混合動(dòng)力汽車在輻射發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中的細(xì)節(jié)解讀

1、混合動(dòng)力汽車在輻射發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中的細(xì)節(jié)解讀上海三基電子工業(yè)有限公司 張 君電動(dòng)汽車作為以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，早在1834年就在英國(guó)進(jìn)行了演示，比世界上第一部?jī)?nèi)燃機(jī)型的汽車早了半個(gè)世紀(jì)。電動(dòng)汽車包含混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車?；旌蟿?dòng)力汽車一般指采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力，將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)與一定容量的儲(chǔ)能器件通過先進(jìn)控制系統(tǒng)相結(jié)合，提供車輛所需要的動(dòng)力；純電動(dòng)汽車是指完全由二次電池提供電力的汽車；燃料電池汽車則是指以燃料電池作為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車。當(dāng)今世界汽車保有量正以驚人的速度遞增。預(yù)計(jì)到2010 年末，全球汽車保有量將達(dá)到10 億輛。交通能源消耗已經(jīng)成為局部環(huán)境污染和全球溫室氣體排放的

2、主要來(lái)源之一。而電動(dòng)汽車以其低排放、低噪音、少?gòu)U熱、可循環(huán)、便維護(hù)等優(yōu)勢(shì)成為搶占21 世紀(jì)汽車市場(chǎng)主導(dǎo)地位的車型。目前，我國(guó)已充分認(rèn)識(shí)到電動(dòng)汽車發(fā)展的廣闊前景，并重點(diǎn)將混合電動(dòng)汽車作為內(nèi)燃機(jī)和純電動(dòng)汽車之間的過渡產(chǎn)品加以研發(fā)推廣，緩解日益緊張的能源矛盾。本文正是圍繞這一發(fā)展趨勢(shì)，著重對(duì)混合動(dòng)力汽車的電器部件進(jìn)行介紹，并對(duì)輻射發(fā)射測(cè)試中的若干問題進(jìn)行闡述。圖1 某混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)圖以目前常見的混合動(dòng)力汽車為例，其動(dòng)力系統(tǒng)部分主要包括燃油發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、功率變換器、電子控制器等。除了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)之外，其余都是電動(dòng)汽車特有的器件，其工作特性也決定了電動(dòng)汽車的電磁發(fā)射水平。電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助動(dòng)力

3、，它在車輛啟動(dòng)、加速或爬坡時(shí)起作用，也能夠起發(fā)電機(jī)的作用，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，儲(chǔ)存到電池組中去。在車輛下坡或制動(dòng)時(shí)，將汽車慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，儲(chǔ)存到電池組中去。目前在混合動(dòng)力汽車上使用的電機(jī)種類也比較多，有永磁直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等等。電動(dòng)機(jī)在車上以單電機(jī)的形式存在，也可以安裝在每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上，以輪邊電機(jī)形式對(duì)車輪實(shí)現(xiàn)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。作為騷擾源之一，其自身的發(fā)射由于安裝位置的不同和饋線功率變換器是混合動(dòng)力汽車能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，它主要包括了整流器、逆變器、dc/dc變換器和斬波器等。車輛在整個(gè)運(yùn)行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)⒏辉５膭?dòng)力通過整流器將將能量?jī)?chǔ)

4、存于電池中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)開始工作，為車輛提供輔助動(dòng)力時(shí)，逆變器又可以將電池中的電力通過逆變器變成交流電，為交流電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)能量。dc/dc變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，具有加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。斬波器不僅能起到調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)，控制輸出功率，比使用變阻器更節(jié)能，同時(shí)還能起到有效抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車不同的正是電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各器件復(fù)雜的工作特性，涉及到高壓和低壓線路，同時(shí)存在有電源的高頻率切換，它的電磁輻射環(huán)境顯得更為復(fù)雜。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涉及電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車的輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)有著更為嚴(yán)格的規(guī)定，在9khz1ghz

