0引言

BMS是電池包的關(guān)鍵和核心，在實現(xiàn)整車能量管理的同時，肩負著準確估計多項控制策略的功能。汽車電子部件的電磁兼容性能指該部件在其所處的車內(nèi)及車外電磁環(huán)境中符合功能要求穩(wěn)定運行并且不對其他部件產(chǎn)生無法忍受的電磁騷擾。
 

BMS在整車運行功能中的重要性要求其必須具備優(yōu)良的電磁兼容性能。
 

一直以來，對于BMS的EMC測試沒有相應的國家標準規(guī)定其測試項目以及性能要求，各大主機廠以及供應商均采用汽車零部件通用標準，或者采用由這些通用標準以及企業(yè)自身狀況制定的企業(yè)標準，造成了對于BMS EMC性能一直沒有一個統(tǒng)一的要求，直到GB/T38661-2020的發(fā)布。
 

2020年03月31日，國家標準化管理委員會發(fā)布了GB/T38661—2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》標準，該標準于2020年10月01日起實施。該標準對電動汽車用電池管理系統(tǒng)的參數(shù)測量精度、SOC估算精度、電氣適應性以及環(huán)境適應性等性能進行要求的同時，對其電磁兼容性能亦作出要求，包括電磁兼容檢驗項目、需滿足的等級要求以及依據(jù)的相關(guān)標準等內(nèi)容。
 

本文首先針對該標準中對于BMS電磁兼容性的要求進行解析，隨后結(jié)合實際測試指出當前BMS較容易出現(xiàn)的EMC問題，最后給出了一些在設計階段降低EMC風險的建議。
 

1 GB/T38661-2020EMC測試解析
 

GB/T38661-2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》規(guī)定，在進行BMS的EMC試驗時，應由BMS生產(chǎn)企業(yè)提供電池，與BMS一起構(gòu)成基本測試單元模擬實際安裝情況進行試驗。

試驗過程中記錄電池管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)（單體或電芯組電壓采集通道數(shù)不少于2個，溫度采集通道數(shù)不少于1個），并與檢測設備檢測的對應數(shù)據(jù)進行比較。應使用隔離裝置將輔助設備（如上位機及監(jiān)控軟件）進行隔離。充放電電流應不小于電池管理系統(tǒng)電流測量滿量程的2％。測試系統(tǒng)搭建示意如圖1所示。

在電磁兼容部分，GB/T38661-2020規(guī)定了BMS的電磁騷擾和電磁抗擾兩類試驗項目。
 

其中電磁騷擾類試驗項目包括電磁傳導騷擾和電磁輻射騷擾兩項，參考的標準均為GB/T18655 -2010，且均需滿足GB/T18655-2010規(guī)定的3級限值線要求。其中電磁傳導騷擾試驗可根據(jù)具體試驗對象而選用電壓法和電流探頭法進行。

GB/T18655-2010的3級限值線是目前大多數(shù)主機廠及供應商對零部件電磁傳導騷擾及電磁輻射騷擾的評價指標，但也有企業(yè)依據(jù)自身情況并結(jié)合該限值制定自身的企業(yè)標準限值。
 

雖然電壓法與電流法均是評價BMS產(chǎn)生的電磁噪聲沿線束向外的傳播，電壓法僅是針對電源線束，而電流法使用電流卡鉗進行測試，其不僅能對電源線束的傳導噪聲進行測試，亦可將其卡在信號線束上一評估BMS電磁噪聲沿信號線束的傳播情況，故為更好地評估BMS電磁兼容性能，電壓法與電流探頭法均是有必要的。
 

另一類測試項目是電磁抗干擾測試。電磁抗干擾測試又分為時域抗干擾和頻域抗干擾，具體測試項目如下表：

BMS 系統(tǒng)進行電磁抗擾試驗的功能狀態(tài)等級分類如下表：

針對BMS的頻域電磁抗干擾測試，根據(jù)測試頻段的不同，測試方法存在差異。在15Hz~150kHz頻率范圍，主要考核BMS的磁場抗干擾性能，依據(jù)ISO11452-8:2015規(guī)定的試驗方法進行實驗，試驗等級為III級；在1MHz~400MHz頻率范圍內(nèi)，依據(jù)GB/T33014.4進行60mA電流強度的大電流注入抗擾度測試；在400MHz～2GHz頻率范圍，進行場強等級30V/m的自由場法抗擾度試驗。如無特殊規(guī)定，BMS頻域法電磁抗擾度的試驗結(jié)果需滿足表2中規(guī)定的A級。

