一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法
【專利摘要】本發明涉及電磁兼容領域，具體是指一種對電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，首先對汽車內部電源線系統上的車用蓄電池、電纜、電子零部件和驅動控制器分別進行計算和等效，獲取車用蓄電池的動態電路模型、電纜的等效電路模型、電子零部件的等效電路模型和驅動控制器的等效電路模型，并分別進行模塊化封裝；然后結合獲取的動態電路模型和各等效電路模型，構建電動汽車電源線系統的等效電路模型；最后通過電路仿真獲得電源線的電瞬態傳導發射波形；本發明能夠較準確地模擬待測設備內部情況和實驗條件，快速獲得沿電源線的電瞬態傳導發射波形，并通過優化設備內部參數來改善其電瞬態傳導發射特性。
【專利說明】一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁兼容領域，具體是指一種對電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法。
【背景技術】
[0002]根據國家標準GB/T4365 電磁兼容(electromagnetic compatibility, EMC)術語中的定義，電磁兼容是指設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容包括電磁干擾(EMI)和電磁敏感度(EMS)兩個方面。電源線的瞬態傳導發射屬于電磁干擾(EMI)的范圍。
[0003]根據國家標準GB/T21437.2中要求，按照表4.3的電壓瞬態發射試驗布置方式，電動汽車電子模塊測得的瞬態發射電壓波形應滿足表C.2和表C.3的要求。
[0004]隨著汽車內部電子電氣設備日益復雜，其電源線的瞬態傳導發射對各部件產生的干擾和沖擊問題也日益突出。而目前在工程中，電動汽車電子模塊的電磁兼容性設計一般采用工程經驗方法，其電磁干擾數據都是在電子設備集成或整車裝機后通過電磁發射考核試驗來獲得。由于系統復雜龐大，一旦出現電磁兼容問題，補救整改措施通常很困難，且對設備成本和研發周期的影響較大。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種電動汽車電源線的瞬態傳導發射的建模方法，可以克服整機測試條件復雜、操作難以實現的問題，可以在設計前期對各電子設備的內部電氣參數進行提取和建模，獲得電源線系統的電路模型，從而對系統瞬態階躍響應進行分析，以預測其電瞬態傳導發射的幅度和頻率，并根據電路機理對設備內部參數進行優化，從而降低其電瞬態傳導發射程度。
[0006]本發明的技術方案如下:
一種電動汽車沿電源線的電瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:對汽車內部12V或24V電源線系統上的車用蓄電池、電纜、電子零部件和驅動控制器分別進行計算和等效，獲取車用蓄電池的動態電路模型、電纜的等效電路模型、電子零部件的等效電路模型和驅動控制器的等效電路模型，并分別進行模塊化封裝；然后結合獲取的動態電路模型和各等效電路模型，構建電動汽車電源線系統的等效電路模型；最后通過電路仿真得到電動汽車電源線系統的等效電路模型，獲得電源線的電瞬態傳導發射波形。
[0007]所述車用蓄電池的動態電路模型，由理想電壓源和RC電路組成；該車用蓄電池可以是鉛酸蓄電池，也可以是鋰電池。動態電路模型內部各參數可從蓄電池的數據手冊和測試數據中獲得。
[0008]該動態電路模型具體結構如下:
一電壓源，一狀態電容，一歐姆電阻，一極化電阻；所述極化電阻與歐姆電阻組成并聯電路，該并聯電路與電壓源、狀態電容和歐姆電阻串聯。[0009]該動態電路模型既可用于描述鉛酸蓄電池，也可用于描述磷酸鐵鋰電池，其電路方程為:
=?RjJf+RJ1
6，苴中.diP m
di CfJtr
R0為歐姆電阻；Rp為極化電阻；Cp為極化電容；電容Cb為負載電流產生的開路電壓變化，與電池狀態有關；R0、RP、CP和Cb的具體值根據實際選用的蓄電池手冊和實驗測試來獲取；Ure為理想電壓源，表示蓄電池開路電壓；隊為蓄電池輸出電壓；Ip為極化電阻上的電流山為蓄電池輸出電流。 [0010]所述電纜的等效電路模型，為無源二端口網絡，包括電纜的寄生電阻和寄生電感，
