20. - 22.02.2018
Düsseldorf
EMV 2018
Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit

 
 
 

Session 5c

Emission beim Laden von Elektrofahrzeugen

Termin

Donnerstag, 22.02.2018, 09:00 - 10:30 Uhr

Chairperson

Jörg Bärenfänger

Beschreibung

09:00 Grundlegende Betrachtungen der Kopplungsmechanismen möglicher Störgrößen für induktive KFZ-Ladesysteme
Manuel Haug, Universität Stuttgart, Stuttgart, Deutschland
Das kabellose, induktive Laden von Automobilen wird in Zukunft ein wesentlicher Bestandteil der Elektromobilität werden, insbesondere aufgrund des signifikanten Komfortgewinns für den Endkunden. Die Standardisierung geeigneter Ladesysteme befindet sich zurzeit noch hinsichtlich einheitlicher, normierter Spulengeometrien in der Festlegungsphase. Begleitend zu diesem Prozess ist es sinnvoll, möglichst frühzeitig potentielle Störeinwirkungen auf das Fahrzeug sowohl während der Fahrt als auch beim Laden zu identifizieren, um somit eine Abschätzung der Störgrößen auf die Fahrzeugspule und Fahrzeugelektronik zu ermöglichen. Dies umfasst im Wesentlichen zwei Störmechanismen: Differentialmode (DM) Einkopplungen können während der Fahrt in der Fahrzeugspule induziert werden, oder während des Ladevorgangs die Nutzfrequenz überlagern. Ebenso ist es möglich, dass Commonmode (CM) Störungen auf das Fahrzeug koppeln. Der Fokus dieser Arbeit liegt in der grundlegenden Untersuchung möglicher CM- und DM- Störeinkopplungen auf das Fahrzeug über die Spule im Fahrzeugunterboden. Ausgangspunkt ist die Betrachtung von repräsentativen Spulendesigns und Geometrien. Im ersten Schritt findet eine Analyse der Streugrößen durch 3D-Simulationen statt, die durch einen Laboraufbau verifiziert werden. Dabei werden Randbedingungen wie die Abschlussimpedanz der Fahrzeugspule untersucht. Um die gewonnen Erkenntnisse möglichst einfach im weiteren Entwicklungsprozess anwenden zu können, wird aus den 3D-Modellen ein EMV gerechtes Ersatzschaltbild abgeleitet und verifiziert. Sowohl die Simulationsmodelle als auch der Laboraufbau werden genutzt, um das Störpotential an der Fahrzeugladeeinheit zu bewerten.
09:30 Herausforderungen bei EMV-Messungen von drahtlosen Ladesystemen (WPT-Systeme) für Elektrofahrzeuge im Bereich 9 kHz bis 30 MHz
Dr.-Ing. Christof Ziegler, Epcos, Regensburg, Deutschland
Dr.-Ing. Kerstin Siebert, EMC TEST NRW GmbH, Dortmund, Deutschland
WPT-Systeme für Elektrofahrzeuge verknüpfen die Anforderungen verschiedener EMV-Normen miteinander. So erfolgt die Charakterisierung der Primärseite nach CISPR 11, während die Fahrzeugseite nach CISPR 25 bewertet wird. Da sich die beiden Seiten im Betrieb nicht trennen lassen, ist stets ein kombinierter Aufbau notwendig.
In der WPT-Erweiterung zur CISPR 11 wird ein Messaufbau ohne Fahrzeug beschrieben, nach dem die Hersteller von WPT-Systemen die Störaussendung der Komponenten bewerten können. Ist das WPT-System am Fahrzeug verbaut, so gibt es noch keine Beschreibung für den Messaufbau mit Fahrzeug. Um eine Vergleichbarkeit der Messergebnisse und damit eine Anwendbarkeit der Grenzwerte für die Komponentenmessung und die Fahrzeugmessung zu erzielen, sind weitere Untersuchungen und eine Definition der Messanordnung mit Fahrzeug notwendig.
Neben der Charakterisierung der Übertragungseigenschaften des Messplatzes im Frequenzbereich von 9 kHz bis 30 MHz, stellt die hohe Messdynamik der magnetischen Feldstärke einen hohen Anspruch an die EMV-Technik dar, um sowohl die hohen Pegel bei der WPT-Frequenz als auch die Pegel der breitbandigen Störaussendungen richtig erfassen zu können.
Die Messung der magnetischen Feldstärke bei WPT-Systemen berührt dabei sowohl die Aspekte der EMV als auch der Kommunikationstechnik. In dieser Arbeit werden die aktuellen Vorgaben der Standards der IEC / CISPR, der SAE und der FCC bezüglich der Grenzwerte und der Messaufbauten verglichen und die Herausforderungen für die EMV-Messtechnik dargestellt. Die Anforderungen an den Messaufbau mit Fahrzeug zur Vergleichbarkeit mit der Komponentenmessung werden diskutiert.
10:00 EMV- und Systemuntersuchungen eines bidirektionalen drahtlosen induktiven Energieübertragungssystems für Elektrofahrzeuge
Dr.-Ing. René Marklein, Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, IWES, Kassel, Deutschland
Die drahtlose, resonant induktive Energieübertragung für Elektrofahrzeuge stellt eine komfortable Alternative zur kabelgebundenen Variante dar. Die für das Aufladen der Fahrzeugbatterie benötigte elektrische Energie wird dabei über einen Luftspalt von bis zu ca. 20 cm von einer Primärspule an eine Sekundärspule übertragen. Durch die Energieübertragung über einen Luftspalt kommt es zur Ausbildung eines elektromagnetischen Streufeldes, welches die gültigen EMV- und EMVU-Grenzwerte nicht überschreiten darf. Ebenso beeinflussen die Umgebung, wie die Fahrzeugkarosserie und die Bodenbeschaffenheit, das elektromagnetische Streufeld und die Systemeigenschaften des drahtlosen, resonant induktiven Energieübertragungssystems. Der vorliegende Beitrag knüpft an Arbeiten an, die auf der EMV 2016 in Düsseldorf präsentiert wurden, und betrachtet die folgenden System- und EMV-Untersuchungen: (1) Einflüsse unterschiedlicher Bodenbeschaffenheiten (Betonboden bzw. Betonboden mit Aluminium- oder Stahlplatten) auf die System- und EMV-Eigenschaften des drahtlosen, resonant induktiven Energieübertragungssystems (Koppelfaktor, Maximalfeldstärken, räumliche Feldverteilungen und Wirkungsgrad); (2) Beeinflussung der System- und EMV-Eigenschaften des drahtlosen Energieübertragungssystems durch die Fahrzeugkarosserie; (3) Auswirkungen einer Fehlpositionierung des Spulenpaares, d.h. eines horizontalen Versatzes zwischen der Primär- und Sekundärspule. Es werden ausgewählte Ergebnisse in Form von Messungen und numerischen Modellierungen zu den oben genannten Untersuchungen präsentiert.

