政府鼓勵購車者考慮電動交通工具，并制定了一系列推動零排放目標的政策；受此影響，電動汽車的需求與日俱增，電動汽車（EV）充電站的需求也在不斷增長。根據Research and Markets 的預測，全球EV 充電站市場將從2022 年的235 萬個增長到 2027 年的1,460 萬個，年復合增長率達到44.1%。

在EV 采用率落后于中國和歐洲的美國，《基礎設施投資和就業(yè)法案》旨在幫助汽車制造商提高EV 產量。該法案包括投入75 億美元用于公共充電基礎設施建設，目標是在2030 年前增加50 萬個EV 充電設施。

電動乘用車的銷量遠遠超出了公共充電基礎設施投資的數量，這為EV 充電設備（EVSE）市場留下了充足的增長空間。

全球的EVSE 投資正在呈上升趨勢，這將有助于消除里程焦慮，即對抵達下一個充電站之前電量會耗盡的擔憂。

充電站必須符合EMC 標準

EVSE 供應商必須解決一系列技術難題，包括安全性、性能以及EV 和EVSE 之間的互操作性。

用戶希望充電的速度能夠更快、功率能夠更高，這就要求越來越多的車型和EVSE 廠商確保產品的安全性和性能。這其中的一個關鍵領域是確保EVSE 的電磁兼容性（EMC），EMC不只是針對將要充電的車輛，還要針對我們現代生活中不可或缺的大量電子器件。

隨著越來越多的充電站的涌現，尤其是在住宅區(qū)和學校附近，為保護公眾和行業(yè)免受傷害，EMC 標準也在不斷發(fā)展。

對于EVSE 制造商而言，遵守EMC 標準有助于確保產品的安全性、性能和可靠性，同時也有利于樹立市場信心，提升品牌聲譽。

在深入探討EV 充電環(huán)境中電磁干擾（EMI）的影響以及EMC 一致性測試的重要性之前，我們先來看一看這兩個縮寫詞：

? EMI ：指導致電子或電氣設備性能下降的電磁干擾

? EMC ：指電氣和電子系統(tǒng)和器件在預期的電磁環(huán)境下運行而不會因電磁干擾而導致性能下降（到無法接受）的能力

為什么EMC 測試如此重要？

在使用過程中，充電站會產生由電磁波引起的輻射發(fā)射。當電壓或電流流過電源線時，EMC還會產生傳導發(fā)射。

這些電磁干擾會破壞其他機電設備和無線通信的正常運行，并可能對人們造成健康風險。隨著互聯(lián)自動駕駛汽車與電動汽車的融合，測試充電站對車載安全和通信系統(tǒng)是否存在干擾就變得至關重要。

德國慕尼黑工業(yè)大學的研究人員研究了EV 和EVSE 電磁場及其對植入了起搏器的心臟病患者的影響。在大電流充電（116.5 μT）期間，最強的電磁場出現在充電電纜沿線。EV 車廂內的場強較低，為2.1 至3.6 μT。

研究人員發(fā)現，起搏器的功能沒有發(fā)生變化。但是，研究人員表示，隨著EV 和EVSE 技術的發(fā)展，患者在使用強電流的2 級（240 V）和3 級（400 V）充電站周圍時應當保持謹慎。

兼顧多種 EMC 標準

EVSE 制造商必須滿足EMC 法規(guī)要求，并通過認證，才能將產品推向市場。

例如，歐洲IEC 61000 EMC 標準就對限值做出了規(guī)定，目的是提供合理保護，以免產生有害干擾。該指令解決了EV 充電基礎設施產品的 EMI 問題。

美國的聯(lián)邦通信委員會（FCC）對EMC 合規(guī)性做出了規(guī)定。A 類限值涵蓋工商業(yè)環(huán)境。B 類限值更為嚴格，涵蓋了住宅區(qū)的EVSE（見表1）。

按照加拿大ICES-003 第5 部分標準的要求，在公眾活動區(qū)域運營的EV 充電站必須要符合B 類標準。如果充電站未獲得B 類認證，則必須張貼警示標簽，提醒用戶其周圍的磁場可能存在問題。此類警示不利于EVSE 供應商建立市場信心。

其他關鍵的充電及EMC 規(guī)范和標準包括：

? IEC 61851-21：此EMC 產品標準規(guī)定了電動道路車輛充電系統(tǒng)的發(fā)射和抗擾度限值（最低測試水平）。

? IEC / CISPR 11，EN 55011：CISPR 11 標準涵蓋了與9 kHz 至400 GHz 頻率范圍內的射頻干擾相關的發(fā)射要求。

? TL 81000：此標準涵蓋了機動車電子元器件的電磁兼容性要求。

測量EMC 合規(guī)性

為確保EVSE 符合安全和性能標準，業(yè)界需要全面的合規(guī)性測試流程和可靠的測試測量設備。這些是測量電氣噪聲的原因及影響的基本要素，能夠幫助工程師找到合適的方法來定義、調試和規(guī)避 EMI 原因和影響。

