便测量不同角度方向的辐射场强。
5. 天线塔:用于在电波暗室内自动升降测量天线,以扫描测量不同高度的场强。
6. 辅助设备:包括前置放大器(用于放大微弱信号)、频谱仪(用于初步扫描和故障诊断)、各种电缆、衰减器以及控制整个系统运行的软件。
检测方法
电动汽车辐射发射检测通常遵循国际或国家标准的规范流程,主要步骤包括:
1. 场地验证:首先确认电波暗室的场地衰减等性能指标符合标准要求(如NSA测试)。
2. 设备布置与校准:将车辆置于转台中心,按要求连接车辆负载模拟器(如底盘测功机)。按照规定距离(如3米、10米)放置天线,并对整个测量系统进行校准。
3. 背景噪声测量:在车辆和辅助设备断电的情况下,测量电波暗室内的本底噪声,确保其远低于限值要求。
4. 被测车辆测量:启动车辆,使其进入预设的检测工况(如充电或特定车速运行)。控制转台和天线塔,使天线在指定高度(如1m ~ 4m)和车辆旋转角度(0° ~ 360°)范围内扫描。EMI接收机在标准规定的频点或频段上进行测量,记录骚扰信号的幅值。
5. 数据处理与判据:将测量得到的原始数据减去天线因子、电缆损耗等,换算成实际场强值(dBμV/m)。然后将结果与适用标准(如CISPR 12, CISPR 25, GB/T 18387等)中规定的限值线进行比较,判断其是否合规。
6. 不确定度评估:对测量结果进行不确定度分析,确保检测数据的可靠性。
检测标准
电动汽车辐射发射检测主要依据以下国际、区域或国家标准,这些标准规定了限值、测量方法、测量设备和场地要求:
1. 国际标准:
* CISPR 12:《车辆、船和内燃机驱动装置 无线电骚扰特性 用于保护车外接收机的限值和测量方法》。主要关注车辆对车外广播等接收设备的骚扰保护。
* CISPR 25:《车辆、船和内燃机驱动装置 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量方法》。更侧重于车辆内部电子设备间的电磁兼容,但其辐射发射测量方法也被广泛引用。
2. 中国国家标准:
* GB/T 18387:《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法》。这是中国针对电动汽车磁场和电场发射的专项标准。
* GB 14023:《车辆、船和内燃机驱动装置 无线电骚扰特性 用于保护车外接收机的限值和测量方法》(等同采用CISPR 12)。
3. 其他地区标准:如欧盟的ECE R10法规、美国的FCC Part 15和Part 18等,也对进入其市场的车辆有相应的电磁兼容要求。
制造商需要根据目标市场,选择并满足相应的标准要求,以确保产品的合规性。