電動(dòng)汽車低壓直流電機(jī)電磁兼容性問(wèn)題和整改方法

林龍偉

（南京容測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

近年來(lái)，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，汽車產(chǎn)業(yè)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要支柱，隨著能源危機(jī)加劇，傳統(tǒng)汽車能耗問(wèn)題日益受到重視。電動(dòng)汽車使用節(jié)能環(huán)保，電動(dòng)汽車面臨嚴(yán)峻的EMC 問(wèn)題，電磁兼容是設(shè)備系統(tǒng)在電磁環(huán)境中正常工作不對(duì)事物構(gòu)成電磁騷擾的能力，車輛電磁兼容是零部件在電磁環(huán)境中工作。傳統(tǒng)燃油汽車中干擾源主要是火線圈，電動(dòng)汽車內(nèi)部集成大量電子電氣系統(tǒng)，高壓部件包括電池包，充電機(jī)等，低壓電器部件有雨刮電機(jī)，繼電器等，電子電氣部件工作產(chǎn)生電磁干擾，目前汽車設(shè)計(jì)向智能化發(fā)展，為采集車輛環(huán)境參數(shù)，汽車加載傳感器等電子設(shè)備，對(duì)電磁干擾敏感，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。電動(dòng)汽車上市需通過(guò)工信部公告實(shí)驗(yàn)，電動(dòng)汽車EMC設(shè)計(jì)面臨許多條件，座椅電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等使用低壓電流電機(jī)廣泛應(yīng)用，低壓電流電機(jī)工作發(fā)出輻射是電動(dòng)汽車重要干擾源。

一、電動(dòng)汽車EMC 整改原理

電動(dòng)汽車需通過(guò)安全等強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，整車EMC 是電動(dòng)汽車公告測(cè)試項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車EMC 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要檢測(cè)整車不同車況輻射輻射，汽車零部件影響MEC 特性，需進(jìn)行EMC 測(cè)試常見零件包括電池包，暖風(fēng)機(jī)等，測(cè)試項(xiàng)目包括傳導(dǎo)與輻射發(fā)射。EMC 整改是對(duì)整車EMC 測(cè)試超標(biāo)采用的優(yōu)化方法，根據(jù)測(cè)量結(jié)果采取整改方法可改善測(cè)試結(jié)果。

常見的EMC 整改方法包括接地，濾波。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇合適的整改手段才能取得理想效果。低電壓電流電機(jī)在電動(dòng)汽車上應(yīng)用廣泛，研究直流電機(jī)電磁發(fā)射特性對(duì)改善電機(jī)狀況具有重要意義。直流電機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子組成，定子與轉(zhuǎn)子空隙為氣隙，其大小對(duì)電機(jī)運(yùn)行影響很大。小型電機(jī)中氣隙為1-3mm。電機(jī)依靠電力驅(qū)動(dòng)，電刷兩端加直流電壓，載流線圈受電磁力為f=Bil.i 為直流電機(jī)工作電流，B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度，l 為導(dǎo)體有效長(zhǎng)度。電刷電壓不變，電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致。電磁力與電樞半徑乘積為轉(zhuǎn)矩，低壓直流電機(jī)能大范圍平滑調(diào)速，電動(dòng)汽車由電池包供電，高壓不能直接給低壓部件供電，經(jīng)DCDC 變化后為車載蓄電池充電。

電動(dòng)汽車窄帶測(cè)試需打開暖風(fēng)機(jī)，前照燈等，某車企開發(fā)新款電動(dòng)汽車時(shí)，測(cè)試結(jié)果超標(biāo)，頻段集中于30-50MHz，針對(duì)窄帶發(fā)射超標(biāo)采取相關(guān)手段整改，測(cè)量暖風(fēng)機(jī)不工作狀態(tài)下窄帶發(fā)射，認(rèn)定暖風(fēng)機(jī)為造成輻射發(fā)射超標(biāo)干擾源。暖風(fēng)機(jī)工作產(chǎn)騷擾噪聲，耦合到其他線束發(fā)射。采用銅箔屏蔽暖風(fēng)機(jī)電源，測(cè)試電機(jī)工作狀態(tài)結(jié)果滿足限值要求。

