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

 
 
 

Session 2c

EMV im Elektrofahrzeug

Termin

Mittwoch, 21.02.2018, 09:00 - 11:00 Uhr

Chairperson

Dr. Wolfgang Pfaff

Beschreibung

09:00 Automatisierte Filteroptimierung für Hochvoltbordnetze basierend auf Schaltungssimulationen zur Störspannungsvorhersage
M.Sc. Denis Müller, Universität Stuttgart, Stuttgart, Deutschland
Der Einsatz von Wide Bandgap Leistungshalbleitern in Traktionsinverter für Elektrofahrzeuge bietet deutliche Vorteile beim benötigten Bauraum gegenüber konventionellen Silizium-Leistungshalbleitern. Da diese Halbleiter steilflankige Schaltvorgänge zum Ziel haben, die jedoch ein hohes Störpotential bieten, muss die Dimensionierung der notwendigen Filter größer ausfallen. Damit wird der eigentliche Nutzen, die Einsparung von Bauraum, reduziert. Gleichzeitig sollen durch den Wegfall der Kabelschirmung Gewicht und Kosten reduziert werden. Diese Mechanismen führen zu immer härteren Anforderungen an die Filterbaugruppen hinsichtlich Einfügedämpfung, Kosten und Gewicht. Ziel der Entwicklung ist es, einen möglichst kompakten und bauteileffizienten Filter zu konstruieren, der die benötigte Einfügedämpfung zur Entstörung des Traktionsinverters aufweist. Um diesen Entwicklungsprozess zu beschleunigen und gleichzeitig ein Optimum hinsichtlich der genannten Rahmenbedingungen zu finden, wird ein Tool entwickelt und getestet, welches auf evolutionären Optimierungsalgorithmen basiert. Zunächst wird die Filtertopologie anhand eines einphasigen Ersatzschaltbilds vorgegeben. Die Optimierung betrachtet sowohl Bauteilwerte als auch den entsprechenden Bauteilaufwand. Die zweistufige Verifikation der optimierten Filter erfolgt im ersten Schritt mittels einer 3D-Simulation des gesamten Prüfaufbaus. Bewertet werden die zu erwartenden,leitungsgebundenen Störungen. Im zweiten Schritt wird die Einfügedämpfung durch Messungen am realen Aufbau betrachtet. Abschließend wird die Eignung des Differential Evolution Algorithmus zur elektrischen Auslegung und Optimierung von Filterstrukturen bewertet.
09:30 Gegenüberstellung leitungsgeführter Störeffekte im HV-Bordnetz für verschiedene Mehrfachantriebstopologien
Dipl.-Ing. Simon Niedzwiedz, Technische Universität Dortmund, Dortmund, Deutschland
In den nächsten Jahren wird die Angebotsvielfalt von batterie- und hybridelektrischen Fahrzeugen eine deutliche Steigerung erfahren. Die Erweiterung des Angebots betrifft dabei jedoch nicht nur die Anzahl an verschiedenen Fahrzeugmodellen, sondern auch die wachsende Komplexität der Hochvolt-Bordnetze. So werden nicht nur immer mehr Komponenten für eine Integration in das HV-Bordnetz ertüchtigt, auch die Varianz an Antriebstopologien wird zunehmen und mit den klassischen Verbrennerarchitekturen gleichziehen. Mittelfristig wird dies dann auch die Umsetzung neuer Antriebstopologien bedeuten. So bedürfen Allrad-Fahrzeuge nicht mehr einer aufwändigen mechanischen Leistungsverzweigung mittels Verteiler- und Achsgetrieben, sondern jede Achse oder jedes Rad können unabhängig angetrieben werden. Diese Entwicklung wird dann absehbar nicht auf das PKW-Segment beschränkt bleiben, sondern auch im Nutzfahrzeug-/LKW-Segment Optimierungen ermöglichen, zum Beispiel den Einsatz angetriebener Lenkachsen.
Allerdings bedeutet diese Entwicklung, dass nicht nur die generelle Komplexität des HV Bordnetzes sondern vor allem die Wechselwirkungen der einzelnen HV-Komponenten miteinander deutlich zunehmen. Insbesondere Letzteres wird auch die EMV vor neue Herausforderungen stellen, unter anderem wegen zusätzlicher Ausgleichsvorgänge und einer komplexeren Frequenzbereichszuteilung im HV-Bordnetz. Aber zugleich eröffnet dies auch neue Möglichkeiten bei der Systementstörung, beispielsweise durch eine geschickte Komposition der Topologien und der Betriebsstrategien verschiedener HV-Komponenten.
10:00 Einfluss des Einsatzes von SiC-Halbleitern in HV-Komponenten auf den Stromripple und die niederfrequenten Magnetfelder
Dr.-Ing. Sebastian Jeschke, Universität Duisburg-Essen, Dortmund, Deutschland
Aktuelle schreitet die Elektrifizierung des Antriebsstrangs immer weiter voran. Um die Reichweite zu erhöhen, wird neben der Erhöhung der Batteriekapazität die Energieeffizienz der Antriebstrangkomponenten optimiert. Hierzu werden auf Komponentenebene zunehmend Leistungshalbleiter auf SiC-Basis eingesetzt, die die hohe Gleichspannung der Batterie deutlich schneller Schalten können als Halbleiter auf Si-Basis. Dies hat Vorteile bzgl. des Wirkungsgrads wirkt sich aber negativ auf die Störaussendungen aus.

