新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC問(wèn)題的改進(jìn)分析

摘 要：本文針對(duì)新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC存在的傳導(dǎo)干擾、輻射干擾與整車(chē)電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，圍繞采用電磁干擾抑制技術(shù)、實(shí)行電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)、搭建電磁兼容技術(shù)服務(wù)平臺(tái)三個(gè)層面，探討了關(guān)于新能源汽車(chē)電磁干擾問(wèn)題的具體解決方案，以期為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)化與新能源汽車(chē)安全運(yùn)行提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);電磁兼容;干擾抑制

0 引言

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)控制器、高低壓電源變換器等裝置組成的電力電子裝置系統(tǒng)，利用IGBT、MOSFET等半導(dǎo)體功率器件基于PWM實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，在此過(guò)程中極易產(chǎn)生電磁干擾，影響到無(wú)線(xiàn)電接收裝置及各項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行，因此需采取有效措施改進(jìn)EMC問(wèn)題，維護(hù)車(chē)輛及人員的安全。

1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC問(wèn)題分析

1.1 傳導(dǎo)干擾

通常高壓電纜線(xiàn)束可能以感性耦合或容性耦合的形式對(duì)連接的低壓敏感設(shè)備產(chǎn)生干擾，經(jīng)由低壓電纜線(xiàn)束、電源線(xiàn)、控制線(xiàn)及信號(hào)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)干擾傳遞。同時(shí)，在高、低壓電纜線(xiàn)束上產(chǎn)生的共模電流可能造成遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的電磁輻射問(wèn)題，加之機(jī)殼縫隙、連接電纜插接頭、接口等部位均有可能發(fā)生電磁泄漏現(xiàn)象，對(duì)汽車(chē)內(nèi)外的無(wú)線(xiàn)電等敏感裝置造成干擾[1]。

1.2 輻射干擾

在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，繞組分布電容將作用于電機(jī)，半導(dǎo)體器件的分布電容將作用于散熱器，由此在共模干擾路徑上產(chǎn)生共模電流，并朝向逆變器端流動(dòng)，最終進(jìn)入直流電源輸入端口。與此同時(shí)，半導(dǎo)體器件的對(duì)地寄生參數(shù)與動(dòng)力電纜線(xiàn)束在電流互感作用下將形成差模干擾路徑，致使干擾電流向逆變器方向流動(dòng)，最終也將歸入直流電源輸入端口。在此情況下，干擾電流將直接作用于直流高壓母線(xiàn)上的高低壓電源變換器等設(shè)備，由此產(chǎn)生輻射發(fā)射問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)安全性能構(gòu)成威脅，致使敏感設(shè)備受損。

1.3 整車(chē)電磁兼容問(wèn)題

針對(duì)整車(chē)EMC干擾超標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行分析，其常見(jiàn)原因體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：其一是電機(jī)控制器中的開(kāi)關(guān)器件、端口等產(chǎn)生電磁干擾;其二是線(xiàn)束屏蔽層失效問(wèn)題，或線(xiàn)束長(zhǎng)度、連接方向的設(shè)計(jì)不合理，由此造成輻射干擾。

2 關(guān)于新能源汽車(chē)電磁干擾問(wèn)題的解決方案

2.1 采用電磁干擾抑制技術(shù)

為解決電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾問(wèn)題是，可采取多種干擾抑制措施。

其一是減少干擾源的輻射發(fā)射強(qiáng)度，可針對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的功率控制回路進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，減少振鈴、諧振，借此從源頭抑制干擾源的形成;針對(duì)PWM控制策略進(jìn)行優(yōu)化，減少PWM信號(hào)生成的諧波含量及高頻電磁噪音;將半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的兩端并聯(lián)在電路中，并將其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，用于抑制電流、電壓隨時(shí)間產(chǎn)生的變化;還可以將EMI傳導(dǎo)路徑進(jìn)行切斷，采用無(wú)源EMI濾波器形成低阻抗通路，用于有效抑制多次諧波。

其二是克服傳導(dǎo)干擾問(wèn)題，對(duì)此主要選用有源濾波器或無(wú)源濾波器等濾波裝置增設(shè)在功率變換控制器的直流、交流兩端口處，用于抑制電磁干擾。

其三是抑制輻射干擾問(wèn)題，對(duì)此需針對(duì)位于較高電磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)的敏感設(shè)備、電纜線(xiàn)束等做好接地處理，加強(qiáng)屏蔽設(shè)計(jì)，并綜合運(yùn)用濾波、對(duì)消方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁干擾的抑制作用。

