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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踐
氫燃料電池汽車相比純電動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。近兩年，國內(nèi)對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)，車企同樣會要求其EMC性能，如何進(jìn)行EMC設(shè)計，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，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)部的時鐘晶振頻率也會產(chǎn)生高頻噪聲，這些因素都會產(chǎn)生強大的電磁干擾，這種電磁干擾處理不好會嚴(yán)重影響整車控制器與CAN通信，導(dǎo)致CAN通訊頻繁報錯，無法正常通訊。
1.2 空壓機、水泵、氫循環(huán)泵等電機、電控類零部件
直流電機換向器的電流換向時會引起電流瞬間的大幅波動，產(chǎn)生強烈的電磁干擾。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，對周邊電磁敏感設(shè)備造成影響。同時電機有線圈繞組，呈現(xiàn)感性，電機開啟與關(guān)停會引起電流突變，在感性線路中會產(chǎn)生劇烈的電壓脈沖，這種瞬間電壓突變會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，但干擾信號也會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，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，非屏蔽線會導(dǎo)致干擾通過電源線和信號線（雖然信號線屏蔽但其兩端未接地，且無法實施整根信號線屏蔽，并無屏蔽效果）向外耦合。高壓屏蔽線也不能實現(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)動天線，且對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)射測試，產(chǎn)品狀態(tài)為：低壓DC24V，高壓DC450V，不涉氫，系統(tǒng)處于點火狀態(tài)，上位機通過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；測試方法依據(jù)參考GB/T 18655-2010，測試限值采用GB/T 18655-2010等級3要求。測試數(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，無單個頻點突起，數(shù)據(jù)特點呈現(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，單個頻點突起，數(shù)據(jù)特點呈現(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。
