插电式混合动力汽车与电波暗室的试验接口技术研究

[摘 要]笔者结合实际工作经验，主要针对插电式混合动力汽车与电波暗室的试验接口技术进行研究。

[关键词]插电式混合动力汽车 电波暗室 电磁兼容 试验接口技术

中图分类号：TD122.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0147-01

插电式混合动力的试验端口较为复杂，强电/弱点、直流/交流、高压/低压并存，需要应用多种电源匹配网络和接口技术，才能有效地与试验场地对接，进行试验。

对CISPR 25标准规定的5μh/50Ω人工电源网络，CISPR 16-1-2规定的50μh/50Ω人工电源网络，CISPR 22定义的通讯线阻抗匹配网络进行特性研究。根据国际标准CISPR 25第四版的要求，搭建充电状态下的射频骚扰测试系统。（如图1所示）

为了解决大电流充电工况的实现问题，项目组将在现有10米法半电波暗室上装载大功率电源滤波器，并研制符合高电压/大电流试验需求的接口装置，实现受试车辆及其关键零部件与试验系统的无扰连接。

一、项目研究方案、内容及技术路线

1.插电式混合动力汽车充电状态下的射频骚扰测量系统的建立

依托于原有的基础，在10米法半电波暗室内进行插电式混合动力汽车的整车辐射试验，考虑到插电式混合动力汽车的特性，改造暗室的供电系统，加装高电压/大电流的电源滤波器以保证电波暗室内辐射测量的无扰进行。在改造完成之后，10米法半电波的归一化场第衰减仍旧符合CISPR16/CISPR12的要求，可以用于插电式混合。

针对CISPR 12，插电式混合动力汽车的辐射发射试验方法与传统汽车的测试方法一致，因此只要按照CISPR 12的规定进行辐射发射试验即可满足插电式混合动力汽车的要求。

针对CISPR 25，以车载电子设备作为保护对象，研究汽车内部环境中的电磁干扰现象，搭建符合CISPR 25的辐射发射试验系统，实现受试设备的无扰接入。而在实际试验中，试验的布置也与传统汽车的试验布置一致。系统满足CISPR25的标准要求，背景噪声平均值低于1μV。

对于充电过程中的插电式混合动力汽车，充电端口的传导发射也是其电磁兼容性能指标之一。其测试方法可以参照图1的方法进行，主要测量的是插电式混合动力汽车的充电模块（包含交流变直流模块等）的传导性能指标。

2.插电式混合动力汽车充电状态下的电源特性测量系统的建立

插电式混合动力汽车的充电端口与公共电网连接，这打破汽车电源系统封闭性，也改变了汽车作为EMC受试设备的技术特性。项目组深入研究IEC 61000系列标准的电快速脉冲群、电压中断/跌落、谐波闪烁灯试验技术，对插电式混合动力汽车的充电端口开展试验，得出其电磁兼容水平的试验报告。并研制符合IEC61000系列标准的低频人工电源网络，在整流逆变电路的工作频段内对整车进行传导骚扰试验，掌握插电式混合动力汽车的传导电磁发射水平，作为经验数据对其相关标准进行制定和完善。

3.插电式混合动力汽车在电磁兼容试验中的工况研究

受试设备的工作状态，对电磁兼容试验的结果影响很大。因此，在对插电式混合动力汽车进行电磁兼容试验时将在慢充、快充等状态下开展试验，寻找EMC试验的典型工况和极限工况，分别获得不同工作状态下的试验数据并进行对比分析，为未来的试验实施和标准提供技术经验支撑。

从电磁发射角度来讲，插电式混合动力汽车剩余电量的多寡影响的是充电电流的大小，从而影响到的是充电器的工作情况。从模拟报告1中可以看到，这两种情况下，插电式混合动力汽车的电磁发射还是有一定区别的。从辐射角度讲，两种情况的发射差别存在，但不明显，左侧和右侧都不大于4dB。从传导角度讲，差别较大，从模拟报告1中可以看出，主要差别集中在10MHz以上的部分，10MHz以下的频段，两种状况下的发射值也都在3dB以下，但在10MHz以上的频段内，差别逐渐增大，增大至15dB～20dB以上，体现出电流大小对充电器传导发射的巨大影响。对于插电式混合动力汽车这一跨界产物来说，在工业产品电磁兼容领域也是值得生产厂商关注的一个新问题。

