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電磁兼容性是新能源汽車的一項關鍵共性技術，對保障新能源汽車安全行駛、減少或避免故障十分重要。隨著智能網聯電動汽車的發展，電磁兼容性分析與設計成為研發中不可或缺的環節，是工程師必須掌握的知識和技能。本書以建模仿真、試驗測量和工程案例相結合的方式，介紹了新能源汽車電機驅動系統、 DC-DC變換器、無線充電系統、整車控制器、電池管理系統以及整車電磁兼容性的相關內容，使讀者能夠熟練掌握電磁兼容性的分析方法、建模仿真方法、整改方法以及測試方法。

本書可供車輛工程相關專業的研究生、高年級本科生和工程技術人員參考學習使用。

適讀人群 ：新能源汽車技術研究人員及高校師生

適讀人群：車輛工程相關專業的研究生、高年級本科生和工程技術人員

《新能源汽車電磁兼容性設計理論與方法》對電磁兼容性的分析方法、建模仿真方法、測試方法和整改方法的闡述充分

《新能源汽車電磁兼容性設計理論與方法》可以使讀者對新能源汽車電磁兼容性有總體的認識

《新能源汽車電磁兼容性設計理論與方法》對于新能源汽車電磁干擾預測、抑制和電磁兼容優化設計提供了參考和借鑒。

1. 充分闡述了新能源汽車電磁兼容性的分析方法、建模仿真方法、測試方法和整改方法。

2. 為預測、抑制新能源汽車電磁干擾提供了解決方案。

3. 為優化設計新能源汽車電磁兼容提供了參考。

新能源汽車是《中國制造 2025》十大重點發展領域之一。電磁兼容性是新能源汽車的一項關鍵共性技術，對保障新能源汽車安全行駛、減少或避免故障十分重要。隨著新能源汽車電動化、智能化、網聯化和共享化的發展，對線控高效電子電氣架構提出了高帶寬、高實時性、高安全性及高可靠性的需求，電磁兼容性成為影響智能網聯電動汽車功能安全性的一個重要問題。國家能源局發布的《電動汽車安全指南》（2019版）中規定了純電動汽車和氫燃料電池汽車整車電磁兼容安全性要求。

本書涉及新能源汽車零部件及整車電磁兼容性相關內容，共 8章，包括緒論，新能源汽車電磁兼容基礎，電機驅動系統電磁干擾預測與抑制， DC-DC變換器電磁干擾預測與抑制，無線充電系統電磁安全與電磁兼容，整車控制器信號完整性與電磁兼容，電池管理系統電磁兼容，整車電磁輻射測量、診斷與抑制。盡管由于篇幅限制，每部分內容不可能進行很深入的分析，但是本書對電磁兼容性的分析方法、建模仿真方法、測試方法和整改方法的闡述還是比較充分的。本書可以使讀者對新能源汽車電磁兼容性有一個總體的認識。對于新能源汽車電磁干擾預測、抑制和電磁兼容優化設計，本書為工程師解決相關問題提供了參考和借鑒。

作者從 2006年起從事電動汽車電磁兼容性研究，先后主持或參與了國家自然科學基金項目、國家重點研發項目、國防重點預研項目、裝備預研領域基金項目和共用技術項目、企業合作項目等科研項目，本書的出版得到了這些科研項目基金的支持。

前　言

在撰寫本書的過程中，作者所在團隊的研究生做了很多貢獻，部分內容來自他們的研究成果，他們是胡桂興、呂夢圓、高潤澤、董明承、張新宇、李廣召、馮惠源、宋超、林立文、楊泗鵬、曹玉、章濤、鐘廣緣、李祥、覃煥耀等，作者在此表示感謝。感謝北京理工大學電動車輛國家工程實驗室各位同事給予的幫助和提出的寶貴意見及建議。感謝北京理工大學信息與電子學院和機械與車輛學院區健昌、高洪民、程夕明、李軍求、潘小敏、王志福對本書提出的寶貴意見。感謝北京新能源汽車股份有限公司高新杰、鄭州宇通客車股份有限公司樊森、中國汽車技術研究中心有限公司柳海明給予的寶貴建議。感謝國內外車輛電磁兼容領域專家和同行的無私指導和幫助。

由于作者水平有限，疏漏和錯誤之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

翟麗 從 2006年起從事電動汽車電磁兼容性研究，先后主持或參與了國家自然科學基金項目、國家重點研發項目、國防重點預研項目、裝備預研領域基金項目和共用技術項目、企業合作項目等科研項目，《新能源汽車電磁兼容性設計理論與方法》的出版得到了這些科研項目基金的支持。

