新能源汽车电驱动系统EMC问题的改进分析

摘 要：本文针对新能源汽车电驱动系统EMC存在的传导干扰、辐射干扰与整车电磁兼容问题进行详细分析，围绕采用电磁干扰抑制技术、实行电磁兼容标准评价、搭建电磁兼容技术服务平台三个层面，探讨了关于新能源汽车电磁干扰问题的具体解决方案，以期为电驱动系统性能优化与新能源汽车安全运行提供参考价值。

关键词：新能源汽车;电驱动系统;电磁兼容;干扰抑制

0 引言

电驱动系统是由驱动电机控制器、发电机控制器、高低压电源变换器等装置组成的电力电子装置系统，利用IGBT、MOSFET等半导体功率器件基于PWM实现能量转换，在此过程中极易产生电磁干扰，影响到无线电接收装置及各项系统设备的正常运行，因此需采取有效措施改进EMC问题，维护车辆及人员的安全。

1 电驱动系统EMC问题分析

1.1 传导干扰

通常高压电缆线束可能以感性耦合或容性耦合的形式对连接的低压敏感设备产生干扰，经由低压电缆线束、电源线、控制线及信号线实现干扰传递。同时，在高、低压电缆线束上产生的共模电流可能造成远场区的电磁辐射问题，加之机壳缝隙、连接电缆插接头、接口等部位均有可能发生电磁泄漏现象，对汽车内外的无线电等敏感装置造成干扰[1]。

1.2 辐射干扰

在电驱动系统中，绕组分布电容将作用于电机，半导体器件的分布电容将作用于散热器，由此在共模干扰路径上产生共模电流，并朝向逆变器端流动，最终进入直流电源输入端口。与此同时，半导体器件的对地寄生参数与动力电缆线束在电流互感作用下将形成差模干扰路径，致使干扰电流向逆变器方向流动，最终也将归入直流电源输入端口。在此情况下，干扰电流将直接作用于直流高压母线上的高低压电源变换器等设备，由此产生辐射发射问题，对系统安全性能构成威胁，致使敏感设备受损。

1.3 整车电磁兼容问题

针对整车EMC干扰超标问题进行分析，其常见原因体现在以下两个方面：其一是电机控制器中的开关器件、端口等产生电磁干扰;其二是线束屏蔽层失效问题，或线束长度、连接方向的设计不合理，由此造成辐射干扰。

2 关于新能源汽车电磁干扰问题的解决方案

2.1 采用电磁干扰抑制技术

为解决电驱动系统的电磁干扰问题是，可采取多种干扰抑制措施。

其一是減少干扰源的辐射发射强度，可针对半导体开关的功率控制回路进行集成设计，减少振铃、谐振，借此从源头抑制干扰源的形成;针对PWM控制策略进行优化，减少PWM信号生成的谐波含量及高频电磁噪音;将半导体开关器件的两端并联在电路中，并将其拓扑结构进行优化，用于抑制电流、电压随时间产生的变化;还可以将EMI传导路径进行切断，采用无源EMI滤波器形成低阻抗通路，用于有效抑制多次谐波。

其二是克服传导干扰问题，对此主要选用有源滤波器或无源滤波器等滤波装置增设在功率变换控制器的直流、交流两端口处，用于抑制电磁干扰。

其三是抑制辐射干扰问题，对此需针对位于较高电磁场强度范围内的敏感设备、电缆线束等做好接地处理，加强屏蔽设计，并综合运用滤波、对消方法实现对电磁干扰的抑制作用。

2.2 实行电磁兼容标准评价

当前我国新能源汽车行业已普遍执行《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法》（GB/T 18387-2008）等标准，并将其作为市场准入标准，执行强制性检验。但尚未出台关于整车辐射干扰、电磁兼容等问题的检验要求，因此要求整机厂联合零部件供应商面向新能源汽车共同确立电磁兼容标准评价体系，针对电机、逆变器等高压零部件的试验方法、检测标准作出明确规定，并且在电驱动系统装车前完成电磁场辐射发射的试验检测、确定具体的限值要求。

具体来说，基于ISO26262标准将电磁兼容性作为评价新能源汽车性能与安全的重要指标，将电驱动系统的工作环境纳入检测指标中，明确安全裕度、电磁易损性等检测标准，在现有实验室稳态测试的基础上完善动态测试的基础条件，收集车载线束的实际长度数据及其布局方式，并且将汽车行驶过程中涉及到的物理环境因素融入电波暗室测试中。与此同时，还应将车辆牵引、制动、转向等系统的EMC评估结果列为整车电磁兼容评价指标，建立产品全生命周期EMC标准评价体系，引入三维仿真、建模等技术手段完善实验平台与技术支持，更好地实现对整车与不同设备模块的EMI噪声预测、干扰测试，为车辆电磁兼容安全性提供保障。

2.3 搭建电磁兼容技术服务平台

当前中国北方车辆研究所测试中心已面向新能源汽车建立电磁兼容技术服务平台——EMC实验室，聚焦产品全生命周期提供EMC预测试、干扰源排查与EMC性能评估等技术服务，并自动完成整车系统级整改方案的编制[2]。以某新能源汽车出现的整车EMC干扰超标问题为例，经实验室检测完成干扰因素分析的基础上，面向具体问题进行整改方案的编制，例如针对电机控制器进行整改，采用滤波搭铁电路连接方法，有效避免负载受高频信号的干扰;针对轮速传感器进行整改，以干扰路径作为整改的入手点，并针对线束选型进行优化，重新进行轮速传感器的布线，实行大电流线束与信号线的区分，借此有效克服电磁干扰问题，使测试结果符合限值要求。

3 结论

据国家统计局调查，2019年我国新能源汽车产量共计124.2万辆，在汽车总产量中占比4.87%，近五年增速提高3.32%。在新能源汽车逐渐推广的形势下，对于车辆综合性能提出更高要求，因此需建立产品全生命周期EMC标准评价体系，聚焦干扰抑制、实验测试与技术服务等层面，全面提升系统电磁兼容性能。

参考文献：

[1]丁荣军，刘侃.新能源汽车电机驱动系统关键技术展望[J].中国工程科学，2019（03）：56-60.

[2]张红波.轻量新能源汽车应用开关磁阻电机系统匹配的研究[J].时代人物，2019（15）：157-158.

作者简介：陈剑飞（1987-），男，江西宜春人，本科，中级工程师，研究方向：新能源汽车电驱动系统。