监测检测
文I国家无线电监测中心福建监测站林于新江建兴陈弘扬
摘要：电动汽车充电设备的建设是构il!绿出行的重要坫础，但大功率充电设济也对周边电磁坏境带来-定影响。为评佔电动汽车充电设济电磁干扰悄况，本义从设济构造出发分析/抒类墦充
电设备的电磁f扰，在介绍相关标准限值的站础上，针对潜在电磁I容问题提出了til关415议。
关键词：电动汽车充电设备电磁F扰
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0引言
目前，电动汽车以其绿环保的优势成为汽车行业发 展的方向，在汽车行业整体低迷的情况下，电动汽车保有 量不断增加。作为电动汽车的重要配套设施，各城市在大 型商场、停车场、居民小区等公共区域建设了数量众多的 充电粧设备以满足日益增长的电动汽车充电需求。作为高 功率电工电子设备，电动汽
车充电设备也对周边电磁环境 带来一定的影响，因此分析充电设备电磁干扰、确保其电 磁兼容性具有重要实践意义。本文从原理出发，分析了电 动汽车充电粧充电装置电磁干扰情况，并就如何提升电磁 兼容性提出了相关建议。
1电动汽车充电设备干扰分析
目前电动汽车常用的充电方式分为传导充电（插方 式）、无线充电和换电池三种。其中换电池方式主要通过 更换电动汽车车载电池的方式实现电能补给，其机械式装 卸方式决定了换电池方式所产生电磁干扰较小，因此下文 着重分析传导及无线充电方式m。
1.1传统充电方式干扰机理[2]
传导充电又分为以交流电为充电电源的慢充和以直流 电为充电电源的快充。
慢充采用单相交流电源，充电电流较小，充电时间 长。交流充电桩的电路原理如图1所示，充电桩只提供 电力输出，需要通过车载电能变换器为电动汽车充电，只起到控制电源的作用。车载电能变换器包括双向A C/ D C和双向D C/D C两个装置，双向A C/D C将单相交流220V变换为直流电，再经过双向D C/D C升压，为 电动汽车的蓄电池充电。其中，双向A C/D C通常采用 单相三电平全桥电路、瞬态电流控制策略和正弦脉宽调 制（SPW M )方式；双向D C/D C采用能够切换控制的 Boost和 Buck 电路〇
图1交流充电桩原理
直流充电桩的电路原理如图2所示，直流充电桩通过 内置的电能变换器将三相交流380V直接转换为直流电，为电动汽车的蓄电池充电。充电桩内置的电能变换器也包 括双向A C/D C和双向D C/D C两个装置，双向A C/D C 将三相交流380V直接变换为直流电，再经过双向D C/ D C升压，为电动汽车的蓄电池充电。其中，双向A C/ D C通常采用三相三电平全桥电路和S V P W M脉宽调制 方式；双向D C/D C采用能够切换控制的B o o st和Buck 电路。直流充电桩能够提供足够功率，输出电压和电流调 整范围较大，充电速度相对较快。
充电桩部分
图2直流充电桩原理
由于交流和直流充电粧内部均存在整流器开关管等
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幵关器件，充电过程中幵关器件通断状态的高速切换会 引起信号波形瞬态突变，从而产生大量的电磁干扰。电 磁干扰不仅会沿着线缆或对地寄生电容以传导方式进行 传输，还会通过福射方式经孔缝向周
围发射，对周边电 磁环境造成影响。相比交流充电粧，直流充电桩的充电 电流较大，幵关管切换瞬间引起的电流时域波形突变也 较大，因此电动汽车直流充电时会产生较大的电流谐波 畸变率以及传导和辐射E M I噪声。相关分析结果表明，直流充电粧传导和辐射E M I噪声较大，尤其是25H z- 1kH z和 5-50kH z m〇
1.2无线充电方式干扰机理
无线充电技术通过埋于地下的供电导轨，以高频交变 磁场的形式，将电能传输给运行在地面上一定范围内的车 辆接收端电能拾取机构，进而给车载储能设备供电。在多 种技术中，磁耦合谐振式在静态无线充电中优势较为明显，是主要发展方向131。
耦合谐振式工作方式为在发射线圈周围形成一定空间 磁场，只有接收线圈的谐振频率与发射线圈相同，才进行 能量高效传输。IT U建议书中，明确提出了 W PT-E V使 用的两段高功率候选频段22k H z频段（19-25k H z )、60k H z频段（55-57k H z和63-65k H z )和一个中功率 候选频段80k H z (79-90k H z)。由此可知，无线充电 装置在用频率较低，与周围电子设备较难发生谐振，干扰 耦合到周边设备能量较小；此外，车体尤其是车底金属部 分对充电装置产生一定遮挡，因此可认为无线充电装置对 周围设备影响较小|41。
IT U相关报告也指出，如果W PT-E V无用发射得到 严格控制，在各频段内的操作与现有无线电通信业
务，如 固定、水上移动、标准频率和时间信号、无线电导航、无 线电定位等是可以兼容的，这与分析结论一致。
2相关电磁兼容处理措施
2.1执行相应EM C标准
电磁兼容标准是使相关电子产品在实际电磁环境中能 够正常工作的基本要求，满足标准对于辐射及抗扰度相关 要求，将极大地提高产品的电磁兼容性能。
