电动汽车的电磁兼容性

当电流通过导体时，会产生电磁场，几乎所有的电子设备（例如电视，洗衣机，电磁炉，交通信号灯，移动电话，ATM和笔记本电脑等）都会发出电磁场。使用化石燃料的车辆还受到电磁干扰（EMI）的影响-点火系统，起动电动机和开关引起宽带EMI，而电子设备引起窄带EMI。但是与ICE（内燃机）车辆相比，电动车辆是各种子系统和电子组件的组合，例如电池，BMS，DC-DC转换器，逆变器，电动机，分布在车辆周围的大功率电缆和充电器，所有这些在高功率和高频率下工作，这会导致高电平低频EMI的发射。

如果我们观察到可用电动汽车的功率和额定电压，则额定功率在几十千瓦到几百千瓦之间，而额定电压在几百伏特，因此电流水平将在几百安培，这会导致更强的磁场

日产LEAF的125 kW后轮驱动器在400 V _DC下工作
BMW i3在500 V _DC上具有125 kW后轮驱动器
Tesla Model S的235 kW后轮驱动器在650 V _DC上工作
丰田普锐斯（第三代）的功率为74 kW，前轮驱动器在400 V _DC下工作
丰田普锐斯PHV在350 V _DC上具有额定60 kW的前轮驱动装置
雪佛兰Volt PHV的前轮驱动额定功率为55 kW（x2），可在400 V _DC上工作

让我们考虑一个100KW电力驱动在400V下运行的电动汽车，它的电流为250A，会产生强磁场。在设计车辆时，我们必须评估所有这些子系统和组件的EMC（电磁兼容性），以确保组件安全以及生物安全。

与EMC和EMI有关的术语和定义

设备或设备的EMC（电磁兼容性）表示在电磁环境中运行时，它不受电磁场（EMF）的影响，也不会影响其EMF对其他系统的运行。EMC代表电磁辐射，磁化率，抗扰性和耦合问题。

电磁辐射 是指电磁能的产生和释放到环境中。任何不想要的发射都会对在相同环境中运行的其他电子设备操作造成干扰或干扰，即称为电磁干扰（EMI）。

设备的电磁敏感性表明它很容易受到有害发射和干扰的影响，从而导致设备故障或故障。如果设备更容易受到干扰，则说明它对电磁干扰的抵抗力较弱。

设备的电磁抗扰性意味着它能够在存在电磁环境的情况下正常运行，而不会受到来自其他电子设备的电磁辐射的干扰或破坏。

电磁耦合是指一个设备发出的电磁场到达或干扰另一设备的机制。

电动汽车中的电磁干扰（EMI）源

众所周知，功率转换器是电力驱动系统中电磁干扰的主要来源。它们具有高速开关设备，例如，常规的绝缘栅双极晶体管（IGBT）的工作频率范围为2至20 kHz，快速IGBT的工作频率高达50 kHz，SiC MOSFET的工作频率甚至超过150 KHz。
在高功率下运行的电动机会产生电磁辐射，并通过其阻抗充当EM噪声的路径。并且该阻抗随频率变化。由于电动机驱动器使用具有高速PWM开关操作的功率逆变器，因此电动机端子处会产生浪涌电压，这会产生电磁辐射噪声。轴电流可能会导致电动机轴承损坏和车辆控制器故障。
随着牵引电池的分配，电池和互连器中的电流成为EMF发射的重要来源，而这些电流是EMI路径的主要部分。
电动汽车中，在各个子系统（如电池到电源转换器，电源转换器到电机等）之间传送高电流的屏蔽和非屏蔽电缆会产生较强的磁场。由于电动汽车中线束的可用空间有限，高压电缆和低压电缆彼此靠近放置会导致它们之间的电磁干扰。
电池充电器和无线充电设备是除EV内部EMI源之外的主要外部EMI源。当无线电源技术应用于为EV充电时，会产生几十到几百千赫兹的强磁场，从而将几KW转换为数十KW。

