新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)的電磁兼容性 （EMC）性能分析

新能源電動(dòng)汽車主要由動(dòng)力電池系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、電控等構(gòu)成，動(dòng)力電池系統(tǒng)作為新能源電動(dòng)汽車三大核心部件之一，在整車運(yùn)行功能中，要求動(dòng)力電池系統(tǒng)必須具備優(yōu)良的電磁兼容性能。動(dòng)力電池系統(tǒng)在汽車中作為能量來源，通過電力輸出給電動(dòng)機(jī)、電控等其他產(chǎn)品提供持續(xù)不斷的電力，因此為模擬這一輸出特性，在測試過程中，需要一套接近實(shí)車輸出環(huán)境的動(dòng)力電池附屬裝置，以模擬動(dòng)力電池輸出特性。但是目前在動(dòng)力電池系統(tǒng)電磁兼容測試中模擬負(fù)載的選擇一直是個(gè)難點(diǎn)，一是無法精確模擬實(shí)車環(huán)境中的負(fù)載情況，二是行業(yè)內(nèi)相關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及各車企的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中，均未對動(dòng)力電池系統(tǒng)附屬裝置的選型、規(guī)格參數(shù)進(jìn)行說明。由于各電磁兼容試驗(yàn)室的動(dòng)力電池系統(tǒng)附屬裝置參數(shù)各異，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果上存在很大的差異，無法保證測試結(jié)果的一致性和重復(fù)性。

本文為進(jìn)一步研究不同動(dòng)力電池系統(tǒng)附屬裝置及試驗(yàn)布置差異性對輻射發(fā)射試驗(yàn)的影響，減少客戶排查、整改時(shí)間，降低試驗(yàn)成本，為各試驗(yàn)機(jī)構(gòu)優(yōu)化并統(tǒng)一場地布局結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高場地性能和測試結(jié)果的一致性和重復(fù)性[]。

驗(yàn)證方法闡述

1.測試方法

依據(jù)GB/T18655的高壓產(chǎn)品的輻射騷擾試驗(yàn)布置圖，采用1m法進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，高低壓線束長度為1700mm ，并且與接地平面前端平行的線束長度為1500mm ，所有線束放在在非導(dǎo)電且低相對介電常數(shù)0 ≤1.4 ）材料上，其他場地布置要求如樣品接地位置、高低壓線束距離、天線高度及天線距低壓線束距離等作了詳細(xì)的參數(shù)說明[2]。

2.附屬裝置說明

本文所用到的附屬裝置見表1。

3.差異性介紹

影響輻射騷擾試驗(yàn)因素很多，包括試驗(yàn)線束長度、線束布局、接地位置及天線位置等，綜合這些因素起來探究三種附屬裝置的影響。根據(jù)以往試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及行業(yè)內(nèi)比較關(guān)注的因素，本文篩選了4種關(guān)鍵因素：高低壓線纜相對距離、接收天線距地面高度、接收天線與參考中心點(diǎn)距離及產(chǎn)品接地位置[3，4]。

動(dòng)力電池系統(tǒng)線束主要由低壓線束和高壓線束組成，低壓線束主要是動(dòng)力電池管理系統(tǒng)線束，系統(tǒng)內(nèi)含模擬信號和數(shù)字信號及其他信號，易受外界干擾。高壓線束主要是作為動(dòng)力電池系統(tǒng)輸入和輸出鏈路，其特點(diǎn)是大電壓大電流，如果無屏蔽層或屏蔽層性能有缺陷，強(qiáng)干擾信號會(huì)通過高壓線束輻射出來，干擾其他敏感體。高壓線束和低壓線束越近，寄生參數(shù)越大，低壓線束越容易耦合干擾，所以將高低壓線束的相對距離作為考慮因素之一。

接收天線距地面高度和接收天線與參考中心點(diǎn)距離主要考量天線的不同測試位置對試驗(yàn)結(jié)果的影響，加上人為因素的測量距離的偏差，接收天線在各個(gè)位置可能存在一定差異，需要考慮在合理的偏差范圍內(nèi)對輻射騷擾試驗(yàn)結(jié)果的影響。

