許響林 劉青松 覃延明 李 彬 翟建鵬 / 重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司

純電動(dòng)城市客車電磁兼容性試驗(yàn)*

許響林 劉青松 覃延明 李 彬 翟建鵬 / 重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司

針對(duì)某型純電動(dòng)城市客車，通過(guò)試驗(yàn)研究，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，找出該車的主要輻射源，并對(duì)其采取抑制措施，結(jié)果表明，效果良好。為企業(yè)抑制純電動(dòng)汽車的電磁輻射騷擾提供有益參考。

純電動(dòng)城市客車；電磁兼容；試驗(yàn)研究

0 引言

純電動(dòng)汽車因其零油耗、零排放的優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前被重點(diǎn)關(guān)注并發(fā)展的新型機(jī)動(dòng)車。近年來(lái)由于油價(jià)高漲，純電動(dòng)汽車更是越來(lái)越被世界各國(guó)所看重。與傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車相比，純電動(dòng)汽車使用電機(jī)電控取代內(nèi)燃機(jī)，電器系統(tǒng)的運(yùn)用大幅提升，尤其增加了高壓部分，使得電動(dòng)汽車的電磁兼容問(wèn)題變得尤為突出[1]。

以某12 m純電動(dòng)城市客車為對(duì)象，通過(guò)查找并抑制騷擾源對(duì)其電磁騷擾特性進(jìn)行了深入研究，為企業(yè)解決純電動(dòng)汽車的電磁輻射問(wèn)題起到拋磚引玉的作用。

1 電磁輻射測(cè)量

按歐盟法規(guī)ECE R10第三版的要求，純電動(dòng)城市客車的電磁輻射騷擾測(cè)量在10 m法帶三軸四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓的半電波暗室中進(jìn)行，客車驅(qū)動(dòng)輪置于轉(zhuǎn)鼓上，并將車輛固定好，信號(hào)接收用寬帶天線，離地高3 m，距客車邊緣10 m，分別測(cè)量客車左側(cè)和右側(cè)30 MHz～ 1 GHz頻率范圍內(nèi)的電磁輻射水平極化和垂直極化輻射騷擾。寬帶輻射測(cè)試時(shí)，車輛在無(wú)負(fù)載的轉(zhuǎn)鼓上以恒速40 km/h運(yùn)行，同時(shí)開(kāi)啟刮水器、車載空調(diào)、應(yīng)急報(bào)警燈、車頂排氣扇等電氣設(shè)備。窄帶測(cè)試時(shí)，車輛電動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)置于“ON”檔，開(kāi)啟刮水器、應(yīng)急報(bào)警燈、車載收音機(jī)等[2]。該純電動(dòng)城市客車電磁輻射測(cè)試照片見(jiàn)圖1。

圖1 純電動(dòng)城市客車測(cè)試照片

按上述方法分別測(cè)得該純電動(dòng)城市客車的寬帶和窄帶電磁輻射騷擾。圖2和圖3列舉被測(cè)客車左側(cè)垂直方向的寬帶和窄帶電磁騷擾曲線。

圖2 左側(cè)垂直寬帶輻射

圖3 左側(cè)垂直窄帶輻射

圖中折線表示的是ECE R10規(guī)定的限值。從測(cè)試結(jié)果可以看出，該純電動(dòng)城市客車在30 ～ 60 MHz的低頻范圍內(nèi)其寬帶輻射和窄帶輻射均超過(guò)了法規(guī)規(guī)定的限值。

2 寬帶輻射源分析

要解決純電動(dòng)城市客車寬帶輻射和窄帶輻射超標(biāo)的問(wèn)題，必須分別找出其寬帶輻射源和窄帶輻射源才能對(duì)癥下藥，提出有效的抑制措施。

對(duì)于寬帶輻射采用分離測(cè)試的方法，先確定主要輻射是來(lái)自于高壓部件還是低壓部件。為此，關(guān)閉刮水器、閃光燈、空調(diào)和排氣扇等低壓部件，僅測(cè)試車輛以40 km/h的速度運(yùn)行時(shí)的寬帶輻射。如果此時(shí)輻射仍然較高，則主要輻射源應(yīng)該來(lái)自于使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的高壓部件，如電機(jī)、電機(jī)控制器、整車控制器、直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC）和電源管理系統(tǒng)（BMS）等；反之，如果輻射不高，則主要輻射源應(yīng)該是刮水器、空調(diào)等低壓部件，這時(shí)再采用逐個(gè)單獨(dú)運(yùn)行測(cè)試的方法，就可以很快地找到騷擾源。

基于以上的思路，對(duì)車輛僅以40 km/h的車速運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，其左側(cè)垂直的寬帶輻射測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 客車40 km/h運(yùn)行時(shí)左側(cè)垂直寬帶輻射

對(duì)比圖4和圖2發(fā)現(xiàn)：關(guān)閉刮水器、空調(diào)、閃光燈和排氣扇后，輻射值雖有所降低，但仍然超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值。由此可以初步判斷，該純電動(dòng)城市客車的寬帶輻射應(yīng)該主要來(lái)源于高壓部件。

