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電気/ハイブリッド自動車のための自動車 EMC 要求

by Peter Phillips Manager EMC Engineering, Carl Wayland EMC Technical Manager & Steven Clegg Senior Compliance Engineer and Notified Body, MIRA Ltd

翻訳: T.Sato

はじめに

環境、そして燃料コストの上昇に関する現在の懸念は、自動車製造業者の車両のための代替動力駆動システムの開発の努力に焦点を当て直させた。これは次に、自動車産業のための EMC 試験要求の再評価の必要をもたらした。最近、我々は、国内電力網に毎日何時間も差し込まれ得る自動車の増加を見てきた。標準化団体は、いずれ現行の自動車指令を置き換えるであろう、これらの自動車のための試験要求の見直しに向けた作業を行なってきた。

この文書は、この技術の変化の結果として導入されている、自動車産業のための新たな要求をカバーするであろう。

背景

自動車指令は、2004年に、ブレーキ・サイクル試験の導入と放射サセプティビリティ試験の周波数範囲の拡大による、最後の大きな変更を経た。それ以来、技術のさらなる発展が、将来の自動車設計での高圧電気駆動システムのより広範な使用を示してきた。この技術が発展すれば、自動車とその電磁スペクトラムとのあいだの継続的な両立性を確かとするため、 EMC 試験の要求も同様のペースで進歩しなければならない。 UNECE Regulation 10.04 の策定が行なわれており、この最新版は 2011年 10月後半に発効の予定である。この記事は、新しい電気推進技術を用いた自動車に対する試験要求の基本的な追加の一部の概要を示す。これらの変更は、駆動システムのために必要な充電のために自動車を電力網に「差し込む」必要があることを反映して提案された。

この規格でカバーされる自動車のタイプは伝統的なガソリンやディーゼルのエンジンを含み、その「推進」システムという用語は自動車の全ての種類の駆動システムをカバーするように意図されている。現在開発されている多数の主要な推進システムがあり、これらは以下のものを含む：自動車は車両のバッテリーから給電され、現在非接触充電が研究されているものの、充電は通常は充電デバイスを介した主電源への接続によって行なわれる、完全な電気式のもの。「ハイブリッド電気システム」という用語はガソリン (あるいはディーゼル) と電気駆動システムの組み合わせを用いる自動車をカバーし、そのパワー・トレインもいくつかの形態を取ることができ、最初のものは、前輪の駆動のための小型のガソリン・エンジンと後輪の駆動のためのモーターを用いるハイブリッド・システムかも知れない。ハイブリッド自動車の第2のタイプは「レンジ・エクステンデッド・ハイブリッド」として知られ、これは、内燃機関が車両上での電力の発生に用いられ、そのエネルギーが駆動力を与えるモーターへの給電に用いられるものである。次の Figure 1 を参照。

Figure 1: レンジ・エクステンデッド・ハイブリッド自動車の構成

規定の改定

この記事は自動車のレベルでの要求に集中する；コンポーネントの型式承認マークを得るための UNECE Regulation 10 の最新版に充電器が含められた。

UNECE Regulation 10.04 の一部となる新たな要求は 6つの新しい Annex を含み、さらに、新たなタイプの駆動システムをカバーするために文章が明確化され、新たな用語「RESS」が、自動車の電気的推進のための電気エネルギーを与える再充電可能エネルギー蓄積システム (rechargeable energy storage system) を意味するであろう。

この規定の改定で、自動車の電源網との相互作用に関する、従って最新の EMC 規格の適用の可能性についての検討が行なわれる。この新たな自動車規則は、継続的な EMC 適合性を確かとするために、いくつかの一般規格を採用する。これを念頭に、プラグ・イン電気自動車は今や CE マークされるべきであると言えよう。だが、型式承認の現行のシステムは E マークの適用とともに継続されるであろう。

自動車型式承認は、それら双方が電子/電気システムとみなされることから、 RESS と RESS への充電のための結合システムの双方に適用される。

追加の試験要求

電気自動車の試験要求に関する Regulation 10.03 に対する主な変更点は、既存の Annex への動作モード、そして電力網への接続を考慮する Annex 11～16 の追加である。以下の章はそれぞれの Annex の概要を示す。

Annex 11. 自動車から AC 電源線に発生する高調波エミッションの試験法

この試験は、それが居住用、商用、及び軽工業用環境との両立性を持つことを確かとするために、 AC 電源線を通して「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車が発生する高調波のレベルを測定することを意図している。

