高新杰:电动汽车电磁兼容性设计理解

发布日期:2017-12-12
核心提示:随着新能源汽车后补贴时代的到来,技术发展与运营创新成为当前形势下推动新能源汽车行业进步的重中之重。12月21日,以后补贴时代
 随着新能源汽车后补贴时代的到来,技术发展与运营创新成为当前形势下推动新能源汽车行业进步的重中之重。12月21日,以“后补贴时代技术创新发展思路“为主题的2016第三届中国新能源汽车总工技术峰会暨第二届运营商与车企对接采购交流会在深圳中海凯骊酒店盛大开幕。本次大会由电动汽车资源网、中国新能源汽车总工技术峰会组委会主办,数百位自国内领先的主机厂、核心零部件企业、运营商、行业院校机构等各领域精英齐聚深圳,共同参与这一专为新能源汽车人打造的行业盛会。

大会为期三天, 22日上午的会议围绕“整车及关键零部件标准解读,可靠性、安全性、效率、电磁兼容测试评价及降成本创新技术路线”邀请业内专家、学者与国内领先的主机厂、核心零部件企业等各领域精英展开探讨。北京新能源汽车股份有限公司整车EMC开发科科长高新杰做题为“电动汽车电磁兼容性设计理解”的演讲。以下是他演讲的主要内容:

一、电动汽车电磁兼容性测试案例分析

1.整车测试案例1获取的信息:电机系统和DC/DC变换器导致。

2.整车测试案例2获取的信息:仅由电机控制器低压电路导致。

3.整车测试案例3获取的信息:仅由某一低压部件导致。

4.整车测试案例4

该案例是一个车速40,20兆左右,一个普遍的问题,这个问题是由谁导致的呢?测试发现,与电机驱动系统是否使能以及DC/DC变换器是否工作无关,这是一个普遍的问题。

5.整车测试案例5:后续标准会执行,应引起关注。

这个执行标准负责做充电机的公司需要注意这一块。获取的信息:OBC的EMC特性及布置、交流输入线束及低压控制线束布局、布置及长度。

6.小结:目前有很多做零部件的企业,包括DC/DC、高压部件、整车EMC、线束。整车EMC有一个设计是由动力电池回路导致的。整车EMC设计即涉及到高压零部件,低压部件。

二、电动汽车电磁兼容性优化案例分析

1.优化案例1

这是一个磁场测试,仔细观察,左侧、前侧磁场测试在1.39MHz均出现一个谐振点(普遍问题),以左侧作为磁场和电场优化的位置,且着重研究谐振点优化。

2.优化案例1(续)

采取六种措施后,左侧X、Y方向磁场测试对比(车速16km/h)发现,六种措施实施后,左侧X方向几乎没明显变化,Y方向降低很低。

3.优化案例1(续):高压直流端增加“Y”电容方案

增加“Y”电容后左侧X、Y方向磁场分别和摸底测试对比(车速16km/h)发现,磁场谐振点处于降低或接近本底的趋势,从而验证了措施的有效性。

4.优化案例2:屏蔽层断开,缺乏搭接线

搭接优化前后,电场测试对比(车速16km/h)发现,前后左右四侧电场测试超标严重,同时进行了一个简单优化,屏蔽层接上,增加搭接措施,效果明显。必须要搭接?未必。

5.优化案例3:CAN屏蔽地该有吗?

这个案例是一个集成器内有两个OBC,OBC也屏蔽层,如果加上屏蔽层拆分信号是OK的,做一个简单的优化,将OBC在屏蔽层断开,但是不能悬空。从测试结果中可以看出,CAN屏蔽地连接,CAN波形不符合技术要求,措施4后CAN波形非常好,无错误帧。

6.优化案例4:某传感器信号优化前后对比

当一个BR部件受到了一个干扰,做一个简单的优化,这个优化与动力电池有关。可以看到,优化前海传感器信号的波形对比非常明显。

7.优化案例5:倒车影像优化前后对比

倒车影像测试做优化后,找一个曲别针短接摄像头视频地和中控负极观察,可以对比一下发生了什么。

8.小结:厚积薄发,研究出《电动汽车电磁兼容性质量管控规范及方法》、《电动汽车电磁兼容性设测试标准规范》、《电源及信号完整性分析及工程实践》、《电动汽车开关电源设计原理及实用技术》、《电动汽车高低压线束及结构设计》。

三、电动汽车电磁兼容性设计难点

1.电动汽车电磁兼容性测试研究的迫切性:继水源污染、空气污染和噪声污染之后,电磁辐射已成为当今社会第四大环境污染源,且具有闻不见、看不见、听不见的特点,带有神秘的色彩。

