1、【精品文檔】如有侵權，請聯系網站刪除，僅供學習與交流新能源汽車EMC.精品文檔.摘要：本文闡述了電動汽車電磁環境的復雜性。從系統間干擾和系統內干擾兩個層次描述了電動汽車試制階段遇到的一些與EMC 相關的問題，包括整車輻射發射超標、車載充電機傳導發射超標、收音機AM 頻段接收異常、CAN 信號失真、“掉高壓”故障、助力轉向器失效、電池單體過電壓等情況，并概括了這些問題的典型特征。關鍵詞：電動汽車；電磁兼容；電磁干擾；系統間干擾；系統內干擾1 電動汽車電磁環境的復雜性傳統燃油轎車采用12 V 蓄電池供電，發展初期車內產生干擾的裝置主要有點火系統、雨

2、刮電機、暖風機等，工作時影響車載收音機的正常工作。隨著上述零部件及整車EMC 技術的發展，整車EMC 設計性能普遍滿足設計要求。純電動汽車采用電機驅動，動力蓄電池作為主要儲能裝置。圖1 為某車型高壓（HV）電氣系統及CAN網絡連接圖，HV 系統包括動力蓄電池（其控制單元為電池管理系統，簡稱BMS）、高壓控制盒、驅動電機、電機控制器（MCU）、電動空調壓縮機控制器、DC/DC變換器等部件，同時還增加了車載充電機（OBC）以及直流快充口，用于給動力蓄電池充電。整車控制器（VCU）是整車的控制大腦，通過CAN 網絡實現各工況優化控制。MCU、DC/D

3、C 變換器等部件大多采用電力電子開關器件，工作時產生較大EMI 噪聲，是重要的干擾源，電氣線束分布較廣，電磁耦合路徑復雜，CAN 網絡、傳感器信號線等敏感裝置極易受到干擾。圖1 某車型HV 電氣系統及CAN 網絡連接圖隨著車載智能化、娛樂化設備的不斷增加，且這些設備具有高頻、高速、高靈敏度、多功能、小型化的特點，導致這些設備產生EMI 和受到EMI 影響的概率大大增加，使得電動汽車EMC 環境更加復雜。從而給國內眾多新能源汽車廠家在試制階段解決EMI 問題帶來了很大難題。2 電動汽車系

4、統間干擾電動汽車系統間EMC 主要考察車輛行駛時對周圍環境的輻射發射以及充電時充電系統和充電站等與電網相連接的設備的EMC 是否滿足國家法規。目前，我國強制認證（CCC）業務中，與電動汽車相關的EMC 認證項目包括兩個標準，即GB/T 18387-2008 和GB 14023-2011，其中GB/T 18387 包括整車輻射發射測試和充電系統傳導發射測試，GB 14023 僅包括整車輻射發射測試。電動汽車整車滿足EMC法規認證并不代表整車系統內EMC 設計非常好。2.1 GB/T 18387 輻射發射測試超標某樣車

5、在16 km/h 車速下，X 方向磁場輻射測試和電場輻射測試均不符合標準要求，磁場發射測試結果如圖2 所示。圖2 X 方向磁場輻射測試結果磁場輻射發射超標頻段主要集中在9160 kHz, 根據不同車型測試經驗，MCU 工作時IGBT 開關頻率（810 kHz）及其諧波是導致測試超標的根源。2.2 某款OBC 傳導發射測試超標由于GB/T 18387 沒有明確提出OBC 傳導發射（CE）測試布置等細節，某款額定功率為3.3 kW 的OBC 按照QC/T 895-201

6、1 電動汽車用傳導式車載充電機6.7.1所規定的電磁騷擾性要求（對應GB/T 18487.3-2001 中11.3.2 的要求）進行CE 測試，測試的頻率范圍是0.1530 MHz，測試布置如圖3 所示，車載充電機交流輸入端通過線性阻抗穩定網絡（LISN）連接到供電網上。圖3 某款OBC 的CE 測試布置圖CE 測試結果如圖4 所示，可知在1530 MHz 幾乎整個測試頻段均有超標現象，OBC 工作時其內部MOSFET 的開關頻率及其諧波導致低頻段超標，特別在高頻時

