7 alapvető EMC vizsgálat elektromos járművekhez

Bevezetés

Az elektromos járművek egyedi elektromágneses összeférhetőségi kihívásokat jelentenek, amelyek messze túlmutatnak a hagyományos belső égésű motoros járművek problémáin. A 400 V vagy 800 V feszültségen működő nagyfeszültségű akkumulátor-csomagok, a több száz ampert tíz kilohertz-es frekvencián kapcsoló vontatási inverterek, a fedélzeti töltők, DC-DC átalakítók és akkumulátor-kezelő rendszerek mind jelentős elektromágneses kibocsátásokat generálnak. Ugyanakkor a jármű dinamikáját, autonóm vezetési funkcióit és szórakoztató rendszereit vezérlő kifinomult elektronikus rendszereknek zavartűrőnek kell maradniuk ezekkel a zavarásokkal szemben.

A szabályozási keretrendszerek, beleértve az UNECE 10. számú Előírást (ECE R10), a CISPR 25-öt és az ISO 11452 sorozatot, meghatározzák azokat a vizsgálatokat, amelyeket az elektromos járműveknek és alkatrészeiknek teljesíteniük kell. Az alábbi hét EMC vizsgálat képezi minden EV megfelelőségi program magját.

1. Sugárzott kibocsátás

Cél

A sugárzott kibocsátás vizsgálat biztosítja, hogy a jármű vagy alkatrész által nem szándékosan kisugárzott elektromágneses energia ne zavarja a külső kommunikációs szolgáltatásokat, más járműveket vagy a közelben lévő elektronikus rendszereket. Az EV-k esetében a vontatási inverter és kábelezése jellemzően a domináns kibocsátási forrás.

Szabvány hivatkozás

• Jármű szint: ECE R10 (CISPR 12 módszertan), 3 m vagy 10 m távolságból antennával mérve
• Alkatrész szint: CISPR 25, árnyékolt kamrában 1 m távolságból antennával mérve

Vizsgálati összeállítás összefoglaló

A járművet vagy alkatrészt félig visszhangmentes kamrában vagy szabad téri vizsgálóhelyen helyezik el. A vevőantenna 150 kHz-től legalább 2,5 GHz-ig pásztázza a frekvenciatartományt. A járművet meghatározott vezetési módban működtetik (a motor meghatározott nyomatékon és fordulatszámon fut dinamométeren vagy kerékszimuláció mellett). A csúcs és átlagos kibocsátási szinteket összehasonlítják az alkalmazandó határértékekkel.

2. Vezetett kibocsátás

Cél

A vezetett kibocsátás vizsgálat méri a jármű tápellátó vezetékezésén, töltőkábelein és jelvezetékein terjedő nagyfrekvenciás zavarjeleket. Az EV-knél a fedélzeti töltő a vezetett kibocsátás kritikus forrása az AC hálózati csatlakozáson, míg a DC-DC átalakító és a vontatási rendszer a nagyfeszültségű és kisfeszültségű DC buszokra generál vezetett zajt.

Szabvány hivatkozás

• Alkatrész szint: CISPR 25 (150 kHz - 108 MHz a táp- és jelvezetékeken)
• Töltő AC hálózati: CISPR 32 vagy helyi hálózatcsatlakozási szabványok

Vizsgálati összeállítás összefoglaló

Mesterséges hálózatot (LISN vagy AN) iktatnak be a tápvezetékbe egy meghatározott mérési impedancia biztosítására. Spektrumanalizátor vagy EMI vevő méri a zavarfeszültséget a LISN kimeneti pontján. Nagyfeszültségű DC busz mérésekhez speciális, 1000 V DC vagy magasabb feszültségre méretezett nagyfeszültségű LISN-ek szükségesek.

