與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，新能源車(chē)中的高壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、信息化和智能化設(shè)備等多種類型的電力、電氣、電子設(shè)備集中布置，構(gòu)成極其惡劣的電磁環(huán)境。

一方面車(chē)輛系統(tǒng)外部環(huán)境惡劣，頻譜范圍、能量密度及干擾類型成倍增加；另一方面車(chē)內(nèi)高壓/高功率系統(tǒng)、信息化智能化設(shè)備的高度集成，其電氣特征和功能特性都與電磁干擾（EMI）緊密相關(guān)。

電磁兼容在上升為電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)和瓶頸技術(shù)的同時(shí)，也成為保證汽車(chē)安全行駛及系統(tǒng)可靠性的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

在本推文中，筆者將分享有關(guān)整車(chē)電磁兼容的信息，包括電磁兼容的定義、分類、電磁兼容干擾等級(jí)、干擾源分類、針對(duì)高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾和干擾特性。

電磁兼容的定義及分類

A. 電磁兼容的定義

電磁兼容(Electro Magnetic Compatibility)是一門(mén)關(guān)于電磁能量的產(chǎn)生、傳輸和接受的學(xué)科，是研究在有限的空間、有限的時(shí)間、有限的頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng)、廣義的還包括生物體)可以按設(shè)計(jì)要求正常工作并共存的一門(mén)科學(xué)。

從電動(dòng)車(chē)角度而言，EMC（Electro magnetic compatibility，電磁兼容）是指電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中，按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。

包括EMI和EMS以及系統(tǒng)或設(shè)備工作的電磁環(huán)境（外境）三方面的內(nèi)容。

B. 電磁兼容分類

電磁兼容包括EMI(Electro Magnetic Interference/電磁干擾)和EMS(Electro Magnetic Susceptibility/電磁耐受性)兩部分。

(1) EMI電磁干擾

指的是電器件本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過(guò)程中所產(chǎn)生的不利于其他系統(tǒng)的電磁噪聲。

電磁干擾測(cè)試是測(cè)量被測(cè)設(shè)備在正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生并向外發(fā)射的電磁波信號(hào)的大小來(lái)反應(yīng)對(duì)周?chē)娮釉O(shè)備干擾的強(qiáng)弱。EMI是主動(dòng)性的，即對(duì)外界產(chǎn)生的干擾。

對(duì)EMI再進(jìn)行細(xì)分，可分為從電源線、信號(hào)線或控制線傳導(dǎo)出來(lái)的傳導(dǎo)騷擾(CE/Conducted emission)和從產(chǎn)品殼體輻射出來(lái)的輻射騷擾(RE/Radiated emission)。

(2) EMS電磁耐受性

指的是電器件在執(zhí)行應(yīng)有功能的過(guò)程中，不受周?chē)姶怒h(huán)境影響的能力。

電磁敏感度測(cè)試是測(cè)量被測(cè)設(shè)備對(duì)電磁騷擾的抗干擾的能力強(qiáng)弱。EMS是被動(dòng)性的，即抵抗外界的干擾。

EMS包括如下細(xì)分內(nèi)容：

a) 殼體靜電放電抗擾度(ESD/Electrostatic discharge);

b) 電源線、信號(hào)線的電快速脈沖群抗擾度(EFT/Electrical fast transient burst);

c) 殼體輻射抗擾度(RS/Radiated Susceptibility);

d) 電源線/信號(hào)線的傳導(dǎo)抗擾度(CS/Conducted Susceptibility)；

電磁兼容騷擾等級(jí)

隨著汽車(chē)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，以及車(chē)載無(wú)線通信系統(tǒng)技術(shù)等應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電動(dòng)汽車(chē)與復(fù)雜電磁環(huán)境間的相容性將成為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)電磁兼容性測(cè)試評(píng)價(jià)的一個(gè)重要趨勢(shì)，這種測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)需要汽車(chē)行業(yè)和電磁兼容測(cè)試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)緊密配合，共同研究外界電磁環(huán)境對(duì)車(chē)內(nèi)、車(chē)外系統(tǒng)的電磁兼容性問(wèn)題產(chǎn)生機(jī)理及解決方案。其中，對(duì)配置了高等級(jí)自動(dòng)駕駛功能的車(chē)型，如何對(duì)其在復(fù)雜電磁環(huán)境下的安全性進(jìn)行測(cè)試與評(píng)價(jià)，又將成為未來(lái)若干年中汽車(chē)電磁兼容發(fā)展的重中之重。

對(duì)于車(chē)輛而言，電磁兼容騷擾等級(jí)共分為4個(gè)等級(jí)。

騷擾等級(jí)定義

針對(duì)車(chē)輛的電磁干擾主要來(lái)源有車(chē)輛內(nèi)部電氣部件之間的相互影響、車(chē)輛作為一個(gè)整體，受到車(chē)外廣播電視、無(wú)線通信、電網(wǎng)設(shè)備等人為設(shè)置的干擾源的影響、以及由自然現(xiàn)象帶來(lái)的干擾。

電動(dòng)車(chē)的電磁干擾源分類

A. 車(chē)載干擾源

主要指的是車(chē)上各種電子電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾。車(chē)載干擾源主要有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力電池、功率變換器、繼電器、電動(dòng)輔助系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)、通訊設(shè)備以及微處理器等電子設(shè)備。車(chē)載干擾源的電磁傳播模式有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種形式。

