测试与测量
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2021年第1期 安全与电磁兼容
引言
汽车的电磁兼容性主要研究如何保证汽车在行驶过程中，车上各个电气设备不互相影响，能够正常工作。燃料电池汽车虽然没有点火系统，但是有大电流高压电的电气驱动系统，还有各种继电器和电子开关，以及各种高频信号振荡源。这些不仅是对外潜在的骚扰发射源，也是车载电器设备自身的骚扰源[1]
，从而使得燃料电池汽车所处的车内外环境更加复杂。
燃料电池发动机作为燃料电池的核心部件，其电磁兼容性能将直接关系到整车的电磁兼容性能。目前国内外还没有针对燃料电池整车及其关键部件的电磁兼容性进行测评的相关标准，并且电磁兼容暗室在建设之初并未考虑燃料电池的相关测试，因此为保证整个试验过程能够安全、有序的进行，本文给出了一种半电波暗室的改建方法，并以燃料电池发动机为例给出了推荐的试验布置；最后，通过具体示例给出了某款燃料电池发动机的测试结果。以期为后续相关行业、国家标准的制定提供支撑。
1 半电波暗室改建方案
1.1 氢燃料电池汽车的安全问题
氢燃料电池电动汽车的工作原理如图1所示。工作步骤如下：
① 进气口输入氢气和氧气；
② 氧气和氢气被输送到燃料电池堆栈；③ 化学反应产生电流和水蒸气；④ 电流输送到电动机；⑤ 电动机带动车辆前进；⑥ 排出水蒸气。
当氢气和空气未完全反应时，排出的尾气中不仅有水，还会有未反应的氢气。若直接将尾气排放到暗室内，当氢气达到一定浓度后，极易发生爆炸。
1.2 半电波暗室改建方案
针对上述的安全问题，一方面需要将暗室中的空气及时排放到暗室外，即增加空气外循环系统；另一方面，需要将产生的尾气及时排除到外界环境中。因此需要对暗室的空气循环系统和尾气排放装置进行升级改造。
燃料电池电动汽车作为密闭空间，半电波暗室在建设之初并未考虑燃料电池整车及其关键部件的测试。因此，考虑到燃料电池整车及其关键部件中以下几个方面的安全问题，给出了半电波暗室的改建方案（见表1）。
摘要
以燃料电池发动机为研究对象，通过分析其工作特性，给出了一种对已有电磁兼容测试的半电波暗室改建方法，以保证整个试验过程能够安全、有序的运行，并给出了推荐的试验布置和试验方法。最后，以辐射发射为例，对某款燃料电池发动机样品的电磁兼容性能进行了测试分析。关键词
燃料电池汽车；燃料电池发动机；半电波暗室改建；电磁兼容Abstract
The article takes the fuel cell engine as the research object, by analyzing its working characteristics, a method of reconstructing the existing semi anechoic chamberis given to ensure the safe and orderly operation of the entire test process. And then the recommended test arrangement and method are given. Finally, based on radiation emission test, the EMC performance of the fuel cell engine is analyzed.
Keywords
fuel cell vehicles; fuel cell engine; semi anechoic chamberis reconstruct; EMC
燃料电池发动机电磁兼容测试方法研究
Research on EMC Test Methods for Fuel Cell Engine
1
中国汽车技术研究中心有限公司
2
中汽研汽车检验中心（天津）有限公司
蒋莉1,2 柳海明1 陈希琛1,2 吴在园1,2 张旭1
图1
氢燃料电池电动汽车工作原理
TESTING & MEASUREMENT
48SAFETY & EMC No.1 2021
2 燃料电池发动机EMC 测试方案及布置
通过与多个供应商交流，燃料电池发动机与DC/DC 变换器组合测试时工作状态更加稳定，且系统的测试更能反映实车状态。考虑到燃料电池发动机单独测试时与普通高压部件测试布置基本一致，因此本文主要给出了燃料电池发动机与DC/DC 变换器的两种组合方式。
组合方案（1）：燃料电池发动机与DC/DC 变换器集成为一体，该方式与燃料电池发动机单独测试时布置基本一致；
组合方案（2）：燃料电池发动机与DC/DC 变换器分开布置，规定两者之间的线束长度为1 m，且需要增加天线正对该线束的测试点。
下面给出了燃料电池发动机与DC/DC 变换器组合方案（2）的测试布置，包括辐射骚扰测试（布置为图3（a）与图3（b）组合）和辐射抗扰测试（布置为图3（a）），其相关的布置规定见表2。
3 燃料电池发动机测试示例
以某款燃料电池发动机为例，依托上述改建后的暗室环境对其电磁兼容性能进行辐射发射测试。燃料电池发动机和DC/DC 变换器为组合方案（2）。按照图3进行测试布置，评价限值按照GB/T 18655-2010 《车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量方法》中辐射发射限值等级3。
图4~图7分别给出了使用棒天线（0.15~30 MHz）、双锥天线（20~200 MHz）、对数天线（200 MHz~1 GHz）、 喇叭天线（1~2.5 GHz）垂直极化时的测试结果。
由图4~图7可知，燃料电池发动机的测试结果在不同频段均出现不同程度的超标现象，也进一步说明其电磁兼容性能是不容忽略的。
4 结语
分析了燃料电池汽车的工作状态，给出了一种半电波暗室改建方法以使其满足燃料电池发动机测试要求，
（a）燃料电池发动机的测试布置
（b）DC/DC 变换器测试布置
图2 半电波暗室改建方案
图3
辐射骚扰测试布置图示例
说明：
1-燃料电池发动机； 2- 接地平面；3-低相对介电常数材料支撑； 4-接地带；5-低压线束；6-高压线束；7-阻抗匹配网络；8-低压人工网络；9-高压人工网络；10-低压电源线；11-高压电源线；12-低压电源；13-附加屏蔽盒；14-高压电源；15-电源线滤波器；16-壁板连接器；17-测量设备；18-同轴电缆（50 Ω）；19-对 数天线；20-射频吸波材料；21- 50 Ω负载；22-气体波导管； 23-氢气供给系统；24-供气管路；25- DC/DC 变换器；26- LV 负载模拟器；27-光纤馈通；28-激励和监测系统；29-尾气处理系统。
表1 电动汽车EMC
测试时需考虑的安全问题及半电波暗室改进方案
测试与测量
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表2
辐射骚扰测试与辐射抗扰测试的相关布置并根据燃料电池发动机自身特点，以辐射骚扰和辐射抗扰为例给出了推荐的测试布置示例。根据第3节中某款燃料电池发动机电磁兼容测试结果可知，燃料电池发动机的电磁兼容性能依然很严峻。一方面是由于目前国内外均没有相关标准法规对其电磁兼容性能测试进行规范化；另一方面则是目前燃料电池汽车多处于示范运行中，相应的基础设置等还不完善，导致其电磁兼容特性未得到很好的处理。
由中国汽车技术研究中心有限公司牵头制定的汽
图4 0.15~30 MHz
测试结果图5 30~200 MHz
测试结果
图6 200 MHz~1 GHz
测试结果图7 1~2.5 GHz
测试结果示例
车工程学会团体标准T/CSAE 149-2020《燃料电池发动机电磁兼容性能试验方法》已经于2020年正式发布。该标准的制定对提升燃料电池发动机系统电磁兼容性能具有重要作用，对促进企业自身产品优化、推动燃料电池整车的规模化运行具有积极的促进作用。
参考文献
[1]
余召锋. 燃料电池汽车及其关键部件的电磁兼容性研 究[D]. 上海: 同济大学, 2004.
编辑：余琼 E-mail:***************
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