新能源與智能汽車技術叢書--新能源汽車電磁兼容性技術

（1）本書涉及新能源汽車零部件及整車電磁兼容性相關內容，以原理介紹、建模仿真和試驗測試相結合的方式，介紹了新能源汽車直流有刷電機EMC問題、印刷電路板板級EMC問題、DC-AC逆變器EMC問題、動力電池系統EMC問題、整車EMC問題。 （2）本書可以使讀者對新能源汽車電磁兼容性有一個總體的認識，亦為工程師解決新能源汽車電磁干擾預測、抑制和電磁兼容優化設計相關問題提供了參考和借鑒。

2020 年10 月27 日，《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》發布，其以社會需求和產業發展需求為基礎，提出了新一輪汽車產業技術發展愿景。隨著汽車產業的升級，大量的電子電氣設備應用于智能汽車中，對于汽車行業來說，汽車電磁干擾有著很大的危害，電磁干擾會向四周發射電磁波，影響其他通信設備的正常工作，同時也會影響到汽車電氣設備本身的正常工作。在大多數汽車控制系統的設備中，電磁兼容技術變得越來越重要，根據現在的應用技術研究新能源汽車、智能網聯汽車電磁環境技術，解決汽車電氣的電磁兼容已成為一個重要的科學研究課題。
新型電子電氣架構下的新能源汽車具有多源傳感器及開放互聯等新特點。使用百兆環形以太網作為主干網絡，將所有的功能集中到少數幾個電子控制單元中集中控制，大量應用智能傳感器、智能執行器。新能源汽車電磁頻段從2.5GHz 提高到77GHz，整車內部電磁環境變得更為復雜，同時智能電動汽車存在異質、多源的電磁干擾源，具有不同的電磁噪聲機理，其傳播特性在時間、空間、頻率等方面具有復雜、多樣及不確定特性。另外，新能源汽車上的電氣設備具有種類多、內部結構復雜、精確建模困難、電磁頻譜分布廣等特點，各設備頻譜間多有重疊，電磁干擾耦合途徑多、復雜程度高，極大增加了電磁干擾源定位和抑制的難度。以上特點對新能源汽車的電磁兼容性提出了更高的要求。
針對新能源汽車電磁噪聲的多源、異質、寬頻帶、高瞬態特性，本書聚焦新能源汽車零部件及整車電磁兼容性相關內容，全書分6 章，包括緒論、直流有刷電機電磁干擾建模與仿真預測、印刷電路板關鍵激勵源及干擾建模與仿真預測、DC/AC 調制方式及開關頻率對電機驅動系統的影響、動力電池系統阻抗特性及電磁輻射發射、整車電磁建模與人體SAR（比吸收率）仿真。由于篇幅限制，新能源汽車電磁兼容性基礎知識不再單獨介紹，可參考作者《現代汽車電磁兼容理論與設計基礎》一書。
作者自2004 年起一直從事新能源汽車電磁兼容性研究工作，主持或參與了多項電動汽車國家、省部級及企業橫向項目，2013 年建成了具備電動汽車大功率電機帶負載實驗環境的3m 法半電波暗室，本書部分內容來源于這些項目的科研成果。
本書由同濟大學汽車學院張戟教授撰寫，同濟大學汽車學院2020—2023 級研究生韓雙慶、劉家棟、陳穎等參與了本書的編輯工作，在此表示感謝。
由于電磁兼容性開發、仿真方法日新月異，新技術層出不窮，加之時間倉促，筆者水平有限，書中不當之處在所難免，敬請各位讀者批評指正。

著者
2023年8月

以純電動汽車和燃料電池汽車、插電式混合動力汽車為代表的新能源汽車,作為能源網絡中用能、儲能和回饋能源的終端,成為我國乃至經濟新體系中的重要組成部分。電磁兼容性是新能源汽車的一項關鍵共性技術,對保障新能源汽車安全行駛、減少和避免故障發生十分重要。隨著智能網聯和無人駕駛電動汽車的快速發展,電磁兼容性分析與設計成為各大主機和零部件廠研發中不可或缺的環節,是研發工程師必須掌握的知識和技能。
本書以建模仿真、試驗測量和工程案例相結合的方式,全面系統地講述了新能源汽車直流有刷電機、印刷電路板及關鍵激勵源、DC/AC逆變器及電機驅動系統、動力電池系統和整車電磁兼容性的相關內容,使讀者能夠熟練掌握電磁兼容性的分析方法、建模仿真方法、整改方法及測試方法。
本書理論結合實際,實用性較強,可作為高等院校相關專業高年級本科生、研究生的教材,也可供從事電磁兼容性研發、測試和設計的工程師參考學習使用。