二、磁環(huán)抑制低壓直流電機(jī)傳導(dǎo)干擾研究

鐵氧體是具有較強(qiáng)磁鐵性金屬氧化物，電流流過(guò)導(dǎo)線在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，宏觀表現(xiàn)為強(qiáng)度磁性，鐵氧體電阻率較高，軟磁鐵樣題是廣泛使用的有耗材料，在抑制電磁干擾方面具有重要作用。磁環(huán)對(duì)高頻噪聲有很好的抑制作用，通常由軟磁氧體制成。EMC 整改中磁環(huán)用作低通濾波器，低頻段磁環(huán)感性阻抗值低，高頻段對(duì)諧波等電磁干擾抑制。

工程常用25MHz 阻抗表明磁環(huán)阻抗特性，需測(cè)量某頻阻抗，測(cè)量磁環(huán)阻抗用直徑φ=0.5mm2 漆包線穿過(guò)磁環(huán)圓心，選用某型號(hào)磁環(huán)測(cè)試，磁環(huán)與線束存在寄生電容，電阻與電感表征磁環(huán)吸收反射高頻干擾能力。根據(jù)等效模型，與電容并聯(lián)求出阻抗表達(dá)式。電刷與換向器產(chǎn)生電弧產(chǎn)生電磁輻射，瞬變電壓含有大量高頻成分，電機(jī)換向發(fā)出傳導(dǎo)干擾，暖風(fēng)機(jī)使用永磁直流有刷電機(jī)，暖風(fēng)機(jī)是汽車重要干擾源。整車EMC 整改中經(jīng)常使用鐵氧磁環(huán)。以暖風(fēng)機(jī)為例研究磁環(huán)抑制電流傳達(dá)干擾，線圈圈數(shù)影響電路參數(shù)，增加圈數(shù)電路阻抗諧振頻率降低。

三、濾波器性能優(yōu)化

直流電機(jī)工作中電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生高頻干擾通過(guò)線束向外輻射。定位雨刮電機(jī)是造成輻射超標(biāo)干擾源，電動(dòng)汽車雨刮電機(jī)與電源構(gòu)成回路，接地是常用整改方法，利用雨刮電機(jī)外殼接地性質(zhì)選擇接地改善發(fā)射。輻射由電路電流環(huán)路引起，環(huán)路向外界輻射能量，電機(jī)電源線與地構(gòu)成環(huán)路。

GB/T 18655-2010 測(cè)試下，采用接地可降低輻射發(fā)射，不同接地點(diǎn)抑制效果不同，接地點(diǎn)會(huì)路電流大輻射水平高。濾波器從不同頻率成分信號(hào)濾出特定頻率成分信號(hào)，濾波器分為高低通濾波器等，巴特沃斯型濾波器對(duì)構(gòu)成元件Q 值要求較低，介紹五階巴特沃斯LPE 設(shè)計(jì)方法，插入損耗是濾波器重要性能參數(shù)，實(shí)際插入損耗曲線與理想曲線存在較大差異，電感及線路中存在寄生參數(shù)是影響性能重要原因，通過(guò)減小引腳長(zhǎng)度等方法改善濾波器插入損耗，將濾波器應(yīng)用于低壓直流電機(jī)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，降低電機(jī)傳導(dǎo)發(fā)射。傳導(dǎo)干擾水平頻段在0.15-108MHz 內(nèi)降低。

四、結(jié)語(yǔ)

本文研究電動(dòng)汽車低壓直流電機(jī)EMC 特性，車載暖風(fēng)機(jī)和后視鏡電機(jī)為低壓直流電機(jī)，工作中發(fā)出強(qiáng)烈電磁干擾，是無(wú)法通過(guò)EMC 測(cè)試國(guó)標(biāo)的重要原因，對(duì)零部件EMC 測(cè)試項(xiàng)目低壓直流電通過(guò)率不高。目前電動(dòng)汽車EMC 檢測(cè)合格率較低，未來(lái)研究要建立精確的電阻阻抗模型，電動(dòng)汽車是集成許多電子電氣設(shè)備系統(tǒng)，難以掌握其傳播路徑，需建立系統(tǒng)傳播拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。