高压电控系统对车辆EMC性能的影响及发展趋势|EVH2024新能源电驱动协同·融合·创新年会演讲

一个是高压电控咱们怎么去分析他，沿着路径怎么传导的，另外一个是高压电控瞬态传导的发射，会给我们系统带来哪些影响，还有一些测试的波形。

另外一个就是大家现在非常熟悉的轴电压、轴电流，尤其是在商用车系统里面，乘用车系统也有，他会带来一些问题，再一个就是咱们这种低频的开关器件，已经是对咱们的整个低频电场、电磁场都会带来一些影响，发射未来咱们的车怎么做，我今天讲的全是发射，全是从电控系统，影响电控发射问题的角度来讲一下。

大家都知道，现在咱们的传统车主要以电子系统，电化线圈为主。另外随着咱们现在电动车的发展，咱们的电控件，大家都可以看得到，有好多我不细说，咱们整个电控系统空间所带有的原来咱们传统车中不具备的一些东西，比如说咱们的高频的信号源，这些信号越来越多，另外一类就是咱们大功率的功率器件的，它的开关产生大量的低压DT、DUDT给我们带来的问题。

咱们分析这一张电池的系统，我们来看一下，首先要知道骚扰源在哪儿，我们所用的部件DCDC、MCU，包括我们的DCAC、BMS，内部都有大量的开关。

另外一个就是开关电源，咱们车上都是12V、24V，12V、24V要转换成芯片所需要的电源，芯片所需要的电源在转换过程中间，如果你是用电源芯片还是用你的开关电源，这部分都给我们电池的发射带来了好多的问题。

另外通过什么路径传输，我们要分析他通过哪些路径来传输的，比如说有的是通过线缆，有的是通过空间辐射，还有的是通过咱们耦合电容，传导到咱车上的一些敏感设备，最影响最早期咱们电动汽车一启动，一开动咱的收音机兹拉的响，到最早期的时候，咱们发动机一点火收音机兹拉，这就是一个敏感的接收源，对于我们新能源车，其实我们的出路收音机，我们的VCOG、低压电控，我们的一些智能检测电动也会受到影响，还有一个就是我们的通信线路，我们的整车的通信越来越多，负载率越来越高，这时候对我们的整个的通信的性能，可靠力的影响怎么样，未来会不会开着开着车通信故障或者带来一些问题突然停机、停车。

另外一个就是从传播的形式上，我刚才也提到了，传导一个方面是通过电池的耦合，一方面是通过电感的融合，包括电源线路性、电路性的耦合，巩膜的参膜，还有一个就是说辐射发射通过线缆的天线，高压线、低压线的电缆传导，再一个就是咱们现在说的传导的干扰和辐射的抗扰，这个最后我只提一嘴，今天主要讲的还是发射方面，发射方面有沿着咱们高压电源线的，有沿着低压电源线的，还有沿着我们功率器件的接地系统，还有一个就是沿着我们基因号到信号的传输，骚扰到我们的信号。

这个但是都很熟悉，这个系统DRDT，咱们大功率的器件在不断开通功率开关，DRDT产生的由于你的分布电感产生的电压尖峰，是在整个高压母线上传输，在座好多是零部件厂家在做电驱的，这些信号，实质上都会对我们的整个性能有影响。包括我们在开通、关断的时候，弥勒平台我们也是不可避免的。CGG之间有集成电容，你在开关过程中必然会产生这种振荡，只是说我怎么控制，控制的多好，使它的发射更小一些。原来大家最早对这个问题不是很重视，因为在工业中间这种影响很小。随着电动汽车的安全可靠性要求，大家对这种发射越来越关注。国家就要求车辆各个高压零部件要有瞬态的抗扰，沿高压母线的，原来都是沿低压线，说低压线没有问题就可以了。现在沿着高压电源线的瞬态抗扰，国内也在做转化。

