你知道電動汽車電磁兼容設(shè)計原則嗎?

點擊數(shù)：25372019-04-15 14:24:38　來源: 重慶哥爾摩科技有限公司、電波暗室、電磁兼容暗室、汽車電子暗室、EMI系統(tǒng)測試、EMS系統(tǒng)測試、EMC測試附件、EMC測試天線

電磁兼容性的影響因素

在一個特定的環(huán)境中，電磁兼容性可以分成三部分考慮：干擾源，傳播途徑和敏感源。干擾源是指任何產(chǎn)生電磁干擾的元件，可以是環(huán)境中的任何電器也可以是人活著自然環(huán)境。干擾的傳播途徑是指干擾通過可能的方式觸達敏感源的全過程，其傳播方式只有傳導和輻射兩種，但路徑可以有很多種。敏感源是指一切易受到電磁干擾的元件或者系統(tǒng)。

干擾源

電動汽車的電磁干擾源大致可以分為兩類，自然干擾源和人為干擾源。自然干擾源是指由自然現(xiàn)象引起的電磁干擾，包括靜電放電、閃電等。人為干擾源是指由人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾。

自然干擾源，對于電動汽車來說，主要是靜電放電和雷雨天氣的閃電。靜電放電，在電動汽車已經(jīng)組裝完成的狀態(tài)，并不會給整車帶來太大影響。但在電氣組裝階段，電氣元件沒有接地，如果組裝操作人員沒有靜電去除措施，就直接觸摸電路板等敏感元件，極高電壓的靜電放電，就可能直接造成元件損壞。

人為干擾源，指的主要是電動汽車上所有電氣設(shè)備。理論上，他們都可以發(fā)射干擾，或者被其他電磁信號所干擾。車載干擾源主要有電機、動力電池、電力電子裝置、電動輔助系統(tǒng)等等。電壓和電流的劇烈波動，產(chǎn)生電磁場的變化，感生電磁場和電流、電壓，對環(huán)境里的其他電氣產(chǎn)生影響。設(shè)備的功率越大，頻率越高，則產(chǎn)生的傳導和輻射的干擾信號就越強烈，影響的范圍和程度就越大。

按照干擾信號的存在模式不同，車載干擾源主要分為差模干擾源和共模干擾源；按照告饒信號的傳播方式分， 有傳導干擾和輻射干擾兩種形式。

傳播路徑

在連接電機控制器和動力電池及車上其他用電設(shè)備的直流母線和高低壓電纜上，驅(qū)動電機控制器，電動轉(zhuǎn)向泵控制器、剎車助力控制器等具備逆變功能的電氣產(chǎn)生的噪聲以傳導的形式將噪聲傳至遠端。

電機控制器等電氣參數(shù)波動頻繁的設(shè)備，中間如果以長導線形式連接，則設(shè)備本身加上導線的天線作用，把輻射干擾散播到周圍空間。

敏感源

電動汽車上的敏感源很多。高壓系統(tǒng)，每一個依靠波形控制的高壓電器，如果受到電磁干擾，可能輸出錯誤的控制信號。低壓系統(tǒng)，比如整車控制器VCU、CAN通訊系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)BMS（尤其開關(guān)觸發(fā)電路和傳感器），能量管理單元，制動控制器等等，幾乎每一個具備控制調(diào)節(jié)功能的電氣都是敏感源。電磁兼容設(shè)計在電動汽車上的重要性可見一斑。

2 電磁干擾抑制噪聲的方法

總體上看，電動汽車的電磁兼容性可以從電磁兼容的三要素來分析，干擾源、傳播途徑和敏感源， 三要素中任何一個條件被控制， 系統(tǒng)的抗電磁干擾性能都將得到改善。

通常的抑制干擾方法有三類：屏蔽，濾波和搭鐵

屏蔽，主要解決輻射干擾，防止干擾源向周圍環(huán)境傳播干擾或者被環(huán)境中的電磁信號干擾。屏蔽的效果與屏蔽層材料，屏蔽層厚度，環(huán)境中的信號類型、信號強度，屏蔽層的完整性等因素有關(guān)。

濾波，主要解決傳導干擾，通過電路傳導的干擾，無法依靠屏蔽手段避免，只有在電路中設(shè)置濾波裝置。濾波器的參數(shù)設(shè)置與被保護回路及干擾源的頻率有直接關(guān)系，可以根據(jù)兩者之間的差距選擇濾波器類型和參數(shù)。動力系統(tǒng)中的導線，具有很強的天線特性，既可以接收外來干擾信號，也可以發(fā)射干擾信號到環(huán)境中。

搭鐵，是針對共模干擾采取的抑制措施，聯(lián)通干擾源與系統(tǒng)地，可以減小干擾信號的電流或者電壓。但并不是直接使用導線連接就能完全起到抗干擾的作用，接地的效果與接地模式密切相關(guān)。不合適的接地，反而會將汽車搭鐵系統(tǒng)中的干擾信號傳輸給原本屏蔽措施非常完善的系統(tǒng)。

