7 Testes EMC Essenciais para Veículos Elétricos

Introdução

Os veículos elétricos apresentam desafios únicos de compatibilidade eletromagnética que vão muito além dos veículos convencionais com motor de combustão interna. Pacotes de baterias de alta tensão operando a 400 V ou 800 V, inversores de tração comutando centenas de amperes a dezenas de quilohertz, carregadores de bordo, conversores DC-DC e sistemas de gerenciamento de baterias geram emissões eletromagnéticas significativas. Ao mesmo tempo, os sofisticados sistemas eletrônicos que controlam a dinâmica do veículo, as funções de condução autônoma e o infoentretenimento devem permanecer imunes a essas perturbações.

As estruturas regulatórias, incluindo a Regulamentação UNECE Nº 10 (ECE R10), a CISPR 25 e a série ISO 11452, definem os testes que os veículos elétricos e seus componentes devem passar. Os sete testes de EMC a seguir formam o núcleo de qualquer programa de conformidade para VEs.

1. Emissões Radiadas

Objetivo

O teste de emissões radiadas garante que a energia eletromagnética irradiada de forma não intencional pelo veículo ou componente não interfira com serviços de comunicação externos, outros veículos ou sistemas eletrônicos próximos. Para VEs, o inversor de tração e sua cabeação são tipicamente as fontes de emissão dominantes.

Referência Normativa

• Nível de veículo: ECE R10 (metodologia CISPR 12), medido com antena a 3 m ou 10 m de distância
• Nível de componente: CISPR 25, medido em câmara blindada com antena a 1 m de distância

Resumo da Configuração de Teste

O veículo ou componente é colocado em uma câmara semi-anecoica ou em um local de teste em área aberta. Uma antena receptora varre a faixa de frequência de 150 kHz a pelo menos 2,5 GHz. O veículo é operado em um modo de condução definido (motor funcionando em torque e velocidade especificados em um dinamômetro ou com simulação de rodas). Os níveis de emissão de pico e média são comparados com os limites aplicáveis.

2. Emissões Conduzidas

Objetivo

O teste de emissões conduzidas mede correntes de ruído de alta frequência que percorrem a fiação de alimentação do veículo, cabos de carregamento e linhas de sinal. Em VEs, o carregador de bordo é uma fonte crítica de emissões conduzidas na conexão de rede CA, enquanto o conversor DC-DC e o sistema de tração geram ruído conduzido nos barramentos CC de alta tensão e baixa tensão.

Referência Normativa

• Nível de componente: CISPR 25 (150 kHz a 108 MHz nas linhas de alimentação e sinal)
• Rede elétrica CA do carregador: CISPR 32 ou normas locais de conexão à rede

Resumo da Configuração de Teste

Uma rede artificial (LISN ou AN) é inserida na linha de alimentação para fornecer uma impedância de medição definida. Um analisador de espectro ou receptor EMI mede a tensão de ruído na saída da LISN. Para medições no barramento CC de alta tensão, são necessárias LISNs de alta tensão especializadas, classificadas para 1000 V CC ou superior.

3. Imunidade Radiada

Objetivo

O teste de imunidade radiada verifica se o veículo e seus sistemas eletrônicos continuam a funcionar corretamente quando expostos a campos eletromagnéticos de radiofrequência externos. Os VEs devem suportar campos de RF de transmissores de radiodifusão, estações base de telefonia móvel, radar de veículos próximos e rádios portáteis usados dentro da cabine.

Referência Normativa

• Nível de veículo: ECE R10 (ISO 11451-2), testado de 20 MHz a 2 GHz ou superior
• Nível de componente: ISO 11452-2 (método de antena em câmara blindada)

Resumo da Configuração de Teste

O veículo é colocado em uma grande câmara semi-anecoica e irradiado por uma antena produzindo intensidades de campo calibradas de 30 V/m até 200 V/m, dependendo da criticidade do componente. Os sistemas do veículo são monitorados quanto a mau funcionamento, reinicializações, luzes de advertência ou desempenho degradado. Para funções relacionadas à segurança, como frenagem e direção, nenhuma degradação é permitida mesmo nos níveis de teste mais elevados.

4. Imunidade Conduzida — Injeção de Corrente em Massa (BCI)

Objetivo

O teste BCI injeta corrente de RF diretamente no chicote elétrico de um módulo eletrônico para simular o efeito de campos eletromagnéticos acoplados à fiação do veículo. Este método é mais repetível e econômico do que o teste de imunidade radiada para avaliação em nível de componente e é amplamente utilizado por OEMs automotivos.

Referência Normativa

• ISO 11452-4 (método BCI para testes de componentes)
• Faixa de frequência típica: 1 MHz a 400 MHz

Resumo da Configuração de Teste

Uma pinça BCI (um transformador de corrente de RF) é fixada ao redor do chicote elétrico do dispositivo sob teste. Um amplificador de potência aciona a pinça para injetar uma corrente de RF calibrada. O nível de injeção é especificado em miliamperes (tipicamente 30 mA a 300 mA, dependendo da especificação do OEM) ou em termos de potência direta. O DUT é monitorado quanto à degradação de desempenho durante a varredura ao longo da faixa de frequência.

