文章來源：1.中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司；2.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司；3.一汽奔騰轎車有限公司 0引言 車企想要出口到歐盟，中東，拉美等地區(qū)需要滿足EMark認(rèn)證和eMark認(rèn)證要求，以確保車輛的安全和對環(huán)境的保護(hù)。目前大E認(rèn)證采用的電磁兼容性測
文章來源：1.中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司；2.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司；3.一汽奔騰轎車有限公司車企想要出口到歐盟，中東，拉美等地區(qū)需要滿足EMark認(rèn)證和eMark認(rèn)證要求，以確保車輛的安全和對環(huán)境的保護(hù)。目前大E認(rèn)證采用的電磁兼容性測試法規(guī)ECER10第05版與第06版兼容的模式。而這兩個版本相對于第04版來說增加了對車輛的充電工況考察。新能源汽車交流充電過程作為一種功率變換過程，其簡易模型如圖 1所示。在其充電過程中車載充電機(jī)中的開關(guān)管通斷狀態(tài)高速切換，高du/dt與高di/dt的變化使得開關(guān)管產(chǎn)生了浪涌電流與尖峰電壓。同 理在充電盒內(nèi)部亦有用于通信的 PWM波和開關(guān)管，在車輛充電過程中，電盒內(nèi)部的控制及功率變換電路也會產(chǎn)生大量的電磁干擾，這些電磁干擾可能會通過電源線耦合至電網(wǎng)中，影響其他用電器的正常使用，也可能通過開關(guān)管與散熱器間的寄生電容耦合至內(nèi)部電路，或通過散熱器及變壓器向空間輻射。為了更好的評估電動汽車交流充電過程中的電磁騷擾，需要進(jìn)行輻射及傳導(dǎo)測試，以測試和檢驗(yàn)車輛充電過程中的電磁兼容性。本文以某款純電動汽車在出口認(rèn)證試驗(yàn)中的不合格項(xiàng)為研究對象，分析其噪聲源頭，給出實(shí)際的整改意見，并進(jìn)行回歸驗(yàn)證，使車輛順利通過試驗(yàn)。表 1是車輛在做ECER10.05時需要的測試項(xiàng) 目。 包含了M、N、L類車輛及其電氣/電子部件，O類及其它車輛可參照執(zhí)行。在第6版中增加了T、R、S類車輛。從表中可以看出， 在ECER10第05版對電動汽車的充電相關(guān)試驗(yàn)做了強(qiáng)制性要求。其中《車輛寬帶發(fā)射-充電狀態(tài)（AC&DC）》與《車輛AC或DC電源線的射頻傳導(dǎo)騷擾發(fā)射測試方法》這兩項(xiàng)試驗(yàn)一次通過率整體偏低。車輛 AC充電傳導(dǎo)的電磁兼容測試布置圖如圖2、3所示，其試驗(yàn)條件如表2所示。測試結(jié)果如表 3與圖4、5所示。 由測試結(jié)果分析得出， L相與N相的超標(biāo)頻段，超標(biāo)幅度幾乎一致。我們可以將超標(biāo)頻段分為A，B兩個部分，其中頻段A有比較明顯的單點(diǎn)超標(biāo)現(xiàn)象，頻段B有比較明顯的包絡(luò)超標(biāo)現(xiàn)象。初步判斷A，B兩區(qū)噪聲源應(yīng)不是同一電路拓?fù)洌€需我們進(jìn)一步排查驗(yàn)證。車輛 AC充電輻射的電磁兼容測試布置圖如圖6、7所示。其測試條件如表4所示，測試結(jié)果如表5與圖8-11所示。充電輻射發(fā)射超標(biāo)頻段集中在 30MHz到50MHz 的包絡(luò)超標(biāo)。在進(jìn)行交流充電傳導(dǎo)發(fā)射測試時，充電盒、車載充電機(jī)、 BMS及電池包處于正常工作狀態(tài)；其余用電器均不工作。首先只測試充電盒的傳導(dǎo)干擾， 此時充電盒不與車輛有任何連接，無CP信號輸出。