EMI对电动汽车电子元件的影响

如今，随着技术的进步，汽车包含更多的电子组件和系统，以确保正常运行和可靠性。如果我们看到电动汽车的结构，则将大量的电气和电子系统放置在狭窄的空间内。这会导致这些系统之间发生电磁干扰或串扰。如果未正确维护EMC，则这些系统可能会出现故障，甚至可能无法运行。

电磁兼容

大多数汽车EMC标准是由汽车工程师协会（SAE），国际标准组织（ISO），国际电工委员会（IEC），电气和电子工程师协会标准协会（ IEEE -SA），欧洲共同体（EC）和联合国欧洲经济委员会（UNECE）。

ISO 11451规定了测试车辆的通用条件，准则和基本原则，以确定ICE和电动车辆对电干扰窄带辐射EMF的抗扰性。

ISO 11452规定了测试组件的一般条件，准则和基本原则，以确定ICE和电动汽车的电子组件对窄带辐射EMF的电干扰的抵抗力。

CISPR12规定了测试电动车辆，ICE车辆和船只辐射电磁辐射的限值和测量方法。

CISPR25规定了测量无线电骚扰特性的限值和方法，以及测试车辆以确定RI / RE等级的程序，以保护车上使用的接收器。

SAE J551 -1规定了车辆和设备（60Hz-18GHz）的性能水平和EMC的测量方法。

SAE J551 -2规定了车辆，汽艇和火花点火式发动机驱动装置的无线电干扰（发射）特性的测试限值和测量方法。

SAE J551-4规定了150 KHz至1000 MHz的宽带和窄带车辆和设备的无线电干扰特性的测试极限和测量方法。

SAE J551-5规定了9 kHz至30MHz电动汽车的性能水平和测量磁场和电场强度的方法。

SAE J551-11规定了车辆电磁干扰-切断车辆电源。

SAE J551- 13指定车辆电磁免疫大电流注入。

SAE J551- 15个指定车辆电磁免疫静电放电，这将在屏蔽室中来完成。

SAE J551- 17 specifiesvehicle电磁免疫电源线的磁场。

一百四十四分之二千零四EC -附件IV指定从车辆辐射宽带发射的测量方法。

一百四十四分之二千零四EC -附件V指定从车辆辐射的窄带发射的测量方法。

一百四十四分之二千零四EC -附件VI指定测试用于车辆的抗电磁辐射的方法。

AIS-004（第3部分）提供了汽车电磁兼容性的要求。

AIS-004（第3部分）附件2解释了车辆辐射宽带电磁辐射的测量方法。

AIS-004（第3部分）附件3解释了车辆辐射窄带电磁辐射的测量方法。

AIS-004（第3部分）附件4解释了车辆电磁辐射抗扰度的测试方法。

AIS-004（第3部分）附件5解释了电气/电子子组件辐射宽带电磁辐射的测量方法。

AIS-004（第3部分）附件6解释了电气/电子子组件辐射窄带电磁辐射的测量方法。

人体暴露于电磁场的极限

电动汽车会产生非电离的电磁辐射，短时间暴露不会对人体健康产生影响。但是，如果辐射磁场长时间超过标准限值，则会长时间影响人体健康。因此，在设计电动汽车时，必须考虑到磁场暴露的危害。

乘客的电磁辐射会受到电动汽车的不同配置，功率水平和拓扑结构（如前轮驱动或后轮驱动，电池放置以及动力设备与乘客之间的距离等）的影响。

通过考虑人体暴露于电磁场的可能有害影响，包括世界卫生组织（WHO）和国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）在内的国际组织，欧盟指令，IEEE规定了最大允许暴露于电磁场的限值。上市。

