純電動(dòng)汽車(chē)電磁兼容問(wèn)題分析與研究

摘要：本文針對純電動(dòng)汽車(chē)電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行分析，并重點(diǎn)對電驅系統和整車(chē)電磁干擾之間的聯(lián)系進(jìn)行分析和研究。純電動(dòng)汽車(chē)的電驅系統是主要的電磁干擾源，通過(guò)對主要干擾源的分析，提出對于解決整車(chē)EMC問(wèn)題，從零部件和整車(chē)兩個(gè)方面同時(shí)考慮的解決思路。并對未來(lái)電驅系統的EMC設計進(jìn)行了總結和展望。

    近幾年在國家政策的大力扶植和推動(dòng)下，新能源電動(dòng)汽車(chē)異軍突起，2015國內新能源電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售量達33萬(wàn)輛，但問(wèn)題也隨之出現，之前在傳統汽油車(chē)、柴油車(chē)上被忽略的電磁干擾問(wèn)題在純電動(dòng)汽車(chē)上極其突出地顯現出來(lái)。純電動(dòng)汽車(chē)既有汽車(chē)屬性更有電氣屬性，相比傳統車(chē)輛12V或24 V供電系統，純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)輒上百伏甚至近千伏的高壓產(chǎn)生電磁波強度被數倍放大，強電磁輻射可能干擾車(chē)載電子設備間CAN通信的正常運行，干擾周?chē)h(huán)境和車(chē)輛的電子設備，直接關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)的**。
    因此，如何解決純電動(dòng)汽車(chē)的電磁兼容問(wèn)題，提高電動(dòng)汽車(chē)的可靠性和**性，是純電動(dòng)汽車(chē)設計的重要方面。

    1 純電動(dòng)汽車(chē)電磁兼容問(wèn)題概述
    純電動(dòng)汽車(chē)與傳統汽車(chē)的不同主要在于：使用電池箱取代了油箱，使用驅動(dòng)電機和電機控制器取代了發(fā)動(dòng)機。以東風(fēng)EQ5023BEV型純電動(dòng)物流車(chē)電氣連接示意圖（圖1）為例，該車(chē)電氣系統主要由驅動(dòng)電機及其控制器、電池包及電池管理系統BMS，DC-DC轉換器、整車(chē)控制器VCU和儀表等構成。圖1中紅色粗實(shí)線(xiàn)代表高壓線(xiàn)，用來(lái)實(shí)現能量的流動(dòng)。藍色細實(shí)線(xiàn)代表通信線(xiàn)，實(shí)現信號的傳遞。整車(chē)控制器VCU通過(guò)采集踏板信號和換擋信號來(lái)判斷駕駛員的駕駛意圖，確認牽引模式并計算出目標牽引扭矩，并將相關(guān)控制指令通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給電機控制器。電機控制器根據控制命令控制電機工作于驅動(dòng)工況。同時(shí)，電機控制器將電機轉速、直流電壓、直流電流等信息，通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給整車(chē)控制器和儀表。儲能系統中的電池管理系統BMS對電池組的各單體電池電壓和電池包溫度進(jìn)行測量，并進(jìn)行電量計算，將電池信息通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給整車(chē)控制器和儀表。可以看到，CAN總線(xiàn)系統如同電動(dòng)汽車(chē)的神經(jīng)系統，所有汽車(chē)的運行、**信息都需通過(guò)CAN總線(xiàn)準確傳遞，如果車(chē)輛電磁兼容性差，電磁輻射將導致CAN總線(xiàn)信息的延誤、錯誤甚至無(wú)法傳輸，將引起電動(dòng)汽車(chē)**事故。因此對純電動(dòng)汽車(chē)的電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行分析和研究是十分必要的。

  2 純電動(dòng)汽車(chē)電磁千擾源分析

  2.2電驅系統干擾原因分析
    電驅系統是純電動(dòng)汽車(chē)的重要組成部分，是公認的整車(chē)*大干擾源。一般電驅系統EMC干擾大的主要原因有以下3個(gè)方面：①工作電壓高，現有車(chē)載驅動(dòng)系統大部分工作電壓在300 V以上；②開(kāi)關(guān)變化時(shí)dU/d，大，一般在1～3 GV/s的范圍；③UVW輸出共模電流大，一般峰值在10～30 A之間。
    2.3電驅系統對外干擾路徑
    電驅系統本身干擾大，并不意味著(zhù)一定對外有很大的干擾，必須要有合適的干擾路徑，在整車(chē)系統中，主要原因有：①直流供電部分屏蔽線(xiàn)纜的編織率不夠；②直流部件連接端子為非屏蔽端子，或是屏蔽端子沒(méi)有處理好（目前整車(chē)*難處理的環(huán)節）。圖3為屏蔽端子對輻射大小的影響。

