电动汽车用电驱系统电磁兼容技术发展现状

 

0引言

新能源产业的不断发展，促使电驱系统得到进一步的发展，结合国家新能源汽车重点科研专项情况看，电驱系统技术是新能源车辆的关键技术之一。电驱系统是车辆动力系统的关键部件，其技术路线多样，从功能划分为发电机、驱动电机、48V辅助电机等；从集成程度划分为一体化动力总成、分离式系统、轮毂电机系统等；从功率模块形式划分为IGBT、MOSFET、单管、桥臂等。无论是哪一种形式的电驱系统，其都将面临电磁兼容性问题，就电磁骚扰度而言，电机控制器的功率模块一般为高压系统，其开关工作产生的骚扰较强，是影响车辆电磁骚扰的主要来源；就电磁抗扰度而言，由于电驱系统故障将直接影响车辆行驶安全性，因此其电磁抗扰度的严酷等级往往是车辆要求的最高等级。从技术角度出发，电驱系统的电磁兼容性相比其他车载零部件更为突出，其本身控制电路的晶振、驱动电路的电源芯片、MOSFET、功率模块的IGBT是影响汽车EMI的典型部件，且由于其直接控制车辆行驶，其EMS特性要求也比较高；根据部件划分，电驱系统属于对车辆操控和控制起决定性作用，且失效后可能影响到车辆行驶安全的关键部件。

根据中汽中心电磁兼容室测试数据分析，电驱系统导致整车公告不合格的比例高达48%。由于电驱系统电磁兼容暂时没有公告等强制性检验，电驱系统电磁兼容以企业研发测试为主，目前国内针对电驱系统的电磁兼容研究多数停留在整改优化层面，部分企业逐步开始电驱系统电磁兼容正向开发的探索，但整体而言电驱系统电磁兼容性对实验室的依赖性比较强。

1电驱系统电磁兼容标准现状

1.1国际标准概况

国际上目前没有专门针对电驱系统的电磁兼容标准，而针对电磁兼容的CISPR25以及ECER10均提出了相关电驱系统电磁兼容测试的项目，其中：

CISPR25第四版《车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法》中第一次提出高压系统的相关测试方法，且标准中明确给出电驱台架测试的布置示例（参考CISPR25：2016图I.10）；但目前CISPR25中关于电驱系统测试仅给出示例图，关于测试工况没有详细描述，且对测试布置的接地条件、工装形式等没有明确规定。CISPR25第五版已经发布，但其关于电驱系统的电磁兼容测试项目仍然没有大的变化。CISPR25仅是保护车载接收机的骚扰度测试项目，并无抗扰度测试。

ECER10是欧盟提出来的关于车辆电磁兼容性能认证的统一规定，目前最新版为ECER10第七版，ECRR10的测试项目涵盖骚扰度、抗扰度、瞬态等，针对电驱系统参考ECER10中规定的DC供电零部件测试项目。

另外，电驱系统的电磁兼容性测试还有ISO7637、ISO11452、ISO10605等国际标准。

1.2国内标准概况

相对国际标准，国内标准多数以转化为主，例如GB/T18655—2018依据CISPR25：2016进行转化并在频段上参考我国国情进行调整，除国际标准一致的项目外，关于电驱系统电磁兼容性有两个标准：GB/T18488和GB/T36282。

GB/T18488《电动汽车用驱动电机系统》，其主要规定的是驱动电机的相关测试限值和方法，涵盖振动、环境、电磁兼容等多个测试项目，GB/T18488经历两次修订，第三次修订工作正在进行中，其中，GB/T18488.2—2001规定了电骚扰性应满足GB14023—2000中辐射骚扰的要求，电磁抗扰度应满足GB/T17619—1998中辐射抗扰度的要求；GB/T18488.2—2006针对电磁兼容性项目没有变化，仍然以GB14023和GB/T17619的方法为主；第二次标准修订版本为GB/T18488.2—2015，由于GB14023和GB/T17619仅规定了电磁兼容性相关的测试限值和方法，标准中没有明确电驱系统如何测试和布局，GB/T18488.2—2015针对电磁兼容性的要求为：电磁辐射骚扰试验和电磁辐射抗扰度试验应按照制造商或者用户提供的试验方法进行；GB/T18488已经启动第三次修订，目前EMC方法和限值正在讨论中。

