電動汽車車載電器部件要滿足相應(yīng) EMC 技術(shù)要求,，就應(yīng)考慮其內(nèi)部元器件和導(dǎo)線的合理布排,，并做相應(yīng)的測試及優(yōu)化工作,。由于整車電氣系統(tǒng)為各電器部件及連接線纜的集成體,，設(shè)備之間的相互影響加劇了電磁環(huán)境的復(fù)雜性,，部件級EMC測試和整車EMC測試關(guān)聯(lián)解析難度大,。同時各車型在功能,、市場定位、系統(tǒng)架構(gòu)與布局、零部件電磁特性,、集成度等方面可能存在較大差異,，很難給出一個或一組統(tǒng)一的定量化指標(biāo)去適合于所有電動汽車。

在EMC設(shè)計,、管理等方面,，國內(nèi)電動汽車廠普遍存在以下幾方面問題：

① EMC工作主要由EMC工程師開展，缺乏系統(tǒng)內(nèi)協(xié)作,；

② EMC工作主要圍繞電器部件及整車的EMC 測試展開,，EMC設(shè)計不足；

③電器部件EMC設(shè)計和整車EMC設(shè)計脫節(jié),，EMC問題幾乎 全部由車載電器部件承擔(dān)責(zé)任,；

④ 企業(yè)歷史短，缺乏專業(yè)的EMC設(shè)計經(jīng)驗,，缺乏規(guī)范的 EMC研發(fā),、管理流程。

本文參考系統(tǒng)級電磁兼容設(shè)計思想,，并借鑒國外電動汽車的優(yōu)秀EMC設(shè)計方法,，提出一種電動汽車系統(tǒng)級EMC開發(fā)方法，該方法建立的系統(tǒng)開發(fā)流程貫穿實施于車輛開發(fā)各流程中,，整車一次性通過EMC法規(guī)測試,，并做到了系統(tǒng)內(nèi)的良好兼容性。

1,、電動汽車系統(tǒng)級 EMC 設(shè)計思想

系統(tǒng)電磁兼容問題在分析方法,、設(shè)計方法、試驗方法方面,，均為系統(tǒng)工程問題,。

電動汽車系統(tǒng)級EMC設(shè)計思想：綜合考慮電器部件性能及功能完整性、可靠性,、技術(shù)成本,、車身輕量化、產(chǎn)品上市周期等各種因素,，確定布局和技術(shù)控制狀態(tài),，選取材料、結(jié)構(gòu)和工藝,，在車輛研發(fā)的各階段,，以最.低的成本、最.有.效的方式將接地,、屏蔽及濾波等設(shè)計思想及具體措施實施到產(chǎn)品或系統(tǒng)中,，在測試階段做出詳細(xì)的EMC測試評價,、優(yōu)化及管理，最終形成一套可行性高的正向開發(fā)設(shè)計方法或流程,。

在產(chǎn)品質(zhì)量前期策劃（advanced product quality planning,，簡稱 APQP）過程中，新產(chǎn)品研發(fā)過程一般由5個階段組成：計劃定義和項目,、產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)驗證,、過程設(shè)計和開發(fā)驗證、產(chǎn)品和過程確認(rèn),，以及反饋,、評估和糾正措施，APQP 進(jìn)度圖如圖 1 所示,。

圖 1 APQP 進(jìn)度圖

借鑒APQP流程,，電動汽車系統(tǒng)級EMC開發(fā)流程 可包括：EMC規(guī)劃階段、EMC系統(tǒng)架構(gòu)布局階段,、EMC設(shè)計階段,、EMC系統(tǒng)測試及狀態(tài)凍結(jié)階段以及EMC評估、評審和優(yōu)化階段,。

上述各階段需要車型設(shè)計總師、項目經(jīng)理,、EMC專家,、EMC工程師、電氣工程師,、線束工程師,、總布置工程師、結(jié)構(gòu)工程師,、測試工程師以及各電器部件供應(yīng)商等協(xié)作參與,，共同完成。

2,、電動汽車系統(tǒng)級EMC設(shè)計開發(fā)流程

2.1 EMC 規(guī)劃階段

本階段工作內(nèi)容是在分析整車技術(shù)規(guī)范（Vehicle Technical Specification,，簡稱VTS）初稿的基礎(chǔ)上，對表1中列舉的內(nèi)容進(jìn)行研究,，重點掌握現(xiàn)有電器部件EMC特性,，并編寫整車EMC設(shè)計指導(dǎo)書等報告，為EMC系統(tǒng)架構(gòu)布局提供重要依據(jù),。

