純電動商用車EMC干擾類故障淺析

趙帥宇 張佳佳 張博 王勇 陳曉雯

摘 要：EMC性能是衡量整車電氣環(huán)境、電氣系統(tǒng)穩(wěn)定安全的重要指標(biāo) 純電動車型集成高壓供能與低壓控制系統(tǒng) 整車電氣環(huán)境更加復(fù)雜。文章介紹了純電動商用車常見EMC干擾類案例及相關(guān)排查方法、解決方案及后期優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：純電動;商用車;高壓系統(tǒng);EMC;故障分析

中圖分類號：U469.7? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-09-03

Abstract： EMC performance is an important index to measure the stability and safety of vehicle electrical environment and electrical system. Pure electric vehicle integrated with high-voltage energy supply and low-voltage control system makes the electrical environment of the whole vehicle more complex. This paper introduces the common EMC interference cases of pure electric commercial vehicles and relevant troubleshooting methods， solutions and later optimization schemes.

Keywords： Pure electric; Commercial vehicle; High voltage system; EMC; Fault analysis

CLC NO.： U469.7? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-09-03

1 前言

純電動汽車與傳統(tǒng)燃油車因其工作原理不同 相對電氣結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜 隨著車輛智能化、自動化迅速發(fā)展 整車EMC需求日益提高。

本文通過純電動商用車部分故障實例 分析了實際應(yīng)用過程中純電動商用車EMC干擾產(chǎn)生原因、整車性能影響、整改方法與優(yōu)化方案。

2 故障現(xiàn)象

（1）純電動商用車運行過程中車輛偶斷高壓現(xiàn)象;

（2）純電動商用車在上電或運行過程中倒車影像模糊花屏、收放機某頻段收音異常等現(xiàn)象;

（3）純電動商用車運行過程中誤報故障或CAN信息錯亂無法排查 CAN 網(wǎng)絡(luò)“信號失真”。

3 整車電磁干擾原理

電磁兼容（EMC Electro Magnetic Compatibility） 指電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中 按設(shè)計要求正常工作的能力 包括EMI和EMS兩部分;

電磁干擾（EMI Electro Magnetic Interference） 處于一定環(huán)境下中的設(shè)備或系統(tǒng)正常運行時 不應(yīng)產(chǎn)生超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所要求的電磁能量干擾;

電磁抗擾度（EMS Electro Magnetic Susceptibility） 處于一定環(huán)境下中的設(shè)備或系統(tǒng)正常運行時 設(shè)備或系統(tǒng)能承受各種類型的電磁能量干擾。

電動汽車EMC主要考察車輛行駛時高壓電器件（電機控制器、電池管理系統(tǒng)）、高壓線束（高壓交直流電纜）對周圍環(huán)境的輻射發(fā)射影響以及整車控制類電器件抵抗外部干擾能力。目前 我國強制認(rèn)證（CCC）業(yè)務(wù)中 與電動汽車相關(guān)的EMC認(rèn)證項目包括兩個標(biāo)準(zhǔn) ?即GB/T 18387和GB 14023 其中GB/T 18387包括整車輻射發(fā)射測試和充電系統(tǒng)傳導(dǎo)發(fā)射測試 GB 14023僅包括整車輻射發(fā)射測試。在電動汽車設(shè)計過程中 僅執(zhí)行強制認(rèn)證無法滿足在實際運營環(huán)境下正常使用 電氣各系統(tǒng)性能還需實車進行逐步測試與驗證。

4 干擾原因排查

因裝車后電器件分布及整車布置各有區(qū)別 排查時需明確整車高壓回路走向、低壓通訊、CAN網(wǎng)絡(luò)、線束走向及接地點等 一般可通過如下方式進行初步排查：

（1）排查整車高壓電器件殼體是否牢靠接地 可通過示波器等進行測量;

（2）若明確被干擾信號或通訊回路 可根據(jù)高低壓電器件布置 線束走線進行排查 一般要求高壓線束走線與低壓線束分離或垂直 避免平行走線 若出現(xiàn)通訊線與高壓線平行走線且距離較近 則高壓可能對通訊產(chǎn)生干擾情況;

（3）排查高壓電纜是否采用屏蔽線纜 屏蔽是否牢靠接地;

（4）檢查電器件設(shè)計是否滿足抗EMC干擾要求;

