某出口歐盟純電動(dòng)客車電磁兼容分析及改進(jìn)

侯友龍，凌 君

(江蘇常隆客車有限公司，江蘇 江陰 214400)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)純電動(dòng)客車開(kāi)始出口到國(guó)外并投入運(yùn)行。出口純電動(dòng)客車需要滿足不同國(guó)家的法規(guī)要求，其中電磁兼容(EMC)測(cè)試是重要的內(nèi)容之一。純電動(dòng)客車較傳統(tǒng)燃油車采用了更多的高壓大功率電氣部件，以及系統(tǒng)集成度和電磁敏感度高的電子控制單元，其EMC問(wèn)題尤為突出[1-2]。本文根據(jù)某出口歐洲車型，對(duì)在依據(jù)ECE R10《關(guān)于就電磁兼容性方面批準(zhǔn)車輛的統(tǒng)一規(guī)定》測(cè)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和改進(jìn)。

1 測(cè)試過(guò)程和分析

整車在電器件布置時(shí)已經(jīng)注意將高壓部件和低壓通訊部件分離，同時(shí)將高壓電纜與低壓通訊線束間隔至少300 mm布線，避免纏繞和交叉。整車通訊線采用雙絞線，雙絞線的抗電磁干擾能力好于平行線[3-4]。

1.1 窄帶(NB)輻射發(fā)射測(cè)試

車輛處于上電且驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作狀態(tài)，變速器擋位處于“N”，其他電器件全部打開(kāi)且處于連續(xù)工作狀態(tài)。該工況的測(cè)試結(jié)果如圖1所示。其中在30～60 MHz頻段的輻射值超出限值。通過(guò)逐步斷開(kāi)相應(yīng)電器件進(jìn)行排查，在斷開(kāi)DC/DC時(shí)，50～60 MHz頻段的輻射值下降；再斷開(kāi)電機(jī)控制器內(nèi)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，30～50 MHz頻段的輻射值也下降。

圖1 上電且驅(qū)動(dòng)電機(jī)未工作狀態(tài)

DC/DC與電機(jī)控制器(DCU)的輻射主要來(lái)自其內(nèi)部的IGBT管。IGBT管開(kāi)關(guān)的高頻率通斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的du/dt,易形成大量的諧波，通過(guò)器件或電路中的寄生參數(shù)增強(qiáng)干擾，同時(shí)集成化的器件采用脈沖調(diào)制技術(shù)(PWM)進(jìn)行整流和逆變，導(dǎo)線上存在共模電流和差模電流，從而產(chǎn)生電磁輻射，并通過(guò)空間輻射、傳導(dǎo)和耦合方式向外發(fā)射[5-7]。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：因器件外殼有固定螺栓、接插件座，存在縫隙和孔洞，產(chǎn)生電磁泄漏；個(gè)別高壓線束屏蔽層未完全與殼體搭鐵。

1.2 寬帶(BB)輻射發(fā)射測(cè)試

車輛上電，換擋桿置于“D”擋，電器全部開(kāi)啟并連續(xù)工作，以40 km/h恒速在實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行。該工況的測(cè)試結(jié)果如圖2所示。根據(jù)法規(guī)[8]要求，測(cè)試值雖然超過(guò)準(zhǔn)峰值限值線QP(圖中實(shí)線)，但是未超過(guò)峰值限值線PK(圖中虛線)，該項(xiàng)可以通過(guò)測(cè)試。

圖2 上電且驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作狀態(tài)

由于開(kāi)關(guān)電源IGBT輻射的影響，在30～50 MHz頻段輻射數(shù)值偏大。

1.3 電磁輻射抗干擾測(cè)試

車輛上電，擋位桿置于“D”擋，電器全部開(kāi)啟且連續(xù)工作，以50 km/h恒速在實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行，此工況下觀察各電器件是否正常工作，車速有沒(méi)有偏差±10%，未工作電器件是否異常啟動(dòng)等。

