针对"电动汽车用电池管理系统"的EMC标准的解读及测试实现概述

原创 JIGONG的微测 2021-09-19 21:57

我国已成为电动汽车的研发和生产大国,刚结束的2021年慕尼黑国际车展也释放出明确的信号:BBA等各大传统国际车企也都纷纷推出了他们的电动汽车,发布了多款电动车型,逐步停止内燃机的研发和生产。国内和国外车企纷纷展示电动车型,看来电动汽车已是未来发展趋势。


不管是哪家的电动车,内部都要用到三元锂电池或者磷酸铁锂电池或者镍氢电池等种类的蓄电池,这些电池必须有电池管理系统BMS,管理不好会出事情。


电动车用的电池包内部都是由很多个电池单体组成的,所使用的各个单体虽然要经过筛选,也难免会存在单体之间的性能差异,BMS电池管理系统就要负责:

  • 监测单体电池的电压和温度;

  • 为单体电池均衡充电,使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态;

  • 监测电池组总电压;

  • 监测电池组总电流;

  • 监测电池内阻的变化从而估测电池的容量和生命周期;

  • 估测电池的荷电状态(SOC);

  • 防止电池发生过充电或过放电现象;

  • 短路保护,故障诊断,预警;

  • 与其他车载控制器进行通信交互;

    等等。


一. 针对电动汽车用电池管理系统的相关EMC标准

针对电动汽车用电池管理系统,国内主要相关企业和检测单位一起参与制定了"电动车用电池管理系统技术条件",也就是GB/T 38661-2020: 


由于电动车用电池管理系统既要跟车载设备相关,又要与交流充电设备相关,属于“跨界设备”,所以它的EMS抗扰度测试也是跨界的,既要引用汽车零部件抗扰度测试国内/国际ISO标准中的相关测试项,又要引用民用类国内/国际IEC标准中的相关测试项。

GB/T 38661-2020中看到,有关EMC中的抗扰度测试既有ISO/IEC瞬态类的又有ISO射频类的,我把标准中的“辐射抗扰度”所述内容拆分成3项,所以,可以认为一共有7个测试项目,分别为:

  1. 电源线瞬态传导抗扰度

    按照GB/T 21437.2-2008的试验方法,测试等级为3级;

  2. 信号线/控制线瞬态传导抗扰度

    按照GB/T 21437.3-2012的试验方法,测试等级为3级;

  3. 电快速瞬态脉冲群抗扰度

    按照GB/T 17624.4-2018的试验方法,测试等级为3级,脉冲重复频  率为5 KHz;

  4. 静电放电抗扰度

    按照GB/T 19951中的试验方法,测试等级最高分别为直接接触放电    +/-6KV, 空气放电+/-15KV,详见标准;

  5. 辐射抗扰度

    按照GB/T 33014.2的试验方法,测试的频率范围为400MHz~2GHz,测试场强30V/m;

  6. 大电流注入抗扰度

    按照GB/T 33014.4的试验方法,测试的频率范围为1MHz~400MHz,测试等级为60mA;

  7. 磁场抗扰度

    按照GB/T 33014.8的试验方法,测试的频率范围为15Hz~150KHz,测试等级为3级;


以上这7个测试项目,也可以对应到国际标准,分别是:

  • ISO 7637 《道路车辆—由传导和耦合产生的电骚扰》 

本标准描述的是汽车上电气设备所经常产生的一些常见瞬态干扰信号,

通过传导和耦合方式对被测设备造成干扰的测试方法。本标准引用了ISO 7637中的两项:

  • ISO7637-2:第2部分:沿电源线的电瞬态传导

  • ISO7637-3:第3部分:沿电源线以外的其他线缆的电瞬态传 


  • ISO10650《道路车辆—电放电产生的电气干扰》(Road vehicles–Electrical disturbances from electrostatic discharge)该标准涉及的是人体与车辆接触时所产生的静电放电对车辆电子器件所造成的影响。


  • 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 IEC 61000-4-4

  •  ISO 11452(零部件,射频类抗扰度测试)

ISO 11452 《道路车辆—窄带辐射电磁能量所产生的电气干扰—零部件测试法》该标准为抗窄带电磁辐射源产生的电磁干扰零部件测试方法,ISO 11452一共包括11个部分,本标准引用了其中的如下3个测试项:

  • ISO 11452-2《第2部分:自由场法》

  • ISO 11452-4《第4部分:BCI法》

  • ISO 11452-8《第8部分:磁场抗扰度》


为了方便理解这些抗扰度测试项,我进行了分类,编写了一个表格,如表1所示:

表1:标准中抗扰度测试项的具体分类


二. 针对电动汽车用电池管理系统的抗扰度测试的实现

GB/T 38661-2020是针对电动车领域的一个新的标准,为了实现表1中所列的EMS抗扰度测试项目,各EMC认证实验室都会考虑一下现有的测试设备和能力是否可以满足,简单举例如下:

  • 如果是医疗行业或者民标类的EMC实验室,通常都已经具备了IEC61000-4-3,IEC 61000-4-6,IEC61000-4-4 等标准相关的测试设备和能力,需要考虑增加ISO11452-2, ISO11452-4, ISO11452-8, ISO7637-2, ISO7637-3, ISO10650 相关的测试设备和能力;

  • 如果是汽车行业的EMC实验室,通常都已经具备了ISO标准相关的测试设备和能力,比如,已有ISO11452-2, ISO11452-4, ISO11452-8, ISO7637-2, ISO7637-3, ISO10650 测试系统或设备,需要考虑增加IEC标准相关的测试设备和能力;


有些测试系统可能是可以共用的,或者可以升级,或者买套全新的,比如:


1. 辐射抗扰度测试

按照GB/T 33014.2的试验方法,测试的频率范围为400MHz~2GHz,测试场强30V/m。

汽车行业的EMC实验室通常已经具备ISO11452-2的测试系统,比如,如图1所示。完全可以实现这项的测试。


图1:ISO11452-2测试系统


而作为医疗行业或者民标类的EMC实验室,通常都已有 IEC61000-4-3的抗扰度测试系统,比如,可以覆盖80MHz~6GHz,实现10V/m@3m的测试系统,如图2所示。根据现有情况可能只需要对软件和天线等做些补充或调整,即可实现此测试项。如果能力不够,则需要添置功放或者一套全新的系统。能力主要体现在系统中的功放的覆盖频段和功率够不够,进一步决定了场强够不够。

图2:IEC61000-4-3辐射抗扰度测试系统


图3:辐射抗扰度的测试软件


2. 大电流注入抗扰度测试

按照GB/T 33014.4的试验方法,测试的频率范围为1MHz~400MHz,测试等级为60mA;

汽车行业的EMC实验室通常已经具备ISO11452-4的测试系统,比如,如图4所示,完全可以实现这项的测试。

图4:通用的射频传导测试系统


而作为医疗行业或者民标类的EMC实验室,通常都已有 IEC61000-4-6的抗扰度测试系统,比如,可以覆盖150KHz~80/230MHz的测试系统,如图5所示。根据现有情况可以考虑进行升级,或者添置一套全新的系统,如图4和图6所示。

图5:传导射频抗扰度测试设备NSG4070C-80


图4和图6所示的系统,可以认为是通用的射频类抗扰度测试系统,系统中包括了频率覆盖范围4KHz~400MHz的射频信号源,三路功率计和110W的功放,结合icd.control软件可以满足众多EMS标准的测试,包括ISO11452-4,ISO11451-4,ISO11452-3, ISO11452-5, IEC 61000-4-6,DO-160-CS, 军标的CS114测试,ISO7637-4中的Pulse A, IEC61000-4-39临近距离磁场抗扰度测试,还支持众多车企的BCI测试标准。

图6:通用的NSG4070C-110


总之,电动车用电池管理系统属于“跨界设备”,所以它的EMS抗扰度测试也是跨界的,既要引用汽车零部件ISO的相关标准,又要引用民用类IEC的相关标准。若有具体需求,欢迎私聊。

 

JIGONG的微测 毕业于哈尔滨工业大学,在电子设计和测量领域近30年,一直在学习,一直还没学透。在这里,不玩儿所谓的“高大上”,玩儿玩儿“接地气”,通过原创“微测”,与大家共同探讨,交流,分享有关当代电子类产品的测量技术,方法和知识
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