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摘要：現(xiàn)有整車(chē)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中涉及的測(cè)試項(xiàng)目都是在靜止、勻速行駛、交直流充電等穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)于急加速、急減速、鎖車(chē)下電、解鎖上電、充電開(kāi)始、結(jié)束瞬間等瞬態(tài)工況研究較少，也無(wú)相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。文章通過(guò)對(duì)高壓瞬態(tài)波形的采集位置、車(chē)輛狀態(tài)、采集方法等進(jìn)行概述，重點(diǎn)介紹了新能源車(chē)輛在行駛狀態(tài)下的波形采集和注入方法，是研究車(chē)輛高壓端口波形的全新探索，研究方法和數(shù)據(jù)不僅可以為企業(yè)研發(fā)提供數(shù)據(jù)和方法支撐，還可以為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定提供數(shù)據(jù)及技術(shù)支持。

近年來(lái)，隨著新能源汽車(chē)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，其面臨的電磁兼容問(wèn)題變得更加嚴(yán)峻，尤其是車(chē)輛在行駛過(guò)程中的車(chē)內(nèi)網(wǎng)紋波問(wèn)題越發(fā)凸顯出來(lái)，根源主要在于 ：

（1）車(chē)內(nèi)非線性負(fù)載元件的使用，導(dǎo)致車(chē)輛在行駛過(guò)程中，內(nèi)部元件的整流逆變電路會(huì)伴隨產(chǎn)生高次諧波成分 ；

（2）為了追求更高精度控制和更好的降低功耗，車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)頻率越來(lái)越高 ；

（3）車(chē)內(nèi)越來(lái)越多非阻性大功率負(fù)載的投切導(dǎo)致車(chē)輛產(chǎn)生各種內(nèi)生性浪涌。

同時(shí)，伴隨著新能源車(chē)輛的廣泛使用，出現(xiàn)了許多關(guān)于車(chē)輛動(dòng)力中斷、車(chē)輛異響、元件老化加快、動(dòng)力喪失或非預(yù)期加速的報(bào)道，均與車(chē)輛內(nèi)網(wǎng)紋波問(wèn)題關(guān)聯(lián)較高，危害主要表現(xiàn)在 ：

（1）影響傳感器測(cè)量精度，引起電池剩余電量（soc）估算偏差和偶發(fā)動(dòng)力中斷、充電終止；

（2）縮減功率模塊、元件的使用壽命，造成功率模塊、電容的過(guò)熱燒毀 ；

（3）電池包、高壓電控單元諧振，引起瞬時(shí)電流過(guò)大、局部過(guò)熱起火、高壓接觸器拉??；

（4）引起渦流損耗，功耗明顯增加，降低續(xù)航里程。

這些危害與新能源車(chē)的高壓端口息息相關(guān)，對(duì)高壓端口瞬態(tài)波形采集和注入的研究意義十分重大。一方面，區(qū)別于傳統(tǒng)車(chē)輛，新能源車(chē)輛在啟動(dòng)、行駛、充電等過(guò)程中，一定會(huì)伴隨高壓動(dòng)力線纜的電壓波動(dòng)，這類(lèi)電壓波動(dòng)幅值較高且能量較大，極易對(duì)車(chē)輛造成影響，存在行車(chē)安全隱患 ；另一方面，目前新能源車(chē)電磁兼容抗擾測(cè)試類(lèi)的主要標(biāo)準(zhǔn)包括GB 34660-2017《道路車(chē)輛 電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》、ECE R10.06《關(guān)于就電磁兼容性方面批準(zhǔn)車(chē)輛的統(tǒng)一規(guī)定》和 GB/T 40428-2021《電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》，這些標(biāo)準(zhǔn)中涉及的測(cè)試項(xiàng)目都是在充電狀態(tài)或者勻速行駛狀態(tài)下進(jìn)行的，對(duì)于加速、減速、上電、下電這類(lèi)瞬態(tài)工況研究較少，目前尚無(wú)車(chē)輛瞬態(tài)下抗擾測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)落地。通過(guò)對(duì)車(chē)輛的高壓直流端口瞬態(tài)波形采集和注入的研究，可以有效提高車(chē)輛穩(wěn)定性和行車(chē)安全，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未落地。

目前標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀如圖 1 所示。針對(duì)上述情況，基于整車(chē)平臺(tái)開(kāi)展高壓瞬態(tài)波形的采集和分析，擬合出典型波形并對(duì)車(chē)輛進(jìn)行高壓瞬態(tài)抗擾度測(cè)試，可以為企業(yè)進(jìn)行研發(fā)驗(yàn)證提供支撐，有效降低車(chē)輛的電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供數(shù)據(jù)及技術(shù)支持。