3. Sugárzott zavartűrés

Cél

A sugárzott zavartűrési vizsgálat ellenőrzi, hogy a jármű és elektronikus rendszerei továbbra is helyesen működnek-e külső rádiófrekvenciás elektromágneses tereknek kitéve. Az EV-knek el kell viselniük a műsorszóró adók, mobiltelefon bázisállomások, közeli jármű radarok és az utastérben használt kézi rádiók RF tereit.

Szabvány hivatkozás

• Jármű szint: ECE R10 (ISO 11451-2), 20 MHz-től 2 GHz-ig vagy magasabb frekvenciáig vizsgálva
• Alkatrész szint: ISO 11452-2 (antennamódszer árnyékolt kamrában)

Vizsgálati összeállítás összefoglaló

A járművet nagy méretű félig visszhangmentes kamrában helyezik el, és egy kalibrált térerősséget előállító antennával sugározzák be, 30 V/m-től akár 200 V/m-ig az alkatrész kritikussága függvényében. A jármű rendszereit figyelik az esetleges hibák, újraindulások, figyelmeztető jelzések vagy teljesítményromlás szempontjából. A biztonsággal kapcsolatos funkciók, mint a fékezés és a kormányzás esetében még a legmagasabb vizsgálati szinteken sem megengedett a teljesítményromlás.

4. Vezetett zavartűrés — Vezetett áraminjektálás (BCI)

Cél

A BCI vizsgálat közvetlenül az elektronikus modul kábelkötegébe injektál RF áramot, szimulálva az elektromágneses tereknek a jármű kábelezésére történő csatolódásának hatását. Ez a módszer megismételhetőbb és költséghatékonyabb, mint a sugárzott zavartűrési vizsgálat az alkatrész-szintű értékeléshez, és a gépjárműipari OEM-ek széles körben alkalmazzák.

Szabvány hivatkozás

• ISO 11452-4 (BCI módszer alkatrészvizsgálathoz)
• Jellemző frekvenciatartomány: 1 MHz - 400 MHz

Vizsgálati összeállítás összefoglaló

BCI szorítót (RF áramváltó) szorítanak a vizsgált eszköz kábelkötegére. Egy teljesítményerősítő meghajtja a szorítót, hogy kalibrált RF áramot injektáljon. Az injektálási szintet milliamperben adják meg (jellemzően 30 mA-tól 300 mA-ig az OEM specifikáció függvényében) vagy csatolási teljesítmény formájában. A vizsgált eszközt a frekvenciatartomány végigpásztázása során a teljesítményromlás szempontjából figyelik.

5. Elektrosztatikus kisülés (ESD)

Cél

Az ESD vizsgálat szimulálja az emberi testen felhalmozódott sztatikus töltés kisülését a jármű kitett felületeire és elektronikus moduljaira. Száraz éghajlaton a járműből kiszálló személy 15 kV vagy annál nagyobb sztatikus töltést halmozhat fel. Az elektronikus csatlakozóra, érintőképernyőre vagy kezelőpanelre történő kisülés azonnali károsodást vagy átmeneti hibás működést okozhat.

Szabvány hivatkozás

• ISO 10605 (gépjárműspecifikus ESD)
• Lefedi mind az emberi test modellt (150 pF / 330 ohm), mind az alternatív hálózatot (330 pF / 2000 ohm)

Vizsgálati összeállítás összefoglaló

ESD generátort alkalmaznak az elektronikus modul összes felhasználó által hozzáférhető felületére, csatlakozó tüskeire és házára. Érintéses kisülési és légkisülési módszert egyaránt alkalmaznak 2 kV-tól 25 kV-ig terjedő feszültségszinteken a beépítési hely és az OEM követelmények függvényében. A modulnak vagy folyamatosan normálisan kell működnie, vagy minden kisülés után automatikusan helyre kell állnia.

6. Tranziens zavartűrés

Cél

A jármű 12 V-os és nagyfeszültségű elektromos rendszerei súlyos feszültségtranzienseket generálnak olyan események során, mint a terhelés-ledobás (generátor leválasztás), indítósegély, induktív terheléskapcsolás és a generátor által szuperponált váltakozó feszültség. Az elektronikus moduloknak károsodás vagy hibás működés nélkül el kell viselniük ezeket a tranzienseket.

