新能源汽车动力电池包电磁兼容EMC测试介绍

新能源汽车动力电池包电磁兼容EMC测试介绍

新能源汽车动力电池包的电磁兼容（EMC）测试是确保电动汽车安全运行的关键环节。通过一系列专业测试，可以验证电池系统在各种电磁环境下的性能表现，防止电磁干扰对车辆造成影响。本文将详细介绍动力电池包EMC测试的相关标准、功能状态等级、工作模式以及具体的测试要求和方法。

参考标准

在进行动力电池包EMC测试时，需要遵循一系列国际标准，以确保测试的准确性和可靠性。以下是主要参考标准：

• ISO 7637-2: 2004《道路车辆 - 传导和耦合产生的电气干扰》
• ISO 7637-3: 2007《道路车辆 - 传导和耦合产生的电气干扰》
• CISPR25:2008《车载、船用和设备接收机的射频干扰特性 - 限值和测量方法》
• ISO11452-2:2004《道路车辆 - 窄带辐射电磁能量的电气干扰组件测试方法 - 第2部分：吸波材料屏蔽室》
• ISO11452-4:2005《道路车辆 - 窄带辐射电磁能量的电气干扰组件测试方法 - 第4部分：总电流注入（BCI）》
• ISO10605:2008《道路车辆 - 静电放电引起的电气干扰测试方法》
• ISO 16750 -2：2006《道路车辆 - 电气/电子设备的环境条件和测试》

功能状态等级

为了评估电池组系统在测试中的表现，测试结果被定义为以下几种功能状态：

• 状态 A：样件在试验中和试验结束后，都能满足全部规定的功能规范要求。
• 状态 B：试样在试验中所有功能都能满足全部规定的功能规范要求，但允许有一个或多个参数超过极限要求，试验后所有的功能均能自动恢复到正常极限范围内；储存记忆功能应满足功能状态A的要求。
• 状态 C：样件在试验中有一个或多个功能不符合功能规范要求，但是试验后所有功能自动恢复到正常状态。
• 状态 D：样件在试验中有一个或多个功能不符合功能规范要求，但是试验后通过复位或简单的技术处理（如更换保险丝）后功能恢复到正常状态。
• 状态 E：样件在试验中及试验后，有一个或多个功能不符合功能规范要求，必须经过替换或者维修。

工作模式

电池组系统将在以下几种模式下工作：

• 工作模式 A：电池组系统处于待机状态，所有功能关闭。
• 工作模式 B：电池组系统处于充电状态，风扇以50%占空比运行。
• 工作模式 C：电池组系统处于放电状态，风扇以50%占空比运行，放电回路连接阻性负载，3A电流放电。

机械结构示例

电池组系统的机械结构包括外部轮廓和接口示例。这些结构示例有助于理解测试过程中的物理布局和连接方式。

测试要求

通用测试需求

在测试过程中，需要满足以下通用要求：

• 测试台架中电池包低压供电电源电压需满足：13V≤U≤14.5V，并同时并联一个标称电压12V的铅酸电池（启动或动力电池均可）。
• 电池组系统在测试过程中需要功能监控，测试完成后，必须进行功能检查。
• 测试温度：23 °C ± 5 °C环境温度
• 供电电压：14V ± 0.2V
• 测量设备：有足够的精度和稳定度，其精度应高于被测指标精度一个数量级或者误差小于被测参数允许误差的1/3

一般电气测试项目

反极性保护测试

• 试验目的：模拟外接电源启动、极性反接时，试件的抗反极性保护能力。
• 试验方法：试件正常连接，按照测试条件，对试件的所有低压电源输入端口施加测试电压，观察现象。恢复正常工作电压后，对控制器进行功能测试，观察现象。
• 技术要求：功能等级：C

长时耐过压测试

• 试验目的：模拟DC/DC的输出电压在最大输出电压16V时的状况。
• 试验方法：试件正常连接，按照测试条件，对试件的所有低压电源输入端口施加测试电压，观察现象。恢复正常工作电压后，对控制器进行功能测试，观察现象。
• 技术要求：功能等级：A

短时耐过压测试

• 试验目的：模拟DC/DC输出过压保护失效时，DC/DC的输出电压高于正常电压时的状况。
• 试验方法：试件正常连接，按照测试条件，对试件的所有低压电源输入端口施加测试电压，观察现象。恢复正常工作电压后，对电池组系统进行功能测试，观察现象。
• 技术要求：功能等级：C（容许风扇进入过压保护，电压回复后功能正常。电池组系统功能正常）