產(chǎn)品接地位置主要是以動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的相對位置為基準(zhǔn)，分析在不同接地布置的影響。由于動(dòng)力電池管理系統(tǒng)內(nèi)含控制電路、時(shí)鐘晶振及開關(guān)器件等，是騷擾的主要源頭，不同的接地位置會(huì)影響干擾信號的回流方式。

綜合以上四種因素，分別以三種附屬裝置為負(fù)載，研究不同布置因素對輻射騷擾的影響。

試驗(yàn)方法說明

試驗(yàn)前，需對場地進(jìn)行確認(rèn)。天線在水平極化和垂直極化底噪數(shù)據(jù)如圖1所示，表明暗室內(nèi)未存在干擾源，且天線水平極化和垂直極化數(shù)據(jù)基本無差異。綜上所述，暗室場地滿足試驗(yàn)需求。

本文采用正交分析法，試驗(yàn)條件及正交試驗(yàn)矩陣見表2。每一種附屬裝置進(jìn)行9次試驗(yàn)。

注：A為高低壓線纜相對距離；B為接收天線距地高度；C為接收天線與參考中心點(diǎn)距離；D為接地位置。

本文設(shè)計(jì)了四因素三水平試驗(yàn)，其正交試驗(yàn)見表3。

對正交試驗(yàn)中的9組組合，在 30～1000MHz 的頻段進(jìn)行輻射發(fā)射測試[5。在測試結(jié)果中，將 30～1000MHz 分成13個(gè)子頻段，記錄每個(gè)頻段的最大發(fā)射量，并將子頻段的最大發(fā)射量相加，以此數(shù)值作為正交試驗(yàn)結(jié)果。

本實(shí)驗(yàn)在 30～1000MHz 頻段中，改變高低壓線纜相對距離、接收天線距地高度、接收天線與參考中心點(diǎn)距離及接地位置四種水平因素，依次對每種組合進(jìn)行輻射發(fā)射掃描，對掃描所得平均值做數(shù)據(jù)處理，其試驗(yàn)布置如圖2所示。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上文數(shù)據(jù)處理方法，其數(shù)據(jù)匯總見表4。

對不同附屬裝置測得數(shù)據(jù)進(jìn)行各因子水平均值k和極差R計(jì)算。

以阻性負(fù)載結(jié)果分析為例。記A高低壓線纜相對距離因素水平所對應(yīng)的輻射發(fā)射13個(gè)子頻段發(fā)射量之和的值為 |K₁ ， K₁=39.967+40.637+34.082=114.686 ，而A高低壓線纜相對距離因素水平對應(yīng)的平均輻射發(fā)射13個(gè)子頻段發(fā)射量之和為 k₁=K₁/3=38.228

相應(yīng)可以得到：

K₂=76.783+76.421+63.025=216.229

k₂=K₂/3=72.076

K₃=62.509+58.804+54.084=175.397

k₃=K₃/3=58.465 極差 R=max （）-min（k 38.228=33.848

接收天線距地高度（B）、接收天線與參考中心點(diǎn)距離（C）以及接地位置（D）的結(jié)果見表5和表6。根據(jù) k₁ ， k₂ ， k₃ 的大小比較可判斷三個(gè)水平的高低壓線纜相對距離對輻射發(fā)射發(fā)射量的影響大小，即高低壓線纜相對距離最優(yōu)的水平為A2。

同理，可計(jì)算得出接收天線與參考中心點(diǎn)距離、接收天線距地高度、接地方式的最優(yōu)水平分別為B1、C2、D1。綜上所述，可以得出結(jié)論：附屬裝置為阻性負(fù)載時(shí)，最佳的試驗(yàn)條件組合是A2B1C2D1，即高低壓線束相對距離 100mm ，接收天線距地高度 900mm ，接收天線與參考中心點(diǎn)距離 1000mm ，接地位置距主控近時(shí)，該條件下動(dòng)力電池系統(tǒng)所測試的輻射發(fā)射發(fā)射量最大。

根據(jù)極差R大小，四個(gè)因素對發(fā)射發(fā)射量的影響程度順序?yàn)椋焊叩蛪壕€束相對距離 gt; 接收天線距地高度gt; 接收天線與參考中心點(diǎn)距離 gt; 接地位置。

