電動汽車的係（xì）統級EMC設（shè）計

電動汽車車載電器部件要滿足相應 EMC 技術要求，就應考慮其內部元器件和導線的合理布排，並做相應的測試及優化工作。由於（yú）整車電氣係統為（wéi）各電器部件及（jí）連接線纜的（de）集成體，設備之間的相互影響（xiǎng）加劇了電磁環境的複雜性，部件級EMC測試和整車EMC測試關聯解析難度大。同時各車型（xíng）在功能（néng）、市場（chǎng）定位、係統架構與布局、零部件電磁特性、集成度等方（fāng）麵可能存在較大差異，很難給出（chū）一個或一組統一的定（dìng）量化指標去適合於所有電動汽車。

在EMC設（shè）計、管理等方麵，國內電動汽車廠普遍存在以下幾方麵問題：

① EMC工作主要由EMC工程（chéng）師開展，缺乏係統內協（xié）作；

② EMC工作主要圍繞電（diàn）器部件及整車的EMC 測試（shì）展開，EMC設計不足；

③電（diàn）器部件EMC設計和（hé）整車EMC設計脫節，EMC問題幾乎 全部由車載電（diàn）器部件承擔責任；

④ 企業曆史短，缺乏專業的EMC設計經驗，缺乏規範的 EMC研發、管理流程。

本文參考係統級電磁兼容設計思想，並借鑒（jiàn）國外電動汽車的優秀EMC設計方（fāng）法（fǎ），提出一種電動汽車係（xì）統級EMC開發方法，該方法建立的係統開發（fā）流程貫穿實施於車輛開發各流程（chéng）中，整車一次性通過EMC法（fǎ）規測試，並做（zuò）到了係統（tǒng）內的良好兼容性（xìng）。

1、電動（dòng）汽車係統級 EMC 設計思想

係統電磁兼容問（wèn）題在分析方法（fǎ）、設（shè）計方法、試驗方法方麵（miàn），均為係統（tǒng）工程問題。

電動汽車係統級EMC設計思（sī）想：綜合考慮電器部件性能（néng）及功能完整性、可靠性、技術成（chéng）本、車身輕量化（huà）、產品上市周期（qī）等各（gè）種因素（sù），確定布局和技術控製狀態，選取材料、結構和工藝，在車輛研發的各階段，以最.低（dī）的成本、最.有.效（xiào）的方式將（jiāng）接地、屏蔽（bì）及濾波等設計思想及具體措施實施到產品（pǐn）或係統中，在測試階（jiē）段做出詳（xiáng）細的EMC測試評價、優化及管理，最（zuì）終形成一套可行性高的正向開發設計方法或流程。

在產品質量前期策劃（advanced product quality planning，簡稱 APQP）過程中，新產品研發（fā）過程一般由5個階段組成：計（jì）劃定義和項目（mù）、產品設計和開發驗證、過程設計和開發驗證、產品和過程確認，以及（jí）反饋、評估和糾正措施，APQP 進度圖（tú）如圖 1 所示。

圖 1 APQP 進度圖

借（jiè）鑒APQP流程，電動汽車係統級EMC開發（fā）流程 可包（bāo）括：EMC規劃（huá）階段、EMC係統架構布局階段、EMC設計階（jiē）段、EMC係統測試及狀態凍結階段以及EMC評估、評審和優化階（jiē）段。

上述（shù）各階段需要車型設計總師、項目經理、EMC專家、EMC工程師、電氣工程師、線束工（gōng）程師、總布置工程師、結構工程師、測試工程師以及各電器部件供應商等協作參與（yǔ），共同完（wán）成。

2、電動汽車係（xì）統級EMC設計開發流程

2.1 EMC 規劃（huá）階段

本階段（duàn）工作內容是在分析整車技術規範（Vehicle Technical Specification，簡稱VTS）初稿的基礎上，對表1中（zhōng）列舉（jǔ）的內容進行研究，重點掌握現有電器部件EMC特性，並編（biān）寫整（zhěng）車EMC設計指導書等報告，為EMC係統架構布局提供（gòng）重要依據。

