EMC体育2017中国新能源汽车测试评价技术发展高峰论坛议题解析

　　2017年7月 26日-27日，由重庆车辆检测研究院有限公司（ 国家客车质量监督检验中心）、电动汽车资源网联合主办的“2017中国新能源汽车测试评价技术发展高峰论坛”（以下简称“深圳测评会”）将于深圳召开，本届峰会以“新能源汽车测试评价技术”为主题，针对新能源汽车产业政策及发展动态、新能源汽车整车测试评价及技术、新能源汽车关键零部件测试评价及技术、新能源汽车EMC综合解决方案等进行剖析。

　　清华大学教授、博士生导师，清华大学汽车研究所所长、汽车安全与节能国家重点实验室副主任 陈全世

　　新能源汽车是未来汽车发展的主流方向，取代传统纯油耗型汽车势在必行。我国“十二五”规划纲要已将新能源汽车列为战略性新兴产业之一。新能源汽车趋势有两个方面，一是新能源本身的一些技术发展，这个大的趋势大家都很清楚，无非重点核心还是在动力电池方面，如何提升能量密度，如何提升续驶里程，包括降低成本。但是我们也从另外的层面看一下整个汽车产业的趋势，也是新能源汽车发展的一个大趋势，我想主要有三个方面：轻量化、智能化、低碳化。

　　自实行“三纵三横三平台”以来，我国新能源汽车高速发展，国家出台许多鼓励机制，如补贴政策，推广方案等，根据《汽车产业中长期发展规划》，到2020年，新能源汽车年产销达到200万辆，动力电池单体比能量达到300瓦时/千克以上，力争实现350瓦时/千克，系统比能量力争达到260瓦时/千克、成本降至1元/瓦时以下。到2025年，新能源汽车占汽车产销20%以上，动力电池系统比能量达到350瓦时/千克。

　　1.发展重点主要在燃料电池汽车上，氢＋燃料电池模式 是清洁节能汽车的最终解决方案。

　　德国新能源汽车发展路线并不强调一蹴而就。从整体上看，德国发展路线将混合动力与清洁柴油技术视为近期的过渡解决方案，纯电动车作为中远期的解决方案，而氢动力作为理想的远期解决方案。

　　20世纪90年代中期，法国开始推广电动汽车和天然气汽车。1999年政府要求市政所有部门的电动汽车和天然气汽车比例必须占市政部门拥有车辆总数的20%以上，以此带动整个社会选择环保车型。

　　在2017年1月，司机们总共登记了17万4564辆新机动车，较去年同期增长2.9%，是自2005年来，英国单月新车登记数量的最高值。其中，电动汽车在新车登记数量中的占比呈上升趋势，达到4.2%，创历史新高。

　　近年来，新能源汽车安全事故频发，成为制约新能源汽车商业化的“短板”，预防其安全事故也成为国际性难题和研究热点。《电动汽车远程服务与管理系统技术规范》对电动汽车的安全运营有非常重大意义。其中，对汽车运行监控、大数据分析是车辆安全应用、质量跟踪与管理的智能化手段。

　　随着我们经济的发展，客车的安全性问题日益突出，由于营运客车大量的使用也会带来环境污染和能源浪费以及能源危机。所以说对现在的客车，不管是公路营运客车，还是我们的公交系统的车辆都会提出安全、节能、效率三方面的要求。

　　从测试的角度考虑，电动客车具有以下特点： （1）载客多、逃生通道较拥挤;（2）生产企业多、技术水平参差不齐; （3）单一车型产量小，不利于产品持续改进和质量提升……随着近年前期运行车辆开始逐步老化，出现了一些安全事故，需要引起行业高度重视。

　　当前，中国在传统车电磁兼容的基础上，进一步增加了电动汽车电磁兼容相关要求，电磁兼容是电动汽车深度研发过程中碰到的一个技术难点，对整车制造提出了非常大的挑战，主要是开发设计难度高、安全重要性高、标准强制性高、测试验证的代价高。因此，这给电动汽车研发与制造带来了

　　因此，面对着电磁兼容带来的问题，为了保证电动汽车的电磁兼容性，在开发过程中，必须遵循全面正确认识和贯彻电磁兼容设计工作、从项目设计之初切入、从零部件入手、注重采用系统的解决方案等原则。

