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氫燃料電池系統電磁兼容性能提升解決方案及實(shí)踐
氫燃料電池汽車(chē)相比純電動(dòng)車(chē)和燃油車(chē)在替代燃料與零排放方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢。近兩年，國內對于氫能和燃料電池汽車(chē)的關(guān)注度極大的提升，目前已發(fā)布多個(gè)工作規劃，系統推進(jìn)氫燃料電池汽車(chē)的研發(fā)與生產(chǎn)。氫燃料電池作為車(chē)內的電氣部件，與氫燃料電池汽車(chē)的續駛里程、**性 息息相關(guān)，車(chē)企同樣會(huì )要求其EMC性能，如何進(jìn)行EMC設計，成為了氫燃料電池電氣工程師必須考慮的問(wèn)題。
1、 氫燃料電池系統分析
燃料電池系統與傳統車(chē)相比，主要特點(diǎn)是零部件比較多且整體布置復雜緊湊，為了使得系統中各零部件互不干擾，盡量在零部件設計源頭上就要充分做好相應的電磁兼容措施。當電磁干擾產(chǎn)生時(shí)，首先排除干擾源來(lái)自哪里，然后分析接地、濾波、屏蔽等是否可以?xún)?yōu)化以及是否能將干擾隔離等，其次再考慮被 干擾設備抗擾能力。
1.1 大功率DC/DC類(lèi)開(kāi)關(guān)部件
燃料電池系統內含高壓DC/AC和高壓DC/DC轉換器，以及動(dòng)力控制單元FCU內的DC/DC轉換器，IGBT功率管的高速切換導致高速變化的電壓（dv/dt）和電流（di/dt）以及浪涌電流和尖峰電壓，這會(huì )引起大量的輻射干擾。另外功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷瞬間，由于分布電感和分布電容的存在，電感電流容易發(fā)生高頻振蕩，系統內控制單元內部的時(shí)鐘晶振頻率也會(huì )產(chǎn)生高頻噪聲，這些因素都會(huì )產(chǎn)生強大的電磁干擾，這種電磁干擾處理不好會(huì )嚴重影響整車(chē)控制器與CAN通信，導致CAN通訊頻繁報錯，無(wú)法正常通訊。
1.2 空壓機、水泵、氫循環(huán)泵等電機、電控類(lèi)零部件
直流電機換向器的電流換向時(shí)會(huì )引起電流瞬間的大幅波動(dòng)，產(chǎn)生強烈的電磁干擾。高頻干擾噪聲沿著(zhù)電源線(xiàn)傳播，影響其他設備正常工作，形成傳導干擾。一定長(cháng)度的電源線(xiàn)存在天線(xiàn)效應，能量通過(guò)線(xiàn)纜發(fā)射到周?chē)臻g，形成輻射發(fā)射，對周邊電磁敏感設備造成影響。同時(shí)電機有線(xiàn)圈繞組，呈現感性，電機開(kāi)啟與關(guān)停會(huì )引起電流突變，在感性線(xiàn)路中會(huì )產(chǎn)生劇烈的電壓脈沖，這種瞬間電壓突變會(huì )影響某些敏感器件正常工作，甚至具有破壞性。
1.3 FCU、CVM等控制類(lèi)以及組合閥、背壓閥等閥類(lèi)零部件
控制器內都是采用單片機為核心的處理電路，處理各種數字電路，這些電路均工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)或者利用脈沖寬度調制(PWM)進(jìn)行控制，這種數字脈沖電壓和電流中包含了許多高次諧波干擾，這種干擾會(huì )通過(guò)空間或者公共電源或者公共地干擾其他設備。
零部件是干擾源，但干擾信號也會(huì )通過(guò)與零部件相連的電纜線(xiàn)束直接耦合傳導或者通過(guò)空間耦合發(fā)射出來(lái)，此時(shí)，線(xiàn)束作為天線(xiàn)。系統設備使用的低壓供電線(xiàn)束為非屏蔽線(xiàn)束，非屏蔽線(xiàn)會(huì )導致干擾通過(guò)電源線(xiàn)和信號線(xiàn)（雖然信號線(xiàn)屏蔽但其兩端未接地，且無(wú)法實(shí)施整根信號線(xiàn)屏蔽，并無(wú)屏蔽效果）向外耦合。高壓屏蔽線(xiàn)也不能實(shí)現360°可靠接地且接地阻抗較大，導致本該起屏蔽效果的屏蔽線(xiàn)成為驅動(dòng)天線(xiàn)，且對外通過(guò)空間耦合方式產(chǎn)生輻射干擾。
2、案例分析
某氫燃料電池系統進(jìn)行輻射發(fā)射測試，產(chǎn)品狀態(tài)為：低壓DC24V，高壓DC450V，不涉氫，系統處于點(diǎn)火狀態(tài)，上位機通過(guò)CAN光隔與產(chǎn)品進(jìn)行連接監控，燃料電池系統不發(fā)電；測試方法依據參考GB/T 18655-2010，測試限值采用GB/T 18655-2010等級3要求。測試數據結果發(fā)現：在低頻段，峰值與平均值為寬頻帶鼓起，無(wú)單個(gè)頻點(diǎn)突起，數據特點(diǎn)呈現寬帶噪聲；在高頻段（主要矛盾），峰值與平均值超出限值為固定頻率，單個(gè)頻點(diǎn)突起，數據特點(diǎn)呈現窄帶噪聲。超標數量：0.1MHz~2500MHz超出限值，低頻超標較為嚴重，*大超標三十多dB。
