1、電動(dòng)汽車(chē)常見(jiàn)的EMC問(wèn)題與特性摘要：本文闡述了電動(dòng)汽車(chē)電磁環(huán)境的復(fù)雜性。從系統(tǒng)間干擾和系統(tǒng)內(nèi)干擾兩個(gè)層次描述了電動(dòng)汽車(chē)試制階段遇到的一些與EMC相關(guān)的問(wèn)題，包括整車(chē)輻射發(fā)射超標(biāo)、車(chē)載充電機(jī)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)、收音機(jī)AM頻段接收異常、CAN信號(hào)失真、“掉高壓”故障、助力轉(zhuǎn)向器失效、電池單體過(guò)電壓等情況，并概括了這些問(wèn)題的典型特征。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；電磁兼容；電磁干擾；系統(tǒng)間干擾；系統(tǒng)內(nèi)干擾1電動(dòng)汽車(chē)電磁環(huán)境的復(fù)雜性傳統(tǒng)燃油轎車(chē)采用12V蓄電池供電，發(fā)展初期車(chē)內(nèi)產(chǎn)生干擾的裝置主要有點(diǎn)火系統(tǒng)、雨刮電機(jī)、暖風(fēng)機(jī)等，工作時(shí)影響車(chē)載收音機(jī)的正常工作。隨著上述零部件及整車(chē)EMC技術(shù)的發(fā)展，整車(chē)EMC設(shè)計(jì)性能普遍滿

2、足設(shè)計(jì)要求。純電動(dòng)汽車(chē)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力蓄電池作為主要儲(chǔ)能裝置。圖1為某車(chē)型高壓（HV）電氣系統(tǒng)及CAN網(wǎng)絡(luò)連接圖，HV系統(tǒng)包括動(dòng)力蓄電池（其控制單元為電池管理系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)BMS、高壓控制盒、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器（MCU、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)控制器、DC/DC變換器等部件，同時(shí)還增加了車(chē)載充電機(jī)（OBC以及直流快充口，用于給動(dòng)力蓄電池充電。整車(chē)控制器（VCU是整車(chē)的控制大腦，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各工況優(yōu)化控制。MCUDC/DC變換器等部件大多采用電力電子開(kāi)關(guān)器件，工作時(shí)產(chǎn)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(fù)雜，CAN網(wǎng)絡(luò)、傳感器信號(hào)線等敏感裝置極易受到干擾。圖1某車(chē)型HV電

3、氣系統(tǒng)及CAN網(wǎng)絡(luò)連接圖隨著車(chē)載智能化、娛樂(lè)化設(shè)備的不斷增加，且這些設(shè)備具有高頻、高速、高靈敏度、多功能、小型化的特點(diǎn)，導(dǎo)致這些設(shè)備產(chǎn)生EMI和受到EMI影響的概率大大增加，使得電動(dòng)汽車(chē)EMC環(huán)境更加復(fù)雜。從而給國(guó)內(nèi)眾多新能源汽車(chē)廠家在試制階段解決EMI問(wèn)題帶來(lái)了很大難題。2電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)間干擾電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)間EMC主要考察車(chē)輛行駛時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境的輻射發(fā)射以及充電時(shí)充電系統(tǒng)和充電站等與電網(wǎng)相連接的設(shè)備的EMC是否滿足國(guó)家法規(guī)。目前，我國(guó)強(qiáng)制認(rèn)證（CCC業(yè)務(wù)中，與電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)的EMC認(rèn)證項(xiàng)目包括兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T18387-2008和GB14023-2011,其中GB/T18387包括整車(chē)輻射發(fā)射測(cè)