4.插电式混合动力汽车内部电磁兼容研究

汽车作为一个系统而言与外界会有电磁兼容题，同时，作为一个整体，其内部也存在电磁兼容的问题，这也是车载电子零部件都需要经过电磁兼容试验的理由。既为了保证整车与外界的平衡，也为了保证车内不会发生互扰导致车辆失控、实效等情况的发生。

本项目的研究重点在车载部件间互扰方面：

4.1传导方向

项目组根据插电式混合动力汽车的特点，发现根据ISO 7637-2：2004和ISO 16750-2：2012中对于抛负载脉冲的要求针对插电式混合动力汽车会与传统汽车的测试方法有较大差别。

抛负载脉冲根据标准的规定，一般分为脉冲5a和脉冲5b两种，脉冲5a是由抛负载发生器发生并施加在受试设备上，在插电式混合动力汽车上，由于存在高压和低压多种电压的设备，因此对于脉冲5a的干扰等级会与传统汽车有所差别，但原有抛负载发生器输出脉冲等级时可调的，只要不超过上限，不会影响到试验能力。脉冲5b是在脉冲5a的基础上，在脉冲输出端加上一个限幅网络，限幅网络的限幅电压值一般是根据实车上限幅器来选取的，照以往的经验来说，大多数车型的限幅电压为35V或者40V，而实验室也根据这一现状自制了两款限幅网络，满足传统汽车零部件的试验要求。而对于插电式混合动力汽车的电子零部件，由于车载设备的电压不同，且不同厂商车型的电压也不同，导致了原有的网络无法覆盖插电式混合动力汽车电子零部件的试验，而对于多种多样的限幅电压值，再自制多个限幅网络也很不方便，因此项目组决定根据抛负载脉冲的原理、特性，对脉冲电路及波形进行仿真，并根据仿真结果研制一个多用途的限幅网络，其限幅电压可调，一举替代原来根据试验要求选取不同网络的方式。

项目组使用MATLAB软件进行仿真，模拟抛负载脉冲发生器的电路和脉冲限幅网络的电路，并得到了输出脉冲的波形，再研究了肖基特二极管等限压设备的参数特性，研制了符合ISO标准的抛负载限幅网络，并通过计量校准，投入日常检测使用。

4.2辐射方向

目前，几乎所有整车厂商的零部件辐射发射试验都参照CISPR25来执行，目前执行的是第三版本的CISPR25，考虑到技术的发展，新能源汽车的增多，即将推出的CISPR25第四版本标准草案中已经充分考虑到了高电压、大电流等新能源汽车特性的试验方法。在第四版的CISPR25草案中，给出了零部件辐射测试的场地校验方法――长线法。在以前版本的标准中，并未对此进行过要求，而对于走在汽车行业前沿的美国实验室认可协会（A2LA），原先使用的方法是使用梳妆信号源作为发射源来进行比对，原理与民用产品的辐射发射校验方法一致，只是针对测试方法的特殊性而进行了一定的方法修改。而目前新版本标准草案中的方法既然即将提出，也一定会取代老方法来做场地校验的试验方法。因此，项目组也具有前瞻性地紧跟标准发展的趋势，投入精力来研究新老方法的差别，针对长线法的引入，对零部件辐射发射试验的辐射源进行了仿真研究，并根据标准草案的要求，使用新方法进行场地校验，并在2016年1月的A2LA评审中得到了国外专家的肯定，走在了各个实验室的前面。

同时，根据插电式混合动力汽车的特点，针对其充电器的辐射特性进行了研究，使用现有的频谱分析仪，基于GPIB总线建立空间电磁场分部扫描系统；利用视觉识别技术，将探头的空间位置与电磁场的幅度进行叠加，插电式混合动气汽车充电器在充电状态下的电磁场分布图。