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電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)綜述

2021-09-23 19:49:52·  來源：電動(dòng)學(xué)堂  作者：陳希琛等  
　
文章來源：中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司0引言目前小功率無線充電系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但是電動(dòng)汽車大功率無線充電技術(shù)產(chǎn)品等，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的缺
文章來源：中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司

0引言

目前小功率無線充電系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但是電動(dòng)汽車大功率無線充電技術(shù)產(chǎn)品等，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的缺失，潛在風(fēng)險(xiǎn)尚未得到科學(xué)評(píng)價(jià)，因此，目前主要處于樣機(jī)、示范運(yùn)行階段。

標(biāo)準(zhǔn)化的無線充電系統(tǒng)將對(duì)電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)大規(guī)模市場(chǎng)化起到積極的推動(dòng)作用。因此，亟需出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，以推動(dòng)電動(dòng)汽車無線充電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

2020年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了電動(dòng)汽車無線充電4項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，引發(fā)了汽車行業(yè)的廣泛關(guān)注。此次發(fā)布的4項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，包括GB/T38775.1《電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》1、GB/T38775.2《電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)第2部分》、GB/T38775.3《電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)第3部分：特殊要求》、GB/T38775.4《電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)第4部分：電磁環(huán)境限值與測(cè)試方法》。但是與電動(dòng)汽車安全性、可靠性相關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)還處于制定過程中。

本文通過對(duì)電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，闡述了電磁兼容的主要研究?jī)?nèi)容，進(jìn)而通過對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀和相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的電磁兼容測(cè)試評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了綜述，為企業(yè)的研發(fā)、測(cè)試提供參考。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析及研究?jī)?nèi)容

電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)依靠電磁場(chǎng)傳輸電能，向空間主動(dòng)發(fā)射電磁能量，可能會(huì)形成強(qiáng)烈的電磁騷擾，對(duì)無線電業(yè)務(wù)和供電網(wǎng)絡(luò)存在潛在影響。同時(shí)，電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)在工作過程中也可能會(huì)受到環(huán)境中多種電磁現(xiàn)象的干擾，導(dǎo)致充電故障和安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.1無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)基本示意圖見圖1所示2。

其中：
功率傳輸控制器：作為電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)地面?zhèn)裙β士刂茊卧?，通過實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電能到高頻交流的逆變，最終輸出滿足電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)工作頻率的交流電，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)原邊設(shè)備工作，并根據(jù)地面通信控制單元（CSU，communicationserviceunit）的控制指令，完成電動(dòng)汽車無線充電過程的控制；

功率接收控制器：作為電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)地面?zhèn)韧ㄐ趴刂破?，通過與車載通信控制單元（IVU，In-vehicleunit）進(jìn)行通信，協(xié)助完成對(duì)充電過程的控制。并與無線充電控制管理系統(tǒng)（WC-CMS，wirelesscharging-controlmanagementsystem）通信，完成電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)地面設(shè)備的控制管理功能。

車載通信控制單元：電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)車輛側(cè)通信控制器，與CSU通信，協(xié)助完成充電過程的控制。并與WC-CMS通信，完成電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)車載設(shè)備的控制管理功能。

無線充電控制管理系統(tǒng)：負(fù)責(zé)一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的充電協(xié)調(diào)控制、運(yùn)維監(jiān)控管理、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理和系統(tǒng)管理等功能。

1.2電磁兼容研究?jī)?nèi)容

由圖1可知電動(dòng)汽車無線充電與電網(wǎng)、車載部件本身、外界環(huán)境、乘員之間都存在信息和能量交互，因此研究?jī)?nèi)容包括：
1）與電網(wǎng)電能質(zhì)量的相互影響及評(píng)價(jià)方法；
2）與外界環(huán)境之間的相互影響及評(píng)價(jià)方法；
3）電磁輻射對(duì)無線電接收設(shè)備的影響及評(píng)價(jià)方法
4）車內(nèi)電磁環(huán)境曝露對(duì)人體健康的影響及評(píng)價(jià)方法（見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T38775.4）；
5）車內(nèi)電磁環(huán)境曝露對(duì)有體內(nèi)源植入式醫(yī)療器械的影響及評(píng)價(jià)方法（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T38775.4）。

2EMC標(biāo)準(zhǔn)綜述
SAEInternational發(fā)布的SAEJ2954是第一個(gè)全球無線充電標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)規(guī)定了電動(dòng)汽車和供電設(shè)備地面系統(tǒng)的互操作性、EMF等要求。規(guī)定了無線充電系統(tǒng)三種功率級(jí)別，分別為：3.7kW、7kW和11kW。

