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

 
 
 

Session 1c

EMV-Modellierung von Elektrofahrzeugkomponenten

Termin

Dienstag, 20.02.2018, 15:00 - 17:00 Uhr

Chairperson

Prof. Dr. Stephan Frei

Beschreibung

15:00 Anwendung von Fitting-Methoden zum Entwurf von Netzwerkmodellen für E-Fahrzeugkomponenten
M.Sc. Moustafa Raya, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg, Deutschland
Die wachsenden EMV-Anforderungen an Elektrofahrzeuge, vor allem bei der zunehmenden Nutzung von schnell schaltenden Leistungselektronikkomponenten, die die Hauptquellen für hochfrequenten elektromagnetischen Störungen sind, unterstreichen die Notwendigkeit einer EMV-Analyse bereits in der Entwurfsphase. Die erzeugten Störungen breiten sich im Bordnetz aus und können in empfindliche Komponenten überkoppeln. Um das EMV-Verhalten des gesamten Systems zu analysieren, sind Netzwerksimulationen gut geeignet. Zu diesem Zweck sollen genaue Netzwerkmodelle erstellt werden. In diesem Paper werden Impedanzmessungen von den Komponenten eines Elektrofahrzeugs wie Elektromotor, Wechselrichter, Gleichspannungswandler, HV-Kabel und Batterie präsentiert. Es wird für jede Komponente ein Netzwerkmodell erstellt, das aus den Messergebnissen unter Verwendung geeigneter Anpassungsverfahren wie Fitting-Methoden vervollständigt werden soll. Dabei werden die parasitären Elemente für jede Schaltung erweitert. Die Modelle können in SPICE-Simulationsanwendungen genutzt werden. Ein Vergleich der Impedanzmessungen und der Simulationen dokumentiert eine gute Übereinstimmung.
15:30 Modellierung der Koppelimpedanzen innerhalb einer Antriebsmaschine mit einer passiven Ersatzlast
Dr.-Ing. Sebastian Jeschke, Universität Duisburg-Essen, Dortmund, Deutschland
Im Zuge der Antriebsstrangelektrifizierung werden neben dem 12V System HV-Antriebsysteme in die Fahrzeuge integriert. Da beide Systeme im Fahrzeug auf engem Raum nebeneinander betrieben werden, müssen sie wirksam entkoppelt werden. Hierzu wird das Antriebsbordnetz vollständig geschirmt und isoliert vom 12V Bordnetz als IT-Netz realisiert. Lediglich die Systemschirmung ist zwecks Potentialausgleichs mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Eine Schwachstelle dieses Konzepts stellt die Antriebswelle dar, die nicht in die Schirmung eingebunden ist.
Wird der Drehstromantrieb an einem Umrichter betrieben, so liegt am Sternpunkt eine treppenförmige Spannung an. Die schnellen Spannungssprünge verursachen kapazitive Ausgleichsströme innerhalb der Maschine, die sich auf die Antriebswelle ausbreiten. Hierdurch entsteht ein Strom, der auf die Welle auskoppelt und aus dem Antrieb in Richtung Getriebe fließt. Anhängig von den Erdungsverhältnissen, bilden sich hier ungewollte Strompfade über teils ausgedehnte leitende Strukturen, die eine Abstrahlung bewirken können. Gerade dieser Wellenstrom sorgt für umfassende abstrahlfähige Strukturen, die bei einer Homologationsmessung zu Grenzwertüberschreitungen führen können.
In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die es anhand einer Messung von Sternpunktspannung und Wellenstrom im drehenden Betrieb erlaubt, die Impedanz des Koppelpfades zwischen dem Stator und dem Rotor zu ermitteln. Die so bestimmte Impedanz des Koppelpfades wird dann über passive Bauelemente innerhalb einer passiven Motorersatzlast realisiert. Zudem wird anhand der Ersatzlast und eines realen Antrieb untersucht, wie diese Wellenströme reduziert werden können.
16:00 Elektrisches Ersatzschaltbild für Lager von Elektromotoren
Matthias Hirte, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg, Deutschland
Ströme über ein Lager von Elektromotoren können Störungen der elektromagnetischen Verträglichkeit und eine beschleunigte Alterung des Lagers verursachen. Um diese Ströme beschreiben zu können wurde ein Ersatzschaltbild für Lager entwickelt, das die hochfrequenten und die nichtlinearen Eigenschaften des Lagers berücksichtigt. Die einzelnen Parameter wurden bei unterschiedlichen Bewegungssituationen des Lagers bestimmt.
16:30 Simulationsverfahren zur Bestimmung der HF-Impedanzen von Traktionsbatterien
M.Sc. Moustafa Raya, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg, Deutschland
Emissionsfreie Elektroautos erfordern HV-Batterien mit hohem Energiespeicher als Teil des Bordnetzes. Implementierte schnell schaltende Leistungsschalter im Wechselrichter und DC-DC-Wandler des Bordnetzes erzeugen Störungen bei Schaltfrequenzen und deren Oberschwingungen, die in das Batteriesystem einkoppeln können. Um die Wechselwirkung der Störungen zwischen der Batterie und dem Gesamtsystem zu analysieren, ist es erforderlich die Eingangsimpedanz der verwendeten Batterie im betroffenen Frequenzbereich zu ermitteln. Bisher basierten die meisten vorgestellten Methoden zur Bestimmung von HF-Impedanzen der Batterien auf experimentellen Messungen. Obwohl einige analytische Methoden zur Berechnung der Batterieimpedanzen vorgestellt wurden, sind solche Verfahren jedoch nur für einfache Zellen und Batterieanordnungen sinnvoll. Diese Arbeit stellt eine Simulationsmethode zur Bestimmung der HF-Impedanz der Traktionsbatterien dar. Die Methode basiert auf der Feldsimulation des konstruierten Batteriemodells. Damit ist die Bestimmung von Gleich-und Gegentaktimpedanzen möglich. Die Methode kann verwendet werden, um die Impedanz für Einzelzellen, sowie für Systeme aus mehreren solchen Zellen zu bestimmen. Das Verfahren wird für die Impedanzbestimmung von prismatischen Zellen des Lithiumeisenphosphat-Typs und von einer Hochspannungsbatterie aus einer Vielzahl dieser Zellen angewendet.

