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电动汽车的电磁兼容性-EMI的来源及其降低指南

   日期:2019-11-13     浏览:0    
核心提示:电动汽车的电磁兼容性-EMI的来源及其降低指南
 

电动汽车的电磁兼容性-EMI的来源及其降低指南

当电流经过导体时,会发生电磁场,几乎悉数的电子装备(比方电视,洗衣机,电磁炉,交通讯号灯,手机,ATM和笔记本电脑等)都市收回电磁场。使用化石燃料的车辆还受到电磁侵扰(EMI)的影响-焚烧琐屑,起动电动机和开关惹起宽带EMI,而电子设备惹起窄带EMI。但与ICE(内燃机)车辆对照,电动车辆是种种子零碎和电子组件(比方  电池BMS,DC-DC转换器,逆变器,电念头)的组合,散布在车辆与充电器左近的大功率电缆,全数这些电缆都在大功率和高频次下工作,从而招致高电平低频EMI的辐射。

假设咱们视察现有电动汽车的功率与额定电压,则特别功率在几十千瓦到几百千瓦之间,而额定电压在几百伏特,于是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上任务
  • 丰田普锐斯(第三代)的功率为74 kW,前轮驱动在400 V DC下任务
  • 丰田普锐斯PHV在350 V DC上具有特别60 kW的前轮驱动摆设
  • 雪佛兰Volt PHV的前轮驱动格外功率为55 kW(x2),或者在400 V DC上任务

 

让咱们思考一个100KW电力驱动在400V下运转的电动汽车,它的电流为250A,会发生发火强磁场。在计划车辆时,我们必须评价全部这些子系统和组件的EMC(电磁兼容性),以确保组件平安以及生物保险。

 

与EMC与EMI有关的术语与界说

设备或设施的EMC(电磁兼容性)象征着当它在电磁情况中运行时,它不受电磁场(EMF)的影响,也不会影响使用EMF的另外琐细的运转。EMC代表电磁辐射,磁化率,抗扰性与耦合标题问题。

电磁辐射  是指电磁能的发生发火与禁锢到情况中。任何不想要的发射都会对在雷同情况中运转的其它电子装备操作造成陵犯或搅扰,即喻为电磁烦扰(EMI)

 配备的电磁痴钝性剖明它简单遭到无害发射与搅扰的影响,从而导致设施劝止或劝止。如果配备更简单遭到烦扰,则说明它对电磁烦扰的抵挡力较弱。

配备的电磁 抗扰性意味着它能够在具有电磁情况的情况下正常运转,而不会遭到来自此外电子设备的电磁辐射的干扰或破欠安。

电磁耦合 是指一个装备收回的电磁场抵达或搅扰另一装备的机制。

 

电动汽车中的电磁搅扰(EMI)源

  • 已知功率转换器是电力驱动细碎内电磁侵扰的主要来源。它们具有高速开关装备,譬喻,常例的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的任务频次领域为2至20 kHz,快速IGBT的任务频率高达50 kHz,SiC MOSFET的任务频率以致超越150 KHz。
  • 在高功率下运转的电念头会发生电磁辐射,并颠末其阻抗充任EM噪声的蹊径。而且该阻抗随频率变动。由于电动机驱动器使器具有高速PWM开关操作的功率逆变器,于是在电念头端子处会涌现浪涌电压,这会孕育发生电磁辐射噪声。轴电流大要会导致电动机轴承松弛与车辆管教器阻挠。
  • 跟着牵引电池的散播,电池中和互连器中的电流成为EMF辐射的需求起原,这些电流是EMI路子的首要一小块。
  • 电动汽车中,在各个子细碎(好比电池到电源转换器,电源转换器到电机等)之间传递高电流的屏障和非樊篱电缆会发生更强的磁场。因为电动汽车中线束的可用空间有限,是以高压电缆和高压电缆彼此靠近布置会招致它们之间的电磁扰乱。
  • 电池充电器和无线充电设施是除EV内部EMI源之外的主要外部EMI源。当无线电源妙技运用于为EV充电时,会发作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

现今,跟着技艺的进步,汽车搜聚更多的电子组件和系统,以确保畸形运行与牢靠性。假定咱们看到电动汽车的结构,则将大量的电气和电子琐屑布置在狭隘的空间内。这会招致这些体系之间发生电磁困扰或串扰。假如EMC护卫欠妥,这些系统也许会发生故障,甚至概略无法运行

电动汽车的EMC 标准

大大都汽车EMC标准是由汽车项目师协会(SAE),海内尺度组织(ISO),海外电工委员会(IEC),电气与电子工程师   协会标准协会(IEEE -SA)拟订的。欧洲一起体(EC)和联络国欧洲经济委员会(UNECE)。