GB/T36282—2018是专门针对电驱系统电磁兼容限值和方法的标准［2］。其针对骚扰度测试要求工况为：EUT应处于正常工作状态，转速为额定转速的50%，扭矩为额定扭矩的50%，机械输出负载达到持续功率25%，其中25%功率是反映电驱运转状态的车辆典型工况。GB/T36282—2018明确规定了测试工况、测试布置，是满足电驱系统电磁兼容测试的重要参考标准。

2电驱系统电磁兼容测试技术发展现状

2.1电磁兼容测试技术概述

电驱系统的电磁兼容测试形式多样，一般分为加载测试和空载测试，其中加载测试比较常见，通常以穿墙轴式电波暗室为主要测试方式，另外还有移动加载方式，被动加载方式。图1所示为穿墙轴式电波暗室加载电磁兼容测试布局图。表1所示为不同形式加载实验室。

         

从实际工作原理角度出发，主动加载模式与车辆电驱运转模式保持一致，均是电驱系统提供扭矩；因此主动加载方式更加适合电驱加载电磁兼容测评，另外主动加载转速和扭矩可调，且控制精度较高，是目前行业内认可的测试设备，但其缺点是价格较高，投入较大；被动台架由于其成本较低逐步被一些实验室使用，其多数用于摸底研发测试。

电驱系统中影响电磁兼容性的关键部件为逆变器，其电机及减速器在电磁兼容性方面特征不明显，因此除去上述使用测功机进行加载之外，部分实验室使用电感负载模拟电机进行加载测试。另外，电机及减速器虽然不会主动影响电驱系统的电磁兼容性，但因其属于电驱系统的一部分，采用替代方式会导致测试结果存在一定差异。

除硬件设备之外，各实验室也逐步去解决电驱系统实际测试问题，例如轴电流问题导致测试结果较差，可以采用轴接地或者绝缘轴的方式改变轴电流的低阻抗流向，从而改变骚扰度测试结果。

电驱系统的电磁兼容性随着电驱技术的发展发生变化，2018年以前国内乘用车配套电驱系统均以电机、电控、减速器的形式出现，其电控通过AC交流线束连接电机，现在一体化动力总成几乎成为乘用车电驱系统的必然选择。一体化动力总成减少了三相线束的使用，同步减少了控制器和电机模具的开孔，因此其电磁兼容特性优于分离式系统。另外，多合一控制器逐步成为趋势，相较之前电机控制器、DC/DC控制器、车载充电机、压缩机等系统分别独立设置，现阶段七合一控制器涵盖除动力电池之外的所有新能源关键部件；多合一控制器集成高压、低压多个电路板，其串扰更加严重，因此其面临的电磁兼容挑战更大。

2.2电驱系统电磁兼容测试水平概述

中汽中心于2013年建立echamber电波暗室实现电驱加载EMC测评，其见证了国内电驱系统电磁兼容技术的进步。

实验室等硬件设施的建设是电驱系统电磁兼容测试技术发展的关键指标，近几年满足电机加载电磁兼容的实验室逐渐增多，如图2所示，截至2022年底国内有31个电驱加载EMC实验室在用。

测试严酷等级逐渐提升，2016年多数企业摸底测试仅能通过GB/T18655规定的等级1，整改优化后可通过等级2；近几年国内主机厂逐渐提升其电子部件的电磁兼容性，多数样机测试满足等级3的要求，部分样机可实现整体通过等级4或者部分频段通过等级5。

3电驱系统电磁兼容测评发展趋势

3.1一体化动力总成电磁兼容测评

一体化动力总成是乘用车电驱发展的趋势，目前测试一体化动力总成的方式是将差速器单端焊死，此类单端输出的加载方式存在一个弊端：焊死部分堵转会引起不同程度的机械结构共振，而此类共振在测试过程中会影响测试结果，因此建立一体化动力总成暗室并应用于加载测试成为行业趋势。

据研究分析一体化动力总成拥有完整的模具，相对分离式系统其开孔更少，无须使用三相线束，其整个壳体具有更好的屏蔽效能，其在电磁兼容性方面将更具优势。

相对于单电机系统，动力总成系统经过一级减速输出，减速器速比介于8~12之间，其输出的扭矩较大，转速减小。实验室采用两个穿墙轴式测功机对称同轴布置台架。为了更好地模拟电驱系统实车工况下的测试，可搭载原车半轴进行加载测试。

