劉 典，杭 州，王子龍，鮑 宇，李 蝶

（1. 上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000；2. 中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300300；3. 中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；4. 中汽數(shù)據(jù)有限公司，天津 300300）

為了適應(yīng)綠色可持續(xù)的發(fā)展理念，電動(dòng)汽車低碳節(jié)能的特點(diǎn)使得電動(dòng)汽車在生活中快速普及，隨之而來的電磁兼容EMC問題也日益嚴(yán)重［1］。為了保護(hù)通信設(shè)備通信品質(zhì)不受車輛發(fā)出的電磁場的影響，國家汽車行業(yè)主管機(jī)構(gòu)規(guī)定，電動(dòng)汽車的電場發(fā)射和磁場發(fā)射需要滿足GB/T 18387—2017《電動(dòng)車輛的電磁場發(fā)射強(qiáng)度的限值和測量方法》的限值要求。GB/T 18387—2017規(guī)定，在車輛以40km/h勻速行駛時(shí)，確定車輛電場和磁場的最大發(fā)射側(cè)面。然后車輛分別以16km/h和70km/h勻速行駛，在最大發(fā)射側(cè)面測量車輛向空間發(fā)射的電場和磁場。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電場和磁場測試頻段為150kHz～30MHz。

1 摸底測試結(jié)果

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，對車輛電磁場發(fā)射進(jìn)行測試。摸底測試結(jié)果顯示，車輛電場的測試值超過了GB/T 18387—2017的電場限值，典型測試結(jié)果（車輛左側(cè)，16km/h）如圖1所示。

從測試結(jié)果可以看出，電場在16～25MHz范圍內(nèi)超標(biāo)，峰值頻點(diǎn)為25MHz，最大超標(biāo)約20dB。

圖1 典型測試結(jié)果

2 定位排查

常用的定位排查方法有近場掃描法和排除法。近場掃描法是使用便攜式接收機(jī)和近場掃描探頭在車輛零部件或線束附近尋找最大輻射點(diǎn)的方法，這種方法的優(yōu)勢是使用方便、定位準(zhǔn)確、成本較低。

通過近場掃描發(fā)現(xiàn)，車輛是否上高壓 （Ready狀態(tài)）對測試結(jié)果影響較大，當(dāng)車輛處于Ready狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的峰值。而且，通過掃描，電機(jī)控制器、三合一（高壓配電盒、DCDC、車載充電機(jī)）附近場強(qiáng)較大，波形特征與標(biāo)準(zhǔn)測試相似。由此初步判定，高壓系統(tǒng)是導(dǎo)致車輛電場發(fā)射超標(biāo)的原因。電機(jī)控制器掃描波形如圖2所示。

將排查范圍明確在高壓系統(tǒng)后，采用排除法確定干擾源和傳播路徑。車輛高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 車輛高壓系統(tǒng)架構(gòu)

電池包是高壓系統(tǒng)的核心，電氣部件主要由電池模組和BMS組成，通過高壓線束分別與快充插座、電機(jī)控制器和三合一連接。三合一分別與PTC、壓縮機(jī)、慢充插座以及蓄電池正極連接。除了電源連接，車輛高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)了高壓互鎖系統(tǒng)（Hazardous Voltage Interlock Loop，HVIL），通過使用電氣小信號來確認(rèn)整個(gè)高壓產(chǎn)品、導(dǎo)線、連接器及護(hù)蓋的電氣完整性，只有當(dāng)互鎖回路形成了一個(gè)完整的閉環(huán)時(shí)，車輛的高壓部件狀態(tài)才能認(rèn)為是正常的，此時(shí)方可允許接入高壓電源［2］。因此，在使用排除法插拔高壓線束，隔離特定部件時(shí)，應(yīng)短接部件的高壓互鎖引腳，確保高壓系統(tǒng)可以正常工作。

2.1 定位干擾源

通過排除法，在電池包正常供電情況下，分別測試車輛在Ready狀態(tài)、三合一負(fù)載 （PTC、壓縮機(jī)）不工作、三合一不工作、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作 （16km/h）4種情形下的車輛的電場發(fā)射。這4種工況中，可以逐步排除相應(yīng)高壓部件的影響。測試結(jié)果如圖4所示。

從圖4a可以看出，在車輛Ready狀態(tài)時(shí)，測試結(jié)果已經(jīng)超標(biāo)，因?yàn)榇藭r(shí)干擾高壓部件內(nèi)部功率器件已經(jīng)處于工作狀態(tài)，并向外發(fā)出電磁干擾［3］。圖4b，4c表明三合一負(fù)載及三合一正常工作情況下，不會(huì)提高整車電場發(fā)射的強(qiáng)度，因此可以認(rèn)為三合一、PTC、壓縮機(jī)不是干擾源。圖4d表明，當(dāng)以16km/h勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輛的電場發(fā)射強(qiáng)度增加，大于Ready狀態(tài)的電場強(qiáng)度，且與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的測試結(jié)果相似，說明電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對整車輻射發(fā)射的影響較大。進(jìn)一步采用近場掃描方法，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電池包殼體附近發(fā)射強(qiáng)度遠(yuǎn)低于電機(jī)控制器，因此可以判定電機(jī)控制器是干擾源。