Referenten

Herr Manuel Haug
Manuel Haug
Universität Stuttgart, Stuttgart, Deutschland
- 2011 - 2017: Studium der Elektro- und Informationstechnik an der Universität Stuttgart mit Schwerpunkt Kommunikationssysteme und Signalverarbeitung. Masterarbeit in Kooperation mit der BMW AG zum Thema "EMV von induktiven KFZ-Ladesystemen"
- Ab 2018: Promotion am Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik der Universität Stuttgart zum selben Thema "EMV von induktiven KFZ-Ladesystemen"
Dr.-Ing. René Marklein
Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, IWES, Kassel, Deutschland
Herr PD Dr.-Ing. habil. René Marklein hat an der Universität Kassel und dem Worcester Polytechnic Institute, USA, Elektrotechnik studiert. Herr Dr. Marklein hat 1997 promoviert, 2008 im Fach Theoretische Elektrotechnik habilitiert und seit 2008 ist er Privatdozent an der Universität Kassel. Zurzeit ist Herr Dr. Marklein am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel im Bereich Anlagentechnik und Verteilungsnetze für Wissenschaftliche Querschnittaufhaben zuständig und begleitete dort verschiedene Positionen. Herr Dr. Marklein ist IEEE Senior Member und Mitglied in der URSI Kommission B und weiteren Organisationen (VDE, VDI, DPG, DGZfP, Deutscher Hochschulverband).
Frau Dr. Kerstin Siebert
Dr.-Ing. Kerstin Siebert
EMC TEST NRW GmbH, Dortmund, Deutschland
Nach dem Studium der Elektrotechnik an der TU Dortmund promovierte Kerstin Siebert am Arbeitsgebiet Bordsysteme mit dem Dissertationsthema "Entwicklung von Mehrleitermodellen für Signalintegritäts- und EMV-Analysen von Kfz-Bussystemen". Seit 2012 ist Frau Dr.-Ing. Kerstin Siebert als Projektleiterin im Bereich F&E Elektromobilität bei der EMC Test NRW GmbH tätig. Neben weiteren Schwerpunkten fallen Forschungsprojekte zur Elektromobilität u.a. zum induktiven Laden sowie Ermittlungen der Schirmdämpfung und der Transferimpedanz u.a. von konfektionierten HV-Kabeln in ihren Zuständigkeitsbereich.
Herr Dr. Christof Ziegler
Dr.-Ing. Christof Ziegler
Epcos, Regensburg, Deutschland
Christof Ziegler hat Hochfrequenztechnik an der Universität Erlangen studiert. Nach seiner Promotion im Jahr 2003 entwickelte er Kommunikationssyteme für den Automobilbereich. Seit 2015 ist er als EMV-Ingenieur im EMV-Labor der EPCOS AG beschäftigt.
Dort ist er für die EMV-Charakterisierung von WPT-Systemen für Elektrofahrzeuge zuständig. Als Mitglied im DKE-Gremium GAK 353.0.1 "Berührungsloses Laden von Elektrofahrzeugen" unterstützt er die Normungsaktivitäten. Sein besonderes Anliegen ist es, die Koexistenz der WPT-Systeme und anderen Funksystemen sicherzustellen.


zurück