浅析新能源汽车EMI骚扰源定位及整改方法

舒南翔，陈磊，徐涛



浅析新能源汽车EMI骚扰源定位及整改方法

舒南翔，陈磊，徐涛

（安徽江淮汽车集团股份有限公司 新能源汽车研究院，安徽 合肥 230601）

基于新能源纯电动汽车辐射发射产生机理，以整车辐射发射的实际检测过程为基础，指出电磁兼容检测标准的选择依据和试验中可能遇到的一些问题，同时对试验结果进行分析。

新能源汽车；电磁兼容；辐射发射；共模辐射

引言

由于汽车上所选用的电气电子设备逐渐增多，汽车电磁环境也日益复杂。首先，控制汽车所用的ECU越来越多；其次，车辆上配置的外围GPS 电气电子设备也大幅增加，例如智能网联，车载娱乐系统等；另外，随着电动汽车的发展，电驱动系统中的DC/AC转换器、DC/DC转换器、电机等成为电动车辆的新的干扰源。所有新增电子电气系统对汽车电磁兼容性提出了更高的要求，汽车电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）成为汽车开发过程中的重难点，受到行业的重视。

1 EMC简介

电磁兼容指系统或设备在电磁环境中能正常工作，且不对环境中其它任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMC包含两个方面的要求：（1）指设备在正常工作过程中对环境产生的电磁干扰不能超过规定的限值，即电磁干扰（Electromagnetic Interference，简称EMI）；（2）指设备对环境中的电磁干扰具备一定程度的抗扰度，即电磁抗干扰（Electro Magnetic Susceptibility，简称EMS）。

1.1 新能源汽车辐射发射骚扰源

图1 某纯电池汽车HV电气系统及CAN网络连接图

新能源汽车由于其动力系统的复杂性和特殊性，使其电磁兼容性能和传统燃油车有较大差别。以纯电动汽车为例，HV电气系统及CAN网络连接如图1所示。车内的主要骚扰源包括[1]：（1）各个控制器电路；（2）直流高压母线的浪涌；（3）大功率DC/DC高频开关动作时产生的噪声；（4）驱动电机PWM调制电路中的共模电压。

1.2 新能源汽车辐射发射两种骚扰形式

图2为新能源汽车辐射发射示意图，图中存在共模辐射和差模辐射两种形式的辐射发射骚扰：车内高压母线回路中存在差模电流而产生差模辐射；由于电动机、电机控制器和DC/DC同车体之间存在杂散电容，共模电压通过杂散电容形成回路，从而产生共模辐射[2]。

图2 新能源汽车辐射发射示意图

2 骚扰源定位

GB/T18387--2017用于测量电动车的电磁场发射强度[3]，测试频率范围150kHz-30MHz；GB14023-2011可以用于测量传统车辆和混合动力汽车的辐射发射水平，测量频率范围（30-l000）MHz[4]。从频率范围上看，两者可以配合使用，同时GB/T18387-2017也明确指出（30-1000）MHz频率范围的电磁骚扰测量采用GB14023的最新版本。

2.1 可疑频率点分析

图3为某纯电动汽车进行GB/T18387-2017测试的结果，可以看到10kHz、20kHz和30kHz频率点上，虽然没有超过限值要求，但是辐射骚扰较其他位置强得多。通过分析，该车电机控制器IGBT模块的开关频率为10kHz，显然20kHz和30kHz是其谐波频率。因此可以围绕IGBT模块及其外围设备采取一些针对性的措施。

图3 某纯电动汽车依据GB/T18387-2017的测试结果

图4是某纯电动汽车基于GB/T18387-2017整车辐射发射测试结果，，同样在30MHz有超标的频率点存在。由理论分析可知，30MHz对应的波长为10m，根据天线理论，1/4波长的天线具有很强的天线效应，而30MHz对应的1/4波长为2.5m，加上介质的影响，这个辐射发射的天线应该是小于2.5m的，这就为定位骚扰源提供了很好的依据。

图4 某纯电动汽车整车辐射发射测试结果

2.2 检测位置分析

图6某纯电动汽车进行GB18387--2017测试，都是在棒状电场天线的条件下测量。

图5 某纯电动汽车依据GB18387-2017的测试结果

由图5可以看到，在（10-30）MHz三者差距较大，车头部位辐射骚扰水平明显高于其他两个侧面，该车动力总成位于车头部位，因此很可能是这一频率段的主要骚扰源，右侧的骚扰强度较左侧大，该车的电机控制器、压缩机是偏右侧布置的，即右侧骚扰强于左侧，可以从电机控制器、压缩机入手进行分析。

3 整改方法

电磁辐射发射的三个要素：电磁骚扰源、传播路径以及敏感设备，电磁辐射发射整改可从滤波处理、接地优化以及屏蔽处理三个方向开展整车电磁辐射发射整改。

3.1 接地优化

就车辆EMC设计而言，良好的接地设计是解决EMC问题最有效和最廉价的方法。

3.1.1单点接地系统

串联单点接地，效果最差，任何导线都会呈现DC电阻，流经这些导线的电流会因电阻值过大而产生压降，但省工省料，如图6（a）。并联单点接地，是低频电路最佳接地方式，非常适合于低频（低速）电路、设备（频率低于1MHz），例如音频电路、模拟装置以及50Hz/DC电力系统，如图6（b）。

