Entwicklung und Evaluierung eines aktiven EMV-Filters induktiver Topologie für KFZ-Anwendungen

Der Betrieb elektronischer Komponenten in Elektrofahrzeugen, vor allem der Drehfeld erzeugenden Wechselrichter des Antriebssystems, kann erhebliche elektromagnetische Störungen verursachen, denen es im Rahmen fortschreitender Elektrifizierung des Fortbewegungssektors beizukommen gilt. Er verursacht eine große Anzahl an Störspektren im zur Erreichung entsprechender Antriebsleistung erforderlichen Hochvoltsystem (Beispiel: s.Abb.1). Während passive Filtersysteme den einstmaligen Anforderungen von 12- Volt-Bordnetzen völlig genügten, bringt das HV-Bordnetz eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Zum einen erfordern hohe Ströme bzw. Leistungen große, Bauraum greifende Induktivitäten, zum anderen wirkt sich die geforderte Spannungsfestigkeit ebenfalls massiv auf die Bauteilgröße der Kapazitäten aus. Außerdem gelten nach wie vor die Sicherheitsvorschriften bezüglich des Maximums an systemweit gespeicherter Energie, was die erlaubte Gesamtkapazität bei höheren Spannungen immer kleiner werden lässt. Limits, deren Einhaltung bei 12Volt noch keinerlei Problem darstellt, sind bei 400 oder gar 800 Volt DC sehr schnell ausgereizt. Kurzum: Es braucht alternative Filterstrategien. Dieser Beitrag beleuchtet daher die Möglichkeiten und das funktionale Potential des Einsatzes aktiver EMV-Filtersysteme in KFZ-Anwendungen, hier im Speziellen die aktive Filterung durch Störgrößenaufschaltung. Die gezeigten Erkenntnisse wurden im Rahmen einer Masterthesis erarbeitet

Vorstellung eines Messverfahrens zur Erfassung von wechselrichter-induzierten Lagerströmen in automobilen Anwendungen

Das Schaltverhalten von Wechselrichtern kann in Motorlagern Ströme erzeugen. Hierbei sind unter anderem vier Arten bekannt [1]: • Rotorerdströme • kapazitive Umladeströme • EDM Ströme (Funkenentladung) • Zirkularströme Insbesondere die letzten beiden Arten bergen aufgrund der geringen, mechanischen Abstände in den Kugellagern das Potenzial bei der Entladung über eine Funkenstrecke im Lager schnelle Strom- und Spannungsänderungen im Bereich 100 ps bis 1 ns zu erzeugen. Hieraus ergibt sich ein Risiko für EMV-Störungen aus dem elektrischen Antrieb heraus, welche deutlich höhere Frequenzanteile aufweisen können als die dazugehörige Anregung aus dem Wechselrichter. Die mechanische Auswirkung von Lagerströmen ist bekannt und wurde in verschiedenen Arbeiten untersucht [6]. Hierbei wurde im Frequenzbereich der Augenmerk der resultierenden Ströme messtechnisch bis etwa 20 MHz quantifiziert und veröffentlicht [3]. Dies liegt unter anderem an einem Fehlen eines geeigneten Messmittels zur Aufzeichnung der auftretenden Ströme bei rotierenden Kugellagern. Daher soll in diesem Beitrag ein Messaufbau gezeigt werden, in welchem wechselrichterinduzierte Ströme in rotierenden Motorlagern bis etwa 300 MHz erfasst werden können. Hierzu wird das Messverfahren und dessen exemplarischer Aufbau beschrieben. Ziel ist es die Messergebnisse in Zukunft zur Qualifizierung von Funkenstrecken zu verwenden, um daraus Simulationsmodelle erstellen zu können

Bewertung des Filteraufwands für HV-Fahrzeuge vom geschirmten 400 V zum ungeschirmten 800 V-HV-System

In den letzten Jahren hat sich das HV-Konzept mit 400 V Systemspannung unter Verwendung von geschirmten HV Leitungen für Elektrofahrzeuge zum Stand der Technik entwickelt. Spürbar stärker werden hierzu die Diskussionen zur Entwicklung des Filteraufwands durch das Reduzieren des HV-Kabelschirms oder das Anheben der Systemspannung auf 800 V. Wichtige Kriterien sind hierbei oft die Kosten des Filteraufwands relativ zur Einsparung und Flexibilität im Bereich der Kabelführung. In dieser Arbeit möchten wir einen Einblick in die simulationsbasierte Filterauslegung auf Basis einer generischen SiC-Technologie basierten Leistungselektronik geben. Verdeutlicht werden soll hierbei der Unterschied im Filteraufwand zwischen einem geschirmten 400 V zu einem ungeschirmten 800 V-HV-System bei gleicher Leistungsklasse (Pave = 75 kW und Ppeak = 150 kW). Neben der Filtertopologie wird auch der Bauraumbedarf unter Verwendung frei erhältlicher Komponenten dargestellt

HF-Eigenschaften von Wellenkontaktierungen in Abhängigkeit zur Drehzahl

Innerhalb von Elektromotoren für automobile HV-Anwendungen wird der Bedarf an EMV-Maßnahmen in und um den Elektromotor immer wichtiger. Ein möglicher Ausbreitungspfad für EMV-Störungen auf Systemebene ist hierbei die rotierende Motorwelle [1]. Transientes Schaltverhalten aus dem angeschlossenen Wechselrichter wird hierbei über die Statorwicklungen kapazitiv auf die Motorwelle übertragen und kann sich im schlimmsten Fall unkontrolliert im System ausbreiten (Bild 1). Eine mögliche Maßnahme zur Unterdrückung dieser Störausbreitung ist eine Kontaktierung der rotierenden Motorwelle gegenüber dem Motorgehäuse. Zur Wellenkontaktierung sind Lösungen von unterschiedlichen Herstellern verfügbar