摘要：電驅動系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件之一，其產生的電磁干擾問題不容忽視。文章針對某新能源汽車在實際應用中出現(xiàn)的電機母線快速欠壓及電池總電壓過低的故障問題，從被干擾對象、干擾源和干擾途徑3個因素排查故障原因，采用互換驗證排查和變化點排查方法，對電磁干擾因素進行分析，并據此制定了故障解決方案。改進后，汽車單臺成本降低，產生了較好的經濟效益。此次實例故障的分析與解決，不僅為新能源汽車行業(yè)提供了一個具體的解決方案，也為其他出現(xiàn)類似故障的車輛提供了解決思路。

關鍵詞：新能源汽車；電磁干擾；故障分析；解決方法

中圖分類號：U469.7" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）05-0110-05

0 引言

新能源汽車是我國七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一，屬于國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)，也是我國汽車產業(yè)實現(xiàn)“彎道超車”的關鍵［1-2］。在政府大力支持以及車企不斷創(chuàng)新推動下，新能源汽車技術得到了不斷發(fā)展并趨于成熟。隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，電驅動系統(tǒng)的重要性日益凸顯，相關技術也日趨成熟。然而，電驅動系統(tǒng)產生的電磁干擾會對其他電子設備的穩(wěn)定性造成影響［3］，包括影響車上的通信設備、車機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及電驅動系統(tǒng)自身，從而威脅車輛運行的安全［4-6］。因此，解決電驅動系統(tǒng)產生的電磁干擾問題，確保車輛各系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，是新能源汽車發(fā)展的重要任務。在針對新能源汽車電驅系統(tǒng)電磁干擾問題的研究中，樊貴全［7］通過電源線傳導騷擾、電場強度等測試手段，探究電磁干擾產生的機理，發(fā)現(xiàn)電機驅動系統(tǒng)運行時，IGBT（絕緣柵雙極晶體管）高頻率開關及電源模塊是主要的電磁干擾源；楊靜怡等［8］針對電驅系統(tǒng)低壓電路，建立了滿足實際DC/DC（直流到直流電壓轉換）和驅動功能的低壓電路傳導干擾仿真模型，并對低壓電路正常工作下的高頻電磁干擾特性進行了測試驗證；程寧［9］研究了重型汽車電氣的電磁干擾問題，分析干擾產生的原因，并提出了相應的解決方法；張清郁［10］對電車中電控系統(tǒng)所產生的電磁干擾進行故障分析，采取了有效的檢修方法解決干擾問題。本文針對某新能源汽車在實際應用中遇到的電磁干擾故障進行診斷與排查，對引發(fā)故障的電磁干擾因素進行分析，制訂合理可行的故障解決方案。

1 故障診斷

在某新能源車型的NS（非可售車）造車驗證過程中，出現(xiàn)了電機母線快速欠壓以及電池總電壓過低的問題。對故障車輛進行跟車實驗發(fā)現(xiàn)，異常瞬間儀表顯示電壓驟降至154 V（正常電壓應為320 V左右）。初步判斷此現(xiàn)象是由于電池BMS（電池管理系統(tǒng)）的電壓采集出現(xiàn)異常所致?？赡茉斐呻姵谺MS電壓采集異常的原因包括軟件問題、接觸不良、BMS硬件問題以及整車EMC（電磁兼容）問題等。在對電池包進行分析后，采用單因素法逐一排查這些潛在原因。經過實際排查，確認整車的EMC存在問題。進一步現(xiàn)場排查顯示，在掛擋時刻，BMS調試CAN（控制器局域網絡）中出現(xiàn)大量錯誤幀（見圖1），整車CAN上報的電池部分單體電壓為零，電池總壓偏低。因此，明確故障觸發(fā)機制如下：當調試CAN錯誤幀在單位時間內累積至設定閾值時，BMS從控模塊將退出總線并嘗試重新連接，若連續(xù)4次嘗試失敗，從控模塊將進入休眠狀態(tài)，導致主控制模塊無法接收從控模塊傳送的單體電壓信息，從而引發(fā)上述故障。

綜上，故障引發(fā)原因總結如下：在掛擋操作時，電池包內的BMS受到整車系統(tǒng)的電磁干擾導致重啟，主控模塊無法接收到從控模塊采集的電壓信息，最終引發(fā)整車故障。經分析，確定故障根源為整車EMC問題。

2 故障分析與解決

在排查電磁干擾原因時，應從電磁干擾的3個要素進行分析：明確被干擾對象、識別干擾源、探究干擾途徑［11-12］。這是解決電磁兼容問題過程中不可或缺的考量因素。

2.1 被干擾對象分析

在上述分析中已明確電池包內的BMS為被干擾對象，現(xiàn)對BMS變異點或不符合標準項進行排查。

（1）變更情況：在OTS3（整車工程樣車第3批）階段，優(yōu)化更新了BMS從控模塊硬件，版本從69版升級到69A版。相同平臺的69A版硬件已在其他量產車型上應用上萬臺，并且2個版本的EMC試驗均顯示合格。