屏蔽，同時實現(xiàn)阻斷傳播通道和消滅干擾源或者敏感源的目的；濾波，基于阻斷傳播通道的理論；搭鐵，基于消滅干擾源理論。

電動汽車抗電磁干擾的設(shè)計原則

首先，敏感源必須布置在遠離主要干擾源的位置，電動汽車上最大的干擾源就是電機和電機控制器，功率大，頻率高。整車控制器、制動控制器等關(guān)鍵控制系統(tǒng)，必須遠離電機系統(tǒng)；并且電機和電機控制器之間，盡量靠近擺置，避免擴大騷擾范圍，降低連接導線的發(fā)射能力。

第二，注意線束走線方式和盡量選用適當?shù)木€束類型。線束本身具有天線的性質(zhì)，導線的長度盡量短，最好不要大于干擾信號波長的0.1倍；高壓線束和低壓線束不能密集固定在一起，必須保持一定的距離；平行走線方式，是導線之間影響最大的方式，如果無法保證可靠的距離，則盡量垂直布置；在條件允許的情況下，選擇屏蔽線和雙絞線。

第三，對強干擾源采取屏蔽措施，加強對大功率高頻率的IGBT模塊及變壓器等的屏蔽措施，可以單獨對這些模塊先施加一層屏蔽層，再在電機控制器外部整體屏蔽一次；注意屏蔽層的小的縫隙和孔洞，使用導電襯墊填補縫隙，用金屬絲網(wǎng)遮蔽較大的窗口，避免電磁波泄漏；

第四，差模干擾在電動汽車上的比例較小， 可以在信號線和電源線上串差模扼流圈，或者干擾源和敏感源之間并聯(lián)電感，組成低通濾波器。對于共模干擾，可以在工作電路中串聯(lián)共模扼流圈，或者在地與導線之間并聯(lián)電容，組成LC濾波電路，過濾掉共模干擾噪聲。

第五，如果系統(tǒng)已經(jīng)組裝文成，無法輕易做進一步的改動，而電磁干擾檢測無法通過時，可以考慮在整個線束上增加一個共模扼流環(huán)。

第六，合理設(shè)計電動汽車整個電氣系統(tǒng)的搭鐵，常見的接地方式有：單點接地，多點接地，混合接地和懸浮地。接地需要注意以下幾點。

1) 根據(jù)不同的工作信號頻率范圍選擇接地方式；

2) 接地線的種類對接地效果有很大影響，一般選用扁平線；

3) 設(shè)計的接地點盡量靠近接地電氣，縮短接地線長度。

PS： 名詞解釋

電磁環(huán)境，存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和。

電磁騷擾， 任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對生物或非生物產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象。

電磁干擾，電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。

電磁發(fā)射，從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象。發(fā)射不僅指電磁能量向外界空間進行的電磁輻射，也包括以電流的形式在電導體中進行的電磁能量的傳導。

差模干擾和共模干擾，在電源或者信號回路中，一般至少具有兩條線路，一去一回形成回路。無論是否有人為的接地，參考地在電氣系統(tǒng)中都存在。干擾信號在這三條線路中的兩種不同存在形式，構(gòu)成了差模干擾和共模干擾。

差模干擾（Differential-mode Interference）定義為任何兩個載流導體之間的干擾信號，干擾信號可以用電壓或者電流的形式表示。

共模干擾（Common- mode Interference）定義為任何載流導體與參考地之間的干擾信號；

舉例說明，如上面圖中所示，L、N為載流導線，E作為地線。U3電壓為差模干擾信號對應的電壓，而U1和U2是共模干擾信號對應的電壓。

耦合，一個系統(tǒng)的輸出受到輸入信號的影響，這種關(guān)系就叫做輸入與輸出是耦合關(guān)系。應用到電磁干擾部分，電磁干擾信號，作為一種輸入，影響了另一個系統(tǒng)的輸出，就是電磁干擾信號以耦合的形式作用于另外一個系統(tǒng)。進一步拓展，溫度場、電場、磁場同時作用于一個系統(tǒng)，叫做三種物理場的耦合。

串擾，指兩條電源線或者信號線之間的耦合作用，耦合的類型，分為容性耦合和感性耦合。容性耦合產(chǎn)生耦合電流；感性耦合產(chǎn)生耦合電壓。

參考文獻：

1趙金奎，共模干擾和差模干擾及其抑制技術(shù)；

2劉晴，純電動汽車動力系統(tǒng)的電磁兼容性分析與評估；

3裴春松，純電動汽車電磁兼容分析與電磁干擾抑制；

4許響林，純電動城市客車電磁兼容性試驗；

5張廣玉，電池包傳導發(fā)射測試方法研究；

6龍海清，電動汽車PWM驅(qū)動電機系統(tǒng)EMC研究；

7張梅，電動汽車充電樁電磁兼容測試現(xiàn)狀及分析；