寄生電阻和寄生電感串聯而成；電纜的寄生電阻根據公式及=令來計算，其中:R為電
纜寄生電阻，P為電纜材料的電阻率，I為電纜長度，S為電纜截面積；寄生電感可以按照
圓截面直導線的電感來近似計算，即- 0_75)，其中:μ。為真空磁導率，SP
2π r
4 *10_7 H/m ； μ r為電纜材料的相對磁導率；r為電纜半徑。
[0011]所述電子零部件的等效電路模型包括電動汽車電源線系統上的照明電路的等效電路、傳感器的等效電路和儀表的等效電路，其中傳感器的等效電路和儀表的等效電路可等效為RC并聯電路，RC參數可從實際選用的數據手冊和測試數據中獲得。
[0012]電子零部件中所述的照明電路的等效電路，包括依次串聯的一 PN結光電器件、一電壓源、一電阻；所述PN結光電器件采用LED，LED的伏安特性具有非線性和單向導電性，LED的伏安特性可表示為:VF = Vtum, + RsIf，其中:VF為LED端電壓；IF為LED通過的電流；Vturn,為LED閥值電壓；Rs為伏安特性曲線的斜率。
[0013]所述驅動控制器用于電動汽車內部電機的驅動控制，包含高壓電路和低壓電路。其中高壓電路與汽車內部12V或24V電源線無直接電氣連接關系，對電源線瞬態傳導發射無影響。低壓電路與汽車內部12V或24V電源線直接連接，包括控制電路、邏輯電路和保護電路，可能由一個或多個電路板組成。在系統上電瞬間，影響電源電壓波動的主要是電路板上與電源直接連接的電感、電容、電阻等無源器件，以及電路板上的連接線；電路板上無源器件的參數可從相應的圖紙中直接獲得，而電路板連接線則通過分段參數提取的方式將其等效為多個二端口網絡。
[0014]所述汽車內部12V或24V電源線系統的等效電路模型的具體結構是:蓄電池的等效模型通過兩條電源線同時連接至一個測試開關控制單元，然后測試開關控制單元通過兩根電源線分別連接至二組電纜的等效模型，電纜的等效模型分別為電纜一的等效模型、電纜二的等效模型，電纜一的等效模型通過兩根電源線連接至照明電路的等效模型，電纜二的等效模型通過兩根電源線連接至驅動控制器低壓電路的等效模型。
[0015]最后，通過電路仿真軟件對所述汽車內部12V或24V電源線系統的等效電路模型進行仿真，可以獲得不同部位電瞬態傳導騷擾尖峰。
[0016]本發明的有益效果如下:1、將復雜的內部各設備簡化為簡單的二端口網絡和無源R、L、C參數，計算和仿真速度
快；
2、具有模塊化封裝功能，可以建立一系列儀器設備庫，在求解新目標對象時可以快速組裝模型，建模過程簡單；
3、能定量分析復雜系統沿電源線的電瞬態傳導發射和各設備的電瞬態傳導發射，在實際測試前即可找到系統性能最差點并對其優化，從而改善系統性能；
本發明能夠較準確地模擬待測設備內部情況和實驗條件，快速獲得沿電源線的電瞬態傳導發射波形，并通過優化設備內部參數來改善其電瞬態傳導發射特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的建模方法框圖；
圖2是本發明的車用蓄電池的等效動態電路模型；
圖3是本發明的照明電路的等效電路模型；
圖4是本發明的驅動控制器低壓電路的等效電路模型；
圖5是本發明的12V電源線系統電路模型；
圖6是本發明的12V電源線系統瞬態傳導發射波形。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
某電動汽車12V電源線系統由車用蓄電池、電源線、LED照明電路和驅動控制器組成。
[0019]如圖1所示，該電動汽車沿電源線的電瞬態傳導發射的建模方法的基本步驟如下:首先對汽車內部12V或24V電源線系統上的車用蓄電池、電纜、電子零部件和驅動控制器分別進行計算和等效，獲取車用蓄電池的動態電路模型、電纜的等效電路模型、電子零部件的等效電路模型和驅動控制器的等效電路模型，并分別進行模塊化封裝；然后結合獲取的動態電路模型和各等效電路模型，構建電動汽車電源線系統的等效電路模型；最后通過電路仿真得到電動汽車電源線系統的等效電路模型，獲得電源線的電瞬態傳導發射波形。