表1 EMC 規(guī)劃階段主要工作內(nèi)容

2.2 EMC 系統(tǒng)架構(gòu)布局階段

本階段是整車系統(tǒng)級EMC 開發(fā)流程中最為關(guān)鍵的一步,，其核心工作內(nèi)容可歸結(jié)為“先由面建點,，再由點連線"。

“面"即為由車身,、車身支架,、12 V 蓄電池負(fù)極等建立的參考地。

“點"為車載電器部件,，以規(guī)劃階段編寫的《高壓部件布局布置指導(dǎo)性設(shè)計報告》,、《CAN 網(wǎng)絡(luò)線束布局布置指導(dǎo)性設(shè)計規(guī)范》等報告為指導(dǎo)，綜合考慮車身數(shù)模及電器零部件初版數(shù)模,，對車載關(guān)鍵電器部件進(jìn)行布局,。優(yōu)先進(jìn)行動力蓄電池布置；根據(jù)驅(qū)動方式,、冷卻系統(tǒng),、可安裝位置、質(zhì)心坐標(biāo)等確定電機(jī)本體大致布置,；結(jié)合功能性要求,、碰撞安全性法規(guī)要求、IP 防護(hù),、安裝便利性,、美觀等，確定其它電器部件布局,?！包c"還包括抽象的接地點,，隨著電器部件布局位置確認(rèn)而確定。接地點的選取應(yīng)以就近接地,、系統(tǒng)接地網(wǎng)絡(luò)的合理,、可維護(hù)為原則。

“線"即為前面建立的各“點"之間的互連線纜,，是整車電氣系統(tǒng)的重要組成部分,。線纜布置的基本原則：盡量短、避免交叉,、走向美觀,、安裝固定方便。以i-MiEV 車底盤下線纜布局（見圖2）為例,，其線纜短,、線纜無交叉的特點顯而易見。

圖2 i-MiEV 車底盤下線纜布局（網(wǎng)絡(luò)資料）

優(yōu)先考慮系統(tǒng)布局這一策略是成本最.劃.算.的一種EMC設(shè)計方法,，對系統(tǒng)進(jìn)行布局劃分,，使對干擾電流的控制成為可能。

整車EMC架構(gòu)布局需要綜合考慮各種技術(shù)要求,，并將EMC技術(shù)融入到產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計中去,。圖3為某型號電動汽車布局差異對比圖，與圖3（a）相比,，圖3（b）所示布局方案更合理,，線纜走向更規(guī)范，整車碰撞安全性也更高,。兩種布置方案下電器部件殼體設(shè)計,、連接器選型等均存在較大差異,，說明若布局階段“點"規(guī)劃不合理,，會導(dǎo)致整車電氣系統(tǒng)架構(gòu)布局的變更，其對整車設(shè)計成本,、上市周期等均帶來較大變化,。整車設(shè)計初期，不建議所有電器部件都做出開模計劃,，同時從整車設(shè)計角度,，“點"也應(yīng)該符合“面"的規(guī)劃，即使一些電器部件前期已開模且適用于一些車型,，也應(yīng)該根據(jù)本車型布置要求,，在評審后重新制定開模計劃。

（a）布局凌亂

（b）布局整齊

圖3 某型號電動汽車布局差異對比（網(wǎng)絡(luò)資料）

圖4為某車型不合理的電機(jī)系統(tǒng)（電機(jī)和電機(jī)控制器）布局圖,，該布局導(dǎo)致U,、V,、W 線纜過長，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗,，該方案存在輻射發(fā)射超標(biāo)風(fēng)險,，EMC評審不通過，該布局方案未獲批準(zhǔn),。

圖4 某車型前期不合理的電機(jī)系統(tǒng)布局圖

布局合理最基礎(chǔ),，其經(jīng)濟(jì)性也最高。車內(nèi)電子通信設(shè)備的日益增多使互連系統(tǒng)的排布密度大幅度增加,， 加上車載系統(tǒng)狹小的內(nèi)部空間,，因而對前期系統(tǒng)架構(gòu)布 局提出了更高的要求。表2列舉了本階段主要輸出報告,。

表 2 EMC 系統(tǒng)架構(gòu)布局階段主要輸出報告

2.3 EMC 設(shè)計階段

EMC設(shè)計雖然不是什么新鮮技術(shù),，但其需要大量專業(yè)設(shè)計、制造工藝以及管理等知識的支撐,，并要參考一切可以指導(dǎo)團(tuán)隊和員工決策或行動的信息,、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,、法則及經(jīng)驗,，最終形成用于指導(dǎo)生產(chǎn)的設(shè)計知識體系，研發(fā)過程中知識流動和轉(zhuǎn)換框圖如圖 5 所示,。

