大會為期三天, 22日上午的會議圍繞“整車及關鍵零部件標準解讀,可靠性、安全性、效率、電磁兼容測試評價及降成本創新技術路線”邀請業內專家、學者與國內領先的主機廠、核心零部件企業等各領域精英展開探討。北京新能源汽車股份有限公司整車EMC開發科科長高新杰做題為“電動汽車電磁兼容性設計理解”的演講。以下是他演講的主要內容:
一、電動汽車電磁兼容性測試案例分析
1.整車測試案例1獲取的信息:電機系統和DC/DC變換器導致。
2.整車測試案例2獲取的信息:僅由電機控制器低壓電路導致。
3.整車測試案例3獲取的信息:僅由某一低壓部件導致。
4.整車測試案例4
該案例是一個車速40,20兆左右,一個普遍的問題,這個問題是由誰導致的呢?測試發現,與電機驅動系統是否使能以及DC/DC變換器是否工作無關,這是一個普遍的問題。
5.整車測試案例5:后續標準會執行,應引起關注。
這個執行標準負責做充電機的公司需要注意這一塊。獲取的信息:OBC的EMC特性及布置、交流輸入線束及低壓控制線束布局、布置及長度。
6.小結:目前有很多做零部件的企業,包括DC/DC、高壓部件、整車EMC、線束。整車EMC有一個設計是由動力電池回路導致的。整車EMC設計即涉及到高壓零部件,低壓部件。
二、電動汽車電磁兼容性優化案例分析
1.優化案例1
這是一個磁場測試,仔細觀察,左側、前側磁場測試在1.39MHz均出現一個諧振點(普遍問題),以左側作為磁場和電場優化的位置,且著重研究諧振點優化。
2.優化案例1(續)
采取六種措施后,左側X、Y方向磁場測試對比(車速16km/h)發現,六種措施實施后,左側X方向幾乎沒明顯變化,Y方向降低很低。
3.優化案例1(續):高壓直流端增加“Y”電容方案
增加“Y”電容后左側X、Y方向磁場分別和摸底測試對比(車速16km/h)發現,磁場諧振點處于降低或接近本底的趨勢,從而驗證了措施的有效性。
4.優化案例2:屏蔽層斷開,缺乏搭接線
搭接優化前后,電場測試對比(車速16km/h)發現,前后左右四側電場測試超標嚴重,同時進行了一個簡單優化,屏蔽層接上,增加搭接措施,效果明顯。必須要搭接?未必。
5.優化案例3:CAN屏蔽地該有嗎?
這個案例是一個集成器內有兩個OBC,OBC也屏蔽層,如果加上屏蔽層拆分信號是OK的,做一個簡單的優化,將OBC在屏蔽層斷開,但是不能懸空。從測試結果中可以看出,CAN屏蔽地連接,CAN波形不符合技術要求,措施4后CAN波形非常好,無錯誤幀。
6.優化案例4:某傳感器信號優化前后對比
當一個BR部件受到了一個干擾,做一個簡單的優化,這個優化與動力電池有關。可以看到,優化前海傳感器信號的波形對比非常明顯。
7.優化案例5:倒車影像優化前后對比
倒車影像測試做優化后,找一個曲別針短接攝像頭視頻地和中控負極觀察,可以對比一下發生了什么。
8.小結:厚積薄發,研究出《電動汽車電磁兼容性質量管控規范及方法》、《電動汽車電磁兼容性設測試標準規范》、《電源及信號完整性分析及工程實踐》、《電動汽車開關電源設計原理及實用技術》、《電動汽車高低壓線束及結構設計》。
三、電動汽車電磁兼容性設計難點
1.電動汽車電磁兼容性測試研究的迫切性:繼水源污染、空氣污染和噪聲污染之后,電磁輻射已成為當今社會第四大環境污染源,且具有聞不見、看不見、聽不見的特點,帶有神秘的色彩。
2.電動汽車電磁兼容性研究的深度
對于整車的高低壓部件,實際上的波形是不準的,永遠處在一個修整的狀態。其中特斯拉、寶馬、比亞迪都做過這個測試,只有特斯拉的車是沒有問題的。對于寶馬和比亞迪的車,抽查兩個車型,去一個非常高壓的環境下,然而測試效果也不是很可觀。
首先標準的法規是車企必須要關注的,其次系統內兼容、人體防護、動力電池或者是做BMS供應商,都是大家注意的。那么BMS為什么采集總是不準呢?國內新能源汽車企業研究的深度是哪一個?
