新能源汽車動力電池系統的電磁兼容性 （EMC）性能分析

新能源電動汽車主要由動力電池系統、電動機、電控等構成，動力電池系統作為新能源電動汽車三大核心部件之一，在整車運行功能中，要求動力電池系統必須具備優良的電磁兼容性能。動力電池系統在汽車中作為能量來源，通過電力輸出給電動機、電控等其他產品提供持續不斷的電力，因此為模擬這一輸出特性，在測試過程中，需要一套接近實車輸出環境的動力電池附屬裝置，以模擬動力電池輸出特性。但是目前在動力電池系統電磁兼容測試中模擬負載的選擇一直是個難點，一是無法精確模擬實車環境中的負載情況，二是行業內相關國內外標準及各車企的電磁兼容標準中，均未對動力電池系統附屬裝置的選型、規格參數進行說明。由于各電磁兼容試驗室的動力電池系統附屬裝置參數各異，導致試驗結果上存在很大的差異，無法保證測試結果的一致性和重復性。

本文為進一步研究不同動力電池系統附屬裝置及試驗布置差異性對輻射發射試驗的影響，減少客戶排查、整改時間，降低試驗成本，為各試驗機構優化并統一場地布局結構，進一步提高場地性能和測試結果的一致性和重復性[]。

驗證方法闡述

1.測試方法

依據GB/T18655的高壓產品的輻射騷擾試驗布置圖，采用1m法進行驗證試驗，高低壓線束長度為1700mm ，并且與接地平面前端平行的線束長度為1500mm ，所有線束放在在非導電且低相對介電常數0 ≤1.4 ）材料上，其他場地布置要求如樣品接地位置、高低壓線束距離、天線高度及天線距低壓線束距離等作了詳細的參數說明[2]。

2.附屬裝置說明

本文所用到的附屬裝置見表1。

3.差異性介紹

影響輻射騷擾試驗因素很多，包括試驗線束長度、線束布局、接地位置及天線位置等，綜合這些因素起來探究三種附屬裝置的影響。根據以往試驗經驗及行業內比較關注的因素，本文篩選了4種關鍵因素：高低壓線纜相對距離、接收天線距地面高度、接收天線與參考中心點距離及產品接地位置[3，4]。

動力電池系統線束主要由低壓線束和高壓線束組成，低壓線束主要是動力電池管理系統線束，系統內含模擬信號和數字信號及其他信號，易受外界干擾。高壓線束主要是作為動力電池系統輸入和輸出鏈路，其特點是大電壓大電流，如果無屏蔽層或屏蔽層性能有缺陷，強干擾信號會通過高壓線束輻射出來，干擾其他敏感體。高壓線束和低壓線束越近，寄生參數越大，低壓線束越容易耦合干擾，所以將高低壓線束的相對距離作為考慮因素之一。

接收天線距地面高度和接收天線與參考中心點距離主要考量天線的不同測試位置對試驗結果的影響，加上人為因素的測量距離的偏差，接收天線在各個位置可能存在一定差異，需要考慮在合理的偏差范圍內對輻射騷擾試驗結果的影響。

產品接地位置主要是以動力電池管理系統的相對位置為基準，分析在不同接地布置的影響。由于動力電池管理系統內含控制電路、時鐘晶振及開關器件等，是騷擾的主要源頭，不同的接地位置會影響干擾信號的回流方式。

綜合以上四種因素，分別以三種附屬裝置為負載，研究不同布置因素對輻射騷擾的影響。

試驗方法說明

試驗前，需對場地進行確認。天線在水平極化和垂直極化底噪數據如圖1所示，表明暗室內未存在干擾源，且天線水平極化和垂直極化數據基本無差異。綜上所述，暗室場地滿足試驗需求。

本文采用正交分析法，試驗條件及正交試驗矩陣見表2。每一種附屬裝置進行9次試驗。

注：A為高低壓線纜相對距離；B為接收天線距地高度；C為接收天線與參考中心點距離；D為接地位置。

本文設計了四因素三水平試驗，其正交試驗見表3。

對正交試驗中的9組組合，在 30～1000MHz 的頻段進行輻射發射測試[5。在測試結果中，將 30～1000MHz 分成13個子頻段，記錄每個頻段的最大發射量，并將子頻段的最大發射量相加，以此數值作為正交試驗結果。

本實驗在 30～1000MHz 頻段中，改變高低壓線纜相對距離、接收天線距地高度、接收天線與參考中心點距離及接地位置四種水平因素，依次對每種組合進行輻射發射掃描，對掃描所得平均值做數據處理，其試驗布置如圖2所示。

試驗數據分析

根據上文數據處理方法，其數據匯總見表4。

對不同附屬裝置測得數據進行各因子水平均值k和極差R計算。

以阻性負載結果分析為例。記A高低壓線纜相對距離因素水平所對應的輻射發射13個子頻段發射量之和的值為 |K₁ ， K₁=39.967+40.637+34.082=114.686 ，而A高低壓線纜相對距離因素水平對應的平均輻射發射13個子頻段發射量之和為 k₁=K₁/3=38.228

