文章來源：《新能源汽車動力電池及其管理系統的EMC測試與整改案例》
0引言
BMS是電池包的關鍵和核心，在實作整車能量管理的同時，肩負着準确估計多項控制政策的功能。汽車電子部件的電磁相容性能指該部件在其所處的車内及車外電磁環境中符合功能要求穩定運作并且不對其他部件産生無法忍受的電磁騷擾。
BMS在整車運作功能中的重要性要求其必須具備優良的電磁相容性能。
一直以來，對于BMS的EMC測試沒有相應的國家标準規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标準，或者采用由這些通用标準以及企業自身狀況制定的企業标準，造成了對于BMS EMC性能一直沒有一個統一的要求，直到GB/T38661-2020的釋出。
2020年03月31日，國家标準化管理委員會釋出了GB/T38661—2020《電動汽車用電池管理系統技術條件》标準，該标準于2020年10月01日起實施。該标準對電動汽車用電池管理系統的參數測量精度、SOC估算精度、電氣适應性以及環境适應性等性能進行要求的同時，對其電磁相容性能亦作出要求，包括電磁相容檢驗項目、需滿足的等級要求以及依據的相關标準等内容。
本文首先針對該标準中對于BMS電磁相容性的要求進行解析，随後結合實際測試指出目前BMS較容易出現的EMC問題，最後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技術條件》規定，在進行BMS的EMC試驗時，應由BMS生産企業提供電池，與BMS一起構成基本測試單元模拟實際安裝情況進行試驗。
試驗過程中記錄電池管理系統采集的資料(單體或電芯組電壓采集通道數不少于2個，溫度采集通道數不少于1個)，并與檢測裝置檢測的對應資料進行比較。應使用隔離裝置将輔助裝置(如上位機及監控軟體)進行隔離。充放電電流應不小于電池管理系統電流測量滿量程的2％。測試系統搭建示意如圖1所示。
在電磁相容部分，GB/T38661-2020規定了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，參考的标準均為GB/T18655 -2010，且均需滿足GB/T18655-2010規定的3級限值線要求。其中電磁傳導騷擾試驗可根據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名額，但也有企業依據自身情況并結合該限值制定自身的企業标準限值。
雖然電壓法與電流法均是評價BMS産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，亦可将其卡在信号線束上一評估BMS電磁噪聲沿信号線束的傳播情況，故為更好地評估BMS電磁相容性能，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幹擾測試。電磁抗幹擾測試又分為時域抗幹擾和頻域抗幹擾，具體測試項目如下表：
BMS 系統進行電磁抗擾試驗的功能狀态等級分類如下表：
針對BMS的頻域電磁抗幹擾測試，根據測試頻段的不同，測試方法存在差異。在15Hz~150kHz頻率範圍，主要考核BMS的磁場抗幹擾性能，依據ISO11452-8:2015規定的試驗方法進行實驗，試驗等級為III級；在1MHz~400MHz頻率範圍内，依據GB/T33014.4進行60mA電流強度的大電流注入抗擾度測試；在400MHz～2GHz頻率範圍，進行場強等級30V/m的自由場法抗擾度試驗。如無特殊規定，BMS頻域法電磁抗擾度的試驗結果需滿足表2中規定的A級。
針對BMS的時域電磁抗幹擾測試，根據時域波形以及耦合形式的差異有具體的區分。電源線瞬态傳導抗擾度測試依據GB/T21437.2-2008标準考核将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，針對标準中規定的不同的脈沖，BMS的功能狀态需要滿足表2中的要求如表3。
信号線/控制線瞬态傳導抗擾度測試，使用耦合的方式将幹擾信号耦合至BMS除電源線以外的其他線束，考核BMS通訊等功能狀态，依據GB/T21437.3-2012規定的試驗方法以及III級嚴酷等級進行實驗，BMS功能狀态需滿足A級要求。
電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗依據GB/T17626.4 -2008規定的方法，試驗嚴酷度等級III級，BMS功能狀态需滿足表2中的C級要求。依據GB/T19951中規定的方法及測試布置進行試驗，放電電壓等級如表4，BMS功能狀态應滿足表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進行電磁騷擾測試時，發現其電磁騷擾超過GB/T18655-2010的III級限值，以電流法為例進行測試結果分析并進行整改優化。試驗布置2如圖2所示。
圖3為電流探頭在低壓線束，即BMS電源線及信号線，750mm位置時的測量結果資料。由資料可知，在50MHz~108MHz頻段内，測量結果的峰值資料和平均值資料均有不同程度的超标現象。
電流法測試的實質是考察線束上電磁騷擾信号耦合至電流鉗的能量大小。這種信号産生的根源在于PCB内部的高頻信号，在PCB印制線之間的寄生電容以及寄生電感的作用下，并有電池包内部布線以及機械結構的影響下，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後期工程化。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。
整改後的測試結果電路如圖5所示，從資料可看出，此種濾波電路的設計在不引起其他頻段超标的情況下，能夠将原超标頻段的測試資料降低至限值線以下，并與限值線具有一定的裕量。
3 BMS的電磁抗擾問題及分析
電磁抗擾試驗實質是考察樣品在外界電磁幹擾情況下的工作狀态。在針對某款電池包及其BMS進行GB/T38661-2020中規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不能正常監控電池包狀态。
考慮到後期工程化整改，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。增加上述整改措施後，樣品能夠滿足标準中要求的60mA大電流注入抗擾等級要求。
4結束語
在新能源汽車迅猛發展的背景下，車輛及其零部件的電磁相容性能在整車的性能評價中扮演着越來越重要的角色。本文結合GB/T38661-2020《電動汽車用電池管理系統技術條件》中的電磁相容部分，針對某一款電池包及其管理系統在測試中遇到的問題進行分析并給出了有效的整改措施。
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