李顺

福建奔驰汽车有限公司 福建省福州市 350108

1 背景

从2012年到2021年，我国新能源汽车销量由1.3万辆增长至352.1万辆[1]，连续多年位列世界第一，随着“碳中和”在世界范围内达成共识，全面电动化已经成为各主要汽车厂商面向未来的核心产品战略，可以预见，电动汽车将逐渐成为汽车消费的主流。

电动汽车涉及的电气和电子设备非常的多，电池、电控和电机取代发动机变速箱成为关键零部件，充电替代加油成为用车生活的日常，而传导充电过程中会受到环境和公共电网中的多种电磁现象的干扰，导致充电故障和车辆安全风险，因此，对电动汽车传导充电过程的电磁兼容测试是充电过程安全的基本性保障。

电动汽车的电磁兼容相关标准法规近年来快速发展，2011年UN ECE R10.4第一次将整车充电的EMC性能纳入法规考察，2019年UN ECE R10.6完善了整车充电状态的电磁兼容性能要求。2021年8月，我国针对电动汽车传导充电的电磁兼容性能要求和试验方法的标准GB/T 40428-2021出台，对电动汽车传导充电过程中的电磁兼容性包括发射特性和抗扰特性给出了要求及相应的试验方法，确保电动汽车的电磁兼容功能和安全。与此同时，行业内也在不断的探索电动汽车的EMC相关测试方法，完善电动汽车的EMC测试体系。

2 电动汽车传导抗扰度测试过程中的充电失效问题

2.1 电动汽车传导抗扰度测试项目

在电磁兼容相关法规标准UN ECE R10和GB/T 40428-2021中，电动汽车传导充电过程中的典型抗扰度测试主要包含两项：1，沿电源线的电快速瞬变脉冲群（EFT-B）抗扰性；2，沿电源线的浪涌（Surge）抗扰性。[2]

EFT-B测试的目的是要模拟（仿真）由一普通电网电源开关或继电器触点在切断瞬间的电弧所引起的骚扰[3]。电动汽车的传导充电EFT-B测试是为了评估车辆通过电缆线接入电网充电过程中受到电快速瞬变脉冲群干扰时的性能。

Surge测试是为了模拟出现在电网电缆以及其电源和任何长电缆上的遭遇雷闪所引起的骚扰[3]。电动汽车的传导充电Surge测试是为了评估电动车辆通过电缆线接入电网充电过程

中受到由开关和雷电瞬变电压引起的单极性浪涌（冲击）时的性能。

2.2 电动汽车传导充电EFT-B抗扰度测试过程中的充电失效问题

以最常见的EFT-B测试为例，在实验室进行传导充电测试项目搭建及测试过程中，经常性的出现充电过程失效的问题，具体表现为在进行EFT-B干扰时，电动汽车充电指示灯显示故障，充电桩继电器断开，正常的充电过程停止。

日常实际的充电过程中主要包含充电桩和电动汽车两个对象（图1a），在充电桩-电动汽车组成的系统中，对于针对电动汽车的EFT-B测试，无可避免的会对充电桩造成影响，当充电桩无法正常供电时，充电过程也无法正常建立，这会对电动汽车的传导充电EFT-B测试结果判定带来严重干扰。通过对实际测试过程不断地的研究和分析，我们得出的结论：充电桩和电动汽车之间的控制信号受到了干扰，导致充电过程无法正常建立。

图1 电动汽车典型状态a)／测试状态b)充电示意图

3 传导充电EFT-B测试过程失效问题的研究与分析

3.1 电动汽车的交流充电机制

以交流220V单相充电为例，除220V主电源之外，电动汽车与供电设备之间通过控制导引电路（图2）来进行包括充电请求，充电电流大小等一系列信息交互，从而来实现电网到车辆之间的电能传输过程。

图2 充电模式3连接方式C的控制导引电路原理图

供电控制装置和车辆控制装置之间通过CP信号进行通讯，该CP信号的制式为PWM（Pulse width modulation wave脉 冲宽度调制）波，通过PWM波的电压大小和占空比来控制充电过程及充电电流大小。当充电桩的充电枪与电动汽车充电接口连接，经过一系列自检测正常后，供电设备控制装置的开关S1从+12V连接状态切换至PWM连接状态并发出9V的PWM信号，车辆控制装置接收到9V信号时，表示供电设备与车辆已通过电缆正确连接，可以进行充电。当对供电设备发出充电指令（充电电流大小）后，PWM信号变成6V，车辆端检测点2检测到该PWM信号（包括峰值电压和占空比），开关S2闭合，220V主电源开关K1，K2接通，开始进行充电。[4]

3.2 电动汽车传导充电EFT-B测试的链路设置及配置

在电动汽车传导充电的EFT-B测试中，需要引入耦合/去耦网络CDN和EFT-B信号发生器(图1b)。其中CDN是串接在充电桩-电动车辆充电系统中的，它的作用是隔离公共电网噪声，同时将EFT-B信号发生器发出的电快速瞬变脉冲群干扰信号耦合到被测试车辆上。

由测试链路图可以看出，测试过程实际是将充电桩和电动汽车之间连接的线缆断开，在L、N、PE之间分别串入去耦设备，然后通过EFT-B信号发生器经L、N、PE分别注入群脉冲骚扰电压到被测车辆，考察被测车辆在传导充电过程中的抗干扰能力。（表1）