表1 EMC 規劃階（jiē）段主要工作內容

2.2 EMC 係（xì）統架構布局階段

本階段是整車係統級EMC 開發流程中最（zuì）為關鍵的（de）一步，其核（hé）心工作內容可歸結為“先由麵建點，再由點（diǎn）連線"。

“麵"即（jí）為由車身、車身支架、12 V 蓄電池負極等建立的參考地。

“點"為車載電器部件，以規劃階（jiē）段編（biān）寫的《高壓部件布局（jú）布置（zhì）指導性設（shè）計報告》、《CAN 網絡線束布局布置指導性設（shè）計規範》等報告為指導，綜（zōng）合考慮車身數模及電（diàn）器零部件初版（bǎn）數模，對車載（zǎi）關鍵電器部件進行（háng）布局。優先（xiān）進行動力蓄電池布置；根據驅動方式、冷卻係統、可安裝位置（zhì）、質心坐標等確定電機（jī）本體大致布置；結合功能性要求、碰撞安全性法規要求、IP 防護、安裝便利性、美（měi）觀等，確定其它電器部（bù）件布局。“點"還包（bāo）括抽象的接地點，隨著電器部件布局（jú）位置確認而確定（dìng）。接地點的選取應以就近接地、係統接地網絡的合（hé）理、可維（wéi）護為原（yuán）則。

“線"即為前麵建立的各“點"之間的（de）互連線纜，是整車電氣係統的重要組（zǔ）成部分。線纜布置的基本原則：盡量短、避（bì）免（miǎn）交叉、走向美觀、安裝固（gù）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（網絡資料）

優先考慮係統布（bù）局這一策略是成本（běn）最.劃.算.的一種EMC設計方法，對係統進行布局劃分，使對幹擾電流的控製成為可能。

整車EMC架構布局需要綜合（hé）考慮各種技術要求，並將EMC技術融入到產品架構設計中（zhōng）去。圖3為某型號電（diàn）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，線纜走向更規範，整車碰（pèng）撞安全性也更高。兩種布置方案下電（diàn）器部件殼（ké）體設（shè）計、連接器選（xuǎn）型等均（jun1）存在較大差異，說明若布局（jú）階段“點"規劃不（bú）合理，會導致（zhì）整車電氣係統架構布局的變更，其對整車設計成本、上市周期（qī）等均帶來較（jiào）大變（biàn）化。整車設計初期，不建議所有電器部件都做出開模計劃，同時從整車設計角度，“點"也應該符合“麵"的規劃，即使一些電器部件前期已開模且適用於一些車型，也應該根據本車型布置要求，在評審後重新製定（dìng）開（kāi）模計劃。

（a）布局淩亂

（b）布局整齊

圖3 某型號（hào）電動汽車布局差異對比（網絡資料）

圖（tú）4為某車型不合理的電（diàn）機（jī）係統（tǒng）（電機（jī）和電機控製器）布局（jú）圖，該布局導致U、V、W 線纜過長，根據設計經驗（yàn），該方案存在輻射發射超標風險，EMC評審不通（tōng）過（guò），該布局方案未獲批準。

圖4 某（mǒu）車型前期不合理的電機係統布局圖

布局合理最基（jī）礎，其經濟性（xìng）也最高。車內（nèi）電子通信設備的（de）日益增多使互連係統的排布密度大幅度增加， 加（jiā）上（shàng）車載係統狹小的內部空間，因而對前期係（xì）統架構布 局提出了更高（gāo）的要求。表2列舉了本階段主要輸出報告（gào）。

表 2 EMC 係統架構布局階段主要輸（shū）出報告

2.3 EMC 設計階段

EMC設計雖然不是（shì）什麽新鮮技術，但其需要（yào）大（dà）量（liàng）專（zhuān）業設計、製造工（gōng）藝以及管理等知識的（de）支撐，並要參考一切可以指導團（tuán）隊和員工決策或行動的信息、標準、規範、法則及經驗，最終形成（chéng）用於指導生產的設計知識體係，研發過程中知（zhī）識流動和轉換（huàn）框圖如圖 5 所示。

