新能源汽车电磁辐射分析与整改

新能源汽车电磁辐射分析与整改2柳州坤菱科技有限公司广西柳州545000摘要新能源汽车在30MHz以下频段电磁辐射测试较易出现超标情况，基于某款新能源汽车超标案例，利用电流探头法，精准定位整车主要骚扰源为MCU及旋变。通过在系统级层面采取滤波、屏蔽、接地等整改措施，有效减小了整车电磁场辐射骚扰强度，在骚扰频段26MHz附近，整改后测试的电磁场辐射强度对比整改前衰减8dB以上，实现整车GB/T18387标准测试的高裕量通过。关键字新能源汽车;电磁辐射;电流探头法;整改AbstractNewenergyvehiclesinthefrequencybandbelow30MHzelectromagneticradiationtestispronetoexceedthestandardsituation.Basedonanewenergyvehicleexceedingthestandardcase,usingthecurrentprobemethod,thevehicle'smainsourceofdisturbanceisMCUandspin.Byadoptingmeasuressuchasfiltering,shieldingandgroundingatthesystemlevel,theelectromagneticradiationdisturbanceintensityofthewholevehicleiseffectivelyreduced.Inthevicinityoftheharassmentband26MHz,theelectromagneticradiationintensityofthetestafterrectificationismorethan8dBbeforetherectification,andthehighquantityofthestandardtestofthewholevehicleGB/T18387isachieved.Keywordsnewenergyvehicle;electromagneticradiation;currentprobemethod;rectification0引言新能源汽车全球保有量稳步增长，作为核心零部件的高压设备容易产生电磁骚扰，严重影响整车EMC辐射发射性能。较强的电磁骚扰不仅会导致车内多种电子控制设备功能异常，而且可能对乘车人的人体健康产生不良影响。针对车辆EMC电磁场辐射问题，GB/T18387标准规定了车辆允许发射电磁骚扰的限值。由于新能源汽车高压零部件自身电磁骚扰较大，布局、线束、接地等整车系统级层面的设计显得尤为重要。本文根据GB/T18387标准，对某型号实验样车进行了电动车辆的电磁场辐射发射测试，测试结果在电场及磁场方面均未达标。基于电流探头法，对车辆主要骚扰零部件进行了排查，并在整车系统级层面对被测样车采取了整改措施。1整车电磁场发射测试依据GB/T18387-2017标准，使用1m垂直单极棒天线进行电磁测试,60cm直径静电屏蔽环天线进行X、Y极化下的磁场测试。车辆置于10米法半电波暗室内，工作在40km/h车速、满载运行的工况下，对车辆四个面进行频率范围为150k-30MHz的预扫测试。对比四个面的预扫结果，分析并确定电磁场骚扰强度最大的测试面，进行车速为16km/h和70km/h的终测。1.1测试布置图1-1给出了电动车辆电磁场辐射发射测试的布置图，其中图（a）为电场测试，棒天线置于地面，天线中心距车辆3m±0.03m；图5）为X极化方向的磁场测试，环天线平行于车辆外表面，中心距地面1.3m±0.05m，距车辆3m±0.03m；图@）为Y极化方向的磁场测试，环天线垂直于车辆外表面，中心距地面1.3m±0.05m，距车辆3m±0.03m。电场及磁场天线均布置在车辆中轴线上。