測試結(jié)果如圖12所示。根據(jù)圖 12可以看出充電盒在待機(jī)的狀態(tài)下，測試結(jié)果A區(qū)域依舊有單點(diǎn)超標(biāo)情況，但此時充電盒的工作狀態(tài)（無CP信號輸出）與整車測試狀態(tài)不符 （有 CP信號輸出）。根據(jù)圖 13可知，充電盒是否輸出CP信號是需 要確認(rèn)車輛充電接口是否已完全連接。 它是通過測 量檢測點(diǎn) 3與PE之間的電阻值來判斷車輛充電接口是否完全連接的，當(dāng)S3處于閉合狀態(tài)，監(jiān)測點(diǎn)3與PE之間的電阻值為1000Ω，此時車輛確認(rèn)充電端口已連接，同時“告知”充電盒發(fā)出CP信號。由上可得只需將充電槍的CC端口對地短接一個1000Ω的電阻，即可實(shí)現(xiàn)充電槍在不連接車輛的情況下，輸出CP信號。輸出的方波信號如圖14所示，測試結(jié)果如圖15所示。通過圖 14可知，CP信號是一個±12V的方波信號，這個信號含有豐富的諧波，該諧波的頻譜可達(dá)其固有頻率的1000倍[5]。同時，因?yàn)榇嬖谥娫醋儔浩鞯穆╇姼泻图纳娙?，且功率開關(guān)器件工作狀態(tài)非理想化，所以在電壓上升跟下降的同時，常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩。該振蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過電源線傳輸至電網(wǎng)中，形成傳導(dǎo)噪聲。通過圖 12與圖15的數(shù)據(jù)對比可以說明，150kHz-300kHz左右單點(diǎn)超標(biāo)是充電槍本身引起。1MHz-2MHz包絡(luò)超標(biāo)是由充電槍發(fā)射的CP信號引起，通過降低分辨率帶寬及步進(jìn)，定位1MHz-2MHz頻段干擾信號為1kHz，確認(rèn)干擾源為CP信號。通過排除法可知2MHz-3MHz包絡(luò)是由車載充電機(jī)引起。首先我們還是只測試充電盒的輻射干擾，此時充電盒不與車輛有任何連接， CC接一個1000Ω的電阻，充電盒CP信號輸出。RV測試結(jié)果如圖16所示。從圖 16中可以看出，充電盒雖然有一定的干擾但也不是造成超標(biāo)的主要原因，為了排除充電盒對整車充電系統(tǒng)的影響，將充電盒移至暗室外，通過模擬信號光電將CP信號引入暗室中，具體布置圖如圖17所示。RV測試結(jié)果如圖18所示。從圖 18的測試結(jié)果可以看出，當(dāng)充電盒拿到暗 室外的時候， 車輛在充電時的輻射發(fā)射超標(biāo)頻段反而更加嚴(yán)重，這是因?yàn)槿鄙倭顺潆姾兄袨V波電路。同時我們用手持頻譜儀探測車載充電機(jī)發(fā)現(xiàn)，在圖1中的DCDC變壓器中含有大量的噪聲，在此變壓器的AC-DC回路工作時，整流二極管導(dǎo)通，PN結(jié)積累大量電荷，此時若有一個反向電壓過來，PN結(jié)內(nèi)積累的電荷瞬間形成反向恢復(fù)電流，形成干擾。同時類似于CP信號的干擾原理，整流二極管的IGBT頻率也很高，在快速通斷的過程中產(chǎn)生浪涌電流，這些浪涌電流流過直流輸出線路時，直流線路中的寄生電容和寄生電感將 浪涌電流引起的干擾形成高頻衰減振蕩輻射出去， 同時綜合圖16與圖18可以判斷得出車載充電機(jī)是造成充電輻射超標(biāo)的主要干擾源。通過測試車輛與充電盒各種不同的狀態(tài)，我們定位到了充電傳導(dǎo)與充電輻射的主要干擾源，具體如下： 1）電傳導(dǎo)低頻部分單點(diǎn)超標(biāo)的干擾源為充電盒。2）充電傳導(dǎo)1MHz-3MHz包絡(luò)超標(biāo)的干擾源為 充電盒與車載充電機(jī)。3）充電輻射包絡(luò)超標(biāo)的干擾源為車載充電機(jī)。 