圖5 新（xīn）產品研發中知識（shí）的流動和轉換框圖（tú）

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

表 3 EMC 設計階段主要輸出（chū）報告

接（jiē）地（dì）設計主要包括接地線的（de）工藝、接地螺（luó）栓和螺（luó）母選型（xíng）、接（jiē）地點防腐蝕（shí）處理工藝設計等。圖 6為某型號（hào）電動汽車接地設計細（xì）節，可（kě）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（xíng）號（hào）電動汽車接地（dì）設（shè）計（jì）（網絡資料）

屏蔽設計的關鍵之一在於高低壓電器部件殼體設計，如何將工業設計等技術和（hé）殼體屏蔽設計技術（shù）巧妙結合在一起，體現 EMC 設計技術和藝術的完.美結合，是本部分的難點。由於（yú）殼（ké）體開模（mó）成本較高，建議全新（xīn）開模在評審通過後確定。

應當指出，在選用屏蔽線纜時，不僅要考慮其（qí）屏蔽性能（néng），還要考慮成本、機械強度（dù）等特性（xìng）。當整個電纜受到過多的機械、天氣和潮濕的影（yǐng）響時，影響最嚴重的屏蔽部分就是連接處，通常使用5年之後性能將下降一個數量級（20 dB）。

對於多電纜入口的機箱殼體，為保證（zhèng）屏蔽連接（jiē）的連續性，電纜屏蔽連接方法（fǎ）可參考圖 7。

（a）線（xiàn）纜屏蔽層（céng）和殼體端接

（b）線纜（lǎn）端連（lián）接夾具

圖 7 多電（diàn）纜屏蔽層和殼體電連接（網絡資料）

（a）電（diàn）機本體 （b）電（diàn）機及集成控製器

圖8 某型號電動汽車電機係統設計（網絡資（zī）料）

若考慮成本，部（bù）件屏蔽設計難以做到完.美，可考慮係統級解決措施。圖8為某型號電動汽（qì）車電機係統設計，為降低 U、V、W 線纜可能帶來的輻（fú）射發射問題，其在電（diàn）機端增加一金屬屏蔽盒，在提高 EMC設計的同時提（tí）高了IP防護等級。

2.4 EMC 係統測試及（jí）狀態凍結階段

係統電磁兼容試驗技術包括：試驗規範製定、標準製定、項目選擇、實施方法（fǎ）、場地建設、誤差處理等技術和過程。為保（bǎo）證EMC測試的一致性（xìng），係統（tǒng）測試必須在標準的試驗環境下進行。根據自身條件建（jiàn）立相應測試環（huán）境或選擇測試機構，都是不錯的選擇，為節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（chén）重的代價。

若脫離整車測試驗證環節，零部（bù）件EMC設計很可能出現設計不足或過設計問題。EMC 係統測試（shì）是係統（tǒng）級（jí）EMC設計（jì）流程中重要的環節，既用於（yú）驗證整車 EMC 設計（jì）的合（hé）理性，又為設計方案優化、評審及凍結提供依據。在（zài）驗證各電器部件EMC設（shè）計符合性（xìng）的前提（tí）下，驗證零部（bù）件EMC測試數據和整車測試數據的關聯性，根據整車測試中暴露出（chū）來的（de）問題，首先對整車（chē）係統內接地措施進行嚐試性優（yōu）化整改，在整改（gǎi）效果（guǒ）難以滿足整車測試需求的前（qián）提下（xià），對零部件EMC指標進行有針對性的更改，根據整改便利性（xìng）、成（chéng）本、可靠性、開發周期等因素確認零部件更改比重，並保證足夠（gòu）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（shì）的（de）一致性。

狀（zhuàng）態凍結階段（duàn），需要（yào）隨機抽樣同一批次（cì）各（gè）電器部件多台進行測試，在測試數據一致（zhì）性（xìng）評審通過後，凍結零部件EMC設（shè）計。同樣，隻有整車測（cè）試具有足夠的一致性和裕量，整車EMC 設計數據才（cái）能凍結。