频率（赫兹）	磁场H（AM ^-1）	磁通密度B（T）
<0.153赫兹	9.39 x 10 ⁴	118 x 10 ^-3
0.153 -20赫兹	1.44 x 10 ⁴ / f	18.1 x 10-3 /楼
20- 759赫兹	719	0.904 x 10 ^-3
759 Hz-3KHz	5.47 x 105 /楼	687 x 10 ^-3 / f

下表显示了根据IEEE标准对公众的最大允许磁场强度

职业是指在进行常规工作活动时会接触到EMF的人。

公众是指除电磁场以外的其他公众

定向值在正常工作条件下以及对于没有任何活动植入式医疗设备或怀孕的人没有不利的健康影响。这些对应于场强。

动作值 导致某些影响暴露于这些级别。这些对应于最大直接可测量字段。

基本上，“动作”值高于“方向”值。
职业公众暴露水平高于一般公众暴露水平。

电磁兼容性测试

需要进行EMC测试以检查电动汽车是否符合要求的标准。在电动汽车上进行了实验室测试和道路测试，以评估EMC。这些测试包括排放，敏感性和抗扰性测试。

进行了实验室测试，以表征EMC测试室内所有车载电子设备的磁场发射和磁化率。这些腔室是消声和混响类型。

对于传导发射测试，传感器包括线路阻抗稳定网络（LISN）或人工电源网络（AMN）。对于辐射发射测试，将天线用作换能器。在被测设备（DUT）周围的所有方向上测量辐射。

磁化率测试使用大功率的RF EM能量源和辐射天线将电磁能引导至DUT。在电动汽车上进行测试时，除了被测设备（DUT）以外，所有设备都将关闭，然后再测量磁场。

外部测试是在现实世界中的道路行驶条件下进行的。在这些测试中，被测车辆需要以最大的加速度和减速度行驶，以确保在牵引和再生制动期间获得最大电流。这些测试将在由于地球磁场恒定的直行道路上进行，有时在陡坡道路上进行。在进行路试时，我们必须从铁路，人孔盖和其他汽车，配电设备，高压输电线路和电力变压器等外部源中识别出外部磁扰动。

设计指南，旨在提高电磁兼容性并降低电磁干扰

承载大电流的DC电缆应制成双绞线，以使该电缆中的电流沿相反方向流动，从而使EMF辐射最小。
三相交流电缆应绞合，并应尽可能靠近放置，以最大程度地减少从它们发出的EMF。
所有这些电源线都需要尽可能远离乘客座位区域放置。这些连接不应形成循环。
如果乘客座椅和电缆之间的距离小于200 mm，则必须采用屏蔽措施。
电机需要放置在离乘客座位区域更远的地方，并且电机的旋转轴不应指向乘客座位区域。
由于钢具有更好的屏蔽效果，因此如果重量允许，可以用铝制的金属外壳代替铝制的电动机。
如果电动机和乘客座位区域之间的距离小于500mm，则在电动机和乘客座位区域之间需要使用类似钢板的屏蔽层。
电机外壳应正确接地到机箱，以最大程度地减少电势。
为了使逆变器和电动机之间的电缆长度最小，它们应尽可能靠近安装。
为了抑制浪涌电压，轴电流和辐射噪声，应在电动机端子上安装EMI噪声控制器。
需要将数字有源EMI滤波器集成到DC-DC转换器的数字控制器中，以便为低压电池充电并提供显着的EMI衰减。
为了抑制无线充电期间的EMI，已经开发了谐振电抗性屏蔽。此处，泄漏磁场以这样的方式通过谐振电抗性屏蔽线圈：每个屏蔽线圈中的感应EMF可以抵消入射的EMF，并且可以有效地抑制磁场泄漏，而无需消耗额外的功率。
已经开发了导电屏蔽，磁屏蔽和有源屏蔽技术来屏蔽WPT系统发出的电磁场。
已开发出一种用于电动汽车的EMI噪声控制器，该控制器安装在电动机端子上，以抑制浪涌电压，轴电流和辐射噪声。