新能源汽車電驅動系統EMC問題的改進分析

摘 要：本文針對新能源汽車電驅動系統EMC存在的傳導干擾、輻射干擾與整車電磁兼容問題進行詳細分析，圍繞采用電磁干擾抑制技術、實行電磁兼容標準評價、搭建電磁兼容技術服務平臺三個層面，探討了關于新能源汽車電磁干擾問題的具體解決方案，以期為電驅動系統性能優化與新能源汽車安全運行提供參考價值。

關鍵詞：新能源汽車;電驅動系統;電磁兼容;干擾抑制

0 引言

電驅動系統是由驅動電機控制器、發電機控制器、高低壓電源變換器等裝置組成的電力電子裝置系統，利用IGBT、MOSFET等半導體功率器件基于PWM實現能量轉換，在此過程中極易產生電磁干擾，影響到無線電接收裝置及各項系統設備的正常運行，因此需采取有效措施改進EMC問題，維護車輛及人員的安全。

1 電驅動系統EMC問題分析

1.1 傳導干擾

通常高壓電纜線束可能以感性耦合或容性耦合的形式對連接的低壓敏感設備產生干擾，經由低壓電纜線束、電源線、控制線及信號線實現干擾傳遞。同時，在高、低壓電纜線束上產生的共模電流可能造成遠場區的電磁輻射問題，加之機殼縫隙、連接電纜插接頭、接口等部位均有可能發生電磁泄漏現象，對汽車內外的無線電等敏感裝置造成干擾[1]。

1.2 輻射干擾

在電驅動系統中，繞組分布電容將作用于電機，半導體器件的分布電容將作用于散熱器，由此在共模干擾路徑上產生共模電流，并朝向逆變器端流動，最終進入直流電源輸入端口。與此同時，半導體器件的對地寄生參數與動力電纜線束在電流互感作用下將形成差模干擾路徑，致使干擾電流向逆變器方向流動，最終也將歸入直流電源輸入端口。在此情況下，干擾電流將直接作用于直流高壓母線上的高低壓電源變換器等設備，由此產生輻射發射問題，對系統安全性能構成威脅，致使敏感設備受損。

1.3 整車電磁兼容問題

針對整車EMC干擾超標問題進行分析，其常見原因體現在以下兩個方面：其一是電機控制器中的開關器件、端口等產生電磁干擾;其二是線束屏蔽層失效問題，或線束長度、連接方向的設計不合理，由此造成輻射干擾。

2 關于新能源汽車電磁干擾問題的解決方案

2.1 采用電磁干擾抑制技術

為解決電驅動系統的電磁干擾問題是，可采取多種干擾抑制措施。

其一是減少干擾源的輻射發射強度，可針對半導體開關的功率控制回路進行集成設計，減少振鈴、諧振，借此從源頭抑制干擾源的形成;針對PWM控制策略進行優化，減少PWM信號生成的諧波含量及高頻電磁噪音;將半導體開關器件的兩端并聯在電路中，并將其拓撲結構進行優化，用于抑制電流、電壓隨時間產生的變化;還可以將EMI傳導路徑進行切斷，采用無源EMI濾波器形成低阻抗通路，用于有效抑制多次諧波。

其二是克服傳導干擾問題，對此主要選用有源濾波器或無源濾波器等濾波裝置增設在功率變換控制器的直流、交流兩端口處，用于抑制電磁干擾。

其三是抑制輻射干擾問題，對此需針對位于較高電磁場強度范圍內的敏感設備、電纜線束等做好接地處理，加強屏蔽設計，并綜合運用濾波、對消方法實現對電磁干擾的抑制作用。

2.2 實行電磁兼容標準評價

當前我國新能源汽車行業已普遍執行《電動車輛的電磁場發射強度的限值和測量方法》（GB/T 18387-2008）等標準，并將其作為市場準入標準，執行強制性檢驗。但尚未出臺關于整車輻射干擾、電磁兼容等問題的檢驗要求，因此要求整機廠聯合零部件供應商面向新能源汽車共同確立電磁兼容標準評價體系，針對電機、逆變器等高壓零部件的試驗方法、檢測標準作出明確規定，并且在電驅動系統裝車前完成電磁場輻射發射的試驗檢測、確定具體的限值要求。

具體來說，基于ISO26262標準將電磁兼容性作為評價新能源汽車性能與安全的重要指標，將電驅動系統的工作環境納入檢測指標中，明確安全裕度、電磁易損性等檢測標準，在現有實驗室穩態測試的基礎上完善動態測試的基礎條件，收集車載線束的實際長度數據及其布局方式，并且將汽車行駛過程中涉及到的物理環境因素融入電波暗室測試中。與此同時，還應將車輛牽引、制動、轉向等系統的EMC評估結果列為整車電磁兼容評價指標，建立產品全生命周期EMC標準評價體系，引入三維仿真、建模等技術手段完善實驗平臺與技術支持，更好地實現對整車與不同設備模塊的EMI噪聲預測、干擾測試，為車輛電磁兼容安全性提供保障。

2.3 搭建電磁兼容技術服務平臺

當前中國北方車輛研究所測試中心已面向新能源汽車建立電磁兼容技術服務平臺——EMC實驗室，聚焦產品全生命周期提供EMC預測試、干擾源排查與EMC性能評估等技術服務，并自動完成整車系統級整改方案的編制[2]。以某新能源汽車出現的整車EMC干擾超標問題為例，經實驗室檢測完成干擾因素分析的基礎上，面向具體問題進行整改方案的編制，例如針對電機控制器進行整改，采用濾波搭鐵電路連接方法，有效避免負載受高頻信號的干擾;針對輪速傳感器進行整改，以干擾路徑作為整改的入手點，并針對線束選型進行優化，重新進行輪速傳感器的布線，實行大電流線束與信號線的區分，借此有效克服電磁干擾問題，使測試結果符合限值要求。

3 結論

據國家統計局調查，2019年我國新能源汽車產量共計124.2萬輛，在汽車總產量中占比4.87%，近五年增速提高3.32%。在新能源汽車逐漸推廣的形勢下，對于車輛綜合性能提出更高要求，因此需建立產品全生命周期EMC標準評價體系，聚焦干擾抑制、實驗測試與技術服務等層面，全面提升系統電磁兼容性能。

參考文獻：

[1]丁榮軍，劉侃.新能源汽車電機驅動系統關鍵技術展望[J].中國工程科學，2019（03）：56-60.

[2]張紅波.輕量新能源汽車應用開關磁阻電機系統匹配的研究[J].時代人物，2019（15）：157-158.

作者簡介：陳劍飛（1987-），男，江西宜春人，本科，中級工程師，研究方向：新能源汽車電驅動系統。