2.电动汽车电磁兼容性研究的深度

对于整车的高低压部件,实际上的波形是不准的,永远处在一个修整的状态。其中特斯拉、宝马、比亚迪都做过这个测试,只有特斯拉的车是没有问题的。对于宝马和比亚迪的车,抽查两个车型,去一个非常高压的环境下,然而测试效果也不是很可观。

首先标准的法规是车企必须要关注的,其次系统内兼容、人体防护、动力电池或者是做BMS供应商,都是大家注意的。那么BMS为什么采集总是不准呢?国内新能源汽车企业研究的深度是哪一个?

3.难点1:布局与空间的矛盾

电动汽车电磁兼容设计其实最关键的只是电动汽车的布局,电动汽车空间狭小,电气架构复杂,布局紧凑的情况下,发现EMC特性只是整车电气系统中重要的特性之一,在如此狭窄的空间中而非平面上搞设计,难度肯定大。一旦电器部件布局及状态冻结,整车EMC就变为固有特性。

4.难点2:DC/DC输出端需要关注

分析:众所周知车身作为负极搭铁的一部分,车身各个表面存在电流,由汽车车身可知其和平面上电路设计存在差异,DC/DC变换器功能也说明了DC/DC变换器输出端EMC设计非常重要。

5.难点3:高压零部件系统集成技术能力亟需提升

(1)DC/DC变换器&车载充电机

(2)DC/DC变换器&电机控制器

(3)DC/DC变换器& 电机控制器 &车载充电机

电路拓扑,几乎没差异,但在壳体结构设计、材料、电路布局等方面存在较大差异,带来的EMC等性能差异非常大!同时国内多数方方正正的壳体设计,为整车电气架构积木式搭建埋下了伏笔!

6.难点4:V2G、无线充电等新兴技术应用-标准制定及实施

V2G会纳入到EMC的充电标准,V2G的案例是国内做得比较少,V2G传导是非常难的。过去很多整车厂把所有的EMC的责任加DC/DC有问题,那么控制器有问题,那样是不利于整车厂的EMC的设置,那个思路是完全依赖于零部件的供应商。

7.小结:打破过去过于依赖供应商提升从而追求标准通过的思路;提升研究的深度,建立具有自主知识产权的研发知识体系;加强行业内技术交流以及检测机构的合作。

四、电动汽车电磁兼容性设计思路

1.EMC设计原则:EMC设计思想融入到部件和整车设计中

考虑:上市周期、高压安全、轻量化、IP防护、成本、NVH、维护便利性、可靠性、电磁兼容性、美观度...

EMC只是整车电气系统重要属性之一,是个“软”特性,基于车这个实体。综合考虑整车电器部件功能完整性、可靠性、技术成本、轻量化、产品上市周期等各种因素,来确定布局和技术控制状态,选取材料、结构和工艺,在车辆研发的各阶段,并以最低的成本、最有效的方式将接地、屏蔽及滤波等设计思想及具体措施实施到产品或系统中。

2.整车EMC设计可行方法:基于合理的开发流程

规划阶段——系统架构布局阶段——设计阶段——系统测试及状态冻结阶段——评估、评审及优化阶段

3.整车EMC量化设计前提:井然有序的电气架构布局

为什么说布局是最关键的,如果ABCDEF6个区,所有的区EMC的设计,包括线束布局的,就像手机一样,为什么做不好屏蔽,它在各个部件都会有很多滤波电容之类的。布局是一个完整的设计,实际上是应该控制在A区,不应该是这个整车的线束是交叉在一块。

4.电机控制器EMC设计优化关键:驱动隔离电源EMC设计

做电机控制器的厂商大家要注意的,整车在20到30兆普遍都导致超标,但是通过改进,主要由驱动隔离电源改进,干扰实际上影像了整车的框架。

5.小结

EMC设计其他非常简单,EMC最关键的是设计思想。EMC的开发流程这块国内比亚迪流程文件控制得比较好,实际上EMC设计国内和国外最大的差距在哪呢?国外的合资品牌掌控环节、评估环节特别的复杂和详细,从事新能源汽车设计的,想想大家能为EMC建立那么多的复杂流程软件吗?什么叫屏蔽,如果大家在开会,打扰到对面,这个屏蔽就不好。EMC应该建立自己的开发流程,当然EMC的设计方法更多了。

 
关键词: 高新杰 新能源汽车
 
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