　　整车的布局、设计、安全等，很大程度上会影响着动力电池系统的可靠性及安全性。如动力电池设计在底盘，如果不采取防护措施，很容易导致电池进水，导致线路短路进而引发燃烧。再比如，当电动汽车发生碰撞时,电池将承受巨大的冲击载荷,并且可能受到挤压、穿刺等损坏，严重的造成电池的燃烧、爆炸等。

　　电动汽车续航里程越高，就需要提供更多的电池组，但这样会加大电池成本，同时车重也增加了，而对整车工作效率也大大降低。另外，以加大电池组来提高续航里程，会对电池管理系统造成一定的压力。

　　相比于传统客车，电动客车由于增加了DC/AC逆变器、DC/DC变换器、驱动电机以及充电机等高压大功率电子电气设备，且在其行驶过程中频繁加速、减速及上下坡的同时，需要进行电源变换和能量回馈，这些设备在整流、变频、变流时所产生的电磁干扰使得电动客车的电磁兼容(EMC)问题变得更为严重。

　　充电机主要的应用是给电动汽车上的动力电池充电，按是否安装在车上，充电机可分为车载式（随车型）和固定式。固定式充电机一般为固定在充电站内的大型充电机，主要以大功率和快速充电为主。而车载充电机安装在车辆内部，其优势就是可以在车库，路边或者住宅等任何有交流电源供电的地方随时充电，功率相对较小。

　　车载充电机系统主要采用电压、电流反馈的方法来达到恒流、恒压充电的目的，同时要对充电过程的各种参数进行控制和监测。充电机的电路由主充电路和辅助电路组成。主充电路采用的是全桥逆变电路，另一方面为了对电压、电流、温度进行实时检测，同时报告电池的漏电、热管理、报警、剩余容量等一系列状态，车载动力电池需要有电池管理系统进行辅助管控。

　　电动汽车电磁兼容性测试研究的迫切性，但在设计中应该遵循EMC设计思想融入到部件和整车设计中，并且基于合理的开发流程，井然有序的电气架构布局和驱动隔离电源EMC设计。但要重点关注，布局与空间的矛盾，DC/DC输出端需要关注，高压零部件系统集成技术能力亟需提升，V2G、无线充电等新兴技术应用、标准制定及实施等。

　　由于电磁兼容性问题具有看不见、摸不着以及随机的特性，因此，电动客车运行中更容易出现“莫名其妙”的故障，影响其某些功能的正常运行和安全行驶。

　　电动汽车的电磁兼容性应从电磁兼容的三要素来分析，三要素中任何一个条件的削弱或缺失、电磁干扰都将得到改善和解决。电磁干扰主要分为车载干扰源、自然干扰源和人为干扰源，通常抑制电磁干扰的措施有屏蔽、滤波和塔铁。

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　　随着车用驱动电机系统产品研发和生产的不断深入，需要有相应的标准来进行规范和引导。科技部在《关于发布国家重点研发计划试点专项2016年度第一批项目申报指南的通知》中，将驱动电机列入重点发展项目。另外，国家也发布了许多的试验检测标准文件，以下是关于电机安全性可靠性的相关标准：

　　整车网络拓扑结构，整车控制器兼用来实现跨子网数据通讯，它作为整车的脑部神经中枢系统，承担了整个系统的能量分配、扭矩管理、错误诊断等功能。在三级模块体系和平台架构中，整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术，他们存在着相互关联相互协作的关系，从而使电池系统及驱动系统得到安全空全，提高安全性。

　　整车控制器通过采集驾驶员踏板，判断驾驶员的驾驶意图，确认擎引模式，并计算出目标擎引力矩，将相关控制指令通过CAN总线发送给电机控制器，电机控制器根据控制命令控制电机工作与驱动工况。同时，电机控制器将电机转速、直流电压、直流电流等信息，通过CAN总线发送给整车控制器和仪表。储能系统中的电池管理系统对电池组的各个单体电池电压和电池包温度进行测量EMC体育，并进行电量计算，将电池信息通过CAN总线发送给整车控制器和仪表。可见，CAN总线系统是电动汽车的神经网络，设计电动汽车安全的信息必须实时无误地传递。

