高壓二合一充放電模塊整車輻射發(fā)射問題定位分析整改案例淺析

姜意馳，谷原野，宋喜崗，張寶國，孫運璽，孫自超

（一汽奔騰轎車有限公司，吉林 長春 130012）

隨著全球新能源汽車的推廣、現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的發(fā)展，整車電子設(shè)備應(yīng)用更為廣泛，并且大功率的高壓零部件在電動車輛上應(yīng)用日益普遍。相比于燃油車輛，電動汽車的電磁兼容問題尤為突出，特別是電機電控、電池管理系統(tǒng)（BMS）、車載充電機（OBC）、直流變換器（DC-DC）等高壓大功率器件高頻開通關(guān)斷導(dǎo)致電壓或電流的快速變化，是產(chǎn)生EMI噪聲的主要原因，構(gòu)成了復(fù)雜的整車電磁兼容環(huán)境，因此，將這些噪聲控制在合理的國家標(biāo)準(zhǔn)要求以內(nèi)，以確保車輛對周圍環(huán)境的保護(hù)，就顯得非常重要。

GB 34660—2017《道路車輛 電磁兼容性要求和試驗方法》已經(jīng)列入公告產(chǎn)品準(zhǔn)入審查要求，本文旨在通過對電動汽車輻射發(fā)射測試項目排查、定位、分析、整改，并結(jié)合產(chǎn)品實際情況，提出切實可行的整改方案，并最終順利通過GB 34660—2017的輻射發(fā)射測試。

1 試驗結(jié)果

某款電動汽車依據(jù)GB 4660—2017規(guī)定的測試方法進(jìn)行測試，其中窄帶（簡稱NB）輻射發(fā)射滿足法規(guī)的限值要求，但是在寬帶（簡稱BB）測試時，峰值滿足限值要求，在車輛左側(cè)天線垂直極化（簡稱LV）準(zhǔn)峰值終掃數(shù)據(jù)在37.7MHz超過準(zhǔn)峰值限值1.59dB，導(dǎo)致不能通過公告準(zhǔn)入，同時，在車輛右側(cè)天線水平極化（簡稱RH）、車輛左側(cè)水平極化（LH）準(zhǔn)峰值終掃數(shù)據(jù)在37MHz附近裕量在2dB左右，有超標(biāo)風(fēng)險，考慮到測試的不確定度，需要做一些改進(jìn)，使測試結(jié)果裕量大于6dB，測試結(jié)果如圖1～圖3所示，為此，以LV為重點排查位置。

圖1 LV測試圖

圖2 RH測試圖

圖3 LH測試圖

2 排查定位

車輛電器布置圖如圖4所示，在進(jìn)行BB整車輻射發(fā)射時，長時工作的、能產(chǎn)生寬帶發(fā)射的所有設(shè)備均工作在最大負(fù)載狀態(tài)，車速40km/h運行，此時處于工作狀態(tài)的電器主要包括雙閃、雨刮、前照燈、收音機、鼓風(fēng)機、空調(diào)、電機電控以及一些重要的電器件。考慮到37MHz明顯的包絡(luò)，通過采用排除法及手持頻譜儀近場掃描的方法找到導(dǎo)致該包絡(luò)輻射偏高的騷擾源。