この Annex で特に述べられていない限り、この試験は以下のものに従って行なう:

充電モードでの入力電流が 16A/相以下のものは IEC 61000-3-2 の Class A 機器として
充電モードでの入力電流が 16A/相を超え 75A/相以下のものは IEC 61000-3-12 で

自動車は、AC 電流の初期値の 20% から 100% のあいだ、望ましくは 80% の定格電力の「電力網に接続された RESS 充電モード」になければならない。

Figure 2: 「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車 ―― 3相充電試験セットアップ

Annex 12. 自動車からの AC 電源線上の電圧変動、電圧動揺、及びフリッカの測定法

この試験は、それが居住用、商用、及び軽工業用環境との両立性を持つことを確かとするために、 AC 電源線を通して「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車による電圧変化、電圧動揺、そしてフリッカのレベルを測定することを意図している。

この Annex で特に述べられていない限り、この試験は以下のものに従って行なう:

「RESS 充電モード」での定格電流が 16A/相以下で条件付き接続の対象とならないものは IEC 61000-3-3 で
「RESS 充電モード」での定格電流が 16A/相を超え 75A/相以下で条件付き接続の対象となるものは IEC 61000-3-11 で

Figure 3: 「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車

Annex 13. 自動車からの AC や DC の電源線上の無線周波伝導性妨害のエミッションの試験法

この Annex で述べられている試験法は「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車に適用される。

この試験は、それが居住用、商用、及び軽工業用環境との両立性を持つことを確かとするために、「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車が AC や DC の電源線を通して発生する無線周波伝導性妨害のレベルを測定することを意図している。この Annex で特に述べられていない限り、この試験は CISPR 16-2-1 に従って行なう。

Figure 4: 「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車

自動車は、AC 電流の初期値の 20% から 100% のあいだ、望ましくは 80% の定格電力の「電力網に接続された RESS 充電モード」になければならない。

Annex 14. 自動車からのネットワーク/通信アクセス上の無線周波伝導妨害エミッションの試験法

この試験は、それが居住用、商用、及び軽工業用環境との両立性を持つことを確かとするために、「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車がネットワーク/通信アクセスを通して発生する無線周波伝導性妨害のレベルを測定することを意図している。

この Annex で特に述べられていない限り、この試験は CISPR 22 に従って行なう。

Figure 4: 「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車

Annex 15. AC や DC の電源線を介して伝導する電気的高速トランジェント/バースト妨害に対する自動車のイミュニティの試験法

この試験は自動車の電子システムのイミュニティの実証を意図している。自動車は、この Annex で述べられているように、 AC や DC の電源線を介して伝導する電気的高速トランジェント/バースト妨害に曝される。試験中、自動車は監視されなければならない。

この Annex で特に述べられていない限り、この試験は IEC 61000-4-4 ed.2 (2004) に従って行なう。自動車は、停止させ、エンジンを切り、充電モードとする。

「充電モードの RESS」自動車試験条件不合格基準
RESS は充電モードとする。 RESS の充電状態は製造業者とテクニカル・サービスのあいだで合意されなければならない。自動車の動き、接続されたバッテリー・システムの過負荷

「充電モードの RESS」自動車試験条件	不合格基準
RESS は充電モードとする。 RESS の充電状態は製造業者とテクニカル・サービスのあいだで合意されなければならない。	自動車の動き、接続されたバッテリー・システムの過負荷

Figure 5: AC/DC 電源線で電力網に接続された「RESS 充電モード」構成の自動車

Annex 16. AC や DC の電源線を介して伝導するサージに対する自動車のイミュニティの試験法

この試験は自動車の電子システムのイミュニティの実証を意図している。自動車は、この Annex で述べられているように、 AC や DC の電源線を介して伝導するサージに曝される。試験中、自動車は監視されなければならない。

この Annex で特に述べられていない限り、この試験は IEC 61000-4-5 ed.2 (2005) に従って行なう。

自動車は、必要な試験機器を除き、無積載状態とする。自動車は、停止させ、エンジンを切り、充電モードとする。

Figure 7: 「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車 ―― DC か AC (単相) 電源線への線間への結合

自動車試験モード

広帯域放射エミッション

広帯域放射エミッションに対する要求は代替の駆動システムを考慮して改定された。

RESS 充電モード

この追加の試験要求は、充電中の自動車と電源網への接続との相互作用を見る。

Figure 8: 「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車

推進システム動作モード

内燃機関 ―― CISPR 12 ed.5 (2001)

