新能源汽車用電機及其控制器電磁兼容性測試方法探討

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，傳統(tǒng)能源形勢日益緊張。在人們能源需求日益高漲的背景下，積極開發(fā)新能源就成為了社會各界的共識。新能源汽車就是新能源開發(fā)的典型例子，新能源汽車與傳統(tǒng)汽車相比，一個大的特點就是動力系統(tǒng)的不同。動力系統(tǒng)是汽車的核心，是汽車節(jié)省能源的關(guān)鍵。

新能源汽車動力系統(tǒng)中核心設(shè)備是用電機以及控制器。用電機和控制器的性能直接影響著新能源汽車的整體性能。傳統(tǒng)能源日益緊張，新型能源方興未艾。加強對新型能源汽車用電機以及控制器的電磁兼容性測試有助于保證新能源汽車的質(zhì)量，提升新能源汽車的性能。

1 新能源汽車動力系統(tǒng)兼容性測試的原因

當(dāng)前我國新能源汽車動力系統(tǒng)主要采用的是驅(qū)動電機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機系統(tǒng)相比優(yōu)勢很大。當(dāng)前我國新能源汽車動力系統(tǒng)尚處于研究階段，并沒有普及。在平常工作中新能源汽車動力系統(tǒng)由于電流在極短時間內(nèi)的跳動以及大功率半導(dǎo)體開關(guān)的快速移動會發(fā)出強烈的輻射以及電磁干擾。例如緣柵雙極型晶體管的開通和關(guān)斷，雖然只有幾十納秒，可是就是在這幾十納秒中可以產(chǎn)生強烈的電磁干擾。動力系統(tǒng)電磁干擾會嚴(yán)重影響到新能源汽車的性能，對新能源汽車用電系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。因而為了減小電磁干擾，我們就必須要加強電磁兼容性測試。

當(dāng)前我國新能源汽車兼容性測試技術(shù)還不是很成熟，與其他相比還有很大差距。我國新能源汽車動力系統(tǒng)兼容性測試大部分采用的是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)來進行測試的。我國目前還沒有完整科學(xué)的新能源動力系統(tǒng)兼容性測試標(biāo)準(zhǔn)。這是值得我們反思的地方。

2 動力系統(tǒng)電磁兼容性測試的內(nèi)容

針對新能源汽車動力系統(tǒng)電磁兼容性測試主要指的是兩個方面的措施：一是騷擾測試；二是抗擾測試。實現(xiàn)科學(xué)測試，就必須要精確把握這兩方面測試含義，要嚴(yán)格按照的相關(guān)規(guī)范來進行測試。

2.1 騷擾測試

騷擾測試主要指的是對在一定距離范圍內(nèi)的人員保護能力的測試。當(dāng)前騷擾測試采用的標(biāo)準(zhǔn)是GB 14023-2006。該標(biāo)準(zhǔn)與原來的標(biāo)準(zhǔn)相比，雖然內(nèi)容有所擴充，適應(yīng)了新能源汽車的某幾項要求，可是在該標(biāo)準(zhǔn)說到底是內(nèi)燃機式的標(biāo)準(zhǔn)。

采用這種標(biāo)準(zhǔn)無法科學(xué)地進行測試。該標(biāo)準(zhǔn)對被測對象的運行狀態(tài)主要是通過千米每小時來進行計算的，相反新能源汽車是按照轉(zhuǎn)每分鐘來進行測量的。兩者的計算標(biāo)準(zhǔn)就有著明顯區(qū)別。此外布置方式的不同也是導(dǎo)致兼容性測試失效的主要原因。在對動力系統(tǒng)單獨測量同裝在新能源汽車上的動力系統(tǒng)的測試是有明顯不同。兩者的布置方式有顯著不同。這就會使得兼容性測試沒有實際意義。

2.2 抗擾測試

抗擾測試主要指的是對機動車的電子器組件抗電磁輻射能力的測試。當(dāng)前我我國抗擾測試的參考標(biāo)準(zhǔn)是GB/T17619-1998。該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了抗擾限值和測試方法。由于驅(qū)動電機系統(tǒng)電磁兼容性測試環(huán)境與傳統(tǒng)車型兼容性測試的環(huán)境大致相同，因而采用GB/T 17619-1998來進行參考也是可行的。

3 新能源動力系統(tǒng)電磁兼容性測試的可行性方案

了解了動力系統(tǒng)兼容性測試的主要內(nèi)容之后，筆者就來探討新能源動力系統(tǒng)用電機及控制器電磁兼容性測試的可行性方案。我們針對驅(qū)動電機系統(tǒng)兼容性測試主要是要考慮兩方面的因素：一是要明確測試對象；二是要科學(xué)布置驅(qū)動機電系統(tǒng)和對運行狀況進行有效監(jiān)督。

明確測試對象

我們對新能源汽車用電系統(tǒng)用電機電磁兼容性測試的主要對象就是驅(qū)動電機整體。傳統(tǒng)的測試方法是把用電系統(tǒng)各個主要的元件以及逆變器分開來，進行獨立測試，這種分層測試方法測試效果不佳，測試成本較高。因而我們要采用整體測量的方法來對驅(qū)動電機系統(tǒng)進行兼容性測試。

