Aktuelle Entwicklungen bei den EMV-Anforderungen an Hochvoltsystemen in Elektro- und Hybridfahrzeugen

Dieser Artikel gibt einen Einblick in den aktuellen Stand der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)-Normungsaktivitäten für Elektro- und Hybridfahrzeuge und -systeme. Die physikalischen Effekte und Besonderheiten des Hochvoltsystems bzgl. Störaussendung, Schirmung, Hochvolt-Niedervolt-Kopplung, gestrahlte, kapazitive und induktive Ausbreitungspfade von Störungen, Impulsen und Bordnetzwelligkeiten werden dargestellt. Daraus lassen sich Konsequenzen für EMV-Messaufbauten, -Messverfahren sowie spezielle Anforderungen an Störaussendung, Bordnetzimpulse und die Ladeschnittstelle ableiten. Die hierzu laufenden Aktivitäten in der EMV-Normung für Elektro- und Hybridfahrzeuge bei ISO, IEC, CISPR sowie den Zulassungsanforderungen nach ECE-R10 werden dargestellt

Analyse leitungsgeführter Emissionen im HV-Bordnetz von elektrischen Fahrzeugen

Mit der fortschreitenden Elektrifizierung des Antriebsstrangs und der steigenden Zahl an Hochvolt-Nebenaggregaten wird es immer wichtiger, genaue Kenntnisse über die Nutzund Störgrößenverhältnisse im HV-Bordnetz zu erhalten und deren Einflussfaktoren zu analysieren [1] [2] [3]. Hierbei stellen die im Pulsbetrieb operierenden Komponenten, wegen der schnellen Schaltflanken bei teils sehr hohen Leistungen, das größte Störpotential dar. Daher ist es geboten, die hier erzeugten Störemissionen der Komponente möglichst schon im Design durch geeignete Schaltungen und taktbezogene Modulationsverfahren zu minimieren [4] [5] [6]. Allerdings genügt es wegen der Komplexität des Gesamtsystems Fahrzeugbordnetz nicht mehr, die verschiedenen Komponenten nur isoliert voneinander zu betrachten und im Laboraufbau zu analysieren. Für die Festlegung von sinnvollen Komponentenanforderungen ist es wichtig, die verschiedenen Komponenten und Subsysteme auch im Systemverbund zu analysieren. Damit ist es möglich, die relevanten Störgrößen oder potentielle Wechselwirkungen zu identifizieren und entsprechende Komponentenanforderungen zu definieren. Vergleichsweise einfache Laboraufbauten mit einer Minimalperipherie, wie sie in EMV-Messungen zum Einsatz kommen, sind für die Überwachung der Konformität sehr gut geeignet. Für die Festlegung von Spezifikationen, das grundsätzliche Verständnis von Wechselwirkungen und der Wirksamkeit verschiedener Komponentenmaßnahmen sind Untersuchung der gesamten HV-Bordnetzarchitektur unter Einbeziehung möglichst realistischer Belastungszustände sinnvoll. Damit ist es möglich, relevante Wechselwirkungen im Gesamtsystem zu erfassen und die Wirksamkeit von Komponentenmaßnahmen zu bewerten. Da sowohl ein Systemverbund als auch die möglichen Belastungszustände sehr vielfältig sein können, bietet es sich an, solche grundsätzlichen Analysen von Störungen und Entstörungsmaßnahmen simulationsunterstützt durchzuführen

Entwicklung einer passiven Motornachbildung zur Prüfung von Antriebssystemen von Elektro- und Hybridfahrzeugen

Die zunehmende Integration von leitungselektronischen Komponenten in Elektround Hybridfahrzeugen hat einen großen Einfluss auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) im Fahrzeugbereich. Die elektrischen Antriebssysteme mit Leistungen im 100kWBereich werden aus Gründen der Energieeffizienz bei aktuellen Fahrzeugen mit LithiumIonen Batterien mit hohen Gleichspannungen [1] betrieben. Der Antriebsumrichter erzeugt an seinen Ausgangsklemmen ein frequenzvariables gepulstes Drehstromsystem, mit dem entweder ein Asynchronmotor oder ein permanent erregter Synchronmotor betrieben wird. Um den Wirkungsgrad des Antriebssystems weiter zu steigern, werden im Antriebsumrichter möglichst schnell schaltende IGBTs [2] eingesetzt. Allerdings verursachen diese schnellen Schalthandlungen im Umrichter breitbandige Störaussendungen, die in andere Teile des Bordnetzes überkoppeln können. Im Vergleich zur klassischen Fahrzeug-EMV, die das 12V Bordnetz beinhaltet, sind die im Antriebsbordnetz entstehenden Störaussendungen wesentlich höher. Um diesen neuen Gegebenheiten zu begegnen, werden aktuell alle EMV Standards im Fahrzeugbereich um die neuen Antriebsstrangkomponenten ergänzt. Bezüglich des Antriebsstrangs werden in der aktuellen Version der CISPR 25 [3] Komponententests mit dem Antriebssystem beschrieben. Hierbei wird der Umrichter, der im Wesentlichen die Störquelle darstellt, in der Schirmkabine platziert. Um den Umrichter für Messungen sowohl der leitungsgebundenen Störaussendung auf der Antriebs-, wie der Batterieleitung als auch der gestrahlten Störaussendung betreiben zu können, muss er zum einen über eine Gleichspannungsquelle versorgt werden und zum anderen an seinen Motorklemmen eine Last also einen Antrieb antreiben können. Aktuell wird nach CISPR 25 ein realer Antrieb an den zu testenden Umrichter angeschlossen. Um den Umrichter in realitätsnahen Betriebspunkten betrieben zu können, wird die Welle des Antriebs aus der Halle geführt, um dort eine mechanische Belastungsmaschine (in der Regel ein zweiter leistungselektronisch geregelten Antrieb) anzuschließen. Um die Schirmwirkung der Halle nicht zu beeinträchtigen und die Lastmaschine zu entkoppeln wird die Welle entweder isoliert (Kunststoffwelle) oder über eine Wellenfilterung (Wellenschirmung) aus der Halle geführt, was zumindest bei einer bestehenden Halle problematisch ist. Da der Antrieb im Bezug auf die EMV eine passive Komponente darstellt, sind entsprechende Entstörmaßnahmen im Umrichter zielführend