除了測試EVSE 的電路外，制造商還必須對用戶界面的傳導和輻射發(fā)射進行徹底的測試。這些界面包括觸摸屏、顯示屏和非接觸式支付等無線通信。

為了滿足不斷發(fā)展的一致性標準和法規(guī)要求，EVSE 制造商在規(guī)劃設計、開發(fā)和生產周期時需要將自身的測試能力以及處理復雜測試的能力（參見圖2）納入考慮。

在實驗室重新創(chuàng)建充電站

當今的電動汽車市場競爭激烈，EVSE 制造商必須迅速做出調整才能完成各種電動汽車測試，確保其充電產品符合全球不同標準的要求。在大多數情況下，關于EV 制造商如何實施其控制器或者是否符合已經發(fā)布的標準，EVSE 制造商無法獲得詳細的信息。

出于這個原因，整體合規(guī)性測試需要采用一種“綜合”設置，通過這種設置來仿真充電站的真實環(huán)境，在指定的技術指標內運行，還要提供適當的缺陷檢測和分析方法。這種“仿真真實世界”的測試環(huán)境具有多種優(yōu)勢：

? 測試實驗室里不需要真正的電動汽車。仿真器可以假設不同EV 車型的技術指標。

? 充電時間不受限制，因為測試采用了電子負載來代替容量有限的電池。

? 此外，測試可以完全自動化進行，這對于重復測試序列和下線測試等大量單元測試尤其有幫助。

在這種仿真環(huán)境下進行EMC 測試時，我們要考慮的一個關鍵因素是測試設備是否經過適當屏蔽，能夠提供EMC 合規(guī)性和認證測試所需的無偏測量。

圖3 所示的EMC 測試體系結構展示了一套經過EMC 優(yōu)化的充電測試系統(tǒng)，即Keysight SL1040A-EM2 Scienlab Charging Discovery 系統(tǒng)（CDS）——用于EVSE 測試的EMC 系列。在圖示中，CDS 充當電動汽車，用于測試EV 供電設備。

測試系統(tǒng)和EVSE（即本例中的被測器件(DUT)）都在消聲室內運行，用于在交流或直流充電期間對EV 充電基礎設施進行EMC 抗擾度和發(fā)射測試（傳導或輻射）。

特別的EMC 屏蔽設計和內置低噪聲元器件有助于將仿真器輻射降至最低水平。這個過程能夠在不存在環(huán)境干擾的真實充電條件下對EVSE 進行EMC 測試。此外，由于測試系統(tǒng)不受外部電磁場影響，因此在抗擾度測試期間，它可以靠近被測器件放置。

Keysight SL1040A Scienlab Charging Discovery 系統(tǒng)—— EMC 系列（圖4）支持交流和直流充電通信標準。

該系統(tǒng)支持以下標準中定義的交流充電模式：

? IEC 61851-1（PWM）

? SAE J1772（PWM）

? ISO 15118

? GB/T 18487.1（PWM）

該系統(tǒng)支持以下標準中定義的直流快充模式：

? DIN SPEC 70121

? ISO 15118

? GB / T 27930

? CHAdeMO

該解決方案還具有以下優(yōu)勢：

? 能夠可靠且可以互操作地仿真具有SL1040A-EMC 的EV 充電通信控制器或具有SL1040A-EM2 的EVSE 充電通信控制器

? 能夠通過Windows 控制軟件或客戶的自動化軟件（使用CDS 遠程接口）輕松配置充電協(xié)議和操作點

? 系統(tǒng)性能高、死區(qū)時間短的實時控制PC

? 配有接地觸點彈簧的便攜式屏蔽“鍍鋅金屬”外殼

注：IPC 通常放置在EMC 消聲室外。

EVSE 測試展望

未來幾年，受快速充電和大功率充電等市場驅動因素影響，再加上電動交通平臺上互聯(lián)自動駕駛功能融合的推動，EVSE 測試的需求可能會增長。雖然新的一致性標準和法規(guī)可能會給EVSE 制造商帶來挑戰(zhàn)，但它們?yōu)樘峁〦MC 測試和認證服務的測試機構創(chuàng)造了商機。

這種協(xié)作方式對行業(yè)而言具有雙贏效果，使得EVSE 制造商能夠集中精力開發(fā)和部署安全、可靠的充電基礎設施，為在將來實現零碳足跡交通做出貢獻。

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《降低電動汽車充電基礎設施測試中的電磁干擾風險》