科电ETS

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"绿牌车"动力电池EMC测试案例

2021-4-2 12:34:10 显示全部楼层
本帖最后由 科电ETS 于 2021-4-2 14:00 编辑

你知道最近上海家庭消费支出在哪里吗?——抢房、拍牌、买新能源车-牌。

放眼全国,国民汽车品牌五菱的MINI EV更是以单月销量最高的纯电动车把持续占据销量榜首的Model 3踩在脚下~


然而新能源车的电池总是比车本身更具话题——续航、动力、充电、环保、制热、加速、耗电、燃烧……


所以今天就来讲新能源汽车动力电池及其管理系统的EMC测试与整改案例。


引言:


BMS是电池包的关键和核心,在实现整车能量管理的同时,肩负着准确估计多项控制策略的功能。汽车电子部件的电磁兼容性能指该部件在其所处的车内及车外电磁环境中符合功能要求稳定运行且不对其他部件产生无法忍受的电磁骚扰。

BMS在整车运行功能中的重要性要求其必须具备优良的电磁兼容性能。

一直以来,对于BMS的EMC测试没有相应的国家标准规定其测试项目以及性能要求,各大主机厂以及供应商均采用汽车零部件通用标准,或者采用由这些通用标准以及企业自身状况制定的企业标准,造成了对于BMS EMC性能一直没有一个统一的要求,直到GB/T38661-2020的发布。


1.jpg


2、GB/T38661-2020 EMC测试解析

GB/T38661-2020《电动汽车用电池管理系统技术条件》规定,在进行BMS的EMC试验时,应由BMS生产企业提供电池,与BMS一起构成基本测试单元模拟实际安装情况进行试验。

试验过程中记录电池管理系统采集的数据(单体或电芯组电压采集通道数不少于2个,温度采集通道数不少于1个),并与检测设备检测的对应数据进行比较。应使用隔离装置将辅助设备(如上位机及监控软件)进行隔离。充放电电流应不小于电池管理系统电流测量满量程的2%。测试系统搭建示意如图1所示。


2.jpg


GB/T18655-2010的3级限值线是目前大多数主机厂及供应商对零部件电磁传导骚扰及电磁辐射骚扰的评价指标,但也有企业依据自身情况并结合该限值制定自身的企业标准限值,虽然电压法与电流法均是评价BMS产生的电磁噪声沿线束向外的传播,电压法仅是针对电源线束,而电流法使用电流卡钳进行测试,其不仅能对电源线束的传导噪声进行测试,亦可将其卡在信号线束上一评估BMS电磁噪声沿信号线束的传播情况,故为更好地评估BMS电磁兼容性能,电压法与电流探头法均是有必要的。

另一类测试项目是电磁抗干扰测试。电磁抗干扰测试又分为时域抗干扰和频域抗干扰,具体测试项目

如下表:


3.png


BMS 系统进行电磁抗扰试验的功能状态等级分类如下表:


4.png


针对BMS的频域电磁抗干扰测试,根据测试频段的不同,测试方法存在差异。在15Hz~150kHz频率范围,主要考核BMS的磁场抗干扰性能,依据ISO11452-8:2015规定的试验方法进行实验,试验等级为III级;在1MHz~400MHz频率范围内,依据GB/T33014.4进行60mA电流强度的大电流注入抗扰度测试;在400MHz~2GHz频率范围,进行场强等级30V/m的自由场法抗扰度试验。如无特殊规定,BMS频域法电磁抗扰度的试验结果需满足表2中规定的A级。


针对BMS的时域电磁抗干扰测试,根据时域波形以及耦合形式的差异有具体的区分。电源线瞬态传导抗扰度测试依据GB/T21437.2-2008标准考核将不同形式额脉冲叠加到BMS电源线上时BMS的工作状况,试验严酷等级为III级,针对标准中规定的不同的脉冲,BMS的功能状态需要满足表2中的要求如表3。


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6.png


3、BMS的电磁骚扰问题及分析

对某一款电池包及管理系统进行电磁骚扰测试时,发现其电磁骚扰超过GB/T18655-2010的III级限值,以电流法为例进行测试结果分析并进行整改优化


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图3为电流探头在低压线束,即BMS电源线及信号线,750mm位置时的测量结果数据。由数据可知,在50MHz~108MHz频段内,测量结果的峰值数据和平均值数据均有不同程度的超标现象


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电流法测试的实质是考察线束上电磁骚扰信号耦合至电流钳的能量大小。这种信号产生的根源在于PCB内部的高频信号,在PCB印制线之间的寄生电容以及寄生电感的作用下,并有电池包内部布线以及机械结构的影响下,沿线束传导至电池包外部,最终耦合的电流探头。

通常情况下的电磁骚扰不合格整改措施分为三种,接地、屏蔽和滤波,相对来说设计滤波电路的方式最容易后期工程化。在本案例中,选择设计滤波电路的方式进行整改,具体措施如下:

1)在BMS12V电源线和CAN通讯线上增加共模扼流圈以及Y电容(差模电容)

2)在I/O线上增加T型滤波


4、BMS的电磁抗扰问题及分析:


在电磁抗扰试验实质是考察样品在外界电磁干扰情况下的工作状态。在针对某款电池包及其BMS进行GB/T38661-2020中规定的项目进行电磁抗扰试验时,电磁辐射抗扰度(ALSE法)和磁场抗扰度试验均能够通过测试,但在进行大电流注入试验时,当测试强度为50mA时,BMS不能正常监控电池包状态。

考虑到后期工程化整改,对于大电流注入试验的整改措施选择滤波加屏蔽的方式进行,在BMS低压电源电路上增加滤波电路如图6a)所示,并在CAN通讯线增加屏蔽措施如图6b)所示。增加上述整改措施后,样品能够满足标准中要求的60mA大电流注入抗扰等级要求。


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本文结合GB/T38661-2020《电动汽车用电池管理系统技术条件》中的电磁兼容部分,针对某一款电池包及其管理系统在测试中遇到的问题进行分析并给出了有效的整改措施。




我是科测君~分享科技干货,让测试变得如此简单!






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