基于空旷场地的纯电动客车电磁兼容摸底测试

李志强

(厦门金龙联合汽车工业有限公司， 福建 厦门 361023)

与传统客车相比，纯电动客车以高压部件为主，核心部件都由高功率、大电流组件构成，由此带来的电磁兼容(EMC)问题也日益突出。GB 14023-2011[1]是整车EMC测试的重要标准，客车产品设计和制造中都要考虑EMC这一要素。

由于客车外形长6～18 m，对电波暗室的空间要求较高，而且暗室造价高昂，国内满足客车整车试验要求的只有少数几家，试验费用高昂。因此，对大部分客车厂来说，在暗室试验室进行摸底测试不现实。项目组选用一辆8 m中型试制车，进行厂内空旷场地的EMC摸底测试，找出该车主要超标部件和超标频率，提出对应的整改措施。

1 测试准备

1.1 场地的选择

受自然环境(温度、湿度等)、地理环境以及电磁环境的制约，选择一个合适的户外试验场地的要求比较苛刻。GB 14023要求用于车辆户外试验的场地，应是一个以车辆与测量天线之间连线的中点为圆心、最小半径为30 m的圆形区域内没有电磁波反射物的空旷场地[1]。为了保证没有能够影响测量值的外界噪声或信号，应在测量之前和测量之后，在车辆没有运转的状态下测量环境噪声。这2次测量到的环境噪声应比规定的骚扰限值至少低6 dB，背景中FM调频广播(87 MHz～108 MHz)、手机信号(800 MHz以上)等干扰无法避免，不做处理。

1.2 测试主要设备与设置

测试的主要设备包括：对数周期天线、EMI接收机和手持式频谱分析仪。EMI接收机为罗德&施瓦茨生产的 ESL3型号接收机，接收频率9 kHz～2.75 GHz，符合 CISPR16-1-1标准要求[2]。手持式频谱分析仪也是罗德&施瓦茨生产， 型号是FSH4，频率9 kHz～3.6 GHz。用来近距离查找超标部位，精准定位超标点，具有携带方便的特点。

按照标准规定的频段和检波方式，调整扫描接收机的驻留时间，同时应选择合适的扫描接收机带宽，使仪器的本地噪声至少比限值低6 dB。因场地限制，天线距离车身的水平测量距离为3.00 m±0.05 m,天线垂直高度为1.80 m±0.05 m。

1.3 测试车辆状态要求

1) 上电且驱动电机不工作运行状态。点火开关打开，驱动电机不工作，车辆上所有电器处于正常运行状态。所有可连续运行的含有大于9 kHz内置振荡器或重复信号的设备，都应处于正常运行状态。

2) 驱动电机工作状态。使用2个小型举重机把车辆驱动轮架起，测试过程车辆以40 km/h 的恒速运行。

2 测试过程与分析

测试过程中，首先扫一遍背景，保存背景测试结果，以便测试比对，然后高低压电气设备全开，测试整车左侧水平尾部电磁辐射情况。从测试结果来看，30 MHz～80 MHz、130 MHz附近和200 MHz～400 MHz这些频段的辐射容易超限值。通过逐步断开高压部件，判断干扰的来源。关掉空调后，30 MHz～80 MHz，100 MHz～200 MHz辐射下降明显；70 MHz和135 MHz，200 MHz～400 MHz辐射仍然超标。这说明空调开启后在30 MHz～80 MHz，100 MHz～200 MHz电磁辐射较大。

根据以上同样的思路，继续逐断高压部件，一个一个排查，最后找到各个频率超标的干扰源。如表1，各个部件超标频率会重叠，相互影响。

表1 主要超标部件和超标点

超标的主要是高压部件，因为空调控制模块、电机控制器和电辅件核心部件是由DC/DC变换器和DC/AC逆变器组成，这些大功率变换器和逆变器通常选用IGBT管。IGBT管开关的通断瞬间会产生很高的du/dt，以及逆变后交流电存在大量的谐波成分，这是其对外产生强大辐射的最根本原因[3]。逆变器将动力电池直流电压变换成脉宽调制的电压波形(PWM电压)，这是一种脉宽变化的脉冲波形，PWM调制会产生大量的尖峰电压。高压部件与汽车壳体(接地端)之间形成分布电容(CY1、CY2和CY3)，尖峰电压不断对电容充放电产生共模电流，同时高压部件之间还存在着差模电流(如图1)。共模与差模电流产生的电磁辐射通过空间辐射、传导和耦合方式干扰其他部件的正常工作。另外，导线上共模电流和差模电流产生辐射，当电机控制器等设备屏蔽外壳密封不严时，在缝隙处形成发射天线，向外发射辐射。

图1 共模和差模电流示意图

3 整改措施及效果

从EMC三要素：干扰来源、传播途径以及敏感设备来看，解决EMC问题就是要找到干扰源，加强屏蔽和处理好接地，抑制辐射在最小的范围内或者合理引导共模和差模电流流向[4-7]。本文整改的具体措施如下：

1) 接地措施。接地方式和接地位置很关键，本文通过单点接地、多点接地、混合接地(其中单点又包括并联和串联接地)对设备接地重新设计。对工作频率低于1 MHz的设备，优选单点接地，对工作频率大于10 MHz的设备，地线阻抗变得很大，采用就近多点接地。对样车电机控制器壳体进行处理，增大其同整车的接触面积，间接增加接地平面。四合一控制器使用编织带代替单点接地，加强接地效果[8-9]。

2) 滤波措施。对于电机控制器等使用DC/DC变换器和DC/AC逆变器的部件，在电机控制器直流母线输入与四合一输出之间加滤波电路，构建CLC滤波电路，减小辐射发射(如图2)。通过匹配设计，最终确定滤波电路参数：CX1=10 μF，CY1=0.33 μF，L1≈2 μH&10 kHz，CY2=0.1 μF。

3) 屏蔽措施。提高高压部件外壳屏蔽效果，项目组也获取了一些经验。保持接触面清洁，减小接触电阻；保证上盖和壳体的接触面积，减小电阻、增加电容；使用电磁密封衬垫，消除缝隙上的未接触点；使用合适的紧固螺钉加强紧固力，减小电阻、增加电容；保持接触面较好的平整度，减小电阻、增加电容。

图2 电机控制器滤波电路

通过项目组摸底测试查找超标点，制定以上整改措施。最终，车辆在重庆车辆检测研究院通过了GB 14023的测试要求。

4 结束语

本文基于空旷场地对纯电动客车进行电磁兼容摸底测试，不受暗室的限制，也不用花费高昂的测试费用，可以反复测试，便于工程师在客车厂区内摸底测试。但是，也存在着不足之处：因FM调频广播频段、手机信号频段等频段干扰，这些频段里的超标部分测不出来。