您现在的位置是:主页 > 汽车电子 >


电动汽车EMC测试中的交流充电模拟方法研究与应用

2020-04-06 23:28汽车电子 人已围观

简介由于充电设备内的开关管及电气器件的存在,充电进行时在交流充电桩内及相关的充电线缆上会存在很多电磁噪声 , 致使许多充电测试中由于交流充电桩的不同摆放位置而造成骚扰源不...

  由于充电设备内的开关管及电气器件的存在,充电进行时在交流充电桩内及相关的充电线缆上会存在很多电磁噪声 , 致使许多充电测试中由于交流充电桩的不同摆放位置而造成骚扰源不明确、测试结果差异较大。本文提出了一种模拟交流充电桩单独检测汽车充电电磁兼容性能的检测方法,并与实际充电桩传统充电测试进行了比较,可为电动汽车充电电磁兼容检测提供新思路。
  

  1车辆交流充电过程介绍

  
  1.1车辆交流充电模式介绍
  
  根据 GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第 1 部分通用要求》,目前车辆交流充电模式可分为模式 1、模式 2、模式 3 等三种情况 :
  
  模式 1 :将电动汽车连接到交流电网,车辆与交流电网仅通过电缆直接连接,能量传输过程中采用单相交流供电,且不超过 8 A。
  
  模式 2 :将电动汽车连接到交流电网,使用充电电缆上控制保护装置将电动汽车与交流电网直接连接,能量传输过程中采用单相交流供电,最大不超过 16 A。
  
  模式 3 :将电动汽车连接到交流电网,使用连接到交流电网的专用供电设备将电动汽车与交流电网连接, 并且在专用供电设备上安装了控制导引装置,采用单项供电时,电流不大于 32 A。
  
  考虑到安全及用电监控问题,目前通常使用的交流充电模式为模式 2、模式 3,因此传统的电动汽车充电设备至少需要具有以下功能:保护接地导体连续性的持续监测、电动汽车与供电设备的正确连接的确认、供电控制功能、断电控制功能、充电电流的检测。
  
  1.2车辆交流充电控制原理及工作过程
  
  为保证以上功能的实现,目前在充电设备向电动汽车进行交流充电时,仅当电动汽车供电设备和电动汽车之间的控制导引功能与允许通电状态信号建立正确关系时,电动汽车供电设备才可向电动汽车供电 ;当控制导引功能中断、或控制导引信号不允许充电、或充电设备门打开等活动造成带电部位露出时,应切断对电动汽车的供电,但控制导引电路可以保持通电。供电设备通过 PWM(脉冲宽度调制)波或其他数字通信技术得知电动汽车最大可用电流值,该值不应超过供电设备额定电流、连接点额定电流中的最小值。
  图 1   充电模式连接原理图
  图 1   充电模式连接原理图
  
  根据图 1 充电模式连接原理图及充电设备功能要求,充电过程可分为以下步骤:
  
  充电插头与电动车辆的充电插座插合,根据合理的控制方案,此时应使车辆处于不可行驶状态 ;
  
  (2)确认车辆接口已完全连接,通过测量检测点 3 与 PE 之间的电阻值来判断车辆插头与插座是否完全连接;未连接时,S3 处于闭合状态,CC 未连接,监测点 3 与 PE 之间的电阻值为无限大 ;半连接时,S3 处于断开状态,CC 已连接,监测点 3 与 PE 之间的电阻值为 RC+R4 ;完全连接时,S3 处于闭合状态,CC 已连接, 监测点 3 与 PE 之间的电阻值为 RC ;
  
  (3)供电设备确认充电连接装置是否已完全连接, 确认连接后开关 S1 切换至 PWM 连接状态,供电设施发出 PWM 信号,车辆控制装置通过测量检测点 1 的电压值判断充电连接装置是否完全连接 ;
  
  (4)车辆准备就绪,开关 S2 闭合,车辆处于充电请求或可充电状态 ;
  
  (5)供电设备准备就绪,通过测量检测点 1 的峰值电压值,来控制连接 L、N 线,使交流充电回路导通 ;
  
  (6)当电动汽车和供电设备建立电气连接后,车辆控制装置通过判断检测点 2 的 PWM 信号占比确认供电设备的最大可供电能力,并判断检测 3 和地线之间的电阻值来确认电缆的额定电流值,将这两个值与车载充电机的额定值比较,将最小值设定为交流充电最大充电电流,开始进行交流充电。
  

  2车辆交流充电电磁兼容试验介绍与分析

  
  2.1充电电磁兼容测试介绍
  
  目前电动汽车交流充电电磁兼容试验分为传导类、辐射类及抗扰类等,每种电动车交流充电电磁兼容测量都需要采用国际通用的线性阻抗稳定网络(LISN),它可以隔离电网上的电波干扰,提供稳定的测试阻抗, 并起到滤波的作用,还将被测设备从电源端向外传输的传导骚扰信号尽量无损耗地传送至接收机。以 ECE R10.05《关于车辆电磁兼容性的统一规定》为例,充电传导类、充电辐射类及充电抗扰类试验布置图分别如图 2 所示。
  图 2 ECE R10.05 三类试验布置
  图 2 ECE R10.05 三类试验布置
  