7、，受OBC 內部電子器件及連接線纜寄生參數影響，以及OBC 存在接地、屏蔽等問題，導致高頻段超標明顯，且在7 MHz 附近出現一個干擾最大值。圖4 某款OBC 其CE 測試結果2.3 GB 14023 輻射發射測試超標圖5 為某樣車執行GB 14023-2011“上電且發動機不運轉”右側垂直極化的測試結果，超標頻點固定為81 MHz 和459 MHz。圖5 右側垂直極化測試結果對干擾源進行了詳細分析，車載儀表控制板上頻率為27 MHz 的高速時鐘信號是導致該模式下測試超標的干擾源。3&

8、#160;電動汽車系統內干擾問題收音機、CAN 網絡以及車速信號等受到干擾后，可能導致部分車載電器部件工作異常，甚至導致整車故障，且故障排查難度較大，導致車輛調試周期變長，車輛一致性、可靠性、安全性變差，零部件“故障率”提高。3.1 收音機AM 頻段收音異常開啟某車型的收音機，在AM 頻段，整車高壓上電前后聽感差別較大，當移動收音天線遠離前機艙蓋時，聽感變好。使用頻譜儀搜索500 kHz2 MHz 范圍內收音天線輸入接口附近的EMI 情況，高壓上電前后差別很大，圖6、圖7 分別為高壓系統上電前后收音天線附件測得的干擾頻譜。由

9、圖7 可知，高壓上電后，在500700 kHz、0.81.1 MHz、1.151.4 MHz、以及1.4 MHz 以后頻段，都有較明顯干擾，主要由MCU 和DC/DC 變換器工作時高壓線纜輻射發射所致。圖6 高壓系統上電前收音天線附件干擾頻譜圖7 高壓系統上電后收音天線附近干擾頻譜3.2 CAN 網絡“信號失真”CAN 網絡是電動汽車控制的中樞神經，用于傳輸各種控制、反饋、故障等重要信息。CAN 網絡波形存在周期性電壓尖峰是電動汽車試制過程中遇到的最普遍問題之一，一些重要信息的誤報、漏報，直接影響整車的安

10、全性。圖8 為某車型網絡節點，其中FCBUS、EVBUS 以及VBUS 為電動汽車CAN 網絡。圖8 中EVBUS 網絡節點上CAN 收發電路設計不當，以及受EMI 影響，EVBUS 信號失真現象較明顯，如圖9 所示，CAN_H、CAN_L 及差分信號均出現較大擾動，其中差分信號尖峰幅值超過50.8 V ，且表現為周期性，總線上出現大量錯誤幀。我公司CAN 總線節點電壓幅值技術要求見表1。圖8 某車型網絡節點圖9 信號失真的EVBUS 

11、波形表1 CAN 總線電壓幅值要求總線狀態參數符號最小值/V標稱值/V最大值/V隱性狀態總線電壓VCAN_H2.02.53.0VCAN_L2.02.53.0差分電壓Vdiff-0.500.05顯性狀態總線電壓VCAN_H2.753.54.5VCAN_L0.51.52.25差分電壓Vdiff1.52.03.0備注Vdiff= VCAN_H - VCAN_L3.3 車輛行駛過程中“掉高壓”某試驗樣車行駛過程中經常出現“掉高壓”的故障，導致此類故障發生的原因最有可能是動力蓄電池或電機系統出現過溫、過流等一級故障，為保護車輛及駕乘人員的安全性，VCU 采取強制措施斷開整車

12、高壓供電。讀取該車監控數據，并未發生上述情況，因此需考慮是否存在EMI 問題。通過對該車換檔手柄連接線束的近場診斷，發現其電源線、信號線周圍均有較大騷擾信號。該車的換檔手柄控制電路如圖10所示，其輸出信號SW1SW4 為電平信號，不同SW1SW4 的組合輸出邏輯對應不同（P、R、N、D）檔位；其正常電平幅值為4.55.0 V。換檔手柄和VCU 之間采用較長的普通線纜連接，存在線纜耦合輻射干擾導致上述電平信號不穩定的可能性，但采用屏蔽防波套對該連接線纜屏蔽處理后，問題依然沒有解決，后經排查得出如下結論：DC/DC 變換器工作時，12 V 

