新能源汽车电驱动系统EMC问题的改进及展望

王庚午

摘要：新能源汽车是大电流、大电压、大功率的电力电子装置系统，其所产生的电磁干扰相比于传统的车辆要强很多。这样大功率的装置系统在实际的车辆运行阶段会产生较为严重的电磁干扰，最终使得车辆运行不稳或是对车辆附近的电气设备使用带来一定影响。但是现今，还没有针对这样驱动系统而研制的EMC标准。基于此，文章对新能源汽车电驱动系统EMC问题进行了研究与展望。

关键词：新能源汽车;电驱动系统;EMC问题;改进措施;展望

1 电磁兼容测试在新能源汽车中的必要性

电磁兼容（ElectromagneticCompatibility，简称EMC）。指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。

EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值，即所谓的电磁干扰（ElectromagneticInterference，简称EMI）。

另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即所谓的电磁抗干扰（ElectroMagneticSusceptibility，简称EMS）。

与传统汽车相比，新能源汽车EMC问题更加突出。新能源汽车动力直接使用电驱动系统，高压附件的使用会使电磁干扰问题的更为严重。动力系统由于电流在极短时间内的跳动以及大功率半导体开关的快速移动会发出强烈的辐射以及电磁干扰。

加上电子电气部件都占据着极大的比重，其中的电磁兼容性问题又与整车的安全密切相关。汽车内各种控制器，DCDC.DCAC都是强干扰源，而且线束又多又长，辐射干扰很严重。随着CISPR25-2016的发布，高压系统的EMC要求越来越严，EMC测试已成为汽车厂商所要面对的最严峻的挑战之一。为了减小电磁干扰，我们就必须要加强电磁兼容性测试。

2 EMC的分析原理

传统EMC设计中一般遵循：产品设计--样品生产--EMC测试--测试不通过--整改--更改设计--样品生产--测试通过。

EMC仿真是基于软件分析的一种正向电磁兼容设计方法，包括3D仿真，PCB仿真和系统及电路仿真。电磁场的分析方法有解析法和数值法。EMC仿真软件都是基于数值法。

3 新能源汽车电驱动系统的主要电磁干扰问题

电机控制逆变器系统中，电机绕组的分布电容和逆变器功率半导体器件对散热器的分布电容形成共模干扰路径，分别在电机和散热器上生成了共模电流，该共模电流会通过车体参考地流向电机逆变器的直流电源输入端口。逆变器功率半导体器件的寄生参数和动力线缆束间的互感形成差模干扰路径，差模干扰电流也流向电机逆变器的直流电源输入端口。因此，逆变器功率半导体器件产生的干扰不仅会影响直流高压母线上的其他敏感设备（例如DC-DC等），还会进一步引起系统辐射发射问题。电驱动系统的高压线束还可通过感性耦合和容性耦合干扰低压电源线、控制线和信号线（例如CAN总线）连接的低压敏感设备。而由高、低压线缆束上的共模干扰电流形成的远场辐射，以及电机控制器线缆的插接头和机壳的缝隙产生的电磁泄漏，均可能对车内外的敏感设备造成影响。

4 电驱动系统的电磁干扰抑制技术

在减小干扰源方面，可采用功率半导体开关结构集成优化设计的方法，减小功率控制回路的振铃和谐振，抑制干扰源的形成。另外，可以采用PWM控制策略优化方法和软开关控制方法，减小功率开关PWM信号的谐波和高频电磁噪声。在抑制传导干扰方面，通常在功率变换控制器直流端口和交流端口安装滤波装置。常用的滤波抑制技术包括有源滤波器和无源滤波器。目前，研发工程师通常在产品验证阶段根据工程经验和EMC电磁发射测量结果，采用传统方法设计滤波装置，实现对系统及整车的EMC整改，这会使产品设计成本增加、周期延长;无源滤波器的体积较大，除增加系统的重量，还可能引发新的谐振;另外，对于低压敏感设备，需要再安装滤波器抑制电磁干扰。在抑制辐射干扰方面，对于电磁场强度较大区域的设备和线缆束采取屏蔽和接地措施;敏感设备电磁防护采用屏蔽、滤波、互感耦合电磁干扰对消方法、拓扑优化等手段。然而，传统的滤波和屏蔽技术通常不能适应车内空间狭窄、高低温、振动冲击等环境特点和行驶工况多变的要求，对车辆行驶工况动态负载下的高功率电磁干扰不能进行有效抑制。

5 新能源汽车电驱动系统EMC的发展趋势

综合以上文献可见，关于新能源汽车驱动系统EMC问题的研究目前还主要集中在以下很小的范围内：

1）系统电磁干扰机理分析和干扰抑制方法的研究。

对于EMC检测方法和标准的研究少之甚少。传统的电磁兼容标准检测方法不能够适用于大功率、大电流的驱动系统的EMC检测，例如选择什么参数的人工电源网络;如何实现电机和负载（测功机）的有效电磁隔离;如何找出系统中最大干扰源所在;系统测试中电源如何供给;如何更换电机;像Echamber这种暗室成本都非常昂贵，如何降低暗室成本等这些都是必须要深入研究的。

2）DC/AC逆变器或DC/DC变换器的EMC问题研究。

其中还是以DC/AC逆变器的EMC问题研究为主，只有少数几篇文献对整个驱动系统进行了研究。虽然逆变器或变换器的快速开关动作是整个系统的主要电磁干扰源所在，但是对于电池、电机、电缆等其他设备所带来电磁干扰同样不容忽视，所以对于整个系统的电磁兼容性研究是不可避免的。

3）共模电流的传导发射研究。

虽然共模电流带来的电磁干扰会远远大于差模电流，但是对于大功率、大电流的驱动系统来说，差模电流带来的电磁干扰同样不能忽视，所以非常有必要对差模电流进行研究。基于实验条件限制的原因，目前主要的研究还是集中在低频的传导发射研究，对于高频的辐射发射研究还相对较少。

4）滤波器的设计。

对于电磁干扰抑制方法的研究，目前大多数都集中在滤波器的设计上，尚缺乏更多有效的电磁干扰抑制措施。

本人认为关于此问题后期的研究趋势除了对上述几个重点问题进行深入研究之外，可以将研究重心偏向上面提到的一些横向问题研究上。

6结语

新能源汽车驱动系统本身的电磁环境相当复杂，再加上系统在不同场合下会表现出不同的场源和边界条件，各种分布参数也会不尽相同，这给整个系统的电磁兼容性研究和测试带来很大的挑战。但前面的文献研究具有很好的参考价值，为后期的研究指明了方向，同样还有很多空白需要后期的研究去填补。

参考文献：

[1]王洪武，张戟，杨腾飞.电动汽车驱动系统EMC问题研究现状[J].电子测量技术，2011（34）：18-22.

[2]郭艳辉，李子森，杨宝山，等.EMC预测试软件在测试整改中的应用及实现[J].国外电子测量技术，2011，30（3）：54-56，63.

[3]张清鹏，万健如.电磁兼容系统中的接地研究[J].国外电子测量技术，2012，31（10）：27-29.

（作者单位：蜂巢傳动科技河北有限公司）