电动汽车电磁兼容性(EMC)历史回顾及前瞻——汽车电磁铁

    EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

    简单来说，EMC包括了EMI（ElectroMagnetic Interference，电磁干扰)和EMS（Electro Magnetic Susceptibility，电磁敏感性)。EMI是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰；EMS是指汽车电磁铁器具对所在环境中存在的电磁干扰所具有的一定程度的抗扰度。EMI是主动性的，即对外界产生的干扰，EMS是被动性的，即抵抗外界的干扰。所以对设备的EMC要求就是：减少对别人的干扰，同时自身能抵抗相当程度的外界干扰。

    EMC的历史背景

    17世纪，英国矿井工人发现，金丝雀对瓦斯这种气体十分敏感。空气中哪怕有极其微量的瓦斯，金丝雀也会停止歌唱；而当瓦斯含量超过一定限度时，虽然鲁钝的人类毫无察觉，金丝雀却早已毒发身亡。当时在采矿设备相对简陋的条件下，工人们每次下井都会带上一只金丝雀作为“瓦斯检测指标”，以便在危险状况下紧急撤离。

    20世纪20年代末开始普及的车载收音机，也在汽车的电磁环境中扮演着“矿井里的金丝雀”的角色。众所周知的早期警告称：汽车电磁兼容将是一个持续的挑战。到了20世纪30年代已经出现许多商业无线电品牌。早期的典范是AM(调幅)电台，它很容易受到点火噪音和汽车轮胎静态压力恢复的影响。这两种干扰源都是被迅速克服。起初由电阻电缆和电阻插头实现对火花塞的抑制，并且对最佳火花塞抑制的研究一直持续到20世纪70年代，导电碳也被用于添加到汽车轮胎中有效地防止静电电荷积累，工程师的头脑就这样胜过了电磁干扰汽车电磁铁。

    20世纪70年代开始，第一代数字电子和微处理器被引进到汽车上，车载电子设备盛行，带来了更大的电磁兼容挑战，与此同时也有着屏蔽、接地以及滤波等电磁兼容技术和不断更新汽车电磁兼容标准来与之抗衡，整车EMC设计性能普遍满足设计要求。现阶段，顺应节能环保以及车联网趋势的需求，电动汽车的崛起不可阻挡。电动汽车上大量采用高压和低压的电力电子器件，比如汽车电磁铁、电机控制器、DC/DC转换器、电机、电池、高压线束、车载大屏等，都是涉及到整车运行的重要器件，而这些器件都与EMC有着非常重要的联系。电动汽车EMC技术又将会怎样应对这些挑战呢？

    电动汽车EMC措施

    1.EMC标准

    汽车行业对车辆制定了严格的电磁兼容方面的标准和测试规范，首先零部件本身必须通过电磁兼容性测试，集成到整车后，汽车电磁铁整车也要通过电磁兼容性全面考核。电磁兼容性具有一票否决权，如果电磁兼容性不能满足相应法规测试要求，将导致产品不能上市，所以电磁兼容测试标准显得尤为重要，它对于电动汽车EMC具有把关作用。欧美发达国家十分重视对汽车电磁兼容性的研究，世界各国和相关国际性组织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l983年发布第1个电磁兼容国家标准GB39O7一l983以来，也已经发布了多个有关电磁兼容的国家标准，见下表。从表中不难得出，随着汽车电子工业的发展，对于EMC的要求不断增加，电磁兼容标准也在不断更新完善。2008年最新发布的GB/T18387一2008已经开始针对电动汽车汽车电磁铁做出的测试规范。相信随着电动汽车产业的发展，会有越来越多的标准出台。更严格的标准也会推动在电动汽车开发过程中车企对电磁兼容工作重视，为了保证合乎标准而更早期、更大量地投入到电磁兼容性开发过程中。

            ▲我国电磁兼容标准

    2.零部件EMC

    零部件电磁兼容性是整车电磁兼容性的基础和前提，用于电动车上的零部件不仅应满足零部件电磁兼容性要求，同时在整车电磁兼容性出现问题时，零部件供应商也有义务支持并进行相关整改。

    理论与实践证明，任何电磁骚扰的发生必须具备3 个条件: 骚扰源、传播骚扰的途径和敏感设备。作为电动汽车的零部件汽车电磁铁应该从两个方面尽可能地优化: 一是尽量降低骚扰的强度；二是尽可能地提高抗骚扰的能力。对于各控制单元（ECU）主要是通过滤波电路、 PCB布局、布线、多层板设计控制发射源，同时加强设备的屏蔽，必要时通过金属壳体，将控制单元外壳形成一个连续密封的导电体，使耦合到内部电路的电磁场被反射和吸收。对于潜在电磁骚扰源的电机控制器、直流/直流转换器、高压线束、高压蓄电池、汽车电磁铁，可将外壳形成一个良好的密封体实现屏蔽完整性，防止电磁泄露，再通过多点接地的方式将电机外壳与整车可靠接地，降低电磁辐射的水平。

            ▲金属外壳屏蔽保护的ECU

    3.整车系统EMC

    整车范围内首先保证零部件的EMC符合标准要求，通过线束将各个控制单元联系在一起。电动汽车整车级屏蔽设计的重点应是高压系统的布局、屏蔽设计以及CAN通信网络的抗干扰处理。首先尽量要求高压线束沿着车身布置，优化整车电磁辐射的环路，同时利用车身形成封闭的屏蔽舱。同时屏蔽高压电缆和连接器也是一种减少不必要的电磁干扰经济有效的方法，通过一系列标准的实验显示了屏蔽电缆和连接器能够有效减少在100 kHz到200 MHz频率范围内的不必要的干扰汽车电磁铁。

            ▲各种带屏蔽的高压线缆和连接器

    CAN总线系统用来完成电控、电机和电池三大系统之间的通信，直接关系到电动汽车的安全。对于电动汽车中的CAN通信网络，采用屏蔽双绞线，双绞线绞环中感应的电磁场相互抵消，从而降低了外界电磁场对绞线的干扰以及绞线间的干扰。同时东京电气化学公司（TDK）还提出使用Common Mode Filter（共模滤波）以及Split termination（分裂式终端）来改善CAN通信网络的EMC。

            ▲Common Mode Filter和Split termination的应用及作用

    电动汽车的开发受到社会各界的重视和欢迎。相对传统汽车，汽车电磁铁电动车更加节能、排放更低，但也面临一些新的EMC问题的挑战。对此，不断规范标准，从零部件到整车全方位提高电磁兼容性，最终达到标准并推向市场的电动汽车肯定会具备良好电磁兼容性。

    本文来源：http://www.sohu.com/a/199551413_733088

    参考资料

    1. 韩永杰，傅振兴．电动汽车电磁兼容研究概述．上海汽车，2007：2-6．

    2. S. Guttowski，S. Weber，etc．EMC Issues inCars with Electric Drives．ISEMC．2003．1236706．Source：IEEE Xplore．

    3. 裴春松．纯电动汽车电磁兼容分析与电磁干扰抑制．汽车电器．2011(10)：59-63．

    4. Toshio Tomonari．EMC Countermeasures for In-Vehicle CommunicationNetworks．TDK CorporationMagnetics Business Group．