A novel package approach for multichip modules based on anisotropic conductive adhesives

In this paper anisotropic conductive pastes (ACP) are proposed for different level interconnections of millimeter-wave multichip modules (MCM) and packages. A novel ACP-based approach for cavity-up millimeter-wave packages simultaneously featuring small size, electrical and mechanical interconnection as well as heat transfer capabili-ties is presented

Anisotropic Conductive Adhesives for Millimeterwave Flipchip Interconnections

In this paper anisotropic conductive pastes (ACP) are proposed for the 1st level interconnect of millimeter-wave multichip modules (MCM) and packages. This 1st level interconnect between components on top of the module and the MCM is established in a flipchip approach. Here, instead of gold based bumps ACP together with a structured dielectric layer are used. The latter features additional chip support and bump shaping capabilities. These flipchip arrangements are experimentally investigated and compared to conventional gold based interconnections up to 110GHz

Investigation of the capacity of wheelchair tie down systems according to DIN 75078-2 with dynamic sled tests

Das Ziel der Untersuchung war, die Grenzen der Belastbarkeit eines Rollstuhl- und Personenrückhaltesystems mit Kraftknoten nach DIN 75078-2 zu ermitteln. Dazu wurden dynamische Schlittenversuche durchgeführt, bei denen die Verzögerungspulse sowie das Gesamtgewicht von Rollstuhl und Prüfpuppe variiert wurden. Für die Untersuchungen kamen ein Prüfrollstuhl, definiert nach ISO 10542, und Rückhaltesysteme mit Kraftknoten gemäß DIN 75078-2 zum Einsatz. Das Rückhaltesystem bestand aus einem Rollstuhl- und einem Personenrückhaltesystem, wobei das Rollstuhlrückhaltesystem (RRS) mit vier bzw. sechs Gurten und entsprechenden Retraktoren an einem dynamischen Schlittenaufbau befestigt wurde. Das Personenrückhaltesystem (PRS) bestand aus einem am Rollstuhl integrierten Beckengurt sowie einem Schulterschräggurt, der am Beckengurt und am Schlittenaufbau befestigt wurde. Ferner wurden bei den Versuchen Prüfpuppen verschiedener Alters- und Gewichtsklassen (P6, HIII 5 %, HIII 50 % und HIII 95 %) eingesetzt Die Belastungsanforderungen für das Rückhaltesystem wurden sukzessiv erweitert, indem einerseits das Gesamtgewicht (Rollstuhl und Prüfpuppe) und andererseits auch die Verzögerungspulse bis zur Versagensgrenze erhöht wurden. Das Vier-Gurt-Rückhaltesystem konnte bei einem Verzögerungspuls von 10 g einem Gesamtgewicht von bis zu 221 kg standhalten. Bei einem Verzögerungspuls von 20 g und einem Gesamtgewicht von 134 kg wurde das Vier-Gurt-System bis über die Grenzen belastet. Das Sechs-Gurt-Rückhaltesystem hat Belastungen bis 221 kg standgehalten. Infolgedessen ist bei einer Erhöhung der Verzögerungspulse auf 20 g und einem Gesamtgewicht von mehr als 109 kg ein Sechs-Gurt-System zu empfehlen.The aim of the study was to determine the limits of a wheelchair and occupant restraint system with adapter systems (Kraftknoten) according to DIN 75078-2. For this purpose, dynamic sled tests were conducted where the deceleration pulses and the total weight of the wheelchair and dummy were varied. Within this study a test wheelchair was used, defined by ISO 10542, and wheelchair tie downs with adapter system defined by DIN 75078-2. The restraint system consisted of a wheelchair and an occupant restraint system. The wheelchair restraint system was assembled with four, respectively six belts and retractors. The occupant restraint system consisted of a wheelchair integrated lap belt and a diagonal shoulder belt. Furthermore, dummies of different age and weight categories (P6, HIII 5 %, HIII 50 % and HIII 95 %) were used. The load requirement for the restraint system was gradually expanded, both by increasing the total weight (wheelchair and dummy) and the deceleration pulses. The restraint system attached with a four-belt-system could withstand a total weight of 221 kg with a deceleration pulse of 10 g. The restraint system attached with a six-belt system and a total weight of 221 kg could withstand a deceleration pulse up to 20 g. The restraint system attached with a four-belt system and a deceleration pulse of 20 g and a total weight of 134 kg was burden over the limits. Thus, if deceleration pulse will be increased up to 20 g and the total weight is more than 109 kg, a six-belt tie down system is recommended