圖1 EMC瞬態(tài)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀 

01測(cè)試方法研究

高壓瞬態(tài)波形采集和注入的測(cè)試流程如圖 2 所示，接下來(lái)將簡(jiǎn)單進(jìn)行介紹。

圖 2 高壓瞬態(tài)波形采集和注入的測(cè)試流程

1.1 第一階段

第一階段的主要測(cè)試是在車(chē)輛的不同高壓直流端口采集不同狀態(tài)（車(chē)輛靜止、車(chē)輛勻速、車(chē)輛加速、車(chē)輛減速）下的電壓波形。

靜止模式，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)且發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)；勻速行駛模式，車(chē)輛以 50 km/h 車(chē)速勻速行駛（若達(dá)不到，則以最大行駛速度運(yùn)行）；加速模式，車(chē)輛以大于等于 2.5 m/s2（若無(wú)法達(dá)到，則以最大加速度運(yùn)行）的加速度從 0 km/h 開(kāi)始加速到 70 km/h 為止 ；減速模式，車(chē)輛以大于等于2.5 m/s2（若無(wú)法達(dá)到，則以最大加速度運(yùn)行）的加速度從 70 km/h 開(kāi)始減速到 0 km/h 為止。

高壓瞬態(tài)采集的位置一般選擇動(dòng)力電池與電驅(qū)系統(tǒng)之間的高壓母線或其它等電位點(diǎn)，具體的采集方法如下 ：

（1）將連接示波器的高壓差分探頭夾在待測(cè)件相應(yīng)測(cè)試位置的正極 - 負(fù)極、正極 - 地、負(fù)極 - 地處 ；

（2）示波器耦合方式選擇交流或直流耦合；

（3）根據(jù)待測(cè)位置輸出電壓大小調(diào)節(jié)示波器時(shí)域和幅域至合適量程 ；此階段要在同一狀態(tài)、同一位置下進(jìn)行多次嘗試 ；

（4）對(duì)于實(shí)車(chē)路況下的測(cè)試要用獨(dú)立電源給示波器供電，差分探頭兩端卡在待測(cè)件端口；

（5）高壓差分探頭選擇 500 V（或更高）檔位 ；

（6）對(duì)于瞬時(shí)微小波形應(yīng)選擇示波器單次觸發(fā)功能，需要同一狀態(tài)下調(diào)整觸發(fā)電平和示波器采集時(shí)間參數(shù)來(lái)抓取 ；

（7）示波器調(diào)節(jié)好后分別按照靜止、勻速、加速、減速的車(chē)輛狀態(tài)進(jìn)行高壓瞬態(tài)波形測(cè)試及采集 ；

（8）將采集測(cè)試結(jié)果保存下來(lái)。某款純電汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)電壓為 400 V，行駛狀態(tài)下的干擾脈沖幅值限值為 40 V，其高壓瞬態(tài)采集波形如圖 3 所示，從圖中可看出干擾脈沖幅值大約為 9.3 V，因此可以判定該波形符合本文的判定要求。

圖 3 某款純電汽車(chē)高壓瞬態(tài)采集波形

綜合考量，按照主流車(chē)企測(cè)試樣車(chē)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合比較，得到測(cè)試評(píng)價(jià)表見(jiàn)表 1。

1.2 第二階段

第二階段為波形的分析階段，通過(guò)將采集到的波形進(jìn)行分析，選取各測(cè)試狀態(tài)下最嚴(yán)酷的波形參數(shù)，即頻率最高、峰峰值最大、上升時(shí)間最短、脈沖寬度最寬的波形參數(shù)擬合形成高壓瞬態(tài)波形，以模擬快速切換絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）或金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）等開(kāi)關(guān)元件產(chǎn)生的高頻振蕩。

1.3 第三階段

第三階段為波形的注入階段，將擬合好的高壓瞬態(tài)波形以及典型干擾波形（ISO/TS7637-4:2020中的低頻正弦波和脈沖正弦波）分別注入到車(chē)輛的高壓直流端口，觀察車(chē)輛功能狀態(tài)。脈沖注入失效判定準(zhǔn)則，具體參照GB 34660-2017 電磁輻射抗擾度檢驗(yàn)結(jié)果執(zhí)行。

02 波形注入數(shù)據(jù)分析

3~300 kHz 的相關(guān)要求參考 ISO/TS 7637-4:2020 等級(jí)四，具體見(jiàn)表 4。在負(fù)載開(kāi)路條件下采集到的低頻正弦波電壓波形如圖 4 所示。可以看出，電壓從左到右分別為 8.04 V、30.72 V、5.01 V，與表 2 基本一致，最右側(cè)波形為測(cè)試系統(tǒng)底噪。進(jìn)行完波形確認(rèn)，即可將低頻正弦波作為典型干擾脈沖注入到整車(chē)線束中，測(cè)試接線如圖 5 所示。本文所提出的適用于整車(chē)的測(cè)試方案與 ISO7637-4:2020 中的方案相比，取消了測(cè)試布置中的線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN），因?yàn)榇藭r(shí)已經(jīng)連接車(chē)輛，不再需要用 LISN 來(lái)模擬線路阻抗。