3.難點1:布局與空間的矛盾
電動汽車電磁兼容設計其實最關鍵的只是電動汽車的布局,電動汽車空間狹小,電氣架構復雜,布局緊湊的情況下,發現EMC特性只是整車電氣系統中重要的特性之一,在如此狹窄的空間中而非平面上搞設計,難度肯定大。一旦電器部件布局及狀態凍結,整車EMC就變為固有特性。
4.難點2:DC/DC輸出端需要關注
分析:眾所周知車身作為負極搭鐵的一部分,車身各個表面存在電流,由汽車車身可知其和平面上電路設計存在差異,DC/DC變換器功能也說明了DC/DC變換器輸出端EMC設計非常重要。
5.難點3:高壓零部件系統集成技術能力亟需提升
(1)DC/DC變換器&車載充電機
(2)DC/DC變換器&電機控制器
(3)DC/DC變換器& 電機控制器 &車載充電機
電路拓撲,幾乎沒差異,但在殼體結構設計、材料、電路布局等方面存在較大差異,帶來的EMC等性能差異非常大!同時國內多數方方正正的殼體設計,為整車電氣架構積木式搭建埋下了伏筆!
6.難點4:V2G、無線充電等新興技術應用-標準制定及實施
V2G會納入到EMC的充電標準,V2G的案例是國內做得比較少,V2G傳導是非常難的。過去很多整車廠把所有的EMC的責任加DC/DC有問題,那么控制器有問題,那樣是不利于整車廠的EMC的設置,那個思路是完全依賴于零部件的供應商。
7.小結:打破過去過于依賴供應商提升從而追求標準通過的思路;提升研究的深度,建立具有自主知識產權的研發知識體系;加強行業內技術交流以及檢測機構的合作。
四、電動汽車電磁兼容性設計思路
1.EMC設計原則:EMC設計思想融入到部件和整車設計中
考慮:上市周期、高壓安全、輕量化、IP防護、成本、NVH、維護便利性、可靠性、電磁兼容性、美觀度...
EMC只是整車電氣系統重要屬性之一,是個“軟”特性,基于車這個實體。綜合考慮整車電器部件功能完整性、可靠性、技術成本、輕量化、產品上市周期等各種因素,來確定布局和技術控制狀態,選取材料、結構和工藝,在車輛研發的各階段,并以最低的成本、最有效的方式將接地、屏蔽及濾波等設計思想及具體措施實施到產品或系統中。
2.整車EMC設計可行方法:基于合理的開發流程
規劃階段——系統架構布局階段——設計階段——系統測試及狀態凍結階段——評估、評審及優化階段
3.整車EMC量化設計前提:井然有序的電氣架構布局
為什么說布局是最關鍵的,如果ABCDEF6個區,所有的區EMC的設計,包括線束布局的,就像手機一樣,為什么做不好屏蔽,它在各個部件都會有很多濾波電容之類的。布局是一個完整的設計,實際上是應該控制在A區,不應該是這個整車的線束是交叉在一塊。
4.電機控制器EMC設計優化關鍵:驅動隔離電源EMC設計
做電機控制器的廠商大家要注意的,整車在20到30兆普遍都導致超標,但是通過改進,主要由驅動隔離電源改進,干擾實際上影像了整車的框架。
5.小結
EMC設計其他非常簡單,EMC最關鍵的是設計思想。EMC的開發流程這塊國內比亞迪流程文件控制得比較好,實際上EMC設計國內和國外最大的差距在哪呢?國外的合資品牌掌控環節、評估環節特別的復雜和詳細,從事新能源汽車設計的,想想大家能為EMC建立那么多的復雜流程軟件嗎?什么叫屏蔽,如果大家在開會,打擾到對面,這個屏蔽就不好。EMC應該建立自己的開發流程,當然EMC的設計方法更多了。