表1 EFT-B测试参数[5]

3.3 EFT-B测试过程CP信号受干扰过程的研究

在正常使用的由充电桩-电动汽车组成的传导充电系统中，车身地与设备地是通过线缆直接连接的，他们之间是等电位的，CP信号也正是基于这一等电位作为参考传输PWM波。

在充电桩-耦合/去耦网络-EFT-B信号发生器-电动汽车组成的测试系统中（图3），由于CDN中地线上的电感和信号发生器地线上电容的存在，EFT-B脉冲群在PE线上的耦合路径可以简化成如图4的等效电路图：

图3 电动汽车传导充电EFT-B测试系统电路图

图4 情境3布置示意图

图4 PE线的等效电路图

根据相关的设备参数我们可知L=100μH,CC=33nF，当施加重复频率为5kHz的2kV干扰电压信号时，上图中的LC电路会形成阻抗，致使PE和PE′间形成电位差，具体计算如下：

当f=5kHz时：

通过上述①～⑤式的计算可以得出当信号发生器发出频率为5kHz,峰值电压为2kV的群脉冲干扰时，车身地与充电桩设备地之间由于测试设备的加入形成了约6.5V的电位差。所以在进行EFT-B测试过程中，由于该电位差的存在，使得正常充电过程中峰值电压为6V的CP信号PWM波被覆盖，车辆与充电桩之间无法正常建立通讯。

在EFT-B测试过程中，由于测试设备的引入改变了测试车辆和充电桩组成的稳定系统，致使控制电路无法正常工作，这并不符合测试的预期，同时按照标准要求，PE线又必须作为测试对象之一，因此，如何搭建一个稳定的测试系统是正确进行该项测试的重要因素。

4 针对EFT-B测试过程充电失效问题的解决方案及验证

4.1 传导充电EFT-B测试链路的改进模型

根据对标准GB/T 40428-2021中关于测试对象的描述和理解，对于EFT-B测试，测试对象不必为电动汽车与供电设备组成的系统。那么，如何实现将充电桩排除在外的仅针对电动汽车充电过程的EFT-B测试呢？

通过前述对电动汽车交流充电的充电机制和传导充电EFT-B抗扰测试链路图的分析，同时结合标准提到的交流模拟供电设备，实验室对原有的测试设备进行改造，自制一套充电控制装置和交流供电电源接线盒组成的模拟交流充电桩，以实现交流220V交流电源与控制装置的完全隔离，以期解决相应的问题。

新的测试链路（图5）将CP信号置于CDN的耦合端后端，CP信号参考地接入CDN的去耦部分PE′（也即车身地），这样使得EFT-B脉冲电压信号同时施加到了CP信号和PE′上，由于PWM电压取的是两者的差值，影响相互抵消，PWM电压信号仍然是稳定的，充电过程不会因为EFT-B脉冲的施加而有任何影响。这样就实现了只针对电动汽车充电过程交流220V主电路的群脉冲干扰测试，只有当群脉冲干扰真正对车辆本身功能造成影响时才会表现出来，符合该项试验的预期。

图5 改进后的传导充电EFT-B抗扰测试链路示意图

4.2 解决方案的实施

EVSE是一个提供PWM信号的可编程控制板，它由220V市电供电，可以串接在充电电缆中，也可以独立供电。EVSE的AC-DC微型转换器将交流电转换成低压直流PWM信号，通过改变Rpp电阻值改变PWM的占空比，实现不同的充电电流大小。经过计算，确定了如表2所示常用的充电电流及对应的Rpp值：

表2 充电电流对应的Rpp值

以EVSE为基础，根据图6的电路连接示意图制作成如图7所示具有3个电流挡位的交流220V充电控制装置，使用该控制装置接入改进后的传导充电EFT-B抗扰测试链路，其输入接耦合/去耦CDN的输出端，输出接充电枪至电动汽车充电口，EVSE发出的CP信号直接与充电枪相连，与车辆控制装置通讯，实现充电控制，同时还支持将CP信号单独引出接入示波器进行监控和分析。

图6 EVSE控制板及电路连接示意图

图7 交流220V充电控制装置

4.3 解决方案的测试验证

通过对不同车辆进行多轮的测试验证，该EVSE设备的CP信号能与按国标要求设计的车辆实现正常连接，充电电流大小均能满足正常充电要求，同时在在EFT-B测试过程中没有带入其它变量，能有效反应被测车辆在传导充电EFT-B测试过程中的状况表现。

同时，该设备同样适用于浪涌（Surge）等其它同类型的电动汽车传导充电抗扰类测试，不仅可使用该控制装置组成的模拟交流充电桩进行测试链路的快速搭建，还可避免不同的充电桩在测试过程中带来的额外影响。

5 结束语

通过对电动汽车在典型的电磁兼容传导抗扰度EFT-B测试过程中的非预期充电失效问题进行原因分析，结合测试过程的链路搭建，相应测试设备的电路原理以及国标的充电机制，本实验室自主设计了一套可用于电动汽车传导抗扰度测试的模拟交流充电设备，并运用于实际测试过程中，取得了良好的实际效果。其它同类型实验室均可参照该方法进行相应的试验设置，解决电动汽车在传导抗扰度测试过程中的遇到的非预期充电失效问题。