純電動(dòng)城市客車以40 km/h的速度運(yùn)行時(shí)，這些高壓部件都是保證純電動(dòng)車正常運(yùn)行的一個(gè)完整系統(tǒng)，無(wú)法僅讓其中一個(gè)部件單獨(dú)工作而關(guān)閉其余部件用分離測(cè)試的方法來(lái)確定輻射源。為此，只能先逐個(gè)假定為主要輻射源，并對(duì)其采取一定的抑制措施，通過(guò)測(cè)試結(jié)果看抑制效果來(lái)判斷哪個(gè)部件是輻射源。

由于該純電動(dòng)城市客車的電機(jī)控制器、整車控制器和DC/DC均采用了金屬外殼結(jié)構(gòu)，并且相應(yīng)的連接線已使用屏蔽線纜，因此，在不對(duì)這些控制器的內(nèi)部電路進(jìn)行較大的電磁兼容設(shè)計(jì)改動(dòng)的情況下，通過(guò)采用銅箔膠帶粘貼控制器外殼上的接縫和線束接頭來(lái)抑制控制器的電磁輻射是一種不錯(cuò)的選擇。如果某個(gè)控制器是主要輻射源，則其發(fā)射的電磁波應(yīng)該會(huì)有相當(dāng)部分通過(guò)外殼上的縫隙或連接線束的接頭處泄露出來(lái)，處理后在測(cè)試結(jié)果上也應(yīng)該會(huì)表現(xiàn)有較為明顯的降低?；谶@種考慮，先對(duì)電機(jī)控制器、整車控制器、DC/DC和BMS進(jìn)行了屏蔽處理。圖5是采用銅箔粘貼處理了縫隙和線束接頭的電機(jī)控制器照片。

圖5 處理后的電機(jī)控制器

用銅箔屏蔽的方式處理完電機(jī)控制器、整車控制器、DC/DC和BMS后，重新測(cè)試了該純電動(dòng)城市客車僅以40 km/h的速度運(yùn)行時(shí)左側(cè)垂直極化的寬帶輻射，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。

從測(cè)試結(jié)果可以看出，處理后，該客車的寬帶輻射幾乎沒(méi)有任何降低。因此，可以考慮該客車的寬帶輻射主要來(lái)自于電機(jī)。要確定輻射源來(lái)自電機(jī)就必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行一定的抑制處理。

該客車車身側(cè)圍蒙皮采用的是金屬材料，后輪為驅(qū)動(dòng)輪，電機(jī)安裝在后軸之后。如果電機(jī)為輻射源，則其輻射到接收天線處的路徑必定會(huì)經(jīng)過(guò)后輪及其后部與車身側(cè)圍之間的空隙，因此，通過(guò)阻隔輻射路徑應(yīng)該會(huì)有一定的效果。為此，使用鋼板擋住電機(jī)旁車身與地面之間的空隙（如圖7所示），以切斷輻射傳輸路徑，將部分輻射反射回去的方法來(lái)降低電機(jī)的輻射，以便確定電機(jī)是否為主要輻射源[3-5]。

圖6 處理后客車40 km/h運(yùn)行時(shí)左側(cè)垂直寬帶輻射

圖7 采用鋼板阻隔傳輸路徑

采取圖7措施后，對(duì)該客車僅以40 km/h運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行重新測(cè)試，結(jié)果如圖8。

圖8 鋼板阻隔后客車40 km/h左側(cè)垂直寬帶輻射

可以看出，只需用鋼板阻擋部分電機(jī)的輻射，該純電動(dòng)城市客車左側(cè)垂直極化的寬帶輻射就有非常明顯的降低，由此可以斷定，該客車的主要寬帶輻射源就是電機(jī)。

3 窄帶輻射源分析

純電動(dòng)城市客車的寬帶輻射和窄帶輻射均超標(biāo)，在確定了寬帶輻射源后，還需要對(duì)窄帶輻射源進(jìn)行研究。

窄帶輻射測(cè)試時(shí)，車輛電機(jī)不運(yùn)行，僅開(kāi)啟刮水器、應(yīng)急報(bào)警燈、車載收音機(jī)等部件，這些部件都可以分開(kāi)單獨(dú)工作。為了確定窄帶輻射來(lái)自于哪個(gè)部件，可以對(duì)這些部件進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。在分開(kāi)測(cè)試前，先測(cè)試啟動(dòng)開(kāi)關(guān)置于“ON”檔，不開(kāi)啟任何部件時(shí)的狀態(tài)，以確定一些常通電部件是否為主要輻射源，因?yàn)樵陂_(kāi)啟任何部件時(shí)，這些常通電部件的騷擾都會(huì)被引入其中。

