Entwicklung eines Messaufbaus zur Charakterisierung der WPT-Systemkomponenten nach CISPR 25 und CISPR 11

Abstract

Das Laden mittels drahtloser Energieübertragung (wireless power transfer, WPT) findet in immer mehr Mobilgeräten wie Smartphones Anwendung. Der Komfort, das Gerät durch einfaches Ablegen auf den Tisch laden zu können, hat ein großes Marktpotenzial. Aus diesem Grund rüsten die meisten Smartphone-Hersteller ihre neuen Geräte mit dieser Technik aus. Die Technologie des WPT soll nun auf die Anwendung im Elektrofahrzeug übertragen werden. Dabei wird die vermeintlich einfache Bedienung des Ladevorgangs als eine der möglichen Schlüsseltechnologien gesehen, um den Elektrofahrzeugen zum Durchbruch zu verhelfen. Die Idee, das Fahrzeug durch einfaches überfahren einer Ladeplatte zu laden, ohne ein Ladekabel mit komplexem Stecker bedienen zu müssen, bietet einen bislang nicht da gewesenen Komfortgewinn für den Anwender. Allerdings ist die ungestörte Koexistenz des Systems mit den am Fahrzeug vorhandenen Systemen, z. B. dem schlüssellosen Komfortzugang (PEPS), für die Akzeptanz des Anwenders notwendig. Der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), d. h. der Einhaltung der geforderten Grenzwerte für Störemission, kommt daher eine ebenso zentrale Rolle zu, wie der Diskussion der energetischen Effizienz. Die Energie wird im WPT-System über die Distanz von einigen Zentimetern drahtlos von der Ladestation zum Fahrzeug übertragen. Die dabei auftretenden Streufelder beeinflussen die Umgebung. Daher ist die Messung der auftretenden Feldstärken und Störspektren im Umfeld dieser WPT-Ladestationen essentiell für die Bewertung des Systems gemäß den Grenzwerten für elektromagnetische Felder (EMF) und der EMV. Durch den offenen Aufbau der Koppelstrecke bietet das System eine große Anzahl an Variationsmöglichkeiten in der Konfiguration, z.B. durch den räumlichen Versatz des Fahrzeugs zur Bodeneinheit. Dies bedingt die Definition eines einheitlichen Messaufbaus, um vergleichbare Messergebnisse zu erhalten. In diesem Artikel werden die typischen System-Konfigurationen und Variablen eines WPT-Systems für die Anwendung in Elektrofahrzeugen in einer übersicht zusammengefasst. Die Angaben beruhen dabei auf den Normentwürfen des IEC 61980 und des SAE J2954. Für die EMV-Charakterisierung der WPTKomponenten wird ein Aufbau für Messung der Störspannung (CE) und der abgestrahlten Störfeldstärke (RE) erläutert, welcher die Anforderungen der CISPR 11 und der CISPR 25 berücksichtigt. Anhand von Messungen werden die Einflüsse typischer Variationen im WPT-System auf die EMV-Ergebnisse diskutiert.