Messtechnische Bestimmung der Impedanz von Elektrofahrzeugen im konduktiven Ladebetrieb

Abstract

Im Zuge der fortschreitenden Entwicklungen hin zu einer klimaneutralen Mobilität, verbunden mit dem geplanten Ausstieg aus der Neuzulassung von Verbrennerfahrzeugen, gewinnt die Elektromobilität zunehmend an Bedeutung [1]. Für die elektromagnetische Verträglichkeit ist das konduktive Laden von Elektrofahrzeugen ein Teilaspekt, der besonders im Hinblick auf die Emissionen während des Ladevorgangs betrachtet werden muss [2]. Hierbei ist es für eine Bewertung sehr hilfreich, die Systemimpedanzen durch Messungen bestimmen zu können, um eine Aussage über potentiell kritische Frequenzbereiche treffen zu können. Um diese Messung in-situ, also ohne Eingriff oder Modifizierung der Systeme durchführen zu können, sind insbesondere kontaktlose Verfahren von Vorteil. In dieser Arbeit wird ein Messsystem beschrieben, mit dem die Gleichtaktimpedanzen eines Ladesystems zwischen 9 kHz und 30 MHz während des aktiven Schnellladevorgangs gemessen werden können, um eine Abschätzung für die Emissionen zu erhalten. Der Frequenzbereich ist dabei in Abhängigkeit der Leitungslängen des Systems eingeschränkt, da sich durch elektrisch lange Systeme aufgrund der Leitungstransformation die gemessenen Impedanzen von tatsächlich vorhandenen Impedanzen der Ladesäule bzw. des Fahrzeugs unterscheiden. Eine Länge des Ladesystems von 1 m würde bei einer Frequenz von 30 MHz einer zehntel Wellenlänge im Vakuum entsprechen, ab der Leitungseffekte nicht mehr vernachlässigbar sind. Da dies für ein Ladesystem eine kurze Strecke darstellt, ist der Frequenzbereich mit bis zu 30 MHz relativ hoch angesetzt und muss bei der Bestimmung der Impedanz einzelner Systeme berücksichtigt werden. Das Messprinzip beruht auf dem Einsatz eines Ferritkerns als Transformator, bei dem das zu messende System als Sekundärseite mit einer Wicklung betrachtet wird. Da während des Ladebetriebs hohe Ströme fließen, werden potentielle Sättigungseffekte abgeschätzt und der Fokus in dieser Arbeit wegen der geringeren niederfrequenten Ströme zunächst auf die Bestimmung der Gleichtaktimpedanz gelegt. Die Kenntnis der Gleichtaktimpedanz ermöglicht dabei eine erste Abschätzung leitungsgeführter und gestrahlter Störemissionen des Gesamtsystems.