[0020]車用蓄電池可以等效為圖2所示的動態電路模型，其中，Ure為理想電壓源，表示蓄電池開路電壓吼為蓄電池輸出電壓；Ip為極化電阻上的電流山為蓄電池輸出電流A為歐姆電阻；Rp為極化電阻；Cp為極化電容；電容Cb為負載電流產生的開路電壓變化，與
電池狀態有關。其電路方程為:1..人,其中，Rtj、Rp、Cp和Cb
【權利要求】
1.一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:對汽車內部12V或24V電源線系統上的車用蓄電池、電纜、電子零部件和驅動控制器分別進行計算和等效，獲取車用蓄電池的動態電路模型、電纜的等效電路模型、電子零部件的等效電路模型和驅動控制器的等效電路模型，并分別進行模塊化封裝；然后結合獲取的動態電路模型和各等效電路模型，構建電動汽車電源線系統的等效電路模型；最后通過電路仿真得到電動汽車電源線系統的等效電路模型，獲得電源線的電瞬態傳導發射波形。
2.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:所述車用蓄電池的動態電路模型，由理想電壓源和RC電路組成； 該動態電路模型具體結構如下: 一電壓源，一狀態電容，一歐姆電阻，一極化電阻；所述極化電阻與歐姆電阻組成并聯電路，該并聯電路與電壓源、狀態電容和歐姆電阻串聯。
3.根據權利要求2所述的一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:所述動態電路模型用于描述鉛酸蓄電池，或者用于描述磷酸鐵鋰電池，其電路方程為:
4.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:所述電纜的等效電路模型，為無源二端口網絡，包括電纜的寄生電阻和寄生電感，寄生電阻和寄生電感串聯而成；電纜的寄生電阻根據公式
5.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:所述電子零部件的等效電路模型包括電動汽車電源線系統上的照明電路的等效電路、傳感器的等效電路和儀表的等效電路，其中傳感器的等效電路和儀表的等效電路等效為RC并聯電路，RC參數從實際選用的數據手冊和測試數據中獲得。
6.根據權利要求4所述的一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:電子零部件中所述的照明電路的等效電路，包括依次串聯的一 PN結光電器件、一電壓源、一電阻；所述PN結光電器件采用LED，LED的伏安特性具有非線性和單向導電性，LED的伏安特性可表示為:VF = Vtum, + RsIf，其中:VF為LED端電壓；IF為LED通過的電流；Vtum,為LED閾值電壓；Rs為伏安特性曲線的斜率。
7.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:所述驅動控制器用于電動汽車內部電機的驅動控制，包含高壓電路和低壓電路，低壓電路與汽車內部12V或24V電源線直接連接；所述低壓電路包括控制電路、邏輯電路和保護電路，由一個或多個電路板組成，電路板上無源器件的參數從相應的圖紙中直接獲得，電路板連接線通過分段參數提取的方式將電路板連接線等效為多個二端口網絡。
8. 根據權利要求1所述的一種電動汽車電源線瞬態傳導發射的建模方法，其特征在于:所述汽車內部12V或24V電源線系統的等效電路模型的具體結構是:蓄電池的等效模型通過兩條電源線同時連接至一個測試開關控制單元，然后測試開關控制單元通過兩根電源線分別連接至二組電纜的等效模型，電纜的等效模型分別為電纜一的等效模型、電纜二的等效模型，電纜一的等效模型通過兩根電源線連接至照明電路的等效模型，電纜二的等效模型通過兩根電源線連接至驅動控制器低壓電路的等效模型。
【文檔編號】G06F17/50GK103488839SQ201310449255
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】肖文靜, 唐健, 趙耕, 劉靜波 申請人:中國東方電氣集團有限公司