EMV-Komponenten

So gewöhnen passende Filter Elektrofahrzeugen das Stören ab

| Autor / Redakteur: Florian Böhm * / Thomas Kuther

Ein Elektroauto: Diesem extremen elektromagnetischen Umweltverschmutzer können die richtigen Filter das Stören abgewöhnen.
Ein Elektroauto: Diesem extremen elektromagnetischen Umweltverschmutzer können die richtigen Filter das Stören abgewöhnen. (Bild: EPCOS)

Wegen ihrer Motorinverter sind Elektrofahrzeuge massive elektromagnetische Störenfriede. Daraus resultierende EMV-Probleme lassen sich mit den richtigen Filterlösungen jedoch in den Griff bekommen.

Alle elektrisch angetriebenen Fahrzeuge (xEV) von heute – egal ob batterieelektrische Fahrzeuge (BEV), Elektrofahrzeuge mit Range Extender (EREV) oder Brennstoffzellen-Fahrzeuge (FCEV) – sind vollgepackt mit Elektronik. Dabei handelt es sich um immer komplexer werdende Systeme für Komfort, Sicherheit und Kommunikation, wie sie auch in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zu finden sind.

Dazu kommt bei einem xEV das elektrische Antriebssystem, bestehend aus Hochvolt-Batterie, Inverter und mindestens einem Elektromotor. Oberstes Gebot bei der Entwicklung solcher Fahrzeuge ist natürlich, dafür zu sorgen, dass sich die auf engstem Raum gepackten einzelnen Systeme nicht gegenseitig beeinflussen und stören. Auch fahrzeugexterne Systeme dürfen nicht gestört werden. Geregelt ist dies durch internationale Standards wie der CISPR 25 oder EU-Richtlinie ECE-R10.

Geschirmte Kabel reduzieren nur gestrahlte Emissionen

Die Inverter arbeiten mit Pulsbreitenmodulation um den Motor mit gewünschter Leistung und Drehzahl anzusteuern. Durch die steilen Flanken entstehen auf der Eingangs- wie Ausgangsseite der Inverter erhebliche EMV-Probleme, die sich als gestrahlte wie auch leitungsgebundene Emissionen darstellen. Um diese möglichst gering zu halten, basieren die meisten Designs auf einer kompletten Kapselung bzw. Schirmung des gesamten Systems.

Aus Platzgründen und zur besseren Gewichtsverteilung sind die einzelnen Komponenten des Antriebs auf das gesamte Fahrzeug verteilt. Die Batterie liegt meist im Heckbereich, während der Inverter im Frontbereich verbaut ist. Der Motor bzw. die Motoren sind an den Achsen oder in der Ausführung als Radnabenmotoren direkt an den Rädern verbaut.

Eine lange Leitung verbindet Batterie und Inverter

Zur Anbindung des Inverters an die Batterie ist ein entsprechend langes, geschirmtes Kabel erforderlich, das jedoch die Sicherstellung der EMV gefährden kann. Einerseits können hohe Schirmströme auftreten, die, wenn sie im hochfrequenten Bereich liegen, zu hohen Emissionen beitragen sowie Spannungsspitzen, die bei entsprechender Größe sogar zu einer Schädigung von Inverter oder Batterie führen können. Außerdem können Störungen in das Niedervolt-System des Fahrzeugs eingekoppelt werden. Ein weiteres Problem ist die elektrische wie auch mechanische Anbindung des Kabelschirms an die Schirmung der Batterie bzw. des Inverters. Die Impedanz dieser Anbindung muss extrem gering sein, um eine ausreichende Schirmung sicherzustellen.

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Gerade in Fahrzeugen treten durch Vibration oder Schock mechanische Kräfte auf, die die Schirmanbindung schwächen und somit die Impedanz langfristig ansteigen lassen. Nicht zu vernachlässigen sind auch Alterungsprozesse, die durch Oxidation oder sogar Korrosion auftreten. Bild 1 zeigt den Messaufbau nach CISPR 25 zur Bewertung von Emissionen einer Hochvolt-Leistungselektronik. Die gestrahlten wie leitungsgebundenen Emissionen eines Systems mit geschirmtem Kabel zwischen Batterie und Inverter, gemessen anhand des dargestellten Aufbaus, sind in Bild 2 dargestellt.

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