圖5 新產(chǎn)品研發(fā)中知識的流動和轉(zhuǎn)換框圖

EMC設(shè)計階段主要圍繞EMC三個措施（即接地,、屏蔽和濾波）展開，本階段主要的設(shè)計輸出報告如表3所示,。

表 3 EMC 設(shè)計階段主要輸出報告

接地設(shè)計主要包括接地線的工藝,、接地螺栓和螺母選型、接地點防腐蝕處理工藝設(shè)計等,。圖 6為某型號電動汽車接地設(shè)計細(xì)節(jié),，可作為參考。

（a）接地線和接地螺栓

（b）接地線和接地螺母

圖6 某型號電動汽車接地設(shè)計（網(wǎng)絡(luò)資料）

屏蔽設(shè)計的關(guān)鍵之一在于高低壓電器部件殼體設(shè)計,，如何將工業(yè)設(shè)計等技術(shù)和殼體屏蔽設(shè)計技術(shù)巧妙結(jié)合在一起,，體現(xiàn) EMC 設(shè)計技術(shù)和藝術(shù)的完.美結(jié)合，是本部分的難點,。由于殼體開模成本較高,，建議全新開模在評審?fù)ㄟ^后確定。

應(yīng)當(dāng)指出,，在選用屏蔽線纜時,，不僅要考慮其屏蔽性能,，還要考慮成本、機(jī)械強(qiáng)度等特性,。當(dāng)整個電纜受到過多的機(jī)械,、天氣和潮濕的影響時，影響最嚴(yán)重的屏蔽部分就是連接處,，通常使用5年之后性能將下降一個數(shù)量級（20 dB）,。

對于多電纜入口的機(jī)箱殼體，為保證屏蔽連接的連續(xù)性,，電纜屏蔽連接方法可參考圖 7,。

（a）線纜屏蔽層和殼體端接

（b）線纜端連接夾具

圖 7 多電纜屏蔽層和殼體電連接（網(wǎng)絡(luò)資料）

（a）電機(jī)本體 （b）電機(jī)及集成控制器

圖8 某型號電動汽車電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計（網(wǎng)絡(luò)資料）

若考慮成本，部件屏蔽設(shè)計難以做到完.美,，可考慮系統(tǒng)級解決措施,。圖8為某型號電動汽車電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計，為降低 U,、V,、W 線纜可能帶來的輻射發(fā)射問題，其在電機(jī)端增加一金屬屏蔽盒,，在提高 EMC設(shè)計的同時提高了IP防護(hù)等級,。

2.4 EMC 系統(tǒng)測試及狀態(tài)凍結(jié)階段

系統(tǒng)電磁兼容試驗技術(shù)包括：試驗規(guī)范制定、標(biāo)準(zhǔn)制定,、項目選擇,、實施方法、場地建設(shè),、誤差處理等技術(shù)和過程,。為保證EMC測試的一致性，系統(tǒng)測試必須在標(biāo)準(zhǔn)的試驗環(huán)境下進(jìn)行,。根據(jù)自身條件建立相應(yīng)測試環(huán)境或選擇測試機(jī)構(gòu),，都是不錯的選擇，為節(jié)省測試費用而犧牲零部件或整車EMC性能的做法必將付出沉重的代價,。

若脫離整車測試驗證環(huán)節(jié),，零部件EMC設(shè)計很可能出現(xiàn)設(shè)計不足或過設(shè)計問題,。EMC 系統(tǒng)測試是系統(tǒng)級EMC設(shè)計流程中重要的環(huán)節(jié),，既用于驗證整車 EMC 設(shè)計的合理性，又為設(shè)計方案優(yōu)化,、評審及凍結(jié)提供依據(jù),。在驗證各電器部件EMC設(shè)計符合性的前提下，驗證零部件EMC測試數(shù)據(jù)和整車測試數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性,，根據(jù)整車測試中暴露出來的問題,，首先對整車系統(tǒng)內(nèi)接地措施進(jìn)行嘗試性優(yōu)化整改,，在整改效果難以滿足整車測試需求的前提下，對零部件EMC指標(biāo)進(jìn)行有針對性的更改,，根據(jù)整改便利性,、成本、可靠性,、開發(fā)周期等因素確認(rèn)零部件更改比重,，并保證足夠的裕量，從而降低因不確定性等因素帶來的誤差,，保證整車測試的一致性,。