Neben den Gleichtaktstörungen, die durch die Potentialsprünge im Schaltvorgang auf die Systemschirmung auskoppeln, wird eine Gegentaktstörung in Form eines Stromripples erzeugt.

Dieser Stromripple, also die schnelle Änderung des Stroms, erzeugt ein sich schnell änderndes magnetisches Feld, welches bei einer Emissionsmessung im Bereich zwischen 9kHz und 30MHz nach dem Standard GBT 18387 [1] zu Grenzwertüberschreitungen führen kann. Der Einfluss der eingesetzten Halbleitertechnologie und des Betriebspunktes der Komponente sollen in dieser Arbeit am Beispiel eines Antriebsumrichters untersucht werden. Hierzu werden zwei identische B6- Umrichter, einer mit Si- und einer mit SiC-Halbleitern, in verschiedenen Betriebspunkten vermessen und die Einflüsse auf den Stromripple und das niederfrequente Magnetfeld auf der Gleichspannungs- und der Wechselspannungsseite untersucht.
10:30 Systembetrachtung von Störaussendungs-Messaufbauten bei Komponenten mit Hochvolt- und Niedervolt Bordnetzen hinsichtlich der Masseverbindungen
Dipl.-Ing. Marc Wiegand, Leopold Kostal GmbH & Co. KG, Dortmund, Deutschland
Komponenten von Elektrofahrzeugen sind im Allgemeinen sowohl mit dem Hochvolt- als auch mit dem Niedervolt-Bordnetz verbunden. Bei den Aufbauten für die Störaussendungsprüfung ist der Prüfling demzufolge auch mit beiden Bordnetzen verbunden.
Störströme, die über die Masseverbindungen abgleitet werden, führen zur Verkopplung der verschiedenen Bordnetze. Der Einfluss dieser Störstrome soll messtechnisch nachgewiesen und simuliert werden.

Referenten

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 Denis Müller
M.Sc. Denis Müller
Universität Stuttgart, Stuttgart, Deutschland
2011 - 2016: Studium der Elektro- und Informationstechnik an der Universität Stuttgart
Seit 2017: Promotion am Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik der Universität Stuttgart zum Thema "Entwicklung aktiver EMI-Filter für Hochvoltbordnetze elektrischer Kraftfahrzeuge"
Dipl.-Ing. Simon Niedzwiedz
Technische Universität Dortmund, Dortmund, Deutschland
2010 - Abschluss der Studiengänge "Diplom Elektrotechnik" und "Diplom Angewandte Informatik" an der TU Dortmund
2011 - 2015 - Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Arbeitsgebiet Bordsysteme der TU Dortmund mit dem Schwerpunkt "EMV des elektrischen Antriebsstrangs auf Komponenten- und Gesamtsystemebene"
Seit 2016 - Ingenieur bei der Volkswagen AG
Dipl.-Ing. Marc Wiegand
Leopold Kostal GmbH & Co. KG, Dortmund, Deutschland
Studium der Elektrotechnik an der Universität Dortmund von 1993-1999 mit Abschluss Diplom-Ingenieur Fachrichtung Elektronik
Von 1999 - 2002 Hardware Entwickler bei der Delphi-Megamos in Wiehl-Bomig, Entwicklung von Innenraumsensorik und Zentralsteuergeräten
Von 2002 -2011 EMV-Ingenieur Leopold Kostal GmbH & Co. KG in Lüdenscheid, Verantwortung für das Thema EMV in der Abteilung Lenksäulenmodule
2011 - 2015 Tätigkeit in der Vorentwicklung Leopold Kostal GmbH & Co. KG Dortmund, Entwicklung von Induktiven Energieübertragungssystemen und Zukunftsprojekten
Seit 2015 EMV-Ingenieur Leopold Kostal GmbH & Co. KG in Dortmund im Bereich elektronischer Steuergeräte und Leistungselektronik


zurück