圖4 測試結(jié)果

參考GB/T 18655—2018 的測試布置和GB/T 18387—2017限值以及工況要求，在暗室內(nèi)測試電機(jī)控制器及電機(jī)系統(tǒng)的電場發(fā)射，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模擬整車測試時(shí)的工作狀態(tài)，測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測試

從測試結(jié)果可以看出，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電場發(fā)射在整車超標(biāo)頻段存在類似的峰值，且峰值頻點(diǎn)與整車峰值頻點(diǎn)接近，進(jìn)一步證明電機(jī)控制器是干擾源的結(jié)論。

2.2 查找傳播路徑

形成EMC問題需要有3要素，除干擾源之外，還應(yīng)找到干擾的傳播路徑。因?yàn)殡姍C(jī)控制器是干擾源，因此重點(diǎn)排查與電機(jī)控制器連接的線束。通過近場掃描，快充線、三相線的電場發(fā)射強(qiáng)度較低，排除是主要傳播路徑的可能性。慢充線和BMS通信線的電場發(fā)射強(qiáng)度較大，分別對慢充線和BMS通信線采取措施，對比前后的差異。

針對慢充線，分別測試電池包連接和不連接慢充線的電場發(fā)射。結(jié)果表明，電池包接上慢充線的測試結(jié)果比電池包不接慢充高5dB左右，測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 慢充線的影響

針對BMS通信線，選用工作頻段在20MHz附近的磁環(huán)套在線束上，對比使用磁環(huán)前后的測試結(jié)果。結(jié)果表明，使用磁環(huán)可以將電場強(qiáng)度降低5dB左右，測試結(jié)果如圖7所示。

圖7 BMS通信線的影響

通過以上分析，可以確認(rèn)電機(jī)控制器是干擾源?？刂破靼l(fā)出的一部分干擾通過高壓母線進(jìn)入電池包，再由慢充線向外發(fā)射，另一部分干擾在電池包內(nèi)部，通過電路耦合，從高壓電路傳導(dǎo)至低壓電路，然后通過BMS通信線發(fā)射出去。

2.3 整車EMC設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

通過進(jìn)一步排查，發(fā)現(xiàn)測試車輛上存在EMC設(shè)計(jì)問題（圖8），主要有以下3點(diǎn)。

圖8 整車EMC不良設(shè)計(jì)

1）慢充線為屏蔽線，但是屏蔽層只在三合一側(cè)搭接，慢充口無搭鐵搭接。慢充線屏蔽層為單端搭鐵，這種搭鐵方式僅適用于干擾頻率在1MHz以下的場景，顯然對20MHz左右的干擾不能起到屏蔽作用。

2）旋變線中的搭鐵線斷開。旋變線搭鐵線斷開會(huì)導(dǎo)致旋變信號的畸變，降低對干擾的抵抗能力，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障。

3）BMS殼體和電池包內(nèi)部搭鐵點(diǎn)有絕緣涂層，BMS殼體搭鐵不良。由于有絕緣涂層的存在，導(dǎo)致BMS浮地，高壓側(cè)的干擾無法通過搭鐵導(dǎo)入車身，從而傳導(dǎo)至BMS通信線束。

3 整改

針對排查過程中發(fā)現(xiàn)的問題，采取針對性的整改措施。

1）電機(jī)控制器。前期排查發(fā)現(xiàn)，干擾存在于高壓母線，在三相線上較少。因此在電機(jī)控制器輸入端設(shè)計(jì)濾波電路濾除干擾。在高壓母線輸入端線與線之間加2.2uF的X電容，在線與搭鐵之間加47nF和470nF的Y電容。

2）車輛EMC設(shè)計(jì)。將慢充線屏蔽層電池包一端與電池包外殼連接，保證屏蔽層雙端搭鐵［5］。將旋變線搭鐵線連接好，保證電氣連接性。

打磨BMS外殼以及電池包上相應(yīng)搭鐵點(diǎn)的絕緣涂層，保證較低的搭鐵電阻。

將優(yōu)化后的車輛重新測試，測試結(jié)果滿足GB/T 18387—2017電場限值要求。如圖9所示。

圖9 優(yōu)化后的測試結(jié)果

4 結(jié)論

通過近場掃描法和排除法確定電機(jī)控制器是干擾源，同時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛存在多處不合理的搭鐵、屏蔽設(shè)計(jì)，采取增加濾波器、優(yōu)化搭鐵等措施改善車輛EMC設(shè)計(jì)，最終車輛低頻電場發(fā)射滿足GB/T 18387—2017的要求。