某款电动汽车充电辐射与传导整改案例浅析
车企想要出口到欧盟，中东，拉美等地区需要满足EMark认证和eMark认证要求，以确保车辆的安全和对环境的保护。目前大E认证采用的电磁兼容性测试法规ECER10第05版与第06版兼容的模式。而这两个版本相对于第04版来说增加了对车辆的充电工况考察。
新能源汽车交流充电过程作为一种功率变换过程，其简易模型如图1所示。在其充电过程中车载充电机中的开关管通断状态高速切换，高du/dt与高di/dt的变化使得开关管产生了浪涌电流与尖峰电压。
同理在充电盒内部亦有用于通信的PWM波和开关管，在车辆充电过程中，电盒内部的控制及功率变换电路也会产生大量的电磁干扰，这些电磁干扰可能会通过电源线耦合至电网中，影响其他用电器的正常使用，也可能通过开关管与散热器间的寄生电容耦合至内部电路，或通过散热器及变压器向空间辐射。
为了更好的评估电动汽车交流充电过程中的电磁骚扰，需要进行辐射及传导测试，以测试和检验车辆充电过程中的电磁兼容性。
本文以某款纯电动汽车在出口认证试验中的不合格项为研究对象，分析其噪声源头，给出实际的整改意见，并进行回归验证，使车辆顺利通过试验。
1、车辆交流充电试验
1.1 试验介绍
表1是车辆在做ECER10.05时需要的测试项目。包含了M、N、L类车辆及其电气/电子部件，O类及其它车辆可参照执行。在第6版中增加了T、R、S类车辆。
从表中可以看出，在ECER10第05版对电动汽车的充电相关试验做了强制性要求。其中《车辆宽带发射-充电状态（AC&DC）》与《车辆AC或DC电源线的射频传导骚扰发射测试方法》这两项试验一次通过率整体偏低。
1.2 车辆摸底试验分析
车辆AC充电传导的电磁兼容测试布置图如图2、3所示，其试验条件如表2所示。
测试结果如表3与图4、5所示。由测试结果分析得出，L相与N相的超标频段，超标幅度几乎一致。我们可以将超标频段分为A，B两个部分，其中频段A有比较明显的单点超标现象，频段B有比较明显的包络超标现象。初步判断A，B两区噪声源应不是同一电路拓扑，还需我们进一步排查验证。
车辆AC充电辐射的电磁兼容测试布置图如图6、7所示。其测试条件如表4所示，测试结果如表5与图8-11所示。
充电辐射发射超标频段集中在30MHz到50MHz的包络超标。
2、问题排查定位
2.1 充电传导排查定位
在进行交流充电传导发射测试时，充电盒、车载充电机、BMS及电池包处于正常工作状态；其余用电器均不工作。
首先只测试充电盒的传导干扰，此时充电盒不与车辆有任何连接，无CP信号输出。测试结果如图12所示。
根据图12可以看出充电盒在待机的状态下，测试结果A区域依旧有单点超标情况，但此时充电盒的工作状态（无CP信号输出）与整车测试状态不符（有CP信号输出）。
根据图13可知，充电盒是否输出CP信号是需要确认车辆充电接口是否已完全连接。它是通过测量检测点3与PE之间的电阻值来判断车辆充电接口是否完全连接的，当S3处于闭合状态，监测点3与PE之间的电阻值为1000Ω，此时车辆确认充电端口已连接，同时“告知”充电盒发出CP信号。由上可得只需将充电枪的CC端口对地短接一个1000Ω的电阻，即可实现充电枪在不连接车辆的情况下，输出CP信号。输出的方波信号如图14所示，测试结果如图15所示。
通过图14可知，CP信号是一个±12V的方波信号，这个信号含有丰富的谐波，该谐波的频谱可达其固有频率的1000倍[5]。同时，因为存在着电源变压器的漏电感和寄生电容，且功率开关器件工作状态非理想化，所以在电压上升跟下降的同时，常常产生高频高压的尖峰谐波振荡。该振荡产生的高次谐波，通过电源线传输至电网中，形成传导噪声。
通过图12与图15的数据对比可以说明，150kHz-300kHz左右单点超标是充电枪本身引起。1MHz-2MHz包络超标是由充电枪发射的CP信号引起，通过降低分辨率带宽及步进，定位1MHz-2MHz频段干扰信号为1kHz，确认干扰源为CP信号。通过排除法可知2MHz-3MHz包络是由车载充电机引起。
2.2 充电辐射排查定位
首先我们还是只测试充电盒的辐射干扰，此时充电盒不与车辆有任何连接，CC接一个1000Ω的电阻，充电盒CP信号输出。RV测试结果如图16所示。
从图16中可以看出，充电盒虽然有一定的干扰但也不是造成超标的主要原因，为了排除充电盒对整车充电系统的影响，将充电盒移至暗室外，通过模拟信号光电将CP信号引入暗室中，具体布置图如图17所示。RV测试结果如图18所示。