13、;電源線上有較大周期性電壓尖峰（峰峰值較高），且檔位手柄控制電路缺乏足夠的抗擾度設計（缺乏濾波電容、儲能電容等），從而導致上述控制電路輸出電平不穩定，當VCU 無法正確識別檔位信息時，VCU 發出關閉高壓主繼電器的指令，從而產生“掉高壓”故障。圖10 換檔手柄控制電路圖3.4 電動真空助力制動系統“助力不足”電動汽車電動真空助力制動系統，主要由控制器、電動真空泵、真空罐（帶壓力傳感器輸出信號）、儲氣罐等構成，其工作可靠性關系到車輛的制動安全。某款旋片式電動真空泵，其外形結構如圖11（a）所示，電源線輸入為DC 12 V。泵體內部為直流有刷電機，電機結構如

14、圖11（b）所示。電氣示意圖如圖11（c）所示，接地符號代表真空泵外殼。（a）真空泵外形圖（b）電機結構圖（c）電機原理圖圖11 某真空泵外形、電機結構及電機原理框圖該款真空泵安裝于某批次試驗樣車，當圖12（a）中所示A 部件工作時，若此時踩下制動踏板，真空泵助力不足且伴有電機堵轉聲音，采用示波器采集其電源線上信號，波形如圖12（b）所示，以電壓波形為例，12 V 電壓上疊加了較多EMI，導致電機電源線上電壓時高時低，電機產生堵轉。（a）真空泵安裝位置（b）電機波形和電流波形圖12 真空泵安裝位置及電源線電壓、電流波形3.5 電池單體“過電壓”

15、某車型動力蓄電池在急加速和急減速階段，頻繁斷高壓，監控數據顯示動力蓄電池CAN 報告中有單體過電壓一級故障。乙產品電池包里有34 個模組（Module），模組布局如圖13 所示，整個模組組合中共計有91 個電池單體（Cell），其中Module 12 內有單體Cell 27、Cell 28 和Cell 29，Module 23 內有單體Cell 56、Cell 57、Cell 58。圖13 模組布局出現“過電壓”的電池單體包括Cell 12、Cell 40、Cell 56、Cell 59，監控數據顯示，Cell 5

16、6 單體“過電壓”次數最多。某一工況下，采集Cell 12、Cell 56 以及正常的Cell 27（布局位置和Cell 56 一致）單體電壓波形，如圖14 所示。圖14 Cell 單體電壓波形由圖14 可知，Cell 12、Cell 56 電壓波形中均帶有較大“毛刺”，而Cell 27 波形較好。將正常的Module23 和Module 12 位置互換后，Cell 27 單體電壓波形和互換前Cell 56 電壓波形基本一致，這說明Module 23 本身沒有問題。

17、排查發現互換前Cell 56 和Cell 27 單體電壓采集存在較大差異，如圖15 所示， M12 電壓采集電路直接連接在Cell 27 單體兩端，采集的電壓值V27 送電池管理系統處理。 M23 電壓采集電路跨接了較長的銅排連接線（Bus-bar）， 該Bus-bar 用于Module 23 和Module22 之間的物理連接， 因此Cell 56 單體電壓測試值（圖15 中V56）包含兩部分：Cell 56 單體真實電壓值

18、和Bus-bar 上的電壓降。對Cell 12、Cell 40、Cell 59 進行排查，也發現同樣問題，這說明Cell 單體“過電壓”與Bus-bar 上的電壓降有關系。圖15 單體電壓采集差異若該動力蓄電池輸出端接純電阻性負載，Cell 12、Cell 40、Cell 56、Cell 59 單體電壓正常，說明Bus-bar上等效電阻產生的電壓降可以接受，車上動力系統工作后，電壓波形有較大變化，說明Bus-bar 上可能有來自整車的傳導性EMI。車輛急加速、減速階段，動力蓄電池分別處于“急速放電”和“急速充電”狀態，在上述兩狀態，動力母線上di/dt 均較大，且含有高頻分量。經排查，Cell 12、Cell 40、C