ISO 11451规定了测试车辆的一样平常条件,准则和根底原理,以必然ICE和电动车辆对电侵害窄带辐射EMF的抗扰性。

ISO 11452规定了测试组件的一般条件,准则和基泉源根基则,以确定ICE与电动汽车的电子组件对窄带辐射EMF的电气干扰的抗扰性。

CISPR12规定了测试电动汽车,ICE汽车和船只辐射电磁辐射的限值与测量方法。

CISPR25规则了丈量无线电骚动扰攘侵犯本性的限值与法子,以及测试车辆以必定RI / RE品级以关爱车载车辆接收器的法度。

SAE J551 -1 划定了车辆与装备(60Hz-18GHz)的苦守水柔和EMC的丈量方式。

SAE J551 -2划定了车辆,汽艇和火花熄灭式发念头驱动摆设的无线电陵犯(发射)共性的测试限值与丈量方法。

SAE J551-4规定了150 KHz至1000 MHz的宽带和窄带车辆与设备的无线电侵害赋性的测试极限和测量方法。

SAE J551-5规定了9 kHz至30MHz电动汽车的违抗水平与丈量磁场和电场强度的方法。

SAE J551-11规则了车辆电磁滋扰-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,这将在屏障室中来实现。

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丈量办法。

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丈量法子。

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式。

AIS-004(第3一部分)供给了汽车电磁兼容性的要求。

AIS-004(第3一部分)附件2解释了车辆辐射宽带电磁辐射的测量方式。

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有部分)附件4说明了测试车辆抗电磁辐射本领的法子。

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办法。

AIS-004(第3一部分)附件6解释了电气/电子子组件辐射窄带电磁辐射的丈量方法。

 

人体裸露于电磁场的极限

电动汽车会孕育发生非电离的电磁辐射,短期外露不会对人体康健孕育发生影响。然则如果暂且暴露在辐射磁场中,假如辐射磁场跨越标准限值,则会影响人体康健。是以,在办理电动汽车时,必需思忖到磁场露出的损害。

对旅客的电磁辐射会遭到电动汽车的分歧配置,功率水和善拓扑结构(如前轮驱动或后轮驱动,电池布置以及动力配备与游客之间的隔断等)的影响。

经过思虑人体露出于电磁场的或者无害影响,包括世界卫生组织(WHO)和外洋非电离辐射防护委员会(ICNIRP)在内的国际组织,欧盟指令,IEEE对最大准许的磁场暴露规则了限度。上市。

职业是指在进行平时工作时会征战到EMF的人。

公众是指除电磁场以外的其余人民

定向值在正常任务前提下以及关于没有任何活动植入式医疗配备或怀孕的人不有无利的健康影响。这些对应于场强。

行动值  导致某些影响袒露于这些级别。这些对应于最大直接可测量字段。

电磁兼容性测试

需要发展EMC测试以查看电动汽车可否相符申请的尺度在电动汽车出息行了试验室测试和路程测试,以评价EMC。这些测试包括排放,机伶性与抗扰性测试。

进行了执行室测试,以表征EMC测试室内全部车载电子设备的磁场辐射与磁化率。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顽强Internet(LISN)或人工电源网络(AMN)。对付辐射发射测试,将天线用作换能器。在被测配备(DUT)四周的全数倾向上测量辐射辐射。 

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疏导至DUT。在电动汽车出路行测试时,除了被测装备(DUT)以外,全数设备都将封闭,从此再丈量磁场。

外部测试是在实际世界中的道路行驶条件下发展的。在这些测试中,被测车辆需要以最大的减速度与减速度行驶,以确保牵引与再生制动时期的最大电流这些测试将在由于地球磁场恒定的直行旅程上发展,某些情况下将在陡坡道路前途行。在发展路试时,咱们必须从铁路,人孔盖与此外汽车,配电设施,高压输电线路和电力变压器等内部源中识别出外部磁扰动。

 

筹画指南,旨在改良电磁兼容性并低落电磁骚动扰攘侵犯

  • 承载大电流的直流电缆应制成双绞线,以使该电缆中的电流沿相反方向运动,从而使EMF辐射最小。
  • 三相交流电缆应绞合,并应尽可以或许靠近布置,以最大程度地减少它们孕育发生的EMF。
  • 全数这些电源线都需要尽可以或许阔别游客座椅周边布置。这些毗连不应形成循环。
  • 要是乘客座椅与电缆之间的隔绝距离小于200 妹妹,则必须采用屏蔽措施。
  • 电机需要布置在离乘客坐位周边更远之处,何况机电的改变轴不该指向旅客座位地域。
  • 因为钢具有更好的屏障功效,若是份量许可庖代铝,则需要使用金属钢外壳作为电念头。
  • 若是电动机和旅客座椅地区之间的间隔小于500妹妹,则在电动机与游客座椅地域之间需要使用类似钢板的樊篱层。
  • 电机外壳应切确接地到机箱,以最大水准地减少电势。
  • 为了使变频器与电动机之间的电缆长度最短,它们应尽兴许凑近安装。
  • 为了榨取浪涌电压,轴电流与辐射噪声,应在电念头端子上安设EMI噪声控制器。
  • 需要将数字有源EMI滤波器集成到DC-DC转换器的数字管制器中,以便为低压电池充电并提供显明的EMI衰减。
  • 为了战胜无线充电时期的EMI,已经开荒了谐振电抗性屏障。此处,走露磁场以如许的方式经由过程谐振电抗性屏蔽线圈:每一个樊篱线圈中的感到EMF可以抵消入射的EMF,而且可以有用地压制磁场泄漏,而无需花消额外的功率。
  • 曾经开收回导电屏蔽,磁樊篱与有源屏障技术来屏障WPT零碎收回的电磁场。
  • 已开收回一种用于电动汽车的EMI噪声管教器,该管教器安设在电动机端子上,以压榨浪涌电压,轴电流和辐射噪声。
 
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