第1章　緒論 001
1.1　概述 002
1.2　新能源汽車電磁兼容性問題 003
1.2.1　直流有刷電機EMC 問題 004
1.2.2　印刷電路板板級EMC 問題 005
1.2.3　DC/AC 逆變器EMC 問題 006
1.2.4　動力電池系統EMC 問題 008
1.2.5　整車EMC 問題 011

第2章　直流有刷電機電磁干擾建模與仿真預測 012
2.1　概述 013
2.1.1　直流電機理論基礎及換向理論 013
2.1.2　火花因數及接觸壓降計算 016
2.1.3　電機火花干擾抑制仿真 019
2.2　直流電機傳導干擾建模與仿真預測 025
2.2.1 電機繞組建模 027
2.2.2　電機激勵源建模 034
2.2.3　電機傳導干擾系統仿真 039
2.3　直流電機輻射干擾建模與仿真預測 042
2.3.1 輻射干擾測試系統建模 043
2.3.2　輻射干擾仿真計算 044
2.3.3　輻射發射仿真 050
本章附錄　傳導干擾系統模型 052

第3章　印刷電路板關鍵激勵源及干擾建模與仿真預測 054
3.1　概述 055
3.2　印刷電路板電磁干擾機理 055
3.2.1　電磁干擾測量接收機 057
3.2.2　快速傅里葉變換算法及EMI 接收機仿真 058
3.2.3　印刷電路板電磁干擾激勵源 063
3.3　印刷電路板傳導干擾建模與仿真 072
3.3.1　傳導干擾測試系統組件建模 072
3.3.2　系統寄生參數建模 078
3.3.3　傳導干擾仿真模型與仿真結果 087
3.3.4　傳導干擾測試結果及對比 089
3.3.5　傳導干擾抑制措施 094
3.4　印刷電路板輻射干擾建模與仿真 096
3.4.1　輻射干擾測試系統環境建模 097
3.4.2　接收天線仿真 102
3.4.3　輻射干擾激勵源的獲取 106
3.4.4　輻射干擾仿真模型及仿真結果 110
本章附錄　EMI 測量接收機仿真程序 117

第4章　DC/AC 調制方式及開關頻率對電機驅動系統的影響 119
4.1　概述 120
4.2　DC/AC 傳導干擾機理 120
4.2.1　DC/AC 干擾源分析 120
4.2.2　DC/AC 耦合路徑分析 121
4.3　IGBT 及線纜建模 125
4.3.1　IGBT 的結構和特性 125
4.3.2　IGBT 行為模型的建立 127
4.3.3　線纜模型的建立 132
4.4　控制系統建模及聯合仿真 135
4.4.1　坐標變換 136
4.4.2　空間矢量控制 137
4.4.3　控制系統仿真模型 140
4.4.4　聯合仿真及結果對比 143
4.5　DC/AC 逆變器電磁干擾的抑制 149
4.5.1　隨機調制對電磁干擾的抑制作用 149
4.5.2　開關頻率及工況對電磁干擾的影響 164

第5章　動力電池系統阻抗特性與電磁輻射發射 173
5.1　概述 174
5.2　動力電池系統全頻段阻抗特性 174
5.2.1　電池系統電磁噪聲產生機理 174
5.2.2　電池單體低頻阻抗特性 176
5.2.3　電池單體中頻阻抗特性 181
5.2.4　電池單體高頻阻抗特性 183
5.3　動力電池系統干擾源仿真及測試 186
5.3.1　永磁同步電機 186
5.3.2　空間矢量脈沖寬度調制 187
5.3.3　最大轉矩電流比控制 191
5.3.4　工況模擬及實車測試 193
5.4　動力電池系統輻射發射仿真與測試 199
5.4.1　傳輸線矩陣法的基本數學模型 199
5.4.2　動力電池系統輻射發射仿真 201
5.4.3　整車輻射發射仿真與測試 206

第6章　整車電磁建模與人體SAR 仿真 217
6.1　概述 218
6.2　整車電磁建模 218
6.2.1　整車有限元逆向建模 218
6.2.2　整車正向有限元電磁模型 225
6.3　整車輻射干擾抑制 233
6.4　人體在車內電磁輻射吸收劑量仿真 240
6.4.1　人體吸收電磁輻射的安全標準 240
6.4.2　人體電磁模型 242
6.4.3　車內不同位置處對人體電磁輻射吸收劑量的影響 244

參考文獻 247