下文我們根據(jù)以上的分析，進(jìn)行針對性整改，并作出回歸驗(yàn)證。由于整車構(gòu)架的復(fù)雜性、安裝空間的狹小、可介入手段的有限性，使整改過程極為繁瑣，難度重重， 所以我們的整改措施幾乎全部本著低成本，可持續(xù)的原則，在噪聲源頭進(jìn)行整改。為了方便讀者了解具體整改過程，以及設(shè)計人員在今后設(shè)計中避免出現(xiàn)同樣的問題，本文將給出詳細(xì)的整改措施，并對實(shí)施的優(yōu)化措施予以解釋。根據(jù) 2.1與圖14的分析可知，低頻部分主要為CP信號引起的差模干擾，可考慮增加差模濾波器。同時，由于CP信號還承擔(dān)著通信的功能，不能濾波過量導(dǎo)致信號失真，本文中設(shè)計了一個LC吸收電 路，適當(dāng)減小 CP信號的上升沿。如圖19所示進(jìn)而減 小干擾信號能量。 整改措施如圖20所示。同時我們針對 1MHz-3MHz包絡(luò)超標(biāo)問題，做如下處理：3）對車載充電機(jī)低壓輸入做Y電容濾波處理。以上措施來抑制1MHz-3MHz包絡(luò)超標(biāo)問題，如圖21-23所示。通過回歸試驗(yàn)驗(yàn)證， 證明了我們的排查整改思 路的正確性，如圖 24-25所示。在 2.2中，定位充電寬帶輻射發(fā)射是由車載充電機(jī)引起，且內(nèi)部的變壓器為主要的噪聲源頭。但是 如果車載充電機(jī)的電機(jī)接地不夠良好， 就算將電壓器的噪聲處理后，噪聲也會沿著“地”以共模的方式輻射出。所以需要了解的是，充電輻射發(fā)射的測量結(jié)果與整車的充電線束的走向，高壓線纜屏蔽情況，車載充電機(jī)的接地情況都有很大的關(guān)系。對本案例的車型來說，其車載充電機(jī)外殼是導(dǎo)電性能良好的金屬，所以它本身就是一個屏蔽體，我們要將其與車身地做良好的接地處理。本文中的車型車載充電機(jī)僅由四個螺栓接地，無單獨(dú)的接地線，接地效果并不良好。 我們對車載充電機(jī)4個螺栓接地臺面做如圖26所示處理。同時對車載充電機(jī)內(nèi)部的變壓器做跨接 Y電容處理，利用其自身充放電特性使輸出脈動直流平均值調(diào)整為平滑直流峰值，同時將回路的殘留交流成份短路回流。它的容量大小取決于輸出電流，耐壓要高于輸出電壓。由于電路涉及到企業(yè)機(jī)密，故只做原理圖介紹。具體如圖27所示。測試結(jié)果如圖28-31所示。本章節(jié)結(jié)合第二章節(jié)的理論排查工作，完成了樣車 ECER10.05中充電輻射與充電傳導(dǎo)的整改工 作。 經(jīng)過本臺樣車的測試整改所獲經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)出 整車充電性能的 EMI設(shè)計及整改所需注意事項(xiàng)：a)車載充電機(jī)的交流輸入濾波器靠近端口需加b)大功率電感/變壓器是機(jī)內(nèi)潛在的輻射騷擾c)車載充電機(jī)要保障其自身的接地良好性，最d)屏蔽層對電場的屏蔽效果比較明顯，所以對于高壓線束，選用屏蔽層盡可能厚，編織數(shù)盡可能多的屏蔽線。其屏蔽的端子的屏蔽層盡量要360度與車機(jī)殼連接。a)在不影響CP信號的通信質(zhì)量的前提下，對其由于充電系統(tǒng)的復(fù)雜性， 整車充電的EMI問題往往是影響車輛進(jìn)入市場的技術(shù)難題。本文以某款純電動汽車為研究對象，對其進(jìn)行了ECER10.05摸底測試，分析其不合格項(xiàng)目，通過精密的儀器以及科學(xué)的排查思路定位到了引起發(fā)射超標(biāo)的主要零部件，并針對超標(biāo)零部件的的EMI特性進(jìn)行了研究，分析其噪聲的主要來源。并給出了合理的整改方案，在抑制噪聲源的同時實(shí)現(xiàn)了可量產(chǎn)化。
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