　　世界各国和相关国际性组织EMC体育，制定了众多的标准和法规来限制汽车的电磁兼容问题。我国自从1983年发布第1个电磁兼容国家标准GB3907--1983以来，已经发布了多个有关电磁兼容的国家标准，但还很不健全，有待进一步研究改善。目前发布的有关车辆电磁兼容标准如下：

　　（1）驱动系统的安全性主要表现在防水，主要是高压和低压的线束和连接件IP防护问题。

　　（2）其次是上坡驻车的问题，通常用转矩和转速的控制切换，自动地使车可以稳定的不溜坡，不会倒回去。

　　（3）电机的过热、控制器的过热和电机的去磁等保护都要防止突然的断电和突然的掉电，以此达到车辆的转矩安全。

　　（4）永磁电机退磁，主要原因是材料本身、电机设计、电机使用不当等因素引起，会使电机性能降低,甚至无法使用，从而带来安全隐患。

　　（5）安规电容与绝缘故障造成的安全隐患，电磁兼容（EMC）要求不严格，为了减低EMI装了安规电容之后，只要控制器当中有一点短路就会通过安规电容形成回路，非常严重的。

　　（6）短路保护需要在设计电机中考虑，在电机冷态在最高电机转速的时候容易产生较高反电势，甚至导致控制器开关管烧掉。

　　BMS 及其硬件电路结构，电路主要由电源模块、传感器模块、保护模块、MCU 模块和通讯模块等部分组成。由于 BMS 采用金属铝质外壳，车内电磁干扰对 BMS 的耦合有两种主要途径：车内的低频瞬态和各种干扰直接通过 BMS 的电源线以共模或差模干扰的形式耦合进 BMS，而车内的各种辐射干扰场把能量耦合在 BMS 的连接线束上，形成共模干扰电流耦合进 BMS。

　　针对上述 BMS 外部的电磁干扰源和耦合机理可在 BMS 的电路原理设计、印刷电路板设计和结构设计等方面采取针对性的 EMC设计方法 。重点对电源电路、敏感小信号采集电路、接口电路、PCB元器件布局和布线，并结合 PCB 的 EMC 仿真分析和软件滤波技术，使 BMS 具有较好的抗电磁干扰性能。

　　车载电源是一种为特殊车辆上装设备提供电源保障的设备，因其采用了电源转换器作为交直流充电的主要功率器件，会产生多种类型的电磁干扰，干扰现象较复杂，有效地解决这一问题往往比较困难。

　　而对于车载电源系统电磁兼容设计和途径是：（1）明确设计的内容和目标；（2）干扰源确定；（3）滤波处理；（4）结构屏蔽设计；（5）PCB板的电磁兼容性设计；（6）接地设计。

　　电磁兼容，简称EMC，指设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中热河失误购成不能承受的电磁骚扰能力。电磁兼容的三要素是干扰源、传播途径和敏感源。电动汽车处于十分复杂的电磁环境中吗，车上电子电气设备种类繁多，电磁干扰途径多种多样，设备的电磁敏感度也各不相同。为达到电磁兼容性的设计要求，就要分析各种电磁干扰源的特性和技术参数，确定干扰路径和耦合方式，根据具体参数采取抑制干扰、消除干扰的措施。

　　刘青山表示，汽车EMC问题包括EMI（电磁干扰）及EMS（抗电磁干扰）两方面的要求：一方面汽车在正常运行状态下产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面汽车能抵御环境中一定强度电磁干扰的能力。电磁干扰看不见摸不着，难以察觉，出现问题后很难查找。有电磁干扰信号时才会引发上述“莫名其妙”的故障，一旦电磁干扰信号消失，车辆行驶就恢复正常。随着客车电器化、电子化、智能化程度的提高，客车的EMC问题越来越突出、越来越严峻，甚至影响到车辆的行车安全和节能减排水平。

　　电动汽车要求动力电池BMS等核心电气零部件满足GB/T18655-2010 《车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量方法》中要求的（1）传导骚扰（2）辐射骚扰（含GPS），目前是电动汽车电气零部件推荐执行指标。

　　从电磁兼容角度而言，其关注的频率主要在中高频，动力电池作为整车电磁干扰耦合的重要节点，它的高频特性直接影响到整车电磁兼容的研究。到目前为止，由于汽车电磁兼容发展的滞后性，电池高频和全频域的电磁兼容特性国内外很少有人研究。