4、試和充電系統(tǒng)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，GB14023僅包括整車(chē)輻射發(fā)射測(cè)試。電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)滿足EMCt規(guī)認(rèn)證并不代表整車(chē)系統(tǒng)內(nèi)EMC設(shè)計(jì)非常好。2.1GB/T18387輻射發(fā)射測(cè)試超標(biāo)某樣車(chē)在16km/h車(chē)速下，X方向磁場(chǎng)輻射測(cè)試和電場(chǎng)輻射測(cè)試均不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，磁場(chǎng)發(fā)射測(cè)試結(jié)果如圖2所示。圖2X方向磁場(chǎng)輻射測(cè)試結(jié)果I-1-I1-1.1JriL(ril(t/I-rilI123*5一_IE_磁場(chǎng)輻射發(fā)射超標(biāo)頻段主要集中在9160kHz,根據(jù)不同車(chē)型測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，MCU工作時(shí)IGBT開(kāi)關(guān)頻率（810kHz）及其諧波是導(dǎo)致測(cè)試超標(biāo)的根源。由于GB/T18387沒(méi)有明確提出OBC傳導(dǎo)發(fā)射（C日測(cè)試布置等細(xì)節(jié)，某款額定功率

5、為3.3kW的OBC按照QC/T895-2011電動(dòng)汽車(chē)用傳導(dǎo)式車(chē)載充電機(jī)6.7.1所規(guī)定的電磁騷擾性要求（對(duì)應(yīng)GB/T18487.3-2001中11.3.2的要求）進(jìn)行CE測(cè)試，測(cè)試的頻率范圍是0.1530MHz,測(cè)試布置如圖3所示，車(chē)載充電機(jī)交流輸入端通過(guò)線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）連接到供電網(wǎng)上。筆配本控制:圖3某款OBC的CE測(cè)試布置圖始汽$資源用!乍載充甩機(jī)接甩陽(yáng)性負(fù)數(shù)更流CE測(cè)試結(jié)果如圖4所示，可知在1530MHz幾乎整個(gè)測(cè)試頻段均有超標(biāo)現(xiàn)象，OBC工作時(shí)其內(nèi)部MOSFET的開(kāi)關(guān)頻率及其諧波導(dǎo)致低頻段超標(biāo)，特別在高頻時(shí)，受OBC內(nèi)部電子器件及連接線纜寄生參數(shù)影響，以及OBC存在接地

6、、屏蔽等問(wèn)題，導(dǎo)致高頻段超標(biāo)明顯，且在7MHz附近出現(xiàn)一個(gè)干擾最大值。圖5為某樣車(chē)執(zhí)行GB14023-2011“上電且發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)”右側(cè)垂直極化的測(cè)試結(jié)果,超標(biāo)頻點(diǎn)固定為81MHz和459MHz。5060Hl圖5右側(cè)垂直極化測(cè)試結(jié)果上，1了I州riA*hJI4023-2011AVLimitLint-IO_對(duì)干擾源進(jìn)行了詳細(xì)分析，車(chē)載儀表控制板上頻率為27MHz的高速時(shí)鐘信號(hào)是導(dǎo)致該模式下測(cè)試超標(biāo)的干擾源。3電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)內(nèi)干擾問(wèn)題收音機(jī)、CAN網(wǎng)絡(luò)以及車(chē)速信號(hào)等受到干擾后，可能導(dǎo)致部分車(chē)載電器部件工作異常，甚至導(dǎo)致整車(chē)故障，且故障排查難度較大，導(dǎo)致車(chē)輛調(diào)試周期變長(zhǎng)，車(chē)輛一致性、可靠性、安全性變差

7、，零部件“故障率”提高。3.1 收音機(jī)AM頻段收音異常開(kāi)啟某車(chē)型的U音機(jī)，在AM頻段，整車(chē)高壓上電前后聽(tīng)感差別較大，當(dāng)移動(dòng)收音天線遠(yuǎn)離前機(jī)艙蓋時(shí)，聽(tīng)感變好。使用頻譜儀搜索500kHz2MHz范圍內(nèi)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(tǒng)上電前后收音天線附件測(cè)得的干擾頻譜。由圖7可知，高壓上電后，在500700kHz、0.81.1MHz1.151.4MHz以及1.4MHz以后頻段，都有較明顯干擾，主要由MCU和DC/DC變換器工作時(shí)高壓線纜輻射發(fā)射所致。圖6高壓系統(tǒng)上電前收音天線附件干擾頻譜圖7高壓系統(tǒng)上電后收音天線附近干擾頻譜3.2 CAN網(wǎng)絡(luò)“信號(hào)失真