5、頻率范圍內(nèi)都不得超過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值。其中9khz30mhz需滿足gb/t18387-2008電動(dòng)車輛的電磁場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)度的限值和測(cè)量方法，寬帶，9khz30mhz，30mhz1ghz需滿足gb14023-2006車輛、船和由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置 無(wú)線電騷擾特性 限值和測(cè)量方法。它與內(nèi)燃機(jī)汽車輻射騷擾測(cè)試（見圖2）相比，新增了30mhz以下的磁場(chǎng)（見圖3）和電場(chǎng)發(fā)射（見圖4）的測(cè)試。圖2 30mhz1ghz輻射發(fā)射測(cè)試（對(duì)數(shù)周期天線）圖3 9khz30mhz磁場(chǎng)輻射發(fā)射測(cè)試（環(huán)天線）圖4 9khz30mhz電場(chǎng)輻射發(fā)射測(cè)試（棒天線）gb/t18387-2008的適用對(duì)象主要是電動(dòng)汽車，規(guī)定了車輛在試驗(yàn)時(shí)

6、必需以16km/h、40km/h和64km/h車速運(yùn)行，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)確定最大騷擾電平。而混合動(dòng)力汽車在該試驗(yàn)中遇到的問題是，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為車輛的輔助動(dòng)力，其自身的電力輸出有限，是否能將車輛提速至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車速尚不確定?，F(xiàn)有對(duì)混合動(dòng)力汽車按混合程度分類，我們大致可以將其分為輕度混合、中度混合和重度混合動(dòng)力汽車。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)機(jī)、功率大小、與發(fā)動(dòng)機(jī)之間串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式都不盡相同。經(jīng)過長(zhǎng)期在汽車轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行電磁兼容測(cè)試的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，輕度混合等類型的混合動(dòng)力汽車，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法單獨(dú)工作，也就是無(wú)法獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛行駛，它的作用主要還是在起步、加速、爬坡等時(shí)刻，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的同時(shí)給車輛提供輔助動(dòng)力。而諸如

7、中度混合和重度混合等類型的車輛能夠視電池電量情況獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛行駛。這類車型我們認(rèn)為屬于gb/t18387-2008的適用范圍，在測(cè)試過程中以純電力驅(qū)動(dòng)的方式在特定車速下進(jìn)行測(cè)試。在日常測(cè)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)目前量產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車，電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)往往無(wú)法達(dá)到較高的車速，使得其只能達(dá)到16km/h和40km/h的車速要求，甚至更低。如果超過了電動(dòng)機(jī)最高車速的限制，內(nèi)燃機(jī)將會(huì)啟動(dòng)。對(duì)此，我們認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)的目的是考核電動(dòng)汽車的電磁輻射電平，一旦內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)測(cè)試將變得沒有意義，因此在試驗(yàn)過程中，如果車輛無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一個(gè)或幾個(gè)車速，那么應(yīng)當(dāng)選擇車輛能力范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車速和最高車速進(jìn)行測(cè)試。 在gb/t1

8、8387-2008中規(guī)定了尋找車輛最大輻射發(fā)射面的過程，其中“最大發(fā)射電平”的概念在實(shí)際測(cè)試中會(huì)遇到判定難的問題。當(dāng)我們?cè)趯?duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)比較的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于標(biāo)準(zhǔn)限值線的存在，最大發(fā)射電平會(huì)出現(xiàn)兩種情況。一種是測(cè)得的數(shù)據(jù)的絕對(duì)值有高低，其次就是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)限值線有遠(yuǎn)近，我們?cè)撊绾闻袛嗄?？其?shí)我們?nèi)绻麑Ⅱ}擾源移走，只使用儀器測(cè)量實(shí)驗(yàn)室本底噪聲，我們發(fā)現(xiàn)由于天線系數(shù)、電纜損耗系數(shù)和本底噪聲等因素的影響，測(cè)得的數(shù)據(jù)并不是一根水平的曲線。標(biāo)準(zhǔn)限值線的斜率很大，在10mhz30mhz區(qū)間發(fā)射限制較為嚴(yán)格，但該區(qū)域測(cè)量值的絕對(duì)值往往不大，但更接近限值線。鑒于上述兩個(gè)原因，可以得知其實(shí)絕對(duì)值在判定騷擾大小的時(shí)候并