  另外为了考验车载充电机对于受到电能质量干扰时的抗扰能力,还需要对车辆进行 EFT(电快速瞬变脉冲群)及浪涌试验,即利用干扰耦合器对充电的 LN 及PE 线间耦合相应的干扰波形直接向车载充电机供电, 试验布置如图 3 所示。
  图 3 ECE R10.05 EFT 及浪涌布置
  图 3 ECE R10.05 EFT 及浪涌布置
  
  2.2传统充电测试试验中存在的问题
  
  由于目前国际上现行的标准中没有详细规定充电设备在测试时的具体摆放位置,造成了对车辆进行交流充电电磁兼容测试结果不准确的现象,例如 :
  
  (1)充电辐射类测试,将供电设备与车辆一同置于暗室内测试时,由于充电桩内部存在供电控制单元及监控单元等诸多数字和模拟电路,工作时会发出高次谐波信号,对外产生很严重的电磁辐射。
  
  (2)传导类试验中,如果将 LISN 置于电网与充电设备间,由于充电设备需要将电网电压整流降压后向CP 信号发生器等低压电路供电,整流电路与降压电路中的开关管在工作时,会由于其反向恢复电流及瞬间的电压变化对地形成共模电流回路,在交流高压线形成共模电流骚扰。这些骚扰会通过 LISN 被接收机捕获, 并与电动车辆的骚扰一同记录为测量结果,造成传导测试结果不能准确的评估电动车辆的电磁兼容性能。
  
  抗扰类试验时,如果将充电设备置于暗室内, 当车辆充电出现异常时,无法直接判断是车辆端受到电磁干扰造成充电失败还是由于充电设备受到干扰造成充电试验失败,存在试验对象不唯一问题,严重影响对车辆抗干扰能力的判断。
  
  EFT 及浪涌试验时,由于是在电网端进行干扰信号耦合,当利用供电设备进行车辆充电试验时,直接的受到 EFT 及浪涌干扰的对象为充电设备,当试验出现充电异常现象时无法直接判断出是车辆问题还是供电设备问题。并且由于车辆并非第一受干扰设备,车辆实际受到的干扰强度并非为 EFT 或浪涌耦合设备提供的强度,会造成对车辆实际抗扰能力的误判。
  

  3车辆交流充电模拟充电方法

  
  为了避免以上各种问题发生,本文提出了一种模拟充电方法。该方法使用一种模拟充电设备替代传统充电设备,排除了充电设备对桩的影响,保证测量时仅车辆端处于充电状态,该方法的结构框图如图 4 所示。电动汽车交流充电状态时,仅需给定车辆交流电压、再连接好 PE 及接通 CC、CP 信号线,保证车端与桩端充电畅通即可使电动汽车与电网连接进行交流充电。根据图 1 和电动汽车充电通路原理可知,其中 CC 信号仅是一个置于充电枪头的电阻上的电压值,用于确认充电枪是否与电动汽车连接,并且其电阻和连接开关均设置在充电枪头。因此实验时仅需将充电枪头的零线、火线直接与电网电压的零线火线连接,并保证与电网共地,利用信号发生器产生与 CP 信号占空比相同的方波信号模拟充电桩的 CP 信号,并将 CC 信号引脚悬空即可实现电动汽车交流充电时的 L、N、PE、CC、CP 的正常工作, 保证电动汽车能正常充电。
  图 4 电动汽车交流充电模拟方法结构图
  图 4 电动汽车交流充电模拟方法结构图
  
  对于暗室内的充电试验时,考虑到信号发生器作为电气设备同样会影响测试结果,需将信号发生器置于暗室外,但如果直接使用电气线路传输 CP 信号需要较长线路在暗室内部传输信号,根据天线原理,线缆过长信号回路大,在暗室内会形成较强的电磁辐射。导线的辐射电场强度的估算公式如下 :
  
  公式1
  
  式(1)中,I  是电流大小,l 是导线长度,λ 是波长,r 是测试点与骚扰源的距离。导线越长辐射的电场越大,同时过长的线路阻抗较大,会造成一定的信号衰减,可能会造成车辆无法正常充电。因此选择将信号经过光电转换处理后转换成衰减小、无电磁骚扰的光信号进行传输,并在充电枪端使用 EMC 专用光电转换器,再将光信号转换为电信号传输给车辆,控制充电过程。同时,该充电方法可通过调节波形发生器发出的CP 信号占空比控制充电电流大小,实现充电电流的任意调节,来满足不同充电电流测试条件下的要求,使得该充电方法有更为广泛的应用范围,充电电流大小与占空比的关系如下:
  
  公式2
  
  式(2)中 :D 为 CP 信号的占空比,IMAX 为允许的最大充电电流。

Tags:

标签云