8、”CAN網(wǎng)絡(luò)是電動(dòng)汽車(chē)控制的中樞神經(jīng)，用于傳輸各種控制、反饋、故障等重要信息。CAN網(wǎng)絡(luò)波形存在周期性電壓尖峰是電動(dòng)汽車(chē)試制過(guò)程中遇到的最普遍問(wèn)題之一，一些重要信息的誤報(bào)、漏報(bào)，直接影響整車(chē)的安全性。圖8為某車(chē)型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中FCBUSEVBUS以及VBUS為電動(dòng)汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)。圖8中EVBUS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上CAN收發(fā)電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，以及受EMI影響，EVBUS信號(hào)失真現(xiàn)象較明顯，如圖9所示，CAN_HCAN_L及差分信號(hào)均出現(xiàn)較大擾動(dòng)，其中差分CAN總線信號(hào)尖峰幅值超過(guò)50.8V,且表現(xiàn)為周期性，總線上出現(xiàn)大量錯(cuò)誤幀。我公司節(jié)點(diǎn)電壓幅值技術(shù)要求見(jiàn)表1。圖8某車(chē)型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)圖9信號(hào)失真的EVBUS波形

9、表1CAN總線電壓幅值要求總線狀態(tài)參數(shù)符號(hào)最小值/V標(biāo)稱(chēng)值/V最大值/V隱性狀態(tài)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(tài)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(chē)輛行駛過(guò)程中“掉高壓”某試驗(yàn)樣車(chē)行駛過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)“掉高壓”的故障，導(dǎo)致此類(lèi)故障發(fā)生的原因最有可能是動(dòng)力蓄電池或電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)溫、過(guò)流等一級(jí)故障，為保護(hù)車(chē)輛及駕乘人員的安全性，VCU采取強(qiáng)制措施斷開(kāi)整車(chē)高壓供電。讀取該車(chē)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并未發(fā)生上述情況，

10、因此需考慮是否存在EMI問(wèn)題。通過(guò)對(duì)該車(chē)換檔手柄連接線束的近場(chǎng)診斷，發(fā)現(xiàn)其電源線、信號(hào)線周?chē)休^大騷擾信號(hào)。該車(chē)的換檔手柄控制電路如圖10所示，其輸出信號(hào)SW1SW4為電平信號(hào)，不同SW1SW4的組合輸出邏輯對(duì)應(yīng)不同（P、RND）檔位；其正常電平幅值為4.55.0V。換檔手柄和VCU之間采用較長(zhǎng)的普通線纜連接，存在線纜耦合輻射干擾導(dǎo)致上述電平信號(hào)不穩(wěn)定的可能性，但采用屏蔽防波套對(duì)該連接線纜屏蔽處理后，問(wèn)題依然沒(méi)有解決，后經(jīng)排查得出如下結(jié)論：DC/DC變換器工作時(shí)，12V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(shè)計(jì)（缺乏濾波電容、儲(chǔ)能電容等），從而導(dǎo)致上述

11、控制電路輸出電平不穩(wěn)定，當(dāng)VCU無(wú)法正確識(shí)別檔位信息時(shí)，VCU發(fā)出關(guān)閉高壓主繼電器的指令，從而產(chǎn)生“掉高壓”故障。圖10換檔手柄控制電路圖3.4 電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)“助力不足”電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)真空助力制動(dòng)系統(tǒng)，主要由控制器、電動(dòng)真空泵、真空罐（帶壓力傳感器輸出信號(hào)）、儲(chǔ)氣罐等構(gòu)成，其工作可靠性關(guān)系到車(chē)輛的制動(dòng)安全。,cartech8,cor換向片電刷(a)真空泵外形圖某款旋片式電動(dòng)真空泵，其外形結(jié)構(gòu)如圖11(a)所示，電源線輸入為DC12V。泵體內(nèi)部為直流有刷電機(jī)，電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖11(b)所示。電氣示意圖如圖11(c)所示，接地符號(hào)代表真空泵外殼。(b)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖x：口厘匚口(c)電機(jī)原理圖圖11