圖4 低頻正弦波開(kāi)路電壓波形

依據(jù)圖 5 進(jìn)行布置和測(cè)試，將表 2 中的波形注入到行駛車(chē)輛的高壓正極線上，采集到的波形如圖 6 所示，其中，藍(lán)線是在母線正負(fù)極采集到的電壓紋波，紅線是在母線正極采集到的電流波形。通過(guò)比較圖 4 和圖 6 可以發(fā)現(xiàn)，由于車(chē)輛高壓系統(tǒng)的分壓作用，導(dǎo)致采集到的波形峰值電壓降低較多，見(jiàn)圖 6 中藍(lán)色波形實(shí)芯部分，幅值在 -5~+5 V 之間，但整體走勢(shì)與圖 4 十分接近。另外，由于車(chē)輛測(cè)試狀態(tài)不是很穩(wěn)定，導(dǎo)致采集的電壓紋波毛刺比較多。同時(shí)可以看出，采集到母線正極電流波形在時(shí)域上與電壓紋波同步。

圖5 低頻正弦波注入布置圖

圖6 車(chē)輛行駛狀態(tài)正極注入脈沖后采集到的電壓電流波形

車(chē)輛在 ready 狀態(tài)下，即車(chē)輛已經(jīng)做好了一切準(zhǔn)備，啟動(dòng)成功，隨時(shí)可以離開(kāi)，此時(shí)電器區(qū)已上高壓。電驅(qū)的低壓已處于測(cè)試狀態(tài)，高壓功率模塊還沒(méi)有測(cè)試。在電池包到電驅(qū)系統(tǒng)之間的正極線注入如圖 4 的低頻正弦波，采集電池包正負(fù)極兩端電壓、耦合變壓器副邊電壓和電池包正極紋波電流的波形，分別對(duì)應(yīng)圖 7 由上至下三個(gè)采集通道波形?？梢园l(fā)現(xiàn)，注入波形在接入車(chē)輛后，隨著車(chē)輛和測(cè)試設(shè)備組成的系統(tǒng)阻抗的變化，幅值也進(jìn)行相應(yīng)變化，如圖 7 淺藍(lán)色曲線。由于車(chē)輛電池包內(nèi)阻較小，分壓作用導(dǎo)致注入的脈沖能量大部分都消耗在線路和測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)際注入到車(chē)輛的信號(hào)較小，如圖 7 深藍(lán)色曲線。ready 狀態(tài)下的電壓紋波毛刺，相較于行車(chē)狀態(tài)下已減少很多，處于十分平滑的狀態(tài)，這是由于 ready 狀態(tài)相比行車(chē)狀態(tài)，電池包到電驅(qū)系統(tǒng)的高壓線束上電流更穩(wěn)定，但整體的走勢(shì)仍與圖 4 所注入低頻正弦波基本一致。低頻正弦波測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖 8所示。

圖7 車(chē)輛ready狀態(tài)正極注入脈沖后采集到的電壓電流波形

高壓電源線上的脈沖正弦波騷擾（脈沖 A）和低頻正弦波騷擾（脈沖 B）是由方波信號(hào)過(guò)沖產(chǎn)生，車(chē)輛在行駛過(guò)程中一定會(huì)伴隨著開(kāi)關(guān)元件（IGBT、MOSFET 等）的通斷，本文通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)車(chē)輛在測(cè)試過(guò)程中，電驅(qū)系統(tǒng)的瞬態(tài)發(fā)射量相對(duì)較高，即使注入一相對(duì)較低安全閾度的干擾量，也容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速降低甚至停轉(zhuǎn)的情況。

新能源汽車(chē)在不同測(cè)試狀態(tài)下產(chǎn)生的高壓瞬態(tài)波形是威脅車(chē)輛電磁安全的重要因素。相較于 ISO 7637-4:2020 中規(guī)定的臺(tái)架瞬態(tài)采集和注入方法，本文所提的整車(chē)高壓瞬態(tài)采集注入方法有以下工程價(jià)值 ：

（1）整車(chē)采集與注入更貼合實(shí)際情況，臺(tái)架采集與注入普適性較高，但針對(duì)性不強(qiáng) ；

（2）臺(tái)架測(cè)試依據(jù)過(guò)往部件 / 車(chē)輛上采集到的數(shù)據(jù)，但新能源車(chē)輛發(fā)展迅猛，新型開(kāi)關(guān)元件的應(yīng)用無(wú)法模擬 ；

（3）整車(chē)注入過(guò)程中，存在高低壓部件間的高低壓耦合和高低壓線束信號(hào)串?dāng)_的情況，部件注入測(cè)試無(wú)法模擬此類(lèi)情況。

本文摘自：《安全與電磁兼容》2025年第01期
作者：王洪超、范巖、張登雨 、國(guó)晨、侯帥、張旺