國(guó)際電工委員會(huì)發(fā)布的IEC61980-1Electricvehiclewirelesspowertransfer(WPT)systems-Part1:generalrequirements定義了電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的一般要求和定義（包括效率、電安全、EMC和EMF）。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的ISO19363：2020electricallypropelledroadvehicles-magneticfieldwirelesspowertransfer-safetyandinteroperabilityrequirements對(duì)電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的安全要求、傳輸功率和效率和EMC等要求進(jìn)行了定義。其中EMC標(biāo)準(zhǔn)參考CISPR/D的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。

CISPR11僅對(duì)地面設(shè)備的輻射發(fā)射測(cè)試方法和限值要求進(jìn)行了規(guī)定。

CISPR12則對(duì)車輛的輻射發(fā)射測(cè)試方法和限值進(jìn)行了規(guī)定。

由全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)電動(dòng)車輛分標(biāo)委負(fù)責(zé)制定的汽車推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/TXXX《電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)第5部分：電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》給出了電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的電磁兼容試驗(yàn)方法和要求。

下面將對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1測(cè)試對(duì)象

國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)整車級(jí)和部件級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行的要求；而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)則考慮到后續(xù)公共場(chǎng)所無線充電系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅給出了系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試方法，同時(shí)也給出了單獨(dú)的地面端、車載端和車輛端的要求。見表1所示。
2.2測(cè)試項(xiàng)目
 
電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)依靠電磁場(chǎng)傳輸電能，向空間主動(dòng)發(fā)射電磁能量，可能會(huì)形成強(qiáng)烈的電磁騷擾，對(duì)無線電業(yè)務(wù)和供電網(wǎng)絡(luò)存在潛在影響。同時(shí)，電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)在工作過程中也可能會(huì)受到環(huán)境中多種電磁現(xiàn)象的干擾，導(dǎo)致充電故障和安全風(fēng)險(xiǎn)。

因此無線充電系統(tǒng)測(cè)試時(shí)既需要考慮發(fā)射類測(cè)試，同時(shí)還要考慮抗擾類測(cè)試。因此標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)發(fā)射類和抗擾內(nèi)測(cè)試項(xiàng)目都進(jìn)行了規(guī)定，表2和表3分別為抗擾類和發(fā)射類測(cè)試項(xiàng)目。

其中，對(duì)于電源線相關(guān)的充電類測(cè)試項(xiàng)目國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)抗擾類測(cè)試項(xiàng)目所參考的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為IEC61000-4系列，發(fā)射類測(cè)試項(xiàng)目所參考的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為IEC61000-3系列；而我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)抗擾類測(cè)試項(xiàng)目所參考的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為與IEC61000-4系列對(duì)應(yīng)的GB/T17626系列，發(fā)射類測(cè)試項(xiàng)目所參考的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為與IEC61000-3系列對(duì)應(yīng)的GB/T17625系列標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試要求同樣根據(jù)居住環(huán)境和非居住環(huán)境進(jìn)行了區(qū)分。
 
3試驗(yàn)布置
3.1國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試布置示例
SAEJ2954中給出了推薦的部件級(jí)抗擾和車輛輻射發(fā)射測(cè)試布置示例，見圖3和圖4所示。其中，抗擾測(cè)試時(shí)，天線的測(cè)試位置分別對(duì)應(yīng)地面功率組件和車載功率組件。

CISPR11中分別給出了以車載功率組件和車輛為負(fù)載時(shí)地面端的測(cè)試布置示例，見圖5所示。

CISPR12中給出了車輛輻射發(fā)射測(cè)試布置示例，見圖6所示。

3.2國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試布置示例
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/TXXX《電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)第5部分：電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》中以落地式和分離式地面設(shè)備為例，分別給出了輻射抗擾、大電流注入法、輻射發(fā)射測(cè)試布置示例。下面以部件級(jí)和整車級(jí)系統(tǒng)為例給出輻射發(fā)射測(cè)試布置示例，見圖7和圖8所示。

4結(jié)束語
本文通過對(duì)電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的電磁兼容研究?jī)?nèi)容進(jìn)行分析，介紹了國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的發(fā)射類和抗擾類測(cè)試項(xiàng)目，并給出了標(biāo)準(zhǔn)中推薦的測(cè)試布置。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將使企業(yè)研發(fā)測(cè)試有據(jù)可以，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、新四化轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)而支撐新能源汽車與智能網(wǎng)聯(lián)汽車國(guó)家戰(zhàn)略的施行。 
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