SAECCE 2020 | 上海电器科学研究院刘媛：新能源汽车高压脉冲产生机理研究

2020中国汽车工程学会年会暨展览会（SAECCE 2020）于2020年10月27-29日在嘉定上海国际汽车城-上海汽车会展中心举办，汇聚汽车及相关行业的企业高层、技术领军人物、资深专家学者、广大科技工作者。10月29日，上海电器科学研究院刘媛在本次大会上发表了主旨演讲。

以下为演讲实录：

我们今年对于汽车电磁兼容来讲比较重要的一个标准或者叫基础文件是ISOTS7637-4文件，这个文件的发布引发了国内很多主机厂对高压脉冲或者高压瞬态现象的关注，这个里面经过一系列的讨论保留了现在有两个买，这一版本里面没有包含纹波。7637-4的脉冲A展现的现象是脉冲正旋的干扰情况，这个脉冲代表的是高压半导体开关操作引起了整零，也就是IGBT开关引起的整零。左下边的图是典型的IGBT开关的操作，有震荡的现象，我们有时候叫过冲引起的现象。脉冲正旋干扰的波形测试A用于测试高频震荡，跟这个波形相关的几个参数，第一个是电压，在标准里面规定了20、50、100，车型可以去选。再一个有重复时间多少牛秒一次，再一个是测序的持续时间，有这么几个参数和我们相关，给出几个值是可选的。意味着我们车上曾经有给类似参数的波形，这个脉冲我们将会在HV正和负，HV和HV对地之间都会进行测试。这个脉冲我们在标准里面看到的图是右边的正旋波的图，只是给出了一个典型的正旋波的现象，如果说设备搭起来的时候是正旋波的干扰，类似于整零的情况。

再看7637-4里面的脉冲B，也是低频的正旋干扰，这种低频的正旋干扰是代表电网的谐波和驱动电机旋转产生的旋波。我们可以看到第一部分谐波一般低于2K赫兹和3K赫兹，包括车载充电机、充电桩的端口都会有测量谐波，是因为电网当中都会有谐波的存在，这种斜波的存在对我们产品也会有干扰的情况。这种谐波是怎么来的呢？我们是说波形的，可以看到左边的图，由于我们的供电不是很完美，50赫兹的正旋波产生了一定的激变，把激变的波用傅利叶展开之后就有一次谐波、二次谐波、三次谐波、四次谐波、五次谐波，一般来说奇数次的谐波浮值会比较高一点。这种谐波的现象在电网里面无处不在，而且在我们曾经做工业品的时候，最早在上海的世博馆、图书馆都会出现这种谐波使整个场馆跳闸的情况，比方说LED的灯，这种谐波产生大量的谐波，使整个场馆的电源开关跳闸，包括图书馆这种，包括广州亚运会的时候都会谐波造成的干扰问题，因为谐波意味着会让我们的漏电保护开关认为它是漏电，它就跳掉了，所以谐波的存在是会对我们的产品有一定的影响，同时也会通过电器回路耦合到产品内部。

在要求的表格里面第一行要求小于3K赫兹，这个是待定地，根据我们耦合过来的谐波情况。对于3K赫兹到300K赫兹的正旋波，基本上都是电机旋转产生的正旋波，我们电机都会有正旋波产生，同样也会在高压母线上耦合正旋波，我们就可以测量到正旋波的存在。正旋波的电压我们看到有0.5V到25V，在标准里面有这样的规定，在车上有可能会产生干扰。同样耦合的端口也是HV+到HV-，同样也是在这些端口进行耦合。

我们再看一下纹波这一块，纹波很多标准里面，现在有一些企业里面的标准也有一些对于纹波的规定。左边是一些标准的举例，我们有一些到8V，最高的纹波有8V，最高的频率到200K，有些最高可以到27V，它的频率到150K，有些规定是从10赫兹到50K赫兹，这个低频的时候也非常低的频段，最高可以到32V，这个都是车上现在采集到的一些现象，加上一些余量给出的值。当然每个车上会有不同的情况，这些纹波的来源是什么呢？我们看到右边的图，就是一个典型的插膜和固膜的型号。这个在我们器件上可以测量到的。

