电动车及其充电系统的电磁兼容标准研究

摘要：基于电动车的发展趋势以及在其产业化进程中面临的挑战，全面介绍了电动车及其充电系统的电磁兼容问题，重点阐述了电动车的电磁场发射要求及其充电系统的电磁干扰和抗干扰性能要求。

关键词：电动车 电场 磁场 充电系统 骚扰 抗干扰

一、 电动车及其充电系统的发展现状

    随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，电动车这种以电能为动力的交通工具凭借其节能、环保的优点日渐成为业界关注的焦点。20世纪80年代以来, 许多发达国家纷纷投入巨资研发电动汽车，我国的“863 计划”也已明确将电动汽车作为重点攻关项目。目前，我国电动汽车的研发水平与发达国家基本上处在同一起跑线上，在某些方面甚至超过国外。2005年，我国第一代混合动力商品车通过论证和验收。

    与传统汽车相比，纯电动汽车最大的变革是取消了内燃机，改为电机，能量来源由燃油改为车载蓄电池。一部分车辆采用直流电动机，其DC-DC转换器、换向装置和晶闸管斩波调速装置向外界发射骚扰；一部分车辆采用交流电动机，蓄电池的直流电经过DC-AC逆变器转换为交流电给电机供电，通过电机驱动车辆行进。如果抑制措施不够，逆变后的交流电中将含有丰富的谐波成分，经装置的输入输出线向空间发射较强的电场和磁场。其频谱范围较广，从几十千赫到几十、几百兆赫兹甚至覆盖射频段，会对调幅广播频段以及汽车本身电子管理系统的时钟频率产生严重干扰。另一方面，许多汽车厂家为提高汽车的经济性、安全性和舒适性，在汽车上装置了较多的电子设备，如汽车制动防抱死装置（ABS）、电子控制制动系统（EDS）及安全气囊。如果这些系统的电子控制装置受到干扰，将导致汽车管理系统失调，造成严重的交通事故。因此出于安全角度，电动车的研发阶段应专门进行电磁兼容（EMC）测试，保证整车以及零部件满足电磁兼容的标准要求。

    电动车的发展方向是真正“零排放、无污染、不消耗燃油”。但是最近来自北美混合动力车车主的投诉，使混合动力车等电动汽车遭遇一场电磁危机。其原因在于电动车的电磁辐射对人体以及生态环境的危害，目前国内尚没有开始这方面的研究，国外有相关研究。虽然这一问题目前尚未有定论，但消费者的担忧不无道理。电磁辐射已被世界卫生组织列为继水源、大气、噪声之后的第四大环境污染源。

    另外电动汽车配套产品中的一个非常重要的组成部分是充电系统。根据电动车本身的设计，可以在家里充电，也可以在专业的充电站进行充电。国家发改委在《产业结构调整指导目录（2005年本）》实施两年之后，在旧版目录鼓励建设汽车加气站工程的基础上，《新指导目录》首次提出，鼓励建设新能源汽车充电站工程。目前国内的比亚迪公司正在着力研发自带充电器的电动车，实现在家充电。要实现电动车的产业化，就必须解决电池充电问题，大量布置充电站并增加充电站的功率以提高充电速度，但是电动车充电站作为一个接在城市电网和电动车汽车之间的电工电子设备，必须对充电站的电磁兼容性有严格的要求，这样才能保证充电站在电网中安全稳定的运行并不对其他设备产生干扰。目前国内有相关法规，都很少强制执行，本文对相关法规进行剖析和总结，为电动车以及充电系统的开发工作做铺垫。

二、 电动车EMC标准以及测试项目

    国家标准中与电动车辆有关的电磁兼容标准有四个，分别是GB/T17619-1998《机动车电子电器组件的电磁辐射抗干扰限值和测量方法》、GB18655-2002《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》、GB14023-2006《车辆、船和由内燃机驱动的装置 无线电骚扰特性 限值和测量方法》和GB/T18387-2008《电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法 宽带9kHz～30MHz》，其中前面三个标准与传统车辆通用，本文不在详述。
    国家标准GB/T18387-2008等同采用美国机动汽车工程师协会标准SAEJ 551-5:2004《电动车辆的磁场和电场强度的测量方法及执行电平》。
目前国内电动车辆还处于研制样车阶段，电动车辆电磁场辐射强度的测量少有实施。本文根据标准总结相关试验要求。
（1）GB18387中规定限值所用带宽为1kHz，而规定的测量仪器带宽如表1，因此在测试之前要先进行带宽转换。0.009MHz～0.15MHz的转换系数为20lg0.2=-13.98dB，0.15MHz～30MHz的转换系数为20lg9=19.08dB。这些系数可以在软件设置测试模板时进行，加上修正系数即可。标准规定的电场和磁场限值见图1和图2。

表1 测量仪器带宽（6dB） 

图1 标准峰值脉冲的电场强度发射限值 


   图2 标准峰值脉冲的磁场强度发射限值

（2）测试场地为开阔试验场地（OATS），应符合GB14023中规定，目前这个信息时代，很难找到一个符合要求的开阔场。现在大多都使用电波暗室（ALSE），ALSE具有很多优点：稳定的电特性，全天候试验，可控制的电磁环境，测量重复性强。
（3）分别用1m垂直单极子天线和60cm静电屏蔽环天线测量电场和磁场，测量时，单极子天线置于地面上，距车辆的最近部分为3m±0.1m；环天线中心置于地面以上1m±0.05m，距车辆的最近部分为3m±0.2m。
（4）被测车辆应运行在稳定车速40km/h下，对车辆的每一个侧面进行测量，以获得最大辐射方向和最大辐射电平值。在最大辐射方向分别测量车速为16km/h和64km/h的最大辐射电平值。