科學(xué)布置驅(qū)動電機系統(tǒng)

上一篇《電動車電機驅(qū)動系統(tǒng)的工作點分析》對電機驅(qū)動系統(tǒng)進行了分析，電機驅(qū)動系統(tǒng)的布置方式對測試效果具有重要影響。在測試過程中慎重選擇布置方式是保證測量效果正確的關(guān)鍵。當(dāng)前我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中并沒有專門明確規(guī)定布置方式或者是雖然有些規(guī)定，但是這些規(guī)定不能適應(yīng)驅(qū)動電機系統(tǒng)的測試。因而我們在布置驅(qū)動電機系統(tǒng)的時候主要參考模擬實驗的布置方式來進行選擇。

在系統(tǒng)兼容性測試過程中一般需要對驅(qū)動電機系統(tǒng)進行加載。對驅(qū)動機電系統(tǒng)進行加載，可以有效提高發(fā)射水平。筆者曾專門就此做過實驗，筆者會同專業(yè)人士制作了一輛專門用于測試的臺車。在這輛臺車中主要是通過底盤測功機來對驅(qū)動電機系統(tǒng)進行加載。

在采用這種方式加載后，通過觀察實驗數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)發(fā)射水平有了很大提高，與平均水平相比多了50個dB。系統(tǒng)加載是提升驅(qū)動機電系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。在測量過程中要利用條件來為系統(tǒng)加載。在看到系統(tǒng)加載的好處的同時也要意識到當(dāng)前我國新能源汽車系統(tǒng)加載過程中還有許多限制因素。為典型的因素有兩條：一是要實現(xiàn)系統(tǒng)加載需要專門設(shè)置半電波暗室，此時測試成本就會很高；二是當(dāng)前我國系統(tǒng)加載技術(shù)還不成熟，還不能適應(yīng)復(fù)雜的形勢。我們在對驅(qū)動電機系統(tǒng)進行兼容性測試的時候，必須要充分考慮以上兩個因素。要在既定條件下實現(xiàn)兼容性測試的優(yōu)化。

4 兼容性測試標(biāo)準(zhǔn)

在了解了新能源汽車用電系統(tǒng)測量的可行性方案之后，還要精確把握各項測試標(biāo)準(zhǔn)。掌握這些兼容性測試標(biāo)準(zhǔn)對于科學(xué)測試具有重要意義。我們對于兼容性測試的參考標(biāo)準(zhǔn)的選擇主要是從以下幾個方面來進行考察的：

一是從輻射發(fā)射的角度來進行考察。當(dāng)前針對輻射角度的參考標(biāo)準(zhǔn)主要是GB 18655-2002和GB/T 18655-2002。這兩個標(biāo)準(zhǔn)主要是用于對新能源車內(nèi)接收裝置進行測量。這兩種標(biāo)準(zhǔn)使用范圍非常廣。驅(qū)動電機系統(tǒng)能夠適用于以上兩種標(biāo)準(zhǔn)，那么車內(nèi)各裝置就能取得較好的性能。例如筆者通過對一款新型的新能源轎車的驅(qū)動電機系統(tǒng)進行了專業(yè)的從輻射發(fā)射的角度進行了考察，經(jīng)過考察發(fā)現(xiàn)該車負(fù)荷GB 18655-2002標(biāo)準(zhǔn)，但是在輻射防護的性能方面還有待提高。

二是輻射抗擾度。針對輻射抗擾度的測量，我們主要是采用GB/T 17619-1998標(biāo)準(zhǔn)來進行測試。我們之所以要采用這種標(biāo)準(zhǔn)來進行測試主要原因是該測量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)明確規(guī)定了抗擾限值和測量方法。對于測量頻率范圍也有明確規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)不是專門用來測量新能源動力系統(tǒng)用電機電磁兼容性的，但是由于電磁輻射環(huán)境與該標(biāo)準(zhǔn)的輻射環(huán)境相差不大，因而我們采取此種標(biāo)準(zhǔn)進行測試。

三是傳導(dǎo)抗擾度。針對傳導(dǎo)抗擾度的測試主要是依據(jù)ISO7637-3-2007和ISO7637-2-2004D等標(biāo)準(zhǔn)來進行測試。這些標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了車輛24V電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾的測試方法。按照此項標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，傳導(dǎo)抗擾度有八種脈沖形式，這八種脈沖形式分別為1、2a、3a、3b、2b、4、5a、5b，其中前四種形式可以用來進行兼容性測試。

隨著我國傳統(tǒng)能源形勢的日益緊張，加快新能源的開發(fā)成為了社會各界的共識。當(dāng)前我國新能源汽車的開發(fā)和應(yīng)用有效地緩解了能源緊張的形勢。但是由于新能源本身動力系統(tǒng)在正常運行過程中會發(fā)出強烈的電磁輻射，此時對用電機及控制器電磁兼容性測試就顯得非常重要。