从图18的测试结果可以看出，当充电盒拿到暗室外的时候，车辆在充电时的辐射发射超标频段反而更加严重，这是因为缺少了充电盒中滤波电路。同时我们用手持频谱仪探测车载充电机发现，在图1中的DCDC变压器中含有大量的噪声，在此变压器的AC-DC回路工作时，整流二极管导通，PN结积累大量电荷，此时若有一个反向电压过来，PN结内积累的电荷瞬间形成反向恢复电流，形成干扰。同时类似于CP信号的干扰原理，整流二极管的IGBT频率也很高，在快速通断的过程中产生浪涌电流，这些浪涌电流流过直流输出线路时，直流线路中的寄生电容和寄生电感将浪涌电流引起的干扰形成高频衰减振荡辐射出去，同时综合图16与图18可以判断得出车载充电机是造成充电辐射超标的主要干扰源。
2.3 小结
通过测试车辆与充电盒各种不同的状态，我们定位到了充电传导与充电辐射的主要干扰源，具体如下：1）电传导低频部分单点超标的干扰源为充电盒。
2）充电传导1MHz-3MHz包络超标的干扰源为充电盒与车载充电机。
3）充电辐射包络超标的干扰源为车载充电机。下文我们根据以上的分析，进行针对性整改，并作出回归验证。
3、关键零部件整改优化
由于整车构架的复杂性、安装空间的狭小、可介入手段的有限性，使整改过程极为繁琐，难度重重，所以我们的整改措施几乎全部本着低成本，可持续的原则，在噪声源头进行整改。为了方便读者了解具体整改过程，以及设计人员在今后设计中避免出现同样的问题，本文将给出详细的整改措施，并对实施的优化措施予以解释。
3.1 充电传导整改
根据2.1与图14的分析可知，低频部分主要为CP信号引起的差模干扰，可考虑增加差模滤波器。同时，由于CP信号还承担着通信的功能，不能滤波过量导致信号失真，本文中设计了一个LC吸收电路，适当减小CP信号的上升沿。如图19所示进而减小干扰信号能量。整改措施如图20所示。
同时我们针对1MHz-3MHz包络超标问题，做如下处理：
1）增大充电盒的电源输入端口的X电容容值；
2）在充电盒输出绕制共模滤波器；
3）对车载充电机低压输入做Y电容滤波处理。以上措施来抑制1MHz-3MHz包络超标问题，如图21-23所示。
通过回归试验验证，证明了我们的排查整改思路的正确性，如图24-25所示。
3.2 充电辐射整改
在2.2中，定位充电宽带辐射发射是由车载充电机引起，且内部的变压器为主要的噪声源头。但是如果车载充电机的电机接地不够良好，就算将电压器的噪声处理后，噪声也会沿着“地”以共模的方式辐射出。所以需要了解的是，充电辐射发射的测量结果与整车的充电线束的走向，高压线缆屏蔽情况，车载充电机的接地情况都有很大的关系。对本案例的车型来说，其车载充电机外壳是导电性能良好的金属，所以它本身就是一个屏蔽体，我们要将其与车身地做良好的接地处理。
本文中的车型车载充电机仅由四个螺栓接地，无单独的接地线，接地效果并不良好。我们对车载充电机4个螺栓接地台面做如图26所示处理。
同时对车载充电机内部的变压器做跨接Y电容处理，利用其自身充放电特性使输出脉动直流平均值调整为平滑直流峰值，同时将回路的残留交流成份短路回流。它的容量大小取决于输出电流，耐压要高于输出电压。由于电路涉及到企业机密，故只做原理图介绍。具体如图27所示。测试结果如图28-31所示。
3.3 小结
本章节结合第二章节的理论排查工作，完成了样车ECER10.05中充电辐射与充电传导的整改工作。经过本台样车的测试整改所获经验，现总结出整车充电性能的EMI设计及整改所需注意事项：
1)对于车载充电机来讲
a)车载充电机的交流输入滤波器靠近端口需加
屏蔽体，且保证屏蔽体多点可靠接地；
b)大功率电感/变压器是机内潜在的辐射骚扰
源，要做好滤波处理；
c)车载充电机要保障其自身的接地良好性，最
好用单独的接地线且尽量做到短而粗；
d)屏蔽层对电场的屏蔽效果比较明显，所以对于高压线束，选用屏蔽层尽可能厚，编织数尽可能多的屏蔽线。其屏蔽的端子的屏蔽层尽量要360度与车机壳连接。
2)对于充电盒来讲
a)在不影响CP信号的通信质量的前提下，对其
做相应的滤波处理；
b）做好充电盒输入输出的滤波器。
4、结束语
由于充电系统的复杂性，整车充电的EMI问题往往是影响车辆进入市场的技术难题。本文以某款纯电动汽车为研究对象，对其进行了ECER10.05摸底测试，分析其不合格项目，通过精密的仪器以及科学的排查思路定位到了引起发射超标的主要零部件，并针对超标零部件的的EMI特性进行了研究，分析其噪声的主要来源。并给出了合理的整改方案，在抑制噪声源的同时实现了可量产化。