举个例子电驱系统，不是仅仅只有功率器件。我现在画的这些，就是系统中间产生过这种分布电感，这些分布参数都会结合着DRTT产生着大量的发射，如果比较大的时候，就会损坏你的功率器件，甚至损坏你的驱动电路。这一部分咱们大家做脉冲实验的时候，可以看到那个地方在开通和关断的时候，所产生由CGG之间的集成电容产生的电压，还有由于反向二极管恢复产生的脉冲，这个值对我们系统来说都是比较有危害的。

另外，可以把你们的器件打开之后看一下，这是我原来做的一些测试。碳化硅，我采回来模型，这个电压开关频率越高，同样的电路、同样的分布参数，碳化硅的机件产生的电压尖峰会更高，因为你开关频率高了。低压DT频率高，很短时间内要关掉那么大电流，这时候产生的瞬态更大。可以看到，VGE和VCE之间的模型，这一条电路我在功率器件开关的时候，采集到驱动电源，甚至3.3伏电所产生的，随着你的开关所造成的，这就是因为有一些厂家做得不好。前端又把高压耦合到低压侧来，通过驱动变压器耦合到前侧。硅机低压端口，如果发射比较大，沿着你的高压线，沿着驱动电路和你的驱动耦合变压器传导到低压电源侧，低压电源侧也就出现了大量的瞬态骚扰。

另外，这个模型是我们在测试发现一些通讯有问题，这些信号都是通过高压端耦合到低压端去的。其实功率器件的开关所带来的问题：

一是通过传导到高压部件，本身沿着高压母线传导。

二是通过低压线耦合到低压设备，造成低压设备/控制设备不正常。

三是内部器件之间，内部之间形成辐射性的骚扰。

四是沿着高压线出来，通过高压线屏蔽接地处理不好，又传导到空间去，也是一条路径。

也就是说，整个电控系统在工作的时候，在整个大系统中间，整个传导路径。福田也建立了EMC实验室，从整车可以传动四轴，而且两轴是可以调节的。而且，我们还建立了瞬态传导，这就是我们为瞬态传导实验室设备测试用的。

刚才这地方一直在私域内说，实质上可以看到，如果变化到频域，电驱系统、电控系统基本都在8-60，不会超过100，基本上都不超过100。测试的时候，可以看得到。这是我们怎么解决这些问题，可以通过低压端+滤波+suber电路。另外，对于一些瞬态要避免器件损坏，要加一些前卫。对于高频电池，可以加一些侧滑，其实在车上用是不合适的，它的震动比较大。你不信拿一个东西不小心掉到水泥地上，可能就坏了。尤其是固定在高压母线输出端的时候，我觉得是不合适的。

这个例子是我们供应商那个地方拿着一个DCD模块，总是在运行一段时间之内，而且是在我们非常恶劣的工况（山路、矿山）下用的时候，会出现用一段时间损坏了。实质上前端，这是最初的电路图。我看完之后，测完那个值，告诉他这个时候要加入前卫，加入吸收，对你的电源做滤波。最后，从那儿之后我们这个从来没有坏过。由于骚扰对它造成了影响，有可能本身没有问题。在台架上做了好长时间实验，没有问题，整个系统传导所产生的。

这是我想说的第三点问题，轴电流的问题。大家可能都知道，现在整个驱动系统，定子对壳体之间有耦合的电容。转子和定子之间有耦合的电容，这种耦合的电容对于三相逆变器来讲，假定电驱系统就是一个逆变器，电压是调制波，这时候你不可避免，必须要有的一个共模电压。这个共模电压怎么控制，调制上怎么解决。电机设计的时候怎么解决，避免我给它切断传导路径，使得对外不会轴上产生电压，产生轴荷。我们在电机轴端，三相端加入调制波，调制波有高频共模，通过你的定子和转子之间的集成电容，耦合到转子上。转子上，会在旋转过程中，轴端会产生电压，不断去积累电压，就会到达了一定程度，会击穿流模放电。