相應可以得到：

K₂=76.783+76.421+63.025=216.229

k₂=K₂/3=72.076

K₃=62.509+58.804+54.084=175.397

k₃=K₃/3=58.465 極差 R=max （）-min（k 38.228=33.848

接收天線距地高度（B）、接收天線與參考中心點距離（C）以及接地位置（D）的結果見表5和表6。根據 k₁ ， k₂ ， k₃ 的大小比較可判斷三個水平的高低壓線纜相對距離對輻射發射發射量的影響大小，即高低壓線纜相對距離最優的水平為A2。

同理，可計算得出接收天線與參考中心點距離、接收天線距地高度、接地方式的最優水平分別為B1、C2、D1。綜上所述，可以得出結論：附屬裝置為阻性負載時，最佳的試驗條件組合是A2B1C2D1，即高低壓線束相對距離 100mm ，接收天線距地高度 900mm ，接收天線與參考中心點距離 1000mm ，接地位置距主控近時，該條件下動力電池系統所測試的輻射發射發射量最大。

根據極差R大小，四個因素對發射發射量的影響程度順序為：高低壓線束相對距離 gt; 接收天線距地高度gt; 接收天線與參考中心點距離 gt; 接地位置。

利用相同的方法對電子負載和激勵裝置所測得數據進行各因子水平均值k和極差R計算。

根據上述表格數據可得，附屬裝置為電子負載時，最佳的試驗條件組合是A3B1C2D3，即高低壓線束相對距離 200mm ，接收天線距地高度 900mm ，接收天線與參考中心點距離 1000mm ，接地位置距主控適中時，該條件下動力電池系統所測試的輻射發射發射量最大。

根據極差R大小，四個因素對發射發射量的影響程度順序為：高低壓線束相對距離 gt; 接收天線與參考中心點距離 gt; 接收天線距地高度 gt; 接地方式。

附屬裝置為激勵裝置時，最佳的試驗條件組合是A2B3C2D2，即高低壓線束相對距離 100mm ，接收天線距地高度 1100mm ，接收天線與參考中心點距離1000mm ，接地位置距主控遠時，該條件下動力電池系統所測試的輻射發射發射量最大。

根據極差R大小，四個因素對發射發射量的影響程度順序為：高低壓線束相對距離 gt; 接收天線與參考中心點距離 gt; 接地方式 gt; 接收天線距地高度。

結語

本文主要研究動力電池系統不同附屬裝置及不同布置的差異之間輻射發射，將動力電池系統附屬裝置分為阻性負載、電子負載、激勵裝置，并選定四種關鍵布置影響因素：高低壓線纜相對距離、接收天線距地面高度、接收天線與參考中心點距離及產品接地方式。針對每種附屬裝置，將四種關鍵布置影響因素制定正交試驗表，在 30～1000MHz 頻段中進行輻射發射測試，通過數據分析及計算，可以得出每種附屬裝置的最優布置組合。

1）當附屬裝置為阻性負載時，測試組合為高低壓線束相對距離 100mm ，接收天線距地高度 900mm ，接收天線與參考中心點距離 1000mm ，接地位置距主控近時，該條件下樣品所測試的輻射發射發射量最大。其中高低壓線束相對距離對其輻射發射發射量影響最大。

2）當附屬裝置為電子負載時，測試組合為高低壓線束相對距離 200mm ，接收天線距地高度 900mm ，接收天線與參考中心點距離 1000mm ，接地位置距主控適中時，該條件下樣品所測試的輻射發射發射量最大。其中高低壓線束相對距離對其輻射發射發射量影響最大。

3）當附屬裝置為激勵裝置時，測試組合為高低壓線束相對距離 100mm ，接收天線距地高度 1100mm 接收天線與參考中心點距離 1000mm ，接地位置距主控遠時，該條件下樣品所測試的輻射發射發射量最大。其中高低壓線束相對距離對其輻射發射發射量影響最大。

此外，通過數據分析對比，在三種附屬裝置中，高低壓線束相對距離對輻射發射發射量均是最大。

在實際測試中，針對不同附屬裝置，企業和試驗機構可以選用上述測試組合以達到動力電池系統最大的輻射發射發射量，從而降低樣品的電磁兼容風險。

參考文獻：

[1]田暉.CISPR25汽車零部件輻射發射測試場地布局優化研究[D].北京：北京交通大學，2020.

[2]全國無線電干擾標準化技術委員會.GB/T18655—2018車輛、船和內燃機無線電騷擾特性用于保護車載接收機的限值和測量方法[S].北京：中國標準出版社，2018.

[3]付百靈.在用廣播電視臺發射設備開場測試方法研究[D].內蒙古大學，2017.

[4]陳恩輝，鞠環宇，婁峰.動力電池內部線束布置及設計分析[J].汽車實用技術，2018（7）：3-5.

[5]陳曉，程雄，劉洋.基于正交試驗法的牽引電動機噪聲試驗方法研究[J].電力機車與城軌車輛，2025，48（1）：87-90.AUTO1950