B. 自然干擾源

自然干擾源是指由自然現(xiàn)象引起的電磁干擾。比較典型的自然界電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的電磁噪聲有大氣噪聲、太陽(yáng)噪聲、宇宙噪聲以及靜電放電等。大多數(shù)情況下，這種電磁噪聲非常復(fù)雜，并且對(duì)汽車(chē)的干擾影響可以忽略。但是，閃電和靜電放電可能會(huì)產(chǎn)生很大的瞬變場(chǎng)強(qiáng)。

C. 人為干擾源

人為干擾源是指由汽車(chē)外部人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾。主要有其他車(chē)輛的輻射干擾，車(chē)外的雷達(dá)、無(wú)線電臺(tái)發(fā)射機(jī)、移動(dòng)通訊設(shè)備等發(fā)射的電磁波干擾，以及高壓輸電線的放電等。

高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾

高壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是順應(yīng)能量流產(chǎn)生與分配新模式下的技術(shù)革新，其在新能源車(chē)上的集成與應(yīng)用可滿足國(guó)家節(jié)能減排、排放環(huán)保的硬性要求。該系統(tǒng)由高功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)、非線性逆變器、高壓動(dòng)力電池及控制軟件等組成，具有高電壓、大功率、控制復(fù)雜等現(xiàn)代電力電子特征。

高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的控制器、電機(jī)等部件帶來(lái)的電磁干擾具有干擾強(qiáng)度高、耦合路徑復(fù)雜、與運(yùn)行工況密切相關(guān)的特點(diǎn)，對(duì)整車(chē)電網(wǎng)及用電負(fù)載的可靠運(yùn)行、通信系統(tǒng)的信號(hào)傳輸質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

從車(chē)輛電磁兼容性的角度分析，這是一個(gè)潛在的強(qiáng)電磁干擾源，其集成安裝在車(chē)輛內(nèi)部，可能導(dǎo)致車(chē)輛內(nèi)部電磁環(huán)境嚴(yán)重惡化，特別是對(duì)低壓電子電氣設(shè)備的正常工作產(chǎn)生不可忽視的影響。

新能源車(chē)集成了更多的電子系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)自動(dòng)化、智能化的需求。

由于動(dòng)力系統(tǒng)的變革及高低壓電子器件的混合應(yīng)用，控制系統(tǒng)成為安全關(guān)鍵系統(tǒng)。而混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換模式與其動(dòng)力驅(qū)動(dòng)密切相關(guān)，形成獨(dú)特的多路徑耦合干擾特性，將帶來(lái)更加復(fù)雜的電磁干擾問(wèn)題。隨著高壓電驅(qū)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，無(wú)論是基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)設(shè)計(jì)還是試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都有待加強(qiáng)研究。

高壓電驅(qū)系統(tǒng)的干擾特性

高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制（PWM）變換技術(shù)，其中大電流絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）在高壓偏置的情況下不斷（頻率高達(dá)上百千赫茲）關(guān)斷（硬關(guān)斷）和開(kāi)啟，會(huì)產(chǎn)生很大的開(kāi)關(guān)損耗和噪聲，降低整車(chē)系統(tǒng)的電磁兼容性。

高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電源變換單元的非線性特性、大功率電機(jī)負(fù)載的動(dòng)態(tài)阻抗失配特性將引發(fā)瞬態(tài)強(qiáng)電磁干擾、諧波干擾和浪涌，并以輻射和傳導(dǎo)的方式進(jìn)行傳播。

其中，傳導(dǎo)干擾發(fā)射會(huì)導(dǎo)致整車(chē)電網(wǎng)電能質(zhì)量的惡化，造成其它車(chē)載儀器和設(shè)備工作失常、失效甚至損壞。輻射干擾發(fā)射將引起車(chē)載通信系統(tǒng)、低壓控制系統(tǒng)等傳輸信號(hào)受擾，影響設(shè)備正常協(xié)同工作。

特別是混合驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，共模干擾隨著功率器件開(kāi)關(guān)頻率和系統(tǒng)工作電壓等級(jí)的提高，干擾強(qiáng)度也在加大；不但涉及電子系統(tǒng)，而且與機(jī)械連接結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，解決電磁干擾問(wèn)題需要從設(shè)計(jì)、工藝集成、實(shí)驗(yàn)、成本等方面全面考慮。綜合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料和文章，混合動(dòng)力車(chē)輛的電磁兼容問(wèn)題不僅是關(guān)鍵技術(shù)，還將成為廣泛應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸。

不論是低壓的燃油車(chē)還是高低壓兼有的電動(dòng)車(chē)，都會(huì)受到電磁兼容的影響。

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，既有汽車(chē)屬性更有電氣屬性，相比傳統(tǒng)燃油車(chē)的低壓供電系統(tǒng)，高壓大功率轉(zhuǎn)換裝置和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的使用，更多高壓與低壓控制線束的使用，會(huì)產(chǎn)生比傳統(tǒng)燃油車(chē)更為嚴(yán)重的電磁干擾噪聲，強(qiáng)電磁輻射還可能干擾車(chē)載電子設(shè)備間CAN通信的正常運(yùn)行，干擾周?chē)h(huán)境和車(chē)輛的電子設(shè)備，直接關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)的安全。

因此，電動(dòng)汽車(chē)的電磁兼容性問(wèn)題比傳統(tǒng)燃油車(chē)更為復(fù)雜，引起的后果更為嚴(yán)重。

審核編輯 ：李倩