圖4 車輛電器布置圖

首先讓整車處于Ready狀態(tài)，與車輛BB測試狀態(tài)相比，僅使車速降為0，實驗結(jié)果表明37MHz附近包絡(luò)沒有明顯變化，如圖5所示，說明有無車速對該頻點的輻射發(fā)射不會造成影響，基本可以排除電機電控產(chǎn)生的騷擾。依次關(guān)閉車載用電器，直至用電器全部關(guān)閉以后，試驗結(jié)果如圖6所示，37MHz附近包絡(luò)仍沒有明顯下降，說明車載用電器對該頻點附近產(chǎn)生的輻射騷擾影響不大。在車輛ON擋狀態(tài)時，車載用電器全部關(guān)閉，試驗結(jié)果如圖7所示，無超標(biāo)頻率點，由此可以判斷出37MHz附近包絡(luò)很有可能是由高壓系統(tǒng)產(chǎn)生。至此，目前的分析重點為二合一（OBC、DCDC）充放電模塊。通過手持頻譜儀近場掃描結(jié)果分析可知，在37MHz附近，與二合一相連接的高壓線束發(fā)射電平均比較高，二合一到高壓配電盒（PDU）發(fā)射電平最為嚴(yán)重，如圖8所示，與暗室遠(yuǎn)場測試趨勢一致。斷開二合一低壓線束（短接高壓互鎖引腳），斷開二合一到PDU高壓線束后，測試結(jié)果如圖9所示，37MHz附近包絡(luò)有明顯的下降，由此可判斷該干擾源由二合一高壓線束導(dǎo)致，非搭鐵端的金屬屏蔽層對搭鐵之間有感應(yīng)電壓的存在，感應(yīng)電壓與電纜的長度成正比，會形成天線效應(yīng)。

圖5 Ready 0車速測試圖

圖6 Ready 0車速電器全關(guān)測試圖

圖7 ON擋電器全關(guān)測試圖

圖8 二合一到PDU高壓線束近場掃描圖

圖9 Ready拔掉DC-DC低壓信號線和高壓線測試圖

3 整改優(yōu)化

在對二合一到PDU高壓線束二合一端口進(jìn)行屏蔽層搭鐵阻抗測試發(fā)現(xiàn)，接口處與高壓線束屏蔽層連接的觸點與二合一控制器金屬外殼完全分離，如圖10所示，使得該條高壓線束的屏蔽層完全失效。通過精密儀器測量后得出，二合一高壓線束接口處開孔距離比觸點間距大3mm，如圖11、圖12所示，我們采用導(dǎo)電棉將觸點包裹再重新裝入二合一控制器，使觸點和二合一金屬外殼完全接觸，如圖13所示。最后在與整車完全連接后，Ready狀態(tài)下，用手持頻譜儀近場掃描得出數(shù)據(jù)，在37MHz附近包絡(luò)有明顯下降，有近26dB幅度的改善，如圖14所示。

圖10 二合一高壓線束端口

圖11 觸點間距

圖12 開口距離

圖13 整改措施

圖14 整改后二合一到PDU高壓線束近場掃描

在暗室經(jīng)過回歸測試，結(jié)果合格，證明整改措施有效，目標(biāo)準(zhǔn)確，并且有充足的裕量，公告測試通過，如圖15～18所示。

圖15 整改后LH測試圖

圖16 整改后LV測試圖

圖17 整改后RH測試圖

圖18 整改后RV測試圖

4 總結(jié)與思考

電子電氣設(shè)備或系統(tǒng)在其運行過程中，往往伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，從而構(gòu)成了復(fù)雜的電磁環(huán)境，形成了電磁干擾。目前解決這些干擾的三大技術(shù)主要為濾波、搭鐵和屏蔽。在面對產(chǎn)品研發(fā)的不同階段，要具體情況具體分析，在產(chǎn)品量產(chǎn)后，考慮成本及可操作性，搭鐵和屏蔽作為最簡單有效的整改措施，能夠有效地反射、吸收電磁能量，將其與其它區(qū)域分開，防止電磁能量的泄露，同時對防止外部電磁能量進(jìn)入該設(shè)備也起到了積極的保護(hù)作用。

本文采用了搭鐵和屏蔽的整改思路，線纜中增加屏蔽層的完整通路，給高壓線束內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的共模電路提供了回流路徑。

5 結(jié)束語

電動汽車電子集成化程度不斷提高，其復(fù)雜的電磁兼容環(huán)境越來越引起工程師們的重視，但是在整改排查過程中，屏蔽線纜的完整性往往被忽略。作為一種最為簡單實用的手段，本文以某款電動車輛為例，通過排查以及準(zhǔn)確地定位分析，鎖定引起輻射發(fā)射超標(biāo)的主要部件，分析其噪聲來源，并給出了合理化建議，降低了企業(yè)成本，最終順利通過了公告測試。