摘要：現(xiàn)有整車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中涉及的測試項目都是在靜止、勻速行駛、交直流充電等穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行，對于急加速、急減速、鎖車下電、解鎖上電、充電開始、結(jié)束瞬間等瞬態(tài)工況研究較少，也無相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)。文章通過對高壓瞬態(tài)波形的采集位置、車輛狀態(tài)、采集方法等進(jìn)行概述，重點(diǎn)介紹了新能源車輛在行駛狀態(tài)下的波形采集和注入方法，是研究車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，還可以為國家標(biāo)準(zhǔn)的制定提供數(shù)據(jù)及技術(shù)支持。
近年來，隨著新能源汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，其面臨的電磁兼容問題變得更加嚴(yán)峻，尤其是車輛在行駛過程中的車內(nèi)網(wǎng)紋波問題越發(fā)凸顯出來，根源主要在于 ：
（1）車內(nèi)非線性負(fù)載元件的使用，導(dǎo)致車輛在行駛過程中，內(nèi)部元件的整流逆變電路會伴隨產(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，車內(nèi)開關(guān)元件的開關(guān)頻率越來越高 ；
（3）車內(nèi)越來越多非阻性大功率負(fù)載的投切導(dǎo)致車輛產(chǎn)生各種內(nèi)生性浪涌。
同時，伴隨著新能源車輛的廣泛使用，出現(xiàn)了許多關(guān)于車輛動力中斷、車輛異響、元件老化加快、動力喪失或非預(yù)期加速的報道，均與車輛內(nèi)網(wǎng)紋波問題關(guān)聯(lián)較高，危害主要表現(xiàn)在 ：
（1）影響傳感器測量精度，引起電池剩余電量（soc）估算偏差和偶發(fā)動力中斷、充電終止；
（2）縮減功率模塊、元件的使用壽命，造成功率模塊、電容的過熱燒毀 ；
（3）電池包、高壓電控單元諧振，引起瞬時電流過大、局部過熱起火、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的高壓端口息息相關(guān)，對高壓端口瞬態(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)車輛，新能源車輛在啟動、行駛、充電等過程中，一定會伴隨高壓動力線纜的電壓波動，這類電壓波動幅值較高且能量較大，極易對車輛造成影響，存在行車安全隱患 ；另一方面，目前新能源車電磁兼容抗擾測試類的主要標(biāo)準(zhǔn)包括GB 34660-2017《道路車輛 電磁兼容性要求和試驗方法》、ECE R10.06《關(guān)于就電磁兼容性方面批準(zhǔn)車輛的統(tǒng)一規(guī)定》和 GB/T 40428-2021《電動汽車傳導(dǎo)充電電磁兼容性要求和試驗方法》，這些標(biāo)準(zhǔn)中涉及的測試項目都是在充電狀態(tài)或者勻速行駛狀態(tài)下進(jìn)行的，對于加速、減速、上電、下電這類瞬態(tài)工況研究較少，目前尚無車輛瞬態(tài)下抗擾測試標(biāo)準(zhǔn)落地。通過對車輛的高壓直流端口瞬態(tài)波形采集和注入的研究，可以有效提高車輛穩(wěn)定性和行車安全，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。針對上述情況，基于整車平臺開展高壓瞬態(tài)波形的采集和分析，擬合出典型波形并對車輛進(jìn)行高壓瞬態(tài)抗擾度測試，可以為企業(yè)進(jìn)行研發(fā)驗證提供支撐，有效降低車輛的電磁兼容風(fēng)險，同時為國內(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測試方法研究
與 ISO/TS 7637-4:2020 相比，本文針對的待測件由高壓直流部件更換為新能源車輛，增加了對部件間聯(lián)調(diào)聯(lián)動的考核，從整體觀測車輛在瞬態(tài)脈沖作用下的性能表現(xiàn)，對部件間的干擾也納入到裕度考察工況中，還原車輛實際運(yùn)轉(zhuǎn)工況。通過波形采集、注入測試以及高壓瞬態(tài)安全性能評價可以獲取車輛在使用過程中的安全測試范圍，為車企和消費(fèi)者提供安心的用車環(huán)境。高壓瞬態(tài)波形采集和注入的測試流程如圖 2 所示，接下來將簡單進(jìn)行介紹。
圖 2 高壓瞬態(tài)波形采集和注入的測試流程
1.1 第一階段
第一階段的主要測試是在車輛的不同高壓直流端口采集不同狀態(tài)（車輛靜止、車輛勻速、車輛加速、車輛減速）下的電壓波形。
靜止模式，點(diǎn)火開關(guān)打開且發(fā)動機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)；勻速行駛模式，車輛以 50 km/h 車速勻速行駛（若達(dá)不到，則以最大行駛速度運(yùn)行）；加速模式，車輛以大于等于 2.5 m/s2（若無法達(dá)到，則以最大加速度運(yùn)行）的加速度從 0 km/h 開始加速到 70 km/h 為止 ；減速模式，車輛以大于等于2.5 m/s2（若無法達(dá)到，則以最大加速度運(yùn)行）的加速度從 70 km/h 開始減速到 0 km/h 為止。
高壓瞬態(tài)采集的位置一般選擇動力電池與電驅(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件相應(yīng)測試位置的正極 - 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)待測位置輸出電壓大小調(diào)節(jié)示波器時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）對于實車路況下的測試要用獨(dú)立電源給示波器供電，差分探頭兩端卡在待測件端口；
