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氫燃料電池系統(tǒng)電磁兼容性能提升解決方案及實(shí)踐
氫燃料電池汽車相比純電動(dòng)車和燃油車在替代燃料與零排放方面具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。近兩年，國(guó)內(nèi)對(duì)于氫能和燃料電池汽車的關(guān)注度極大的提升，目前已發(fā)布多個(gè)工作規(guī)劃，系統(tǒng)推進(jìn)氫燃料電池汽車的研發(fā)與生產(chǎn)。氫燃料電池作為車內(nèi)的電氣部件，與氫燃料電池汽車的續(xù)駛里程、**性 息息相關(guān)，車企同樣會(huì)要求其EMC性能，如何進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，成為了氫燃料電池電氣工程師必須考慮的問題。
1、 氫燃料電池系統(tǒng)分析
燃料電池系統(tǒng)與傳統(tǒng)車相比，主要特點(diǎn)是零部件比較多且整體布置復(fù)雜緊湊，為了使得系統(tǒng)中各零部件互不干擾，盡量在零部件設(shè)計(jì)源頭上就要充分做好相應(yīng)的電磁兼容措施。當(dāng)電磁干擾產(chǎn)生時(shí)，首先排除干擾源來自哪里，然后分析接地、濾波、屏蔽等是否可以優(yōu)化以及是否能將干擾隔離等，其次再考慮被 干擾設(shè)備抗擾能力。
1.1 大功率DC/DC類開關(guān)部件
燃料電池系統(tǒng)內(nèi)含高壓DC/AC和高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，以及動(dòng)力控制單元FCU內(nèi)的DC/DC轉(zhuǎn)換器，IGBT功率管的高速切換導(dǎo)致高速變化的電壓（dv/dt）和電流（di/dt）以及浪涌電流和尖峰電壓，這會(huì)引起大量的輻射干擾。另外功率開關(guān)管開通和關(guān)斷瞬間，由于分布電感和分布電容的存在，電感電流容易發(fā)生高頻振蕩，系統(tǒng)內(nèi)控制單元內(nèi)部的時(shí)鐘晶振頻率也會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，這些因素都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾，這種電磁干擾處理不好會(huì)嚴(yán)重影響整車控制器與CAN通信，導(dǎo)致CAN通訊頻繁報(bào)錯(cuò)，無法正常通訊。
1.2 空壓機(jī)、水泵、氫循環(huán)泵等電機(jī)、電控類零部件
直流電機(jī)換向器的電流換向時(shí)會(huì)引起電流瞬間的大幅波動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾。高頻干擾噪聲沿著電源線傳播，影響其他設(shè)備正常工作，形成傳導(dǎo)干擾。一定長(zhǎng)度的電源線存在天線效應(yīng)，能量通過線纜發(fā)射到周圍空間，形成輻射發(fā)射，對(duì)周邊電磁敏感設(shè)備造成影響。同時(shí)電機(jī)有線圈繞組，呈現(xiàn)感性，電機(jī)開啟與關(guān)停會(huì)引起電流突變，在感性線路中會(huì)產(chǎn)生劇烈的電壓脈沖，這種瞬間電壓突變會(huì)影響某些敏感器件正常工作，甚至具有破壞性。
1.3 FCU、CVM等控制類以及組合閥、背壓閥等閥類零部件
控制器內(nèi)都是采用單片機(jī)為核心的處理電路，處理各種數(shù)字電路，這些電路均工作于開關(guān)狀態(tài)或者利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)進(jìn)行控制，這種數(shù)字脈沖電壓和電流中包含了許多高次諧波干擾，這種干擾會(huì)通過空間或者公共電源或者公共地干擾其他設(shè)備。
零部件是干擾源，但干擾信號(hào)也會(huì)通過與零部件相連的電纜線束直接耦合傳導(dǎo)或者通過空間耦合發(fā)射出來，此時(shí)，線束作為天線。系統(tǒng)設(shè)備使用的低壓供電線束為非屏蔽線束，非屏蔽線會(huì)導(dǎo)致干擾通過電源線和信號(hào)線（雖然信號(hào)線屏蔽但其兩端未接地，且無法實(shí)施整根信號(hào)線屏蔽，并無屏蔽效果）向外耦合。高壓屏蔽線也不能實(shí)現(xiàn)360°可靠接地且接地阻抗較大，導(dǎo)致本該起屏蔽效果的屏蔽線成為驅(qū)動(dòng)天線，且對(duì)外通過空間耦合方式產(chǎn)生輻射干擾。
2、案例分析
某氫燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)試，產(chǎn)品狀態(tài)為：低壓DC24V，高壓DC450V，不涉氫，系統(tǒng)處于點(diǎn)火狀態(tài)，上位機(jī)通過CAN光隔與產(chǎn)品進(jìn)行連接監(jiān)控，燃料電池系統(tǒng)不發(fā)電；測(cè)試方法依據(jù)參考GB/T 18655-2010，測(cè)試限值采用GB/T 18655-2010等級(jí)3要求。測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在低頻段，峰值與平均值為寬頻帶鼓起，無單個(gè)頻點(diǎn)突起，數(shù)據(jù)特點(diǎn)呈現(xiàn)寬帶噪聲；在高頻段（主要矛盾），峰值與平均值超出限值為固定頻率，單個(gè)頻點(diǎn)突起，數(shù)據(jù)特點(diǎn)呈現(xiàn)窄帶噪聲。超標(biāo)數(shù)量：0.1MHz~2500MHz超出限值，低頻超標(biāo)較為嚴(yán)重，*大超標(biāo)三十多dB。