3I?I丄回3I?I丄回图1电动车辆电磁场辐射发射测试布置图1.2测试结果基于GB/T18387-2017初测结果，判定被测样车电场及磁场的最大发射面均为车辆前侧，磁场天线Y极化方向测试结果较X极化更高。以车辆运行在16km/h的工况为例，电场测试结果如图1-2所示，磁场Y极化方向测试结果如图1-3所示。图2整改前电场测试结果（16km/h）15ft SWiSU刑IM4446b图2整改前电场测试结果（16km/h）15ft SWiSU刑IM4446bt$OH20H34UF~rc~q・u■■£；］!i・■工图3整改前磁场Y极化测试结果16km/h)初测结果显示电场及磁场测试超标频段均集中在23-28MHz,电场最高超标约8dBUV/m、磁场最高超标约2dBUV/m。将车辆仅运行在低压上电工况，电场及磁场骚扰信号强度均显著降低至底噪水平，因此可确定23-28MHz频段附近骚扰源为高压系统。2基于电流探头法的骚扰源定位高压系统中，可分别从高压零部件、高压线束、低压线束、接地情况进行排查。被测样车高压零部件包括：电池包、PDU（集成PDU、DCDC、OBC）、MCU、驱动电机、PTC、空调压缩机；整车高压线束包括：电池包至PDU母线、PDU至MCU母线、OBC至电池包快充线、PTC至其负载供电线、PDU至空调压缩机供电线、MCU至驱动电机三相线；整车低压线束包括：DCDC至蓄电池供电线、BMS控制信号线、PDU控制信号线、MCU控制信号线；接地情况包括：各高压零部件与整车车架的接地情况。线束分析作为EMC排查的重要环节，通常采用断开零部件接插件或保险的方式排查，以确定骚扰源。但高压零部件间存在高压互锁，短路互锁信号取决于接插件的设计，部分车辆无法采用此类方法排查。本文利用电流探头法对高压线束及低压线束信号骚扰进行采集，快速精准的定位骚扰线束，从而确定骚扰零部件2.1线束骚扰测试布置图4基于电流探头法的线束骚扰测试布置图基于电流探头法的线束骚扰测试布置如图4所示，将电流探头（R&SEZ-17）依次布置在各高压零部件接口的高、低压线束上，经优质同轴线缆连接至频谱分析仪（R&SZNL3）输入接口。2.2结果分析与定位测量得到各高压零部件被测高压线束，在150k-30MHz频段信号强度均接近底噪；对所有低压线束进行逐一排查，发现仅MCU与电机间的控制信号线束在23-28MHz频段信号强度显著增加。如图5(a)、(b)所示。针对MCU及电机同批次单个零件进行零部件的电磁场测试及数据对比，确定MCU及电机旋变为骚扰零部件。束图5基于电流探头法的线束骚扰曲线3整改方案制定与实施3.1整改方案本整改方案针对整车布置、线束、封装、接地进行分析，观察到整车零部件布置较好，MCU与驱动电机三相线接口可优化至更近；高压线束上，PDU至MCU母线MCU端、MCU至驱动电机三相线MCU端，屏蔽接地为单点接地，可优化为360°环接；空调压缩机、PTC高压线束为非屏蔽线束，可优化为屏蔽线束；封装上，驱动电机盖板与壳体间通过绝缘胶垫进行密封处理，可优化为导电胶垫或导电胶条密封。接地上，测量发现车辆前舱高压零部件与车架接地良好，但电池包外壳与车架接地电阻较大，可优化电池包外壳与车架良好接地。针对排查出的问题零部件MCU控制信号线束及电机旋变，采用阻抗特性如图6所示的纳米晶磁环进行整改。

ip icc -loogFr&qiijency'：MHz)iwip icc -loogFr&qiijency'：MHz)iwaj图6磁环阻抗特性（a）MCU控制信号线屏蔽及增加磁环 （b）MCU高压线束屏蔽环接处理（c）电池包外壳接地处理 （d）空调压缩机高压供电线束屏蔽处理图7整改方案照片3.2回归测试整改后，对被测样车进行回归测试，电场、磁场测试结果均符合GB/T18387-2017标准限值要求。以车辆运行在16km/h的工况为例，电场测试结果如图7所示，磁场Y极化方向测试结果如图8所示。对比整改前，电场辐射发射强度在23-28MHZ频段下降近12dBUV/m，满足限值要求近4dBUV/m；磁场Y极化方向辐射发射强度在23-28MHZ频段下降8dBPV/m以上，满足限值要求6dBUV/m以上。整改措施降低了整车电磁骚扰水平，验证了整改措施的有效性。图9整改后磁场测试结果（16km/h）4结论本文基于某电动车辆电磁场辐射发射测试结果对车辆进行了排查与整改，针对EMC骚扰较大频段，利用电流探头法获得线束骚扰曲线。在无需暗室环境的开阔场下，快速、精准的实现了骚扰源定位，确定被测样车23-28MHz频段骚扰源于MCU低压控制线束及电机旋变，同时提出了相应整改措施。通过对线束滤波、屏蔽、接地进行处理，有效降低电场骚扰信号强度12dBuV/m，磁场骚扰信号强度8dBUV/m，实现GB/T18387-2017标准的高裕量通过。便捷、低成本、准确的电流探头法排查方案为整车EMC诊断提供了有效依据,整改方案的设计有利于指导供应商对高压零部件暴露的EMC缺陷采取抑制措施，进而优化整车EMC电磁兼容水平。参考文献RendsaraDA,EnjetiPN.AnImprovedInverterOutputFilterConfigureationReducesCommonandDifferentialModesdv/dtattheMotorTerminalsinPWMDriveSystem[J].IE