自動車の状態 ―― 広帯域放射エミッション全ての広帯域機器のスイッチを入れる
気筒の数	エンジン速度 (±10%)
1	2 500 rpm
>1	1 500 rpm

電気自動車 ―― CISPR 12 ed.5 (2001)

自動車の状態 ―― 広帯域放射エミッション
全ての広帯域機器のスイッチを入れる。 40km/h の速度、あるいはそれが 40km/h 以下であればその最大速度で、負荷なしで、ダイナモメータ上あるいは非導電性車軸台上で走行させる。試験は2つの異なるモードで行なう ―― 道路負荷シミュレーション、及び回生。 UNECE Regulation 10.04 での追加のモード。自動車を「電力網に接続された RESS 充電モード」構成とする。自動車は、AC や DC の電流が初期値の少なくとも 80% に達するまで、定格電力でのバッテリー充電モードとする。

自動車の状態 ―― 広帯域放射エミッション

全ての広帯域機器のスイッチを入れる。 40km/h の速度、あるいはそれが 40km/h 以下であればその最大速度で、負荷なしで、ダイナモメータ上あるいは非導電性車軸台上で走行させる。試験は2つの異なるモードで行なう ―― 道路負荷シミュレーション、及び回生。
UNECE Regulation 10.04 での追加のモード。自動車を「電力網に接続された RESS 充電モード」構成とする。自動車は、AC や DC の電流が初期値の少なくとも 80% に達するまで、定格電力でのバッテリー充電モードとする。

ハイブリッド自動車 ―― CISPR 12 ed.5 amendment 1 (2005)

自動車の状態 ―― 広帯域放射エミッション
全ての広帯域機器のスイッチを入れる。電気と内燃の双方の推進システムを、自動車を 40km/h で動作させるように機能させる。もしこれが可能でないならば、自動車は上記の速度で動作する内燃機関と、 40km/h の速度、あるいはそれが 40km/h 以下であればその最大速度で動作する電気推進システムで試験する。試験は2つの異なるモードで行なう ―― 道路負荷シミュレーション、及び回生。

自動車の状態 ―― 広帯域放射エミッション

全ての広帯域機器のスイッチを入れる。電気と内燃の双方の推進システムを、自動車を 40km/h で動作させるように機能させる。もしこれが可能でないならば、自動車は上記の速度で動作する内燃機関と、 40km/h の速度、あるいはそれが 40km/h 以下であればその最大速度で動作する電気推進システムで試験する。
試験は2つの異なるモードで行なう ―― 道路負荷シミュレーション、及び回生。

この広帯域放射エミッションのための追加の試験動作条件は、 EMC 試験所に追加の困難をもたらす。動的動作モードの再現を可能とするために必要となるダイナモメータの使用は、試験所の要求の複雑さを増加させる。自動車を駆動できるダイナモメータは、回生ブレーキ・システムの試験も助け、試験プログラム中での代替の充電機構を与えるであろう。

狭帯域放射エミッション

狭帯域エミッションに関する要求は、電気自動車をバッテリーの放電なしに試験できるようにするために変更された。

2009/19/EC Annex V ― CISPR 12 ed.5 (2001)、あるいは CISPR 25 ed.2 (2002)
UNECE Regulation 10.04 Annex 4 ― CISPR 12 ed.5 amendment 1 (2005)

この試験は、マイクロプロセッサ・ベースのシステム (クロック周波数が 9kHz を超えるもの) やその他の狭帯域の発生源から発生するであろうエミッションを記録するように設計された。この試験は、イグニション・スイッチをオンにして (エンジンは動作させない)、ドライバや乗客が恒久的にスイッチを入れておくことのできる、 9kHz 以上の内部発振器を持つ、あるいは繰り返しの信号がある全ての狭帯域発生源を通常の動作にして行なう。

上で概要を示したのと同じ形で電気自動車をシミュレートできる試験条件は、自動車をスタンバイ・モードとすることである (システムをオン状態に維持するために充分な充電)。

放射イミュニティ

自動車を充電モードとする、追加の動作モードが加えられた。充電の状態は製造業者とテクニカル・サービスのあいだで合意されなければならない。採用された不合格基準は、自動車が動くことである。試験フィールド条件の達成のため、 ISO 11451-1 ed.2 (2005)、及び Amendment 1 (2008) に従った置換法を用いる。