Szabvány hivatkozás

• ISO 7637-2 (tranziens vezetett zavarások a tápvezetékeken 12 V és 24 V rendszereknél)
• ISO 16750-2 (elektromos terhelések és környezeti feltételek, beleértve a nagyfeszültségű tranzienseket)

Vizsgálati összeállítás összefoglaló

Tranziens impulzusgenerátor állítja elő a szabványosított hullámformákat, amelyeket a vizsgált eszköz tápvezetékeire csatolnak. A főbb impulzustípusok a következők:

Impulzus	Leírás	Jellemző csúcsfeszültség
1. impulzus	Induktív terhelés leválasztása másik eszköz által	-100 V - -150 V
2a impulzus	A vizsgált eszköz tápellátásának hirtelen megszakítása (gyújtás ki)	+50 V - +100 V
2b impulzus	A vizsgált eszköz tápellátásának hirtelen megszakítása (gyújtás ki, induktív)	-200 V - -600 V
3a/3b impulzus	Elosztott kapcsolásból eredő kapcsolási tranziensek	±200 V-ig, gyors ismétlődésű
5a impulzus	Terhelés-ledobás generátor leválasztásból	+120 V-ig (korlátozott), időtartam 400 ms
5b impulzus	Terhelés-ledobás 24 V rendszereknél	+202 V-ig

A vizsgált eszközt a vizsgálat során végig figyelik a hibás működés, újraindulás vagy maradandó károsodás szempontjából.

7. Mágneses tér zavartűrés

Cél

Az EV-kben erős alacsony frekvenciájú mágneses terek vannak jelen a vontatómotor, tápkábelek és akkumulátor gyűjtősínek nagy áramai miatt. Ezek a mágneses terek zavarhatják az érzékelőket (különösen a Hall-effektus áramérzékelőket és magnetorezisztív eszközöket), a navigációs iránytűket és más érzékeny elektronikát.

Szabvány hivatkozás

• ISO 11452-8 (mágneses tér zavartűrés, alkatrész szint)
• Jellemző frekvenciatartomány: DC - 200 kHz

Vizsgálati összeállítás összefoglaló

A vizsgált eszközt Helmholtz-tekercs vagy hasonló mágneses teret előállító rendszer belsejébe helyezik. Meghatározott mágneses térerősséget (jellemzően EV-vel kapcsolatos alkalmazásoknál 1000 A/m-ig) alkalmaznak a frekvenciatartomány mentén. A vizsgált eszközt figyelik a mérési hibák, kommunikációs hibák vagy funkcionális teljesítményromlás szempontjából. Ez a vizsgálat különösen kritikus az akkumulátor-kezelő rendszer áramérzékelői és az ADAS érzékelőmodulok számára.

Hogyan segíthet a TESTUPS

A TESTUPS teljes körű EMC vizsgálati szolgáltatást kínál elektromos járművekhez és alkatrészeikhez, lefedve mind a hét, ebben a cikkben ismertetett vizsgálatot. Létesítményeink közé tartoznak nagy méretű félig visszhangmentes kamrák jármű-szintű sugárzott vizsgálatokhoz, nagyfeszültségű LISN rendszerek EV hajtáslánc vezetett kibocsátásvizsgálatához, nagy teljesítményű BCI és tranziens vizsgálóberendezések, valamint kalibrált ESD generátorok az ISO 10605-höz. Támogatjuk az EV gyártókat és elsőkörös beszállítókat a korai tervezési fázis EMC felülvizsgálatától a végleges szabályozási vizsgálatig az ECE R10 típusjóváhagyás érdekében.

Az egyes vizsgálatokról bővebb információért tekintse meg cikkeinket az ISO 10605 ESD vizsgálatról, az ESD vizsgálati alapokról és az UNECE előírásokról.