電動汽車低壓直流電機電磁兼容性問題和整改方法

林龍偉

（南京容測檢測技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

近年來，我國機動車保有量不斷增加，汽車產(chǎn)業(yè)成為國民經(jīng)濟發(fā)展重要支柱，隨著能源危機加劇，傳統(tǒng)汽車能耗問題日益受到重視。電動汽車使用節(jié)能環(huán)保，電動汽車面臨嚴峻的EMC 問題，電磁兼容是設備系統(tǒng)在電磁環(huán)境中正常工作不對事物構(gòu)成電磁騷擾的能力，車輛電磁兼容是零部件在電磁環(huán)境中工作。傳統(tǒng)燃油汽車中干擾源主要是火線圈，電動汽車內(nèi)部集成大量電子電氣系統(tǒng)，高壓部件包括電池包，充電機等，低壓電器部件有雨刮電機，繼電器等，電子電氣部件工作產(chǎn)生電磁干擾，目前汽車設計向智能化發(fā)展，為采集車輛環(huán)境參數(shù)，汽車加載傳感器等電子設備，對電磁干擾敏感，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。電動汽車上市需通過工信部公告實驗，電動汽車EMC設計面臨許多條件，座椅電機、鼓風機等使用低壓電流電機廣泛應用，低壓電流電機工作發(fā)出輻射是電動汽車重要干擾源。

一、電動汽車EMC 整改原理

電動汽車需通過安全等強制標準測試，整車EMC 是電動汽車公告測試項目，國內(nèi)電動汽車EMC 測試標準主要檢測整車不同車況輻射輻射，汽車零部件影響MEC 特性，需進行EMC 測試常見零件包括電池包，暖風機等，測試項目包括傳導與輻射發(fā)射。EMC 整改是對整車EMC 測試超標采用的優(yōu)化方法，根據(jù)測量結(jié)果采取整改方法可改善測試結(jié)果。

常見的EMC 整改方法包括接地，濾波。根據(jù)實驗結(jié)果選擇合適的整改手段才能取得理想效果。低電壓電流電機在電動汽車上應用廣泛，研究直流電機電磁發(fā)射特性對改善電機狀況具有重要意義。直流電機由定子與轉(zhuǎn)子組成，定子與轉(zhuǎn)子空隙為氣隙，其大小對電機運行影響很大。小型電機中氣隙為1-3mm。電機依靠電力驅(qū)動，電刷兩端加直流電壓，載流線圈受電磁力為f=Bil.i 為直流電機工作電流，B 為磁感應強度，l 為導體有效長度。電刷電壓不變，電機旋轉(zhuǎn)方向一致。電磁力與電樞半徑乘積為轉(zhuǎn)矩，低壓直流電機能大范圍平滑調(diào)速，電動汽車由電池包供電，高壓不能直接給低壓部件供電，經(jīng)DCDC 變化后為車載蓄電池充電。

電動汽車窄帶測試需打開暖風機，前照燈等，某車企開發(fā)新款電動汽車時，測試結(jié)果超標，頻段集中于30-50MHz，針對窄帶發(fā)射超標采取相關(guān)手段整改，測量暖風機不工作狀態(tài)下窄帶發(fā)射，認定暖風機為造成輻射發(fā)射超標干擾源。暖風機工作產(chǎn)騷擾噪聲，耦合到其他線束發(fā)射。采用銅箔屏蔽暖風機電源，測試電機工作狀態(tài)結(jié)果滿足限值要求。

二、磁環(huán)抑制低壓直流電機傳導干擾研究

鐵氧體是具有較強磁鐵性金屬氧化物，電流流過導線在周圍產(chǎn)生磁場，宏觀表現(xiàn)為強度磁性，鐵氧體電阻率較高，軟磁鐵樣題是廣泛使用的有耗材料，在抑制電磁干擾方面具有重要作用。磁環(huán)對高頻噪聲有很好的抑制作用，通常由軟磁氧體制成。EMC 整改中磁環(huán)用作低通濾波器，低頻段磁環(huán)感性阻抗值低，高頻段對諧波等電磁干擾抑制。

工程常用25MHz 阻抗表明磁環(huán)阻抗特性，需測量某頻阻抗，測量磁環(huán)阻抗用直徑φ=0.5mm2 漆包線穿過磁環(huán)圓心，選用某型號磁環(huán)測試，磁環(huán)與線束存在寄生電容，電阻與電感表征磁環(huán)吸收反射高頻干擾能力。根據(jù)等效模型，與電容并聯(lián)求出阻抗表達式。電刷與換向器產(chǎn)生電弧產(chǎn)生電磁輻射，瞬變電壓含有大量高頻成分，電機換向發(fā)出傳導干擾，暖風機使用永磁直流有刷電機，暖風機是汽車重要干擾源。整車EMC 整改中經(jīng)常使用鐵氧磁環(huán)。以暖風機為例研究磁環(huán)抑制電流傳達干擾，線圈圈數(shù)影響電路參數(shù)，增加圈數(shù)電路阻抗諧振頻率降低。

三、濾波器性能優(yōu)化

直流電機工作中電機內(nèi)部產(chǎn)生高頻干擾通過線束向外輻射。定位雨刮電機是造成輻射超標干擾源，電動汽車雨刮電機與電源構(gòu)成回路，接地是常用整改方法，利用雨刮電機外殼接地性質(zhì)選擇接地改善發(fā)射。輻射由電路電流環(huán)路引起，環(huán)路向外界輻射能量，電機電源線與地構(gòu)成環(huán)路。

GB/T 18655-2010 測試下，采用接地可降低輻射發(fā)射，不同接地點抑制效果不同，接地點會路電流大輻射水平高。濾波器從不同頻率成分信號濾出特定頻率成分信號，濾波器分為高低通濾波器等，巴特沃斯型濾波器對構(gòu)成元件Q 值要求較低，介紹五階巴特沃斯LPE 設計方法，插入損耗是濾波器重要性能參數(shù)，實際插入損耗曲線與理想曲線存在較大差異，電感及線路中存在寄生參數(shù)是影響性能重要原因，通過減小引腳長度等方法改善濾波器插入損耗，將濾波器應用于低壓直流電機傳導發(fā)射測試，降低電機傳導發(fā)射。傳導干擾水平頻段在0.15-108MHz 內(nèi)降低。

四、結(jié)語

本文研究電動汽車低壓直流電機EMC 特性，車載暖風機和后視鏡電機為低壓直流電機，工作中發(fā)出強烈電磁干擾，是無法通過EMC 測試國標的重要原因，對零部件EMC 測試項目低壓直流電通過率不高。目前電動汽車EMC 檢測合格率較低，未來研究要建立精確的電阻阻抗模型，電動汽車是集成許多電子電氣設備系統(tǒng)，難以掌握其傳播路徑，需建立系統(tǒng)傳播拓撲結(jié)構(gòu)。