电动汽车——电磁兼容的隐秘战场

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炎热的夏季，长三角这家高科技电子生产厂内，自动化产线正如火如荼的完成产品的组装和测试。

 

工厂的自动化装配线从事着多项复杂任务，涉及精确的信号传输和无线通信。雷电的肆虐和它所产生的电磁干扰扩散到工厂内部，破坏了一些关键的通信链路，使工厂的生产进程受到严重的影响。机器人停工导致生产延误和生产能力下降，传送带故障使得产品的运输和组装受到阻碍，而质量控制传感器失灵则可能导致缺陷品的生产。这一系列问题严重威胁着工厂的正常运营和产品质量。

 

此刻，下班的你，正驾驶着汽车在回家路上，车里播放着喜欢的电台音乐。突然间，悦耳的音乐中也夹杂进些许噪音和静电的吱吱声，一时间，你的好心情荡然无存......

 

 

 

这种现象叫电磁干扰（EMI），它是由外部来源引起的电气路径或电路中的噪音或干扰。EMI由自然或人为引起，会导致电子产品运行不畅，发生故障或完全停止工作。

 

下面我们对电磁干扰（EMI）的原因和分类、电动汽车如何做到电磁兼容，及未来会迎来哪些发展进行探讨。

 

   

什么原因导致电磁干扰？

   

 

EMI的发生是由于电和磁之间的密切关系。电荷的移动产生电流，而电流会产生磁场。同样，一个移动的磁场会产生电流，这也是电动机和发电机工作的原理。同时，所有的电导体也都可能成为无线电天线，高功率的电源加上无线信号的传输就可以在远处设备中产生影响，也就形成了电磁辐射干扰EMI。随着电子产品变得更小、更快、更紧密和更敏感，它们会更容易受到这些因素影响。

 

EMI的来源可以大致分为两类：自然发生和人为发生。

 

在自然界中，有一些来源会产生足够强大的电场来影响电子设备。闪电可以产生强大的静电放电和磁脉冲。太阳风暴和太阳耀斑会释放出高能带电的粒子，会给卫星和地面通信带来问题。众所周知，宇宙辐射会导致电子产品的比特翻转。

 

 

 

人为的EMI可以来自许多地方。高功率的无线电和电气源会造成不必要的EMI。运作不良或设计不当的消费类设备会在其他设备中引起EMI。使用电磁脉冲故意诱发受害者设备的EMI故障也是一种攻击行为。

 

   

电磁干扰的类型

   

 

形成电磁干扰（EMI），必须要有三个要素，即一个干扰源，一个干扰路径和一个受体（或受害者）。按照干扰路径的不同，我们可以将电磁干扰EMI分为以下三大类。

 

· 辐射型EMI电磁干扰：当一个高功率发射器或电气设备产生的无线电频率被接收并在另一个设备中造成不必要的影响时，辐射EMI就会发生。如果干扰源和受体相距甚远，那么它可能是辐射EMI。例如一个坏掉的厨房微波炉导致计算机重新启动，或旧的无线电话导致Wi-Fi性能下降。

 

· 传导型EMI电磁干扰：当EMI从干扰源到受体存在一个物理电气路径时，就会发生传导型EMI。传导性EMI通常是沿着电力传输线传导的，来源可能是一个大型的电机或电源。例如跑步机或干衣机的开启导致同一电源电路上的计算机重新启动。

 

· 耦合型EMI电磁干扰：这种EMI发生在干扰源和受体接近，但没有电气接触和连接的情况下，耦合EMI可以通过感应或电容传输。例如当电源线和音频线相互靠近时，在音频线上会听到嗡嗡声。电容耦合EMI要求导体非常接近，这种EMI在电子线路板上或长距离紧密排列的电线组中最常见。

 

   

电动汽车与电磁干扰

   

 

电动汽车（EVs）是由电动机和可充电电池驱动的车辆。由于高压电气和复杂的电子系统存在，以及潜在的电磁辐射和易感性，电动汽车需要在电磁兼容方面做特别的考虑。

 

· 电动机和电子电器：电动汽车依靠大功率的电动机和相关的电子电器设备来运行，如逆变器和转换器，用以控制电动机和汽车的运行。这些部件可以产生电磁辐射，特别是在高频范围内，将有可能干扰附近的电子系统，如无线电接收器或无线通信设备。

