7 essais CEM essentiels pour les véhicules électriques

Introduction

Les véhicules électriques présentent des défis de compatibilité électromagnétique uniques qui vont bien au-delà de ceux des véhicules conventionnels à moteur à combustion interne. Les packs de batteries haute tension fonctionnant à 400 V ou 800 V, les onduleurs de traction commutant des centaines d’ampères à des dizaines de kilohertz, les chargeurs embarqués, les convertisseurs DC-DC et les systèmes de gestion de batterie génèrent tous des émissions électromagnétiques significatives. Parallèlement, les systèmes électroniques sophistiqués qui contrôlent la dynamique du véhicule, les fonctions de conduite autonome et l’infodivertissement doivent rester immunisés contre ces perturbations.

Les cadres réglementaires incluant le Règlement UNECE n° 10 (ECE R10), la CISPR 25 et la série ISO 11452 définissent les essais que les véhicules électriques et leurs composants doivent réussir. Les sept essais CEM suivants constituent le coeur de tout programme de conformité des VE.

1. Émissions rayonnées

Objectif

Les essais d’émissions rayonnées garantissent que l’énergie électromagnétique involontairement rayonnée par le véhicule ou le composant n’interfère pas avec les services de communications externes, les autres véhicules ou les systèmes électroniques à proximité. Pour les VE, l’onduleur de traction et son câblage sont typiquement les sources d’émissions dominantes.

Référence normative

• Au niveau du véhicule : ECE R10 (méthodologie CISPR 12), mesuré avec une antenne à 3 m ou 10 m de distance
• Au niveau du composant : CISPR 25, mesuré dans une chambre blindée avec une antenne à 1 m de distance

Résumé de la configuration d’essai

Le véhicule ou le composant est placé dans une chambre semi-anéchoïque ou sur un site d’essai en espace libre. Une antenne de réception balaye la plage de fréquences de 150 kHz à au moins 2,5 GHz. Le véhicule est exploité dans un mode de conduite défini (moteur en fonctionnement à un couple et une vitesse spécifiés sur un dynamomètre ou avec simulation de roues). Les niveaux d’émission en crête et moyens sont comparés aux limites applicables.

2. Émissions conduites

Objectif

Les essais d’émissions conduites mesurent les courants de bruit haute fréquence qui se propagent le long du câblage d’alimentation du véhicule, des câbles de charge et des lignes de signaux. Dans les VE, le chargeur embarqué est une source critique d’émissions conduites sur la connexion secteur CA, tandis que le convertisseur DC-DC et le système de traction génèrent des bruits conduits sur les bus CC haute tension et basse tension.

Référence normative

• Au niveau du composant : CISPR 25 (150 kHz à 108 MHz sur les lignes d’alimentation et de signaux)
• Secteur CA du chargeur : CISPR 32 ou normes locales de connexion au réseau

Résumé de la configuration d’essai

Un réseau artificiel (RSIL ou RA) est inséré dans la ligne d’alimentation pour fournir une impédance de mesure définie. Un analyseur de spectre ou un récepteur de perturbations électromagnétiques mesure la tension de bruit aux bornes de la sortie du RSIL. Pour les mesures sur le bus CC haute tension, des RSIL haute tension spécialisés dimensionnés pour 1000 V CC ou plus sont nécessaires.

3. Immunité rayonnée

Objectif

Les essais d’immunité rayonnée vérifient que le véhicule et ses systèmes électroniques continuent de fonctionner correctement lorsqu’ils sont exposés à des champs électromagnétiques radiofréquence externes. Les VE doivent résister aux champs RF provenant des émetteurs de diffusion, des stations de base de téléphonie mobile, des radars des véhicules à proximité et des radios portatives utilisées à l’intérieur de l’habitacle.

Référence normative

• Au niveau du véhicule : ECE R10 (ISO 11451-2), essai de 20 MHz à 2 GHz ou plus
• Au niveau du composant : ISO 11452-2 (méthode par antenne dans une chambre blindée)

Résumé de la configuration d’essai

Le véhicule est placé dans une grande chambre semi-anéchoïque et irradié par une antenne produisant des intensités de champ calibrées de 30 V/m jusqu’à 200 V/m selon la criticité du composant. Les systèmes du véhicule sont surveillés pour détecter les dysfonctionnements, les réinitialisations, les témoins d’alerte ou les dégradations de performance. Pour les fonctions liées à la sécurité telles que le freinage et la direction, aucune dégradation n’est permise même aux niveaux d’essai les plus élevés.

4. Immunité conduite — Injection de courant en masse (BCI)

Objectif

Les essais BCI injectent un courant RF directement sur le faisceau de câblage d’un module électronique pour simuler l’effet des champs électromagnétiques se couplant au câblage du véhicule. Cette méthode est plus reproductible et plus rentable que les essais d’immunité rayonnée pour l’évaluation au niveau des composants et est largement utilisée par les constructeurs automobiles OEM.

Référence normative

• ISO 11452-4 (méthode BCI pour les essais de composants)
• Plage de fréquences typique : 1 MHz à 400 MHz

Résumé de la configuration d’essai

Une pince BCI (un transformateur de courant RF) est serrée autour du faisceau de câblage du dispositif en essai. Un amplificateur de puissance alimente la pince pour injecter un courant RF calibré. Le niveau d’injection est spécifié en milliampères (typiquement 30 mA à 300 mA selon la spécification du constructeur OEM) ou en termes de puissance incidente. Le dispositif en essai est surveillé pour détecter toute dégradation de performance pendant le balayage sur la plage de fréquences.

