浅析纯电动汽车与燃油汽车电磁干扰的区别与联系

蒋晓琴

（四川交通职业技术学院，四川 成都 611130）

随着现代电子技术在汽车上的广泛应用，汽车越来越智能化、电子化，这些电子元件、电气产品给人们对汽车的使用带来了舒适和便利，但汽车的电子元件、电气产品存在电磁干扰，电磁干扰会给汽车的使用带来不良影响，因此在汽车设计时电磁兼容问题非常重要。

电磁干扰（简称EMI）按干扰途径的不同分为传导干扰、感应干扰、辐射干扰3大类，其中传导干扰是通过电路的共用导体传播，如共用电源线和共用搭铁线，任意一个设备电流变化都会导致共用导体的线路中其他设备电压变化产生干扰；感应干扰是指电感应和磁感应干扰；辐射干扰是由天线发射，汽车上通电的导线和电缆被视为等效天线。

电磁干扰按干扰源的频率不同分为低频、高频两类；电磁干扰按干扰源的不同分类有车外电磁干扰、车体静电干扰、车内电磁干扰3种。纯电动汽车和燃油汽车都有车外电磁干扰、车体静电干扰、车内电磁干扰3种电磁干扰。其中车外电磁干扰、车体静电干扰是相同的，车外电磁干扰是指汽车行驶过程中经历外部电磁环境时所受的干扰，如高压输电线、高压变电站、大功率无线电发射站、雷电、密集汽车电子设备工作地段等，由于大能量的电磁效应对人体有害，目前有相应电磁标准来限制这类干扰，因此汽车电子设备受车外电磁干扰较小；车体静电干扰是指汽车行驶时车体与空气高速摩擦，从而在车身上形成不均匀分布的静电场对汽车电子设备形成电磁干扰。纯电动汽车与燃油汽车电磁干扰的区别主要是车内电磁干扰，由于纯电动汽车与燃油汽车结构有区别，车内电磁干扰存在一定的区别与联系。

1 纯电动汽车与燃油汽车中电磁干扰的区别与联系

1.1 燃油汽车中典型的电磁干扰［1］

燃油汽车电磁干扰源有高压点火系统，各种电机类电器部件，各种继电器，各种电子控制单元ECU以及各种灯具，无线电设备如手机、卫星导航、车载无线电、电视转播、测距雷达和导航雷达等。燃油汽车中电磁干扰比较典型的有点火系、发电机、起动机、电动机、电感元件5大类。

1）点火系 点火系中电磁干扰最强的是点火线圈、高压线和火花塞。一是发动机工作时，火花塞两电极间的空气间隙被击穿产生电火花，从而激励了其附属电路的振荡。二是点火系次级电路的放电，次级电路的放电分为电容放电和电感放电两种。电容放电是次级电路和点火线圈、高压线和火花塞放电间隙形成的极电极电容所储藏的能量通过火花塞放电，而电感放电是次级线圈储藏的能量逐次衰减放电。

2）发电机 发电机有整流子和硅整流两种，硅整流电机旋转中滑环与电刷的接触状态不断发生变化，两者之间产生电火花，当发电机与蓄电池联合供电工作时，脉冲过电压能产生极大的能量释放，对汽车上其他的电子元器件产生较大的电能冲击。

3）起动机 发动机起动时，在起动机开关和起动继电器触点通断瞬间，以及起动机通电过程中电刷与整流子换向瞬间，由于电流很大和瞬间通断造成蓄电池端电压剧烈波动，而引起起动开关、起动继电器触点以及起动机电刷与整流子间产生强烈电火花。

4）电动机 汽车上附属装置电动机比较多，如风扇、刮水器、门窗玻璃等，运转过程中容易产生电火花而引起电磁波，电动机一般封闭金属外壳，但仍会通过电源线和搭铁线传导出干扰电磁波。

5）电感元件 汽车上的各种电机都属于电感负载，如刮水器驱动电机、汽车起动机、暖风电机、燃油泵、空调起动器、交流发电机等，这些电感负载和接触开关由于开关触点、继电器触点、电机电刷接触不良，或者供电突然被切断、搭铁不良造成时通时断，都会激起瞬间过压电，瞬间过压电的脉冲峰值与导通电流值、电感量和通断速率成正比。

