纯电动商用车EMC干扰类故障浅析

赵帅宇 张佳佳 张博 王勇 陈晓雯

摘 要：EMC性能是衡量整车电气环境、电气系统稳定安全的重要指标 纯电动车型集成高压供能与低压控制系统 整车电气环境更加复杂。文章介绍了纯电动商用车常见EMC干扰类案例及相关排查方法、解决方案及后期优化方案。

关键词：纯电动;商用车;高压系统;EMC;故障分析

中图分类号：U469.7  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）18-09-03

Abstract： EMC performance is an important index to measure the stability and safety of vehicle electrical environment and electrical system. Pure electric vehicle integrated with high-voltage energy supply and low-voltage control system makes the electrical environment of the whole vehicle more complex. This paper introduces the common EMC interference cases of pure electric commercial vehicles and relevant troubleshooting methods， solutions and later optimization schemes.

Keywords： Pure electric; Commercial vehicle; High voltage system; EMC; Fault analysis

CLC NO.： U469.7  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）18-09-03

1 前言

纯电动汽车与传统燃油车因其工作原理不同 相对电气结构更加复杂 随着车辆智能化、自动化迅速发展 整车EMC需求日益提高。

本文通过纯电动商用车部分故障实例 分析了实际应用过程中纯电动商用车EMC干扰产生原因、整车性能影响、整改方法与优化方案。

2 故障现象

（1）纯电动商用车运行过程中车辆偶断高压现象;

（2）纯电动商用车在上电或运行过程中倒车影像模糊花屏、收放机某频段收音异常等现象;

（3）纯电动商用车运行过程中误报故障或CAN信息错乱无法排查 CAN 网络“信号失真”。

3 整车电磁干扰原理

电磁兼容（EMC Electro Magnetic Compatibility） 指电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中 按设计要求正常工作的能力 包括EMI和EMS两部分;

电磁干扰（EMI Electro Magnetic Interference） 处于一定环境下中的设备或系统正常运行时 不应产生超过相应标准所要求的电磁能量干扰;

电磁抗扰度（EMS Electro Magnetic Susceptibility） 处于一定环境下中的设备或系统正常运行时 设备或系统能承受各种类型的电磁能量干扰。

电动汽车EMC主要考察车辆行驶时高压电器件（电机控制器、电池管理系统）、高压线束（高压交直流电缆）对周围环境的辐射发射影响以及整车控制类电器件抵抗外部干扰能力。目前 我国强制认证（CCC）业务中 与电动汽车相关的EMC认证项目包括两个标准  即GB/T 18387和GB 14023 其中GB/T 18387包括整车辐射发射测试和充电系统传导发射测试 GB 14023仅包括整车辐射发射测试。在电动汽车设计过程中 仅执行强制认证无法满足在实际运营环境下正常使用 电气各系统性能还需实车进行逐步测试与验证。

4 干扰原因排查

因装车后电器件分布及整车布置各有区别 排查时需明确整车高压回路走向、低压通讯、CAN网络、线束走向及接地点等 一般可通过如下方式进行初步排查：

（1）排查整车高压电器件壳体是否牢靠接地 可通过示波器等进行测量;

（2）若明确被干扰信号或通讯回路 可根据高低压电器件布置 线束走线进行排查 一般要求高压线束走线与低压线束分离或垂直 避免平行走线 若出现通讯线与高压线平行走线且距离较近 则高压可能对通讯产生干扰情况;

（3）排查高压电缆是否采用屏蔽线缆 屏蔽是否牢靠接地;

（4）检查电器件设计是否满足抗EMC干扰要求;

（5）可通过对线束增加磁环方案 降低可疑高压线束对整车EMC干扰 从而排查具体影响高压线束。

5 解决方案

根据排查及初步判断 针对不同故障原因出具整改方案 因EMC属于系统性、复杂性故障 市场车辆一般出具可行性、可操作、有效性的整改方案。

（1）由于整車高压电器件在工作过程中会产生电磁辐射及感应电势能 若零部件外壳体不与整车负极（车架）牢靠搭铁 会对附近控制器、低压通讯产生较大干扰 且易受到外接干扰 从而导致车辆发生通讯信息错乱等情况 针对上述情况 可对整车高压电器件增加搭铁线 保证电器件壳体牢靠接地 接地点进行除漆并防护;

（2）针对高压线束干扰影响低压通讯情况 可调整高压线束或低压线束走线 避免两者平行走线或靠近（200mm以上）;

（3）因高压线束通过大电流或交流电 易产生电磁感应情况 从而影响低压及通讯 目前电动车高压线束采用高压屏蔽线居多 部分对EMC要求较低部位可采用非屏蔽高压线 若产生干扰高压线束为非屏蔽高压线 需将高压线更换为屏蔽高压线 且屏蔽层可靠接地;

（4）若高压线束走线合理 屏蔽层可靠接地 且电器件接地牢靠 部分控制器仍出现信息错乱或丢失情况 需联合厂家进行电器件台架EMC测试 对电器件内部接地 大电流线路走向 信号接地等方案进行分析评估 通过调整内部走线 功率电路与通讯电路分开接地等方式 提升电器件抗电磁干扰能力。

6 结论

纯电动车整车EMC优化改善需在设计阶段进行 主要围绕EMC三个措施（即接地、屏蔽和滤波）展开。

（1）接地设计

主要包括接地线的工艺、接地螺栓和螺母选型、接地点防腐蚀处理工艺设计等 汽车电路中各电器设备搭铁点的设计 要根据用电设备的性质、功能进行合理的布置 以保证汽车上各电器设备功率地线、通讯地线、CAN屏蔽线等的良好接地。避免造成信号干扰 影响电器件的功能及整车安全;常用搭铁方法有如下两种 简示如下图。

接地就近原则 就是在用电器的附近搭铁 这样就可以将在某一范围内的用电器的地合并在一起。图1左侧 在线束中设计一个打卡点 然后连接到搭铁点 其优点是可以减少导线的使用 降低了线束的直径与质量 但是 这样会引起接地信号相互干扰。图1右侧的设计可以降低这种干扰 但是增加了线束的使用量。一般对于控制单元、传感器、仪表等控制单元接地使用图1右侧所示方法。

（2）屏蔽

屏蔽设计的关键之一在于高低压电器部件壳体设计及壳体接地 高低压线缆屏蔽。

在高压电器件屏蔽设计时 需综合考虑安装方式、接地搭铁螺栓、内部电路板接地位置點等;保证通过安装、增加搭铁线等方式 保证电器件壳体与车架形成稳定接地 一般接地线经选用较粗的25平线。

在高低压线束屏蔽时 不仅要考虑其屏蔽性能 还要考虑成本、机械强度等特性。低压通讯线可选用双绞屏蔽线 并保证屏蔽线牢靠接地;高压电缆可采用屏蔽线缆 并保证屏蔽层可靠接地。如：为降低U、V、W线缆可能带来的辐射发射问题 其电机端、电机控制器端插件（格兰头）内部增加金属屏蔽环 在提高EMC设计的同时保证了产品的IP防护等级。

（3）滤波

滤波主要针对电器件电路板设计开发 需在信号回路增加滤波电路 以保证该回路信息通讯不收外接脉冲干扰影响。

参考文献

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