 

· 电池管理系统（BMS）：电动汽车中的BMS负责管理车辆电池组的充电、放电和整体操作。它涉及各种电子电路和传感器，可能会发出电磁能量或容易受到外部电磁干扰。BMS组件的优化设计和屏蔽是必要的，以确保其可靠的操作，并防止对其他系统的干扰。

 

· 充电基础设施：电动汽车充电站和设备也会造成电磁干扰EMI。充电电缆、连接器和充电站的电子设备都可以产生电磁辐射，进而影响附近的通信系统，如Wi-Fi或蜂窝网络的正常工作。

 

 

 

为了防止或尽量减少电磁干扰，电动车制造商在车辆设计、开发和测试阶段可以采用各种电磁兼容的技术来降低或消除电磁干扰EMI。

 

常见的做法和技术包括：

 

· 屏蔽：使用导电材料或外壳来遏制或阻止电磁辐射，保护敏感元件免受外部干扰。

 

· 滤波：采用滤波器，如电容器、电感器和铁氧体磁珠，以减弱不需要的高频噪声，为敏感元件提供更清洁的电源。

 

· 接地和粘合：建立适当的电气接地和粘合，以尽量减少接地回路与噪声耦合，并为电流提供一个参考点。

 

· 优化PCB布局：设计印制电路板（PCB）时，要有适当的线路走向，分离模拟和数字元件，并控制阻抗，以减少辐射和敏感度。

 

· 符合性测试：根据工业标准和法规进行EMC测试，以确保设备符合所需的发射和敏感度限制。

 

同时，国际和国家的相关监管机构也制定了EMI排放标准和限制，以确保包括电动汽车在内的电子设备不会相互干扰。这些标准确保我们使用电子设备可以一起工作而不会造成彼此干扰。

 

 

   

电动汽车制造商和消费者的共同挑战

   

 

对于电动汽车来说，它可能同时是电磁干扰的干扰源和接受者。这就要求电动汽车制造商和消费者都应该了解EMI，以确保电动汽车的正常运作、安全和与周边环境的电磁兼容性。

 

对于电动汽车制造商来说，需要着重考虑以下几个方面。

 

· 电磁兼容EMC设计：电动汽车制造商需要从车辆设计的早期阶段就考虑EMC。这涉及到适当的电路和系统布局、屏蔽、接地和过滤技术，以尽量减少排放和提高抗干扰性。

 

· 遵守EMC标准：制造商必须遵守适用于电动汽车的EMC标准和法规。这些标准定义了发射和敏感度的限制，并提供测试方法以确保符合标准。

 

· 测试和认证：制造商应在开发和生产阶段进行全面的EMC测试，以验证电动车是否符合所需的标准。从而获得认证和符合性文件以证明EMC的符合性。

 

· 文件和用户指南：制造商应该为消费者提供关于EMC考虑明确文件和指南。这包括有关潜在干扰风险的信息，建议的预防措施，以及正确安装和使用电动车和相关充电基础设施的说明。

 

同样的，对于电动汽车消费者来说，也应该对电磁兼容概念及其对电动车的意义有基本了解。这些知识可以帮助他们识别潜在的问题，采取适当的预防措施，并在必要时寻求专业帮助。

 

· 充电基础设施的兼容性：消费者应该了解电动车充电设备与当地法规和标准的兼容性。这可以确保充电系统不会给电网带来电磁干扰或干扰其他通信系统。

 

· 正确使用和安装：消费者应遵循制造商关于正确安装和使用电动车及相关设备的指南。这包括避免可能影响EMC性能的修改，并确保充电基础设施的正确接地和屏蔽。

 

· 报告电磁干扰EMI：如果消费者遇到干扰问题或怀疑与EMI有关的问题，他们应该向制造商或相关监管机构报告。这种反馈可以帮助改善EMC标准，识别潜在的风险，并确保电动汽车的持续可靠性和安全性。

 

通过了解和解决EMC方面的考虑，制造商和消费者都可以为电动车的整体电磁兼容性做出贡献，将干扰风险降到最低，并促进电动车在各种环境下的可靠和高效运行。

 

   

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