一款混合动力城市客车的电磁兼容（EMC）试验

李培杰，张宝彦，杨磊

（1.金龙汽车（西安）有限公司，陕西 西安 710119；2.陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）

引言

新能源汽车与传统汽车相比，用电机、电池和电控组成的驱动系统取代了传统的内燃机动力驱动系统，具有车辆电压高、驱动电流大、电控管理复杂等特点。动力系统中高压大功率的电力电子装置和驱动电机在工作时会产生很严重的电磁干扰，相比传统汽车增加了更多的高压线束和 CAN通信线束，更容易受到电磁干扰，直接关系到车辆的安全可靠性。因此，新能源客车的电磁兼容问题更为复杂、严重。

1 什么是电磁兼容（EMC）

电磁兼容EMC（Electromagnetic Compatibility）：是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值（EMI）；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性（EMS），见图1。

2 国家对混合动力汽车电磁兼容（EMC）的测试要求

国内目前整车电磁兼容（EMC）公告测试标准主要有两个，一个是《GB 14023-2011 车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车外接收机的限值和测量方法》，另一个是《GB/T 18387-2008 电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法，宽带，9kHz～30MH》。

（1）GB 14023-2011 属于强制标准，此标准应用于限制由内燃机驱动或/和电驱动车辆车载设备发出的可以导致无线电干扰的宽带和窄带电磁能量辐射，降低车载设备对车外广播接收机在30M Hz～1000MHz频率范围内的干扰。

图1 电磁兼容（EMC）的整体框架图

（2）GB/T18387-2008 属于推荐标准，此标准规定了电动车辆在频率范围 9kHz～30MHz的磁场和电场的辐射发射的限值和测量方法。GB/T 18387虽为推荐性标准，但在上公告时仍强制执行。

试验场对上述两个测试都要求在电波暗室条件下进行。GB/T 18387和 GB 14023相协调，联合对车外接收机提供9kHz～1000MHz频段范围内的保护。

3 整车电磁兼容（EMC）测试

3.1 测试场地及测量设备

半电波暗室——指的是装有吸波材料的屏蔽室，用以排除其他发射源所产生的电磁波（如各种广播通信发射塔等），避免这些背景噪声影响到电磁兼容的测量结果。

测量接收机——是测试系统的核心部分，用来接收和分析骚扰信号，是电磁兼容测量中最关键的设备。

天线——是电磁辐射测量中必须要使用到的辅助测量设备，主要作用是发射或接收电磁波，在此试验中是指接收来自整车各种电子电器设备的辐射骚扰场强。

3.2 测试过程

（1）测试样车进入试验暗室，用千斤顶将车辆驱动轮举起（如图2），进入测试状态。

图2 测试车辆在电波暗室的试验照片

（2）测试方法依据GB/T 18387-2008中的电场和磁场强度测试方法，限值要求见表1表2：

①天线位置：电场强度探测棒天线置于地面上，距离车辆的最近部分为3±0.1m；磁场强度探测环天线放置固定在中心距地面上1±0.05m高，距车体3±0.2m远处。

②预测：车辆以 40km/h匀速运行，对电场的垂直方向和磁场的3个正交方向进行检测，记录数据，用以上同样的方法，对车辆的其他3个侧面进行检测。

③终测：根据以上测试结果，选出最大发射方向（即辐射干扰最强），车辆分别以16km/h和64km/h稳定车速运行，对电场的垂直方向和磁场的3个正交方向进行检测，记录数据，出具实验结果。

表1 电场强度发射限值

表2 磁场强度发射限值

3.3 测试结果及分析

测试结果如图3所示，在磁场频率为7.1MHz和8.7MHz附近分别超标3db和3db，实验不合格。

图3 第一次频谱测试结果

从测试结果可以看出，该混合动力城市客车在小于30MHz的低频范围内其磁场辐射超过了法规规定的限值。分析其最有可能的来源是开关电源或接地不良造成的。开关电源中的开关电路是电磁骚扰的主要源头。

分析此混合动力城市客车电器部件的辐射骚扰源，重点关注相比传统客车多出来的高压部件，如电机，电机控制器、整车控制器、三合一高压配电柜（包括 DC/DC、DC/AC）、动力电池管理系统（BMS）等。这些高压部分模块在正常工作中会产生电磁噪声，尤其是采用了开关电源技术的模块，开关回路产生的高频电磁干扰会很大程度上在整车运行过程中影响辐射发射的测试结果。