接下来看实测的情况，我们在HV+和HV-之间先测量一下插模的状况，我们在1000rpm20N的情况下，示波器用DC1兆，上面一行的那个数据，我们发现了毛刺，它大概在100牛秒重复一次，峰峰值大概在11。发现了毛刺以后，我们接着用示波器AC口进行测量，纹波的叠加情况并不是特别明显，我们可以看到只是有一些毛刺存在而已，并没有很明显的纹波现象。当我们到4000转120N的时候看到特别明显的谐波，我们看到这个数据就是跟刚才前面的数据比较相象，已经有直流母线上叠加了纹波的情况特别明显，不但有毛刺的存在，而且很明显的在直流母线上已经有纹波了。在DC1M测量发现毛刺和电压波形的变化，毛刺100us重复一次，峰值值14v。示波器AC测量，纹波峰峰值为8V，叠加纹波周期为50us，20kHz左右。这种纹波确实存在，而且对我们的产品造成一定的干扰，产品有发热的情况产生。

再看一些其他的瞬态脉冲，除了纹波，除了刚才说到的正旋波之外，还有一些其他的脉冲，我们根据7637-2里面的原理，我们猜测高压部件也存在一些相关的现象，比如说类似于这种波形车上有没有呢？我们在这个时候做一些尝试，比方在各种状况下，各种的模式下我们进行验证，整个的回路，我们把整个高压回路搭起来，加高压电池，加高压加热器等等，连成一个系统，让它工作起来，看这个里面到底有没有一些波形存在。

这是现在看到的一些波形，就是在直流母线上DCline上看到的波形，有类似于7637-2里面脉冲1有一个往下降的波形，大概负167V左右的PK，它的持续时间是4N秒左右。Key-on的情况下，我们还测到一个在HV DC line上还会有正154V到负90V波冲的情况，持续的时间是780纳秒，快速充电的时候PK值有负143V，会有一些波形出现，这些波形我们探测到了，但是这些波形对我们的产品有没有损伤、有没有风险，到目前我们不知道，我们只是探测出来，这些现象跟7637-2里面的原理是一样的。

我们还做了一些研究，是充电端口，对于脉冲权和浪涌，现在很多把脉冲群和浪涌多少千级的等级加在我们的端口上。我们实际的情况下应该是什么样子的呢？脉冲群和浪涌从电网当中过来的，通过了车载充电机、充电桩，连到我们车上，这些脉冲应该是通过了车载充电机和充电桩由共模转换为插模的情况，这种插模输出给到下游，对下游产生了影响。

我们看从端口输入了脉冲群浪涌之后，在输出端口产生的插模到底有多少呢？这是对于车载充电机而言，我们看这个图，产生脉冲群和浪涌，用常用的方法耦合到车载充电机上，车载充电机有一个输出端口，我们在输出端口加了一个listen（音），在listen前端用示波器测量脉冲，我们打了正负2000V，实际上在输出端口得到的电压只有382V。我们在车载充电器的AC端口注入浪涌波5V、正负1V、2000V，在输出端口输出的电压只有正负4V，这个跟我们目前的考核有一定的偏离。

再看对于车载充电桩耦合的情况，我们做了测试，我们对于它AC的端口耦合脉冲群，在不同相位出发的时候耦合脉冲群，0度、90度、180度、270度都做了耦合。我们看到非常明显的，输入端耦合相位的变化也可以引起输出端相位的变化，但是对于浮值没有太大的变化，浮值的变化仍然是多少还是多少。

我们对不同的电压值注入之后，输入端注入0.5kv、1kv、2kv的脉冲，输出端给出插模的值，在2kv的时候是120V，1000v是60v，外部只有30v，我们对于部件的设计要扛得住干扰，当然我觉得不用扛出那么高的等级。我们对于测试的状态进行了研究，在空载、带载5A、带载10A、20A的情况下也进行了研究，研究没有太的变化，电流或者状态的变化并没有对输入、输出产生太大的影响，和前面的差值是差不多的，基本上这些电压值是差不多，这是我们现在实验室做对于充电端口方面比较深入的验证性的测试。

我大概的分享就到这里，非常感谢大家。我的议题同样也是最后一个议题，最后一张PPT是我们2020年汽车工程学会电磁兼容分会今年的一些硕果，我们有很多电磁兼容的标准修订，有很多电磁兼容标准的发布，得到了分会各个成员非常大力的支持，而且我们举办了微课堂，举办了一些技术研讨会，受到的关注度也是非常非常高。2021年我们将会继续努力，也非一希望大家继续支持。谢谢各位！

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（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅，仅作为参考资料，请勿转载！）