1、对外沿着轴发射。

2、对轴承的寿命，形成电腐蚀。

其实这两个图放得不太好，这个地方有放开的，我们测到的共模电压就是这样的，而且它是必然存在的。只能说我怎么抑制这些问题，怎么从控制算法上、设计上减少。要么我就掐断源，要么我就砍断路径，只有这几种方式能很好端掉。

这是实际测出来的，这是我在轴端，这是实际测到的轴电压。那个地方是轴电流，我们通过要求供应商，电机我没法动，轴没法动，都已经设计完了，我唯一能改的是驱动电路和驱动软件，在这个地方我们调制改善它。这是我们改善完之后，还有一个明显的例子，这个地方可以看到一个支架绑了一个编织袋，这是一个实验的过程，我刷到了轴上，辐射发射马上消失很多，在轴上部分就没了。沿着轴当时测试排查的时候，发现轴上轴圈没有电器件，为什么那么高呢，不需要很大的电流，几十个毫安就足够了，很高的发射。

后来，我把这个地方接入一根地线，那么长的轴上电磁发射立刻消失了。我们要把它接地，立刻消失，这就是说我们要把它接地、泄放掉，就是一个途径。

另外一个途径，我就掐掉源，砍段路径，这就是我刚才说的。

再一个就是屏蔽，大家都说屏蔽，实质上屏蔽大家从原理上我就画这几幅图，如果这样的话，本身是都要发射的，如果加了一个技术，但是你没有接地是无效的，马上就见效果这就是我们整个的电控系统中间为什么要用屏蔽线，尤其是一些设计没有那么精致的地方，要求的就是连接器方面的屏蔽线，要形成良好的封闭。

这就是我们在设计中间形成的一些规范，一要求线缆的布置，尽量涵盖的面积要小，正负母线剂量一起走，三象限一起走，其实这时候他就对咱们低频，现在大家说18387，低频电子厂，有的在8-20老超压不下来，实质上，你在想想你的整个接地系统，你的系统有没有很好的把他控制好，刚才提的都是发射。

现在咱们展望一下未来，咱们现在的车都是电控，如果电控汽车全是靠电来控制的，靠我们的一个CPU，靠我们的一些检测软件，如果我们的车辆一旦到了一些高磁的环境，一旦到了一些容易受骚扰的环境，你的车能不可靠工作，能不能稳定工作，这点就是大家熟悉的，我不仅仅是说自动驾驶，咱们所有的电动汽车，都面临这些问题，所以说抗扰性，这个地方我刚才说了，一个还是他从母线耦合进去，刚才说辐射发射，一个是耦合进去抗扰，再一个是沿着低压母线耦合进去，隔离变压，这是讲的辐射路径，抗扰呢？

我刚才说的是车内整个环境内，和刚才说的车外的环境，车外的环境和车内的环境，咱们车内自身形成的咱们电池的自兼容性，这个地方我想提的就是自兼容性，车内所有的部件之间你怎么能够很好结合。

车到了户外就是我刚才说的户外环境下，你怎么能够保证你车辆的安全，这就是我们一直在说电池间融合功能安全，实质上这些电池兼容是从实域的一些传导发射到这里来的，实际上你说我的车没问题，到路上之后，你可能碰到别人的车有问题，他的发射很高，但是你的抗扰如果不行你也会怕我一个道理。

举例，在某一个电解铝厂，就在这个车的区域内，它的高斯是1200高斯，甚至是1600高斯，这个螺丝刀在地上可以跳舞，他在不断的去动，这个螺丝刀你往上面一放不会躺着，他会一下子起来，这些东西咱们的一些辅助驾驶的设备，好多东西都会起来，你的高压电驱动你的驱动换档机构都已经消失了。

我刚才提到的是骚扰，抗扰部门我们也做了大量的研究，这是我跟David先生一直在做的抗扰方面的研究，我们福田也因此建立了整车和零部件，包括我们的传导抗扰的实验室。

我们整车的实验室，我们后面两个轴是可以自动调节的，在国内现在也是比较先进的，为此希望大家一块儿共同研究，把我们的车辆做得更安全，更可靠，为未来提供更好的车辆。谢谢。

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