测试过程中车辆要求以规定速度运行，这些高压部件都是保证车辆正常运行的一个完整系统，无法用关闭其中一个部件排除的测试方法来确定辐射源。因此，为了顺利通过整车 EMC试验，我们选择对所有可能产生电磁辐射的高压部件进行抑制措施，优化整改。

4 优化整改措施

从 EMC设计要求角度来说，抑制干扰的措施主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等方法。由于混合动力城市客车的电机控制器、DC/DC、DC/AC等均采用了金属外壳结构，我们在不能对其内部电路进行较大的电磁兼容设计改动的情况下，通过对外部电路，包括高压电缆线（直流、交流），电机控制器电气接口、三合一高压配电柜电气接口等进行抑制措施，切断干扰的传播路径。图4图5是屏蔽处理后的高压电器仓；图6图7是增加的消除电磁干扰器件。

（1）检查全车高压线缆的屏蔽线，发现电机直流输入线缆的屏蔽层并未引出，这样导致高压直流线束屏蔽效果比较差。现场将电机控制器直流输入线束的屏蔽层引出，固定在电机控制器的外壳上，其余高压线缆也都把屏蔽层引出，就进接地，牢靠搭铁。

图4 包裹铜编织网并引出搭铁

图5 高压电缆线包裹铜编织网

（2）用铜编织网对全车高压线缆进行了包裹处理，控制高压线缆产生的辐射干扰。

（3）联合电机控制器工程师对电机控制器直流输入端加入滤波电容，对ISG电机直流输入端加入非晶磁环和滤波电容。调整电机控制器的搭铁，减少搭铁线长度，并用铜箔纸对电机旋变线进行包裹；电机控制器低压线束中增加非晶磁环，对高频噪声有很好的抑制作用。

（4）最后将高压线束的屏蔽层通过引出线与外围铜网连接，并且将三合一高压配电柜的塑料格兰头更换为屏蔽性能较好的金属格兰头。

图6 增加滤波电容

图7 增加磁环

5 再次测试

测试车辆进入电波暗室，依照第一次试验程序，电磁辐射强度测试顺利通过，结果见图8图9。

6 实验小结

总结上述试验车辆电磁兼容（EMC）试验，过程中抑制措施简单有效，解决了试验中的电磁干扰超标问题，使试验顺利通过。同时也为技术人员在后续改进新能源客车电磁兼容（EMC）方面提供了有价值的方向。目前新车型已经在EMC方面重视起来，其中的高压部件EMC得到重点关注，整车需要零部件在开发阶段严格考虑 EMC问题，不应该由整车厂在整车环境下针对相关零部件进行屏蔽、保护和滤波等；即 EMC是零部件开发时合理布局电路优化出来的，而不是出现问题出方案整改出来的。

图8 第二次磁场强度测试频谱显示结果

图9 第二次电场强度测试 频谱显示结果

7 后期设计生产注意事项

（1）汽车零部件的设计必须满足EMC设计要求并通过国家EMC认证。

（2）整车高低压电器设计应考虑电磁兼容性问题，如动力线应采用屏蔽线，且屏蔽层接地良好，动力线不宜太长，不应绕圈，开关电路设备外壳应接地良好等。

（3）整车电气设计除了应保证车辆对外辐射干扰尽量小外，还应保证车辆车载电子设备不受自身其他车载设备的影响。

结束语

新能源汽车电磁兼容（EMC）试验是确保车辆安全、可靠运行的基本保障，也是新能源汽车产品研发、检测认证和产业化发展的关键所在。很显然，整车 EMC问题的解决应从车载零部件着手，整车厂需要制定一套规范的车载零部件及整车的电磁兼容性能质量管控体系。在明确整车需要达到的EMC技术指标后，对零部件开发也要制定详细地EMC测试评价指标，零部件开发严格执行，最终各个零部件都达到相关 EMC技术指标要求，最终实现整车电磁兼容性能技术达标。

[1] 裴春松.纯电动汽车电磁兼容分析与电磁干扰抑制.[J]汽车电器.2011年第10期.

[2] 许响林,刘青松,覃延明,李彬,翟建鹏.纯电动城市客车电磁兼容性试验.[J]上海计量测试.2014-4 .

[3] 陈立辉.电磁兼容（EMC）设计与测试之汽车电子产品.[J]电子工业出版社.2014年4月.

[4] 重庆车检院电磁兼容在客车上使用的要求——整车要求及与零部件对EMC的性能关系.电动汽车资源网.2016.11.09.