静态电流测试

• 试验目的：测量电池组系统静态电流。
• 试验方法：电池组系统状态：关闭电池组系统所有能直接关闭的电器，只连接低压测供电端和风扇电源线，使电池组系统处在闭环回路状态，测量低压测供电端端口流过的电流。测量时间不少于20min。观察静态电流的变化，应当至少有一次电流降低，若静态电流在30min内没有降低且大于200mA的，需检查电池组系统是否全部关闭。在系统工作情况下，断开全部信号，当控制器不在工作后3min后，测试低压侧供电端的电流。
• 技术要求：静态电流应小于1mA。

电压下降时的复位性能测试

• 试验目的：模拟电压下降时试样的复位性能。该项试验适用于具有复位功能的试样。
• 试验方法：工作模式：C（风扇占空比设置50%）。试验实施：见图3。施加电压 Uomin ≥10 s。电压下降幅值：0.5 V / 次。电压变化时间：< 100ms。降压驻留时间：5s。功能试验时间(在Uomin时)：≥10 s。当电压达到≤0.5 V 时，试验结束。
• 技术要求：工作电压范围内：功能状态 A。工作电压范围外：功能状态 C。

短路保护测试

• 试验目的：模拟输入和输出端短路。
• 试验方法：工作模式：电池组系统上电，电池组系统和风扇低压接插件外部输入和输出线依次短路到电源端和地端，持续时间60S，其他输入和输出线开路。步骤：连接到电源，激活输出，持续60S，关闭输出，断开电源，功能测试；连接到地，激活输出，持续60S，关闭输出，断开电源，功能测试。
• 技术要求：功能状态 C。

电源电压的缓慢上升和下降测试

• 试验目的：模拟12V蓄电池的缓慢放电和充电。
• 试验方法：工作模式：C（风扇占空比设置50%）。把试验电压加到全部低压电源输入端。电源电压从Umax下降到0V。电源电压从0V上升到Umax。电压变化(0.5±0.1)V/min。
• 技术要求：工作电压范围内：功能等级 A。工作电压范围外：功能等级 C。

欠压过压时的功能测试

• 试验目的：验证试件在过欠压时的功能。
• 试验方法：工作模式：C（风扇占空比设置50%）。在试件的所有电源输入端施加测试电压。
• 技术要求：测试电压<6V 允许试件无功能。6V≤测试电压<9V (选择6V电压点)试件输出输入功能关闭，通讯功能正常，能够记录电压欠压事件。9V≤测试电压≤16V，(选择9V和16V电压点)试件所有功能正常。16V<测试电压≤18V (选择18V电压点)试件输出输入功能关闭，通讯功能正常，能够记录电压过压事件。恢复正常工作电压后，功能恢复正常。18V<测试电压≤26.5V (选择26.5V电压点)试件输出输入功能关闭，通讯功能正常能够维持1min，试样不能损坏。恢复正常工作电压后，功能恢复正常。

EMC测试

辐射发射测试（RE）

• 试验目的：考查零部件RF辐射发射大小，试验方法和试验设备满足CISPR 25:2008的要求。
• 试验布置：参照CISPER 25 6.4.3 Figure 11, Figure 12, Figure 13。
• 试验要求：应用频率范围：150kHz～2500MHz。试件工作模式：C（风扇占空比0，90%分别测试，放电回路连接阻性负载，3A电流放电）。天线系统要求：150kHz～30MHz频率范围测量使用单极垂直天线；30MHz～200MHz频率范围测量使用双锥天线，包括垂直极化和水平极化方向；200MHz～1000MHz频率范围测量使用对数周期天线，包括垂直极化和水平极化方向；1000MHz～2500MHz频率范围测量使用一个喇叭天线，包括垂直极化和水平极化方向。限值列表见下表。

注：准峰值测试方式---先采用峰值进行预扫描，对于峰值不满足准峰值限值的频段选取最大超标点读取准峰值并记录即可，请勿直接用准峰值扫描。

传导发射测试（CE）

• 试验目的：考查零部件电源线RF传导发射大小，试验方法和试验设备满足CISPR 25 :2008的要求。
• 试验布置：参照CISPER25 6.2.2.2 Figure 5。
• 试验要求：只对低压电源线进行测量。应用频率范围：150kHz～108MHz。试件工作模式：C（风扇占空比0，90%分别测试，放电回路连接阻性负载，3A电流放电）。限值列表见下表。

注：准峰值测试方式---先采用峰值进行预扫描，对于峰值不满足准峰值限值的频段选取最大超标点读取准峰值并记录即可，请勿直接用准峰值扫描。

射频传导发射-电流法

• 试验目的：考察零部件所有线束对空间传导发射大小，避免对其他电路产生干扰。
• 试验方法和设备：满足CISPR 25-2008的要求。实验线束全部放入测试环中。
• 测试距离：电流钳距离EUT端子的距离为50mm和750mm。
• 试验要求：应用频率范围：150kHz～108MHz。试件工作模式：C（风扇占空比0，90%分别测试，放电回路连接阻性负载，3A电流放电）。限值列表（以准峰值和平均值）见下表。