5. Décharge électrostatique (ESD)

Objectif

Les essais ESD simulent la décharge de la charge statique accumulée sur le corps humain vers les surfaces exposées du véhicule et les modules électroniques. Dans les climats secs, une personne sortant d’un véhicule peut accumuler 15 kV ou plus de charge statique. Une décharge vers un connecteur électronique, un écran tactile ou un panneau de commande peut provoquer des dommages immédiats ou un dysfonctionnement temporaire.

Référence normative

• ISO 10605 (ESD spécifique au secteur automobile)
• Couvre à la fois le modèle du corps humain (150 pF / 330 ohms) et un réseau alternatif (330 pF / 2000 ohms)

Résumé de la configuration d’essai

Un générateur ESD est appliqué à toutes les surfaces accessibles à l’utilisateur, aux broches de connecteurs et aux boîtiers du module électronique. Les méthodes de décharge par contact et par voie aérienne sont utilisées à des niveaux de tension de 2 kV jusqu’à 25 kV selon l’emplacement d’installation et les exigences du constructeur OEM. Le module doit soit continuer à fonctionner normalement, soit récupérer automatiquement après chaque décharge.

6. Immunité transitoire

Objectif

Les systèmes électriques 12 V et haute tension d’un véhicule génèrent des transitoires de tension sévères lors d’événements tels que le délestage de charge (déconnexion de l’alternateur), le démarrage par câbles, la commutation de charges inductives et la tension alternative superposée provenant de l’alternateur. Les modules électroniques doivent résister à ces transitoires sans dommage ni dysfonctionnement.

Référence normative

• ISO 7637-2 (perturbations conduites transitoires le long des lignes d’alimentation pour les systèmes 12 V et 24 V)
• ISO 16750-2 (charges électriques et conditions environnementales, y compris les transitoires HT)

Résumé de la configuration d’essai

Un générateur d’impulsions transitoires produit des formes d’ondes normalisées qui sont couplées sur les lignes d’alimentation du dispositif en essai. Les principaux types d’impulsions comprennent :

Impulsion	Description	Tension de crête typique
Impulsion 1	Déconnexion de charges inductives par un autre dispositif	-100 V à -150 V
Impulsion 2a	Interruption soudaine de l’alimentation du dispositif en essai (contact coupé)	+50 V à +100 V
Impulsion 2b	Interruption soudaine de l’alimentation du dispositif en essai (contact coupé, inductif)	-200 V à -600 V
Impulsion 3a/3b	Transitoires de commutation provenant de la commutation distribuée	Jusqu’à +/-200 V, répétitif rapide
Impulsion 5a	Délestage de charge suite à la déconnexion de l’alternateur	Jusqu’à +120 V (écrêté), durée 400 ms
Impulsion 5b	Délestage de charge pour les systèmes 24 V	Jusqu’à +202 V

Le dispositif en essai est surveillé tout au long de l’essai pour détecter les dysfonctionnements, les réinitialisations ou les dommages permanents.

7. Immunité aux champs magnétiques

Objectif

Des champs magnétiques basse fréquence intenses sont présents dans les VE en raison des courants élevés circulant dans le moteur de traction, les câbles de puissance et les barres omnibus de la batterie. Ces champs magnétiques peuvent interférer avec les capteurs (en particulier les capteurs de courant à effet Hall et les dispositifs magnétorésistifs), les compas de navigation et d’autres composants électroniques sensibles.

Référence normative

• ISO 11452-8 (immunité aux champs magnétiques, niveau composant)
• Plage de fréquences typique : CC à 200 kHz

Résumé de la configuration d’essai

Le dispositif en essai est placé à l’intérieur d’une bobine de Helmholtz ou d’un système similaire de génération de champ magnétique. Une intensité de champ magnétique définie (typiquement jusqu’à 1000 A/m pour les applications liées aux VE) est appliquée sur toute la plage de fréquences. Le dispositif en essai est surveillé pour détecter les erreurs de mesure, les défauts de communication ou les dégradations fonctionnelles. Cet essai est particulièrement critique pour les capteurs de courant du système de gestion de batterie et les modules capteurs ADAS.

Comment TESTUPS peut vous aider

TESTUPS offre une gamme complète de services d’essais CEM pour les véhicules électriques et leurs composants, couvrant les sept essais décrits dans cet article. Nos installations comprennent de grandes chambres semi-anéchoïques pour les essais rayonnés au niveau du véhicule, des systèmes RSIL haute tension pour les émissions conduites sur les chaînes de traction des VE, des équipements BCI et d’essais transitoires haute puissance, ainsi que des générateurs ESD calibrés pour l’ISO 10605. Nous accompagnons les constructeurs de VE et les fournisseurs de rang 1 depuis les revues de conception CEM en phase initiale jusqu’aux essais réglementaires finaux pour l’homologation de type ECE R10.

Pour plus de détails sur les essais individuels, consultez nos articles sur les essais ESD selon l’ISO 10605, les fondamentaux des essais ESD et les réglementations UNECE.