隨著汽車電控技術的不斷發展,汽車電子設備數量大大增加,工作頻率逐漸提高,功率逐漸增大,使得汽車工作環境中充斥著電磁波,導致電磁干擾問題日益突出,輕則影響電子設備的正常工作,重則損壞相應的電器元件。因此,汽車電子設備的電磁兼容性能(EMC)越來越受重視,目前迫切要求能廣泛應用針對汽車子設備的電磁改進技術。汽車高壓線束分布于整車環境,是汽車內部電磁干擾的主要來源,而其本身也時常受到電磁的抗干擾。所以汽車高壓線束如何應對電磁干擾尤為重要。
什么是EMC?
EMC是ElectroMagneTIcCompaTIbility的簡稱。電磁兼容是研究在有限的空間、時間、頻譜資源條件下,各種用電設備(廣義還包括生物體)可以共存,并不致引起降級的一門學科。通常來說,我們對EMC的期望就是減少對其他電子零部件的干擾,同時自身能抵抗相當程度的外界干擾。
簡單來說,EMC包括了兩個關鍵因素:電磁干擾和電磁敏感性
EMI:電磁干擾(ElectroMagneTIcInterference)。電磁干擾測試是測量被測設備在正常工作狀態下產生并向外發射的電磁波信號的大小來反應對周圍電子設備干擾的強弱。EMI是主動性的,即對外界產生的干擾。電磁干擾主要包括輻射發射和傳導發射。
EMS:電磁敏感性(ElectroMagneTIcSusceptibility)。電磁敏感度測試是測量被測設備對電磁騷擾的抗干擾的能力強弱。EMS是被動性的,即抵抗外界的干擾。
零部件電磁兼容性是整車電磁兼容性的基礎和前提,用于新能源車上的零部件不僅應滿足零部件電磁兼容性要求,同時在整車電磁兼容性出現問題時,零部件供應商也有義務支持并進行相關整改。
理論與實踐證明,任何電磁干擾的發生必須具備3個條件:干擾源、傳播干擾的途徑和易敏感設備。
整車范圍內首先保證零部件的EMC性能是符合標準要求。新能源汽車整車級屏蔽設計的重點應是高壓系統的布局、屏蔽設計以及CAN通信網絡的抗干擾性處理。所以,在改善EMC的性能上我們應該這么做:
盡量降低干擾的強度
是盡可能地提高抗干擾的能力
適當的應用屏蔽設計
首先盡量要求高壓線束布置上使小功率敏感電路緊靠信號源,大功率干擾電路緊靠負載,盡可能分開小功率電路和大功率電路,減小線束間的感應干擾和輻射干擾沿著車身布置,優化整車電磁輻射的環路,同時利用車身形成封閉的屏蔽艙。
其次是減小線束接收干擾的面積:線束應設計成最小長度、最小阻抗和最小環路面積,最好采用雙絞線等回路面積小的供電方式。增大設備到干擾源的距離:在干擾設備布置不變的情況下,改造敏感部件的安裝位置,增大到干擾源的距離。
增加線束濾波:對較長的線束,為減小傳導和輻射干擾,應在線束上增加濾波,比較方便的是套接合適的鐵氧體磁環。
改進設備的接地:良好的接地布置和改進的地線搭接可以降低高頻阻抗。汽車電子設備接地主要是就近接到車體以及線束屏蔽層接地。
同時屏蔽高壓電纜和連接器也是一種減少不必要的電磁干擾且經濟、有效的方法。通過一系列標準的實驗結果顯示:屏蔽電纜和連接器能夠有效減少在100kHz到200MHz頻率范圍內的不必要的干擾。目前國內車型全部采用屏蔽高壓線,國外車系也有應用屏蔽網包覆在高壓線外側實現屏蔽連接的。
為了避免高壓線束傳輸強電電流時產生電磁干擾,導致低壓線束對控制單元供電及信號傳輸受到電磁干擾的風險,一般采用高壓線束與低壓線束分開設計,距離保證在200-300mm左右。
下列是常見幾種電纜對EMC方案介紹
方案1:使用編織屏蔽電纜
覆蓋率大,有利于高頻;
高頻段(>1M)性能較好;
方案2:電纜外套編織網
等效截面積粗有利于低頻
低頻段(<200K)性能較好。
方案3:電纜外套鋁管
全頻段EMI性能都較好。
方案4:鋁管、編織網分段組合
結合方案2、方案3特點在整車布線時具有良好的兼容性。
下圖為屏蔽方式的結果和參數曲線。可見鋁鉻合金管是最好的屏蔽方式之一