新能源与智能汽车技术丛书--新能源汽车电磁兼容性技术

（1）本书涉及新能源汽车零部件及整车电磁兼容性相关内容，以原理介绍、建模仿真和试验测试相结合的方式，介绍了新能源汽车直流有刷电机EMC问题、印刷电路板板级EMC问题、DC-AC逆变器EMC问题、动力电池系统EMC问题、整车EMC问题。 （2）本书可以使读者对新能源汽车电磁兼容性有一个总体的认识，亦为工程师解决新能源汽车电磁干扰预测、抑制和电磁兼容优化设计相关问题提供了参考和借鉴。

2020 年10 月27 日，《节能与新能源汽车技术路线图2.0》发布，其以社会需求和产业发展需求为基础，提出了新一轮汽车产业技术发展愿景。随着汽车产业的升级，大量的电子电气设备应用于智能汽车中，对于汽车行业来说，汽车电磁干扰有着很大的危害，电磁干扰会向四周发射电磁波，影响其他通信设备的正常工作，同时也会影响到汽车电气设备本身的正常工作。在大多数汽车控制系统的设备中，电磁兼容技术变得越来越重要，根据现在的应用技术研究新能源汽车、智能网联汽车电磁环境技术，解决汽车电气的电磁兼容已成为一个重要的科学研究课题。
新型电子电气架构下的新能源汽车具有多源传感器及开放互联等新特点。使用百兆环形以太网作为主干网络，将所有的功能集中到少数几个电子控制单元中集中控制，大量应用智能传感器、智能执行器。新能源汽车电磁频段从2.5GHz 提高到77GHz，整车内部电磁环境变得更为复杂，同时智能电动汽车存在异质、多源的电磁干扰源，具有不同的电磁噪声机理，其传播特性在时间、空间、频率等方面具有复杂、多样及不确定特性。另外，新能源汽车上的电气设备具有种类多、内部结构复杂、精确建模困难、电磁频谱分布广等特点，各设备频谱间多有重叠，电磁干扰耦合途径多、复杂程度高，极大增加了电磁干扰源定位和抑制的难度。以上特点对新能源汽车的电磁兼容性提出了更高的要求。
针对新能源汽车电磁噪声的多源、异质、宽频带、高瞬态特性，本书聚焦新能源汽车零部件及整车电磁兼容性相关内容，全书分6 章，包括绪论、直流有刷电机电磁干扰建模与仿真预测、印刷电路板关键激励源及干扰建模与仿真预测、DC/AC 调制方式及开关频率对电机驱动系统的影响、动力电池系统阻抗特性及电磁辐射发射、整车电磁建模与人体SAR（比吸收率）仿真。由于篇幅限制，新能源汽车电磁兼容性基础知识不再单独介绍，可参考作者《现代汽车电磁兼容理论与设计基础》一书。
作者自2004 年起一直从事新能源汽车电磁兼容性研究工作，主持或参与了多项电动汽车国家、省部级及企业横向项目，2013 年建成了具备电动汽车大功率电机带负载实验环境的3m 法半电波暗室，本书部分内容来源于这些项目的科研成果。
本书由同济大学汽车学院张戟教授撰写，同济大学汽车学院2020—2023 级研究生韩双庆、刘家栋、陈颖等参与了本书的编辑工作，在此表示感谢。
由于电磁兼容性开发、仿真方法日新月异，新技术层出不穷，加之时间仓促，笔者水平有限，书中不当之处在所难免，敬请各位读者批评指正。

著者
2023年8月

以纯电动汽车和燃料电池汽车、插电式混合动力汽车为代表的新能源汽车,作为能源网络中用能、储能和回馈能源的终端,成为我国乃至经济新体系中的重要组成部分。电磁兼容性是新能源汽车的一项关键共性技术,对保障新能源汽车安全行驶、减少和避免故障发生十分重要。随着智能网联和无人驾驶电动汽车的快速发展,电磁兼容性分析与设计成为各大主机和零部件厂研发中不可或缺的环节,是研发工程师必须掌握的知识和技能。
本书以建模仿真、试验测量和工程案例相结合的方式,全面系统地讲述了新能源汽车直流有刷电机、印刷电路板及关键激励源、DC/AC逆变器及电机驱动系统、动力电池系统和整车电磁兼容性的相关内容,使读者能够熟练掌握电磁兼容性的分析方法、建模仿真方法、整改方法及测试方法。
本书理论结合实际,实用性较强,可作为高等院校相关专业高年级本科生、研究生的教材,也可供从事电磁兼容性研发、测试和设计的工程师参考学习使用。

