浅谈电驱动EMC带载测试系统电磁场仿真建模方法

新能源汽车的电驱动系统主要由驱动电机控制器（DC-AC）、发电机控制器（AC-DC）、高低压电源变换器（DC-DC）和辅助电机控制器（DC-AC）等控制器组成，这些控制器主要采用绝缘栅场效应管（IGBT）和金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等器件。功率变换控制器和半导体元器件在通过脉宽调制（PWM）进行能量变换过程中可瞬间形成强烈的电磁干扰。电驱动系统产生的电磁干扰不仅会影响车内外无线电接收装置，还会干扰自身和其他系统及设备的安全稳定运行，危及到车辆和人身安全。

电驱动EMC带载测试台架

电驱动系统的电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）是确保电子设备在电磁环境中能够正常工作而不发生干扰或受到干扰的重要因素之一。为了评估电驱动系统的EMC性能，通常需要进行带载测试和电磁场仿真分析。

1、电驱动EMC带载测试系统壁垒

电驱动EMC带载测试系统面临的主要壁垒包括系统的复杂性与多学科性，高频电磁噪声测试存在难度，设备互操作性问题，仿真真实工作环境存在挑战，标准和规范的不断变化，高成本和设备要求，以及测试准备与规划的复杂性。克服这些挑战需要先进的仿真技术、合适的测试设备、标准遵从、跨学科团队协作，并确保测试系统能够全面评估电驱动系统在实际工作条件下的电磁兼容性。以下是的电驱动EMC带载测试系统存在的3个壁垒：

（1）测试系统完整性

电驱动EMC带载测试系统通过测功机的连接轴穿过半电波暗室与待测电机联动，从而评估电机控制器甚至电池包的电磁兼容性能。由于连接轴需要穿过半电波暗室的屏蔽墙，破坏了整体屏蔽完整性。

（2）外部干扰

屏蔽室外部存在干扰源时，会因为穿墙孔缝隙处的电磁泄露对内部的工作机构产生干扰；

（3）测试精度

变频驱动电机的脉冲电压在电机轴上形成电容，耦合共模电压，轴电压放电产生轴电流。轴电流通过穿墙连接轴传导流入半波暗室，影响测试精度。

“穿墙”电驱动EMC带载测试系统

2、电驱动EMC带载测试系统现状

国际标准以及我国国家标准（GB/T 18655、GB/T 36282）针对电驱动系统都明确提出电驱动系统在测功机模拟实际带载工况下进行电磁传导发射、辐射发射与抗扰测试。

（1）ETS与AVL联合开发的Drive-Motor

美国ETS-Lindgren公司联合李斯特公司(AVL List GmbH, AVL)推出“穿墙”方案的带载测试系统，连接轴采用了碳纤维轴，降低轴电流的影响，并通过设计轴承上的绝缘设计隔断共模电流的影响。设计的典型功率为125kW，最大转速11000rpm，最大扭矩600N·m。但在实际的测试过程中，由于过长的穿墙轴在低转速的情况下引起较大的振动，存在断轴的风险。

ETS与AVL联合开发的Drive-Motor

（2）张威电驱动EMC带载测试试验方案

张威（上海大学）基于电动汽车驱动系统大电压、大电流、高发热、高振动、负载特性影响高等特点，对测试台与接地、传动轴、防振动、散热、供电等进行设计分析，提出了一种针对电动汽车驱动系统EMC测试的试验室设计方案，基本可满足电动汽车驱动系统进行零部件的EMC标准测试。

张威电驱动EMC带载测试试验方案

来源《电动汽车驱动系统EMC测试的试验室方案研究》

（3）重庆汽车智能制造研究院电驱动系统带载EMC测试暗室

2020年4月，艾姆克与重庆汽车智能制造研究院自主研发的电驱动系统带载EMC测试暗室（简称：Motor-Chamber）在重庆清研理工电子技术有限公司建设成功并顺利验收。该试验室依据CISPR25与GBT18655标准要求建设，全频段低于GBT18655-5级限值线20dB，为中国的新能源汽车产业发展提供了高可靠和高性价比的测评技术方案。

3、电驱动EMC带载测试系统仿真建模方法

电驱动EMC带载测试系统仿真建模是根据带载测试系统的结构参数、测试标准的要求，应用三维建模软件建立电驱动EMC带载测试系统的三维模型并进行几何简化和处理，通过三维建模软件和电磁学软件进行联合仿真建立电磁学仿真模型，进而完成相应的电驱动系统的电磁仿真分析。

（1）电驱动EMC带载测试系统建模仿真流程

获取测试系统参数：采集被测系统的三维几何模型作为输入物，包括运行参数、使用工况参数、供电电压等参数，对测试系统进行三维建模。

简化三维模型：在几何模型中省略或简化不影响研究对象电磁兼容特性的结构，对原始几何模型进行简化处理。

建立电磁学仿真模型：将经过简化后的三维模型导入仿真软件，设置求解类型，创建仿真模型，进行仿真的求解设置。

电驱动EMC带载测试系统建模仿真流程

来源《新能源汽车电驱动电磁兼容带载测试系统优化设计研究》

（2）电驱动EMC带载测试系统模型构建

构建几何模型：根据选定的零部件参数及尺寸，对测试系统的零部件分模块建模，而后在三维软件中装配到一起，保证模型与实际研究对象一致。

电驱动EMC带载测试系统台架三维模型

来源《新能源汽车电驱动电磁兼容带载测试系统优化设计研究》

几何模型简化：忽略模型的结构细节（固定或连接的螺栓、螺钉、垫片等），删除不必要的特征（如倒角、退刀槽、螺钉槽、凸台等特征），忽略对象的厚度，只考虑测功电机、齿轮箱等关键部 件的外壳实体结构。

电驱动EMC带载测试系统台架简化模型

来源《新能源汽车电驱动电磁兼容带载测试系统优化设计研究》

综上所述，随着电驱系统向多合一深度集成方向发展，电机控制模块、电源模块、PDU集成为多合一控制器后，其EMC需要达到单模块同样的等级，EMC（电磁兼容性）是新一代电驱动系统需要解决的重要问题。如何解决电驱系统深度集成所带来的电气干扰和干扰耦合等问题，挑战主要体现以下几个方向：

多合一对外电气接口增多

内部多模块存在干扰耦合

高低压之间干扰耦合