新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC問(wèn)題的改進(jìn)及展望

王庚午

摘要：新能源汽車是大電流、大電壓、大功率的電力電子裝置系統(tǒng)，其所產(chǎn)生的電磁干擾相比于傳統(tǒng)的車輛要強(qiáng)很多。這樣大功率的裝置系統(tǒng)在實(shí)際的車輛運(yùn)行階段會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電磁干擾，最終使得車輛運(yùn)行不穩(wěn)或是對(duì)車輛附近的電氣設(shè)備使用帶來(lái)一定影響。但是現(xiàn)今，還沒(méi)有針對(duì)這樣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而研制的EMC標(biāo)準(zhǔn)。基于此，文章對(duì)新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC問(wèn)題進(jìn)行了研究與展望。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);EMC問(wèn)題;改進(jìn)措施;展望

1 電磁兼容測(cè)試在新能源汽車中的必要性

電磁兼容（ElectromagneticCompatibility，簡(jiǎn)稱EMC）。指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。

EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值，即所謂的電磁干擾（ElectromagneticInterference，簡(jiǎn)稱EMI）。

另一方面是指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即所謂的電磁抗干擾（ElectroMagneticSusceptibility，簡(jiǎn)稱EMS）。

與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車EMC問(wèn)題更加突出。新能源汽車動(dòng)力直接使用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，高壓附件的使用會(huì)使電磁干擾問(wèn)題的更為嚴(yán)重。動(dòng)力系統(tǒng)由于電流在極短時(shí)間內(nèi)的跳動(dòng)以及大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的快速移動(dòng)會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的輻射以及電磁干擾。

加上電子電氣部件都占據(jù)著極大的比重，其中的電磁兼容性問(wèn)題又與整車的安全密切相關(guān)。汽車內(nèi)各種控制器，DCDC.DCAC都是強(qiáng)干擾源，而且線束又多又長(zhǎng)，輻射干擾很嚴(yán)重。隨著CISPR25-2016的發(fā)布，高壓系統(tǒng)的EMC要求越來(lái)越嚴(yán)，EMC測(cè)試已成為汽車廠商所要面對(duì)的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。為了減小電磁干擾，我們就必須要加強(qiáng)電磁兼容性測(cè)試。

2 EMC的分析原理

傳統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)中一般遵循：產(chǎn)品設(shè)計(jì)--樣品生產(chǎn)--EMC測(cè)試--測(cè)試不通過(guò)--整改--更改設(shè)計(jì)--樣品生產(chǎn)--測(cè)試通過(guò)。

EMC仿真是基于軟件分析的一種正向電磁兼容設(shè)計(jì)方法，包括3D仿真，PCB仿真和系統(tǒng)及電路仿真。電磁場(chǎng)的分析方法有解析法和數(shù)值法。EMC仿真軟件都是基于數(shù)值法。

3 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要電磁干擾問(wèn)題

電機(jī)控制逆變器系統(tǒng)中，電機(jī)繞組的分布電容和逆變器功率半導(dǎo)體器件對(duì)散熱器的分布電容形成共模干擾路徑，分別在電機(jī)和散熱器上生成了共模電流，該共模電流會(huì)通過(guò)車體參考地流向電機(jī)逆變器的直流電源輸入端口。逆變器功率半導(dǎo)體器件的寄生參數(shù)和動(dòng)力線纜束間的互感形成差模干擾路徑，差模干擾電流也流向電機(jī)逆變器的直流電源輸入端口。因此，逆變器功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的干擾不僅會(huì)影響直流高壓母線上的其他敏感設(shè)備（例如DC-DC等），還會(huì)進(jìn)一步引起系統(tǒng)輻射發(fā)射問(wèn)題。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高壓線束還可通過(guò)感性耦合和容性耦合干擾低壓電源線、控制線和信號(hào)線（例如CAN總線）連接的低壓敏感設(shè)備。而由高、低壓線纜束上的共模干擾電流形成的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射，以及電機(jī)控制器線纜的插接頭和機(jī)殼的縫隙產(chǎn)生的電磁泄漏，均可能對(duì)車內(nèi)外的敏感設(shè)備造成影響。

4 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾抑制技術(shù)