本階段主要輸（shū）出（chū）報告有：《電器部件 EMC 測試分 析報告》、《整車測試（shì）分析報告》、《係統設計優化（huà）分 析報告》、《XX 零部件EMC優（yōu）化設計分析報告》、《接地線（含接地（dì）螺栓、螺母）鹽霧（wù）等試驗分（fèn）析（xī）報告）》、《接地線阻抗測試報（bào）告》、《接地點防腐處理（lǐ）工藝設計評審 報告》、《接地點可維護性評審報（bào）告》、《電器部件殼體數模凍結報告》、《電器部件EMC設計（jì）方案凍結報告》、《XX 車型EMC設（shè）計方案（àn）凍結報告》等。

2.5 EMC 評估（gū）、評審和優化（huà）階段

本階段貫穿於（yú）係統級EMC設計的整個（gè）流程中，每個階段的評估、評審和優化，必須保證零部件設計（jì）和整車設計具有一定（dìng）的同（tóng）步性。評估、評審時既要（yào）考慮功能完整性、技（jì）術先進性、可靠性、安全性等設計因素，還需要 EMC 專家的技術指導，同時又要綜合考慮設計美 觀度、可維護性、可工程化、成本等其（qí）它因素。

簡單合理的設（shè）計（jì）是最.好.的設計，這無疑（yí）在節約成本，提高（gāo）產品良品率，加快上市時間的同（tóng）時，讓電動汽車EMC設計的風（fēng）險降至最.低，所以評估、評審階段（duàn）還應堅持簡單的原則。

電動汽車功率部件越來越呈現出（chū）小型化、集成化的技（jì）術趨勢，功（gōng）率部件（jiàn）的EMC設計仍（réng）將是整車EMC設計的（de）重要內容之一。為提高（gāo）續航裏程而增大電池結構（gòu），從而使整車電器係統（tǒng）布局（jú）更緊湊，部件間EMI問題更（gèng）突出。智能化（huà）、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（shěn）階段還應堅持與時俱（jù）進的原（yuán）則。

3、結語

本文從工程應用設計的角度，對整車係統級（jí）EMC設計流程做了詳細描（miáo）述，而對設計細節以及EMC 指標的量化未做具體描述，但（dàn）整個設計流程還是非常清晰的。采用係統方法，按照特定的邏輯來組織研發過程中模糊的、相互糾纏在（zài）一起的各種研發活動，最.大.程.度地減少研發活動的（de）反複和耦（ǒu）合，使複雜、模糊、混亂的EMC研發活動流程化，從而提（tí）高了EMC設計工作的效率和質量，縮短（duǎn）了開發周期，減（jiǎn）少了研發成本及產品生命周期的總成本。

在設計和選用電源濾波器（qì）的過程中，係統工程師發現，加了濾波器以後作用不（bú）大，甚至會發生（shēng）某些頻段的噪聲變大。

OBC 內部均設計了濾波單元，但由於濾波單元設計不專業（包括濾波器輸出阻抗和 OBC 輸（shū）入阻抗相互匹配、濾波器（qì）拓撲結（jié）構設計（jì）不合理等）或受布局空間所限安裝位置不合理等原（yuán）因，濾波（bō）器（qì）實際抑製幹擾能力較差，傳（chuán）導發射超標現象較明顯。

4、總結

本文所述示例（lì）說（shuō）明了接地、屏蔽以及濾波措施正確合（hé）理設計的重要性。目前電動汽車電（diàn）子電器零部件越來越多，整車電氣係統（包括各電器部（bù）件、互連線纜（lǎn）以及車身架構等）建立（lì）的電（diàn）磁環境也越來越複雜，如何（hé）根據各電器部件自身EMC特性以及所處的電磁環（huán）境等因（yīn）素，將EMC措施合理體現在整車設計中應是研究（jiū）的重點和關鍵。

（文章來自電（diàn）動車資源網）