在測(cè)試過(guò)程中，儀表板上的駐車制動(dòng)氣壓數(shù)值顯示有異常波動(dòng)，該氣壓傳感器采用的是電子電壓式傳感器?，F(xiàn)場(chǎng)車輛實(shí)際未出現(xiàn)進(jìn)氣或放氣，所以判斷是氣壓信號(hào)受到電磁輻射干擾所致?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：該氣壓信號(hào)的地線與車輛地線共用一處搭鐵點(diǎn)，且距離氣壓傳感器較遠(yuǎn)，這會(huì)帶來(lái)較大的布線電容和電感，隨著干擾頻率的增加，可能會(huì)成為噪聲源，進(jìn)而對(duì)氣壓信號(hào)造成干擾；氣壓信號(hào)線與除霜器的高壓電源線并行，間距只有50 mm，造成該信號(hào)線抗干擾能力不強(qiáng)。

2 改進(jìn)措施和效果

針對(duì)上述EMC問(wèn)題，在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)很難做到對(duì)部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，考慮到EMC要素有：抑制噪聲源、阻斷傳播途徑及增強(qiáng)設(shè)備抗干擾能力[9-10]，在現(xiàn)場(chǎng)制定電磁屏蔽、干擾吸收處理、接地和布線優(yōu)化的改進(jìn)措施。

1) 電磁屏蔽。一般采用電阻率小的良導(dǎo)體材料，如箔帶、導(dǎo)電織物、導(dǎo)電涂層及鍍層等，以抑制電磁泄漏。此處采用銅箔帶將器件外殼原來(lái)縫隙和孔洞密封；將原來(lái)的普通橡膠密封圈換成導(dǎo)電硅膠密封圈；將因拆蓋檢查而未擰緊的螺栓按5 Nm的扭力擰緊，避免出現(xiàn)縫隙；原先僅將線束屏蔽層用自攻螺絲釘與車身搭鐵，現(xiàn)將高壓金屬插件尾端用銅箔包裹后與線束屏蔽層連接，并搭到機(jī)箱殼體搭鐵處，如圖3(a)所示。

2) 干擾吸收處理。在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)采用鐵氧體吸收型磁環(huán)，將電磁干擾的能量吸收并轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉，以此來(lái)抑制高頻干擾信號(hào)。在DC/DC和DCU進(jìn)線端分別增加20～100 MHz磁環(huán)，將正負(fù)極都穿過(guò)磁環(huán)，為增加吸收效果，導(dǎo)線需與磁環(huán)內(nèi)徑密貼，減少空隙以防止漏磁，如圖3(b)所示。

(a) 插件電磁屏蔽圖

3) 接地和布線優(yōu)化。在整車電磁環(huán)境中，良好的搭鐵可以有效抑制電磁干擾，同時(shí)不同類別的電纜盡可能分開(kāi)布置，可提高電磁輻射抗干擾能力[11-12]。分別將DCU和DC/DC的搭鐵點(diǎn)用砂紙打磨，去除表面的絕緣漆和氧化層，增加接觸面積，搭鐵線選用25 mm2銅編織帶，就近單獨(dú)搭鐵，為干擾信號(hào)提供低阻抗的通路，抑制干擾信號(hào)對(duì)設(shè)備的干擾；將氣壓信號(hào)的地線引出，與高壓除霜線路相距至少300 mm，并在氣壓傳感器附近搭鐵，抑制線纜間串?dāng)_，提高氣壓傳感器自身抗干擾能力。

通過(guò)采取以上三方面的改進(jìn)措施，再次測(cè)試，結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，窄帶和寬帶輻射數(shù)據(jù)明顯降低，儀表板上的氣壓數(shù)值也不再波動(dòng)，最終整車通過(guò)歐盟EMC認(rèn)證。

(a) 改進(jìn)后的窄帶測(cè)試結(jié)果

(b) 改進(jìn)后的寬帶測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著純電動(dòng)客車出口歐盟數(shù)量日益增多，EMC測(cè)試會(huì)越來(lái)越重要。本文通過(guò)分析出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題，采取在現(xiàn)場(chǎng)可操作性強(qiáng)的改進(jìn)措施，有效地抑制了電磁輻射，提高了部件的抗干擾能力，并為部件及整車EMC優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一些參考。