 2.4電驅系統對外干擾方式
    1）輻射輻射主要通過(guò)功率線(xiàn)纜和信號線(xiàn)纜對外輻射，經(jīng)車(chē)載設備接收天線(xiàn)接收后，引起設備信號品質(zhì)降低。整車(chē)上一般表現為：收音機雜音和CPS定位變差。圖4為不同頻段的干擾對車(chē)載設備的影響。

  2）傳導傳導干擾的原因主要是設計過(guò)程中沒(méi)有考慮高頻信號的隔離，導致IGBT開(kāi)關(guān)噪聲禍合到低壓側，引起干擾。在整車(chē)上一般表現為：CAN通信故障和旋變故障。圖5為高低壓藕合干擾CAN網(wǎng)絡(luò )示意圖。

3 解決方案
    對于解決整車(chē)EMC問(wèn)題，需要從零部件和整車(chē)兩個(gè)方面同時(shí)考慮。
    3.1零部件方面
    1）EMC等級class3以上。

    2）抗干擾試驗模擬整車(chē)實(shí)際工況及負載。
    3.2整車(chē)方面
    1）高、低壓線(xiàn)束需要獨立走線(xiàn)，高、低壓線(xiàn)束之間間距至少20 cm以上，防止相互禍合。
    2）高壓線(xiàn)束采用屏蔽線(xiàn)，編制率）85%。
    3）屏蔽端子必須能夠保證屏蔽線(xiàn)束到金屬機殼的面接觸連接。
    4）零部件必須有搭鐵線(xiàn)接到底盤(pán)或車(chē)身，長(cháng)度建議不超過(guò)20 cm，線(xiàn)徑滿(mǎn)足安規。

    4 電驅系統EMC設計趨勢分析
    4.1驅動(dòng)系統未來(lái)發(fā)展趨勢—高功率密度
    目前主要的方案如圖6所示，高功率密度趨勢帶來(lái)了更嚴重的電磁干擾。

 1）電控①提高電池電壓；②提高開(kāi)關(guān)載頻，例如開(kāi)關(guān)頻率可達20 kHz以上。
    2）電機高轉速，例如16 000 r/min。
    4.2純電動(dòng)汽車(chē)控制系統未來(lái)發(fā)展趨勢—智能化
    隨著(zhù)自動(dòng)駕駛技術(shù)以及車(chē)聯(lián)網(wǎng)的逐步普及，汽車(chē)智能化將會(huì )是未來(lái)的又一個(gè)趨勢，如圖7所示。車(chē)輛智能化引入了更多的傳感器及通信設備，對系統的電磁干擾要求更嚴格。

 4.3電驅系統EMC設計趨勢
    1）系統化系統化的EMC設計將會(huì )是一個(gè)趨勢，例如：同一個(gè)驅動(dòng)器搭配2個(gè)不同的電機對外輻射差異很大，對于EMC問(wèn)題，如果僅從驅動(dòng)來(lái)考慮，相應的解決方案成本會(huì )很高。但是，如果從電機方面進(jìn)行很小的優(yōu)化，就有可能利用極低的成本解決問(wèn)題。
    2）定量化EMC問(wèn)題之所以看起來(lái)很“玄乎”，除了前面提到的系統問(wèn)題以外，對器件的頻率阻抗特性缺乏了解也是主要原因之一。
    例如：3種不同類(lèi)型的電容，從功能角度看，它們的容值等特性沒(méi)有大的差異，但是在更高的頻率下，電容并非是理想電容，而是由如圖8所示電感、電阻、電容串聯(lián)起來(lái)的，不同電容的ESR和ESL有差異。

   4.4未來(lái)EMC設計平臺方案
    基于以上的分析和研究，對未來(lái)的EMC設計平臺方案可進(jìn)行總結和展望，具體如圖9所示，即從動(dòng)力總成的選型和設計到整車(chē)的系統仿真再到試驗平臺的驗證，以保證零部件和整車(chē)的高一致性以及動(dòng)力系統的性能更優(yōu)和成本更優(yōu)。

  5 總結

    本文對純電動(dòng)汽車(chē)的電磁兼容性問(wèn)題進(jìn)行了探討，重點(diǎn)對電驅系統為主要干擾源進(jìn)行了具體的分析和研究，并提出一些抑制電磁干擾的具體措施。*后，對未來(lái)純電動(dòng)汽車(chē)的EMC設計平臺方案進(jìn)行了總結和展望。