注：准峰值测试方式---先采用峰值进行预扫描，对于峰值不满足准峰值限值的频段选取最大超标点读取准峰值并记录即可，请勿直接用准峰值扫描。

辐射抗扰度测试（自由场）

• 试验目的：考查零部件抗窄带电磁能量辐射的能力，试验方法和试验设备满足ISO 11452-2的要求。
• 试验布置：参照ISO11452-2 7.6 Figure 2，Figure 3。
• 试验要求：测试频率：200M~2000MHz。工作模式：C（风扇占空比50%，放电回路连接阻性负载，3A电流放电）。限值列表见下表。测试等级：3。功能状态：A。

大电流注入（BCI）

• 试验目的：考查零部件抗窄带电磁能量辐射的能力，试验方法和试验设备满足ISO 11452-4的要求。
• 试验布置：参照ISO11452-4。关键字：1 EUT 2 线束 3 负载模拟器 4 模拟和检测系统 5 电源 6 人工网络 7 光纤 8 测量设备 9 射频测量探头 10 射频注入探头 11 接地平板 12 绝缘垫13 屏蔽室。
• 试验要求：测试频率：1M~400MHz。工作模式：C（风扇占空比,50%，放电回路连接阻性负载，3A电流放电）。测试等级列表见下表。测试等级：Ⅲ。功能状态：A。

静电放电测试（ESD）

• 试验目的：考查零部件抗静电放电的能力，试验方法和试验设备满足ISO10605-2008的要求。试验分无源模式放电试验和有源工作模式放电试验。
• 试验布置：无源试验模式布置见图。有源试验模式布置见图。
• 试验要求：无源试验模式：试验中，待测器件不接电源和负载。测试点：接插件各引脚、电池组系统外壳搭铁点、电池组系统安装支架。试验等级见下表。有源试验模式：工作模式C（风扇占空比50%，放电回路连接阻性负载，3A电流放电）。测试点：电池组系统外壳搭铁点、电池组系统安装支架。试验等级见下表。直接放电：见表。间接放电：见表。

电源线瞬态抗干扰实验

• 试验目的：考查零部件抗电源线瞬态电压脉冲的能力，试验方法和试验设备满足ISO 7637-2：2004的要求，共有脉冲1、2a、2b、3a、3b试验。
• 试验要求：电源线瞬态抗干扰实验使用试验设备：汽车电子瞬态干扰发生器。试验要求：电源线瞬态传导抗干扰试验脉冲试验严酷等级要求见下表。工作模式：C（风扇占空比50%）。试验脉冲波形：试验脉冲1：模拟电源与感性负载断开连接时所产生的瞬态现象。试验脉冲2a：模拟由于线束电感原因，使与试样并联的装置内电流突然中断引起的瞬态现象。试验脉冲2b：模拟点火开关断开时的瞬态现象。试验脉冲3a和3b：模拟由开关过程引起的瞬态现象，这些瞬态现象的特性受线束的分布电容和分布电感的影响。

I/O线瞬态传导抗干扰

• 试验目的：考查零部件抗I/O线瞬态电压脉冲的能力，试验方法和试验设备满足ISO 7637-3：2007的要求。
• 试验布置：容性耦合钳法 (CCC) 试验布置，参照ISO7637-3。
• 试验要求：对所有输入和输出线测试。试件工作模式：C（风扇占空比50%）。试验脉冲a和 b：快速瞬态试验脉冲是模拟开关过程产生的电瞬态。电瞬态的特性受线束的分布电容和电感的影响。试验脉冲a，负脉冲：见图。试验脉冲b，正脉冲：见图。试验等级要求见下表。

电压瞬态发射

• 试验目的：考察零部件工作电源线瞬态电压发射大小，试验方法和试验设备满ISO7637-2 :2004的要求。
• 试验布置：零部件为潜在的传导骚扰源，需要测量零部件EUT瞬态电压传导发射的强度。
• 试验要求：分别在放电继电器断开和闭合、风扇开启和关闭条件下分别测试。采集十个波形，记录含有最大正幅值和最大负幅值（及与之相关的参数）的波形。慢脉冲布置见上图a，快脉冲布置见上图b。限值见下表。

附录A：功能监控和检查项示例

动力电池包的EMC测试是保证新能源汽车安全性和稳定性的重要环节，需要严格按照相关标准和规范进行测试，以确保测试结果的准确性和可靠性。