在減小干擾源方面，可采用功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，減小功率控制回路的振鈴和諧振，抑制干擾源的形成。另外，可以采用PWM控制策略優(yōu)化方法和軟開(kāi)關(guān)控制方法，減小功率開(kāi)關(guān)PWM信號(hào)的諧波和高頻電磁噪聲。在抑制傳導(dǎo)干擾方面，通常在功率變換控制器直流端口和交流端口安裝濾波裝置。常用的濾波抑制技術(shù)包括有源濾波器和無(wú)源濾波器。目前，研發(fā)工程師通常在產(chǎn)品驗(yàn)證階段根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和EMC電磁發(fā)射測(cè)量結(jié)果，采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)濾波裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)及整車的EMC整改，這會(huì)使產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本增加、周期延長(zhǎng);無(wú)源濾波器的體積較大，除增加系統(tǒng)的重量，還可能引發(fā)新的諧振;另外，對(duì)于低壓敏感設(shè)備，需要再安裝濾波器抑制電磁干擾。在抑制輻射干擾方面，對(duì)于電磁場(chǎng)強(qiáng)度較大區(qū)域的設(shè)備和線纜束采取屏蔽和接地措施;敏感設(shè)備電磁防護(hù)采用屏蔽、濾波、互感耦合電磁干擾對(duì)消方法、拓?fù)鋬?yōu)化等手段。然而，傳統(tǒng)的濾波和屏蔽技術(shù)通常不能適應(yīng)車內(nèi)空間狹窄、高低溫、振動(dòng)沖擊等環(huán)境特點(diǎn)和行駛工況多變的要求，對(duì)車輛行駛工況動(dòng)態(tài)負(fù)載下的高功率電磁干擾不能進(jìn)行有效抑制。

5 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC的發(fā)展趨勢(shì)

綜合以上文獻(xiàn)可見(jiàn)，關(guān)于新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC問(wèn)題的研究目前還主要集中在以下很小的范圍內(nèi)：

1）系統(tǒng)電磁干擾機(jī)理分析和干擾抑制方法的研究。

對(duì)于EMC檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)的研究少之甚少。傳統(tǒng)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法不能夠適用于大功率、大電流的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的EMC檢測(cè)，例如選擇什么參數(shù)的人工電源網(wǎng)絡(luò);如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)和負(fù)載（測(cè)功機(jī)）的有效電磁隔離;如何找出系統(tǒng)中最大干擾源所在;系統(tǒng)測(cè)試中電源如何供給;如何更換電機(jī);像Echamber這種暗室成本都非常昂貴，如何降低暗室成本等這些都是必須要深入研究的。

2）DC/AC逆變器或DC/DC變換器的EMC問(wèn)題研究。

其中還是以DC/AC逆變器的EMC問(wèn)題研究為主，只有少數(shù)幾篇文獻(xiàn)對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。雖然逆變器或變換器的快速開(kāi)關(guān)動(dòng)作是整個(gè)系統(tǒng)的主要電磁干擾源所在，但是對(duì)于電池、電機(jī)、電纜等其他設(shè)備所帶來(lái)電磁干擾同樣不容忽視，所以對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性研究是不可避免的。

3）共模電流的傳導(dǎo)發(fā)射研究。

雖然共模電流帶來(lái)的電磁干擾會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于差模電流，但是對(duì)于大功率、大電流的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，差模電流帶來(lái)的電磁干擾同樣不能忽視，所以非常有必要對(duì)差模電流進(jìn)行研究。基于實(shí)驗(yàn)條件限制的原因，目前主要的研究還是集中在低頻的傳導(dǎo)發(fā)射研究，對(duì)于高頻的輻射發(fā)射研究還相對(duì)較少。

4）濾波器的設(shè)計(jì)。

對(duì)于電磁干擾抑制方法的研究，目前大多數(shù)都集中在濾波器的設(shè)計(jì)上，尚缺乏更多有效的電磁干擾抑制措施。

本人認(rèn)為關(guān)于此問(wèn)題后期的研究趨勢(shì)除了對(duì)上述幾個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行深入研究之外，可以將研究重心偏向上面提到的一些橫向問(wèn)題研究上。

6結(jié)語(yǔ)

新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身的電磁環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，再加上系統(tǒng)在不同場(chǎng)合下會(huì)表現(xiàn)出不同的場(chǎng)源和邊界條件，各種分布參數(shù)也會(huì)不盡相同，這給整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性研究和測(cè)試帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。但前面的文獻(xiàn)研究具有很好的參考價(jià)值，為后期的研究指明了方向，同樣還有很多空白需要后期的研究去填補(bǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王洪武，張戟，楊騰飛.電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC問(wèn)題研究現(xiàn)狀[J].電子測(cè)量技術(shù)，2011（34）：18-22.

[2]郭艷輝，李子森，楊寶山，等.EMC預(yù)測(cè)試軟件在測(cè)試整改中的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2011，30（3）：54-56，63.

[3]張清鵬，萬(wàn)健如.電磁兼容系統(tǒng)中的接地研究[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2012，31（10）：27-29.

（作者單位：蜂巢傳動(dòng)科技河北有限公司）