前言

叢書序

第1章　緒論

1.1　概述 ……............. 01

1.2　新能源汽車電磁兼容性問題 …… 02

1.2.1　電機驅動系統 EMC 問題 ……. 02

1.2.2　DC-DC 變換器系統 EMC 問題 ……..... 06

1.2.3　無線充電系統 EMC 問題 ……. 09

1.2.4　整車控制器 EMC 問題 ……..... 12

1.2.5　電池管理系統 EMC 問題 ……. 16

1.2.6　整車 EMC 要求 …… 18

參考文獻 ……............. 19

第2章　新能源汽車電磁兼容基礎

2.1　概述 ……........... 27

2.2　新能源汽車電磁兼容 ……........ 28

2.2.1　電氣基本架構 …….. 28

2.2.2　電磁兼容問題 …….. 29

2.3　電磁兼容理論基礎 …… 38

2.3.1　電磁干擾源 ……... 38

2.3.2　耦合路徑 ……...... 39

2.4　電磁兼容性設計 ……. 42

2.4.1　高性能電子電氣架構建模 …….. 43

2.4.2　電磁兼容性建模和電磁兼容性設計 .......................... 43

2.5　電磁干擾抑制措施 …… 45

2.5.1　EMI 抑制技術……... 45

2.5.2　關鍵部件 EMI 抑制技術……... 48

參考文獻 ……............. 49

第3章　電機驅動系統電磁干擾預測與抑制

3.1　概述 ……............. 51

3.2　電機驅動系統 EMI 的機理 ……. 52

3.2.1　電機驅動系統傳導發射測試 …….. 52

3.2.2　IGBT 電磁干擾源 ……........ 54

3.2.3　電磁干擾耦合路徑 ……..... 56

3.3　電機驅動系統電磁干擾建模 ……..... 64

3.3.1　電機驅動系統電磁干擾建模與仿真 .......................... 64

3.3.2　電機驅動系統聯合仿真 …….. 91

3.4　基于測量的電驅動系統電磁發射 SPICE等效電路建模 ................ 94

3.4.1　建模方法概述 …….. 94

3.4.2　SPICE 等效電路建立 …….. 95

3.4.3　SPICE 等效電路模型驗證 …… 98

3.4.4　系統諧振抑制方法 ……..... 99

3.5　EMI 電源濾波器 ……113

3.5.1　高壓輸入端口濾波器設計 …….114

3.5.2　基于諧振點抑制的濾波電路設計方法 .................... 122

3.5.3　電機控制器高壓直流電源 EMI 濾波器設計............ 130

3.5.4　空心電感高壓直流電源 EMI 濾波器設計................ 139

3.6　電磁干擾測試 ……... 147

3.6.1　電磁干擾測試平臺 …….. 147

3.6.2　傳導發射（電壓法） ……..... 148

3.6.3　傳導發射（電流探頭法） …… 150

3.6.4　低壓電源線對高壓電源線的耦合 ............................ 154

3.6.5　傳導 EMI 抑制…… 155

3.6.6　電機驅動系統直流和交流電源線電壓和電流 ........ 158

3.6.7　轉速和轉矩對傳導騷擾電壓和電流的影響 ............ 160

3.6.8　電磁輻射試驗 …… 163

3.6.9　傳導騷擾電壓差共模分離測試 …….. 166

參考文獻 ……...........170

第4章　DC-DC變換器電磁干擾預測與抑制

4.1　概述……........... 170

4.2　DC-DC 變換器傳導發射測試 ……. 171

4.2.1　隔離型全橋高低壓 DC-DC 變換器的結構 .............. 171

4.2.2　傳導電磁發射的測試布置 …… 171

4.3　DC-DC 變換器 EMI 的預測 …… 173

4.3.1　干擾源 ……....... 173

4.3.2　DC-DC 變換器系統傳導發射高頻等效電路 ........... 174

4.3.3　電磁干擾耦合路徑 ……... 177

4.3.4　傳導 EMI 仿真預測……... 182

4.4　高壓電源 EMI 濾波器 ……....... 183

4.4.1　高壓輸入端口 EMI 濾波器設計…….. 183

4.4.2　基于諧振點抑制的濾波電路設計 ............................ 188

4.5　輻射發射 ……...... 191

4.5.1　理論分析 …….... 191

4.5.2　輻射發射測量 …… 192

參考文獻 ……........... 194

第5章　無線充電系統電磁安全與電磁兼容

5.1　概述……............ 197

5.2　無線充電系統的結構……....... 197

5.2.1　系統結構 …….... 197

5.2.2　系統建模 …….... 198

5.2.3　系統性能仿真 …… 202

5.3　無線充電的工作原理 ……......... 203

