某車型電動(dòng)汽車充電輻射與傳導(dǎo)不合格試驗(yàn)研究

某車型電動(dòng)汽車充電輻射與傳導(dǎo)不合格試驗(yàn)研究

0車輛充電過程中電磁干擾的需求分析全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程正在深入，大型國(guó)有企業(yè)之間的關(guān)系越來越密切。隨著國(guó)家“一帶一路”理念的出臺(tái)，一些汽車企業(yè)開辟了發(fā)展機(jī)遇，擴(kuò)大了國(guó)外市場(chǎng)。新能源汽車交流充電過程作為一種功率變換過程，其簡(jiǎn)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(huì)產(chǎn)生大量的電磁干擾，這些電磁干擾可能會(huì)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(píng)估電動(dòng)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(cè)試，以測(cè)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(dòng)汽車在出口認(rèn)證試驗(yàn)中的不合格項(xiàng)為研究對(duì)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)。1車輛連接測(cè)試1.1．o類及其它車輛，可參照使用的車輛o類或充表1是車輛在做ECER10.05時(shí)需要的測(cè)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?qǐng)?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(duì)電動(dòng)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(cè)試方法》這兩項(xiàng)試驗(yàn)一次通過率整體偏低。1.2車輛誤動(dòng)裝置及測(cè)試方法車輛AC充電傳導(dǎo)的電磁兼容測(cè)試布置圖如圖2、3所示，其試驗(yàn)條件如表2所示。測(cè)試結(jié)果如表3與圖4、5所示。由測(cè)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(gè)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)?，還需我們進(jìn)一步排查驗(yàn)證。車輛AC充電輻射的電磁兼容測(cè)試布置圖如圖6、7所示。其測(cè)試條件如表4所示，測(cè)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)。2問題確定和定位2.1充電槍輸出cp信號(hào)在進(jìn)行交流充電傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試時(shí)，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(cè)試充電盒的傳導(dǎo)干擾，此時(shí)充電盒不與車輛有任何連接，無CP信號(hào)輸出。測(cè)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(cè)試結(jié)果A區(qū)域依舊有單點(diǎn)超標(biāo)情況，但此時(shí)充電盒的工作狀態(tài)（無CP信號(hào)輸出）與整車測(cè)試狀態(tài)不符（有CP信號(hào)輸出）。根據(jù)圖13可知，充電盒是否輸出CP信號(hào)是需要確認(rèn)車輛充電接口是否已完全連接。它是通過測(cè)量檢測(cè)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(cè)點(diǎn)3與PE之間的電阻值為1000Ω，此時(shí)車輛確認(rèn)充電端口已連接，同時(shí)“告知”充電盒發(fā)出CP信號(hào)。由上可得只需將充電槍的CC端口對(duì)地短接一個(gè)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(hào)通過圖14可知，CP信號(hào)是一個(gè)±12V的方波信號(hào)，這個(gè)信號(hào)含有豐富的諧波，該諧波的頻譜可達(dá)其固有頻率的1000倍通過圖12與圖15的數(shù)據(jù)對(duì)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(hào)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(hào)為1kHz，確認(rèn)干擾源為CP信號(hào)。通過排除法可知2MHz-3MHz包絡(luò)是由車載充電機(jī)引起。2.2充電盒測(cè)試結(jié)果首先我們還是只測(cè)試充電盒的輻射干擾，此時(shí)充電盒不與車輛有任何連接，CC接一個(gè)1000Ω的電阻，充電盒CP信號(hào)輸出。RV測(cè)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(duì)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(hào)光電將CP信號(hào)引入暗室中，具體布置圖如圖17所示。RV測(cè)試結(jié)果如圖18所示。從圖18的測(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)充電盒拿到暗室外的時(shí)候，車輛在充電時(shí)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(shí)我們用手持頻譜儀探測(cè)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(shí)，整流二極管導(dǎo)通，PN結(jié)積累大量電荷，此時(shí)若有一個(gè)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(shí)類似于CP信號(hào)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(shí)，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(shí)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。2.3充電傳導(dǎo)干擾源通過測(cè)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(duì)性整改，并作出回歸驗(yàn)證。3改善改善，確保轉(zhuǎn)型由于整車構(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(jì)人員在今后設(shè)計(jì)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(duì)實(shí)施的優(yōu)化措施予以解釋。3.1充電傳導(dǎo)和充電機(jī)低通道包絡(luò)超標(biāo)問題的治理根據(jù)2.1與圖14的分析可知，低頻部分主要為CP信號(hào)引起的差模干擾，可考慮增加差模濾波器。同時(shí)，由于CP信號(hào)還承擔(dān)著通信的功能，不能濾波過量導(dǎo)致信號(hào)失真，本文中設(shè)計(jì)了一個(gè)LC吸收電路，適當(dāng)減小CP信號(hào)的上升沿。如圖19所示進(jìn)而減小干擾信號(hào)能量。整改措施如圖20所示。同時(shí)我們針對(duì)1MHz-3MHz包絡(luò)超標(biāo)問題，做如下處理：1）增大充電盒的電源輸入端口的X電容容值；3）對(duì)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。3.2車載充電機(jī)接地原理在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(huì)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(cè)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(duì)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(gè)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(gè)螺栓接地，無單獨(dú)的接地線，接地效果并不良好。我們對(duì)車載充電機(jī)4個(gè)螺栓接地臺(tái)面做如圖26所示處理。同時(shí)對(duì)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(dòng)直流平均值調(diào)整為平滑直流峰值，同時(shí)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(cè)試結(jié)果如圖28-31所示。3.3充電參數(shù)對(duì)車載充電機(jī)的屏蔽效果影響本章節(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(tái)樣車的測(cè)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(jì)及整改所需注意事項(xiàng)：1)對(duì)于車載充電機(jī)來講a)車載充電機(jī)的交流輸入濾波器靠近端口需加屏蔽體，且保證屏蔽體多點(diǎn)可靠接地；b)大功率電感/變壓器是機(jī)內(nèi)潛在的輻射騷擾源，要做好濾波處理；c)車載充電機(jī)要保障其自身的接地良好性，最好用單獨(dú)的接地線且盡量做到短而粗；d)屏蔽層對(duì)電場(chǎng)的屏蔽效果比較明顯，所以對(duì)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。2)對(duì)于充電盒來講a)在不影響CP信號(hào)的通信質(zhì)量的前提下，對(duì)其做相應(yīng)的濾波處理；b）做好充電盒輸入輸出的濾波器。4研究對(duì)象的確定由于充電系統(tǒng)的復(fù)雜性，整