利用相同的方法對電子負(fù)載和激勵(lì)裝置所測得數(shù)據(jù)進(jìn)行各因子水平均值k和極差R計(jì)算。

根據(jù)上述表格數(shù)據(jù)可得，附屬裝置為電子負(fù)載時(shí)，最佳的試驗(yàn)條件組合是A3B1C2D3，即高低壓線束相對距離 200mm ，接收天線距地高度 900mm ，接收天線與參考中心點(diǎn)距離 1000mm ，接地位置距主控適中時(shí)，該條件下動(dòng)力電池系統(tǒng)所測試的輻射發(fā)射發(fā)射量最大。

根據(jù)極差R大小，四個(gè)因素對發(fā)射發(fā)射量的影響程度順序?yàn)椋焊叩蛪壕€束相對距離 gt; 接收天線與參考中心點(diǎn)距離 gt; 接收天線距地高度 gt; 接地方式。

附屬裝置為激勵(lì)裝置時(shí)，最佳的試驗(yàn)條件組合是A2B3C2D2，即高低壓線束相對距離 100mm ，接收天線距地高度 1100mm ，接收天線與參考中心點(diǎn)距離1000mm ，接地位置距主控遠(yuǎn)時(shí)，該條件下動(dòng)力電池系統(tǒng)所測試的輻射發(fā)射發(fā)射量最大。

根據(jù)極差R大小，四個(gè)因素對發(fā)射發(fā)射量的影響程度順序?yàn)椋焊叩蛪壕€束相對距離 gt; 接收天線與參考中心點(diǎn)距離 gt; 接地方式 gt; 接收天線距地高度。

結(jié)語

本文主要研究動(dòng)力電池系統(tǒng)不同附屬裝置及不同布置的差異之間輻射發(fā)射，將動(dòng)力電池系統(tǒng)附屬裝置分為阻性負(fù)載、電子負(fù)載、激勵(lì)裝置，并選定四種關(guān)鍵布置影響因素：高低壓線纜相對距離、接收天線距地面高度、接收天線與參考中心點(diǎn)距離及產(chǎn)品接地方式。針對每種附屬裝置，將四種關(guān)鍵布置影響因素制定正交試驗(yàn)表，在 30～1000MHz 頻段中進(jìn)行輻射發(fā)射測試，通過數(shù)據(jù)分析及計(jì)算，可以得出每種附屬裝置的最優(yōu)布置組合。

1）當(dāng)附屬裝置為阻性負(fù)載時(shí)，測試組合為高低壓線束相對距離 100mm ，接收天線距地高度 900mm ，接收天線與參考中心點(diǎn)距離 1000mm ，接地位置距主控近時(shí)，該條件下樣品所測試的輻射發(fā)射發(fā)射量最大。其中高低壓線束相對距離對其輻射發(fā)射發(fā)射量影響最大。

2）當(dāng)附屬裝置為電子負(fù)載時(shí)，測試組合為高低壓線束相對距離 200mm ，接收天線距地高度 900mm ，接收天線與參考中心點(diǎn)距離 1000mm ，接地位置距主控適中時(shí)，該條件下樣品所測試的輻射發(fā)射發(fā)射量最大。其中高低壓線束相對距離對其輻射發(fā)射發(fā)射量影響最大。

3）當(dāng)附屬裝置為激勵(lì)裝置時(shí)，測試組合為高低壓線束相對距離 100mm ，接收天線距地高度 1100mm 接收天線與參考中心點(diǎn)距離 1000mm ，接地位置距主控遠(yuǎn)時(shí)，該條件下樣品所測試的輻射發(fā)射發(fā)射量最大。其中高低壓線束相對距離對其輻射發(fā)射發(fā)射量影響最大。

此外，通過數(shù)據(jù)分析對比，在三種附屬裝置中，高低壓線束相對距離對輻射發(fā)射發(fā)射量均是最大。

在實(shí)際測試中，針對不同附屬裝置，企業(yè)和試驗(yàn)機(jī)構(gòu)可以選用上述測試組合以達(dá)到動(dòng)力電池系統(tǒng)最大的輻射發(fā)射發(fā)射量，從而降低樣品的電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)。

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