1.2 纯电动汽车中典型的电磁干扰

纯电动汽车［2］一般是由电动机驱动系统、电池及管理系统和辅助系统组成。

1）电动机驱动系统是将蓄电池的电能转化为车轮的动能，是纯电动汽车的核心部分，由电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮等组成。目前驱动系统的布置形式主要有3种：第1种与传统汽车驱动系统布置方式一致，带有简单变速器和离合器，只是将发动机换成电动机，属于改造型电动汽车，目前市场上大部分纯电动汽车属于这种结构型式的电动汽车；第2种取消了变速器和离合器，采用了逆变器；第3种是电动机装在驱动轴上由电动机来实现变速和差速转换。

2）电池及管理系统［3］是对电动汽车用电池单体、整组均进行实时监控充放电、巡检、温度监控等。

3）辅助系统有辅助动力源、空调器、动力转向系统、导航系统、刮水器、收音机以及照明和除霜装置等，除辅助动力源辅助系统外因车型而异。

纯电动汽车与燃油汽车相比较，没有燃油汽车的点火系、起动机、发电机，但电子元件、电气产品比燃油汽车多，有高频电源、交流电源、强电设备、各类电动机、接触开关触点、继电器触点、总线、线束、传感器和单片机系统，尤其是纯电动汽车中传感器和单片机系统比燃油汽车多，车内电磁干扰源多。典型的是电池及管理系统电磁干扰，电磁波干扰可能通过空间干扰、供电系统干扰、过程通道干扰3种渠道侵入单片机系统，叠加在单片机输入信号、输出信号或者单片机系统的内核上，导致单片机系统失误、死机甚至崩溃。

2 防电磁干扰的措施

2.1 燃油汽车防电磁干扰的措施

目前在燃油汽车上防电磁干扰的措施有4种：①单线制负极搭铁，将电源的负极与车架或发动机相连接，汽车电器和电子元件均与发动机或车架连接，整个汽车的大件结构在电气方面连成一个整体，从而有效抑制电器元件、汽车部件因静电感应引起的电磁干扰；②并联大电容电火花灭弧［4］，在点火系采用电容器与断电器白金触点、双金属片型传感器等并联灭电弧；电气设备上安装由电阻、电磁元件以及电容组成的滤波器消除电火花；③串联小电阻，在点火系统高压电路串联小阻尼电阻，在电动机上加装不同规格的阻尼抑制器来抑制电磁干扰；④金属屏蔽，将容易产生火花的电器用金属网遮掩起来，对于低频电磁干扰，采用编织屏蔽网；对于高频电磁干扰，采用箔层屏蔽；对于高低频混合的电磁干扰采用箔层加编织网屏蔽。

燃油汽车防电磁干扰的措施主要有以上4种，除了以上4种以外，燃油汽车各种电子控制单元ECU尤其是发动机ECU上有硬件防干扰和软件防干扰措施。

2.2 纯电动汽车防电磁干扰的措施

纯电动汽车由于电子元件、电气设备更多，因此电磁兼容问题更严重，目前在纯电动汽车上防电磁干扰的措施有6种：①～④种与燃油汽车相同。⑤单片机系统的硬件防干扰，目前硬件防干扰措施有5种：一是在单片机输入通道通过光藕器件传输信号将单片机系统与各传感器、开关、执行机构从电气上隔离开，这种又称为电隔离；二是长线传输数字信号时用双绞线，并在发送和接收信号端串入末端电阻，且双绞线与阻抗匹配；三是单片机系统采用RC低通滤波器进行硬件滤波；四是搭铁，设备外壳搭铁和公共电位参考点的工作搭铁，单片机系统的两种搭铁要分开；五是电子器件的金属屏蔽，再将金属外壳搭铁。⑥单片机系统的软件防干扰主要是消除输入信号的电磁干扰，以及程序运行混乱时使程序重新正常运行，目前常用数字滤波来消除输入信号的电磁干扰，若程序运行混乱进入“死循环”时，通过“看门狗”等程序运行监视系统对程序进行出错处理，从而脱离“死循环”。

通过对燃油汽车、纯电动汽车防电磁干扰的措施比较发现，纯电动汽车电磁兼容问题更严重，两类汽车防电磁干扰的措施种类一致，但纯电动汽车因电子元件、电气设备和单片机系统比燃油汽车多，因此防电磁干扰措施从数量上比燃油汽车多。