狀態(tài)凍結(jié)階段，需要隨機(jī)抽樣同一批次各電器部件多臺進(jìn)行測試,，在測試數(shù)據(jù)一致性評審?fù)ㄟ^后,，凍結(jié)零部件EMC設(shè)計。同樣,，只有整車測試具有足夠的一致性和裕量,，整車EMC 設(shè)計數(shù)據(jù)才能凍結(jié)。

本階段主要輸出報告有：《電器部件 EMC 測試分 析報告》,、《整車測試分析報告》,、《系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化分 析報告》、《XX 零部件EMC優(yōu)化設(shè)計分析報告》,、《接地線（含接地螺栓,、螺母）鹽霧等試驗分析報告）》、《接地線阻抗測試報告》,、《接地點防腐處理工藝設(shè)計評審 報告》,、《接地點可維護(hù)性評審報告》、《電器部件殼體數(shù)模凍結(jié)報告》,、《電器部件EMC設(shè)計方案凍結(jié)報告》,、《XX 車型EMC設(shè)計方案凍結(jié)報告》等。

2.5 EMC 評估,、評審和優(yōu)化階段

本階段貫穿于系統(tǒng)級EMC設(shè)計的整個流程中,，每個階段的評估、評審和優(yōu)化,，必須保證零部件設(shè)計和整車設(shè)計具有一定的同步性,。評估、評審時既要考慮功能完整性,、技術(shù)先進(jìn)性,、可靠性、安全性等設(shè)計因素，還需要 EMC 專家的技術(shù)指導(dǎo),，同時又要綜合考慮設(shè)計美 觀度,、可維護(hù)性、可工程化,、成本等其它因素,。

簡單合理的設(shè)計是最.好.的設(shè)計，這無疑在節(jié)約成本,，提高產(chǎn)品良品率,，加快上市時間的同時，讓電動汽車EMC設(shè)計的風(fēng)險降至最.低,，所以評估,、評審階段還應(yīng)堅持簡單的原則。

電動汽車功率部件越來越呈現(xiàn)出小型化,、集成化的技術(shù)趨勢,，功率部件的EMC設(shè)計仍將是整車EMC設(shè)計的重要內(nèi)容之一。為提高續(xù)航里程而增大電池結(jié)構(gòu),，從而使整車電器系統(tǒng)布局更緊湊,，部件間EMI問題更突出。智能化,、高頻化等電子電器的安裝加劇了整車通過GB 14023測試的難度,，所以，評估,、評審階段還應(yīng)堅持與時俱進(jìn)的原則,。

3、結(jié)語

本文從工程應(yīng)用設(shè)計的角度,，對整車系統(tǒng)級EMC設(shè)計流程做了詳細(xì)描述,，而對設(shè)計細(xì)節(jié)以及EMC 指標(biāo)的量化未做具體描述，但整個設(shè)計流程還是非常清晰的,。采用系統(tǒng)方法,，按照特定的邏輯來組織研發(fā)過程中模糊的、相互糾纏在一起的各種研發(fā)活動,，最.大.程.度地減少研發(fā)活動的反復(fù)和耦合,，使復(fù)雜、模糊,、混亂的EMC研發(fā)活動流程化,，從而提高了EMC設(shè)計工作的效率和質(zhì)量，縮短了開發(fā)周期,，減少了研發(fā)成本及產(chǎn)品生命周期的總成本,。

在設(shè)計和選用電源濾波器的過程中，系統(tǒng)工程師發(fā)現(xiàn),，加了濾波器以后作用不大,，甚至?xí)l(fā)生某些頻段的噪聲變大。

OBC 內(nèi)部均設(shè)計了濾波單元,，但由于濾波單元設(shè)計不專業(yè)（包括濾波器輸出阻抗和 OBC 輸入阻抗相互匹配,、濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計不合理等）或受布局空間所限安裝位置不合理等原因，濾波器實際抑制干擾能力較差,，傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)現(xiàn)象較明顯,。

4、總結(jié)

本文所述示例說明了接地,、屏蔽以及濾波措施正確合理設(shè)計的重要性,。目前電動汽車電子電器零部件越來越多，整車電氣系統(tǒng)（包括各電器部件,、互連線纜以及車身架構(gòu)等）建立的電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜,，如何根據(jù)各電器部件自身EMC特性以及所處的電磁環(huán)境等因素，將EMC措施合理體現(xiàn)在整車設(shè)計中應(yīng)是研究的重點和關(guān)鍵,。

（文章來自電動車資源網(wǎng)）