（5）高壓差分探頭選擇 500 V（或更高）檔位 ；
（6）對于瞬時微小波形應(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間參數(shù)來抓取 ；
（7）示波器調(diào)節(jié)好后分別按照靜止、勻速、加速、減速的車輛狀態(tài)進(jìn)行高壓瞬態(tài)波形測試及采集 ；
（8）將采集測試結(jié)果保存下來。某款純電汽車的穩(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 某款純電汽車高壓瞬態(tài)采集波形
綜合考量，按照主流車企測試樣車的測試結(jié)果進(jìn)行綜合比較，得到測試評價表見表 1。
1.2 第二階段
第二階段為波形的分析階段，通過將采集到的波形進(jìn)行分析，選取各測試狀態(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)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）等開關(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）分別注入到車輛的高壓直流端口，觀察車輛功能狀態(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結(jié)果執(zhí)行。
02 波形注入數(shù)據(jù)分析
結(jié)合 ISO/TS 7637-4:2020 等現(xiàn)行高壓瞬態(tài)標(biāo)準(zhǔn)體系，以某企標(biāo)整車測試規(guī)范中要求的低頻正弦波注入測試項目為例進(jìn)行介紹。表 2 是在高壓母線上注入的低頻正弦波騷擾參數(shù)信息。
3~300 kHz 的相關(guān)要求參考 ISO/TS 7637-4:2020 等級四，具體見表 4。在負(fù)載開路條件下采集到的低頻正弦波電壓波形如圖 4 所示?？梢钥闯?，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線束中，測試接線如圖 5 所示。本文所提出的適用于整車的測試方案與 ISO7637-4:2020 中的方案相比，取消了測試布置中的線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN），因為此時已經(jīng)連接車輛，不再需要用 LISN 來模擬線路阻抗。
圖4 低頻正弦波開路電壓波形
依據(jù)圖 5 進(jìn)行布置和測試，將表 2 中的波形注入到行駛車輛的高壓正極線上，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。通過比較圖 4 和圖 6 可以發(fā)現(xiàn)，由于車輛高壓系統(tǒng)的分壓作用，導(dǎo)致采集到的波形峰值電壓降低較多，見圖 6 中藍(lán)色波形實芯部分，幅值在 -5~+5 V 之間，但整體走勢與圖 4 十分接近。另外，由于車輛測試狀態(tài)不是很穩(wěn)定，導(dǎo)致采集的電壓紋波毛刺比較多。同時可以看出，采集到母線正極電流波形在時域上與電壓紋波同步。
圖5 低頻正弦波注入布置圖
圖6 車輛行駛狀態(tài)正極注入脈沖后采集到的電壓電流波形
車輛在 ready 狀態(tài)下，即車輛已經(jīng)做好了一切準(zhǔn)備，啟動成功，隨時可以離開，此時電器區(qū)已上高壓。電驅(qū)的低壓已處于測試狀態(tài)，高壓功率模塊還沒有測試。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，分別對應(yīng)圖 7 由上至下三個采集通道波形?？梢园l(fā)現(xiàn)，注入波形在接入車輛后，隨著車輛和測試設(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試系統(tǒng)內(nèi)，實際注入到車輛的信號較小，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，但整體的走勢仍與圖 4 所注入低頻正弦波基本一致。低頻正弦波測試現(xiàn)場如圖 8所示。
圖7 車輛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）是由方波信號過沖產(chǎn)生，車輛在行駛過程中一定會伴隨著開關(guān)元件（IGBT、MOSFET 等）的通斷，本文通過測試發(fā)現(xiàn)車輛在測試過程中，電驅(qū)系統(tǒng)的瞬態(tài)發(fā)射量相對較高，即使注入一相對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。
新能源汽車在不同測試狀態(tài)下產(chǎn)生的高壓瞬態(tài)波形是威脅車輛電磁安全的重要因素。相較于 ISO 7637-4:2020 中規(guī)定的臺架瞬態(tài)采集和注入方法，本文所提的整車高壓瞬態(tài)采集注入方法有以下工程價值 ：
（1）整車采集與注入更貼合實際情況，臺架采集與注入普適性較高，但針對性不強(qiáng) ；
（2）臺架測試依據(jù)過往部件 / 車輛上采集到的數(shù)據(jù)，但新能源車輛發(fā)展迅猛，新型開關(guān)元件的應(yīng)用無法模擬 ；
（3）整車注入過程中，存在高低壓部件間的高低壓耦合和高低壓線束信號串?dāng)_的情況，部件注入測試無法模擬此類情況。
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 、國晨、侯帥、張旺
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