且可以在对线束和对样品两端实现3m法测试。如图3所示一体化动力总成加载测试布置。

3.2双电机系统电磁兼容测评

双电机是增程式混合动力汽车的典型布置，一般是指在发动机舱内布置两个电驱系统，一个电驱系统连接发动机用于发电，一个电驱系统连接减速箱用于驱动。

目前电驱加载电磁兼容行业仅可以实现单轴加载测试，双电机系统测试需要一台加载，一台空载，无法满足同时加载测试的要求。

实现双电机系统电磁兼容测评要利用穿墙轴台架和移动台架的组合测试，利用穿墙台架模拟测功机对拖发电机系统，利用移动台架对拖驱动电机，使用电池模拟器提供DC电源或负载。此方法可以同时实现电动和发电工况，模拟双电机系统的真实工况。如图4所示为双电机加载测试布置。

3.3瞬态工况电磁兼容测评

现阶段汽车电磁兼容多数以稳态工况为条件，例如整车公告项目GB/T18387和GB34660，其要求的工况40km/h、70km/h均是稳态。

与整车瞬态工况测评有关的是GB/T37130标准，其规定了车辆的行驶状态，包括匀速状态、加速状态、减速状态。

电驱系统通常以稳态匀速工况进行测试，但有时候瞬态条件下引起的骚扰更加强烈。如图5所示，图5（a）车辆匀速40km/h运行，在FM频段99.6MHz接收值为-84.6dBm；图5（b）车辆加速运行，在FM频段99.6MHz接收值为-75.5dBm；车辆在瞬态工况下车载收音机的背景噪声明显提升。

现阶段电驱加载电磁兼容实验室大多无法满足动态加载电磁兼容测试需求，多数实验室测功机系统和样品系统需要独立控制。中汽研汽车检验中心（广州）有限公司、中汽研汽车检验中心（天津）有限公司筹建的超高动态电机加载EMC分析平台项目可实现高达20000rpm、3500Nm的测试工况，可实现瞬态工况测试条件，且测功机支持CAN⁃analyzer等功能，可以导入样品DBC文件，实现测功机系统与样品系统的协同控制。

另外针对骚扰度测试，可使用频谱模式记录骚扰数据。

4系统级电磁兼容测评

4.1系统级测试的优势

从智能汽车技术的发展角度出发，汽车域控制成为关键技术手段，图6是汽车模块划分简图。在整车EMC开发的过程中，部件、系统、整车是连续的过程，为了降低整车EMC风险，有必要增加系统级电磁兼容测试。

新能源汽车关键部件构成的子系统可凭借双测功机加载台架实现。如图7，在电波暗室内，搭建新能源汽车关键子系统，主要包括原车线束、动力电池、电驱系统、充电系统以及多合一控制器，尤其是多合一控制器逐步成为现在乘用车发展趋势，也让其系统级测试相对简易化。

在电波暗室内进行系统级测试，可以实现模拟车头、车身左侧两个位置，可实现3m法测试。另外系统级测试中可以验证系统接地（偏向GB/T18655部件要求的接地）、系统浮地（偏向GB14023整车测试要求）对测试结果的影响。提供系统级测试预判了新能源关键部件装车前的EMC水平，有助于降低整车EMC风险。

4.2系统级测试挑战

系统级测试是介于部件级与整车级测试的中间环节，其意义在于建立部件、系统、整车的关联性，完善汽车电磁兼容标准体系。目前系统级测试面临较大挑战，例如：系统级测试的定义不明确；系统级测试尚处于发展阶段，测试技术不够成熟，测试前期准备投入较大，测试中存在的不确定性较大；系统级测试过渡到整车级测试，如何评价系统级测试结果也是一个比较关键的问题。另外，系统级测试需要一定的试验验证和数据积累，需要配套的硬件设施支持。

5结束语

电驱系统仍然是新能源汽车典型的骚扰源和敏感体，尤其是新技术碳化硅的应用，为其带来更大的挑战。针对电驱系统的双电机、一体化动力总成系统电磁兼容测试同样依据GB/T18655—2018要求的方法进行测试，但在测试布局上有所调整。未来电驱系统的电磁兼容测试将多元化发展，不局限于部件标准，逐渐地采用系统级方式测评驱动总成系统。现阶段系统级测试可以做到定性分析测试结果，未来系统级测试发展成熟，不局限于定性结果分析，可以做到定量指标分析。
        责任编辑：彭菁