針對BMS的時域電磁抗干擾測試，根據(jù)時域波形以及耦合形式的差異有具體的區(qū)分。電源線瞬態(tài)傳導抗擾度測試依據(jù)GB/T21437.2-2008標準考核將不同形式額脈沖疊加到BMS電源線上時BMS的工作狀況，試驗嚴酷等級為III級，針對標準中規(guī)定的不同的脈沖，BMS的功能狀態(tài)需要滿足表2中的要求如表3。

信號線/控制線瞬態(tài)傳導抗擾度測試，使用耦合的方式將干擾信號耦合至BMS除電源線以外的其他線束，考核BMS通訊等功能狀態(tài)，依據(jù)GB/T21437.3-2012規(guī)定的試驗方法以及III級嚴酷等級進行實驗，BMS功能狀態(tài)需滿足A級要求。

電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗依據(jù)GB/T17626.4 -2008規(guī)定的方法，試驗嚴酷度等級III級，BMS功能狀態(tài)需滿足表2中的C級要求。依據(jù)GB/T19951中規(guī)定的方法及測試布置進行試驗，放電電壓等級如表4，BMS功能狀態(tài)應滿足表2中的A。

2 BMS的電磁騷擾問題及分析

對某一款電池包及管理系統(tǒng)進行電磁騷擾測試時，發(fā)現(xiàn)其電磁騷擾超過GB/T18655-2010的III級限值，以電流法為例進行測試結(jié)果分析并進行整改優(yōu)化。試驗布置2如圖2所示。

圖3為電流探頭在低壓線束，即BMS電源線及信號線，750mm位置時的測量結(jié)果數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)可知，在50MHz~108MHz頻段內(nèi)，測量結(jié)果的峰值數(shù)據(jù)和平均值數(shù)據(jù)均有不同程度的超標現(xiàn)象。

電流法測試的實質(zhì)是考察線束上電磁騷擾信號耦合至電流鉗的能量大小。這種信號產(chǎn)生的根源在于PCB內(nèi)部的高頻信號，在PCB印制線之間的寄生電容以及寄生電感的作用下，并有電池包內(nèi)部布線以及機械結(jié)構(gòu)的影響下，沿線束傳導至電池包外部，最終耦合的電流探頭。

通常情況下的電磁騷擾不合格整改措施分為三種，接地、屏蔽和濾波，相對來說設計濾波電路的方式最容易后期工程化。在本案例中，選擇設計濾波電路的方式進行整改，具體措施如下：

1）在BMS12V電源線和CAN通訊線上增加共模扼流圈以及Y電容（差模電容），如圖4a)所示。

2）在I/O線上增加T型濾波，如圖4b)所示。

整改后的測試結(jié)果電路如圖5所示，從數(shù)據(jù)可看出，此種濾波電路的設計在不引起其他頻段超標的情況下，能夠?qū)⒃瑯祟l段的測試數(shù)據(jù)降低至限值線以下，并與限值線具有一定的裕量。

3 BMS的電磁抗擾問題及分析

電磁抗擾試驗實質(zhì)是考察樣品在外界電磁干擾情況下的工作狀態(tài)。在針對某款電池包及其BMS進行GB/T38661-2020中規(guī)定的項目進行電磁抗擾試驗時，電磁輻射抗擾度（ALSE法）和磁場抗擾度試驗均能夠通過測試，但在進行大電流注入試驗時，當測試強度為50mA時，BMS不能正常監(jiān)控電池包狀態(tài)。

考慮到后期工程化整改，對于大電流注入試驗的整改措施選擇濾波加屏蔽的方式進行，在BMS低壓電源電路上增加濾波電路如圖6a)所示，并在CAN通訊線增加屏蔽措施如圖6b）所示。增加上述整改措施后，樣品能夠滿足標準中要求的60mA大電流注入抗擾等級要求。

4結(jié)束語

在新能源汽車迅猛發(fā)展的背景下，車輛及其零部件的電磁兼容性能在整車的性能評價中扮演著越來越重要的角色。本文結(jié)合GB/T38661-2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》中的電磁兼容部分，針對某一款電池包及其管理系統(tǒng)在測試中遇到的問題進行分析并給出了有效的整改措施。