Untersuchung der Koppelimpedanz von induktiven Ladesystemen zur Quantifizierung der Einkopplung von Burst und Surge Impulsen

Abstract

Die Technologie der kontaktlosen, induktiven Energieübertragung zum Laden von Elektrofahr-zeugen ermöglicht eine erhebliche Steigerung des Komforts für den Endverbraucher. In der Zukunft wird zudem die induktive Ladetechnologie für das Laden autonomer Fahrzeuge an Bedeutung zunehmen. Beim induktiven Laden erfolgt die Energieübertragung über das magnetische Feld zwischen zwei luftgekoppelten Spulen. Eine schematische Darstellung des Ladesystems zeigt Bild 1. Die an das Versorgungsnetz angeschlossene Leistungselektronik des Bodensystems richtet die Netzspannung zunächst gleich, um das Signal anschließend auf die Übertragungsfrequenz von 79 bis 90 kHz [1] umzurichten. Für eine effiziente Energieübertragung zwischen den beiden Spulen muss boden- und fahrzeugseitig jeweils der induktive Blindstrom der Spulen durch Einbringen einer auf die Übertragungsfrequenz abgestimmten Kapazität kompensiert werden. Zum Laden der Hochvoltbatterie wird das Signal fahrzeugseitig gleichgerichtet. Wie auch beim konduktiven Laden können während des Ladevorgangs netzseitige Störimpulse ins Fahrzeugbordnetz koppeln, deren maximalen Amplituden u.a. in der IEC 61851-21-2 [2] vorgegeben werden. Da auch bei induktiven Ladesystemen Pulsstörer über die Spulen ins Fahrzeug einkoppeln können, werden in dieser Arbeit die Koppeleigenschaften eines Wireless Power Transfer [WPT]- Systems [3] untersucht. Hierzu werden in einem ersten Schritt die Systemimpedanzen vermessen und der Impedanzverlauf in einem Simulationsmodell nachgebildet. Im Folgenden werden Burst- und Surge-Pulse auf die Eingangsklemmen der Bodenspule appliziert und die Impulsantwort auf der Sekundärseite messtechnisch erfasst. Diese Messungen werden dann zur Verifikation des Simulationsmodells herangezogen. Um das reale System nicht zu stark zu beanspruchen, werden die Pulsspannungen über 1000 V simulativ untersucht, um das Überkopplungspotential für die betrachteten Pulse abzuschätzen.