2.2 實(shí)行電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)

當(dāng)前我國(guó)新能源汽車(chē)行業(yè)已普遍執(zhí)行《電動(dòng)車(chē)輛的電磁場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)度的限值和測(cè)量方法》（GB/T 18387-2008）等標(biāo)準(zhǔn)，并將其作為市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行強(qiáng)制性檢驗(yàn)。但尚未出臺(tái)關(guān)于整車(chē)輻射干擾、電磁兼容等問(wèn)題的檢驗(yàn)要求，因此要求整機(jī)廠(chǎng)聯(lián)合零部件供應(yīng)商面向新能源汽車(chē)共同確立電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系，針對(duì)電機(jī)、逆變器等高壓零部件的試驗(yàn)方法、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)作出明確規(guī)定，并且在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝車(chē)前完成電磁場(chǎng)輻射發(fā)射的試驗(yàn)檢測(cè)、確定具體的限值要求。

具體來(lái)說(shuō)，基于ISO26262標(biāo)準(zhǔn)將電磁兼容性作為評(píng)價(jià)新能源汽車(chē)性能與安全的重要指標(biāo)，將電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作環(huán)境納入檢測(cè)指標(biāo)中，明確安全裕度、電磁易損性等檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)態(tài)測(cè)試的基礎(chǔ)上完善動(dòng)態(tài)測(cè)試的基礎(chǔ)條件，收集車(chē)載線(xiàn)束的實(shí)際長(zhǎng)度數(shù)據(jù)及其布局方式，并且將汽車(chē)行駛過(guò)程中涉及到的物理環(huán)境因素融入電波暗室測(cè)試中。與此同時(shí)，還應(yīng)將車(chē)輛牽引、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)的EMC評(píng)估結(jié)果列為整車(chē)電磁兼容評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立產(chǎn)品全生命周期EMC標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系，引入三維仿真、建模等技術(shù)手段完善實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與技術(shù)支持，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)與不同設(shè)備模塊的EMI噪聲預(yù)測(cè)、干擾測(cè)試，為車(chē)輛電磁兼容安全性提供保障。

2.3 搭建電磁兼容技術(shù)服務(wù)平臺(tái)

當(dāng)前中國(guó)北方車(chē)輛研究所測(cè)試中心已面向新能源汽車(chē)建立電磁兼容技術(shù)服務(wù)平臺(tái)——EMC實(shí)驗(yàn)室，聚焦產(chǎn)品全生命周期提供EMC預(yù)測(cè)試、干擾源排查與EMC性能評(píng)估等技術(shù)服務(wù)，并自動(dòng)完成整車(chē)系統(tǒng)級(jí)整改方案的編制[2]。以某新能源汽車(chē)出現(xiàn)的整車(chē)EMC干擾超標(biāo)問(wèn)題為例，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)完成干擾因素分析的基礎(chǔ)上，面向具體問(wèn)題進(jìn)行整改方案的編制，例如針對(duì)電機(jī)控制器進(jìn)行整改，采用濾波搭鐵電路連接方法，有效避免負(fù)載受高頻信號(hào)的干擾;針對(duì)輪速傳感器進(jìn)行整改，以干擾路徑作為整改的入手點(diǎn)，并針對(duì)線(xiàn)束選型進(jìn)行優(yōu)化，重新進(jìn)行輪速傳感器的布線(xiàn)，實(shí)行大電流線(xiàn)束與信號(hào)線(xiàn)的區(qū)分，借此有效克服電磁干擾問(wèn)題，使測(cè)試結(jié)果符合限值要求。

3 結(jié)論

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局調(diào)查，2019年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量共計(jì)124.2萬(wàn)輛，在汽車(chē)總產(chǎn)量中占比4.87%，近五年增速提高3.32%。在新能源汽車(chē)逐漸推廣的形勢(shì)下，對(duì)于車(chē)輛綜合性能提出更高要求，因此需建立產(chǎn)品全生命周期EMC標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系，聚焦干擾抑制、實(shí)驗(yàn)測(cè)試與技術(shù)服務(wù)等層面，全面提升系統(tǒng)電磁兼容性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁榮軍，劉侃.新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)展望[J].中國(guó)工程科學(xué)，2019（03）：56-60.

[2]張紅波.輕量新能源汽車(chē)應(yīng)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)匹配的研究[J].時(shí)代人物，2019（15）：157-158.

作者簡(jiǎn)介：陳劍飛（1987-），男，江西宜春人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。