图6 单点接地示意图

3.1.2多点接地系统

关于《艺舟双楫》，任国磊[21]指出，它是中国古代书论史上的一部经典著作，是清代碑学思想的经典之一。《艺舟双楫》的论书部分用朴质的语言叙述了一些关于碑帖考证、信札及书家个人传记等的信息，为后人研究书史提供了宝贵的史料，也为书法美学、书法批评研究提供了可靠的理论依据。他的突出贡献在于：一方面确立了以笔法为核心的书法理论体系，在书法的点画、运笔、章法等问题上作了碑学阐述；另一方面，他是碑学思想的发挥者，使北朝摩崖、造像记刻石、墓志铭恣肆、遒劲、雄健、朴质的审美价值趋向得以确立，为清代的书法艺术风格道路找到了新的突破点，为近代碑学热潮作了铺垫。

多点接地可以克服单点接地的问题，使用的接地线较短，长度小于λ/10时，可降低高频阻抗及天线效应，适用于高频（高速）数字电路/设备，如图7。其缺点是会有共地阻抗与地回路的问题，会造成噪声电压耦合及电场、磁场干扰/耐受的问题。

图7 多点接地示意图

3.1.3混合式接地系统

混合式接地系统是十分实用也是最常使用的低频接地系统，具备串联单点接地与并联单点接地的优点，不仅合乎低噪声的要求也可避免复杂的接线需求，如图8。

图8 混合式接地示意图

3.1.4接地优化案例

某电动车在频率16.728MHz附近超标约3.5dB，经过优化过程的研究，对电动车的接地进行了研究，发觉其接地系统不合理，尤其是电机控制器的接地线会产生地回路的辐射，解决方法是更换电机控制器的搭铁线，搭铁线采用镀锡铜编织网，接地点选择车身，如图9所示。

图9 某电动车接地优化示意图

3.2 滤波处理

滤波器是由电容、电感、电阻或者铁氧体器件组成的频率选择性二端口网络，可以连接传输线，抑制不需要的频率传播。电动汽车上的骚扰很多是通过线束和端口发射出来，所以滤波对于电动汽车的电磁兼容优化效果很明显。

3.2.1反射式滤波器

共有低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器，但在电动汽车中，应该使用的低通滤波器，如下图所示。

图10 反射式滤波器电路图

3.2.2吸收式滤波器

吸收式滤波器由有耗器件构成，将在阻带内吸收噪声的能量转化为热损耗，从而实现滤波。目前，铁氧体吸收型滤波器广泛应用于各种电路中。

3.2.3滤波处理案例

在某款电动汽车上的在电机三相线、油泵三相线、直流输入输出线增加磁环。进行滤波器，其滤波效果比较图如图11所示，在9kHz取得了良好的效果。

图11 某电动车滤波处理示意图

3.3 屏蔽处理

利用屏蔽技术来抑制电磁噪声在空间的传播，即阻断辐射电磁噪声的传播途径。通常用磁性材料或金属材料把所需屏蔽的空间包围起来，使屏蔽体内部和外部的“场”隔离，如图12所示。

图12 屏蔽技术示意图

屏蔽效能应用于抑制噪声源和敏感设备距离较远时由电磁场藕合所产生的干扰。电磁波在射入到金属体表面时产生吸收和反射，电磁能量衰减较大，起到屏蔽作用，如图13、14。

图13 屏蔽前后示意图

屏蔽作用的大小可以用屏蔽效能表示：

SE=20 lg（E1/ E2）

SH=20 lg（H1/ H2）dB

图14 0.5mm厚铝板综合屏蔽效能图

由图14 曲线看出，厚度为0.5mm铝板对低频电场的屏蔽效能高于磁场，对于高频段电、磁场的屏蔽效能逐渐趋于一致。

4 结论

驱动系统中的共模辐射是纯电动汽车主要的辐射骚扰源，本文根据工作中的实例总结出适用于纯电动汽车辐射发射性能测试的全频率范围（150kHz～l.0GHz）的检测、骚扰源定位以及整改方法，对新能源汽车的EMI性能提升具有一定的启示意义。

[1] 韩利,温旭辉,曾莉莉.混合动力电动汽车用电机及驱动控制器的电磁兼容设计[J].安全与电磁兼容,2006(1):81-84.

[2] Nobuyoshi Muwh,Mikiham Nakanishi,Masaki Kanesaki,ela1.Control Methods for EMI Noises Appearing in Electric Vehicle Drive syetems[C]∥Applied PowerElectronics Confer-enceand Exposition. Austin:APEC,2005.

[3] 中国汽车技术研究中心.GB/T18387-2017电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法.北京:中国标准出版社,2017.

[4] 上海电器科学研究所,中国汽车技术研究中心.GB14023-2011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.北京:中国标准出版社,2011.

The Location and Solution of EMI Disturbance Source on New Energy Automobiles

Shu Nanxiang, Chen Lei, Xu Tao

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd. New Energy Automobile Research Institute, Anhui Hefei 230601 )

This paper introduces the radiation mechanism of new energy automobiles. Based on the testing examples of vehicle radiation emission of new energy automobiles, selection basis of the EMC Testing standards and some possible problems in the test are described. Then, the testing results are analyzed reasonably.

New energy automobile; EMC; radiation emission; common mode radiation

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1671-7988(2019)03-18-04

U469.7

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1671-7988(2019)03-18-04

U469.7

舒南翔（1988-），男，湖北荆门人，硕士研究生，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司 新能源汽车研究院，主要从事整车电气架构、整车EMC性能开发。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.005