9、不是主導(dǎo)因素，和限值線的比較才是最重要的，也最符合制定標(biāo)準(zhǔn)的初衷。因此我們建議，優(yōu)先選擇接近或超過限值線的騷擾電平，其次考慮測(cè)量值的絕對(duì)值和脈沖分布特性等。如圖5-1和圖5-2的數(shù)據(jù)比較，雖然前者的最大電平超過了后者，達(dá)到30dba/m/khz，但后者在20mhz附近的騷擾電平更接近限值，可以認(rèn)為在最終測(cè)量中存在超過限值的可能性，因此我們選擇圖5-2作為較大發(fā)射。圖5-1 磁場(chǎng)發(fā)射測(cè)量值1圖5-2 磁場(chǎng)發(fā)射測(cè)量值2gb14023-2006是汽車輻射發(fā)射測(cè)量的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，其最初的適用對(duì)象是內(nèi)燃機(jī)汽車，隨著電動(dòng)汽車的大量出現(xiàn)，現(xiàn)在混合動(dòng)力汽車也被納入到了該標(biāo)準(zhǔn)和考核范圍內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裝有混合動(dòng)力系統(tǒng)

10、的車輛，應(yīng)在電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)下，使車輛以40km/h的速度工作的情況下測(cè)試。如果無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，則車輛需在內(nèi)燃機(jī)以特定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛以40km/h的速度工作的情況下分別測(cè)試。且標(biāo)準(zhǔn)中明確了如果車速達(dá)不到40km/h，則以最大車速運(yùn)行。與gb/t18387-2008一樣，標(biāo)準(zhǔn)中都提到了最高車速，作為混合動(dòng)力汽車，其純電動(dòng)模式下的最高車速一般都不會(huì)標(biāo)注，而測(cè)試經(jīng)驗(yàn)告訴我們，車速高低（即動(dòng)力系統(tǒng)負(fù)載的大?。┦怯绊戲}擾電平的高低的一個(gè)不可忽略的因素。最高車速可以是設(shè)計(jì)車速，但對(duì)于混合動(dòng)力汽車，僅憑電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)往往無(wú)法持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間，不能給測(cè)量接收機(jī)提供足夠的掃描時(shí)間。如果車速過低，雖然滿足

11、了測(cè)量時(shí)間要求，但又無(wú)法真實(shí)反應(yīng)實(shí)際輻射發(fā)射。因此，建議檢測(cè)機(jī)構(gòu)可以和車輛生產(chǎn)廠協(xié)商，尋找到一個(gè)既能提供足夠的掃描時(shí)間，又能合理反應(yīng)騷擾電平的“最高車速”。gb14023-2006在附錄d中給出了車輛一致性判定的方法，但列出的部分主要還是針對(duì)內(nèi)燃機(jī)汽車，其中涉及混合動(dòng)力汽車部分還很少，對(duì)此我們可以根據(jù)混合動(dòng)力汽車電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高功率電子器件的工作特性，添加有針對(duì)性的內(nèi)容，方便檢測(cè)機(jī)構(gòu)參考，同時(shí)企業(yè)的研發(fā)人員也可以根據(jù)這些器件加以重點(diǎn)關(guān)注。新增認(rèn)為對(duì)混合動(dòng)力汽車輻射發(fā)射有影響的內(nèi)容有：a) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)種類、功率和安裝位置；b) 逆變器、整流器和dc/dc變換器等器件的型號(hào)（主要涉及參數(shù)包括調(diào)制方式、載波頻率、電纜長(zhǎng)度、電壓、功率等）和安裝位置