5.3.1　傳輸功率 …….... 204

5.3.2　效率 ……......... 207

5.3.3　偏移特性 ……... 208

5.3.4　偏移對效率的影響 ……....211

5.4　磁場分布 ……........ 218

5.4.1　整車模型 …….... 218

5.4.2　磁場測試點分布 ……....... 219

5.4.3　偏移時的耦合線圈互感 ……. 220

5.4.4　磁場分布分析 …… 221

5.4.5　磁感應強度測量 ……....... 224

5.5　電源線傳導電磁干擾建模與抑制 …….. 227

5.5.1　干擾源 ……....... 227

5.5.2　電磁干擾機理 …… 229

5.5.3　傳導騷擾預測 …… 235

5.5.4　EMI 濾波器……..... 238

5.5.5　傳導騷擾電壓測量 ……... 242

5.6　公共電網電源線諧波 ……......... 245

5.6.1　諧波分析 …….... 246

5.6.2　傳統整流濾波升壓電路系統的諧波 ........................ 246

5.6.3　采用 PFC 電路系統的諧波…… 250

5.6.4　系統諧波抑制方法 ……... 254

5.7　無線充電系統次級側電路電磁輻射 …….... 256

5.7.1　輻射發射系統建模 ……... 256

5.7.2　次級側充電電纜輻射發射 …… 257

5.7.3　輻射 EMI 抑制…… 259

參考文獻 ……........... 262

第6章　整車控制器信號完整性與電磁兼容

6.1　概述……............ 264

6.2　整車控制器的功能與結構 ……. 264

6.3　整車控制器硬件電磁兼容性設計 …….. 265

6.3.1　電源線電磁抗擾度 ……... 265

6.3.2　PCB 電源完整性 ……....... 268

6.3.3　信號完整性 …….... 269

6.4　電源分配網絡等效電路 ……..... 275

6.4.1　芯片電源分配網絡等效電路 …… 275

6.4.2　以太網芯片電源分配網絡集總參數模型 ................ 282

6.5　PCB 去耦電容優化方法 …….. 283

6.5.1　整車控制器 PCB 電源分配網絡阻抗 ....................... 283

6.5.2　PDN 去耦電容優化 ……... 290

6.5.3　頻域阻抗驗證 …… 297

6.6　PCB 信號完整性建模與分析 …… 299

6.6.1　車載以太網信號與 CAN 總線信號頻譜 ................... 299

6.6.2　反射建模與仿真 ……....... 300

6.6.3　串擾建模與仿真 ……....... 308

6.7　PCB 電磁輻射……... 317

6.7.1　電磁輻射機理 …… 317

6.7.2　PCB 電磁輻射分析 ……... 318

6.8　以太網整車控制器電源線傳導 EMI 抑制 ........................ 320

參考文獻 ……........... 322

第7章　電池管理系統電磁兼容

7.1　概述 ……........... 325

7.2　BMS 的功能與結構 …….......... 326

7.3　PCB 電源分配網絡去耦電容 ……. 327

7.3.1　去耦電容優化設計方法 ……. 327

7.3.2　去耦電容布置 …… 331

7.3.3　電源平面諧振分析 ……... 332

7.4　時鐘信號 ……...... 333

7.4.1　電磁干擾機理 …… 334

7.4.2　近場掃描預測 …… 337

7.4.3　時鐘干擾信號抑制 ……... 340

7.4.4　BMS 電磁輻射發射試驗 ……. 342

7.5　DC-DC 芯片開關噪聲 …….... 343

7.5.1　開關噪聲產生機理 ……... 343

7.5.2　電磁干擾建模預測 ……... 346

7.5.3　DC-DC 干擾抑制方法 …….... 347

7.6　CAN 總線抗干擾分析 ……...... 349

7.6.1　CAN 總線電路電磁干擾 ……. 349

7.6.2　CAN 總線抗干擾電路設計 …… 350

7.7　PCB 電磁輻射 …… 353

參考文獻 …….......... 355

第8章　整車電磁輻射測量、診斷與抑制

8.1　概述 ……........... 358

8.2　乘用車整車電磁輻射 ……......... 359

8.2.1　整車輻射發射測試 ……... 359

8.2.2 整車輻射發射抑制 …….. 362

8.3　商用車整車電磁輻射 ……......... 364

8.3.1　整車電磁輻射測試 ……... 364

8.3.2　電磁干擾源診斷 ……....... 366

8.3.3　整車輻射電磁干擾抑制 ……. 370

8.4　整車電磁干擾診斷方法 ……..... 373

8.5　實車 EMI 測量 …….. 381

8.5.1　電磁干擾頻域特性 ……... 381

8.5.2　電磁干擾時域特性 ……... 389

參考文獻 ……........... 391