Figure 9: 「電力網に接続された RESS 充電モード」構成の自動車

ハイブリッドと電気自動車のための新しいイミュニティ試験モード、回生モード試験

Regulation 10.03 Annex VI の 2.1.2節は、「イミュニティ関連機能に影響し得る他の自動車システムは、製造業者とテクニカル・サービスとのあいだで合意された方法で試験しなければならない」と述べる。ハイブリッドと電気自動車に対するこの要求をカバーするためには、特有のブレーキ回生モードでのその自動車のイミュニティ性能を検証する必要がある。これは、多くの電気自動車システムでは、電気駆動システムの電機子にフィールドを加えることで伝統的なエンジン・ブレーキ効果が再現され、これが伝統的な内燃機関に再び乗っているかのように自動車を減速させるためである。もし ABS 事象が検出されたならば、ブレーキ規則 UNECE Regulation 13 H はモーターからフィールドを取り除くことを要求し、これは自動車の知覚されるブレーキ性能に予期しない変化を引き起こし得る。従って、この現象は全車両試験に際して評価する必要がある。

まとめ

この新たな自動車規則は、将来の自動車に向けての動きが電力網やそれに接続された他の全ての電気システムと調和することを確かとするという希望を全ての電気/電子機器に対する欧州 EMC 規則と現在の自動車 EMC 指令の双方にもたらす。

UN Regulation No.10 に対する 04 シリーズの改定は 2011年 10月 28日に発効するものと予期される。この日付は Depositary Notification を通じて UN Office of Legal Affairs (OLA) が確認しなければならないが、この文書に伴う移行問題のため、この日付はおそらく遅らせられるであろう。これが発効して欧州の鍵となる自動車型式承認要求として 2004/104/EC を置き換えるまでには 3年の移行期間があるだろうと予期される。

実質的に自動車の充電ポイントに CE マーキングをするという要求と追加の試験モードの導入は、自動車製造業者の試験の負担を増加させるだけであろう。電気自動車とハイブリッド電気自動車のテクノロジの導入はその開発サイクルを通じて EMC 適合に関して挑戦的であることが既に証明されている。 MIRA Ltd は、コンポーネント供給者が低圧自動車仕様を用いて高圧サブ・システムを試験するという希望を表明するのも経験している。電気自動車コンポーネントを包含するであろう、標準化委員会で現在行なわれている作業があり、これらは次の Regulation 10.05 のリリースでは除外されるであろう。テクノロジが先に進めば、この追加の試験の全てが、短縮された開発サイクルとともに、より良く適応した将来をもたらす。

水素のような他のタイプの燃料システムの導入は、それらは単にモーターを駆動する代替のエネルギー源を与えるだけの筈であるので、これらの規則への追加の変更を何ら必要としない筈である。

参照

CISPR 12 "Vehicles', motorboats' and spark-ignited engine- driven devices' radio disturbance characteristics - Limits and methods of measurement", Amendment 1, fifth edition 2005
IEC 61000-3-2 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3-2 - Limits for harmonic current emissions (equipment input current <=16 A per phase)", edition 3.2 - 2005 +A1:2008+A2:2009.
IEC 61000-3-3 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3-3 - Limits - Limitation of voltage changes, voltage fluctuations and flicker in public low-voltage systems for equipment with rated current <=16 A per phase and not subjected to conditional connection", edition 2.0 - 2008.
IEC 61000-3-11 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3-11 - Limits - Limitation of voltage changes, voltage fluctuations and flicker in public low-voltage systems - Equipment with rated current <=75 A per phase and subjected to conditional connection", edition 1.0 - 2000.
IEC 61000-3-12 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3-12 - Limits for harmonic current emissions produced by equipment connected to public low-voltage systems with input current > 16 A and <=75 A per phase", edition 1.0 - 2004.
IEC 61000-4-4 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-4 - Testing and measurement techniques - Electrical fast transients/burst immunity test", edition 2.0 - 2004.
IEC 61000-4-5 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-5 - Testing and measurement techniques - Surge immunity test", edition 2.0 - 2005.
IEC 61000-6-2 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 6-2 - Generic standards Immunity for industrial environments", edition 2.0 - 2005.
IEC 61000-6-3 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 6-3 - Generic standards Emission standard for residential, commercial and light-industrial environments", edition 2.0 - 2006.
UNECE Regulation 10.03 Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to electromagnetic compatibility; edition 03. 2008
Draft UNECE Regulation 10.04 Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to electromagnetic compatibility; edition 04. 2011

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2011-12-24