（2）斷點情況：在OTS3階段后，BMS從控模塊硬件已全部切換為69A版，當前NS2（非可售車）階段截止故障出現(xiàn)前，試裝車數(shù)量已達98輛。

（3）驗證情況：通過替換測試，將電池包上的BMS從控模塊換回原OTS2（整車工程樣車第2批）樣車的舊狀態(tài)（69版從控模塊硬件），故障在故障車上依舊出現(xiàn)。因此，排除了BMS從控模塊硬件變更對本次EMC問題的影響。

2.2 干擾源分析

通過采用互換法對整車CAN網絡上的電器件進行逐一排查和互換驗證，初步確定了MCU（電機控制器）為干擾源。故障發(fā)生在掛檔時刻，MCU的IGBT在此瞬間開管，并發(fā)出一定的干擾信號。

（1）變更情況：路試車使用的MCU已換為2代產品（IGBT模塊供應方發(fā)生變更）。雖然新配置的EMC試驗符合國標要求，但是路試尚未全部完成，目前未出現(xiàn)異常情況。

（2）斷點情況：經對比，自1代MCU升級至2代MCU后，出現(xiàn)故障車輛4臺，故障率為4%。

（3）驗證情況：通過將原工程樣車上的1代MCU安裝至故障車輛，所有故障均被消除；4臺故障車全部更換為1代MCU后，故障均不再出現(xiàn)，電池內網錯誤幀統(tǒng)計見表1。據此，可以初步判斷MCU硬件變更是EMC問題的關鍵影響因素。

（4） MCU信號排查情況：為辨識1代MCU與2代MCU對整車電磁環(huán)境的影響，在掛擋時刻監(jiān)控了搭載1代和2代MCU車輛的總正對地電壓波形（見圖2）。對比測試結果發(fā)現(xiàn)，2代MCU在信號傳輸過程中存在10～20 V的高頻波動。由此可以確認：MCU由1代變更為2代后，確實產生了更大的電磁干擾。

2.3 干擾途徑分析

干擾途徑一般分為傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是指沿著導體傳播的干擾，其傳播方式包括電耦合、磁耦合和電磁耦合；輻射干擾是指通過空間以電磁波形式傳播的電磁干擾，其傳播方式有近區(qū)場感應耦合和遠區(qū)場輻射耦合。此外，還存在復合干擾的情況，即傳導干擾與輻射干擾可能同時發(fā)生，形成復合干擾。

針對2代MCU試裝車故障率為4%的問題，進行了以MCU為研究對象的互換測試，測試結果見表2，測試結果顯示：①故障車輛在更換為1代MCU后，故障均消除；②故障車輛在多次更換為2代MCU后，故障仍然存在；③正常車輛在多次更換為2代MCU后，均表現(xiàn)正常。綜上，可以確認該EMC問題與2代MCU相關，并可通過干擾途徑尋求解決方案。

基于測試結果的規(guī)律，在MCU供方EMC工程師的支持下，執(zhí)行以下驗證步驟。

（1）在檢查電池包內部線束時，發(fā)現(xiàn)BMS主從控制板間的CAN線未使用屏蔽線［見圖3（a）］。為驗證此未屏蔽的CAN線是否會受到電磁干擾，采用編織帶與銅箔完全包裹該段CAN線，并確保雙端接地［見圖3（b）］。搭載整車并采集電池內網報文，結果顯示錯誤幀數(shù)量急劇減少［見圖3（c）］，系統(tǒng)恢復正常狀態(tài)。采取CAN線屏蔽措施后再嘗試單端接地測試，故障現(xiàn)象復現(xiàn)。因此，可以確定CAN線未使用屏蔽線及雙端接地是產生電磁干擾的原因。

（2）進一步檢查電池包BMS的接地狀態(tài)。使用萬用表測試故障車電池包的BMS主控制板接地電阻，結果顯示為絕緣狀態(tài)［見圖4（a）］。為了驗證這一推斷，使用銅箔連接BMS主從控制板的搭鐵點模擬接地，并采集模擬接地前后的報文數(shù)據。對比發(fā)現(xiàn)，在模擬接地后，故障消除［見圖4（b）］。為了進一步確認此推斷，使用絕緣膠帶纏繞主從控制板搭鐵點模擬絕緣狀態(tài)，故障復現(xiàn)［見圖4（c）所示］。因此，可以鎖定BMS主控制板接地不良是產生電磁干擾的主要原因。

（3）在檢查一臺故障車輛的電池包時，發(fā)現(xiàn)其BMS主控對地存在絕緣問題，對正常車輛的電池包BMS主控對地阻值進行驗證，結果顯示正常車輛的電池包BMS主控對地導通［見圖5（a）］。為了模擬故障情況，使用絕緣膠帶包裹正常車輛的電池包BMS主控部分，模擬絕緣狀態(tài)［見圖5（b）］進行測試，故障復現(xiàn)［測試報文見圖5（c）］；隨后拆除絕緣膠帶，恢復電池包主控的對地連接，故障消除。