Referenten

Matthias Hirte
Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg, Deutschland
Matthias Hirte studierte Elektrotechnik an der FHTW Berlin und TU Berlin mit dem Schwerpunkt Hochfrequenztechnik. Seit 2010 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für EMV an der OvGU Magdeburg. Seine Betätigungsfelder sind Leitungstheorie, EMV-Messverfahren, Fehlerortung bei Energieversorgungskabeln und EMV an Elektromotoren.
Herr Dr. Sebastian Jeschke
Dr.-Ing. Sebastian Jeschke
Universität Duisburg-Essen, Dortmund, Deutschland
Ausbildung/Studium
2006-2010 Studium Master Elektro-Informationstechnik Universität Duisburg-Essen
2010-2016 Promotion am Lehrstuhl für Energietransport und -speichung (ETS) Universität Duisburg-Essen

Beruflicher Werdegang
2006-2010 studentische Hilfskraft am Lehrstuhl ETS Universität Duisburg-Essen
2010-2015 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl ETS Universität Duisburg-Essen
Seit 2016 Projektleitung F&E Elektromobilität bei der EMC Test NRW GmbH

Derzeitige Tätigkeit:
Seit 2016 Projektleitung F&E Elektromobilität bei der EMC Test NRW GmbH
Herr Moustafa Raya
M.Sc. Moustafa Raya
Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg, Deutschland
Moustafa Raya erhielt seinen Bachelor- und Master-Abschluss in Elektrotechnik in den Jahren 2010 und 2012 von der Technischen Universität Berlin.
Von 2012 bis 2016 arbeitete er als Entwicklungsingenieur bei Radio Frequency Systems (RFS GmbH) - (Alcatel-Lucent), wo er HF-Komponenten für die Mobilfunkanwendung entwickelte.
Er promoviert derzeit am Lehrstuhl für elektromagnetische Verträglichkeit der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg.


zurück