电气装置

新能源汽车电磁兼容性是什么

发布时间:2025/6/22 12:09:02   
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本文导读

本文主要介绍新能源汽车电磁兼容相关的内容:

一、什么是电磁兼容性?

二、电动汽车电磁干扰源会有哪些?

三、电磁干扰的“王者”——电驱动系统

四、电驱动系统的电磁干扰耦合路径

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什么是电磁兼容性?

电磁兼容性是指电子电器设备处在同一个环境中,各自能正常的工作却又不相互干扰的一种"兼容状态"。国际电工技术委员会(InternationalElectrotechnicalCommission,IEC)对"电磁兼容"的理解是:车辆或零部件在特定的电磁环境内可以稳定、可靠的运行,同时,对这个电磁环境下的其他设备不会造成不允许的干扰。

以上,可以看出,"电磁兼容"包含两方面要求:

其一方面,指设备或系统在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰(ElectromagneticInterference,EMI)不能超过一定的限值;

妻儿方面,是指设备或系统对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度(ElectromagneticSusceptibility,EMS),即电磁敏感性,又称电磁抗扰度。

根据电磁兼容的要求,对于汽车,我们要研究:

1)汽车部件对车上其他部件、人体、手机等的电磁干扰

2)汽车对来自各部件,及外界环境中雷达、天线、充电设备等电磁抗干扰程度。

要分析这些问题,应该从以下三个方面展开:

第一个,明确主要干扰源;

第二个,分析干扰传播特性、途径及所处频段;

第三个,找到相对应的措施,抑制干扰。

我们先从第一步入手,看看电动汽车的主要干扰源会有有哪些?

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电动汽车电磁干扰源会有哪些?

我们先看下电动汽车高压电气系统及低压CAN网络连接的结构的示意图:

高压系统包括:动力电池、高压控制器、三合一电驱动系统(驱动电机、电机控制器MCU、减速器)、空调压缩机、DC/DC等部件,还有车载充电机(OBC)以及直流快充,用于给动力的电池充电。

CAN网络中:整车控制器(VCU)是电动汽车的大脑,通过CAN网络实现电子助力转向(EPS)、电池管理系统(BMS)、电驱动系统等部件的监控控制以及不同工况下优化的。

其中,MCU、空调压缩机、DC/DC变换器等部件大多数采用电力电子开关器件,图中标出主要部件工作时的开关频率,产生较大EMI噪音,是重要的干扰源;车上电气线束分布广泛,干扰路径分析复杂,CAN网络、传感器的信号线等敏感装置极易受到干扰。

那么,面对众多干扰源的影响,我们想知道谁是这里的"王者"?最霸道的电磁干扰源到底是哪个部件呢?

03

电磁干扰的“王者”—电驱动的系统

电驱动的系统,主要包括电机、电机控制器、减速器。如果没有高度集成的系统中,电机电控之间还有高压电力线缆的存在,这样,还要加上输入电缆。电驱动系统工作频率范围宽、功率大,自身具备杂散电感和杂散电容,这些因素凑在一起,电驱动系统无疑成为了电磁干扰的"王者"

我们从电机控制的原理和结构角度进一步分析:

电驱动系统运行时,MCU接受VCU的扭矩请求指令,根据请求扭矩的大小调制PWM波,驱动IGBT的通断,通过控制开通、关断时间、输出对应的波形,来驱动电机工作。

理想的PWM波是矩形波,只有高电平和低电平两个状态,而实际的PWM波是近似矩形的梯形波,在上升沿和下降沿都具有一定的斜率;同时,死区时间的控制,也会造成波形的畸变。IGBT的开关频率大多在9~10kHz,在极短的时间内,开关从一个状态切换到另一个状态,斜率很陡峭,符号却又相反。一连串的因素会导致电流、电压的剧烈波动,在整个功率模块中产生出高次谐波。

电机控制器的输入电缆(针对非集成系统)和IGBT高压功率器件,在结构上存在着杂散电感和杂散电容,电流的剧烈变化会形成差模干扰;杂散参数的存在,在回路中发生剧烈电压变化时,又产生共模的干扰。

04

电驱动系统的电磁干扰耦合路径

由于电驱动系统内辐射干扰主要是由于传导电磁干扰引起的,而且可以通过添加屏蔽等物理手段进行抑制,而传导干扰沿着导体进行传播,相比辐射干扰更难抑制。

这里我们谨遵毛爷爷的指导,抓主要矛盾,只分析传导干扰。传导干扰是通过所在系统中各种导体传输线,以电流、电压形式进行耦合传播的干扰。

在前面文章中已经提过电驱动中存在差模干扰和共模干扰,在分析干扰路径前,我们先要明白什么是差模干扰?什么是共模干扰?

差模干扰(Differential-mode):干扰电压存在于信号线及其回线(一般称为信号地线)之间,干扰电流回路则是在导线与参考物体构成的回路中流动。

共模干扰(Common-mode):干扰电压在信号线及其回线(一般称为信号地线)上的幅度相同,这里的电压以附近任何一个物体(大地、金属机箱、参考地线板等)为参考电位,干扰电流回路则是在导线与参考物体构成的回路中流动。

简单来说,差模干扰时信号线到信号线的回路干扰,共模干扰是信号线到地的回路干扰。

IGBT开通关断期间感应出瞬态脉冲电压,在相线与电源线组成回路中产生电流,形成差模干扰回路。差模传导电磁干扰耦合路径示意图如下所示:

传播路径1,通过耦合到母线最终流回到电池;传播路径2,是产生的较高频的电流通过电机内部产生尖峰电压。电流1、电流2的和,就是逆变器产生的总体差模干扰电流。

共模传导电磁干扰耦合路径:

路径1,为开关器件IGBT处形成的干扰,在三相逆变桥臂上中性点的电位是规律性阶跃变化的,IGBT与散热器之间存在杂散电容,在IGBT开通关断的瞬间,产生的高频du/dt会通过其上寄生电容充放电,进而产生共模电流,最终通过输入电缆线回到逆变器形成共模干扰回路。

同时,研究指出,电机的定子绕组和电机机壳之间,也存在着较大的寄生电容,存在于电池、电机中性点上的共模电压也会通过上述寄生电容形成共模EMI电流,并通过高压线缆最终回到逆变器形成路径2。

电流1、电流2的和,就是逆变器产生的总体共模干扰电流。

END



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