（4）在評估主控對地絕緣對1代MCU的影響時，將經過絕緣處理的電池包和1代MCU搭載于實車進行測試，結果顯示依然存在大量錯誤幀，重新導通BMS主控接地后，故障消除。測試過程中發(fā)現(xiàn)，在BMS支架重新拆裝后，BMS主控的接地狀態(tài)由原本的接地變?yōu)閷Φ亟^緣，表明如果安裝不當則會導致接地不良。進一步分析發(fā)現(xiàn)，BMS支架的接地螺孔面均有電泳漆，這是導致接地不良的主要原因。

（5）試驗分析發(fā)現(xiàn)，BMS主控對地絕緣是導致出現(xiàn)大量錯誤幀的主要原因。結合BMS主控硬件設計，拆解后發(fā)現(xiàn)供電電源處設有跨接電容，該電容連接了PCB（印制電路板）與BMS殼體，其設計初衷在于消除潛在的電磁干擾，但如果接地不良，這種設計反而會產生隱患，因為高壓干擾可能通過不良接地而被引入低電位區(qū)域，從而在主從板之間形成電位差，最終導致干擾問題。

2.4 診斷結果

通過互換驗證排查和變化點排查，最終確定了導致電磁兼容問題的3個關鍵要素。

（1）被干擾對象：BMS被確認為被干擾對象。

（2）干擾源：MCU被確認為干擾源。在掛檔時刻，IGBT開管，瞬間產生一定的干擾。國產化2代MCU相較于1代MCU，存在10～20 V的高頻波動，這是導致干擾增強的主要原因。

（3）干擾途徑：干擾以傳導方式從MCU經配電三合一系統(tǒng)傳遞至電池包，在BMS側造成高低壓耦合。檢查發(fā)現(xiàn)，BMS主從板之間的CAN線未使用屏蔽線，BMS主從板的接地螺栓表面缺乏電泳防護而導致接地不良。雖然BMS的PCB板供電電源處設有跨接電容，電容通過連接PCB板與BMS殼體消除干擾，但是接地不良導致的高壓干擾被引入低電位區(qū)域，使主從板之間產生電位差，進而使CAN H（高電平數(shù)據線）和CAN L（低電平數(shù)據線）信號被抬升或拉低，最終導致CAN通信故障。

綜上所述，BMS主從板之間的CAN線未使用屏蔽線以及BMS主從板接地螺栓表面未進行電泳防護造成的接地不良，是造成電磁干擾問題的根本原因。同時，2代MCU存在10～20 V的高頻波動，進一步加劇了BMS受到的干擾。

3 改進措施與成效

3.1 改進措施

針對上述分析找出的根本原因，本文提出以下改進措施。

（1）在BMS主從板安裝支架螺母孔的電泳時，進行接地防護，確保主從板殼體對電池箱殼體的導通電阻≤0.2 Ω。

（2）通訊CAN線（包括內網和外網）全部采用屏蔽雙絞線進行布線，并確保屏蔽線的兩端均接地。

3.2 改進成效

（1）改進前情況：車輛報電機母線快速欠壓、電池總電壓過低故障，行駛測試中拋錨，嚴重影響了生產入庫進度。車輛故障率高達4%。

（2）改進后成效：實施上述改進措施后，相關問題未再重現(xiàn)，故障率降至0。

（3）經濟效益分析：通過以上措施可產生直接經濟效益，以故障率4%、月產量500臺、2代電控成本約降125元/臺為基礎計算經濟效益，每年可產生近78萬元的經濟效益。

4 結語

針對某新能源汽車的電磁干擾問題，本文采用了三要素法進行故障分析與診斷，發(fā)現(xiàn)MCU對BMS產生電磁干擾。此干擾以傳導方式從MCU經配電三合一系統(tǒng)傳至電池包，在BMS側造成高低壓耦合現(xiàn)象，同時MCU自身存在的電壓高頻波動進一步加劇了電磁干擾。針對該故障分析結果，采取相應改進措施可有效解決新能源汽車的電磁兼容問題。隨著新能源汽車智能化水平日益提升，應用的電子元件也隨之增多，由此帶來的電磁干擾問題也會越來越多。而本文提出的故障分析與解決故障的步驟方法，可為新能源汽車面臨的類似電磁兼容故障問題提供解決思路。

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*柳州市科技攻關與新產品試制“限定區(qū)域和特定場景智能網聯(lián)汽車技術開發(fā)與示范應用”（2022AAA0103）。

【作者簡介】鄧芝艷，女，湖南郴州人，工程師，研究方向：供應商質量管理。

【引用本文】鄧芝艷.某新能源汽車電磁干擾故障分析與解決方法［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（5）：110-114.