（5）可通過對線束增加磁環(huán)方案 降低可疑高壓線束對整車EMC干擾 從而排查具體影響高壓線束。

5 解決方案

根據(jù)排查及初步判斷 針對不同故障原因出具整改方案 因EMC屬于系統(tǒng)性、復(fù)雜性故障 市場車輛一般出具可行性、可操作、有效性的整改方案。

（1）由于整車高壓電器件在工作過程中會產(chǎn)生電磁輻射及感應(yīng)電勢能 若零部件外殼體不與整車負(fù)極（車架）牢靠搭鐵 會對附近控制器、低壓通訊產(chǎn)生較大干擾 且易受到外接干擾 從而導(dǎo)致車輛發(fā)生通訊信息錯亂等情況 針對上述情況 可對整車高壓電器件增加搭鐵線 保證電器件殼體牢靠接地 接地點進行除漆并防護;

（2）針對高壓線束干擾影響低壓通訊情況 可調(diào)整高壓線束或低壓線束走線 避免兩者平行走線或靠近（200mm以上）;

（3）因高壓線束通過大電流或交流電 易產(chǎn)生電磁感應(yīng)情況 從而影響低壓及通訊 目前電動車高壓線束采用高壓屏蔽線居多 部分對EMC要求較低部位可采用非屏蔽高壓線 若產(chǎn)生干擾高壓線束為非屏蔽高壓線 需將高壓線更換為屏蔽高壓線 且屏蔽層可靠接地;

（4）若高壓線束走線合理 屏蔽層可靠接地 且電器件接地牢靠 部分控制器仍出現(xiàn)信息錯亂或丟失情況 需聯(lián)合廠家進行電器件臺架EMC測試 對電器件內(nèi)部接地 大電流線路走向 信號接地等方案進行分析評估 通過調(diào)整內(nèi)部走線 功率電路與通訊電路分開接地等方式 提升電器件抗電磁干擾能力。

6 結(jié)論

純電動車整車EMC優(yōu)化改善需在設(shè)計階段進行 主要圍繞EMC三個措施（即接地、屏蔽和濾波）展開。

（1）接地設(shè)計

主要包括接地線的工藝、接地螺栓和螺母選型、接地點防腐蝕處理工藝設(shè)計等 汽車電路中各電器設(shè)備搭鐵點的設(shè)計 要根據(jù)用電設(shè)備的性質(zhì)、功能進行合理的布置 以保證汽車上各電器設(shè)備功率地線、通訊地線、CAN屏蔽線等的良好接地。避免造成信號干擾 影響電器件的功能及整車安全;常用搭鐵方法有如下兩種 簡示如下圖。

接地就近原則 就是在用電器的附近搭鐵 這樣就可以將在某一范圍內(nèi)的用電器的地合并在一起。圖1左側(cè) 在線束中設(shè)計一個打卡點 然后連接到搭鐵點 其優(yōu)點是可以減少導(dǎo)線的使用 降低了線束的直徑與質(zhì)量 但是 這樣會引起接地信號相互干擾。圖1右側(cè)的設(shè)計可以降低這種干擾 但是增加了線束的使用量。一般對于控制單元、傳感器、儀表等控制單元接地使用圖1右側(cè)所示方法。

（2）屏蔽

屏蔽設(shè)計的關(guān)鍵之一在于高低壓電器部件殼體設(shè)計及殼體接地 高低壓線纜屏蔽。

在高壓電器件屏蔽設(shè)計時 需綜合考慮安裝方式、接地搭鐵螺栓、內(nèi)部電路板接地位置點等;保證通過安裝、增加搭鐵線等方式 保證電器件殼體與車架形成穩(wěn)定接地 一般接地線經(jīng)選用較粗的25平線。

在高低壓線束屏蔽時 不僅要考慮其屏蔽性能 還要考慮成本、機械強度等特性。低壓通訊線可選用雙絞屏蔽線 并保證屏蔽線牢靠接地;高壓電纜可采用屏蔽線纜 并保證屏蔽層可靠接地。如：為降低U、V、W線纜可能帶來的輻射發(fā)射問題 其電機端、電機控制器端插件（格蘭頭）內(nèi)部增加金屬屏蔽環(huán) 在提高EMC設(shè)計的同時保證了產(chǎn)品的IP防護等級。

（3）濾波

濾波主要針對電器件電路板設(shè)計開發(fā) 需在信號回路增加濾波電路 以保證該回路信息通訊不收外接脈沖干擾影響。

參考文獻

[1] GBT 22630-2008，車載音視頻設(shè)備電磁兼容性要求和測量方法[S].

[2] QJQ_3627.1-2015，零部件電磁兼容技術(shù)條件[S].

[3] GBT 36282-2018，電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)電磁兼容性要求和試驗方法[S].

[4] GB/T 18655-2010，用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法[S].

[5] GB/T 17619-1998，機動車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測量方法[S].

[6] GB/T 2423.10-2008，電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法 試驗Fc：振動（正弦）[S].