汽车推荐性国家标准《电动汽车充电耦合系统的电磁 兼容性要求和试验方法》征求意见稿中，提出了电动汽车 使用充电耦合系统进行传导充电时的电磁兼容性要求和试 验方法，洋细描述了汽车试验下的车辆状态、充电模式、连接方式，并从电磁辐射发射特性、沿A C电源线的谐波 发射特性、沿A C电源线的电压变化、电压波动和闪烁发射特性、沿A C电源线的射频传导发射特性等方面，对电 磁骚扰的限值做出了规定，是电动汽车传导充电电磁兼容 设计的重要参考（见图3、图4 )。
图3车辆接口在车头/车尾的电磁辐射发射试验布置
10 100 1000
/ (MHz)(对数坐标）
图4宽带电磁辐射发射限值（川米法）
而在无线充电方面，《电动汽车无线充电系统电磁兼 容性要求和试验方法》征求意见稿中，同样规定了试验条 件下的工作模式状态、负载条件、试验场景布置，并针对 地面设备和车载设备的发射、低频骚扰（谐波电流、电压 波动和闪烁）、传导骚扰、辐射骚扰（包括30M H Z以下 的磁场骚扰限值和30M H z以上的电场骚扰限值）限值进 行了规定。
作为充电设备电磁兼容设计的重要参考，满足相关标 准对电磁骚扰限值的相关要求，可促进电磁坏境的良好管 控，确保充电设备与周边电子设备的和谐共存，是构建良 好电磁环境的基础。
2.2完善电磁兼容设计防护
为从源头提高充电设备的电磁兼容性能，保障周边电 磁环境安全，应在设计阶段做好E M C设计，并针对出现 的电磁兼容问题采取相应的措施：
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3.2.2提升设备性能
考试保障工作对时效性的要求曰趋提高。由于数传 作弊信号传输速度快，在短则数秒之内即可完成作弊内 容传输，这就要求保障系统对作弊活动实现瞬时监测并 压制，对考试保障系统的运算能力、后台分析能力有更 高的要求。
此外，基于部分考点的自身需求或特殊环境，考点 周围的移动通信网络信号较差。这会导致保障系统不能 顺利连接至云端，一旦采集到的信号无法进行对比，会 影响保障工作的顺利进行。基于此，保障设备应该增加 新型比对模式，即“本地比对模式”来应对此类突发情 况。而且相对于云端比对模式在传输信号上的时间成本，本地比对的模式在时效性上更具有优势。
3.2.3与相关部丨、J加强沟通
对于无线电从业人员来说，考试保障工作不是一项 可以独立完成的工作，需要其他部门的配合才能确保工 作顺利完成。
比如，提前与考点的工作人员沟通考场屏蔽器的功 率大小以及考场考点的大致分布。通过前期获得的信息，更好地制定方案，确定设备的合理架设方案；在考试过程中，一旦发现疑似信号，除了及时对信号进行压制以夕卜，也需要与相应的工作人员进行沟通，确保考试保障工作更 好地完成。
3.3未来保障工作畅想
随着考试保障工作重要性的曰益提升，未来可以在经 常进行保障的考场设立专项监测设备。曰常进行全频段监 测，收集常规信号，建立信号比对样本库；考试时关注重 点频段，一旦发现疑似信号，自动压制并定位疑似信号。这样，既可以提升保障的时效性，又可节省每次考试前的 设备架设时间。
4小结
考试保障工作是一项需要在实践中不断摸索、研究并 改进的工作。随着作弊信号与设备的改变，无论是考试保 障设备，还是业务人员的素质与能力都需要随之改变，不 能故步自封、停滞不前。中心哈尔滨监测站以实际工作为 依托，对保障实施过程中发现的问题进行了充分探索与研 究。下一阶段，中心哈尔滨监测站将着重关注保障流程、时效性等问题，对保障工作幵展作进一步研究。K0
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设计阶段根据相应电磁兼容设计准则，做好设备内部 E M I电路设计，合理安装布局和线缆敷设，在保
障散热 情况下减少机箱电磁泄漏，提高屏蔽效能，以满足相关国 标对电磁骚扰限值的要求。
在设备安装调试过程中，严格遵守相应安装规程，合 理设计及安装接地系统，保障接地系统具备较低公共阻抗，从而保障屏蔽措施的有效性。
针对现场可能出现的辐射超标、电磁干扰等问题，可 采取加装磁环及滤波器、填充导电胶带、粘贴铜箔胶带等 方式加以整改。
3结束语
电动汽车充电设备电磁干扰研究，在电动汽车大力 发展背景下具有重要实践意义。本文从设备构造和干扰 机理方面，对电动汽车充电设备的电磁兼容性进行了分 析，并指出无线充电方式虽然属于开放装置，但其造成 电磁干扰的可能性较小；而传统插导电充电装置在低频可能存在一定的干扰风险。在前文分析基础上，对潜 在电磁兼容问题提出了相关建议：做好电磁兼容设计，满足相关标准限值要求，同时充分利用屏蔽、滤波、接 地等措施进行处理整改，确保电动汽车充电装置的电磁 兼容性能。K0
参考$献：
t i l水盼盼.电动汽车交流充电桩的研究与设计丨D1.合肥工业大学，2018
[21王亮，汤佩文，颜伟，高翔，王恩荣.电动汽车充电桩对电能质量和电磁环境的影响丨电源学报，2017,15(03):9：!~99
丨31吴理豪，张波.电动汽车静态无线充电技术研究综述（上篇）[J].电工技术学报，2020,35(06): 1153~1165丨41徐桂芝，李晨曦.赵军，张献.电动汽车无线充电电磁环境安全性研究U1.电工技术学报，2017,32(22) :152~ 157
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