5. Descarga Eletrostática (ESD)

Objetivo

O teste de ESD simula a descarga de carga estática acumulada no corpo humano em superfícies expostas do veículo e módulos eletrônicos. Em climas secos, uma pessoa saindo de um veículo pode acumular 15 kV ou mais de carga estática. Uma descarga em um conector eletrônico, tela sensível ao toque ou painel de controle pode causar dano imediato ou mau funcionamento temporário.

Referência Normativa

• ISO 10605 (ESD específica para automotivo)
• Cobre tanto o Modelo de Corpo Humano (150 pF / 330 ohm) quanto uma rede alternativa (330 pF / 2000 ohm)

Resumo da Configuração de Teste

Um gerador de ESD é aplicado a todas as superfícies acessíveis ao usuário, pinos de conectores e carcaças do módulo eletrônico. Tanto os métodos de descarga por contato quanto por ar são utilizados em níveis de tensão de 2 kV até 25 kV, dependendo da localização de instalação e dos requisitos do OEM. O módulo deve continuar operando normalmente ou recuperar-se automaticamente após cada descarga.

6. Imunidade a Transitórios

Objetivo

Os sistemas elétricos de 12 V e alta tensão de um veículo geram transitórios de tensão severos durante eventos como descarga de carga (desconexão do alternador), partida auxiliar, comutação de carga indutiva e tensão alternada sobreposta do alternador. Os módulos eletrônicos devem suportar esses transitórios sem danos ou mau funcionamento.

Referência Normativa

• ISO 7637-2 (perturbações conduzidas transitórias nas linhas de alimentação para sistemas de 12 V e 24 V)
• ISO 16750-2 (cargas elétricas e condições ambientais, incluindo transitórios de alta tensão)

Resumo da Configuração de Teste

Um gerador de pulsos transitórios produz formas de onda padronizadas que são acopladas às linhas de alimentação do DUT. Os principais tipos de pulso incluem:

Pulso	Descrição	Tensão de Pico Típica
Pulso 1	Desconexão de cargas indutivas por outro dispositivo	-100 V a -150 V
Pulso 2a	Interrupção súbita da alimentação do DUT (ignição desligada)	+50 V a +100 V
Pulso 2b	Interrupção súbita da alimentação do DUT (ignição desligada, indutivo)	-200 V a -600 V
Pulso 3a/3b	Transitórios de comutação distribuída	Até +/-200 V, repetitivos rápidos
Pulso 5a	Descarga de carga por desconexão do alternador	Até +120 V (limitado), duração 400 ms
Pulso 5b	Descarga de carga para sistemas de 24 V	Até +202 V

O DUT é monitorado durante todo o teste quanto a mau funcionamento, reinicializações ou danos permanentes.

7. Imunidade a Campos Magnéticos

Objetivo

Campos magnéticos de baixa frequência intensos estão presentes em VEs devido às altas correntes que fluem através do motor de tração, cabos de energia e barramentos da bateria. Esses campos magnéticos podem interferir com sensores (especialmente sensores de corrente de efeito Hall e dispositivos magnetorresistivos), bússolas de navegação e outros eletrônicos sensíveis.

Referência Normativa

• ISO 11452-8 (imunidade a campos magnéticos, nível de componente)
• Faixa de frequência típica: CC a 200 kHz

Resumo da Configuração de Teste

O DUT é colocado dentro de uma bobina de Helmholtz ou sistema similar de geração de campo magnético. Uma intensidade de campo magnético definida (tipicamente até 1000 A/m para aplicações relacionadas a VEs) é aplicada ao longo da faixa de frequência. O DUT é monitorado quanto a erros de medição, falhas de comunicação ou degradação funcional. Este teste é particularmente crítico para sensores de corrente do sistema de gerenciamento de bateria e módulos de sensores ADAS.

Como a TESTUPS Pode Ajudar

A TESTUPS oferece um conjunto completo de serviços de testes EMC para veículos elétricos e seus componentes, cobrindo todos os sete testes descritos neste artigo. Nossas instalações incluem grandes câmaras semi-anecoicas para testes de radiação em nível de veículo, sistemas LISN de alta tensão para emissões conduzidas em trens de potência de VEs, equipamentos de teste BCI e transitórios de alta potência e geradores de ESD calibrados para a ISO 10605. Apoiamos fabricantes de VEs e fornecedores tier-one desde as revisões de EMC na fase inicial de projeto até os testes regulatórios finais para homologação de tipo ECE R10.

Para mais detalhes sobre testes individuais, consulte nossos artigos sobre testes ESD ISO 10605, fundamentos de teste ESD e regulamentações UNECE.