12、某真空泵外形、電機(jī)結(jié)構(gòu)及電機(jī)原理框圖wvmxar該款真空泵安裝于某批次試驗(yàn)樣車(chē)，當(dāng)圖12(a)中所示A部件工作時(shí)，若此時(shí)踩下制動(dòng)踏板，真空泵助力不足且伴有電機(jī)堵轉(zhuǎn)聲音，采用示波器采集其電源線上信號(hào)，波形如圖12(b)所示，以電壓波形為例，12V電壓上疊加了較多EMI,導(dǎo)致電機(jī)電源線上電壓時(shí)高時(shí)低，電機(jī)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。(a)真空泵安裝位置(b)電機(jī)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(guò)電壓”某車(chē)型動(dòng)力蓄電池在急加速和急減速階段，頻繁斷高壓，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示動(dòng)力蓄電池CAN報(bào)告中有單體過(guò)電壓一級(jí)故障。乙產(chǎn)品電池包里有34個(gè)模組(Module),模組布局如圖13所示，整個(gè)

13、模組組合中共計(jì)有91個(gè)電池單體(Cell),其中Module12內(nèi)有單體Cell27、Cell28和Cell29,Module23內(nèi)有單體Cell56、Cell57、Cell58。圖13模組布局出現(xiàn)“過(guò)電壓”的電池單體包括Cell12、Cell40、Cell56、Cell59,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，Cell56單體“過(guò)電壓”次數(shù)最多。某一工況下，采集Cell12、Cell56以及正常的Cell27（布局位置和Cell56一致）單體電壓波形，如圖14所示。'kJ圖14Cell單體電壓波形由圖14可知，Cell12、Cell56電壓波形中均帶有較大“毛刺”，而Cell27波形較好。將正常的Modu

14、le23和Module12位置互換后，Cell27單體電壓波形和互換前Cell56電壓波形基本一致，這說(shuō)明Module23本身沒(méi)有問(wèn)題。排查發(fā)現(xiàn)互換前Cell56和Cell27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Cell27單體兩端，采集的電壓值V27送電池管理系統(tǒng)處理。M23電壓采集電路跨接了較長(zhǎng)的銅排連接線（Bus-bar）,該Bus-bar用于Module23和Module22之間的物理連接，因此Cell56單體電壓測(cè)試值（圖15中V56）包含兩部分：Cell56單體真實(shí)電壓值和Bus-bar上的電壓降。對(duì)Cell12、Cell40、Cell59進(jìn)行排查，也發(fā)現(xiàn)同樣問(wèn)題，這說(shuō)明Cell單體“過(guò)電壓”與Bus-bar上的電壓降有關(guān)系。圖15單體電壓采集差異若該動(dòng)力蓄電池輸出端接純電阻性負(fù)載，Cell12、Cell40、Cell56、Cell59單體電壓正常，說(shuō)明Bus-bar上等效電阻產(chǎn)生的電壓降可以接受，車(chē)上動(dòng)力系統(tǒng)工作后，電壓波形有較大變化，說(shuō)明Bus-bar上可能有來(lái)自整車(chē)的傳導(dǎo)性EMI。車(chē)輛急加速、減速階段，動(dòng)力蓄電池分別處于“急速放電”和“急速充電”狀態(tài)，在上述兩狀態(tài)，動(dòng)力母線上di/dt均較大，且含有高頻分量。經(jīng)排查，Cell12、Cell40