第1章　绪论 001
1.1　概述 002
1.2　新能源汽车电磁兼容性问题 003
1.2.1　直流有刷电机EMC 问题 004
1.2.2　印刷电路板板级EMC 问题 005
1.2.3　DC/AC 逆变器EMC 问题 006
1.2.4　动力电池系统EMC 问题 008
1.2.5　整车EMC 问题 011

第2章　直流有刷电机电磁干扰建模与仿真预测 012
2.1　概述 013
2.1.1　直流电机理论基础及换向理论 013
2.1.2　火花因数及接触压降计算 016
2.1.3　电机火花干扰抑制仿真 019
2.2　直流电机传导干扰建模与仿真预测 025
2.2.1 电机绕组建模 027
2.2.2　电机激励源建模 034
2.2.3　电机传导干扰系统仿真 039
2.3　直流电机辐射干扰建模与仿真预测 042
2.3.1 辐射干扰测试系统建模 043
2.3.2　辐射干扰仿真计算 044
2.3.3　辐射发射仿真 050
本章附录　传导干扰系统模型 052

第3章　印刷电路板关键激励源及干扰建模与仿真预测 054
3.1　概述 055
3.2　印刷电路板电磁干扰机理 055
3.2.1　电磁干扰测量接收机 057
3.2.2　快速傅里叶变换算法及EMI 接收机仿真 058
3.2.3　印刷电路板电磁干扰激励源 063
3.3　印刷电路板传导干扰建模与仿真 072
3.3.1　传导干扰测试系统组件建模 072
3.3.2　系统寄生参数建模 078
3.3.3　传导干扰仿真模型与仿真结果 087
3.3.4　传导干扰测试结果及对比 089
3.3.5　传导干扰抑制措施 094
3.4　印刷电路板辐射干扰建模与仿真 096
3.4.1　辐射干扰测试系统环境建模 097
3.4.2　接收天线仿真 102
3.4.3　辐射干扰激励源的获取 106
3.4.4　辐射干扰仿真模型及仿真结果 110
本章附录　EMI 测量接收机仿真程序 117

第4章　DC/AC 调制方式及开关频率对电机驱动系统的影响 119
4.1　概述 120
4.2　DC/AC 传导干扰机理 120
4.2.1　DC/AC 干扰源分析 120
4.2.2　DC/AC 耦合路径分析 121
4.3　IGBT 及线缆建模 125
4.3.1　IGBT 的结构和特性 125
4.3.2　IGBT 行为模型的建立 127
4.3.3　线缆模型的建立 132
4.4　控制系统建模及联合仿真 135
4.4.1　坐标变换 136
4.4.2　空间矢量控制 137
4.4.3　控制系统仿真模型 140
4.4.4　联合仿真及结果对比 143
4.5　DC/AC 逆变器电磁干扰的抑制 149
4.5.1　随机调制对电磁干扰的抑制作用 149
4.5.2　开关频率及工况对电磁干扰的影响 164

第5章　动力电池系统阻抗特性与电磁辐射发射 173
5.1　概述 174
5.2　动力电池系统全频段阻抗特性 174
5.2.1　电池系统电磁噪声产生机理 174
5.2.2　电池单体低频阻抗特性 176
5.2.3　电池单体中频阻抗特性 181
5.2.4　电池单体高频阻抗特性 183
5.3　动力电池系统干扰源仿真及测试 186
5.3.1　永磁同步电机 186
5.3.2　空间矢量脉冲宽度调制 187
5.3.3　最大转矩电流比控制 191
5.3.4　工况模拟及实车测试 193
5.4　动力电池系统辐射发射仿真与测试 199
5.4.1　传输线矩阵法的基本数学模型 199
5.4.2　动力电池系统辐射发射仿真 201
5.4.3　整车辐射发射仿真与测试 206

第6章　整车电磁建模与人体SAR 仿真 217
6.1　概述 218
6.2　整车电磁建模 218
6.2.1　整车有限元逆向建模 218
6.2.2　整车正向有限元电磁模型 225
6.3　整车辐射干扰抑制 233
6.4　人体在车内电磁辐射吸收剂量仿真 240
6.4.1　人体吸收电磁辐射的安全标准 240
6.4.2　人体电磁模型 242
6.4.3　车内不同位置处对人体电磁辐射吸收剂量的影响 244

参考文献 247