經(jīng)過(guò)對(duì)“ON”檔的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在該狀態(tài)下，該客車的窄帶輻射就已經(jīng)超標(biāo)，而且測(cè)試結(jié)果與同時(shí)開(kāi)啟刮水器、應(yīng)急閃光燈等部件時(shí)相當(dāng)，由此可以判斷，該電動(dòng)車的主要窄帶輻射源不是刮水控制器等，而應(yīng)該是常通電部件。

經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在“ON”檔時(shí)，該純電動(dòng)城市客車主要工作的部件有動(dòng)力電池、電源管理系統(tǒng)、組合儀表等。將組合儀表的接插線端拔除，使組合儀表不工作，再進(jìn)行測(cè)試，其輻射結(jié)果依然無(wú)明顯變化。由于通常電池的輻射不大，因此，基本可以確定，該純電動(dòng)城市客車的主要窄帶輻射應(yīng)該來(lái)源于其電源管理系統(tǒng)。

4 電磁騷擾抑制措施

通過(guò)測(cè)試及分析，找到了該客車的主要寬帶輻射源是電機(jī)，主要窄帶輻射源是其電源管理系統(tǒng)。明確輻射源后，接下來(lái)需要采取抑制措施，對(duì)其進(jìn)行整改。

針對(duì)寬帶輻射，測(cè)試時(shí)使用鋼板在車輛左右兩側(cè)阻擋，該純電動(dòng)城市客車的寬帶輻射就能完全符合法規(guī)要求，并且輻射降低明顯。由于該車的電機(jī)安裝在車輛底部，是直接裸露的，因此，建議生產(chǎn)廠在不影響電機(jī)散熱的情況下，采用U形鋼板將電機(jī)包裹，以減小電機(jī)的對(duì)外輻射。

該客車在其車輛左右兩側(cè)及后部共安裝了十個(gè)動(dòng)力電池模塊，每個(gè)電池模塊上均安有一個(gè)BMS模塊，是裸露在電池外面，且使用的是塑料外殼。因此，針對(duì)窄帶輻射，使用導(dǎo)電布將每一個(gè)BMS模塊均包裹住，以屏蔽其輻射[6]，處理措施如圖9。

處理后，該車的窄帶輻射被極大地抑制，其左右兩側(cè)，天線水平和垂直極化的窄帶輻射均完全能夠符合法規(guī)的要求。圖10列舉的是被測(cè)客車左側(cè)垂直方向的窄帶電磁騷擾曲線。

對(duì)比圖10和圖3也可以看出，BMS被屏蔽后，其窄帶輻射降幅十分明顯，由此也進(jìn)一步印證，該車的BMS就是其主要窄帶輻射源的斷定。

圖9 導(dǎo)電布包裹BMS的電池組

圖10 處理后左側(cè)垂直窄帶輻射

5 結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車電氣設(shè)備多，電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常其電磁輻射比內(nèi)燃機(jī)汽車要大。電動(dòng)汽車的高壓部件，電機(jī)、電機(jī)控制器、整車控制器、DC/DC和電源管理系統(tǒng)都是電動(dòng)汽車上比較嚴(yán)重的輻射源，因此在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車時(shí)，尤其應(yīng)該重點(diǎn)考慮其高壓部件的電磁兼容性。

本文以某純電動(dòng)城市客車為對(duì)象，對(duì)其樣車的電磁輻射進(jìn)行了研究，通過(guò)試驗(yàn)分析，分別找到了主要的寬帶輻射源和窄帶輻射源，并對(duì)其進(jìn)行了整改，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，輻射源定位準(zhǔn)確，抑制措施簡(jiǎn)單有效，為企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員在研究電動(dòng)汽車電磁兼容問(wèn)題時(shí)提供了有價(jià)值的參考。

[1] 安宗裕, 楊永明, 彭河蒙. 電動(dòng)汽車電磁兼容問(wèn)題研究[C].//重慶市電機(jī)工程學(xué)會(huì)2010年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集. 重慶：重慶市電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2010: 19-23.

[2] United Nations Economic Commission for Europe. ECE R10.03[S]. Geneva, 2010.

[3] 黃青云，謝偉東. 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布及安全分析[J]. 新技術(shù)新工藝，2013（2）: 118-120.

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[5] 竇汝振，王慧波，茍毅彤，等. 電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)研究[J]. 天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（6）: 67-70.

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Experimental study on electromagnetic compatibility of pure electric city bus

Xu Xianglin，Liu Qingsong，Qing Yanming，Li Bin，Zhai Jianpeng
（Chongqing Vehicle Test and Research Institute Co., Ltd）

The disturbance source of a pure electric city bus was identi fi ed through experimental research, comparison and analysis of test results. And the suppression measures were taken. The results show that the effect is good. This paper provides a bene fi t reference for the enterprise personnels when they study on electromagnetic radiation disturbance suppression of pure electric vehicles.

pure electric city bus；electromagnetic compatibility；experimental study

重慶市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科研計(jì)劃項(xiàng)目資助（KY201207）；重慶市科委技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目資助（CSTC2012AC6445）